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Determinación de Permeabilidad Máxima Permitida para el Empaque de Café Industrializado


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CAPÍTULO 1



  1. GENERALIDADES



    1. Industrialización del café en Ecuador

1.1.1. Importancia, producción, variedades

El café ha sido uno de los cultivos que se han destacado en las exportaciones agrícolas del país, el mismo que conjuntamente con el cacao y el banano han constituido fuente de empleo y de divisas por décadas para la economía ecuatoriana. Dieron origen al desarrollo de otras importantes actividades económicas como el comercio, la industria, entre otras. Tradicionalmente, la zona de Jipijapa en la provincia de Manabí, ha sido uno de los lugares preponderantes en los cuales se ha cultivado este producto.

Según los datos del último Censo Agropecuario existen 151,900 hectáreas de cultivo de café solo y 168,764 hectáreas de cultivo de café asociado. Ref 2. En la superficie únicamente de café, Manabí ocupa el 38.6%, Sucumbíos el 17.36%, Orellana 11.89%, El Oro 7.67%, Loja el 4.01% y la diferencia en otras provincias; en tanto que en la superficie asociada de café, Manabí ocupa un 24.25%, Los Ríos 17.9%, Guayas 9.22%, Esmeraldas 7.94%, Pichincha 13.90%, Bolívar un 7.05% y el resto en otras provincias productoras.

La producción de café en el Ecuador ha ido disminuyendo paulatinamente a partir desde 1997, es así como durante los últimos años el volumen producido es inferior a un millón de sacos de 60 Kg., por lo que su aporte a la producción mundial de café ha ido en descenso, contribuyendo en la actualidad en no más del 1%. Uno de los problemas fundamentales es el bajo rendimiento, estimado entre 5 a 6 qq/ha al año, considerado uno de los más bajos comparado con otros países productores, debiéndose en gran parte a la falta de capacitación y transferencia de tecnología, la no disponibilidad de créditos, la ausencia de organización y fortalecimiento gremial, entre otros factores. En alrededor del 90%, la superficie de cultivo es manejada bajo el sistema tradicional. Ref 2


Las exportaciones de café en grano, de igual manera han ido disminuyendo, es así como en el año 1997 se ubicaron en el exterior 709.000 sacos de 60 Kg., en tanto que en el 2001, se exportó 392.000 sacos y en el 2002, se estima una cantidad no superior a los 200.000 sacos de 60 Kg. El ingreso de divisas por este rubro, ha disminuido considerablemente, si incluso tomamos en cuenta durante este último año los bajos precios internacionales, causados por la sobreoferta de este producto en el mercado mundial.
En el caso de los elaborados, las exportaciones también han disminuido con relación a años anteriores, en el año 2000 alcanzan la cifra de 6.005 tm, en el 2001 fue de 8100 tm y en el 2002 el volumen ubicado en el exterior es superior a los 8.000 tm, habiéndose arrojado divisas por 20, 27 y aproximadamente 30 millones de dólares, respectivamente. El aporte de las exportaciones de café en grano y elaborados frente a las exportaciones totales del país, en estos últimos años se ha reducido, pasando de un aporte superior al 3% en años anteriores a menos del 1% en los períodos 2001 y 2002. Por lo tanto, conociendo los grandes problemas que enfrenta el sector cafetalero en la producción y en vista del bajo rendimiento obtenido, se convierte en un aspecto esencial que el producto obtenido después de procesos de liofilización, atomización y tostado – molido sea de máxima calidad, y que no se presenten más pérdidas durante el almacenamiento, así la selección del empaque más adecuado y el estudio de la estabilidad del producto toman gran importancia con el objetivo de incrementar las exportaciones y aumentar el ingreso de divisas al país.

