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MEJORAMIENTO DEL RENDIMIENTO EN EL PROCESO DE EXTRACCIN DE CAF
DE LA EMPRESA DECAF S.A.
PAULA ANDREA LPEZ CARMONA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES
INGENIERA QUMICA 2003
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MEJORAMIENTO DEL RENDIMIENTO EN EL PROCESO DE EXTRACCIN DE CAF
DE LA EMPRESA DECAF S.A.
PAULA ANDREA LPEZ CARMONA
Tesis para optar al ttulo de Ingeniera Qumica
Director AD HOC OLGA LUCIA OCAMPO LPEZ
Ingeniera Qumica
Director CARLOS EDUARDO ORREGO
Ingeniero Qumico
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES
INGENIERA QUMICA 2003
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Nota de aceptacin.
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Jurado
____________________________________
Jurado
Manizales, Noviembre de 2003.
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A mis padres, quienes me brindaron un camino firme,
A mi abuela Mariela, por su tiempo y dedicacin,
A mis hermanos, por su compaa,
A mi novio, por su apoyo,
Con amor.
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos a las personas que de una
forma u otra colaboraron, para llevar a feliz trmino el presente
trabajo de pasanta: PEDRO TORO CORTES, Gerente general de Decaf
S.A., por la oportunidad brindada de realizar esta investigacin.
OLGA LUCIA OCAMPO L., Ingeniera Qumica y Jefe de Investigacin y
Desarrollo, por su valiosa orientacin y aporte personal. Al panel
de Catacin de Decaf S.A. por su valiosa colaboracin en especial a
ALEXANDER ECHEVERRI M. y JULIAN MAURICIO ALZATE B., por su ayuda
incondicional. A Decaf S.A., por su apoyo entero. CARLOS EDUARDO
ORREGO, Ingeniero Qumico y profesor de la Universidad Nacional de
Colombia, por su orientacin y colaboracin.
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CONTENIDO
Pg. RESUMEN INTRODUCCIN 1. OBJETIVOS 4 1.1. OBJETIVO GENERAL 4
1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS 4 2. ANTECEDENTES 5 3. MARCO TERICO 8
3.1. CAF VERDE 8 3.2. PROCESAMIENTO INDUSTRIAL PARA LA OBTENCIN DE
EXTRACTO DE CAF DILUIDO. 10 3.3. TORREFACCIN 11 3.4. MOLIENDA 16
3.5. EXTRACCIN 17 4. METODOLOGA 19 4.1. LOCALIZACIN 19 4.2.
MATERIAS PRIMAS 19 4.3. DESCRIPCIN METODOLGICA 20 4.3.1.
Clasificacin de materias primas empleadas en Decaf S.A., por
rendimiento obtenido en extraccin, para el ao 2002. 21 4.3.2.
Evaluacin de las caractersticas del caf T&M por mezclas de
materias primas, para el ao 2002. 23 4.3.3. Influencia de las
variables de operacin en el rendimiento obtenido en extraccin, para
el ao 2002. 24 4.3.4. Verificacin de las mallas utilizadas para el
anlisis del tamao de partcula en el caf T&M. 24 4.3.5.
Influencia del tamao de partcula del caf T&M en extraccin. 27
4.3.6. Influencia del factor retiro/carga en extraccin. 29 5.
RESULTADOS Y DISCUSIN 31 5.1. CLASIFICACIN DE MATERIAS PRIMAS
EMPLEADAS EN DECAFE S.A., POR RENDIMIENTO OBTENIDO EN EXTRACCIN,
PARA EL AO 2002 31 5.1.1. Mezclas de materias primas con alto
Rendimiento en el proceso de extraccin. 31 5.1.2. Mezclas de
materias primas con bajo Rendimiento en el proceso de extraccin. 31
5.1.3. Caracterizacin fsica de las mezclas de materias primas ms
empleadas en el ao 2002. 32 5.2. EVALUACIN DE LAS CARACTERSTICAS
DEL CAF T&M POR MEZCLAS DE MATERIAS PRIMAS, PARA EL AO 2002.
34
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5.2.1. Definicin de las caractersticas de tostin por tipos y
mezclas de materias primas, para el ao 2002. 34 5.2.2. Definicin de
las caractersticas de molienda por mezclas de materias primas, para
el ao 2002. 35 5.3. INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DE OPERACIN EN EL
RENDIMIENTO
OBTENIDO EN EXTRACCIN, PARA EL AO 2002. 36 5.3.1. Influencia de
la adicin de caf soluble a las columnas de extraccin. 38 5.4.
VERIFICACIN DE LAS MALLAS UTILIZADAS PARA ANLISIS DE TAMAO DE
PARTCULA EN EL CAF T&M. 39 5.5. INFLUENCIA DEL TAMAO DE
PARTCULA DEL CAF T&M EN EXTRACCIN. 40 5.5.1. Propiedades del
caf T&M a diferentes tamaos de partcula. 40 5.5.2. Propiedades
del extracto diluido a diferentes tamaos de partcula. 41 5.5.3.
Condiciones de proceso en extraccin a diferentes tamaos de
partcula. 42 5.5.4. Caractersticas sensoriales del caf T&M a
diferentes tamaos de partcula. 44 5.5.5. Caractersticas sensoriales
del extracto diluido a diferentes tamaos de
partcula. 45 5.6. INFLUENCIA DEL FACTOR RETIRO/CARGA EN
EXTRACCIN. 47 5.6.1. Propiedades del extracto diluido a diferentes
factores de retiro/carga. 47 5.6.2. Condiciones de proceso en
extraccin a diferentes factores de retiro/carga. 48 5.6.3.
Caractersticas sensoriales del extracto diluido a diferentes
factores de
retiro/carga. 49 6. CONCLUSIONES 51 RECOMENDACIONES 54
BIBLIOGRAFA 55 ANEXOS 57
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LISTA DE TABLAS
Pg. Tabla 1. Escala de tamices normalizados Tyler 26 Tabla 2.
Relaciones entre las caractersticas en caf verde con el Rendimiento
obtenido en extraccin, para el ao 2002 32 Tabla 3. Relaciones entre
las variables de proceso en tostin y el Rendimiento obtenido en
extraccin, para el ao 2002 35 Tabla 4. Parmetros de la prueba de
distribucin normal para el anlisis granulomtrico del caf tostado y
molido para las mezclas de materias primas empleadas en Decaf S.A.,
para el ao 2002 36 Tabla 5. Relaciones entre las variables de
operacin en extraccin con el Rendimiento obtenido, para el ao 2002
37 Tabla 6. Parmetros de la prueba de distribucin normal para el
anlisis granulomtrico en caf T&M 39 Tabla 7. Variacin de las
propiedades del caf T&M a diferentes tamaos de partcula para la
mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 40 Tabla 8. Variacin de las
propiedades del caf T&M a diferentes tamaos de partcula para la
mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 40 Tabla 9. Variacin de las
propiedades del extracto diluido a diferentes tamaos de partcula
para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 41 Tabla 10. Variacin de
las propiedades del extracto diluido a diferentes tamaos de
partcula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 41 Tabla 11.
Variacin de las condiciones de operacin en extraccin a diferentes
tamaos de partcula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 42
Tabla 12. Variacin de las condiciones de operacin en extraccin a
diferentes tamaos de partcula para la mezcla
Chorreado-Pasilla-Pasilla 42 Tabla 13. Variacin de los atributos
sensoriales de caf T&M a diferentes tamaos de partcula para la
mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 44
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Tabla 14. Variacin de los atributos sensoriales de caf T&M a
diferentes tamaos de partcula para la mezcla
Chorreado-Pasilla-Pasilla 45 Tabla 15. Variacin de los atributos
sensoriales del extracto diluido a diferentes tamaos de partcula
para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 45 Tabla 16. Variacin de
los atributos sensoriales del extracto diluido a diferentes tamaos
de partcula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 46 Tabla 17.
Anlisis sensorial prueba triangular para extracto diluido a
diferentes tamaos de partcula para la mezcla
Chorreado-Chorreado-Pasilla 46 Tabla 18. Anlisis sensorial prueba
triangular para extracto diluido a diferentes tamaos de partcula
para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 46 Tabla 19. Variacin de
las propiedades del extracto diluido a diferentes factores de
retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 47 Tabla
20. Variacin de las condiciones de proceso en extraccin a
diferentes factores de retiro/carga para la mezcla
Chorreado-Chorreado-Pasilla 48 Tabla 21. Variacin de los atributos
sensoriales del extracto diluido a diferentes factores de
retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 49 Tabla
22. Anlisis sensorial prueba triangular para extracto diluido a
diferentes factores de retiro/carga para la mezcla
Chorreado-Chorreado-Pasilla 50
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LISTA DE ANEXOS Pg.
ANEXO A: ANLISIS DEL TAMAO DE PARTCULA EN CAF T&M (Segn NTC
2441). 57 ANEXO B: PROCEDIMIENTOS PARA EL ANLISIS DE LAS
PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DEL CAF T&M Y DEL EXTRACTO DILUIDO
DE CAF. 58 ANEXO C: PREPARACIN DE LAS MUESTRAS PARA USO EN ANLISIS
SENSORIAL (Segn NTC 3566). 63 ANEXO D: METODOLOGA PARA EL ANLISIS
SENSORIAL CUANTITATIVO DESCRIPTIVO DEL CAF (Segn NTC 4883). 64
ANEXO E: FORMATO PARA EL ANLISIS SENSORIAL CUANTITATIVO DESCRIPTIVO
DEL CAF (Segn NTC 4883). 66 ANEXO F: METODOLOGA DE LA PRUEBA
TRIANGULAR Eleccin Forzada extendida (segn NTC 2681). 67 ANEXO G.
FORMATO DE LA PRUEBA TRIANGULAR Eleccin Forzada extendida (Segn NTC
2681). 68 ANEXO H. ANLISIS ESTADISTICOS 69
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RESUMEN
En el desarrollo de este trabajo, se realiz un seguimiento al
proceso de obtencin de extracto de caf diluido, desde recibo de
materias primas hasta la obtencin del extracto, pasando por tostin
y molienda; con el fin de encontrar los factores que afectan el
rendimiento obtenido en extraccin. Se evaluaron las diferentes
materias primas y mezclas trabajadas por la empresa para el ao 2002
y su influencia en el rendimiento obtenido; por medio de un anlisis
grfico se determin que las materias primas que proporcionan
rendimientos en extraccin altos y bajos fueron Chorreado y Pasilla
respectivamente; considerando que la mezcla
Chorreado-Chorreado-Pasilla proporciona rendimientos superiores en
extraccin, los cuales se comportaron dentro de un rango constante
para todo el ao. Por medio de un anlisis grfico se determin que el
porcentaje de prdida de peso y el color en caf tostado y molido,
variables representativas del proceso de tostin, se encuentran
dentro de un mismo rango, para cada materia prima, dicho rango es
determinado por la calidad y caractersticas del caf verde,
observndose que a mayor valor de estas variables el rendimiento
tiende a aumentar. Se realizaron ensayos industriales en extraccin,
variando los tamaos de partcula y el factor retiro/carga, para
determinar la influencia de estas dos variables en el rendimiento
obtenido en extraccin. El aumento del tamao de partcula de caf
tostado y molido cargado a las columnas en extraccin disminuye
tanto el rendimiento como los slidos solubles obtenidos,
encontrndose diferencias significativas mediante la prueba de test
de rangos mltiples (Duncan al 5%). De igual forma que el tamao de
partcula, el aumento del factor retiro/carga disminuye tanto el
rendimiento como los slidos solubles obtenidos. El cambio sensorial
de los atributos tanto del extracto diluido como del caf tostado y
molido con los cambios de proceso evaluados, es poco significativo
en taza, ya que no se encontraron diferencias sensoriales entre las
muestras; las cuales fueron evaluadas mediante un anlisis
cuantitativo descriptivo para caf (QDA) y la prueba triangular.
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ABSTRACT
In the development of this work, it was carried out a follow up
to the process of obtaining the extract coffee diluited, from
receipt of green coffee beans until obtaining the extract coffee,
passing for roast and grind; to find the factors that affect the
yield gotten in the extraction process. It was evaluated the
different types of green coffee beans and mixtures used by the
factory by the year 2002 and their influence in the yield gotten;
by analysising graphics was determined that the type of green
coffee beans that provide the higest yield and the lowest yield in
extraction process were Chorreado and Pasilla respectively;
considering that the mixture Chorreado-Chorreado-Pasilla provides
superiors yields in extraction, they behaved within a constant
range through the all year. The analysis graphic determined the
percentage of loss of weight and the color in the roast and grind
coffee, representative variables of the roast process, found within
a same range for each type of green coffee beans, this range is
determined by the quality and characteristic of the green coffee,
observing that the bigger it is the courage of these variables, the
yield is to increase. It was carried out some industrial rehearsals
in extraction, varing the sizes of particle and the factor
retired/loaded, in order to determine the influence of these
variables in the yield gotten in extraction. The increase of the
size of particle of roast and grind coffee loaded to the columns in
extraction disminishes the yield and the instanteneous solids
gotten so much, its finding significant differences by way of
testing multiple ranges (Duncan at 5%). From equal form that the
size of particle, the increase of the factor retired/loaded
disminishes the yield and the instantaneous solids gotten so much.
The tastes change of the atributes so much of the extract diluited
and the roast and grind coffee with the change of process, it is
not very significant in a cup, it was not found sensitive
differences between the samples; they were evaluated by way of a
quantitative descriptive analysis for coffee (QDA) and the
triangular test.
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INTRODUCCIN
El proceso de extraccin de caf se puede definir como la operacin
mediante la cual agua caliente moja el caf tostado y molido,
disolviendo los compuestos qumicos responsables del aroma y sabor.
El grado de extraccin del caf est directamente relacionado con la
calidad de la bebida y la concentracin con su fuerza o intensidad
de sabor. Este trabajo se desarroll con el fin de determinar las
condiciones de operacin apropiadas en el proceso de extraccin de la
empresa Decaf S.A., para incrementar el rendimiento obtenido
propiciando un aumento en los beneficios para la empresa, sin
desmejorar las propiedades fisicoqumicas y sensoriales del extracto
de caf diluido producido. Con este estudio se pretendi conocer la
variacin e influencia de las mezclas y calidad de la materia prima,
el grado de tostin, el grado de molienda y el factor retiro/carga
en el rendimiento de extraccin, determinando cuales variables
tienen mayor relevancia en el proceso de extraccin. Decaf S.A. no
contaba con esta informacin y fue el objetivo primordial de este
trabajo generarla, a travs de la experimentacin y/o el anlisis
histrico de la produccin, cuyos resultados, analizados de forma
terica y con carcter ingenierl, arrojaron la informacin necesaria
para dar solucin a estas cuestiones, y permitieron tener una gua
para futuros estudios. La realizacin de este trabajo fue importante
para el investigador, con el fin de validar las bases y los
conocimientos sobre ingeniera de procesos e ingeniera de alimentos,
impartidos por la Universidad durante el tiempo de aprendizaje.
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1. OBJETIVOS
11..11.. OOBBJJEETTIIVVOO GGEENNEERRAALL Determinar la
influencia que tiene la materia prima, el grado de tostin y el
grado de molienda sobre el rendimiento de extraccin y establecer la
mejor combinacin de estos factores para el mejoramiento del proceso
de extraccin. 11..22.. OOBBJJEETTIIVVOOSS EESSPPEECCFFIICCOOSS
Evaluar el efecto que tiene la calidad y las mezclas de las
materias primas sobre el rendimiento en el proceso de
extraccin.
Definir mezclas de materias primas con buen rendimiento en
extraccin.
Establecer las caractersticas de tostin y molienda, por tipos de
materias
primas, que permitan un buen nivel de rendimiento en extraccin.
Evaluar la incidencia del factor retiro/carga en el rendimiento y
en las
caractersticas fisicoqumicas y organolpticas del extracto de
caf.
4
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2. ANTECEDENTES ACEVEDO N, J.L; CASTAO C; J.J. [1] Influencia
del agua de apagado sobre las propiedades fisicoqumicas del caf
tostado. Revista Cenicaf 49(1): 17-29. 1998. Con el propsito de
tener un conocimiento pleno sobre el proceso de enfriamiento del
caf recin tostado aplicando agua de aspersin, Quenching, estudiaron
la influencia de los parmetros ms relevantes tales como: relacin
entre cantidad de agua/cantidad de caf a tostar, velocidad de
aspersin del agua y tipo de agua utilizada; sobre la cantidad del
caf tostado y molido como producto final. Para tal efecto
determinaron una serie de propiedades fisicoqumicas como son color,
densidad aparente, contenido de humedad, pH, acidez titulable,
slidos solubles y anlisis granulomtrico. Tambin realizaron un
anlisis sensorial por parte del panel de catacin de Cenicaf. En
general, los resultados indican que el caf apagado con agua es de
mejor calidad que el caf apagado con aire, lo cual se refleja en
todas las cualidades organolpticas de la bebida. Los diferentes
parmetros del quenching afectan hasta cierto punto las cualidades
sensoriales y fisicoqumicas del caf tostado y en cierta medida,
pueden usarse para modular las caractersticas finales del producto
tostado y molido, y pueden ocultar caractersticas negativas de la
materia prima. CASTAO C, J.J; QUINTERO, G; VARGAS R.L. [2]
Caracterizacin del rendimiento de extraccin y del contenido de la
bebida de caf. Revista Cenicaf 51(3): 185-195. 2000. Efectuaron
medidas de rendimiento y contenido de slidos solubles en extractos
de caf consumo, caf pasilla y la mezcla. Las muestras se tostaron a
4 diferentes grados: muy oscuro, medio y claro, segn norma NTC
2442. Las molieron a 3 diferentes grados: grueso, medio y fino,
segn norma NTC 2441. Determinaron la variacin que presento el
rendimiento y la concentracin de slidos solubles. La fuente de
variacin que ms influy en el valor tanto del rendimiento como de
los slidos solubles fue el grado de molienda, presentndose
diferencia significativa para los tres grados evaluados. En orden
de importancia le sigui el tipo de extraccin, presentndose mayores
valores de rendimiento y slidos solubles para extraccin lenta. En
lo que se refiere al grado de tostin, a medida que este aumentaba
tambin aumentan el rendimiento y el contenido de slidos solubles,
aunque en general no de manera muy considerable. Se puede afirmar
que la materia prima usada, tambin afect significativamente los
valores de rendimiento y slidos solubles. El caf consumo y la
mezcla presentaron valores de rendimiento y slidos solubles
significativamente mayores que la pasilla. Este trabajo, entre
otros, sirvi de base para la elaboracin de dos Normas Tcnicas
Icontec, sobre el tema.
5
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CASTAO C, J.J; QUINTERO, G. [3] Optimizacin de la torrefaccin de
mezclas de caf sano y brocado, en funcin de la temperatu a y el
agua de apagado. Revista Cenicaf 52(1): 49-73. 2001. Optimizaron
las variables principales de torrefaccin, temperatura de
torrefaccin y cantidad de agua de apagado para tres mezclas de caf
almendra: caf sano tipo consumo, caf brocado 100% Grado 1, y una
mezcla entre caf sano y cafs brocados Grados 1 y 2. Emplearon un
diseo experimental de superficies de respuesta. Encontrando para
las tres mezclas, superficies de respuesta significativas para la
impresin global (prueba de taza) y para otras variables
complementarias. No encontraron diferencias entre los valores
ptimos de impresin global para las tres mezclas, aunque hubo
diferencias con relacin al tipo de dependencia exhibida con
respecto a las variables de torrefaccin. Encontraron que mientras
la impresin global, sistemticamente presentaba un mximo de
respuesta en los rangos estudiados, el rendimiento de extraccin
presentaba un mnimo, corrido con la relacin al mximo de impresin
global.
r
r
]
CUELLAR S, P.C; CASTAO C, J.J. [8] Influencia de la materia
prima, del g ado de tostin y de molienda en la densidad del caf
tostado y molido sobre algunas propiedades del extracto obtenido.
Revista Cenicaf 52(2): 127-140. 2001. El propsito de esta
investigacin fue evaluar el efecto que tienen, sobre la densidad
aparente del caf tostado y molido medida por los mtodos de Cada
Libre y Compactacin, las mezclas de caf verde consumo y pasilla
como materia prima y diferentes grados de tostin y molienda de
acuerdo con la Norma Tcnica Colombiana vigente (NTC 2442 y NTC
2441, respectivamente). Determinaron la influencia de estos tres
factores (mezcla, tostin y molienda) sobre el rendimiento de
extraccin y algunas propiedades del extracto de caf como el pH, la
acidez y la concentracin medida como grados Brix y porcentaje de
slidos solubles mediante la utilizacin de un sistema propio de
extraccin para cada grado de molienda. En los resultados obtenidos
se observa que la densidad disminuye con el aumento del porcentaje
de caf pasilla en la mezcla, con el aumento del grado de tostin y
el tamao de partcula obtenido en las diferentes moliendas. En
cuanto a las propiedades del extracto se observ que a medida que
aumenta el grado de tostin, la densidad y la acidez disminuyen, el
pH aumenta y los slidos solubles y los grados Brix tienden a
permanecer constantes para las moliendas media y gruesa, aumentando
para la molienda fina. CUELLAR S, P.C; CASTAO C, J.J. [9 Relacin
entre la densidad aparente del caf tostado y molido medida por
compactacin y cada libre y algunas propiedades del extracto de caf.
Revista Cenicaf 52(3): 215-222. 2001. Combinaron los factores
mezcla, torrefaccin y molienda del caf tostado y molido con el
objeto de hallar la funcin existente entre la densidad aparente del
caf tostado y molido medida por el mtodo de compactacin y el de
cada libre. Combinaron los diversos factores que
6
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influyen en las variables de medida. Para asegurar la igualdad
en la materia prima midieron a cada mezcla el contenido de humedad
y la densidad aparente. Adems realizaron un proceso de extraccin
con un sistema propio para cada molienda. Estudiaron tambin las
funciones de relacin entre la concentracin medida en Brix y el
porcentaje de slidos solubles y la relacin entre el pH y la acidez
del extracto. Determinaron que la funcin entre las concentraciones
es lineal y proporcional y los slidos solubles fueron
aproximadamente 0.6 veces los Brix. Realizaron un anlisis por grado
de molienda debido a la diferencia que present en el
comportamiento, encontrando que para la relacin entre el pH y la
acidez las curvas que dieron mejor ajuste son cuadrticas y para la
relacin entre las densidades encontraron funciones proporcionales y
lineales as: la densidad por cada libre es menor que la densidad
por compactacin en aproximadamente 0.87 veces para la molienda
gruesa; 0.85 para la media y 0.71 para la fina. VILLEGAS M, C.P.
[23] Influencia de la calidad de la materia prima en las
caractersticas fisicoqumicas del extracto diluido de caf.
Manizales; Tesis Universidad Nacional, Ingeniera Qumica. 1998. Con
el propsito predecir y obtener correlaciones que establezcan el
comportamiento de la materia prima durante el proceso de caf
soluble en la planta Decaf S.A., realizaron un seguimiento a los
procesos de: caf verde en precompra, silos, tostin, molienda y
extraccin. Se utiliz materia prima clasificada como chorreado de
pergamino, chorreado de guayaba, pasilla reposada y pasilla de
mquinas. Para obtener las correlaciones midieron propiedades
fisicoqumicas; en forma adicional evaluaron caractersticas de
materia prima o condiciones de operacin que favorece la presencia
de defectos en el extracto como son astringencia y sedimento. El
procesamiento de la informacin recolectada se hizo mediante el uso
del paquete estadstico SAS; la metodologa empleada fue la
realizacin de un anlisis estadstico riguroso de datos obtenidos en
el seguimiento de los parmetros seleccionados del proceso de
planta. Realizaron anlisis descriptivo, de correlacin, de regresin,
componentes principales y anlisis grfico de los datos tomados. Se
obtuvo una relacin directa entre el grano aprovechable y la acidez
con el chorreado de pergamino, chorreado de guayaba y pasilla
fresca, corroborada por una relacin inversa entre el pH y densidad
y una correlacin directa entre densidad y acidez.
