mejoramiento del rendimiento en el proceso de extracción de
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MEJORAMIENTO DEL RENDIMIENTO EN EL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE CAFÉ DE LA EMPRESA DECAFÉ S.A. PAULA ANDREA LÓPEZ CARMONA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES INGENIERÍA QUÍMICA 2003 MEJORAMIENTO DEL RENDIMIENTO EN EL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE CAFÉ DE LA EMPRESA DECAFÉ S.A. PAULA ANDREA LÓPEZ CARMONA Tesis para optar al título de Ingeniera Química Director AD HOC OLGA LUCIA OCAMPO LÓPEZ Ingeniera Química Director CARLOS EDUARDO ORREGO Ingeniero Químico UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES INGENIERÍA QUÍMICA 2003 Nota de aceptación. ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ Jurado ____________________________________ Jurado Manizales, Noviembre de 2003. A mis padres, quienes me brindaron un camino firme, A mi abuela Mariela, por su tiempo y dedicación, A mis hermanos, por su compañía, A mi novio, por su apoyo, Con amor. AGRADECIMIENTOS El autor expresa sus agradecimientos a las personas que de una forma u otra colaboraron, para llevar a feliz término el presente trabajo de pasantía: PEDRO TORO CORTES, Gerente general de Decafé S.A., por la oportunidad brindada de realizar esta investigación. OLGA LUCIA OCAMPO L., Ingeniera Química y Jefe de Investigación y Desarrollo, por su valiosa orientación y aporte personal. Al panel de Catación de Decafé S.A. por su valiosa colaboración en especial a ALEXANDER ECHEVERRI M. y JULIAN MAURICIO ALZATE B., por su ayuda incondicional. A Decafé S.A., por su apoyo entero. CARLOS EDUARDO ORREGO, Ingeniero Químico y profesor de la Universidad Nacional de Colombia, por su orientación y colaboración. CONTENIDO Pág. RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. OBJETIVOS 4 1.1. OBJETIVO GENERAL 4 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4 2. ANTECEDENTES 5 3. MARCO TEÓRICO 8 3.1. CAFÉ VERDE 8 3.2. PROCESAMIENTO INDUSTRIAL PARA LA OBTENCIÓN DE EXTRACTO DE CAFÉ DILUIDO. 10 3.3. TORREFACCIÓN 11 3.4. MOLIENDA 16 3.5. EXTRACCIÓN 17 4. METODOLOGÍA 19 4.1. LOCALIZACIÓN 19 4.2. MATERIAS PRIMAS 19 4.3. DESCRIPCIÓN METODOLÓGICA 20 4.3.1. Clasificación de materias primas empleadas en Decafé S.A., por rendimiento obtenido en extracción, para el año 2002. 21 4.3.2. Evaluación de las características del café T&M por mezclas de materias primas, para el año 2002. 23 4.3.3. Influencia de las variables de operación en el rendimiento obtenido en extracción, para el año 2002. 24 4.3.4. Verificación de las mallas utilizadas para el análisis del tamaño de partícula en el café T&M. 24 4.3.5. Influencia del tamaño de partícula del café T&M en extracción. 27 4.3.6. Influencia del factor retiro/carga en extracción. 29 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 31 5.1. CLASIFICACIÓN DE MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS EN DECAFE S.A., POR RENDIMIENTO OBTENIDO EN EXTRACCIÓN, PARA EL AÑO 2002 31 5.1.1. Mezclas de materias primas con alto Rendimiento en el proceso de extracción. 31 5.1.2. Mezclas de materias primas con bajo Rendimiento en el proceso de extracción. 31 5.1.3. Caracterización física de las mezclas de materias primas más empleadas en el año 2002. 32 5.2. EVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL CAFÉ T&M POR MEZCLAS DE MATERIAS PRIMAS, PARA EL AÑO 2002. 34 5.2.1. Definición de las características de tostión por tipos y mezclas de materias primas, para el año 2002. 5.2.2. Definición de las características de molienda por mezclas de materias primas, para el año 2002. 5.3. INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DE OPERACIÓN EN EL RENDIMIENTO OBTENIDO EN EXTRACCIÓN, PARA EL AÑO 2002. 5.3.1. Influencia de la adición de café soluble a las columnas de extracción. 5.4. VERIFICACIÓN DE LAS MALLAS UTILIZADAS PARA ANÁLISIS DE TAMAÑO DE PARTÍCULA EN EL CAFÉ T&M. 5.5. INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA DEL CAFÉ T&M EN EXTRACCIÓN. 5.5.1. Propiedades del café T&M a diferentes tamaños de partícula. 5.5.2. Propiedades del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula. 5.5.3. Condiciones de proceso en extracción a diferentes tamaños de partícula. 5.5.4. Características sensoriales del café T&M a diferentes tamaños de partícula. 5.5.5. Características sensoriales del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula. 5.6. INFLUENCIA DEL FACTOR RETIRO/CARGA EN EXTRACCIÓN. 5.6.1. Propiedades del extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga. 5.6.2. Condiciones de proceso en extracción a diferentes factores de retiro/carga. 5.6.3. Características sensoriales del extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga. 6. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS 34 35 36 38 39 40 40 41 42 44 45 47 47 48 49 51 54 55 57 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Escala de tamices normalizados Tyler Pág. 26 Tabla 2. Relaciones entre las características en café verde con el Rendimiento obtenido en extracción, para el año 2002 32 Tabla 3. Relaciones entre las variables de proceso en tostión y el Rendimiento obtenido en extracción, para el año 2002 35 Tabla 4. Parámetros de la prueba de distribución normal para el análisis granulométrico del café tostado y molido para las mezclas de materias primas empleadas en Decafé S.A., para el año 2002 36 Tabla 5. Relaciones entre las variables de operación en extracción con el Rendimiento obtenido, para el año 2002 37 Tabla 6. Parámetros de la prueba de distribución normal para el análisis granulométrico en café T&M 39 Tabla 7. Variación de las propiedades del café T&M a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 40 Tabla 8. Variación de las propiedades del café T&M a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 40 Tabla 9. Variación de las propiedades del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 41 Tabla 10. Variación de las propiedades del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 41 Tabla 11. Variación de las condiciones de operación en extracción a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 42 Tabla 12. Variación de las condiciones de operación en extracción a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 42 Tabla 13. Variación de los atributos sensoriales de café T&M a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 44 Tabla 14. Variación de los atributos sensoriales de café T&M a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 45 Tabla 15. Variación de los atributos sensoriales del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 45 Tabla 16. Variación de los atributos sensoriales del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 46 Tabla 17. Análisis sensorial prueba triangular para extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 46 Tabla 18. Análisis sensorial prueba triangular para extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla 46 Tabla 19. Variación de las propiedades del extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 47 Tabla 20. Variación de las condiciones de proceso en extracción a diferentes factores de retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 48 Tabla 21. Variación de los atributos sensoriales del extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 49 Tabla 22. Análisis sensorial prueba triangular para extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla 50 LISTA DE ANEXOS Pág. ANEXO A: ANÁLISIS DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA EN CAFÉ T&M (Según NTC 2441). 57 ANEXO B: PROCEDIMIENTOS PARA EL ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DEL CAFÉ T&M Y DEL EXTRACTO DILUIDO DE CAFÉ. 58 ANEXO C: PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS PARA USO EN ANÁLISIS SENSORIAL (Según NTC 3566). 63 ANEXO D: METODOLOGÍA PARA EL ANÁLISIS SENSORIAL CUANTITATIVO DESCRIPTIVO DEL CAFÉ (Según NTC 4883). 64 ANEXO E: FORMATO PARA EL ANÁLISIS SENSORIAL CUANTITATIVO DESCRIPTIVO DEL CAFÉ (Según NTC 4883). 66 ANEXO F: METODOLOGÍA DE LA PRUEBA TRIANGULAR Elección Forzada extendida (según NTC 2681). 67 ANEXO G. FORMATO DE LA PRUEBA TRIANGULAR Elección Forzada extendida (Según NTC 2681). 68 ANEXO H. ANÁLISIS ESTADISTICOS 69 RESUMEN En el desarrollo de este trabajo, se realizó un seguimiento al proceso de obtención de extracto de café diluido, desde recibo de materias primas hasta la obtención del extracto, pasando por tostión y molienda; con el fin de encontrar los factores que afectan el rendimiento obtenido en extracción. Se evaluaron las diferentes materias primas y mezclas trabajadas por la empresa para el año 2002 y su influencia en el rendimiento obtenido; por medio de un análisis gráfico se determinó que las materias primas que proporcionan rendimientos en extracción altos y bajos fueron Chorreado y Pasilla respectivamente; considerando que la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla proporciona rendimientos superiores en extracción, los cuales se comportaron dentro de un rango constante para todo el año. Por medio de un análisis gráfico se determinó que el porcentaje de pérdida de peso y el color en café tostado y molido, variables representativas del proceso de tostión, se encuentran dentro de un mismo rango, para cada materia prima, dicho rango es determinado por la calidad y características del café verde, observándose que a mayor valor de estas variables el rendimiento tiende a aumentar. Se realizaron ensayos industriales en extracción, variando los tamaños de partícula y el factor retiro/carga, para determinar la influencia de estas dos variables en el rendimiento obtenido en extracción. El aumento del tamaño de partícula de café tostado y molido cargado a las columnas en extracción disminuye tanto el rendimiento como los sólidos solubles obtenidos, encontrándose diferencias significativas mediante la prueba de test de rangos múltiples (Duncan al 5%). De igual forma que el tamaño de partícula, el aumento del factor retiro/carga disminuye tanto el rendimiento como los sólidos solubles obtenidos. El cambio sensorial de los atributos tanto del extracto diluido como del café 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 análisis cuantitativo descriptivo para café (QDA) y la prueba triangular. 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. INTRODUCCIÓN El proceso de extracción de café se puede definir como la operación mediante la cual agua caliente moja el café tostado y molido, disolviendo los compuestos químicos responsables del aroma y sabor. El grado de extracción del café está directamente relacionado con la calidad de la bebida y la concentración con su fuerza o intensidad de sabor. Este trabajo se desarrolló con el fin de determinar las condiciones de operación apropiadas en el proceso de extracción de la empresa Decafé S.A., para incrementar el rendimiento obtenido propiciando un aumento en los beneficios para la empresa, sin desmejorar las propiedades fisicoquímicas y sensoriales del extracto de café diluido producido. Con este estudio se pretendió conocer la variación e influencia de las mezclas y calidad de la materia prima, el grado de tostión, el grado de molienda y el factor retiro/carga en el rendimiento de extracción, determinando cuales variables tienen mayor relevancia en el proceso de extracción. Decafé S.A. no contaba con esta información y fue el objetivo primordial de este trabajo generarla, a través de la experimentación y/o el análisis histórico de la producción, cuyos resultados, analizados de forma teórica y con carácter ingenieríl, arrojaron la información necesaria para dar solución a estas cuestiones, y permitieron tener una guía para futuros estudios. La realización de este trabajo fue importante para el investigador, con el fin de validar las bases y los conocimientos sobre ingeniería de procesos e ingeniería de alimentos, impartidos por la Universidad durante el tiempo de aprendizaje. 1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL Determinar la influencia que tiene la materia prima, el grado de tostión y el grado de molienda sobre el rendimiento de extracción y establecer la mejor combinación de estos factores para el mejoramiento del proceso de extracción. 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Evaluar el efecto que tiene la calidad y las mezclas de las materias primas sobre el rendimiento en el proceso de extracción. • Definir mezclas de materias primas con buen rendimiento en extracción. • Establecer las características de tostión y molienda, por tipos de materias primas, que permitan un buen nivel de rendimiento en extracción. • Evaluar la incidencia del factor retiro/carga en el rendimiento y en las características fisicoquímicas y organolépticas del extracto de café. 4 2. ANTECEDENTES [1] Influencia del agua de apagado sobre las propiedades fisicoquímicas del café tostado. Revista Cenicafé 49(1): 17-29. 1998. Con ACEVEDO N, J.L; CASTAÑO C; J.J. el propósito de tener un conocimiento pleno sobre el proceso de enfriamiento del café recién tostado aplicando agua de aspersión, Quenching, estudiaron la influencia de los parámetros más relevantes tales como: relación entre cantidad de agua/cantidad de café a tostar, velocidad de aspersión del agua y tipo de agua utilizada; sobre la cantidad del café tostado y molido como producto final. Para tal efecto determinaron una serie de propiedades fisicoquímicas como son color, densidad aparente, contenido de humedad, pH, acidez titulable, sólidos solubles y análisis granulométrico. También realizaron un análisis sensorial por parte del panel de catación de Cenicafé. En general, los resultados indican que el café apagado con agua es de mejor calidad que el café apagado con aire, lo cual se refleja en todas las cualidades organolépticas de la bebida. Los diferentes parámetros del quenching afectan hasta cierto punto las cualidades sensoriales y fisicoquímicas del café tostado y en cierta medida, pueden usarse para modular las características finales del producto tostado y molido, y pueden ocultar características negativas de la materia prima. CASTAÑO C, J.J; QUINTERO, G; VARGAS R.L. [2] Caracterización del rendimiento de extracción y del contenido de la bebida de café. Revista Cenicafé 51(3): 185-195. 2000. Efectuaron medidas de rendimiento y contenido de sólidos solubles en extractos de café consumo, café pasilla y la mezcla. Las muestras se tostaron a 4 diferentes grados: muy oscuro, medio y claro, según norma NTC 2442. Las molieron a 3 diferentes grados: grueso, medio y fino, según norma NTC 2441. Determinaron la variación que presento el rendimiento y la concentración de sólidos solubles. La fuente de variación que más influyó en el valor tanto del rendimiento como de los sólidos solubles fue el grado de molienda, presentándose diferencia significativa para los tres grados evaluados. En orden de importancia le siguió el tipo de extracción, presentándose mayores valores de rendimiento y sólidos solubles para extracción lenta. En lo que se refiere al grado de tostión, a medida que este aumentaba también aumentan el rendimiento y el contenido de sólidos solubles, aunque en general no de manera muy considerable. Se puede afirmar que la materia prima usada, también afectó significativamente los valores de rendimiento y sólidos solubles. El café consumo y la mezcla presentaron valores de rendimiento y sólidos solubles significativamente mayores que la pasilla. Este trabajo, entre otros, sirvió de base para la elaboración de dos Normas Técnicas Icontec, sobre el tema. 5 CASTAÑO C, J.J; QUINTERO, G. [3] Optimización de la torrefacción de mezclas de café sano y brocado, en función de la temperatura y el agua de apagado. Revista Cenicafé 52(1): 49-73. 