Variedades de Café Utilizado para la Elaboración de Café Liofilizado y Atomizado

En nuestro país se cultivan las dos especies de café, arábigo y Robusta. Aproximadamente, el 55% de la superficie total es de arábigo. La producción de arábigo, considerado de mejor calidad se concentra específicamente en Manabí , la provincia de Loja y las estribaciones de la Cordillera Occidental de los Andes, en tanto que el robusta se cultiva en la Amazonía, es decir en Sucumbíos y Orellana, en su mayor porcentaje; tal como indica la fig 1.1


F
ig. 1.1 PRINCIPALES ZONAS CAFETALERAS DEL ECUADOR


Fuente: Banco Central del Ecuador


      1. Métodos de Industrialización

El café es uno de los productos que se industrializa de muy variadas formas; algunas de éstas son: café soluble (café instantáneo o extracto de café deshidratado), extracto acuoso de café, café soluble atomizado, café soluble aglomerado, café deshidratado al frío, café soluble descafeinado, café soluble torrado, sucedáneos del café, café tostado y molido.
Sin embargo dos tipos de café soluble elaborados por distintos métodos de industrialización, han tenido gran aceptación por los consumidores. Estos son:
Café liofilizado: Es el café instantáneo que ha sido obtenido por un proceso en el cual el producto en estado líquido es congelado y el hielo es removido por sublimación.

El café elaborado de esta forma tiene las características que se muestran en la tabla 1.


TABLA 1
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL CAFÉ LIOFILIZADO




Especificaciones Técnicas

Análisis de Malla

Café Liofilizado

Parámetros

Malla #

mm

Min - Máx

% humedad máximo

3

5

4.00




Densidad de flujo libre

180 - 230

8

2.36

1 - 10

Color

60 – 90

14

1.40

20 – 40

pH

4.70 – 5.20

18

1.00

10 - 20

Acidez

4.50 – 6.85

25

0.71

1 - 10

Cafeína (min)

2.8

35

0.50

3 – 15







40

0.42

1 – 10







60

0.25

1 - 5

El principio básico de la liofilización en el proceso de producción de café instantáneo es la remoción del agua por sublimación. El café liofilizado ha crecido en popularidad hasta convertirse en un método muy común. Esto es porque a pesar de ser comúnmente más costoso que otros métodos de secado, generalmente resulta un producto de mayor calidad, un factor muy importante en el mercado de café instantáneo.

El proceso de liofilización consiste en:


    • El extracto de café es congelado (en el café instantáneo este es un proceso muy importante). El congelamiento muy rápido produce cristales grandes y un producto muy poroso y también puede ser afectado el color de los gránulos de café.

    • El café congelado es ubicado en el secador, a menudo en bandejas metálicas.

    • El vacío es creado en la cámara. La magnitud del vacío es crítica en la velocidad del secado y en la calidad del producto.

    • La cámara de secado es calentada, generalmente por radiación, sin embargo la conducción es usada en algunas plantas y la convección ha sido propuesta en plantas piloto.

    • Condensación.- el agua previamente congelada en los gránulos de café expande en 107 su volumen, la remoción de éste vapor de agua de la cámara es muy importante, convirtiendo al condensador en uno de los componentes más críticos y caros de una planta de liofilización.


Café soluble atomizado.- Es el café instantáneo que ha sido obtenido por un proceso en el cual el extracto acuoso de café es atomizado en atmósfera caliente y transformado en partículas secas por evaporación del agua.

En algunas ocasiones este método de secado es preferido a la liofilización porque su costo es menor, tiempos de secado más cortos, y produce partículas esféricas de un tamaño aproximado a 300 µm con una densidad de 0.22 g/cm3

Algunas características típicas de este método de producción son:


  • El café atomizado se obtiene en 5–30 segundos (dependiendo de factores tales como el calor, tamaño de partícula, y diámetro del secador).

  • Cambio de contenido de humedad, Entrada : 75–85%     Salida : 3–3.5%

  • Temperatura del aire, Entrada : 270 °C     Salida : 110 °C

Una vez sometido a éste proceso, el café soluble atomizado presenta las características mostradas en la tabla 2



TABLA 2
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL CAFÉ ATOMIZADO




Especificaciones Técnicas

Análisis de Malla

Café Soluble Atomizado

Parámetros

Malla #

mm

Min - Máx

% humedad máx

3

5

4.00




Densidad de flujo libre

160 - 260

7

2.8




Color

45 – 90

14

1.40




pH

4.70 – 5.20

18

1.00

0 – 2

Acidez

4.50 – 6.85

25

0.71

0 – 5

Cafeína (min)

2.8

35

0.50

3 – 15

Otro tipo de café es el tostado y molido, el cual a pesar de no ser soluble es objeto de este estudio debido a la facilidad del proceso y a que no requiere de equipos muy sofisticados, por lo cual se convierte en una buena alternativa para los pequeños productores, los cuales podrían comercializar un producto terminado con valor agregado.