7
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3. MARCO TERICO
33..11.. CCAAFF VVEERRDDEE
]
]
]
Especies y variedades [6 : El caf verde pertenece a la familia
Rubicea del gnero Coffea. Se desarrolla entre los 400 y 2000 metros
de altitud, a una temperatura entre 20 y 25 C. Compuesta por cuatro
grupos de los cuales Eucoffea es la ms importante y las especies
Canephora y Arbica pertenecen a la subdivisin Erythrocoffea de este
grupo. Dos especies son de importancia comercial, coffea arbica y
coffea canephora, las cuales son conocidas como arbica y robusta.
Varios hbridos de arbica y canephora han sido desarrollados, el ms
conocido es probablemente el Timor. Beneficio del caf [6 : El fruto
del caf es recogido y sometido a un proceso de beneficio donde se
despoja de sus envolturas, se lava y se seca obteniendo finalmente,
el grano comercial. El beneficio se lleva a cabo por dos mtodos:
hmedo y seco. Por va seca el grano de caf es secado inmediatamente
despus de ser recogido y solo una vez seco, la pulpa, el muclago y
el pergamino forman una especie de cscara que envuelve el grano, la
cual se retira en una etapa nica de descortezado. Por va hmeda el
grano de caf se despoja de su piel o epicarpio y de la pulpa o
mesocarpio en el despulpado, operacin que debe realizarse lo ms
breve posible despus de la recoleccin. Una segunda etapa es la
fermentacin, el caf despulpado se lleva a cubas donde el medio
acuoso propicia la descomposicin de sustancias peptdicas de la
envoltura mucilaginosa, por accin diosttica; favorecida por una
ligera transferencia de calor y un sensible aumento de acidez de la
masa. La tercera etapa es el lavado que tiene por objeto remover
los productos de fermentacin, restos de pulpa adheridos y muclago
descompuesto; el lavado termina cuando el agua sale tan limpia como
entr al canal o cuba lavadora. La cuarta etapa es el secado, que
puede ser solar o mecnico hasta que el contenido de humedad se
encuentre alrededor de 10 a 12%. Trilla [6 : Es la etapa de
despergaminamiento; el objetivo de la trilla es separar la almendra
de la cascarilla que la envuelve, sin triturarla ni rayarla. Se
realiza en sistemas mecnicos; una accin combinada de presin y
friccin rompe y fragmenta las envolturas de los granos, las cuales
son evacuadas por corrientes de aire.
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Caractersticas fsicas del caf: Al realizar los anlisis fsicos se
determina el porcentaje en peso de defectos y de grano
aprovechable. Los defectos segn la Federacin Nacional de Cafeteros
se clasifican en [10]:
Grano negro o parcialmente negro: Es todo grano de caf almendra
que presenta total o parcialmente un color negro encogido,
arrugado, el cual se debe a mala recoleccin del caf cereza.
Grano cardenillo: Caf atacado por hongos debido a almacenamiento
hmedo del producto. Es consecuencia de fermentacin prolongada antes
del lavado. Tambin puede ser producido por prolongadas
interrupciones durante el secado. El hongo va destruyendo el grano
por las partes ms blandas, produciendo un polvillo amarillo o
amarillo rojizo.
Grano vinagre o parcialmente vinagre: Se entiende como tal, a
todo grano de caf almendra que presenta un color que va de crema a
carmelita oscuro. La pelcula plateada puede tender a coloraciones
pardo rojizas. Se produce por sobre fermentacin en el beneficio o
por almacenar hmedo el caf. El grano tiene olor a vinagre.
Grano cristalizado: Es todo grano de caf almendra de color gris
azuloso producido por exceso de temperatura en el secamiento. El
grano es quebradizo al golpearlo.
Grano decolorado: Es todo grano de caf que ha sufrido alteracin
en su color natural y se vuelve generalmente de color blanco,
amarillo, gris oscuro o con vetas blancas y que resalta o hace
contraste en la muestra. Lo causan distintas irregularidades en el
beneficio, especialmente por mal secado o deficiente
almacenamiento.
Grano mordido y cortado: Se llama as al grano de caf almendra
que ha sido cortado y se ha oxidado. Se produce durante el proceso
de despulpado, por mal ajuste de la mquina. Las hendiduras se
tornan amarillas o negras durante el proceso de fermentacin o
secamiento. Afecta el aspecto y el sabor.
Grano picado por insectos: Es todo grano de caf almendra que
presenta pequeos orificios hechos por insectos como la broca.
Grano partido: Trozo de grano de caf almendra, producido por
rotura del grano en el proceso de trilla, como consecuencia de
tratamiento rudo y de maquinaria de procesamiento defectuosa.
Afecta el aspecto, el rendimiento en la torrefaccin y el sabor.
9
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Grano malformado o deformado: Se denomina as a todo grano
almendra que presenta alguna malformacin o deformacin de tipo
gentico y que por medios mecnicos se puede extraer del lote, es
decir tiene bajo peso especfico o es muy grande. Dentro de este
grupo se encuentra el grano elefante, el grano tringulo, el grano
averanado y el grano chupado. Se produce como consecuencia de un
desarrollo pobre del cafeto debido a sequa o debilidad. Afecta el
aspecto, el rendimiento en la torrefaccin y el aroma.
Grano inmaduro: Es todo grano de caf almendra que presenta un
color verdoso o gris claro, debido a que lo recolectan antes de
llegar a su madurez o no ha alcanzado pleno desarrollo. La cutcula
no desprende, est totalmente adherida y el grano presenta un tamao
menor que los dems. Afecta el aspecto, el sabor en el caf tostado.
En taza da un sabor astringente e inmaduro.
Grano aplastado: Como su nombre lo indica es todo grano que ha
sufrido un aplastamiento debido al mal trato durante el proceso de
beneficio, causado durante el secamiento al pisar el caf y al
trillar caf hmedo. Afecta el aspecto y el sabor en caf tostado.
Grano flotador o basuldo: Se llama as a todo grano de caf
almendra de color blanco, forma rugosa, de densidad muy baja, de
apariencia de corcho, proveniente de secado y almacenamiento
deficientes. En el caf expuesto a ambientes muy hmedos se forma un
muclago alrededor del grano que con el tiempo se torna blanco.
Grano flojo: Es todo grano de caf de color gris oscuro blando,
debido a falta de secado.
Grano ripio: Est constituido por grano defectuoso, grano partido
que pase malla 14. Entre grano ripio se encuentran el grano negro
basuldo, astillado, partido y vano.
33..22.. PPRROOCCEESSAAMMIIEENNTTOO IINNDDUUSSTTRRIIAALL
PPAARRAA LLAA OOBBTTEENNCCIINN DDEE EEXXTTRRAACCTTOO DDEE CCAAFF
DDIILLUUIIDDOO[6] [6]
Para obtener extracto de caf a partir de caf verde, ste debe ser
sometido a operaciones tales como torrefaccin, molienda y extraccin
que se citan a continuacin (Ver Figura 1):
10
-
Figura 1. Proceso Industrial para la produccin de extracto de
caf diluido.
33..33.. TTOORRRREEFFAACCCCIINN [7] [7]
La torrefaccin es una operaccalentamiento, el cual provogranos,
seguido de una sreduccin, hidrlisis, polimdeseado; mantenindolo en
cdel grano; cuando finaliza determinada cantidad de agu Durante el
tostado se pierproductos de la pirlisis; ecaractersticas de color,
aromtemperatura y el tiempo de pr
RECIBO E INSPECCIN DELCAF VERDESALMACENAMIENTO EN SILO
N
in ca i
erie erizacontinla to
a o ai
de as en a y socesTORREFACCIde nicdeiuostire.
gues
aboo. MOLIENDANEXTRACCI
FILTRACIN Y CLARIFICACIN DELEXTRACTO SOLUBLEOEXTRACTO
DILUIDexposicin de los granos de caf almendra a un ialmente una
liberacin del agua ligada a los reacciones qumicas tales como
oxidacin, n y descarboxilacin, hasta alcanzar el color movimiento
para asegurar un tostado completo n, el caf es enfriado rpidamente
con una
a, materia seca y otros compuestos voltiles, te proceso donde el
caf adquiere todas sus r deseados. El grado de tostacin depende de
la
11
-
La calidad final del caf tostado depende de las caractersticas
del caf verde utilizado, el tiempo y la temperatura de torrefaccin,
la transferencia de calor a la superficie del grano, la conduccin
del calor dentro del grano y el mtodo de enfriamiento del grano.
Las temperaturas ptimas de tostacin oscilan entre 180 y 250 C,
dependiendo del diseo y estado del equipo. Entre menos tiempo dura
la tostacin mejor la calidad. Nunca debe demorarse el proceso ms de
30 minutos. En cuanto ms claro sea el color, menos tostado, el
sabor ser ms suave, ms cido y menos amargo. Cuanto ms oscuro ms
tostado y el sabor ser ms fuerte, menos cido y ms amargo. Al tostar
el caf pierde peso, del 14 al 22% dependiendo del grado de
tostacin, de la eficiencia del equipo y de la calidad de las
materias primas. Cuando el grado de torrefaccin es muy alto, los
aceites del caf brotan a la superficie, se alcanzan a quemar y en
la taza aparece un sabor a quemado desagradable, la apariencia del
caf es aceitosa y brillante. Etapas de la torrefaccin [7]
: Se divide en tres fases, las cuales son:
Fase de secado: Es un proceso endotrmico. Tiene tres etapas, la
primera es la evaporacin del agua de los granos de caf almendra,
que ocurre durante el 80% del tiempo de torrefaccin; en la segunda,
los granos pierden el agua ligada que es el 3% del total de la
humedad inicial y la tercera que es cuando los granos pierden el
color verde y se tornan de color amarillo o carmelita y
adicionalmente cambia el aroma caracterstico del caf verde.
Fase de tostin o pirlisis: Por accin del calor, los compuestos
del caf comienzan a sufrir una serie de reacciones pirolticas de
carcter exotrmico dentro de la clula, conllevando a aumentar el
espesor de las membranas y produciendo compuestos responsables del
aroma y sabor. Esta etapa inicia entre 205 a 210 C y es cuando los
granos logran su mximo hinchamiento. Por los cambios en la
composicin qumica de los granos se libera gran cantidad de CO2 con
presencia de humo, primero de color azulado, luego grisceo y
opaco.
Fase de enfriamiento: Una vez se alcanza el grado de tueste
deseado, se debe interrumpir la pirlisis mediante enfriamiento. Los
medios ms empleados son el aire y el agua, para lo cual se usa un
mximo de 8% en peso de agua. Hay presencia de humos blancos densos
y un aroma a pan tostado que es penetrante y acre.
El enfriamiento con aire presenta algunas desventajas como son
la emisin de humos con sustancias orgnicas causantes de
contaminacin ambiental y posibles
12
-
defectos en el empaque, ya que el dixido de carbono es atrapado
dentro de los granos y ste es liberado lentamente provocando daos
en el empaque.
El enfriamiento con agua ms ampliamente difundido es el
Quenching [1] que se realiza mediante una fina aspersin de agua fra
y pura. El quenching busca suspender rpidamente las reacciones
exotrmicas reduciendo la temperatura del caf por debajo de 150 C.
