Pedro Borges.pmd

OBTENCIÓN
A ESCALA PILOTO
DE UN EXTRACTO DE CAFÉ
Pedro Borges*, Ariel Ortega, Elda Roncal y Esther Rogert
Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia
Carretera al Guatao, km 3½, C.P. 19 200, La Habana, Cuba
E-mail: [email protected]
RESUMEN
ABSTRACT
Se obtuvo un extracto de café, mediante una tecnología de
extracción sólido-líquido con etanol a 36 %, agitación y a
ebullición del disolvente. El rendimiento promedio del
extracto, expresado en porcentaje de sólidos totales, fue
90,4 % y por su caracterización sensorial resultó de buena
calidad. Además se desarrolló un aroma de café que presentó
una excelente calidad y fue aplicado en helado con una
dosis de 8 mL/kg de crema base.
Palabras clave: café, extractos de café, saborizantes,
caracterización, procesamiento, rendimiento.
Pilot scale processing of coffee extracts
INTRODUCCIÓN
importantes son la cafeína, trigonelina, ácido clorogénico,
ácidos fenólicos, aminoácidos, hidratos de carbono y
minerales. Entre los componentes volátiles se han
informado alrededor de 800 compuestos dentro de los
cuales hay ácidos, aldehídos, cetonas, ésteres, aminas y
compuestos azufrados, señalado estos últimos como los
de mayor impacto aromático (1, 2).
El café (Coffea arabiga L.) pertenece a la familia
Rubiáceas, dentro de la cual se encuentra la variedad
Arábiga perteneciente a la especie. El aroma del café
así como el cuerpo, regusto y acidez, conforman en
su conjunto el buqué del producto.
La semilla del café contiene una compleja mezcla de
componentes químicos, algunos de ellos no se ven
afectados por el tueste, pero otros, en particular
aquellos de los que depende el aroma, son producto
de la destrucción parcial del grano verde por la
torrefacción. Los compuestos no volátiles más
*P
edro T
ges Galindo
*Pedro
T.. Bor
Borges
Galindo: Ingeniero Químico en Procesos.
(ISPJAE, 1979). Investigador Auxiliar. Máster en Ciencia y Tecnología
de los Alimentos (IFAL, 1999). En el Departamento de Aromas,
pertenece al área de Bebidas. Sus principales líneas de trabajo son: la
extracción y obtención de aromas naturales, obtención de aceites esenciales
y oleorresinas de especias; también labora para la Industria alimentaria
en la formulación de condimento, bebidas, licores y aromas.
A coffee extract was obtained by mean of solid-liquid extraction
technology with 36% ethanol, mechanical stirring and solvent
boiling. The average yield of the extraction, expressed as total
solid percentage was 90.4% and according to its sensory
evaluation, the extract had a good quality. A coffee flavor was
developed with an excellent quality and it was used in an ice
cream at an 8 mL/kg dose of base cream.
Key words: coffee, coffee extracts, flavourings,
characterization, processing, yield.
Los extractos del café tostado pueden ser obtenidos por
cualquiera de los métodos comúnmente conocidos como
el batch que es la extracción continua o en multietapas.
Este proceso involucra varias etapas como son: entrada
de disolventes dentro de la matriz sólida, solubilización
de los componentes, transporte del soluto para el exterior
de la matriz sólida, migración del soluto extraído desde
la superficie externa del sólido hasta la solución,
movimiento de la fracción aromática, separación,
descarga del extracto y obtención de los sólidos agotados
(3, 4). Estos extractos pueden tener aplicación en el
desarrollo de aromas similares a los naturales y para
otros productos, tales como rellenos para confituras,
elaboración de licores, helados, etc.
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Previamente se estudió a escala de laboratorio la
obtención de un extracto de café, para lo cual se realizó
un diseño factorial 23, evaluándose los factores tiempo
de extracción y graduación alcohólica del disolvente.
Se consideró como variables respuesta la acidez,
contenido de cafeína, sólidos totales, densidad,
percepción de la intensidad del sabor malteado,
caramelizado, tostado y a café, así como el rendimiento.
Como resultado se obtuvo que mediante una
extracción sólido-líquido, con agitación, a temperatura
de ebullición del disolvente, a una graduación
hidroalcohólica de 36 °GL y a un tiempo de extracción
de 60 min en cada uno de los dos pases, se .obtiene un
extracto de café con un mayor rendimiento y un valor
mayor de las variables respuestas sólidos totales,
intensidad de las notas malteadas, caramelizadas y a
café.
El objetivo del presente trabajo fue escalar a planta
piloto la mejor variante, determinando los indicadores
de operación, además caracterizar los extractos
obtenidos mediante análisis físico, químico y sensorial,
con el fin de formular un aroma de café a partir de los
extractos obtenidos y de la mezcla de diferentes
compuestos aromáticos. También se aplicó en una
formulación de helados para determinar su dosificación,
mediante evaluación sensorial.
dos pases para lograr el agotamiento total del material.
El tiempo de extracción y agitación fue de 60 min, para
cada pase. Al concluir el primer pase, se purgó el
extractor y la miscela obtenida fue decantada y filtrada.
El residuo de la materia prima se procesó otra vez de
la misma forma que se describió anteriormente,
solamente se varió la relación masa-masa y se utilizaron
para este pase 18 kg de disolvente para una relación
de (1: 3). El extracto obtenido en el segundo pase fue
concentrado en un rango de 3 a 3,5 veces según su
peso original a una presión reducida de -8 x 104 a -9 x
104 Pa. La concentración se mantuvo de 44 a 70 °C,
quedando en el fondo del concentrador un líquido denso
de color pardo negruzco, con un olor intenso a café. El
disolvente recuperado se utilizó como menstruo para
otras extracciones. Se realizaron cinco réplicas para
determinar el rendimiento, características químicas,
físicas y sensoriales.
El rendimiento se expresó como porcentaje de sólidos
totales de los extractos obtenidos, a partir del cálculo
de la cantidad de sólidos totales de la materia prima,
obtenida en las mismas condiciones de operación, pero
con un tiempo de extracción de 2 h.
% