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Determinación de Permeabilidad Máxima Permitida para el Empaque de Café Industrializado


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Fig. 3.5 Isoterma de Adsorción de Café Atomizado a 14ºC





Monocapa:

6.585 g/100g



Fig. 3.6 Isoterma de Adsorción de Café de Pasar a 14ºC





Monocapa:

5.660 g/100g

Analizando el comportamiento de las isotermas a 32 ºC podemos notar que el contenido de humedad de la monocapa del café liofilizado es 7.515 g H2O/100 g SS, mientras que del café atomizado es 5.706 g H2O/100 g SS y del café de pasar es 4.413 g H2O/100 g SS, es decir, la monocapa del café liofilizado es mayor que la de los otros dos tipos de café, lo cual deja notar claramente que el método de producción de los alimentos influye considerablemente en el valor de la monocapa de los mismos, sin importar que la materia prima utilizada para la elaboración de los productos sea la misma.


Es necesario precisar que la monocapa es el contenido de humedad que forma la primera capa de agua en contacto con las moléculas del alimento y que el valor de la monocapa está íntimamente relacionado con la estabilidad de los mismos, es decir, mientras mayor es el contenido de la monocapa mayor es la estabilidad del producto ya que puede adsorber mayor cantidad de agua hasta formar la primera capa en contacto con el alimento.
Las figuras 3.7 y 3.8 muestran la estructura del café liofilizado y atomizado por medio del estereoscopio, notándose claramente que el primero presenta una estructura mucho más compacta; mientras que el café atomizado tiene muchos espacios vacíos en su estructura. Debido a éstas diferencias en sus estructuras, el café liofilizado necesitaría una mayor cantidad de agua para alcanzar el mismo grado de deterioro que el café atomizado; viéndose esto reflejado en su valor más alto de monocapa.



Fig # 3.7 Estructura del Café Liofilizado


Fig # 3.8 Estructura del Café Atomizado
Los valores de las monocapas de los tres tipos de café nos indican el contenido de humedad en el cual los productos presentan su mayor estabilidad, siendo de 7.515 gH2O/100gSS para el café liofilizado, 5.706 gH2O/100gSS para el café atomizado y de 4.413 gH2O/100gSS para el café de pasar. Sin embargo, es necesario resaltar que la forma como va introduciéndose el agua dentro del alimento después de alcanzar la monocapa, es un factor que puede incidir en la estabilidad de los productos. Por lo tanto, este es un análisis primario basado únicamente en las monocapas obtenidas de las isotermas de adsorción; ya que la determinación del tipo de café más estable será realizada posteriormente mediante el análisis de la humedad crítica.
Las isotermas realizadas a 14 ºC muestran un comportamiento similar a las analizadas a 32 ºC, en donde el café liofilizado presenta un valor de monocapa más alto (10.41 gH2O/100g) que el del café atomizado (6.400 gH2O/100 g SS) y que el de pasar (5.660 gH2O/100 g SS).

Al comparar las monocapas del mismo tipo de café a las dos temperaturas de estudio notamos que la monocapa del café liofilizado a 14 ºC presenta un valor más alto (10.41 gH2O/100g) con respecto al de 32 ºC (7.151 gH2O/100g), lo cual es lógico considerando el comportamiento típico de las isotermas de adsorción que pueden adsorber mayor contenido de humedad a menor temperatura. Por lo dicho anteriormente y observando el valor de las monocapas a las dos temperaturas, podemos decir que el café liofilizado a 14ºC es más estable que a 32ºC, pudiendo ser ésta una de las principales explicaciones al por qué los productos como el café son más estables en Quito (14ºC) que en Guayaquil (32ºC).

Este mismo comportamiento es observado en el café obtenido por atomización y el tostado y molido.



    1. Análisis de la Diferencia en la Adsorción de Agua Dependiendo del Tipo de Secado.

El método utilizado para la industrialización del café puede influir en gran medida en la isoterma de adsorción del producto. La fig. 3.9 muestra las isotermas de adsorción de los tres tipos de café, en donde podemos apreciar que los dos tipos de café soluble (liofilizado y atomizado) muestran isotermas de adsorción con comportamientos muy parecidos. Sin embargo, la isoterma obtenida para el café de pasar (tostado y molido) muestra características muy distintas.

Mientras el café soluble, a actividad de agua de 0.9 alcanza valores de 50 a 60 gH2O/gss, el café de pasar llega solo a valores cercanos a 30 gH2O/gss.



Fig 3.9 Isotermas de Adsorción de Café Liofilizado, Atomizado y de Pasar a 32 ºC

Además, a una humedad constante determinada, los dos tipos de café soluble presentan similares valores de actividad de agua, mientras que el café de pasar presenta valores más altos, lo cual deja notar que con el proceso de industrialización para obtener café liofilizado y atomizado, a medida que se va incrementando el contenido de humedad el agua se encuentra más ligada al alimento en comparación con el café de pasar, lográndose que el café soluble (liofilizado y atomizado) esté más protegido desde cualquier punto de vista, ya sea microbiológico, químico o enzimático.