El quenching aumenta la tonalidad oscura del caf, mejora las
caractersticas friables del caf, produciendo una molienda ms
uniforme; sucede una especie de templado, cerrndose los poros y
ayudando a conservar el aroma. Para el quenching hay que tener en
cuenta la utilizacin de agua pura, realizar la operacin mediante
una fina aspersin de agua en el ltimo momento de la tostacin; el
agua no debe mojar el caf, se debe evaporar en su totalidad y la
humedad del producto final debe estar por debajo del 5%; pues la
humedad disminuye el periodo de conservacin del caf tostado, adems
el vapor de agua hace que los poros en la superficie del grano se
abran generando una superficie de fcil oxidacin. Debido a las
reacciones de pirlisis se produce CO2, que es atrapado dentro de
los granos despus del quenching. Este debe ser subsecuentemente
liberado para que no interfiera en el proceso de extraccin, se hace
necesario dar al caf un tiempo de reposo para continuar con la
operacin de extraccin, es recomendado que sea un mnimo de 3 horas y
un mximo de 10 horas.
Cambios fsicos ocurridos con la torrefaccin[7]
: durante la torrefaccin se presentan cambios fsicos de peso,
volumen, color y textura interna.
Prdida de peso: Se debe a la evaporacin esencialmente de agua y
materia seca. Es aceptable una prdida de peso del 3% para un
tostado muy plido, un 10 14% para cafs de tostado claro y 23 25%
total para cafs oscuros. Adems se pierde pelcula plateada y algunos
principios voltiles. La prdida de peso ofrece una alta correlacin
con el color del caf tostado, generando una medida fcil para el
control de la torrefaccin.
Aumento en el volumen: Es ocasionado por generacin y
almacenamiento de dixido de carbono dentro del grano, generando
presiones internas entre 5.5 y 8 atmsferas, que aumentan el volumen
en 170 a 230%. Este fenmeno depende del origen botnico, procedencia
y contenido de humedad.
Cambios de color: El color final depende de la intensidad y
duracin del proceso de tostacin. El color vara desde marrn claro
hasta negro brillante, pasando por
13
-
todas las tonalidades del color caf. El color es uno de los
parmetros ms importantes para el control de calidad. A cada color
le corresponde un sabor y aroma. Los equipos para medir color son
de dos tipos, unos envan al caf un haz de luz de una sola longitud
de onda y determinan la reflectancia producida, otros ms precisos
definen las propiedades espectrales de varios estndares iluminados
en valores espaciales L, a y b. La rapidez con que se enfran los
granos despus de tostar afecta el matiz. El color final tambin se
ve afectado por el tipo de caf y la procedencia.
Resistencia a la compresin: Al expandirse los granos, se produce
una crepitacin provocada por la expulsin de vapor de agua y los
gases generados dentro del grano, dando como resultado la aparicin
de grietas y fisuras. El caf mientras ms tostado, ms quebradizo y
por lo tanto ms fcil de moler.
Incremento de solubles en el agua: Esto se debe principalmente a
la hidrlisis-solubilizacin de carbohidratos insolubles. En general,
el caf Robusta suministra un 3 a 4% ms de slidos solubles que el
Arbica para el mismo grado de tostacin, el porcentaje tambin es
mayor para tostaciones fuertes. Los cafs tostados rpidamente
proporcionan altos porcentajes de slidos solubles en comparacin con
los tostados convencionalmente
Cambios qumicos ocurridos durante la torrefaccin [7], [19]: En
el proceso de torrefaccin son mltiples los cambios qumicos que se
presentan, siendo particulares para cada compuesto as:
Sacarosa: Este compuesto constituye cerca del 7% del grano de
caf almendra. Se altera de manera sencilla, caramelizando y
descomponindose en azcares sencillos. Primero sufre un proceso de
deshidratacin, hidrolizndose en azcares simples hasta que la
temperatura alcanza el punto de pirlisis. Los azucares reducidos
continan deshidratndose, polimerizan y se degradan parcialmente a
compuestos voltiles de carcter orgnico, vapor de agua y dixido de
carbono. Muchos productos de la pirlisis de los azucares reducidos
reaccionan con protenas y otros productos de degradacin, dando pie
a la formacin de los compuestos que dan lugar al color caramelo y
otras propiedades del caf tostado.
Almidones y dextrinas: Experimentan un proceso de hidrlisis
semejante al de la sacarosa a las temperaturas de torrefaccin.
Algunos compuestos se caramelizan y pueden llegar a carbonizarse
fcilmente.
Celulosa, hemicelulosa y lignina: Constituyen respectivamente,
las partes leosa, fibrosa y de ligamento de la estructura celular
del grano de caf. No son muy
14
-
afectados por el proceso de torrefaccin y son poco solubles en
agua. Presentan fenmenos de encogimiento e hinchamiento durante el
secado y la pirlisis.
Pentosanos: Durante las primeras etapas de la tostacin se
descomponen, principalmente en furfural. Son causantes del olor a
cereal.
cidos: Los cidos predominantes en el caf verde son los
clorognicos, el actico, el ctrico y el mlico. En el caf arbica
constituyen cerca del 6.5%; con la tostacin se reducen a diferentes
niveles; si la tostacin es baja, mayor ser el contenido de
compuestos cidos en el caf tostado. El cido que ms fuertemente se
afecta con la tostacin es el n-clorognico el cual prevalece
bastante en trminos de cantidad. En general, con el tostado ligero
los cidos decrecen cerca del 30%, con un tostado intermedio
alrededor del 50%, con un tostado oscuro cerca del 70% y con uno
muy oscuro ms del 98%.
Compuestos voltiles: Proporcionan el aroma del caf; quedan
atrapados en el interior del grano durante la tostacin. En su
mayora estn conformados por cetonas, aldehdos y compuestos
sulfurados. Todos los cidos voltiles que son slo el 0.5% y los
cuales son fuertemente detectados mediante la catacin, se
desarrollan slo con la torrefaccin.
Protenas: Las protenas simples constituyen cerca del 10 al 12%
del caf verde, son desnaturalizadas durante la pirlisis, parte de
ellas son transformadas junto con los carbohidratos en la llamada
reaccin de Maillard, a sustancias pardas. La hidrlisis de las
uniones peptdicas libera carbonilos y aminas. Los aminocidos,
siendo constituyentes de las protenas contenidas en el caf
almendra, se encuentran slo parcialmente en el caf tostado. En el
proceso de torrefaccin todos los contenidos de aminocidos se
reducen casi hasta el 30%.
Lpidos: Son en su mayora aceites parcialmente insaturados,
susceptibles al rompimiento en sus dobles enlaces por choque
trmico. Solo se afecta un 5% de los aceites con la tostin. Los
glicridos que conforman los aceites se descomponen en glicerina y
cidos grasos libres, en presencia de cido y por accin del calor; si
las cadenas son cortas se forman cidos voltiles. Durante la
tostacin, la estructura celular se modifica, liberando el aceite,
el cual se desplaza libremente en el interior del grano. Este
aceite, al producirse el enfriamiento sbito del grano, solidifica
provocando su fragilizacin.
Cafena: Casi siempre en el proceso de torrefaccin cerca del 10%
de la cafena contenida en el caf almendra, se pierde a travs de la
sublimacin. Slo con tostados muy oscuros se encuentra una
significativa prdida de cafena.
15
-
Dixido de carbono: No existe libre en el grano de caf almendra,
se forma durante el proceso de pirlisis. Dicho gas no se libera
inmediatamente; si el grano de caf tostado permanece entero, su
escape durar de 1 a 2 semanas. El gas carbnico ejerce una accin
protectora al mantener alejado el aire, pero si se empaca
hermticamente se presionar el recipiente pudindose romper o
estallar.
Minerales: Existen en el grano verde en forma de sales orgnicas.
Durante la tostacin se separan de sus compuestos orgnicos y actan
como catalizadores de las reacciones que ocurren durante la
pirlisis. Los fosftidos (lecitina y fosfolpidos) conforman la parte
coloidal de la bebida de caf. El potasio y el calcio forman sales
con los cidos orgnicos liberados.
33..44.. MMOOLLIIEENNDDAA [7] [7]
En la molienda hay reduccin del tamao por compresin, friccin,
corte, rompimiento, o cualquier proceso que pueda causar reduccin
del tamao de la partcula. Con respecto al caf tostado, los granos
completos requieren un cortado mediante una accin de compresin o
friccin, para proveer al caf molido con partculas de un tamao y
forma adecuados, para el subsiguiente proceso de elaboracin de la
bebida. El principal objetivo de la molienda en el caf, es
incrementar la superficie especfica de extraccin, o ms bien,
aumentar el tamao de la interfase entre el agua y el slido, as como
facilitar la transferencia de sustancias solubles y emulsificantes
dentro de la bebida. El grado de finura de las partculas puede ser
discutido en trminos de molido fino, grueso y uniformidad de
partculas. En el molido fino las partculas de caf tienen una
estructura dbil y poco resistente a la compresin, bajo las
condiciones de flujo de la lixiviacin; son menos elsticas despus de
que las fuerzas de compresin han sido descargadas, por eso se
compactan fcilmente; causan presiones diferenciales progresivamente
mayores dificultando el flujo para todos los propsitos prcticos.
Los finos en un lecho muy comprimido pueden causar acanalamiento,
el cual baja el rendimiento del proceso y la concentracin de
solubles de los extractos. En la lixiviacin de molidos finos se
necesitan perfiles de temperatura ms bajos para alcanzar el mismo
rendimiento de solubles, el tiempo de lixiviacin es menor y la
calidad de la bebida es buena.
16
-
En el molido grueso, los granos de caf pueden ser lixiviados
pero el sabor de la bebida no es agradable, la extraccin no
presenta problemas de cada de presin, pues ofrece menos resistencia
al flujo y menor rendimiento. En la molienda del caf influyen
parmetros tales como:
Variabilidad de la mezcla: A mayor cantidad de defectos
contenidos en las mezclas de materias primas existe una mayor
facilidad de fractura del grano, por la inestabilidad de la
estructura.
El grado de tostin: Con la tostacin se produce una considerable
expansin de los granos, conllevando a un detrimento en la
elasticidad de las paredes celulares, las cuales se vuelven
quebradizas y de baja tenacidad, lo que puede afectar la
estabilidad de la molienda.
Humedad del caf tostado: Si no se maneja adecuadamente el agua
del quenching, puede aumentarse la humedad del caf tostado, lo que
puede producir un mayor consumo de energa en el molino provocando
sobrecalentamiento en el caf.
Condiciones del molino: Debe estar en condiciones ptimas de
funcionamiento para evitar, por ejemplo, fricciones entre las
paredes que entran en contacto con el caf, que puedan ocasionar
daos en las propiedades fisicoqumicas y sensoriales del
producto.
33..55.. EEXXTTRRAACCCCIINN [7] [7]
Despus de la tostin y la molienda, la extraccin es la operacin
clave en la manufactura a gran escala del caf instantneo, en la
cual los slidos solubles y los compuestos aromticos son extrados.
El proceso de extraccin de caf es una lixiviacin donde el solvente
es agua lquida. Etapas de la Extraccin: Se divide en tres fases,
las cuales son:
Humectacin: El gas que se ha liberado durante la tostin, vuelve
el grano poroso, tal que inicialmente las partculas se saturan en
sus intersticios con el agua caliente. Las partculas absorben agua
en una cantidad igual al doble de su peso. La estructura fibrosa
del grano lo convierte en un secante que absorbe el agua y ayuda a
la posterior extraccin de los compuestos solubles.
17
-
Extraccin de solubles: Los solubles en el caf se disuelven en el
agua absorbida, provocando un aumento rpido de la concentracin,
creando un gradiente de transferencia de masa; a medida que este
gradiente es ms grande, mayor ser el rendimiento en la
extraccin.