2001. Optimizaron las variables principales de torrefacción, temperatura de torrefacción y cantidad de agua de apagado para tres mezclas de café almendra: café sano tipo consumo, café brocado 100% Grado 1, y una mezcla entre café sano y cafés brocados Grados 1 y 2. Emplearon un diseño experimental de superficies de respuesta. Encontrando para las tres mezclas, superficies de respuesta significativas para la impresión global (prueba de taza) y para otras variables complementarias. No encontraron diferencias entre los valores óptimos de impresión global para las tres mezclas, aunque hubo diferencias con relación al tipo de dependencia exhibida con respecto a las variables de torrefacción. Encontraron que mientras la impresión global, sistemáticamente presentaba un máximo de respuesta en los rangos estudiados, el rendimiento de extracción presentaba un mínimo, corrido con la relación al máximo de impresión global. [8] Influencia de la materia prima, del grado de tostión y de molienda en la densidad del café tostado y molido sobre algunas propiedades del extracto obtenido. Revista Cenicafé 52(2): 127-140. 2001. El CUELLAR S, P.C; CASTAÑO C, J.J. propósito de esta investigación fue evaluar el efecto que tienen, sobre la densidad aparente del café tostado y molido medida por los métodos de Caída Libre y Compactación, las mezclas de café verde consumo y pasilla como materia prima y diferentes grados de tostión y molienda de acuerdo con la Norma Técnica Colombiana vigente (NTC 2442 y NTC 2441, respectivamente). Determinaron la influencia de estos tres factores (mezcla, tostión y molienda) sobre el rendimiento de extracción y algunas propiedades del extracto de café como el pH, la acidez y la concentración medida como grados Brix y porcentaje de sólidos solubles mediante la utilización de un sistema propio de extracción para cada grado de molienda. En los resultados obtenidos se observa que la densidad disminuye con el aumento del porcentaje de café pasilla en la mezcla, con el aumento del grado de tostión y el tamaño de partícula obtenido en las diferentes moliendas. En cuanto a las propiedades del extracto se observó que a medida que aumenta el grado de tostión, la densidad y la acidez disminuyen, el pH aumenta y los sólidos solubles y los grados Brix tienden a permanecer constantes para las moliendas media y gruesa, aumentando para la molienda fina. [9] Relación entre la densidad aparente del café tostado y molido medida por compactación y caída libre y algunas propiedades del extracto de café. Revista Cenicafé 52(3): 215-222. 2001. Combinaron los factores CUELLAR S, P.C; CASTAÑO C, J.J. mezcla, torrefacción y molienda del café tostado y molido con el objeto de hallar la función existente entre la densidad aparente del café tostado y molido medida por el método de compactación y el de caída libre. Combinaron los diversos factores que 6 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. Además realizaron un proceso de extracción con un sistema propio para cada molienda. Estudiaron también las funciones de relación entre la concentración medida en ºBrix y el porcentaje de sólidos solubles y la relación entre el pH y la acidez del extracto. Determinaron que la función entre las concentraciones es lineal y proporcional y los sólidos solubles fueron aproximadamente 0.6 veces los ºBrix. Realizaron un análisis por grado de molienda debido a la diferencia que presentó en el comportamiento, encontrando que para la relación entre el pH y la acidez las curvas que dieron mejor ajuste son cuadráticas y para la relación entre las densidades encontraron funciones proporcionales y lineales así: la densidad por caída libre es menor que la densidad por compactación 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 características fisicoquímicas del extracto diluido de café. Manizales; Tesis Universidad Nacional, Ingeniería Química. 1998. Con el propósito predecir y obtener correlaciones que establezcan el comportamiento de la materia prima durante el proceso de café soluble en la planta Decafé S.A., realizaron un seguimiento a los procesos de: café verde en precompra, silos, tostión, molienda y extracción. Se utilizó materia prima clasificada como chorreado de pergamino, chorreado de guayaba, pasilla reposada y pasilla de máquinas. Para obtener las correlaciones midieron propiedades fisicoquímicas; en forma adicional evaluaron características de materia prima o condiciones de operación que favorece la presencia de defectos en el extracto como son astringencia y sedimento. El procesamiento de la información recolectada se hizo mediante el uso del paquete estadístico SAS; la metodología empleada fue la realización de un análisis estadístico riguroso de datos obtenidos en el seguimiento de los parámetros seleccionados del proceso de planta. Realizaron análisis descriptivo, de correlación, de regresión, componentes principales y análisis gráfico de los datos tomados. Se obtuvo una relación directa entre el grano aprovechable y la acidez con el chorreado de pergamino, chorreado de guayaba y pasilla fresca, corroborada por una relación inversa entre el pH y densidad y una correlación directa entre densidad y acidez. 7 3. MARCO TEÓRICO 3.1. CAFÉ VERDE Especies y variedades [6]: El café verde pertenece a la familia Rubiácea del género Coffea. Se desarrolla entre los 400 y 2000 metros de altitud, a una temperatura entre 20 y 25 ºC. Compuesta por cuatro grupos de los cuales Eucoffea es la más importante y las especies Canephora y Arábica pertenecen a la subdivisión Erythrocoffea de este grupo. Dos especies son de importancia comercial, coffea arábica y coffea canephora, las cuales son conocidas como arábica y robusta. Varios híbridos de arábica y canephora han sido desarrollados, el más conocido es probablemente el Timor. Beneficio del café [6] : El fruto del café 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 métodos: húmedo y seco. Por vía seca el grano de café es secado inmediatamente después de ser recogido y solo una vez seco, la pulpa, el mucílago y el pergamino forman una especie de cáscara que envuelve el grano, la cual se retira en una etapa única de descortezado. Por vía húmeda el grano de café se despoja de su piel o epicarpio y de la pulpa o mesocarpio en el despulpado, operación que debe realizarse lo más breve posible después de la recolección. Una segunda etapa es la fermentación, el café despulpado se lleva a cubas donde el medio acuoso propicia la descomposición de sustancias peptídicas de la envoltura mucilaginosa, por acción diostática; 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 fermentación, restos de pulpa adheridos y mucílago descompuesto; el lavado termina cuando el agua sale tan limpia como entró al canal o cuba lavadora. La cuarta etapa es el secado, que puede ser solar o mecánico 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 mecánicos; una acción combinada de presión y fricción rompe y fragmenta las envolturas de los granos, las cuales son evacuadas por corrientes de aire. 8 Características físicas del café: Al realizar los análisis físicos se determina el porcentaje en peso de defectos y de grano aprovechable. Los defectos según la Federación Nacional de Cafeteros se clasifican en [10]: • Grano negro o parcialmente negro: Es todo grano de café almendra que presenta total o parcialmente un color negro encogido, arrugado, el cual se debe a mala recolección del café cereza. • Grano cardenillo: Café atacado por hongos debido a almacenamiento húmedo del producto. Es consecuencia de fermentación prolongada antes del lavado. También puede ser producido por prolongadas interrupciones durante el secado. El hongo va destruyendo el grano por las partes más blandas, produciendo un polvillo amarillo o amarillo rojizo. • Grano vinagre o parcialmente vinagre: Se entiende como tal, a todo grano de café almendra que presenta un color que va de crema a carmelita oscuro. La película plateada puede tender a coloraciones pardo rojizas. Se produce por sobre fermentación en el beneficio o por almacenar húmedo el café. El grano tiene olor a vinagre. • Grano cristalizado: Es todo grano de café 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 café que ha sufrido alteración 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 así al grano de café almendra que ha sido cortado y se ha oxidado. Se produce durante el proceso de despulpado, por mal ajuste de la máquina. Las hendiduras se tornan amarillas o negras durante el proceso de fermentación o secamiento. Afecta el aspecto y el sabor. • Grano picado por insectos: Es todo grano de café almendra que presenta pequeños orificios hechos por insectos como la broca. • Grano partido: Trozo de grano de café 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 torrefacción y el sabor. 9 • Grano malformado o deformado: Se denomina así a todo grano almendra que presenta alguna malformación o deformación de tipo genético y que por medios mecánicos se puede extraer del lote, es decir tiene bajo peso específico o es muy grande. Dentro de este grupo se encuentra el grano elefante, el grano triángulo, el grano averanado y el grano chupado. Se produce como consecuencia de un desarrollo pobre del cafeto debido a sequía o debilidad. Afecta el aspecto, el rendimiento en la torrefacción y el aroma. • Grano inmaduro: Es todo grano de café 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 cutícula no desprende, está totalmente adherida y el grano presenta un tamaño menor que los demás. Afecta el aspecto, el sabor en el café 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 café y al trillar café húmedo. Afecta el aspecto y el sabor en café tostado. • Grano flotador o basuldo: Se llama así a todo grano de café almendra de color blanco, forma rugosa, de densidad muy baja, de apariencia de corcho, proveniente de secado y almacenamiento deficientes. En el café expuesto a ambientes muy húmedos se forma un mucílago alrededor del grano que con el tiempo se torna blanco. • Grano flojo: Es todo grano de café de color gris oscuro blando, debido a falta de secado. • Grano ripio: Está constituido por grano defectuoso, grano partido que pase malla 14. Entre grano ripio se encuentran el grano negro basuldo, astillado, partido y vano. 3.2. PROCESAMIENTO INDUSTRIAL PARA LA OBTENCIÓN DE EXTRACTO DE CAFÉ DILUIDO[6] Para obtener extracto de café a partir de café verde, éste debe ser sometido a operaciones tales como torrefacción, molienda y extracción que se citan a continuación (Ver Figura 1): 10 Figura 1. Proceso Industrial para la producción de extracto de café diluido. RECIBO E INSPECCIÓN DEL CAFÉ VERDE ALMACENAMIENTO EN SILOS TORREFACCIÓN MOLIENDA EXTRACCIÓN FILTRACIÓN Y CLARIFICACIÓN DEL EXTRACTO SOLUBLE EXTRACTO DILUIDO 3.3. TORREFACCIÓN [7] La torrefacción es una operación de exposición de los granos de café almendra a un calentamiento, el cual provoca inicialmente una liberación del agua ligada a los granos, seguido de una serie de reacciones químicas tales como oxidación, reducción, hidrólisis, polimerización y descarboxilación, hasta alcanzar el color deseado; manteniéndolo en continuo movimiento para asegurar un tostado completo del grano; cuando finaliza la tostión, el café es enfriado rápidamente con una determinada cantidad de agua o aire. Durante el tostado se pierde agua, materia seca y otros compuestos volátiles, productos de la pirólisis; es en este proceso donde el café adquiere todas sus características de color, aroma y sabor deseados. El grado de tostación depende de la temperatura y el tiempo de proceso. 11 La calidad final del café tostado depende de las características del café verde utilizado, el tiempo y la temperatura de torrefacción, la transferencia de calor a la superficie del grano, la conducción del calor dentro del grano y el método de enfriamiento del grano. Las temperaturas óptimas de tostación oscilan entre 180 y 250 ºC, dependiendo del diseño y estado del equipo. Entre menos tiempo dura la tostación mejor la calidad. Nunca debe demorarse el proceso más de 30 minutos. En cuanto más claro sea el color, menos tostado, el sabor será más suave, más ácido y menos amargo. Cuanto más oscuro más tostado y el sabor será más fuerte, menos ácido y más amargo. Al tostar el café pierde peso, del 14 al 22% dependiendo del grado de tostación, de la eficiencia del equipo y de la calidad de las materias primas. Cuando el grado de torrefacción es muy alto, los aceites del café brotan a la superficie, se alcanzan a quemar y en la taza aparece un sabor a quemado desagradable, la apariencia del café es aceitosa y brillante. Etapas de la torrefacción [7]: Se divide en tres fases, las cuales son: • Fase de secado: Es un proceso endotérmico. Tiene tres etapas, la primera es la evaporación del agua de los granos de café almendra, que ocurre durante el 80% del tiempo de torrefacción; 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 característico del café verde. • Fase de tostión o pirólisis: Por acción del calor, los compuestos del café comienzan a sufrir una serie de reacciones pirolíticas de carácter exotérmico dentro de la célula, conllevando a aumentar el espesor de las membranas y produciendo compuestos responsables del aroma y sabor. Esta etapa inicia entre 205 a 210 ºC y es cuando los granos logran su máximo hinchamiento. Por los cambios en la composición química de los granos se libera gran cantidad de CO2 con presencia de humo, primero de color azulado, luego grisáceo y opaco. • Fase de enfriamiento: Una vez se alcanza el grado de tueste deseado, se debe interrumpir la pirólisis mediante enfriamiento. Los medios más empleados son el aire y el agua, para lo cual se usa un máximo 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 emisión de humos con sustancias orgánicas causantes de contaminación ambiental y posibles 12 defectos en el empaque, ya que el dióxido de carbono es atrapado dentro de los granos y éste es liberado lentamente provocando daños en el empaque. El enfriamiento con agua más ampliamente difundido es el Quenching [1] que se realiza mediante una fina aspersión de agua fría y pura. El quenching busca suspender rápidamente las reacciones exotérmicas reduciendo la temperatura del café por debajo de 150 ºC. El quenching aumenta la tonalidad oscura del café, mejora las características friables del café, produciendo una molienda más uniforme; sucede una especie de “templado”, cerrándose los poros y ayudando a conservar el aroma. Para el quenching hay que tener en cuenta la utilización de agua pura, realizar la operación mediante una fina aspersión de agua en el último momento de la tostación; el agua no debe mojar el café, 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 conservación del café tostado, además el vapor de agua hace que los poros en la superficie del grano se abran generando una superficie de fácil oxidación. Debido a las reacciones de pirólisis se produce CO2, que es atrapado dentro de los granos después del quenching. Este debe ser subsecuentemente liberado para que no interfiera en el proceso de extracción, se hace necesario dar al café un tiempo de reposo para continuar con la operación de extracción, es recomendado que sea un mínimo de 3 horas y un máximo de 10 horas. Cambios físicos ocurridos con la torrefacción[7]: durante la torrefacción se presentan cambios físicos de peso, volumen, color y textura interna. • Pérdida de peso: Se debe a la evaporación esencialmente de agua y materia seca. Es aceptable una pérdida de peso del 3% para un tostado muy pálido, un 10 – 14% para cafés de tostado claro y 23 – 25% total para cafés oscuros. Además se pierde película plateada y algunos principios volátiles. La pérdida de peso ofrece una alta correlación con el color del café tostado, generando