La fig.# 3.10 muestra las isotermas de adsorción de los tres tipos de café a 14 ºC, observándose comportamientos similares a los descritos en las isotermas a 32 ºC



Fig 3.10 Isotermas de Adsorción de Café Liofilizado, Atomizado y de Pasar a 14 ºC


    1. Análisis del Rango de Actividad de Agua Permitido para Mantener las Características de los Productos.

Para poder determinar el rango de actividad de agua máximo en donde los productos mantienen sus características, se estudió cual era el principal efecto negativo en los productos debido a la transmisión de vapor de agua.

Así, el principal problema por la ganancia de humedad en los dos tipos de café soluble, es la aglomeración del mismo.

Para determinar la humedad crítica del café liofilizado a 32 ºC se sometió al criterio de 25 jueces no calificados, cuatro muestras del producto con distintos contenidos de humedad, como indica la tabla 8:
TABLA 8

CONTENIDOS DE HUMEDAD DE MUESTRAS DE CAFÉ LIOFILIZADO PARA DETERMINACIÓN DE HUMEDAD CRÍTICA





% Humedad

Humedad Base Seca (g/100g)

Muestra 1

7,22

7,78

Muestra 2

7,94

8,62

Muestra 3

8,71

9,55

Muestra 4

10,86

10,98

Fuente: Elaboración Propia

Una vez tabulados los datos se realizó un análisis de varianza de la muestra 1 versus las muestras 2, 3 y 4, con una variable (humedad) y repeticiones (jueces), considerando que la muestra 1 presenta muy buenas características sensoriales y tiene un valor de humedad por debajo de la monocapa.

Los resultados fueron obtenidos utilizando las fórmulas descritas en el capítulo 2 y son las siguientes:

TABLA 9

RESULTADOS DE ANÁLISIS DE VARIANZA DE MUESTRAS DE CAFÉ LIOFILIZADO





Valor F

experimental

Valor F teórico

5% significancia

Valor F teórico

1% significancia

Muestra 1 - 2

3,27

4,26

7,82

Muestra 1 - 3

7,93

4,26

7,82

Muestra 1 - 4

221,67

4,26

7,82

Fuente: Elaboración Propia

Si el valor F experimental es menor que el valor F teórico, entonces no hay efecto significativo de la fuente de variación considerada sobre los resultados.

Como podemos ver en la tabla 9 el análisis de varianza de las muestras 1 – 2 presenta un valor de F experimental menor que el F teórico, tanto para niveles de significancia del 5% y 1%. Por el contrario, los valores F experimentales de los análisis de varianza de las muestras 1 – 3 y 1 – 4 presentan valores mayores.

Esto significa que la humedad crítica o el contenido máximo de humedad permisible para el café liofilizado a 32 ºC es 8.62 gH2O/gss o 7.94 % de humedad y actividad de agua de 0.496.


Una vez conocida la humedad crítica y la actividad de agua del café liofilizado a 32 ºC , se puede obtener la humedad crítica a 14 ºC con solo observar en la isoterma de adsorción a 14 ºC cuál es el contenido de humedad a la misma actividad de agua. La humedad crítica para el café liofilizado a 14 ºC es 10.1426 gH2O/gss.
Para determinar el contenido de humedad crítico del café atomizado a 32 ºC se realiza un procedimiento similar al empleado para café liofilizado. En las tablas 10 y 11 se muestran los resultados obtenidos del análisis sensorial.
TABLA 10

CONTENIDOS DE HUMEDAD DE MUESTRAS DE CAFÉ ATOMIZADO PARA DETERMINACIÓN DE HUMEDAD CRÍTICA




% Humedad

Humedad Base Seca (g/100g)

Muestra 1

6,69

7,1696

Muestra 2

7,23

7,8018

Muestra 3

7,82

8,4874

Muestra 4

8,45

9,2392

Fuente: Elaboración Propia

TABLA 11

RESULTADOS DE ANÁLISIS DE VARIANZA DE MUESTRAS DE CAFÉ ATOMIZADO





Valor F

experimental

Valor F teórico

5% significancia

Valor F teórico

1% significancia

Muestra 1 - 2

3,50

4,26

7,82

Muestra 1 - 3

19,24

4,26

7,82

Muestra 1 - 4

197,36

4,26

7,82

Fuente: Elaboración Propia
Por lo tanto el contenido de humedad crítico del café atomizado a 32 ºC es 7.8018 gH2O/gss y actividad de agua de 0.4344.

La humedad crítica del café atomizado a 14 ºC es 8.0067 gH2O/gss con la misma actividad de agua de 0.4344.