Hidrlisis: El caf torrefactado contiene slo del 20 al 30% de
slidos solubles extrables a temperatura normal de ebullicin. Si se
aplican condiciones de alta presin y temperatura, dependiendo del
tipo de caf y del grado de tostacin se puede obtener un mayor
contenido de slidos solubles, debido al rompimiento (hidrlisis) y
solubilizacin de las grandes molculas de carbohidratos insolubles,
que dan molculas ms pequeas solubles en agua.
Con poca o ninguna disolucin de los carbohidratos por la
hidrlisis, el resultado de la extraccin tiende a ser un producto de
buena calidad con un aroma agradable. Pero como la hidrlisis
produce un incremento en los slidos solubles, hay una progresiva
dilucin de los aromas naturales del caf. Los productos de la
hidrlisis tienden a ser glucsidos neutrales los cuales tienen poco
sabor y aroma. Con un rendimiento cercano al 33% de componentes
solubles aparece la contribucin cida de las reacciones de hidrlisis
acompaada por un sabor y aroma a furfural. Un pronunciado
incremento en el sabor dulce, puede estar asociado con el
incremento de la acetona. Cerca del 40% en rendimiento, el dbil
aroma es evidente.
El sistema de extraccin ms comnmente utilizado es la percolacin
por bateras, el caf tostado y molido es mantenido en un lecho
esttico en una columna vertical con separacin interna de lquido de
una columna a la prxima. El flujo de agua al caf tostado es en
contracorriente; la alimentacin es continua a la columna ms agotada
de caf, aunque en la columna fresca es intermitente. El nmero de
columnas de una batera est entre 5 y 8. A nivel industrial, son
usadas altas alimentaciones de agua a temperaturas por encima de
180 C cuando, por prdidas naturales de calor en la columna, la
temperatura del lquido y del molido en cada columna caer
progresivamente hasta que el lquido en contacto con el caf fresco,
est alrededor de los 100 C. El proceso de extraccin involucra
varios parmetros fundamentales como son: la calidad del caf verde,
el equipo y grado de tostacin, el enfriamiento, la molienda, la
carga, el tiempo de inundacin, la calidad del agua de extraccin, el
perfil de temperatura, la cada de presin, el tiempo de ciclo y la
cantidad de extracto retirado por ciclo.
18
-
4. METODOLOGA
44..11.. LLOOCCAALLIIZZAACCIINN Este proyecto se llev a cabo en
la empresa Decaf S.A. ubicada en la zona industrial de Manizales;
Kilmetro 10 va al Magdalena. Las pruebas se realizaron en el
laboratorio de aseguramiento de calidad y las muestras se
recolectaron directamente en planta en el rea de torrefaccin y
extraccin. 44..22.. MMAATTEERRIIAASS PPRRIIMMAASS
La empresa Decaf S.A. de acuerdo con sus necesidades y
proveedores ha clasificado la materia prima de la siguiente
manera:
UGQ: Compuesto de grano plano y caracol, tamao grande, mediano y
pequeo, retenido por encima de malla N 14, con la tolerancia del
1,5% de caf tamao inferior, pero retenido por la malla N12
debidamente seleccionado.
Caracol: Comprende el caf de la clase conocida con este nombre,
sin
maragogipe1, de tamao grande, mediano y pequeo, retenido por la
malla N12, debidamente seleccionado con una tolerancia de hasta 10%
de grano plano.
Consumo: Es el subproducto obtenido de la trilla de caf excelso2
y se
caracteriza por no contener:
a. Ms del 10% de pasilla en peso. b. Ripio3. Para trillas se
obtendr por encima de malla N 14, con un lmite de tolerancia del
15% bajo malla 14, pero retenido sobre malla N 12.
1 Variedad Coffea arbica, tetraploide, de porte alto. Representa
una forma gigante de la variedad tpica, ocurrida por mutacin. Sus
hojas y frutos especialmente son de mayor tamao respecto a las
variedades arbica tpica y Borbn. Originaria del Brasil.[11] 2 Es el
producto de la trilla de caf pergamino.[11] 3 Es el subproducto del
caf que se caracteriza por tener un tamao inferior a 4.76 mm y
granos de caf con un tamao inferior a 5.66 mm.[11]
19
-
Chorreado: Subproducto de trillas de caf pergamino compuesto por
grano sano y defectuoso, retenido sobre malla N 12 con una
tolerancia en ripio de 7% sobre malla N 10.
Pasillas: Subproducto de trillas de caf pergamino compuesto por
grano sano y
defectuoso, con una tolerancia en ripio del 20% al 30% sobre
malla N 8. En todos los casos el caf fue libre de sabores y olores
extraos, y caractersticos de cada una de las referencias. En Decaf
S.A. se trabajan las materias primas en mezclas dependiendo de la
referencia de producto a elaborar, la disponibilidad de la materia
prima y el costo de la mezcla. 44..33.. DDEESSCCRRIIPPCCIINN
MMEETTOODDOOLLGGIICCAA.. El principal objetivo de este trabajo fue
determinar las mejores materias primas, las condiciones de operacin
en torrefaccin y en extraccin ms adecuadas para incrementar el
rendimiento obtenido en extraccin, por lo tanto la metodologa se
defini por factores representativos para el proceso. Inicialmente
se realiz un recuento histrico del proceso productivo para el ao
2002: materias primas, caractersticas fsicas de las materias
primas, variables representativas en caf tostado y molido y
variables de operacin representativas en el proceso de extraccin;
lo cual sirvi de base para la realizacin de los ensayos
industriales en el proceso de molienda y en el proceso de
extraccin, con el fin de complementar la informacin obtenida. EEll
RReennddiimmiieennttoo eess iigguuaall aa::
100*M&TKg
AdicionesKgobtenidosSSKg oRendimient = ((11))
DDoonnddee:: SSSS:: SSlliiddooss ssoolluubblleess
AAddiicciioonneess:: ccaaff ssoolluubbllee oo aagglloommeerraaddoo
TT&&MM:: ccaaff ttoossttaaddoo yy mmoolliiddoo..
20
-
44..33..11 CCllaassiiffiiccaacciinn ddee llaass mmaatteerriiaass
pprriimmaass eemmpplleeaaddaass eenn DDeeccaaff SS..AA..,, ppoorr
rreennddiimmiieennttoo oobbtteenniiddoo eenn eexxttrraacccciinn,,
ppaarraa eell aaoo 22000022.. Condiciones de proceso evaluadas. Se
realiz un recuento histrico de los datos de rendimiento obtenidos
en extraccin, teniendo en cuenta las materias primas trabajadas en
Decaf S.A. para el ao 2002; se eliminaron los datos que presentaran
anormalidad, teniendo en cuenta los ssiigguuiieenntteess
ffaaccttoorreess:
PPaarraaddaass eenn eell pprroocceessoo ddee
eexxttrraacccciinn:: SSee eelliimmiinnaarroonn ccoommoo mmnniimmoo
55 ddaattooss ddee rreennddiimmiieennttoo qquuee
iinnvvoolluuccrraarraann ppaarraaddaass eenn eell pprroocceessoo
((ddaattooss ddee aarrrraannqquuee ddeell pprroocceessoo)),,
eessttaa ddeeppuurraacciinn ssee rreeaalliizz ppaarraa
ppaarraaddaass mmaayyoorreess ddee 88 hhoorraass yy ccuuaannddoo
ppaarr ttaannttoo llaa bbaatteerraa ddee eexxttrraacccciinn
ccoommoo llaa ccllaarriiffiiccaaddoorraa..
DDiissttaanncciiaa BBaayyoonneettaa:: EEss llaa
ddiissttaanncciiaa eexxiisstteennttee eennttrree llaa aallttuurraa
ddeell lleecchhoo ddee ccaaff
ttoossttaaddoo yy mmoolliiddoo yy llaa bbaayyoonneettaa
uubbiiccaaddaa eenn llaa ppaarrttee ssuuppeerriioorr ddee llaa
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DDiissttaanncciiaass BBaayyoonneettaa ppeeqquueeaass:: ssee
eelliimmiinnaarroonn ttooddooss llooss ddaattooss ddee
rreennddiimmiieennttoo qquuee ppoosseeaann ddiissttaanncciiaass
ppeeqquueeaass;; yyaa qquuee llaa ccoolluummnnaa ssee
eennccoonnttrraabbaa mmuuyy ccaarrggaaddaa ddee ccaaff yy ppooddaa
ooccuurrrriirr aaccaannaallaammiieennttoo eenn eell lleecchhoo;;
ppoorr lloo ttaannttoo eell aagguuaa nnoo lloo mmoojjaa eenn ssuu
ttoottaalliiddaadd yy nnoo ssee ppuueeddeenn eexxttrraaeerr
bbiieenn llooss sslliiddooss ssoolluubblleess,,
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iinnfflluuyyeenn eenn eell rreennddiimmiieennttoo ddee
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21
-
EEvvaalluuaacciinn ddee llooss ddaattooss.. PPaarraa eell
aannlliissiiss,, ssee sseeppaarr llaa iinnffoorrmmaacciinn eenn
ddooss ffaaccttoorreess:: MMeezzccllaass yy CCaalliiddaadd ddee
mmaatteerriiaass pprriimmaass,, ccoonn eell ffiinn ddee
ddeetteerrmmiinnaarr llaa iinnfflluueenncciiaa ddee aammbbooss
ppaarrmmeettrrooss ppoorr sseeppaarraaddoo ssoobbrree eell
rreennddiimmiieennttoo ddee eexxttrraacccciinn..
IInniicciiaallmmeennttee ssee oorrggaanniizz llaa
iinnffoorrmmaacciinn ppoorr ttiippooss yy mmeezzccllaass ddee
mmaatteerriiaass pprriimmaass tteenniieennddoo eenn ccuueennttaa
llaass mmeezzccllaass qquuee ttuuvviieerraann ppoorr lloo
mmeennooss uunn cciicclloo ccoommpplleettoo eenn llaa bbaatteerraa
ddee eexxttrraacccciinn eess ddeecciirr,, qquuee ssii
eemmppiieezzaa aa eexxttrraaeerr eenn llaa ccoolluummnnaa 22
((ddeessppuuss ddee eessttaabbiilliizzaaddaa llaa
ooppeerraacciinn,, ccoonn ssuu rreessppeeccttiivvoo
bbaarrrriiddoo)) eell cciicclloo tteerrmmiinnaa ccuuaannddoo
vvuueellvvee aa eessttaa ccoolluummnnaa,, yyaa qquuee ssee vvaa
eexxttrraayyeennddoo ccoolluummnnaa ppoorr ccoolluummnnaa
sseeccuueenncciiaallmmeennttee;; lloo aanntteerriioorr ccoonn eell
ffiinn ddee qquuee llooss ddaattooss uuttiilliizzaaddooss
ffuueerraann rreepprreesseennttaattiivvooss ddeell
ccoommppoorrttaammiieennttoo rreeaall ddee llaa bbaatteerraa ddee
eexxttrraacccciinn.. PPaarraa ccaaddaa mmeezzccllaa ssee
oobbttuuvviieerroonn ddaattooss pprroommeeddiioo ddee
RReennddiimmiieennttoo.. PPaarrttiieennddoo ddee llaa
iinnffoorrmmaacciinn oobbtteenniiddaa,, ffiinnaallmmeennttee ssee
ccllaassiiffiiccaarroonn llaass mmeezzccllaass ddee
mmaatteerriiaass pprriimmaass ppoorr rreennddiimmiieennttooss
oobbtteenniiddooss eenn eexxttrraacccciinn ddee llaa
ssiigguuiieennttee mmaanneerraa ((ccrriitteerriiooss
eessttaabblleecciiddooss ppoorr llaa eemmpprreessaa))::
MMeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass ccoonn
aallttoo rreennddiimmiieennttoo.. MMeezzccllaass ddee
mmaatteerriiaass pprriimmaass ccoonn bbaajjoo
rreennddiimmiieennttoo..