una medida fácil para el control de la torrefacción. • Aumento en el volumen: Es ocasionado por generación y almacenamiento de dióxido de carbono dentro del grano, generando presiones internas entre 5.5 y 8 atmósferas, que aumentan el volumen en 170 a 230%. Este fenómeno depende del origen botánico, procedencia y contenido de humedad. • Cambios de color: El color final depende de la intensidad y duración del proceso de tostación. El color varía desde marrón claro hasta negro brillante, pasando por 13 todas las tonalidades del color café. El color es uno de los parámetros más 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 envían al café un haz de luz de una sola longitud de onda y determinan la reflectancia producida, otros más precisos definen las propiedades espectrales de varios estándares iluminados en valores espaciales L, a y b. La rapidez con que se enfrían los granos después de tostar afecta el matiz. El color final también se ve afectado por el tipo de café y la procedencia. • Resistencia a la compresión: Al expandirse los granos, se produce una crepitación provocada por la expulsión de vapor de agua y los gases generados dentro del grano, dando como resultado la aparición de grietas y fisuras. El café mientras más tostado, más quebradizo y por lo tanto más fácil de moler. • Incremento de solubles en el agua: Esto se debe principalmente a la hidrólisis- solubilización de carbohidratos insolubles. En general, el café Robusta suministra un 3 a 4% más de sólidos solubles que el Arábica para el mismo grado de tostación, el porcentaje también es mayor para tostaciones fuertes. Los cafés tostados rápidamente proporcionan altos porcentajes de sólidos solubles en comparación con los tostados convencionalmente Cambios químicos ocurridos durante la torrefacción [7], [19] : En el proceso de torrefacción son múltiples los cambios químicos que se presentan, siendo particulares para cada compuesto así: • Sacarosa: Este compuesto constituye cerca del 7% del grano de café almendra. Se altera de manera sencilla, caramelizando y descomponiéndose en azúcares sencillos. Primero sufre un proceso de deshidratación, hidrolizándose en azúcares simples hasta que la temperatura alcanza el punto de pirólisis. Los azucares reducidos continúan deshidratándose, polimerizan y se degradan parcialmente a compuestos volátiles de carácter orgánico, vapor de agua y dióxido de carbono. Muchos productos de la pirólisis de los azucares reducidos reaccionan con proteínas y otros productos de degradación, dando pie a la formación de los compuestos que dan lugar al color caramelo y otras propiedades del café tostado. • Almidones y dextrinas: Experimentan un proceso de hidrólisis semejante al de la sacarosa a las temperaturas de torrefacción. Algunos compuestos se caramelizan y pueden llegar a carbonizarse fácilmente. • Celulosa, hemicelulosa y lignina: Constituyen respectivamente, las partes leñosa, fibrosa y de ligamento de la estructura celular del grano de café. No son muy 14 afectados por el proceso de torrefacción y son poco solubles en agua. Presentan fenómenos de encogimiento e hinchamiento durante el secado y la pirólisis. • Pentosanos: Durante las primeras etapas de la tostación se descomponen, principalmente en furfural. Son causantes del olor a cereal. • Ácidos: Los ácidos predominantes en el café verde son los clorogénicos, el acético, el cítrico y el málico. En el café arábica constituyen cerca del 6.5%; con la tostación se reducen a diferentes niveles; si la tostación es baja, mayor será el contenido de compuestos ácidos en el café tostado. El ácido que más fuertemente se afecta con la tostación es el n-clorogénico el cual prevalece bastante en términos de cantidad. En general, con el tostado ligero los ácidos decrecen cerca del 30%, con un tostado intermedio alrededor del 50%, con un tostado oscuro cerca del 70% y con uno muy oscuro más del 98%. • Compuestos volátiles: Proporcionan el aroma del café; quedan atrapados en el interior del grano durante la tostación. En su mayoría están conformados por cetonas, aldehídos y compuestos sulfurados. Todos los ácidos volátiles que son sólo el 0.5% y los cuales son fuertemente detectados mediante la catación, se desarrollan sólo con la torrefacción. • Proteínas: Las proteínas simples constituyen cerca del 10 al 12% del café verde, son desnaturalizadas durante la pirólisis, parte de ellas son transformadas junto con los carbohidratos en la llamada “reacción de Maillard”, a sustancias pardas. La hidrólisis de las uniones peptídicas libera carbonilos y aminas. Los aminoácidos, siendo constituyentes de las proteínas contenidas en el café almendra, se encuentran sólo parcialmente en el café tostado. En el proceso de torrefacción todos los contenidos de aminoácidos se reducen casi hasta el 30%. • Lípidos: Son en su mayoría aceites parcialmente insaturados, susceptibles al rompimiento en sus dobles enlaces por choque térmico. Solo se afecta un 5% de los aceites con la tostión. Los glicéridos que conforman los aceites se descomponen en glicerina y ácidos grasos libres, en presencia de ácido y por acción del calor; si las cadenas son cortas se forman ácidos volátiles. Durante la tostación, la estructura celular se modifica, liberando el aceite, el cual se desplaza libremente en el interior del grano. Este aceite, al producirse el enfriamiento súbito del grano, solidifica provocando su fragilización. • Cafeína: Casi siempre en el proceso de torrefacción cerca del 10% de la cafeína contenida en el café almendra, se pierde a través de la sublimación. Sólo con tostados muy oscuros se encuentra una significativa pérdida de cafeína. 15 • Dióxido de carbono: No existe libre en el grano de café almendra, se forma durante el proceso de pirólisis. Dicho gas no se libera inmediatamente; si el grano de café tostado permanece entero, su escape durará de 1 a 2 semanas. El gas carbónico ejerce una acción protectora al mantener alejado el aire, pero si se empaca herméticamente se presionará el recipiente pudiéndose romper o estallar. • Minerales: Existen en el grano verde en forma de sales orgánicas. Durante la tostación se separan de sus compuestos orgánicos y actúan como catalizadores de las reacciones que ocurren durante la pirólisis. Los fosfátidos (lecitina y fosfolípidos) conforman la parte coloidal de la bebida de café. El potasio y el calcio forman sales con los ácidos orgánicos liberados. 3.4. MOLIENDA [7] En la molienda hay reducción del tamaño por compresión, fricción, corte, rompimiento, o cualquier proceso que pueda causar reducción del tamaño de la partícula. Con respecto al café tostado, los granos completos requieren un cortado mediante una acción de compresión o fricción, para proveer al café molido con partículas de un tamaño y forma adecuados, para el subsiguiente proceso de elaboración de la bebida. El principal objetivo de la molienda en el café, es incrementar la superficie específica de extracción, o más bien, aumentar el tamaño de la interfase entre el agua y el sólido, así como facilitar la transferencia de sustancias solubles y emulsificantes dentro de la bebida. El grado de finura de las partículas puede ser discutido en términos de molido fino, grueso y uniformidad de partículas. En el molido fino las partículas de café tienen una estructura débil y poco resistente a la compresión, bajo las condiciones de flujo de la lixiviación; son menos elásticas después de que las fuerzas de compresión han sido descargadas, por eso se compactan fácilmente; causan presiones diferenciales progresivamente mayores dificultando el flujo para todos los propósitos prácticos. Los finos en un lecho muy comprimido pueden causar acanalamiento, el cual baja el rendimiento del proceso y la concentración de solubles de los extractos. En la lixiviación de molidos finos se necesitan perfiles de temperatura más bajos para alcanzar el mismo rendimiento de solubles, el tiempo de lixiviación es menor y la calidad de la bebida es buena. 16 En el molido grueso, los granos de café pueden ser lixiviados pero el sabor de la bebida no es agradable, la extracción no presenta problemas de caída de presión, pues ofrece menos resistencia al flujo y menor rendimiento. En la molienda del café influyen parámetros 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 tostión: Con la tostación se produce una considerable expansión 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 café tostado: Si no se maneja adecuadamente el agua del quenching, puede aumentarse la humedad del café tostado, lo que puede producir un mayor consumo de energía en el molino provocando sobrecalentamiento en el café. • Condiciones del molino: Debe estar en condiciones óptimas de funcionamiento para evitar, por ejemplo, fricciones entre las paredes que entran en contacto con el café, que puedan ocasionar daños en las propiedades fisicoquímicas y sensoriales del producto. 3.5. EXTRACCIÓN [7] Después de la tostión y la molienda, la extracción es la operación clave en la manufactura a gran escala del café instantáneo, en la cual los sólidos solubles y los compuestos aromáticos son extraídos. El proceso de extracción de café es una lixiviación donde el solvente es agua líquida. Etapas de la Extracción: Se divide en tres fases, las cuales son: • Humectación: El gas que se ha liberado durante la tostión, vuelve el grano poroso, tal que inicialmente las partículas se saturan en sus intersticios con el agua caliente. Las partículas 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 extracción de los compuestos solubles. 17 • Extracción de solubles: Los solubles en el café se disuelven en el agua absorbida, provocando un aumento rápido de la concentración, creando un gradiente de transferencia de masa; a medida que este gradiente es más grande, mayor será el rendimiento en la extracción. • Hidrólisis: El café torrefactado contiene sólo del 20 al 30% de sólidos solubles extraíbles a temperatura normal de ebullición. Si se aplican condiciones de alta presión y temperatura, dependiendo del tipo de café y del grado de tostación se puede obtener un mayor contenido de sólidos solubles, debido al rompimiento (hidrólisis) y solubilización de las grandes moléculas de carbohidratos insolubles, que dan moléculas más pequeñas solubles en agua. Con poca o ninguna disolución de los carbohidratos por la hidrólisis, el resultado de la extracción tiende a ser un producto de buena calidad con un aroma agradable. Pero como la hidrólisis produce un incremento en los sólidos solubles, hay una progresiva dilución de los aromas naturales del café. Los productos de la hidrólisis tienden a ser glucósidos neutrales los cuales tienen poco sabor y aroma. Con un rendimiento cercano al 33% de componentes solubles aparece la contribución ácida de las reacciones de hidrólisis acompañada 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 débil aroma es evidente. El sistema de extracción más comúnmente utilizado es la percolación por baterías, el café tostado y molido es mantenido en un lecho estático en una columna vertical con separación interna de líquido de una columna a la próxima. El flujo de agua al café tostado es en contracorriente; la alimentación es continua a la columna más agotada de café, aunque en la columna fresca es intermitente. El número de columnas de una batería está entre 5 y 8. A nivel industrial, son usadas altas alimentaciones de agua a temperaturas por encima de 180 ºC cuando, por pérdidas naturales de calor en la columna, la temperatura del líquido y del molido en cada columna caerá progresivamente hasta que el líquido en contacto con el café fresco, esté alrededor de los 100 ºC. El proceso de extracción involucra varios parámetros fundamentales como son: la calidad del café verde, el equipo y grado de tostación, el enfriamiento, la molienda, la carga, el tiempo de inundación, la calidad del agua de extracción, el perfil de temperatura, la caída de presión, el tiempo de ciclo y la cantidad de extracto retirado por ciclo. 18 4. METODOLOGÍA 4.1. LOCALIZACIÓN Este proyecto se llevó a cabo en la empresa Decafé S.A. ubicada en la zona industrial de Manizales; Kilómetro 10 vía al Magdalena. Las pruebas se realizaron en el laboratorio de aseguramiento de calidad y las muestras se recolectaron directamente en planta en el área de torrefacción y extracción. 4.2. MATERIAS PRIMAS La empresa Decafé 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, tamaño grande, mediano y pequeño, retenido por encima de malla N° 14, con la tolerancia del 1,5% de café tamaño inferior, pero retenido por la malla N°12 debidamente seleccionado. • Caracol: Comprende el café de la clase conocida con este nombre, sin maragogipe1, de tamaño grande, mediano y pequeño, retenido por la malla Nº12, debidamente seleccionado con una tolerancia de hasta 10% de grano plano. • Consumo: Es el subproducto obtenido de la trilla de café excelso2 y se caracteriza por no contener: a. Más del 10% de pasilla en peso. b. Ripio3. Para trillas se obtendrá por encima de malla Nº 14, con un límite de tolerancia del 15% bajo malla 14, pero retenido sobre malla Nº 12. 1 Variedad Coffea arábica, tetraploide, de porte alto. Representa una forma gigante de la variedad típica, ocurrida por mutación. Sus hojas y frutos especialmente son de mayor tamaño respecto a las variedades arábica típica y Borbón. Originaria del Brasil.[11] 2 Es el producto de la trilla de café pergamino.[11] 3 Es el subproducto del café que se caracteriza por tener un tamaño inferior a 4.76 mm y granos de café con un tamaño inferior a 5.66 mm.[11] 19 • Chorreado: Subproducto de trillas de café pergamino compuesto por grano sano y defectuoso, retenido sobre malla Nº 12 con una tolerancia en ripio de 7% sobre malla Nº 10. • Pasillas: Subproducto de trillas de café pergamino compuesto por grano sano y defectuoso, con una tolerancia en ripio del 20% al 30% sobre malla Nº 8. En todos los casos el café fue libre de sabores y olores extraños, y característicos de cada una de las referencias. En Decafé 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. 4.3. DESCRIPCIÓN METODOLÓGICA. El principal objetivo de este trabajo fue determinar las mejores materias primas, las condiciones de operación en torrefacción y en extracción más adecuadas para incrementar el rendimiento obtenido en extracción, por lo tanto la metodología se definió por factores representativos para el proceso. Inicialmente se realizó un recuento histórico del proceso productivo para el año 2002: materias primas, características físicas de las materias primas, variables representativas en café tostado y molido y variables de operación representativas en el proceso de extracción; lo cual sirvió de base para la realización de los ensayos industriales en el proceso de molienda y en el proceso de extracción, con el fin de complementar la información obtenida. El Rendimiento es igual a: Rendimiento = KgSSobtenidos− Kg Adiciones *100 KgT & M Donde: SS: Sólidos solubles Adiciones: café soluble o aglomerado T&M: café tostado y molido. 20 (1) 4.3.1 Clasificación de las materias primas empleadas en Decafé S.A., por rendimiento obtenido en extracción, para el año 2002. Condiciones de proceso evaluadas. Se realizó un recuento histórico de los datos de rendimiento obtenidos en extracción, teniendo en cuenta las materias primas trabajadas en Decafé S.A. para el año 2002; se eliminaron los datos que presentaran anormalidad, teniendo en cuenta los siguientes factores: • Paradas en el proceso de extracción: Se eliminaron como mínimo 5 datos de rendimiento que involucraran paradas en el proceso (datos de arranque del proceso), esta depuración se realizó para paradas mayores de 8 horas y cuando paró tanto la batería de extracción como la clarificadora. • Distancia Bayoneta: Es la distancia existente entre la altura del lecho de café tostado y molido y la bayoneta ubicada en la parte superior de la columna: • Distancias Bayoneta pequeñas: se eliminaron todos los datos de rendimiento que poseían distancias pequeñas; ya que la columna se encontraba muy cargada de café y podía ocurrir acanalamiento en el lecho; por lo tanto el agua no lo moja en su totalidad y no se pueden extraer bien los sólidos solubles, disminuyendo el rendimiento obtenido en extracción. • Distancias Bayoneta altas: Se eliminaron todos los datos de rendimiento que poseían distancias altas; la cantidad de café cargada es muy poca y el agua al entrar a la columna arrastra las partículas de café tostado y molido provocando un taponamiento de la bayoneta, aumentando la presión del sistema y disminuyendo el rendimiento obtenido en extracción. • Barrido en extracción: Se eliminaron como mínimo 5 datos de rendimiento iniciales cuando se cambia de mezcla de materias primas, pues los datos fluctúan empezando por rendimientos demasiados altos seguidos de rendimientos bajos. • Tiempos de ciclo de extracción: es el tiempo total transcurrido desde que se empieza a inundar con agua caliente una columna hasta que se extraen todos los sólidos solubles contenidos; se eliminaron los datos de rendimiento para los cuales el tiempo de ciclo se encontrara por encima o por debajo del rango determinado por la empresa, estos influyen en el rendimiento de extracción aumentándolo o disminuyéndolo de manera significativa. 21 Evaluación de los datos. Para el análisis, se separó la información en dos factores: Mezclas y Calidad de materias primas, con el fin de determinar la influencia de ambos parámetros por separado sobre el rendimiento de extracción. Inicialmente se organizó la información por tipos y mezclas de materias primas teniendo en cuenta las mezclas que tuvieran por lo menos un ciclo completo en la batería de extracción es decir, que si empieza a extraer en la columna 2 (después de estabilizada la operación, con su respectivo barrido) el ciclo termina cuando vuelve a esta columna, ya que se va extrayendo columna por columna secuencialmente; lo anterior con el fin de que los datos utilizados fueran representativos del comportamiento real de la batería de extracción. Para cada mezcla se obtuvieron datos promedio de Rendimiento. Partiendo de la información obtenida, finalmente se clasificaron las mezclas de materias primas por rendimientos obtenidos en extracción de la siguiente manera (criterios establecidos por la empresa): • • Mezclas de materias primas con alto rendimiento. Mezclas de materias primas con bajo rendimiento. Adicionalmente, se obtuvo de las planillas de recibo de café verde para el año 2002, la información física de dichas materias primas, las variables analizadas fueron: • • • • • • • • • Humedad (%) Densidad (g/L) Ripio (%) Grano aprovechable (%)4 Grano brocado (%) Grano Vinagre (%) Grano negro (%) Defectos (%)5 Impurezas (%)6 Estas variables son medidas por tipo de materia prima, por lo tanto los valores para las mezclas se obtuvieron por promedios ponderados. Análisis Estadístico. Tanto para la parte de mezclas de materias primas como para la caracterización física de éstas, se realizó un análisis grafico, en el cual se comparó 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 demás defectos del café, que no son tenidos en cuenta. 6 Todo material vegetal que se origina en la cereza del café. 22 rendimiento obtenido por mezcla y tipo de materia prima utilizada; adicionalmente se realizó un análisis estadístico descriptivo. Además se realizó un análisis de correlación de Spearman al 5%, para determinar la relación entre las características físicas en café verde con el rendimiento obtenido. La herramienta estadística empleada fue el Stat-Graphics. Los análisis estadísticos se encuentran referenciados en el Anexo H. 4.3.2. Evaluación de las características del café T&M7 por mezclas de materias primas, para el año 2002. Condiciones de proceso evaluadas. Se realizó un recuento histórico de las variables más representativas en tostión y molienda para el año 2002, teniendo en cuenta las mezclas de materias primas más empleadas. Evaluación de los datos. Para los datos de tostión, se determinó el porcentaje de pérdida de peso y el color del café tostado promedio, para cada mezcla en diferentes porcentajes de materias primas. El porcentaje de pérdida de peso es igual a: %PP = Kg café verde − Kg café tostado *100 Kg café verde (2) El color fue determinado mediante un colorímetro Neu-Haus, el cual permite lecturas de L (Luminosidad), con valores de 100 blanco y 0 negro. Para los datos de molienda se determinó, para cada mezcla en diferentes porcentajes de materias primas, la distribución granulométrica y el tamaño de partícula obtenido. Análisis estadísticos. Se empleó un análisis gráfico y un análisis de correlación de Spearman al 5%, para evaluar la relación de la tostión (%PP y color) en el comportamiento del rendimiento obtenido en extracción y se determinaron los rangos de pérdida de peso, para cada una de las materias primas trabajadas por la empresa en el año 2002. Con los datos tomados del recuento histórico para la molienda, se realizó un análisis gráfico y la prueba de Shapiro-Wilks (test de normalidad) con el fin de observar la tendencia de la distribución granulométrica por mezcla de materias primas y determinar si los datos podían ser adecuadamente modelados por una distribución normal, además se tuvo en cuenta los tamaños de partícula reportados en las 7 Tostado y molido. 23 planillas, para evaluar la influencia de éstos en el rendimiento en extracción. La herramienta estadística empleada fue el Stat-Graphics. Los análisis estadísticos se encuentran referenciados en el Anexo H. 4.3.3. Influencia de las variables de operación en el rendimiento obtenido en extracción, para el año 2002. Condiciones de proceso evaluadas. Partiendo de la información anteriormente obtenida de la planilla de extracción para el año 2002, realizando de igual forma la depuración de la información (numeral 4.3.1), se tomaron los datos de las variables más representativas en esta parte del proceso para las diferentes mezclas de materias primas trabajadas por la empresa. Evaluación de los datos. Para cada mezcla se obtuvieron los siguientes datos promedio: • • • • • • Rendimiento (%) Carga de café tostado y molido (Kg.) Distancia Bayoneta (cm) Factor Retiro/carga8 Tiempo de Ciclo (min.)9 Cantidad de café soluble adicionado a la batería de extracción (Kg) (recirculado desde la torre de secado o aglomerado). Análisis estadísticos. Cada una de las variables tenidas en cuenta fue comparada con el rendimiento obtenido por medio de un análisis gráfico; además se realizó un análisis estadístico descriptivo y un análisis de correlación de Spearman al 5%. La herramienta estadística empleada fue el Stat-Graphics. Los análisis estadísticos se encuentran referenciados en el Anexo H. 4.3.4. Verificación de las mallas utilizadas para el análisis del tamaño de partícula en el café T&M. Condiciones evaluadas. Se realizó en molienda un ensayo industrial con el fin de obtener el análisis granulométrico en café T&M para dos mezclas de materias primas seleccionadas, teniendo en cuenta las mezclas utilizadas por la empresa en el 8 Es la relación existente entre los Kg de extracto extraídos sobre los Kg de café 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 sólidos 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 análisis granulométrico reportado en las planillas de tostado y molido para el año 2002 y/o evaluar la mejor serie de mallas mediante un análisis gráfico acumulativo. Partiendo del juego de mallas utilizado para café tostado y molido en Decafé S.A, se seleccionaron varios juegos de tamices determinando cual presentaba una distribución más normal de la curva granulométrica, para un acercamiento más real al tamaño de partícula del café tostado y molido. Las condiciones de operación en tostión fueron en rangos constantes para los diferentes ensayos. Las variables involucradas en el ensayo fueron: Variables fijas: Materias primas. Variables de control: % de café retenido por malla (Granulometría). Variables de respuesta: Análisis granulométrico y Tamaño de partícula. 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 diámetros de abertura de malla, presentados en la Tabla 1. 10 Esta escala de tamices está basada en una abertura de 0.074 mm que es la abertura del tamiz patrón de 200 mallas y 0.0053 cm de diámetro del hilo. 25 Tabla 1. Escala de tamices normalizados Tyler[18] Mallas 4 5 6 7 8 14 18 20 40 Fondo Abertura de malla (mm) 4.75 4.00 3.35 2.80 2.38 1.40 1.00 0.85 0.425 0.00 Para cada una de las series de tamices se realizaron dos repeticiones como mínimo, en el Anexo A se reporta el procedimiento y equipos utilizados. Evaluación de los datos. El cálculo del tamaño de partícula para las diferentes granulometrías se realizó de la siguiente manera: Partiendo de la ecuación de Rossin-Rammler[4], ecuación 3: % A = 100 * e − BD n (3) Donde: %A: Porcentaje retenido sobre la malla respectiva. D: Abertura de la malla (mm). B y n son parámetros propios de la ecuación. Al efectuar algunas transformaciones a la ecuación (3) y aplicando logaritmos naturales a ambos lados, la ecuación 3 se transforma en: 100 Ln Ln = nLn( D) + B % A (4) La cual es la ecuación de una recta, el procedimiento de cálculo consiste en hallar los % acumulados de café molido en cada una de las mallas, reemplazar en la expresión que se encuentra en la izquierda de la ecuación (4) y obtener el logaritmo natural de la abertura de las mallas, con estos datos realizar una regresión lineal; de ésta se obtienen los valores de los parámetros n y B, donde n es la pendiente y B el intercepto. Finalmente, se considera que el diámetro de partícula, despejado de la ecuación (4) es: 26 Dp = e 100 Ln Ln − B % A n (5) Donde %A = 36.8% (Proviene de la fórmula Rossin-Rammler) Dp = tamaño de partícula (mm) B y n son los parámetros calculados por la regresión Análisis estadísticos: Con los datos obtenidos del ensayo en molienda, se realizó un análisis gráfico y la prueba de Shapiro-Wilks con el fin de observar la tendencia de la curva granulométrica por mezcla y determinar cuál de las series de mallas utilizadas modela adecuadamente los datos en una distribución normal; adicionalmente se graficaron los tamaños de partícula, para observar las diferencias por series de mallas. La herramienta estadística empleada fue el Stat-Graphics. Los análisis estadísticos se encuentran referenciados en el Anexo H. 4.3.5. Influencia del tamaño de partícula del café T&M en extracción. Con estos ensayos se pretendió evaluar el efecto que tiene el tamaño de partícula sobre el rendimiento en extracción, en las condiciones de operación en extracción y en las propiedades fisicoquímicas y sensoriales tanto del café tostado y molido como del extracto de café diluido. Para tal fin, se realizaron pruebas industriales, para dos mezclas de materias primas, determinadas según 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 trabajó un arreglo de tres tamaños de partícula, mientras que para la segunda fue de dos tamaños de partícula, cada una con dos repeticiones. Las variables involucradas en los ensayos fueron: Variables fijas: Materias primas, grado de tostión (%PP) y método de extracción. Variables de control: Grado de molienda expresado en tamaño de partícula 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 inundación y tiempo de ciclo de la columna de retiro, sólidos solubles obtenidos, Presión y Temperatura de la columna de retiro; Humedad, pH y Acidez de café tostado y molido; pH, Acidez, sólidos insolubles, partículas precipitables totales y sedimento del extracto diluido; y la evaluación sensorial tanto del café tostado y molido como del extracto diluido. Los procedimientos requeridos para los análisis de las propiedades fisicoquímicas se encuentran referenciados en el Anexo B. Análisis sensorial. Como parámetro de aceptación o rechazo para el ensayo industrial en los diferentes niveles de tamaño de partícula utilizados, se realizó un análisis sensorial para el café tostado y molido y el extracto diluido en cada uno de los niveles. Inicialmente se realizo un análisis 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. Análisis estadísticos. Se realizó una prueba de Duncan al 5% (test de rangos múltiples), para comparar estadísticamente los tratamientos entre los diferentes tamaños de partícula, con el fin de determinar la influencia de cada tamaño de partícula en las variables de respuesta. Para el análisis sensorial se realizó una prueba de Kruskal-wallis al 5% (método no paramétrico), con el fin de determinar la influencia de cada tamaño de partícula en los atributos sensoriales tanto del café tostado y molido, como del extracto diluido. La herramienta estadística empleada fue el Stat-Graphics. Los análisis estadísticos se encuentran referenciados en el Anexo H. 28 4.3.6. Influencia del factor retiro/carga en extracción. Con estas pruebas se pretendió evaluar el efecto que tiene el factor retiro/carga sobre el rendimiento en extracción, en las condiciones de operación en extracción y en las propiedades fisicoquímicas y sensoriales del extracto de café diluido. El ensayo industrial se realizó para la mezcla de materias primas ChorreadoChorreado-pasilla, determinada según condiciones de la empresa en el tiempo durante el cual se realizó el ensayo (Septiembre de 2003). Se trabajó un arreglo de cuatro factores de retiro/carga, con dos repeticiones. Las variables involucradas en el ensayo fueron: Variables fijas: Materias primas, grado de tostión (%PP), grado de molienda (tamaño de partícula) y método de extracción (carga de café tostado y molido). Variables de control: Relación 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 inundación y tiempo de ciclo de la columna de retiro, sólidos solubles obtenidos, Presión y Temperatura de la columna de retiro; pH, Acidez, sólidos insolubles, partículas precipitables totales y sedimento del extracto diluido; y la evaluación sensorial del extracto diluido. Los procedimientos requeridos para los análisis de las propiedades fisicoquímicas se encuentran referenciados en el Anexo B. Análisis sensorial. Como parámetro de aceptación o rechazo para el ensayo industrial en los diferentes niveles de factor retiro/carga utilizados, se realizó un análisis sensorial para el extracto diluido en cada uno de los niveles. Inicialmente se realizo un análisis 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. Análisis estadísticos. Se realizó una prueba de Duncan al 5% (test de rangos múltiples), para comparar estadísticamente 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 análisis sensorial se realizó una prueba de Kruskal-wallis al 5% (no parámetrico), con el fin de determinar la influencia de cada factor, en los atributos sensoriales del extracto diluido. La herramienta estadística empleada fue el StatGraphics. Los análisis estadísticos se encuentran referenciados en el Anexo H. 30 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.1. CLASIFICACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS EN DECAFÉ S.A., POR RENDIMIENTO OBTENIDO EN EXTRACCIÓN, PARA EL AÑO 2002. Partiendo del recuento histórico realizado del rendimiento obtenido en extracción, según criterios de la empresa las mezclas de materias primas trabajadas se clasificaron de la siguiente manera: • • Mezclas de alto rendimiento. Mezclas de bajo rendimiento. En general, el comportamiento que se apreció es el siguiente: 5.1.1. Mezclas de materias primas con alto Rendimiento en el proceso de extracción. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. • Las mezclas que contenían materias primas descafeinadas, obtuvieron altos rendimientos en extracción. • Se observa que la mezcla que obtuvo mayores rendimientos en extracción fue la Chorreado-Chorreado-Pasilla en proporciones de materias primas muy similares. • La materia prima con mejor comportamiento en extracción fue el Chorreado, puesto que sola ó en mezclas con un buen porcentaje, se obtuvieron altos rendimientos. 5.1.2. Mezclas de materias primas con bajo Rendimiento en el proceso de extracción. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa • Las mezclas de materias primas que presentaron menores rendimientos en extracción fueron la Pasilla-Pasilla y la Chorreado-Pasilla. • Las mezclas que contenían materias primas pasillas, consumos y UGQ, presentaron bajos rendimientos en extracción. 31 5.1.3. Caracterización física de las mezclas de materias primas más empleadas en el año 2002. Para la caracterización física se analizaron las mezclas de materias primas que tuvieran mayor cantidad de datos y que abarcaran diferentes meses para que los datos fueran más representativos y reales; además que se encontraran dentro de las mezclas de materias primas de alto o bajo rendimiento, las mezclas empleadas para este análisis fueron: • • • • Chorreado-Chorreado-Pasilla. Chorreado-Pasilla-Pasilla. Pasilla-Pasilla. Chorreado-Pasilla. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En la Tabla 2, se muestra el análisis de correlación cuantitativo de Spearman para las características físicas de la materia prima en café verde; solo se presenta una relación 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 relación entre las variables. Para que la correlación fuera significativa al 95% de confianza, los P-Value debían ser menores a 0.05. Tabla 2. Relaciones entre las características en café verde con el Rendimiento obtenido en extracción, para el año 2002. Materias Primas Variables Humedad (%) Densidad (g/L) ChorreadoChorreadoPasilla 0,7215 0,0225 0,6378 0,0437 ChorreadoPasilla-Pasilla Pasilla-Pasilla ChorreadoPasilla ne ne ne 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 Análisis de correlación de Spearman al 5%. ne: no se encontró relación. Cada una de las variables fue analizada por separado obteniéndose los siguientes resultados: 32 • Humedad: No existe una relación clara entre esta variable y el comportamiento del rendimiento obtenido en extracción para cada mezcla. La única diferencia observable es que la humedad fue mayor para las mezclas de materias primas que tienen mejores rendimientos en extracción que para mezclas con bajos rendimientos, así contengan materias primas similares. • Densidad: No existe una relación clara entre esta variable y el comportamiento del rendimiento obtenido en extracción para cada mezcla de materias primas; sólo existen diferencias entre mezclas, ya que la densidad fue mayor para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla (mezcla con alto rendimiento) y se hace menor para la mezcla Pasilla-Pasilla (mezcla con bajo rendimiento). • Grano aprovechable: Esta variable no mostró ninguna tendencia con el comportamiento del rendimiento para cada mezcla de materias primas, sólo 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 éstas en las mezclas. • Defectos: se realizó un análisis para todos los defectos del café 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 apreció es el siguiente: • Se determinó que el porcentaje de grano negro fue menor para las mezclas con altos rendimientos y aumentó con la disminución de éste. • 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. La calidad y mezclas de materias primas influyen en el rendimiento obtenido en extracción por mezcla de materias primas, ya que la mezcla Chorreado-ChorreadoPasilla tuvo mejores rendimientos y es la mezcla con mejor calidad con respecto a defectos en el café verde, ya que presenta porcentajes menores de grano negro, 33 vinagre, brocado y ripio con respecto a las otras mezclas. El aumento de los defectos disminuye tanto la calidad de las materias primas como el rendimiento en extracción; un ejemplo claro se apreció en la mezcla Pasilla-Pasilla que es de menor calidad y los rendimientos obtenidos con esta mezcla son menores. Otros factores que influyen tanto en la calidad como en el rendimiento por mezcla de materias primas, son la densidad y la humedad del café verde, el valor de estas variables es mayor para las mezclas con altos rendimientos y disminuyen con la disminución de la calidad de las materias primas. Es importante tener en cuenta que la variación de los porcentajes de las materias primas para cada una de las mezclas no influyó de manera significativa en el rendimiento obtenido en extracción; por lo tanto se puede decir que sólo la calidad de las materias primas es la fuente principal de variación del rendimiento obtenido. 5.2. EVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL CAFÉ T&M POR MEZCLAS DE MATERIAS PRIMAS, PARA EL AÑO 2002. Se analizaron las siguientes mezclas de materias primas: • • • Chorreado-Chorreado-Pasilla. Pasilla-Pasilla. Chorreado-Pasilla. 5.2.1. Definición de las características de tostión por tipos y mezclas de materias primas, para el año 2002. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En la Tabla 3, se muestra el análisis de correlación cuantitativo de Spearman para las variables porcentaje de pérdida de peso y color del café T&M con el rendimiento obtenido en extracción; en general no existe ninguna relación estadística significativa entre estas variables y el rendimiento en extracción. Para que la correlación fuera significativa al 95% de confianza, los P-Value debían ser menores a 0.05. 34 Tabla 3. Relaciones entre las variables de proceso en tostión y el Rendimiento obtenido en extracción, para el año 2002. Materias Primas Variables Chorreado Chorreado Pasilla Pasilla % Pérdida de peso ne ne ne ne Color (L) ne ne ne ne Pasilla 0,9429 0,035 ne Chorreado Pasilla ne ne ne ne Análisis de correlación de Spearman al 5% ne: no se encontró relación. Cada una de las variables fue comparada con el rendimiento obtenido en extracción para cada tipo de materia prima, obteniéndose los siguientes resultados: • Porcentaje de pérdida de peso: No se puede establecer una relación clara entre el porcentaje de pérdida de peso y el rendimiento obtenido en extracción para cada componente de la mezcla de materias primas, la única diferencia es que el porcentaje de pérdida de peso fue mayor para la materia prima Chorreado; adicionalmente se debe tener en cuenta que éste varía de acuerdo a las características del café verde y con la necesidad de la calidad en taza del producto final; a mayor porcentaje de pérdida de peso menor es la intensidad de la acidez y mayor la intensidad del amargo. • Color café tostado: No se puede establecer una relación clara entre el color del café tostado y el rendimiento obtenido en extracción para cada mezcla de materias primas; lo único que se observó es que este depende del porcentaje de pérdida de peso, ya que a mayor porcentaje de perdida de peso aumenta la tonalidad del color; por lo tanto se manejan dentro de un rango para cada materia prima. 5.2.2. Definición de las características de molienda por mezclas de materias primas, para el año 2002. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. Para el análisis acumulativo granulométrico, en la Tabla 4, se muestran los P-value obtenidos por la prueba de Shapiro-Wilks (test de normalidad) para las mezclas de materias primas empleadas para el año 2002, con lo cual se determinó que las muestras que obtuvieran P-value mayores a 0.05 con un 95% de confianza se pueden considerar normales, teniendo en cuenta que mientras más aumente este valor, más se acercan los datos a una distribución normal. 35 Tabla 4. Parámetros de la prueba de distribución normal para el análisis granulométrico del café tostado y molido para las mezclas de materias primas empleadas en Decafé S.A, para el año 2002. Mezclas de Materias Primas Chorreado-Chorreado-Pasilla Pasilla-Pasilla Chorreado-Pasilla P-Value 0,403876 0,363067 0,581142 0,435775 0,392798 0,295020 0,378907 0,278184 0,267906 0,366746 0,410798 Con un 95% de confianza. Con los datos obtenidos de P-value de la prueba de Shapiro-Wilks, (la cual se basa en la comparación de los quantiles de la distribución considerada normal con los quantiles de los datos) se comprobó que la distribución de las curvas granulométricas se acomoda a una distribución normal. En general se observó que la distribución granulométrica del café tostado y molido para las diferentes mezclas de materias primas presentó un comportamiento muy similar, no existiendo ninguna tendencia con los rendimientos obtenidos en extracción. Adicionalmente se determinó que no existe una relación clara entre el tamaño de partícula del café T&M con el rendimiento obtenido en extracción: por ejemplo para algunas mezclas, con excepción de algunos puntos el rendimiento tiende a disminuir con el aumento del tamaño de partícula; este resultado es consistente, a mayor tamaño de partícula menor es la probabilidad que el agua moje en su totalidad el grano de café y extraiga eficientemente los sólidos solubles, que a su vez repercuten en el rendimiento obtenido. 5.3. INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DE OPERACIÓN EN EL RENDIMIENTO OBTENIDO EN EXTRACCIÓN, PARA EL AÑO 2002. Se analizaron las mezclas de materias primas más empleadas, las cuales fueron: 36 • • • • Chorreado-Chorreado-Pasilla. Chorreado-Pasilla-Pasilla. Pasilla-Pasilla. Chorreado-Pasilla Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En n la Tabla 5, se muestra el análisis de correlación cuantitativo de Spearman para las variables de operación más representativas en extracción con el rendimiento obtenido; para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla, se presentó una relación directa entre el rendimiento y el factor retiro/carga, pero no existió para el resto de las materias primas empleadas; para la mezcla ChorreadoPasilla-Pasilla se presentó una relación directa entre el rendimiento y el tiempo de ciclo, e inversa entre el rendimiento y la carga de T&M, pero no existió para el resto de las mezclas de materias primas; por lo tanto no se pudo determinar claramente cual fue la influencia de estas variables en el rendimiento obtenido en extracción. Tabla 5. Relaciones entre las variables de operación en extracción con el Rendimiento obtenido, para el año 2002. Materias Primas Variables Carga (Kg) Distancia Bayoneta (cm) Factor Retiro/Carga Tiempo de Ciclo (min) ChorreadoChorreadoPasilla ChorreadoPasilla-Pasilla Pasilla-Pasilla ChorreadoPasilla ne -0,8571 0,0358 ne ne ne ne ne ne ne ne ne 0,9274 0,0231 ne ne 0,6789 0,0318 ne Análisis de correlación de Spearman al 5%. ne: no se encontró relación. El análisis de las variables se hizo independientemente, en general el comportamiento que se apreció es el siguiente: • Carga de café tostado y molido: Aunque la tendencia de esta variable es aumentar con la disminución del rendimiento obtenido en extracción, no se puede determinar que existe una relación definida entre estas, ya que la carga de café tostado y molido se encuentra dentro de un mismo rango para cada mezcla de materias primas. 37 La cantidad de café tostado y molido cargado a las columnas depende del tamaño de partícula y de la densidad que tenga el café molido, por lo tanto si se manejan tamaños de partícula dentro de un rango estable para las diferentes mezclas de materias primas; la variación de la carga dependerá de la densidad de aquel. • Distancia bayoneta: De acuerdo con el análisis realizado, no existe una relación clara entre esta variable y el rendimiento obtenido en extracción; ni existen diferencias significativas por mezclas, ya que se encuentran dentro del rango estipulado por la empresa. Teniendo en cuenta que la cantidad de café tostado y molido cargado a las columnas en extracción se manejó dentro de un rango estable para las diferentes mezclas de materias primas, la distancia bayoneta no debe variar de manera significativa. • Factor Retiro/Carga: Se observó una leve disminución de esta variable con la disminución del rendimiento obtenido en extracción, gráficamente se pueden considerar variables directamente proporcionales, pero al constatar con el análisis de correlación de Spearman no se encontró relación, por lo tanto no se puede determinar una relación clara entre estas variables. • Tiempo de ciclo: Se observó una leve disminución de esta variable con la disminución del rendimiento en extracción, gráficamente se pueden considerar directamente proporcionales, pero no existió ninguna relación entre estas variables en el análisis de Spearman, por lo tanto no se puede determinar una relación clara; el tiempo de ciclo para todas las mezclas de materias primas se encuentra dentro de un mismo rango. Adicionalmente esta variable aumenta con el aumento de la cantidad de extracto de café retirado, por lo tanto se puede asumir que existe una relación directamente proporcional entre el tiempo de ciclo y el factor retiro/carga. 5.3.1. Influencia de la adición de café soluble a las columnas de extracción. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. Se observó que las adiciones realizadas a la batería de extracción desde la torre de secado o aglomerado tienen una relación inversamente proporcional con el rendimiento obtenido. A mayor cantidad de café adicionado a las columnas, mayor será la disminución del rendimiento. En general se apreció que, sin importar la mezcla ni el tipo de materias primas utilizadas, el rendimiento obtenido en extracción disminuye en proporción similar con la adición de café soluble, esto puede ocurrir porque el café adicionado a las columnas tiene una cantidad mayor de sólidos solubles que al ser mezclados con el café tostado y molido hace que el gradiente de concentración entre el agua de 38 extracción y la superficie del grano de café sea mayor que el gradiente de concentración entre la superficie y los intersticios del grano provocando que no se extraigan en su totalidad los sólidos solubles. 5.4. VERIFICACIÓN DE LAS MALLAS UTILIZADAS PARA EL ANÁLISIS DE TAMAÑO DE PARTÍCULA EN EL CAFÉ T&M. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa, en la Tabla 6, se presentan los valores de P-value obtenidos por la prueba de Shapiro-Wilks (test de normalidad), para las diferentes series de mallas utilizadas. Tabla 6. Parámetros de la prueba de distribución normal para el análisis granulométrico en café T&M. Mallas utilizadas P-Value 5,6,8,14,20,40 y fondo 4,5,6,7,8,14 y fondo 4,5,6,8,14,2 y fondo 4,5,6,8,18,40 y fondo 4,5,6,8,14,40 y fondo 4,5,6,8,14,20 y fondo 0,381759 0,908681 0,292488 0,423311 0,637918 0,577856 Con un 95% de confianza Estadísticamente todas las curvas granulométricas se consideran normales con un porcentaje de confianza del 95%; pero gráficamente algunas de las distribuciones se deformaron; el tamaño de partícula se considera que se encuentra en el 50% de la cantidad de café retenido, estas deformaciones pueden alterar el cálculo de este de manera significativa, por lo tanto se determinó que el juego de mallas que más se acerca a una distribución normal tanto gráfica como estadística es el 4, 5, 6, 8, 14, 20 y fondo; la malla 4 acentúa al inicio la curva de distribución granulométrica del café T&M sin achatarla, y no existe mayor influencia en la curva de distribución al retirar la malla 40 de la serie normalmente utilizada; esto fue comprobado para las dos mezclas de materias primas utilizadas. Adicionalmente se determinó que el tamaño de partícula obtenido para la serie propuesta (4 4, 5, 6, 8, 14, 20 y fondo) es menor en que el tamaño de partícula 39 obtenido con la serie de tamices utilizados por la empresa (5 5, 6, 8, 14, 20, 40 y fondo), por lo tanto los tamaños de partícula real son menores que los reportados en las planillas. 5.5. INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA DEL CAFÉ T&M EN EXTRACCIÓN La variable controlada para el ensayo en el proceso de tostión fue el porcentaje de pérdida de peso del café T&M, el cual se manejo dentro de un rango estable. 5.5.1 Propiedades del café T&M a diferentes tamaños de partícula. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En las Tablas 7 y 8, se presenta el resultado de la prueba de Duncan al 5%, para las mezclas de materias primas Chorreado-Chorreado-Pasilla y ChorreadoPasilla-Pasilla relacionadas con los tamaños de partícula. Tabla 7. Variación de las propiedades del café T&M a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. Variables Humedad (%) pH Acidez Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 A B AB A AB B A AB B Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Duncan al 5% Tabla 8. Variación de las propiedades del café T&M a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla. Variables Humedad (%) pH Acidez Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 A A A B A B Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Duncan al 5% 40 De acuerdo con estas Tablas, se presentan las condiciones de proceso que tuvieron diferencia estadística y cuyos resultados fueron: • Humedad del café T&M: Esta variable no presentó una relación clara con el tamaño de partícula; por lo tanto no depende del grado de molienda sino de las propiedades del café verde. • Acidez y pH del café T&M: Tanto la acidez como el pH mostraron un comportamiento directo e inverso respectivamente con el tamaño de partícula, pero con diferentes valores para las dos mezclas de materias primas; para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla se diferenciaron estadísticamente los tamaños de partícula tipo 1 del tipo 3, mientras que para la mezcla ChorreadoPasilla-Pasilla, la diferencia es mayor puesto que son diferentes para los tamaños de partícula tipo 1 y tipo 2; esto se debe a las propiedades fisicoquímicas de las materias primas utilizadas. 5.5.2 Propiedades del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En las Tablas 9 y 10, se presenta el resultado de la prueba de Duncan al 5%, para las mezclas de materias primas Chorreado-Chorreado-Pasilla y Chorreado-Pasilla-Pasilla, relacionadas con los tamaños de partícula. Tabla 9. Variación de las propiedades del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 pH A A A Acidez A A A PPT (g) A A A Sedimento A A A Sólidos Insolubles (ppm) A B C Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Duncan al 5% Variables Tabla 10. Variación de las propiedades del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla. Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo2 pH A A Acidez A A PPT (g) A A Sedimento A A Sólidos Insolubles (ppm) A B Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Duncan al 5% Variables 41 De acuerdo con las Tablas 9 y 10, la única variable que presentó diferencia estadística con la granulometría fue los sólidos insolubles, presentó una relación inversa con la variable tamaño de partícula. Este resultado es consistente; a mayor grado de molienda (menor densidad) el agua de extracción puede con mayor facilidad arrastrar partículas de café tostado y molido. 5.5.3. Condiciones de proceso en extracción a diferentes tamaños de partícula. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En las Tablas 11 y 12, se presenta el resultado de la prueba de Duncan al 5%, para las mezclas de materias primas Chorreado-ChorreadoPasilla y Chorreado-Pasilla-Pasilla, relacionadas con los tamaños de partícula. Tabla 11. Variación de las condiciones de operación en extracción a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. Variables Rendimiento (%) Presión (Bar) Temperatura (ºC) DB (cm) Carga T&M (Kg) Kg totales extraidos Sólidos solubles (%) t inundación (min) t Ciclo (min) Factor Retiro/Carga Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 A AB A A AB A AB B A A B B A B B A B B A B A A A A A AB A A B B Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Duncan al 5% Tabla 12. Variación de las condiciones de operación en extracción a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla. Variables Rendimiento (%) Presión (Bar) Temperatura (ºC) DB (cm) Carga T&M (Kg) Kg totales extraidos Sólidos solubles (%) t inundación (min) t Ciclo (min) Factor Retiro/Carga Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 A A A A AB A A B A B A B A A A A A A A B Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Duncan al 5% 42 De acuerdo con estas tablas, se presentan las condiciones de proceso que tuvieron diferencia estadística y cuyos resultados fueron: • Rendimiento: Esta variable presentó una relación inversa con el tamaño de partícula; es consistente, debido a que entre mas pequeño sea el tamaño de partícula, mayor es el área de contacto del café tostado y molido con el agua de extracción; permitiendo que se extraigan con más facilidad los sólidos solubles. • Distancia Bayoneta: Esta variable no presentó una relación definida con los tamaños de partícula. Los tamaños de partícula tipo 1 se diferenciaron estadísticamente de los demás. De debe tener en cuenta que el comportamiento de esta variable también depende de la cantidad de café cargado a las columnas, por lo tanto si se hubiera mantenido constante dentro de un mismo rango esta variable, podría haberse visto la diferencia de alturas en el lecho. • Carga de café tostado y molido: Esta variable presentó una relación directa entre los tamaños de partícula tipo 1 y tipo 2 para la mezcla ChorreadoChorreado-Pasilla y para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla, diferenciándose estadísticamente. Este resultado es lógico, a menor tamaño de partícula menor es el espacio existente entre los granos por lo cual tiende a disminuir la altura del lecho y para que quede dentro de los parámetros de distancia bayoneta estipulados por la empresa, se debe aumentar la cantidad de café cargado a las columnas. • Cantidad de extracto obtenido (Kg): Esta variable no presentó una relación definida con los tamaños de partícula. Los tamaños de partícula tipo 1 se diferenciaron estadísticamente de los demás. El comportamiento de esta variable también depende de la cantidad de café cargado a las columnas y del factor retiro/carga, puesto que si se maneja un factor retiro/carga dentro de un rango estable, la cantidad extraída dependerá de la carga de café. • Sólidos Solubles: Esta variable presentó una relación inversa con el tamaño de partícula. Para las dos mezclas de materias primas se obtuvo mayor cantidad de sólidos solubles con el tamaño de partícula tipo 1. Este resultado es consistente porque mientras más pequeño sea el tamaño de partícula, mayor es el área de contacto entre el agua caliente y el grano de café, permitiendo la mejor extracción de los sólidos solubles; es importante tener en cuenta que valores de tamaño de partícula extremadamente pequeños pueden tapar el sistema, provocando una sobre presión del mismo. 43 • Tiempo de ciclo: Esta variable no presenta una relación clara con la variable tamaño de partícula; para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla la relación fue inversa mientras que para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla es directa, pero es mas lógico el comportamiento de la mezcla Chorreado-ChorreadoPasilla, porque al trabajar con un tamaño de partícula pequeño aumenta la presión dentro del sistema, haciendo que el flujo de agua dentro de él disminuya, por lo tanto aumenta el tiempo de residencia. Esta variable también depende del factor de retiro/carga ya que a una carga de café tostado y molido dentro de un rango constante, si se aumenta el retiro, mayor es el tiempo que se demora la extracción. Sólo existen diferencias con el tamaño de partícula tipo 3. • Factor Retiro/Carga: Esta variable presentó una relación directa con el tamaño de partícula; para ambas mezclas el tamaño de partícula tipo 1 se diferenció estadísticamente de los demás. Esta consideración no es totalmente cierta ya que esta variable depende de la carga de café tostado y molido y de la cantidad de extracto retirado, por lo tanto no se puede considerar como una variable dependiente del tamaño de partícula, sino como una condición de operación del sistema de extracción. 5.5.4. Características sensoriales del café T&M a diferentes tamaños de partícula. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En las Tablas 13 y 14, se presenta el resultado de la prueba de Kruskal-wallis al 5%, para las mezclas de materias primas, relacionadas con los tamaños de partícula. Tabla 13. Variación de los atributos sensoriales de café T&M a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. Atirbutos Aroma Acidez Amargo Cuerpo Impresion Global Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 A A A A A A A A A A A A A A A Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Kruskal-wallis al 5% 44 Tabla 14. Variación de los atributos sensoriales de café T&M a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla. Atirbutos Aroma Acidez Amargo Cuerpo Impresion Global Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 A A A A A A A A A A Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Kruskal-wallis al 5% De acuerdo con las Tablas anteriores, para todos los atributos sensoriales del café T&M no existen diferencias estadísticas entre los niveles de tamaño de partícula. Este resultado es lógico puesto que la variación de estos depende principalmente del grado de tostión de la materia prima y de las propiedades del café verde. 5.5.5. Características sensoriales del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En las Tablas 15 y 16, se presentan los promedios de los atributos sensoriales del extracto diluido y el resultado de la prueba de Kruskal-wallis al 5%, relacionadas con los tamaños de partícula. Tabla 15. Variación de los atributos sensoriales del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. Variables pH Acidez PPT (g) Sedimento Sólidos Insolubles (ppm) Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 A A A A A A A B B A A A A A A Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Kruskal-wallis al 5% 45 Tabla 16. Variación de los atributos sensoriales del extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla. Atirbutos Aroma Acidez Amargo Cuerpo Impresion Global Tamaño de partícula (mm) Tipo 1 Tipo 2 A B A A A B A A A A Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Kruskal-wallis al 5% De acuerdo con las Tablas anteriores, el único atributo que presenta una diferencia significativa entre los diferentes niveles de tamaño de partícula para el extracto diluido es el amargo, pero no presenta ningún tipo de relación con esta variable. Al realizarse la prueba triangular entre los diferentes niveles de tamaño de partícula (ver Tablas 17 y 18), el panel no encontró diferencias entre las muestras, por lo tanto no existen diferencias significativas entre las muestras con un 95% de confianza. Tabla 17. Análisis sensorial prueba triangular para extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. N° Catadores N° Aciertos N° Minimo Aciertos Tamaño de particula (mm) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 10 10 10 1 4 4 7 7 7 Con un nivel de confianza del 95%, según tabla # 1 NTC 2681. Tabla 18. Análisis sensorial prueba triangular para extracto diluido a diferentes tamaños de partícula para la mezcla Chorreado-Pasilla-Pasilla. N° Catadores N° Aciertos N° Minimo Aciertos Tamaño de particula (mm) Tipo 1 Tipo 2 8 8 3 2 6 6 Con un nivel de confianza del 95%, según tabla # 1 NTC 2681. 46 5.6. INFLUENCIA DEL FACTOR RETIRO/CARGA EN EXTRACCIÓN. La variable controlada para el ensayo en el proceso de tostión fue el porcentaje de pérdida de peso del café T&M; el cual se manejo dentro de un rango estable y en el proceso de molienda fueron la humedad, pH, acidez y tamaño de partícula del café T&M, los cuales se manejaron de igual forma que en la parte de tostión dentro de un rango estable. La variable controlada en el proceso de extracción fue la carga de café T&M a las columnas y por ende la distancia bayoneta que se mantuvo constante dentro de un mismo rango. 5.6.1. Propiedades del extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En la Tabla 19, se presenta el resultado de la prueba de Duncan al 5% para la mezcla de materias primas, relacionada con los factores de retiro/carga. Tabla 19. Variación de las propiedades del extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. Variables pH Acidez PPT (g) Sedimento Sólidos Insolubles (ppm) Factor Retiro/Carga Factor 2 Factor 3 A A A A A A A A AB AB Factor 1 A A A A A Factor 4 A A A A B Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Duncan al 5% De acuerdo con la Tabla 19, se presentan las condiciones de proceso que tuvieron diferencia estadística y cuyos resultados fueron: • Partículas precipitables totales (PPT): Esta variable presentó una relación directa con el factor retiro/carga, diferenciándose estadísticamente el factor 1 del 4. Esto puede deberse a que la cantidad de extracto obtenida es mayor, por lo tanto se arrastran más partículas de café que puedan provocar la precipitación de algunos sólidos solubles e insolubles. 47 • Sólidos insolubles: Esta variable presentó una relación directa con el factor retiro/carga, diferenciándose estadísticamente todos los tratamientos. Este resultado es consistente ya que a mayor retiro, mayor tiempo de residencia en el cual se arrastran más partículas de café T&M. 5.6.2. Condiciones de proceso en extracción a diferentes factores de retiro/carga. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En la Tabla 20, se presenta el resultado de la prueba de Duncan al 5%, relacionada con los factores de retiro/carga. Tabla 20. Variación de las condiciones de proceso en extracción a diferentes factores de retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. Variables Rendimiento (%) Presión (Bar) Temperatura (ºC) Kg totales extraidos Sólidos solubles (%) t inundación (min) t Ciclo (min) Factor Retiro/Carga Factor 2 Factor 3 A A AB AB A A B C B B A A A A Factor 1 A A A A A A A Factor 4 A B A D C A B Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Duncan al 5% De acuerdo con la Tabla 20, el rendimiento en extracción no presenta diferencias estadísticas entre los diferentes niveles, sin embargo presenta una relación inversa con el factor retiro/carga. Es consistente este resultado, debido a que a una carga de café T&M constante, un aumento en la cantidad de extracto retirado disminuye los sólidos solubles contenidos debido a que la dilución es mayor (aumento en la cantidad de agua). De acuerdo con la Tabla 20, se presentan las condiciones de proceso que tuvieron diferencia estadística y cuyos resultados fueron: • Presión efectiva de extracción: Esta variable tiende a disminuir con el aumento del factor retiro/carga; diferenciándose estadísticamente el factor retiro/carga 1 del 4. Este resultado no es coherente ya que a mayor tiempo de residencia del extracto la presión tiende a aumentar, debido a la presión ejercida por el agua de extracción a través del sistema; en este caso debió haber influido en los resultados las condiciones de operación del sistema por parte del operario. 