Como resultado en la tabla 12 se muestran los valores de las monocapas y las humedades críticas a 32 ºC y 14 ºC de café liofilizado y atomizado

TABLA 12

MONOCAPAS Y HUMEDADES CRÍTICAS DE CAFÉ LIOFILIZADO Y ATOMIZADO EN LAS DOS CONDICIONES DE ESTUDIO





Monocapa 32 ºC

gH2O/gss

Humed Crítica 32 ºC gH2O/gss

Monocapa 14 ºC

gH2O/gss

Humed Crítica 14 ºC gH2O/gss

Café Liofilizado

7,51

8,62

8,31

10,14


Café Atomizado

5,70

7,80

6,58

8,00


Fuente: Elaboración Propia
Como podemos ver, los valores de monocapa y de humedad crítica a 32 ºC y a 14 ºC son mayores para el café liofilizado, lo cual haría suponer que el café liofilizado tiene un mayor tiempo de vida en percha, sin embargo, debemos analizar también los coeficientes de transferencia de masa, ya que este valor influirá en la velocidad con que se alcanza la monocapa y la humedad crítica de cada uno de los productos.

Analizando las humedades críticas del café liofilizado y atomizado, podemos notar que a actividades de agua distintas los dos tipos de café presentan comportamientos similares de apelmazamiento, por lo tanto, tendrían la misma movilidad de agua. Esto indica que la actividad de agua no es un factor concluyente en análisis de estabilidad, ya que si fuera así, el apelmazamiento debería ocurrir a la misma actividad de agua. Por lo tanto, se debería realizar un estudio mucho más preciso para analizar la movilidad del agua en éstas dos estructuras con equipos como NMR (resonancia magnética nuclear) o DSC (análisis calorimétrico dinámico)


El análisis de la humedad crítica del café tostado y molida comúnmente llamado de pasar es distinto ya que este producto muestra una gran estabilidad a la aglomeración, por lo tanto, el problema que puede presentar este producto por la ganancia de humedad es microbiológico debido al crecimiento de mohos cuando las condiciones de humedad y temperatura son las adecuadas.

Se realizaron siembras del producto con distintas actividades de agua para registrar el crecimiento de mohos y determinar la humedad crítica de éste producto.

La tabla 13 muestra el contenido de humedad y de actividad de agua de las muestras analizadas.


TABLA 13

CONDICIONES DE MUESTRAS DE CAFÉ DE PASAR PARA LA DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD CRÍTICA


Número de Muestra

Porcentaje de Humedad

Actividad de Agua

1

5,6 %

0,50

2

7,6 %

0,61

3

10,5 %

0,71

4

14,7%

0,81

Fuente: Elaboración Propia
Como resultado de estas siembras no se encontró crecimiento de mohos en ninguna de las muestras. Esto puede ser explicado teóricamente ya que se conoce que los dos tipos de mohos que crecen principalmente en el café son: Aspergillus Ochraceus y Penicilium Versicum, los cuales son objeto de intensos estudios por ser los productores de una micotoxina que afecta la salud humana llamada Ocratoxina.

El Aspergillus Ochraceus y el Penicilium Versicum crecen en actividades de agua superiores a 0.85, por lo tanto es importante evitar su crecimiento manteniendo el producto en actividades de agua inferiores, impidiéndose también que estos microorganismos produzcan su micotoxina.

Por el tanto, a valores de actividad de agua y humedad de 0.81 y 14.7% respectivamente el café de pasar estaría completamente protegido del riesgo del crecimiento de mohos y sus micotoxinas.

Podemos darnos cuenta entonces que la transmisión de vapor de agua no representa un factor crítico en la determinación del tiempo de vida útil de café de pasar, ya que éste se da a valores de actividad de agua muy altos.


Adicionalmente se han realizado estudios en éste tipo de café analizando el tiempo de vida útil por la influencia de otros factores, como la ganancia de oxígeno, actividad de agua y temperatura.

C. Cardelli y T.P. Labuza 2000 determinaron que el oxígeno tiene el efecto más importante en la disminución del tiempo de vida debido a la oxidación lipídica del café; encontrando que pequeños cambios en el nivel de oxígeno de 0.1% a 1.1% produjeron una aceleración en el deterioro del producto de 1000%. La actividad de agua es el segundo efecto más importante ya que cuando ésta se incrementa en 0.1, se produce una aceleración en el deterioro del producto del 60%. Finalmente un incremento de 10ºC produce 20% de aceleración en el deterioro del producto.

Por lo tanto, estos investigadores determinaron que el café de pasar empacado con actividad de agua de 0.1 y con 1% de oxígeno residual durará 55 semanas a 30 ºC versus sólo 5 semanas si el producto es almacenado al aire libre. Si la temperatura es reducida a 10 ºC, el café empacado con 1% de oxígeno extenderá su vida a 72 semanas versus sólo 7 semanas al aire libre.

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