AAddiicciioonnaallmmeennttee,, ssee oobbttuuvvoo ddee llaass
ppllaanniillllaass ddee rreecciibboo ddee ccaaff vveerrddee
ppaarraa eell aaoo 22000022,, llaa iinnffoorrmmaacciinn ffssiiccaa
ddee ddiicchhaass mmaatteerriiaass pprriimmaass,, llaass
vvaarriiaabblleess aannaalliizzaaddaass ffuueerroonn::
HHuummeeddaadd ((%%)) DDeennssiiddaadd ((gg//LL)) RRiippiioo
((%%)) GGrraannoo aapprroovveecchhaabbllee ((%%))44 GGrraannoo
bbrrooccaaddoo ((%%)) GGrraannoo VViinnaaggrree ((%%)) GGrraannoo
nneeggrroo ((%%)) DDeeffeeccttooss ((%%))55 IImmppuurreezzaass
((%%))66
Estas variables son medidas por tipo de materia prima, por lo
tanto los valores para las mezclas se obtuvieron por promedios
ponderados.
Anlisis Estadstico. Tanto para la parte de mezclas de materias
primas como para la caracterizacin fsica de stas, se realiz un
anlisis grafico, en el cual se compar el
4 Todo grano bueno incluyendo los granos con los siguientes
defectos: cristalizado, decolorado, flojo y picado por insectos no
deteriorado. 5 Todos los granos que contienen los dems defectos del
caf, que no son tenidos en cuenta. 6 Todo material vegetal que se
origina en la cereza del caf.
22
-
rendimiento obtenido por mezcla y tipo de materia prima
utilizada; adicionalmente se realiz un anlisis estadstico
descriptivo. Adems se realiz un anlisis de correlacin de Spearman
al 5%, para determinar la relacin entre las caractersticas fsicas
en caf verde con el rendimiento obtenido. La herramienta estadstica
empleada fue el Stat-Graphics. Los anlisis estadsticos se
encuentran referenciados en el Anexo H. 44..33..22..
EEvvaalluuaacciinn ddee llaass ccaarraacctteerrssttiiccaass ddeell
ccaaff TT&&MM77 ppoorr mmeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass
pprriimmaass,, ppaarraa eell aaoo 22000022.. CCoonnddiicciioonneess
ddee pprroocceessoo eevvaalluuaaddaass.. SSee rreeaalliizz uunn
rreeccuueennttoo hhiissttrriiccoo ddee llaass vvaarriiaabblleess
mmss rreepprreesseennttaattiivvaass eenn ttoossttiinn yy
mmoolliieennddaa ppaarraa eell aaoo 22000022,, tteenniieennddoo
eenn ccuueennttaa llaass mmeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass
pprriimmaass mmss eemmpplleeaaddaass.. Evaluacin de los datos. Para
los datos de tostin, se determin el porcentaje de prdida de peso y
el color del caf tostado promedio, para cada mezcla en diferentes
porcentajes de materias primas. El porcentaje de prdida de peso es
igual a:
100*verdecafKg
tostadocafKgverdecafKg%PP = (2)
El color fue determinado mediante un colormetro Neu-Haus, el
cual permite lecturas de L (Luminosidad), con valores de 100 blanco
y 0 negro. Para los datos de molienda se determin, para cada mezcla
en diferentes porcentajes de materias primas, la distribucin
granulomtrica y el tamao de partcula obtenido. Anlisis estadsticos.
Se emple un anlisis grfico y un anlisis de correlacin de Spearman
al 5%, para evaluar la relacin de la tostin (%PP y color) en el
comportamiento del rendimiento obtenido en extraccin y se
determinaron los rangos de prdida de peso, para cada una de las
materias primas trabajadas por la empresa en el ao 2002. Con los
datos tomados del recuento histrico para la molienda, se realiz un
anlisis grfico y la prueba de Shapiro-Wilks (test de normalidad)
con el fin de observar la tendencia de la distribucin granulomtrica
por mezcla de materias primas y determinar si los datos podan ser
adecuadamente modelados por una distribucin normal, adems se tuvo
en cuenta los tamaos de partcula reportados en las 7 Tostado y
molido.
23
-
planillas, para evaluar la influencia de stos en el rendimiento
en extraccin. La herramienta estadstica empleada fue el
Stat-Graphics. Los anlisis estadsticos se encuentran referenciados
en el Anexo H. 44..33..33.. IInnfflluueenncciiaa ddee llaass
vvaarriiaabblleess ddee ooppeerraacciinn eenn eell
rreennddiimmiieennttoo oobbtteenniiddoo eenn eexxttrraacccciinn,,
ppaarraa eell aaoo 22000022.. Condiciones de proceso evaluadas.
Partiendo de la informacin anteriormente obtenida de la planilla de
extraccin para el ao 2002, realizando de igual forma la depuracin
de la informacin (numeral 4.3.1), se tomaron los datos de las
variables ms representativas en esta parte del proceso para las
diferentes mezclas de materias primas trabajadas por la empresa.
EEvvaalluuaacciinn ddee llooss ddaattooss.. PPaarraa ccaaddaa
mmeezzccllaa ssee oobbttuuvviieerroonn llooss ssiigguuiieenntteess
ddaattooss pprroommeeddiioo:: RReennddiimmiieennttoo ((%%))
CCaarrggaa ddee ccaaff ttoossttaaddoo yy mmoolliiddoo ((KKgg..))
DDiissttaanncciiaa BBaayyoonneettaa ((ccmm)) FFaaccttoorr
RReettiirroo//ccaarrggaa88 TTiieemmppoo ddee CCiicclloo
((mmiinn..))99 CCaannttiiddaadd ddee ccaaff ssoolluubbllee
aaddiicciioonnaaddoo aa llaa bbaatteerraa ddee eexxttrraacccciinn
((KKgg)) ((rreecciirrccuullaaddoo
ddeessddee llaa ttoorrrree ddee sseeccaaddoo oo
aagglloommeerraaddoo)).. AAnn iissiiss ll eessttaaddssttiiccooss..
CCaaddaa uunnaa ddee llaass vvaarriiaabblleess tteenniiddaass eenn
ccuueennttaa ffuuee ccoommppaarraaddaa ccoonn eell
rreennddiimmiieennttoo oobbtteenniiddoo ppoorr mmeeddiioo ddee uunn
aannlliissiiss ggrrffiiccoo;; aaddeemmss ssee rreeaalliizz uunn
aannlliissiiss eessttaaddssttiiccoo ddeessccrriippttiivvoo yy uunn
aannlliissiiss ddee ccoorrrreellaacciinn ddee SSppeeaarrmmaann aall
55%%.. La herramienta estadstica empleada fue el Stat-Graphics. Los
anlisis estadsticos se encuentran referenciados en el Anexo H.
44..33..44.. VVeerriiffiiccaacciinn ddee llaass mmaallllaass
uuttiilliizzaaddaass ppaarraa eell aannlliissiiss ddeell ttaammaaoo
ddee ppaarrttccuullaa eenn eell ccaaff TT&&MM..
Condiciones evaluadas. Se realiz en molienda un ensayo
industrial con el fin de obtener el anlisis granulomtrico en caf
T&M para dos mezclas de materias primas seleccionadas, teniendo
en cuenta las mezclas utilizadas por la empresa en el
8 Es la relacin existente entre los Kg de extracto extrados
sobre los Kg de caf tostado y molido cargados por columna. 9 Es el
tiempo total durante el cual una columna se inunda con agua
caliente y se le extraen todos los slidos solubles que
contiene.
24
-
momento de realizar los ensayos (Marzo de 2003), las mezclas de
materias primas utilizadas fueron:
Chorreado Pasilla. Chorreado.
Estas pruebas se efectuaron con el fin de comprobar la validez
(datos reales) del anlisis granulomtrico reportado en las planillas
de tostado y molido para el ao 2002 y/o evaluar la mejor serie de
mallas mediante un anlisis grfico acumulativo. Partiendo del juego
de mallas utilizado para caf tostado y molido en Decaf S.A, se
seleccionaron varios juegos de tamices determinando cual presentaba
una distribucin ms normal de la curva granulomtrica, para un
acercamiento ms real al tamao de partcula del caf tostado y molido.
Las condiciones de operacin en tostin fueron en rangos constantes
para los diferentes ensayos. Las variables involucradas en el
ensayo fueron:
Variables fijas: Materias primas. Variables de control: % de caf
retenido por malla (Granulometra). Variables de respuesta: Anlisis
granulomtrico y Tamao de partcula.
Las series de mallas utilizadas en el ensayo fueron:
5, 6, 8, 14, 20, 40 y fondo 4, 5, 6, 7, 8, 14 y fondo 4, 5, 6,
8, 14, 20 y fondo 4, 5, 6, 8, 18, 40 y fondo 4, 5, 6, 8, 14, 40 y
fondo
de la serie de tamices normalizados Tyler10, que corresponde a
los siguientes dimetros de abertura de malla, presentados en la
Tabla 1.
10 Esta escala de tamices est basada en una abertura de 0.074 mm
que es la abertura del tamiz patrn de 200 mallas y 0.0053 cm de
dimetro del hilo.
25
-
TTaabbllaa 11.. EEssccaallaa ddee ttaammiicceess
nnoorrmmaalliizzaaddooss TTyylleerr[18] [18]
Mallas Abertura de malla (mm)
4 4.75 5 4.00 6 3.35 7 2.80 8 2.38 14 1.40 18 1.00 20 0.85 40
0.425
Fondo 0.00 Para cada una de las series de tamices se realizaron
dos repeticiones como mnimo, en el Anexo A se reporta el
procedimiento y equipos utilizados. Evaluacin de los datos. El
clculo del tamao de partcula para las diferentes granulometras se
realiz de la siguiente manera: Partiendo de la ecuacin de
Rossin-Rammler[4], ecuacin 3:
nBDeA = *100% (3)
Donde:
%A: Porcentaje retenido sobre la malla respectiva. D: Abertura
de la malla (mm). B y n son parmetros propios de la ecuacin.
Al efectuar algunas transformaciones a la ecuacin (3) y
aplicando logaritmos naturales a ambos lados, la ecuacin 3 se
transforma en:
BDnLnA
LnLn +=
)(
%100
(4)
La cual es la ecuacin de una recta, el procedimiento de clculo
consiste en hallar los % acumulados de caf molido en cada una de
las mallas, reemplazar en la expresin que se encuentra en la
izquierda de la ecuacin (4) y obtener el logaritmo natural de la
abertura de las mallas, con estos datos realizar una regresin
lineal; de sta se obtienen los valores de los parmetros n y B,
donde n es la pendiente y B el intercepto. Finalmente, se considera
que el dimetro de partcula, despejado de la ecuacin (4) es:
26
-
=nBA
LnLn
eDp %100
(5)
Donde
%A = 36.8% (Proviene de la frmula Rossin-Rammler) Dp = tamao de
partcula (mm) B y n son los parmetros calculados por la
regresin
Anlisis estadsticos: Con los datos obtenidos del ensayo en
molienda, se realiz un anlisis grfico y la prueba de Shapiro-Wilks
con el fin de observar la tendencia de la curva granulomtrica por
mezcla y determinar cul de las series de mallas utilizadas modela
adecuadamente los datos en una distribucin normal; adicionalmente
se graficaron los tamaos de partcula, para observar las diferencias
por series de mallas. La herramienta estadstica empleada fue el
Stat-Graphics. Los anlisis estadsticos se encuentran referenciados
en el Anexo H. 44..33..55.. IInnfflluueenncciiaa ddeell ttaammaaoo
ddee ppaarrttccuullaa ddeell ccaaff TT&&MM eenn
eexxttrraacccciinn.. CCoonn eessttooss eennssaayyooss ssee
pprreetteennddii eevvaalluuaarr eell eeffeeccttoo qquuee ttiieennee
eell ttaammaaoo ddee ppaarrttccuullaa ssoobbrree eell
rreennddiimmiieennttoo eenn eexxttrraacccciinn,, eenn llaass
ccoonnddiicciioonneess ddee ooppeerraacciinn eenn
eexxttrraacccciinn yy eenn llaass pprrooppiieeddaaddeess
ffiissiiccooqquummiiccaass yy sseennssoorriiaalleess ttaannttoo
ddeell ccaaff ttoossttaaddoo yy mmoolliiddoo ccoommoo ddeell
eexxttrraaccttoo ddee ccaaff ddiilluuiiddoo.. Para tal fin, se
realizaron pruebas industriales, para dos mezclas de materias
primas, determinadas segn condiciones de la empresa en el tiempo
durante el cual se efectuaron los ensayos (Julio - Agosto de 2003),
las mezclas fueron:
1. Chorreado-Chorreado-Pasilla. 2.
Pasilla-Pasilla-Chorreado.