Las características principales del café tostado y molido son:

El grano de café verde no tiene un aroma deseable por si solo, este debe ser tostado para obtener el aroma y flavor. Este proceso es el mismo para café tostado y molido como para café instantáneo.

Luego, cilindros rotatorios contienen los granos verdes y gases de combustión calientes, este proceso es usado en la mayoría de las plantas. Cuando la temperatura del grano alcanza y excede los 165 ºC el proceso de tostado empieza, acompañado con un sonido similar al que produce el canguil. El proceso dura cerca de 8 a 15 minutos con una eficiencia del 25% al 75%.

Si se trabaja con lecho fluidizado solo toma de 0.5 a 4 minutos y opera a más bajas temperaturas lo cual permite una gran retención del aroma del café.

Las especificaciones técnicas del café tostado y molido también conocido como café de pasar se muestran en la tabla 3

TABLA 3

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL CAFÉ DE PASAR




Especificaciones Técnicas

Análisis de Malla

Café Tostado y Molido

Parámetros

Malla #

mm

Min - Máx

% humedad max


1 – 2

20

0.85

5 – 10


Contenido máx de cafeína robusta

2.4

60

3.35

40 – 60


Contenido máx de cafeína arábiga

1.3

80

2.80

20 - 30








100

2.36

5 - 10



    1. Acción Del Agua En Alimentos

1.2.1 Actividad de Agua

El agua es el constituyente más abundante de la mayor parte de alimentos que se encuentran en estado natural, a excepción de los granos. Es por esto que su estudio toma vital importancia en la determinación de la vida útil de un producto, ya que es un medio ideal para que se produzcan toda clase de reacciones, además influye notablemente en las cualidades organolépticas del mismo. Ref 1

Pero toda el agua de los alimentos no se encuentra igualmente disponible para que sucedan reacciones, es así que podemos distinguir básicamente dos tipos de agua: libre y ligada.

El agua libre es la que se encuentra disponible para que sucedan todo tipo de reacciones, y es la que principalmente se elimina durante los procesos de conservación.

El agua ligada está mucho menos disponible para todo tipo de reacciones, se encuentra más unida al alimento en interacciones con los componentes del mismo. Sin embargo, el agua ligada puede estar más o menos fuertemente unida, de tal forma que el estado del agua presente en un alimento es tan importante, para la estabilidad del mismo, como su contenido total.

El sistema más fácil para tener una medida de la mayor o menor disponibilidad del agua en los diversos alimentos es la actividad de agua (aw) definida como la medida de la presión de vapor relativa de las moléculas de agua en el espacio de cabeza por encima del alimento, el cual está en un recipiente aislado, comparado con la presión que ejerce el agua pura a la misma temperatura. Ref 3



;donde:

Pw = presión parcial de vapor de agua de una solución o de un alimento.

Pwº = Presión parcial del vapor de agua pura a la misma temperatura.
Como podemos ver, la actividad de agua es una relación entre dos magnitudes de las mismas dimensiones y por consiguiente constituye una medida relativa por relación a un estado standard, tomado como termino de comparación; el estado standard escogido es el agua pura cuya actividad se fija, como norma, igual a la unidad, con lo que la actividad del agua de una solución o de un alimento siempre es inferior a 1. Se puede explicar éste descenso de actividad físico – química, diciendo que los constituyentes químicos presentes, movilizan parcialmente el agua y disminuyen así su capacidad a vaporizarse y probablemente su reactividad química.

Barbosa y Vega (1996) definieron distintos rangos de actividad de agua, en función de cuán unida esté el agua al alimento.

TABLA 4


CLASIFICACIÓN DE ALIMENTOS POR SU ACTIVIDAD DE AGUA

Actividad de agua (aw)

Tipo de Alimento

0 – 0.6

Alimentos Secos

0.6 – 0.9

Alimentos de Humedad Intermedia

0.9 – 1

Alimentos Perecibles (frutas, carne)

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