48 • Cantidad de extracto obtenido (Kg): Esta variable presentó una relación directa con el factor retiro/carga diferenciándose estadísticamente todos los niveles. Es claramente consistente el resultado puesto que a una carga de café T&M a las columnas constante, el aumentar el factor retiro/carga aumenta la cantidad de extracto diluido obtenido. • Sólidos Solubles: Esta variable presentó una relación inversa con el factor retiro/carga, diferenciándose estadísticamente el factor retiro/carga 1 del 4. La disminución de los sólidos solubles se debe a que a medida que aumenta la cantidad de extracto retirada, el extracto sale más diluido. • Tiempo de ciclo: Esta variable presentó una relación directa con el factor retiro/carga. El factor retiro/carga 4 se diferenció estadísticamente de los demás. Es evidente este comportamiento ya que se necesita más tiempo para extraer más cantidad de extracto. 5.6.3. Características sensoriales del extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga. Los datos no pueden ser presentados en este trabajo porque pertenecen a documentos controlados de la empresa. En la Tabla 21, se presenta el resultado de la prueba de Kruskal-wallis al 5%, relacionada con los factores de retiro/carga. Tabla 21. Variación de los atributos sensoriales del extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga para la mezcla Chorreado-Chorreado-Pasilla. Variables Aroma Acidez Amargo Cuerpo Impresión Global Factor Retiro/Carga Factor 2 Factor 3 A A A A A A A A A A Factor 1 A A A A A Factor 4 A A A A A Promedios con letras comunes implican igualdad estadística entre los niveles, según prueba de Kruskal-wallis al 5% De acuerdo con la Tabla anterior, no existen diferencias estadísticas significativas para ningún atributo en los diferentes niveles de factor retiro/carga. Adicionalmente se observó que tiene menor calificación en taza, la muestra que corresponde al factor retiro/carga 4, esto es lógico, a mayor cantidad extraída tiende a aumentar la acidez (aparición por procesos de hidrólisis) y a desmejorar los demás atributos, sin embargo al realizarse la prueba triangular entre los diferentes niveles (ver Tabla 22), el panel no 49 encontró diferencias entre las muestras, por lo tanto no existen diferencias significativas con un 95% de confianza. Tabla 22. Análisis sensorial prueba triangular para extracto diluido a diferentes factores de retiro/carga. N° Catadores N° Aciertos N° Minimo Aciertos Factor Retiro/Carga Factor 2 Factor 3 11 11 3 2 7 7 Factor 1 11 1 7 Con un nivel de confianza del 95%, según tabla # 1 NTC 2681. 50 Factor 4 11 4 7 6. CONCLUSIONES 1. Con las materias primas descafeinadas se obtienen altos rendimientos en extracción; esto se debe a que contiene altos porcentajes de grano aprovechable 2. El Chorreado, después de las materias primas descafeinadas, fue la materia prima con la cual se obtuvieron altos rendimientos en extracción; sola o en mezcla presentó altos valores de rendimiento, siendo estos constantes para las diferentes mezclas de todo el año 2002. 3. Sin tener en cuenta los porcentajes de materias primas, la mezcla con la cual se obtienen rendimientos superiores en extracción fue la Chorreado-ChorreadoPasilla. 4. Las mezclas de materias primas que contienen Pasillas, presentaron rendimientos en extracción bajos, esto se debe a que esta materia prima maneja porcentajes de grano aprovechable pequeños. 5. El porcentaje de grano aprovechable en café verde es la variable que más influye en el rendimiento obtenido en extracción, presentándose una relación directa entre estas variables; la humedad y la densidad son variables que dependen del porcentaje de grano aprovechable, a mayor porcentaje de grano aprovechable aumentan tanto la humedad como la densidad. 6. A medida que se aumenta el porcentaje de perdida de peso en café tostado, mayor es la intensidad del color y viceversa, por lo tanto son los parámetros que determinan el grado de tostión de las materias primas. Estos están determinados por materia prima ya que depende de la naturaleza del café verde. 7. El tiempo de ciclo en extracción presentó una relación directa con el rendimiento obtenido para el año 2002, pero esta variable es dependiente del factor retiro/carga, a mayor cantidad de extracto retirado, mayor es el tiempo de residencia de este, adicionalmente el grado de aumento del factor retiro/carga depende de la calidad de las materias primas. 8. Las adiciones de café soluble o aglomerado a las columnas en extracción disminuyen el rendimiento obtenido, siendo mayor la disminución a medida que se aumenta la cantidad adicionada. 51 9. Para el rango de tamaño de partícula manejado por la empresa, se determinó que el juego de mallas que más se acerca a una distribución normal tanto grafica como estadísticamente es el juego de mallas 4, 5, 6, 8, 14, 20 y fondo (Escala de tamices normalizados Tyler). 10. El tamaño de partícula obtenido con el juego de mallas 4, 5, 6, 8, 14, 20 y fondo para el análisis de café T&M es menor que el tamaño de partícula obtenido para la serie de tamices utilizada por la empresa (5, 6, 8, 14, 20, 40 y fondo). 11. Las propiedades de café tostado y molido que se ven influencias por la variación del tamaño de partícula son el pH y la acidez, estos presentan una relación directa e inversa respectivamente. 12. La variación del tamaño de partícula influye en el contenido de sólidos solubles en extracto diluido. 13. Las condiciones de proceso en extracción que se ven influenciadas por la variación del tamaño de partícula son: Rendimiento, cantidad de café T&M cargado a las columnas, distancia bayoneta, cantidad de extracto retirado, porcentaje de sólidos solubles obtenidos, tiempo de ciclo y relación retiro/carga. 14. El rendimiento obtenido en extracción presenta una relación inversa con el tamaño de partícula. 15. La distancia bayoneta tiende a aumentar con la disminución del tamaño de partícula, el café posee menor densidad y se compacta más, por lo tanto se aumenta la carga de café T&M para mantener la distancia bayoneta dentro de los parámetros de operación establecidos por la empresa. 16. El porcentaje de sólidos solubles tiende a disminuir con el aumento del tamaño de partícula, esto sucede porque al ser menor el tamaño de partícula, existe mayor área de contacto entre el grano de café y el agua de extracción, por lo tanto hay menos resistencia de estos a ser extraídos. 17. No existe diferencias sensoriales en taza de café T&M y extracto diluido a diferentes tamaños de partícula; la calificación de los atributos depende de la mezcla de materias primas y del grado de tostión (%PP). 18. Las propiedades del extracto diluido que se ven afectadas por la variación de la condición de operación factor retiro/carga son el total de partículas precipitables y el porcentaje de sólidos solubles, ambas variables presentan una relación directa con el factor retiro/carga. 52 19. El rendimiento obtenido en extracción presentó una relación inversa con el factor retiro/carga. 20. El porcentaje de sólidos solubles obtenidos se ve afectado por el aumento del factor retiro/carga, debido a que se obtiene mayor cantidad de extracto, por lo tanto la concentración de estos tiende a disminuir con el aumento en el factor. 21. El tiempo de ciclo en extracción presentó una relación directa con el factor retiro/carga, a mayor cantidad retirada, mayor es el tiempo de residencia del mismo. 22. El atributo en taza de extracto diluido que sufre mayores cambios con el aumento del factor retiro/carga es la acidez, la cual aumenta, comportándose de igual manera la acidez titulable. Sin embargo no se marca mucho en la taza de forma tal que sea rechazada. 53 RECOMENDACIONES 1. Para obtener mayores rendimientos en extracción, procesar mezclas de materias primas que contengan Chorreado. Un ligero aumento de esta en la mezcla proporciona un buen aumento en el rendimiento obtenido. 2. Manejar las pasillas en porcentajes pequeños, para evitar que el descenso de los rendimientos en extracción sea grande. 3. Disminuir la cantidad de café soluble o aglomerado recirculado a las columnas en extracción, para no afectar en gran magnitud el rendimiento obtenido, ni presionar el sistema debido a que las partículas son tan finas que tapan las bayonetas disminuyendo el flujo; las adiciones se pueden realizar de forma espaciada y en cantidades pequeñas. 4. Si es necesario reprocesar gran cantidad de café soluble o aglomerado, se puede devolver a los tanques báscula o a la clarificadora, ubicados después de la batería de extracción, cumpliéndose con el mismo fin el cual es disolver el café, debido a que éste ya tiene la cantidad máxima de sólidos solubles extraíbles. 5. Verificar la serie de tamices utilizados para el análisis de tamaño de partícula de café tostado y molido, para así poder obtener los tamaños de partícula realmente trabajados. 6. Trabajar con tamaños de partícula pequeños para generar mayores rendimientos, sin que existan mayores alteraciones tanto de proceso como de propiedades fisicoquímicas y sensoriales del extracto diluido. 7. Determinar para cada mezcla de materias primas empleadas el límite máximo del factor retiro/carga a trabajar, en el cual se puedan obtener buenos rendimientos pero teniendo en cuenta no desmejorar la taza del producto, ya que a factores elevados puede ocurrir hidrólisis del extracto, el cual aumenta la acidez sensorial. 54 BIBLIOGRAFÍA 1. ACEVEDO N, J.L; CASTAÑO C; J.J. Influencia del agua de apagado sobre las propiedades fisicoquímicas del café tostado. Revista Cenicafé 49(1), Pág. 1729. 1998. 2. CASTAÑO C, J.J; QUINTERO, G; VARGAS R.L. Caracterización del rendimiento de extracción y del contenido de la bebida de café. Revista Cenicafé 51(3), Pág. 185-195. 2000. 3. CASTAÑO C, J.J; QUINTERO, G. Optimización de La torrefacción de mezclas de café sano y brocado, en función de la temperatura y el agua de apagado. Revista Cenicafé 52(1), Pág. 49-73. 2001. 4. CASTAÑO C, J.J; TORRES, M.L. Dependencia de los parámetros Granulométricos, con el peso empleado para tamizado. Cenicafé. 1997. 5. CASTAÑO P, S.G. Estudio de las condiciones de proceso que disminuyen la astringencia en el extracto diluido de café. Manizales. Tesis Universidad de Caldas, Ingeniería de Alimentos. 2000. 6. CLARKE, R.J; MACRAE, R. Coffee Chemistry, Volumen 1, London, Elsevier Applied Sciences, 306 p. 1987. 7. --------. Coffee Technology, Volumen 2, London, Elsevier Applied Sciences, 321 p. 1987. 8. CUELLAR S, P.C; CASTAÑO C, J.J. Influencia de la materia prima, del grado de tostión y de molienda en la densidad del café tostado y molido sobre algunas propiedades del extracto obtenido. . Revista Cenicafé 52(2), Pág. 127-140. 2001. 9. --------. Relación entre la densidad aparente del café tostado y molido medida por compactación y caída libre y algunas propiedades del extracto de café. Revista Cenicafé 52(3), Pág. 215-222. 2001. 10. FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Norma Calidades N°3 V2. Agosto de 1988. 11. --------. Norma Calidades N°5 V1. Octubre de 1988. 55 12. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Análisis sensorial. Café. Metodología para análisis sensorial cuantitativo descriptivo del café. NTC 4883 13 p. 13. --------Café Soluble. Determinación del contenido de sedimento. Método visual. NTC 4387 3 p. 14. --------Industria Agrícola. Café análisis sensorial. Metodología de la prueba triangular. NTC 2681 10 p. 15. --------Industrias Agrícolas. Café tostado y molido. Análisis del tamaño de partícula (grado de molienda). NTC 2441. 4 p. 16. --------Industrias Agrícolas. Café verde. Preparación de muestras para uso en análisis sensorial. NTC 3566. 17. --------. Extractos solubles de café. NTC 4675. 6 p. 18. MCCABE, W.L; SMITH, J.C. Operaciones básicas de Ingeniería Química. Volumen II, Editorial Reverté S.A. España. 1981. 19. MEDINA A, J.L. Relación entre las propiedades físicas, químicas y organolépticas del café en diferentes procesos y grados de torrefacción. Bogota. Tesis Universidad la Salle, Ingeniería de Alimentos. 2000. 20. PELAEZ, A; MORENO, E. Vademécum del tostador colombiano. Federación Nacional de Cafeteros de Colombia. Bogota. 1991. 11p. 21. PEÑA, D. Estadística, Modelos y métodos. Alianza Universidad Textos. Segunda edición. Madrid. 1993. 22. SPIEGEL, M. Estadística. Segunda edición. Editorial Mc Graw Hill. España 1991. 23. VILLEGAS M, C.P. Influencia de la calidad de la materia prima en las características fisicoquímicas del extracto diluido de café. Manizales; Tesis Universidad Nacional, Ingeniería Química. 1998. 56 ANEXO A ANÁLISIS DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA EN CAFÉ T&M (Según NTC 2441)[15] Equipos: • • • • Balanza con una precisión de 0.1 g. Cronómetro con una exactitud de ± 0.5 segundos. Máquina tamizadora del tipo Tyler Ro-Tap. Tamices. Procedimiento: 1. Se pesan 100 g de la muestra con una exactitud de 0.1 g. 2. Se ensamblan los tamices uno en otro en orden decreciente de abertura de arriba hacia abajo, colocando el plato receptor (fondo) en la parte inferior. 3. Se deposita la muestra en el tamiz superior y se cubre con la tapa. 4. El conjunto se coloca en la máquina tamizadora y se asegura. 5. Simultáneamente se ponen en marcha la máquina tamizadora y el cronómetro. Se mantiene en funcionamiento durante 5 minutos. 6. Se recogen las fracciones retenidas en cada tamiz y en el fondo, adicionando lo que quede retenido en las mallas. 7. Las diferentes fracciones se pesan con una aproximación de 0.1 g. 8. Se calculan los porcentajes de cada fracción en relación con la muestra y se reportan en el mismo orden de ubicación de los tamices. 57 ANEXO B PROCEDIMIENTOS PARA EL ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DEL CAFÉ T&M Y DEL EXTRACTO DILUIDO DE CAFÉ Determinación de la humedad en café T&M. Equipos: • • • Balanza con una precisión de 0.01 g. Molino PROBAT. Desecador infrarrojo. Procedimiento: 1. Se toma parte de la muestra y se muele en el molino PROBAT en abertura de uno (1). 2. Se recoge la muestra en un vaso plástico, se tara en el platillo de aluminio en el desecador infrarrojo, 5 gramos de la muestra y se inicia el proceso de medición del porcentaje de humedad por pérdida de peso. 3. Esperar cierto tiempo hasta que se estabilice el equipo, el cual reporta el dato de humedad en %. Determinación del pH y la Acidez en café T&M. Equipos: • • • • • • Balanza con una precisión de 0.01 g. Molino PROBAT. Estufa. Probeta 100 mL. Beaker 250 mL. Titoprocesador. 58 Procedimiento: 1. Se toma parte de la muestra y se muele en el molino PROBAT en abertura de uno (1). 2. En un beaker de 250 mL se pesan 2 gramos de la muestra y se completa a 202 gramos con agua destilada, poniéndose a hervir en la estufa durante 5 minutos. 3. Se deja reposar y cuando esté completamente frío se completa de nuevo a 202 gramos con agua destilada neutralizada. 4. Se deja decantar y se miden 100 mL de la muestra en una probeta y se pasan a un beaker de 250 mL. 5. Se monta la muestra en el titoprocesador y se introduce un agitador magnético y el electrodo. 4. Esperar cierto tiempo hasta que se estabilice el equipo, el cual reporta el dato de pH. 5. Para medir la acidez, se introduce el conductor de NaOH, el cual adiciona la solución hasta que el pH sea igual a 7. 6. El equipo reporta la cantidad de NaOH gastada en la titulación. 7. La acidez es igual al volumen de NaOH gastado por la concentración de éste. Determinación de los sólidos solubles en el extracto diluido de café. Equipos: • Refractómetro digital. Procedimiento: 1. 2. 3. 4. 5. Se toma la muestra de extracto a la cual se le va a hacer la prueba. Se limpia el prisma del refractómetro con agua destilada. Se agrega una gota de la muestra a analizar en el prisma. Se leen los resultados expresados en grados Brix. Este dato se convierte a porcentaje en peso mediante el uso de una escala de conversión típica para café. 6. Se limpia bien el prisma. 59 Determinación del pH y la Acidez en el extracto diluido de café. Equipos: • • • • Balanza con una precisión de 0.01 g. Probeta 100 mL. Beaker 250 mL. Titoprocesador. Procedimiento: 1. Con base en el contenido de sólidos solubles, se prepara una solución al 1% de sólidos solubles en agua neutralizada (pH: 7). 2. Se miden 100 mL de la solución en una probeta y luego se pasa a un beaker de 250 mL. 3. Se monta la muestra en el titoprocesador y se introduce un agitador magnético y el electrodo. 4. Se espera cierto tiempo hasta que se estabilice el valor, el cual reporta el dato de pH. 5. Para medir la acidez, se introduce el conductor de NaOH, el cual adiciona la solución hasta que el pH sea igual a 7. 6. El equipo reporta la cantidad de NaOH gastada en la titulación. 7. La acidez es igual al volumen de NaOH gastado por la concentración de éste. Determinación del PPT (Partículas Precipitables Totales) en el extracto diluido de café. Equipos: • • • Tubo de ensayo graduado de 10 mL. Centrífuga. Balanza con una precisión de 0.01 g. Procedimiento: 1. Se toma la muestra de extracto a la cual se le va a hacer la prueba. 2. En el tubo de ensayo graduado se miden 10 mL de extracto. 60 3. Se lleva a la centrífuga, se introduce el tubo de ensayo con el extracto y se coloca a su máxima velocidad. 4. Al cabo de 15 minutos, se retira el tubo de ensayo y se vacía el sobrenadante del tubo. Se enjuaga con un poco de agua fría, se pesa las partículas precipitadas, expresando el resultado sobre 10 mL. Determinación de sólidos insolubles en el extracto diluido de café (Según NTC 4675) [17] . Equipos: • • • • Balanza con una precisión de 0.01 g. Malla 230 serie Tyler. Mufla Desecador. Procedimiento: 1. Se coloca una malla 230 en la mufla a 103°C ± 1°C por 15 min. Al cabo de este tiempo se deja enfriar en el desecador y se pesa la malla (m1). 2. Con base en el contenido de sólidos solubles, se pesa una cantidad del extracto equivalente a 1 Kg de sólidos solubles. 3. El extracto se hace pasar por la malla 230. Para facilitar el paso a través de la malla se emplea agua destilada a una temperatura aproximada de 70 °C. 4. Se coloca la malla 230 con el sedimento en la mufla durante 1 h a 103°C ± 1°C, luego se enfría y se pesa la malla (m2). El contenido de los sólidos insolubles en mg/Kg se calcula así: % SI = (m2 − m1) *1000 mg (6) 1 Kg de sólidos solubles 61 Determinación del contenido de Sedimento en el extracto diluido de café, método visual (Según NTC 4387) [13]. Equipos: • • • • Balanza con una precisión de 0.01 g. Probeta de 1000 mL. Equipo de filtración Papel de filtro de diámetro entre 25 mm-35 mm y tamaño de poro entre 15 µm a 20 µm. Procedimiento: 1. Se toma un volumen de extracto correspondiente a 3 g de sólidos solubles de café en un vaso de precipitado. 2. Se añade 200 mL de agua destilada en ebullición, se agita bien durante 10 s a 15 s. 3. La solución caliente se vierte en el embudo de filtración provisto con el papel. La filtración se realiza con ayuda de vacío. 4. Se enjuaga dos veces el vaso de precipitado que contenía la solución y el embudo de filtración, con proporciones de 50 mL de agua destilada hirviendo y se pasa a través del embudo de filtración. 5. El papel filtro es retirado del embudo y se pone a secar sobre una superficie caliente. 6. Se compara el filtro seco con los patrones visuales para determinar el grado de sedimento. 62 ANEXO C PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS PARA USO EN ANÁLISIS SENSORIAL (Según NTC 3566) [16] La evaluación sensorial es una prueba de vital importancia para la obtención de un buen juicio sobre las muestra problema, se realiza por medio de los sentidos y es utilizada como criterio de aceptación o rechazo. Esta fue desarrollada por el panel de catación de Decafé S.A. Para el análisis sensorial de café tostado y extracto de café diluido se utiliza el mismo formato de catación del Anexo E; la única diferencia es la implicación de cada escala, ya que se referencia de acuerdo con las características propias del café en cada parte del proceso. El procedimiento para la realización de esta prueba es el siguiente: Café tostado: • • • • • • • Se recogen entre 100 y 200 g de café tostado. Se muele en el molino Probat a una abertura de 3.5 mm. Se pesan 14 g en una taza de catación. Se le agregan 100 ml de agua a 80 ºC y se disuelve. Después de disuelto se le agregan otros 100 ml de agua hasta el borde de la taza. Se le quita el ripio sobrenadante con una cuchara. Se monta un patrón para la referencia de molido a cualificar de la misma manera que la muestra. Extracto de café: • • • • Se determinan los grados Brix del extracto. Con los grados Brix, en la tabla de estandarización, se determinan los gramos de extracto para la prueba. En una taza de catación se coloca la muestra y se completa con 100 mL de agua a 80 ºC. Se monta un patrón para la referencia de extracto a cualificar de la misma manera que la muestra. 63 ANEXO D METODOLOGÍA PARA EL ANÁLISIS SENSORIAL CUANTITATIVO DESCRIPTIVO DEL CAFÉ (Según NTC 4883) [12] Principio: Procedimiento para la identificación, descripción y cuantificación de diferentes características de apariencia, sabor, aroma y textura (descriptores) del café por panelistas entrenados. Las características sensoriales como atributos y defectos, contribuyen a la formación global que junto con los descriptores evaluados, permiten definir el perfil sensorial total de la muestra. Descriptores del método: Los descriptores para el análisis sensorial del café, con las excepciones para cada tipo de café, se referencian a continuación: • • • • • Aroma de la bebida: Intensidad que producen los compuestos volátiles del café, cuando son percibidos por el olfato en una infusión a una temperatura mayor a 55 °C. Acidez: sensación originada por las sustancias ácidas del café que pasan a la bebida y son detectados en la cavidad bucal. Amargo: sensación producida por sustancias amargas propias del café, que al ser extraídas con el agua caliente pasan a la bebida. Se percibe sobre todo en la parte de atrás de la lengua. Cuerpo: fuerza, carácter, pesadez de la bebida asociada a las características de la materia prima y a la relación agua-café empleada en la preparación de la bebida. Impresión global: nota que emite el juez al calificar la bebida en forma integral. Resume y agrupa el juicio del panelista con relación a la calidad de la muestra de café analizada. Para esta nota se tienen en cuenta las observaciones que describen la muestra y complementan el análisis. Procedimiento: 1. Orientación del panel: es necesario tener un periodo de orientación sobre el método y objeto del estudio, antes que el panel sea reunido. 64 2. Evaluación de las muestras: • Aroma: en el caso de café verde, tostado y/o molido se toma una vez se • agregue el agua caliente a la muestra y se agite, para facilitar la sedimentación de los residuos al fondo de la taza. El aroma se puede tomar con la adición parcial del agua a la muestra; después de valorada esta característica, se adiciona el resto del agua. En el caso de cafés solubles y extractos se toma en la muestra ya preparada. Acidez, amargo y cuerpo: una vez se haya sedimentado el café, retirado los residuos de la superficie de la bebida y se deje enfriar a una temperatura cercana a los 55 °C; se valoran estos descriptores mediante la degustación de la bebida, aspirando o sorbiendo con fuerza la porción de bebida tomada en la cuchara de catación; finalmente la muestra se elimina en la escupidera. Se califica cada descriptor de forma independiente y se registran los comentarios de los atributos, notas particulares y defectos que sean percibidos. 65 ANEXO E FORMATO PARA EL ANÁLISIS SENSORIAL CUANTITATIVO DESCRIPTIVO DEL CAFÉ (Según NTC 4883) Decafé S.A. ANALISIS SENSORIAL CUANTITATIVO DESCRIPTIVO Catador:____________________________ Muestra Nº Aroma Baja Media Alta Acidez Baja Media Alta Fecha:__________________ Amargo Baja Media Alta 66 Cuerpo Baja Media Alta Proyecto: ________________ Impresión global Baja Media Alta Observaciones ANEXO F METODOLOGÍA DE LA PRUEBA TRIANGULAR Elección Forzada extendida (Según NTC 2681) [14] Principio: La presentación simultánea a los degustadores de un grupo de tres muestras de prueba, dos de las cuales son iguales, para la identificación de la muestra extraña. Procedimiento: 1. Las muestras se preparan (distribución y dilución) según las especificaciones, en una provisión de cantidades suficientes del producto. 2. Las muestras se arreglan en grupos, con un orden predeterminado el cual se les especifica a los catadores (por ejemplo se debe empezar siempre con la muestra de la izquierda o derecha). 3. El catador es informado del propósito del ensayo, pero solamente en aquellos aspectos en que este riesgo, no introduce predisposición en sus respuestas. 4. Los catadores tendrán la oportunidad de hacer pruebas repetidas de cada muestra de ensayo durante la evaluación del mismo equipo de tres muestras de ensayo. 5. Se le pide a los catadores que identifiquen la muestra diferente de las otras dos. 67 ANEXO G FORMATO DE LA PRUEBA TRIANGULAR Elección Forzada extendida (Según NTC 2681) [14] Decafé S.A. PRUEBA TRIANGULAR EXTENDIDA (ELECCIÓN FORZADA) Muestra N°: Fecha: Catador: Usted recibirá tres muestras: dos de ellas son iguales, la otra es diferente. Por favor indique, marcando el código, cuál es la muestra diferente. Es esencial que usted realice una elección. La muestra diferente es _________ Describa la diferencia: 68 ANEXO H ANÁLISIS ESTADÍSTICOS [21,22] Análisis descriptivo. Promedio: es un valor típico de un conjunto de datos. Como tales valores suelen situarse hacia el centro del conjunto de datos ordenados por magnitud, los promedios se conocen como medidas de tendencia central. Coeficiente de variación: es la medida de la dispersión relativa de una muestra y se define como: Coeficiente de variación (Cv) = Desviación estandar (s) Promedio (X) (7) El coeficiente de variación es independiente de las unidades usadas, por esa razón es útil al comparar distribuciones con unidades diferentes. Análisis gráfico. Los gráficos se utilizan como complemento de un cuadro, con el objeto especifico de visualizar mejor la información, ayudando al lector a obtener una idea general del material presentado. Muchos tipos de gráficos aparecen en estadística, según la naturaleza de los datos involucrados y el propósito del gráfico. Los gráficos utilizados con fines estadísticos son: • • • • Diagramático: de puntos, lineales (rectilíneos y curvilíneos) y superficiales (rectángulos, triangulares, cuadrados y circulares). Estereometría: cúbicos, prismáticos y piramidales. Pictogramas. Cartogramas: mapas estadísticos y cartodiagramas 69 Análisis de correlación de rango de Spearman. El análisis de correlación de Spearman sirve para medir la correlación de dos variables X e Y. En lugar de usar valores precisos de las variables, o cuando tal precisión no es alcanzable, a los datos se les puede asignar un rango de 1 a N ordenándolos por su tamaño, importancia, etc. Si X e Y tienen asignado un rango así, el coeficiente de correlación de rango o formula de Spearman para la correlación de rango (como se suele llamar), viene dado por: rs = 1 − 6∑ D 2 N ( N 2 − 1) (8) Donde D denota la diferencia entre los rangos de valores correspondientes de X e Y, y donde N es el número de pares de valores (X, Y) en los datos. Estos coeficientes de correlación tienen un alcance de –1 y +1 (signo + indica relación directa; signo – indica relación inversa). En contraste con el análisis de correlación de Pearson, más comúnmente utilizado, los coeficientes de correlación de Spearman al ser computados desde los rangos de los valores de datos, no desde los valores propios, permite que el análisis sea menos sensible a los factores externos que los coeficientes obtenidos por Pearson. Para estimar las relaciones significativas entre las variables el P-Value debe ser menor a 0.05 con un nivel de confianza del 95%. Test de Normalidad de Shapiro-Wilks. Mediante esta prueba se puede determinar si los datos analizados pueden ser adecuadamente modelados bajo una distribución normal, siendo esta la distribución continua de probabilidad más importante, definida por la siguiente ecuación: Y= 1 σ 2π e − 2 1 ( X − µ )2 / σ 2 (9) Donde µ es la media, σ es la desviación típica, π = 3.14159... y e= 2.71828. En contraste con el análisis de normalidad de Ji-cuadrado, más comúnmente utilizado; el análisis de Shapiro-Wilks puede ser usado con cantidades pequeñas de datos sin incurrir en errores, mientras que por el análisis de Ji-cuadrado la aproximación es mejor cuanto mayor sea el tamaño de la muestra. 70 El test de Shapiro-Wilks se basa en la comparación de los quantiles de la distribución normal con los quantiles de los datos. Para estimar una distribución normal de los datos, el P-value debe ser mayor a 0.05 con un nivel de significancia del 95%. Es importante tener en cuenta que mientras más se aleje el P-value de 0.05 mejor es el acople de los datos. Test de Rangos Múltiples de Duncan. El análisis de varianza es un procedimiento poderoso para probar la homogeneidad de un conjunto de medias. Sin embargo, si se rechaza la hipótesis nula y se acepta la alternativa establecida que no todas las medias son iguales, aún no se sabe cuáles de las medias poblacionales son iguales y cuáles son diferentes. Para estos se hace uso de contrastes ortogonales para hacer comparaciones entre conjuntos de niveles de factor o tratamientos. De esta manera, la variación entre los tratamientos se puede dividir en componentes de un solo grado de libertad y entonces las proporciones de esta variación se pueden atribuir a contrastes específicos. El test de Duncan sirve para realizar estas comparaciones pareadas, permite la formación de intervalos de confianza de 100(1- α ) % simultáneos para todas las comparaciones. El método se basa en la notación general del rango studentizado. El rango de cualquier subconjunto de p medias muéstrales debe exceder cierto valor antes de que se encuentre que cualquiera de las p medias es diferente. Este valor se llama rango de menor significancia para las p medias y se denota como R p , donde: R p = rp s2 n (10) Los valores de la cantidad rp , que se denomina rango studentizado de menor significancia, depende del nivel de significancia y del número de grados de libertad del cuadrado medio del error. Con este método existe un 5% de riesgo donde uno o más pares sean significativamente diferentes, cuando su diferencia real sea igual a cero. Prueba de Kruskal-Wallis. Es una generalización de la prueba de la suma de rangos para el caso de k>2 muestras. Se utiliza para probar la hipótesis nula Ho de que k muestras independientes son de poblaciones idénticas. Esta prueba es un procedimiento no 71 paramétrico (no normal) para probar la igualdad de las medias en el análisis de varianza de un factor cuando el experimentador desea evitar la suposición de que las muestras se seleccionaron de poblaciones normales. El test puede describirse como sigue: sean k muestras de tamaños N1, N2,...., Nk, con tamaño suma total N = N 1 + N 2 + ... + N k . Supongamos que los datos de todas las muestras se ordenan y que las sumas de rangos para las k muestras son R1, R2,...Rk, respectivamente. Si definimos el estadístico k R2 12 j H= − 3( N + 1) ∑ N ( N + 1) j =1 N j (11) se puede demostrar que su distribución de muestreo es muy próxima a una distribución Ji-cuadrado con k-1 grados de libertad, supuesto que N1, N2,...., Nk son al menos 5 todos ellos. Esta prueba da un test no paramétrico en el análisis de varianza para experimentos de un factor, y admite generalización. Desde que el P-value sea menor a 0.05 con un nivel de confianza del 95%, existen diferencias significativas entre las muestras. 72