Para la primera mezcla se trabaj un arreglo de tres tamaos de
partcula, mientras que para la segunda fue de dos tamaos de
partcula, cada una con dos repeticiones. Las variables involucradas
en los ensayos fueron:
Variables fijas: Materias primas, grado de tostin (%PP) y mtodo
de extraccin. Variables de control: Grado de molienda expresado en
tamao de partcula de la siguiente manera:
27
-
Mezcla 1: Molienda Tipo 1. Molienda Tipo 2. Molienda Tipo 3.
Mezcla 2: Molienda Tipo 1. Molienda Tipo 2. Variables de respuesta:
Rendimiento, Distancia Bayoneta, tiempo de inundacin y tiempo de
ciclo de la columna de retiro, slidos solubles obtenidos, Presin y
Temperatura de la columna de retiro; Humedad, pH y Acidez de caf
tostado y molido; pH, Acidez, slidos insolubles, partculas
precipitables totales y sedimento del extracto diluido; y la
evaluacin sensorial tanto del caf tostado y molido como del
extracto diluido.
Los procedimientos requeridos para los anlisis de las
propiedades fisicoqumicas se encuentran referenciados en el Anexo
B. Anlisis sensorial. Como parmetro de aceptacin o rechazo para el
ensayo industrial en los diferentes niveles de tamao de partcula
utilizados, se realiz un anlisis sensorial para el caf tostado y
molido y el extracto diluido en cada uno de los niveles.
Inicialmente se realizo un anlisis sensorial cuantitativo
descriptivo con el fin de determinar los atributos de la taza y una
prueba triangular, con el fin de determinar las diferencias
existentes entre las muestras para los diferentes niveles. Los
procedimientos de las pruebas sensoriales se encuentran
referenciados en los Anexos C al G. Anlisis estadstico . Se realiz
una prueba de Duncan al 5% (test de rangos mltiples), para comparar
estadsticamente los tratamientos entre los diferentes tamaos de
partcula, con el fin de determinar la influencia de cada tamao de
partcula en las variables de respuesta.
s
Para el anlisis sensorial se realiz una prueba de Kruskal-wallis
al 5% (mtodo no paramtrico), con el fin de determinar la influencia
de cada tamao de partcula en los atributos sensoriales tanto del
caf tostado y molido, como del extracto diluido. La herramienta
estadstica empleada fue el Stat-Graphics. Los anlisis estadsticos
se encuentran referenciados en el Anexo H.
28
-
44..33..66.. IInnfflluueenncciiaa ddeell ffaaccttoorr
rreettiirroo//ccaarrggaa eenn eexxttrraacccciinn.. CCoonn
eessttaass pprruueebbaass ssee pprreetteennddii eevvaalluuaarr eell
eeffeeccttoo qquuee ttiieennee eell ffaaccttoorr
rreettiirroo//ccaarrggaa ssoobbrree eell rreennddiimmiieennttoo
eenn eexxttrraacccciinn,, eenn llaass ccoonnddiicciioonneess ddee
ooppeerraacciinn eenn eexxttrraacccciinn yy eenn llaass
pprrooppiieeddaaddeess ffiissiiccooqquummiiccaass yy
sseennssoorriiaalleess ddeell eexxttrraaccttoo ddee ccaaff
ddiilluuiiddoo..
s
El ensayo industrial se realiz para la mezcla de materias primas
Chorreado-Chorreado-pasilla, determinada segn condiciones de la
empresa en el tiempo durante el cual se realiz el ensayo
(Septiembre de 2003). Se trabaj un arreglo de cuatro factores de
retiro/carga, con dos repeticiones. Las variables involucradas en
el ensayo fueron:
Variables fijas: Materias primas, grado de tostin (%PP), grado
de molienda (tamao de partcula) y mtodo de extraccin (carga de caf
tostado y molido). Variables de control: Relacin retiro/carga
expresados en los siguientes niveles: Factor Retiro/Carga 1. Factor
Retiro/Carga 2. Factor Retiro/Carga 3. Factor Retiro/Carga 4.
Variables de respuesta: Rendimiento, tiempo de inundacin y tiempo
de ciclo de la columna de retiro, slidos solubles obtenidos, Presin
y Temperatura de la columna de retiro; pH, Acidez, slidos
insolubles, partculas precipitables totales y sedimento del
extracto diluido; y la evaluacin sensorial del extracto
diluido.
Los procedimientos requeridos para los anlisis de las
propiedades fisicoqumicas se encuentran referenciados en el Anexo
B. Anlisis sensorial. Como parmetro de aceptacin o rechazo para el
ensayo industrial en los diferentes niveles de factor retiro/carga
utilizados, se realiz un anlisis sensorial para el extracto diluido
en cada uno de los niveles. Inicialmente se realizo un anlisis
sensorial cuantitativo descriptivo con el fin de determinar los
atributos de la taza y una prueba triangular, con el fin de
determinar las diferencias existentes entre las muestras, para los
diferentes niveles. Los procedimientos de las pruebas sensoriales
se encuentran referenciados en los Anexos C al G. Anlisis
estadstico . Se realiz una prueba de Duncan al 5% (test de rangos
mltiples), para comparar estadsticamente los tratamientos entre los
diferentes
29
-
factores de retiro/carga, con el fin de determinar la influencia
de cada uno en las variables de respuesta. Para el anlisis
sensorial se realiz una prueba de Kruskal-wallis al 5% (no
parmetrico), con el fin de determinar la influencia de cada factor,
en los atributos sensoriales del extracto diluido. La herramienta
estadstica empleada fue el Stat-Graphics. Los anlisis estadsticos
se encuentran referenciados en el Anexo H.
30
-
5. RESULTADOS Y DISCUSIN 55..11.. CCLLAASSIIFFIICCAACCIINN DDEE
LLAASS MMAATTEERRIIAASS PPRRIIMMAASS EEMMPPLLEEAADDAASS EENN
DDEECCAAFF SS..AA..,, PPOORR RREENNDDIIMMIIEENNTTOO
OOBBTTEENNIIDDOO EENN EEXXTTRRAACCCCIINN,, PPAARRAA EELL AAOO
22000022.. PPaarrttiieennddoo ddeell rreeccuueennttoo
hhiissttrriiccoo rreeaalliizzaaddoo ddeell rreennddiimmiieennttoo
oobbtteenniiddoo eenn eexxttrraacccciinn,, sseeggnn
ccrriitteerriiooss ddee llaa eemmpprreessaa llaass mmeezzccllaass
ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass ttrraabbaajjaaddaass ssee
ccllaassiiffiiccaarroonn ddee llaa ssiigguuiieennttee
mmaanneerraa::
MMeezzccllaass ddee aallttoo rreennddiimmiieennttoo..
MMeezzccllaass ddee bbaajjoo rreennddiimmiieennttoo..
EEnn ggeenneerraall,, eell ccoommppoorrttaammiieennttoo qquuee
ssee aapprreeccii eess eell ssiigguuiieennttee:: 55..11..11..
MMeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass ccoonn aallttoo
RReennddiimmiieennttoo eenn eell pprroocceessoo ddee
eexxttrraacccciinn.. LLooss ddaattooss nnoo ppuueeddeenn sseerr
pprreesseennttaaddooss eenn eessttee ttrraabbaajjoo ppoorrqquuee
ppeerrtteenneecceenn aa ddooccuummeennttooss ccoonnttrroollaaddooss
ddee llaa eemmpprreessaa..
LLaass mmeezzccllaass qquuee ccoonntteennaann mmaatteerriiaass
pprriimmaass ddeessccaaffeeiinnaaddaass,, oobbttuuvviieerroonn
aallttooss rreennddiimmiieennttooss eenn eexxttrraacccciinn..
SSee oobbsseerrvvaa qquuee llaa mmeezzccllaa qquuee oobbttuuvvoo
mmaayyoorreess rreennddiimmiieennttooss eenn eexxttrraacccciinn
ffuuee
llaa CChhoorrrreeaaddoo--CChhoorrrreeaaddoo--PPaassiillllaa eenn
pprrooppoorrcciioonneess ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass mmuuyy
ssiimmiillaarreess..
LLaa mmaatteerriiaa pprriimmaa ccoonn mmeejjoorr
ccoommppoorrttaammiieennttoo eenn eexxttrraacccciinn ffuuee eell
CChhoorrrreeaaddoo,,
ppuueessttoo qquuee ssoollaa eenn mmeezzccllaass ccoonn uunn
bbuueenn ppoorrcceennttaajjee,, ssee oobbttuuvviieerroonn
aallttooss rreennddiimmiieennttooss..
55..11..22.. MMeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass
ccoonn bbaajjoo RReennddiimmiieennttoo eenn eell pprroocceessoo
ddee eexxttrraacccciinn.. LLooss ddaattooss nnoo ppuueeddeenn
sseerr pprreesseennttaaddooss eenn eessttee ttrraabbaajjoo
ppoorrqquuee ppeerrtteenneecceenn aa ddooccuummeennttooss
ccoonnttrroollaaddooss ddee llaa eemmpprreessaa
LLaass mmeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass qquuee
pprreesseennttaarroonn mmeennoorreess rreennddiimmiieennttooss eenn
eexxttrraacccciinn ffuueerroonn llaa PPaassiillllaa--PPaassiillllaa
yy llaa CChhoorrrreeaaddoo--PPaassiillllaa..
LLaass mmeezzccllaass qquuee ccoonntteennaann mmaatteerriiaass
pprriimmaass ppaassiillllaass,, ccoonnssuummooss yy UUGGQQ,,
pprreesseennttaarroonn bbaajjooss rreennddiimmiieennttooss eenn
eexxttrraacccciinn..
31
-
55..11..33.. CCaarraacctteerriizzaacciinn ffssiiccaa ddee llaass
mmeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass mmss
eemmpplleeaaddaass eenn eell aaoo 22000022.. PPaarraa llaa
ccaarraacctteerriizzaacciinn ffssiiccaa ssee aannaalliizzaarroonn
llaass mmeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass qquuee
ttuuvviieerraann mmaayyoorr ccaannttiiddaadd ddee ddaattooss yy
qquuee aabbaarrccaarraann ddiiffeerreenntteess mmeesseess ppaarraa
qquuee llooss ddaattooss ffuueerraann mmss
rreepprreesseennttaattiivvooss yy rreeaalleess;; aaddeemmss qquuee
ssee eennccoonnttrraarraann ddeennttrroo ddee llaass mmeezzccllaass
ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass ddee aallttoo oo bbaajjoo
rreennddiimmiieennttoo,, llaass mmeezzccllaass eemmpplleeaaddaass
ppaarraa eessttee aannlliissiiss ffuueerroonn::
CChhoorrrreeaaddoo--CChhoorrrreeaaddoo--PPaassiillllaa..
CChhoorrrreeaaddoo--PPaassiillllaa--PPaassiillllaa..
PPaassiillllaa--PPaassiillllaa..
CChhoorrrreeaaddoo--PPaassiillllaa..
Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque
pertenecen a documentos controlados de la empresa. En la Tabla 2,
se muestra el anlisis de correlacin cuantitativo de Spearman para
las caractersticas fsicas de la materia prima en caf verde; solo se
presenta una relacin directa entre la humedad y la densidad con el
rendimiento para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla, para el
resto de las mezclas no existe ninguna relacin entre las variables.
Para que la correlacin fuera significativa al 95% de confianza, los
P-Value deban ser menores a 0.05. TTaabbllaa 22..
RReellaacciioonneess eennttrree llaass ccaarraacctteerrssttiiccaass
eenn ccaaff vveerrddee ccoonn eell RReennddiimmiieennttoo
oobbtteenniiddoo eenn eexxttrraacccciinn,, ppaarraa eell aaoo
22000022..
VariablesChorreado-Chorreado-
Pasilla
Chorreado-Pasilla-Pasilla
Pasilla-PasillaChorreado-
Pasilla
Humedad (%)0,7215 0,0225
ne ne ne
Densidad (g/L)0,6378 0,0437
ne ne ne
Grano Aprovechable (%) ne ne ne ne
Grano Negro (%) ne ne ne ne
Grano Vinagre (%) ne ne ne ne
Grano Brocado (%) ne ne ne ne
Defectos (%) ne ne ne ne
Ripio (%) ne ne ne ne
Impurezas (%) ne ne ne ne
Materias Primas
AAnnlliissiiss ddee ccoorrrreellaacciinn ddee SSppeeaarrmmaann
aall 55%%.. nnee:: nnoo ssee eennccoonnttrr rreellaacciinn..
CCaaddaa uunnaa ddee llaass vvaarriiaabblleess ffuuee
aannaalliizzaaddaa ppoorr sseeppaarraaddoo oobbtteenniinnddoossee
llooss ssiigguuiieenntteess rreessuullttaaddooss::
32
-
HHuummeeddaadd:: NNoo eexxiissttee uunnaa rreellaacciinn
ccllaarraa eennttrree eessttaa vvaarriiaabbllee yy eell
ccoommppoorrttaammiieennttoo ddeell rreennddiimmiieennttoo
oobbtteenniiddoo eenn eexxttrraacccciinn ppaarraa ccaaddaa
mmeezzccllaa.. LLaa nniiccaa ddiiffeerreenncciiaa
oobbsseerrvvaabbllee eess qquuee llaa hhuummeeddaadd ffuuee
mmaayyoorr ppaarraa llaass mmeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass
pprriimmaass qquuee ttiieenneenn mmeejjoorreess
rreennddiimmiieennttooss eenn eexxttrraacccciinn qquuee ppaarraa
mmeezzccllaass ccoonn bbaajjooss rreennddiimmiieennttooss,, aass
ccoonntteennggaann mmaatteerriiaass pprriimmaass
ssiimmiillaarreess..
DDeennssiiddaadd:: NNoo eexxiissttee uunnaa rreellaacciinn
ccllaarraa eennttrree eessttaa vvaarriiaabbllee yy eell
ccoommppoorrttaammiieennttoo
ddeell rreennddiimmiieennttoo oobbtteenniiddoo eenn
eexxttrraacccciinn ppaarraa ccaaddaa mmeezzccllaa ddee
mmaatteerriiaass pprriimmaass;; sslloo eexxiisstteenn
ddiiffeerreenncciiaass eennttrree mmeezzccllaass,, yyaa qquuee llaa
ddeennssiiddaadd ffuuee mmaayyoorr ppaarraa llaa mmeezzccllaa
CChhoorrrreeaaddoo--CChhoorrrreeaaddoo--PPaassiillllaa
((mmeezzccllaa ccoonn aallttoo rreennddiimmiieennttoo)) yy ssee
hhaaccee mmeennoorr ppaarraa llaa mmeezzccllaa
PPaassiillllaa--PPaassiillllaa ((mmeezzccllaa ccoonn bbaajjoo
rreennddiimmiieennttoo))..
Grano aprovechable: Esta variable no mostr ninguna tendencia con
el
comportamiento del rendimiento para cada mezcla de materias
primas, slo se observa que fue mayor para las mezclas de alto
rendimiento y menor para las mezclas de materias primas de bajo
rendimiento, en este caso el % de grano aprovechable depende de las
materias primas y porcentajes de stas en las mezclas.
Defectos: se realiz un anlisis para todos los defectos del caf
presentados
por rendimiento para cada mezcla de materias primas en negro,
vinagre y brocado y ripio, impurezas y defectos; en general, el
comportamiento que se apreci es el siguiente:
Se determin que el porcentaje de grano negro fue menor para las
mezclas
con altos rendimientos y aument con la disminucin de ste.
El porcentaje de grano brocado y grano vinagre se encuentran en
el mismo rango para todas las mezclas.
Se observa que el porcentaje de defectos y Ripio fue mayor para
las
mezclas Pasilla-Pasilla y Chorreado-Pasilla-Pasilla,
disminuyendo para las mezclas Chorreado-Pasilla y
Chorreado-Chorreado-Pasilla.
El porcentaje de impurezas en las mezclas de materias primas fue
muy
parecido, por lo tanto poco significativo. LLaa ccaalliiddaadd
yy mmeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass
iinnfflluuyyeenn eenn eell rreennddiimmiieennttoo oobbtteenniiddoo
eenn eexxttrraacccciinn ppoorr mmeezzccllaa ddee mmaatteerriiaass
pprriimmaass,, yyaa qquuee llaa mmeezzccllaa
CChhoorrrreeaaddoo--CChhoorrrreeaaddoo--PPaassiillllaa ttuuvvoo
mmeejjoorreess rreennddiimmiieennttooss yy eess llaa mmeezzccllaa
ccoonn mmeejjoorr ccaalliiddaadd ccoonn rreessppeeccttoo aa
ddeeffeeccttooss eenn eell ccaaff vveerrddee,, yyaa qquuee
pprreesseennttaa ppoorrcceennttaajjeess mmeennoorreess ddee
ggrraannoo nneeggrroo,,
33
-
vviinnaaggrree,, bbrrooccaaddoo yy rriippiioo ccoonn
rreessppeeccttoo aa llaass oottrraass mmeezzccllaass.. EEll
aauummeennttoo ddee llooss ddeeffeeccttooss ddiissmmiinnuuyyee
ttaannttoo llaa ccaalliiddaadd ddee llaass mmaatteerriiaass
pprriimmaass ccoommoo eell rreennddiimmiieennttoo eenn
eexxttrraacccciinn;; uunn eejjeemmpplloo ccllaarroo ssee
aapprreeccii eenn llaa mmeezzccllaa PPaassiillllaa--PPaassiillllaa
qquuee eess ddee mmeennoorr ccaalliiddaadd yy llooss
rreennddiimmiieennttooss oobbtteenniiddooss ccoonn eessttaa
mmeezzccllaa ssoonn mmeennoorreess.. OOttrrooss ffaaccttoorreess
qquuee iinnfflluuyyeenn ttaannttoo eenn llaa ccaalliiddaadd
ccoommoo eenn eell rreennddiimmiieennttoo ppoorr mmeezzccllaa ddee
mmaatteerriiaass pprriimmaass,, ssoonn llaa ddeennssiiddaadd yy
llaa hhuummeeddaadd ddeell ccaaff vveerrddee,, eell vvaalloorr ddee
eessttaass vvaarriiaabblleess eess mmaayyoorr ppaarraa llaass
mmeezzccllaass ccoonn aallttooss rreennddiimmiieennttooss yy
ddiissmmiinnuuyyeenn ccoonn llaa ddiissmmiinnuucciinn ddee llaa
ccaalliiddaadd ddee llaass mmaatteerriiaass pprriimmaass.. Es
importante tener en cuenta que la variacin de los porcentajes de
las materias primas para cada una de las mezclas no influy de
manera significativa en el rendimiento obtenido en extraccin; por
lo tanto se puede decir que slo la calidad de las materias primas
es la fuente principal de variacin del rendimiento obtenido.
55..22.. EEVVAALLUUAACCIINN DDEE LLAASS
CCAARRAACCTTEERRSSTTIICCAASS DDEELL CCAAFF TT&&MM PPOORR
MMEEZZCCLLAASS DDEE MMAATTEERRIIAASS PPRRIIMMAASS,, PPAARRAA EELL
AAOO 22000022.. Se analizaron las siguientes mezclas de materias
primas:
Chorreado-Chorreado-Pasilla. Pasilla-Pasilla.
Chorreado-Pasilla.
55..22..11.. DDeeffiinniicciinn ddee llaass
ccaarraacctteerrssttiiccaass ddee ttoossttiinn ppoorr ttiippooss yy
mmeezzccllaass ddee mmaatteerriiaass pprriimmaass,, ppaarraa eell
aaoo 22000022.. LLooss ddaattooss nnoo ppuueeddeenn sseerr
pprreesseennttaaddooss eenn eessttee ttrraabbaajjoo ppoorrqquuee
ppeerrtteenneecceenn aa ddooccuummeennttooss ccoonnttrroollaaddooss
ddee llaa eemmpprreessaa.. EEnn llaa TTaabbllaa 33,, ssee
mmuueessttrraa eell aannlliissiiss ddee ccoorrrreellaacciinn
ccuuaannttiittaattiivvoo ddee SSppeeaarrmmaann ppaarraa llaass
vvaarriiaabblleess ppoorrcceennttaajjee ddee pprrddiiddaa ddee
ppeessoo yy ccoolloorr ddeell ccaaff TT&&MM ccoonn eell
rreennddiimmiieennttoo oobbtteenniiddoo eenn eexxttrraacccciinn;;
eenn ggeenneerraall nnoo eexxiissttee nniinngguunnaa rreellaacciinn
eessttaaddssttiiccaa ssiiggnniiffiiccaattiivvaa eennttrree
eessttaass vvaarriiaabblleess yy eell rreennddiimmiieennttoo eenn
eexxttrraacccciinn.. PPaarraa qquuee llaa ccoorrrreellaacciinn
ffuueerraa ssiiggnniiffiiccaattiivvaa aall 9955%% ddee
ccoonnffiiaannzzaa,, llooss PP--VVaalluuee ddeebbaann sseerr
mmeennoorreess aa 00..0055..
34
-
TTaabbllaa 33.. RReellaacciioonneess eennttrree llaass
vvaarriiaabblleess ddee pprroocceessoo eenn ttoossttiinn yy eell
RReennddiimmiieennttoo oobbtteenniiddoo eenn eexxttrraacccciinn,,
ppaarraa eell aaoo 22000022..
Variables Chorreado Chorreado Pasilla Pasilla Pasilla Chorreado
Pasilla
% Prdida de peso ne ne ne ne0,9429 0,035
ne ne
Color (L) ne ne ne ne ne ne ne
Materias Primas
Anlisis de correlacin de Spearman al 5% ne: no se encontr
relacin. Cada una de las variables fue comparada con el rendimiento
obtenido en extraccin para cada tipo de materia prima, obtenindose
los siguientes resultados:
Porcentaje de prdida de peso: No se puede establecer una relacin
clara entre el porcentaje de prdida de peso y el rendimiento
obtenido en extraccin para cada componente de la mezcla de materias
primas, la nica diferencia es que el porcentaje de prdida de peso
fue mayor para la materia prima Chorreado; adicionalmente se debe
tener en cuenta que ste vara de acuerdo a las caractersticas del
caf verde y con la necesidad de la calidad en taza del producto
final; a mayor porcentaje de prdida de peso menor es la intensidad
de la acidez y mayor la intensidad del amargo.
Color caf tostado: No se puede establecer una relacin clara
entre el color del
caf tostado y el rendimiento obtenido en extraccin para cada
mezcla de materias primas; lo nico que se observ es que este
depende del porcentaje de prdida de peso, ya que a mayor porcentaje
de perdida de peso aumenta la tonalidad del color; por lo tanto se
manejan dentro de un ran
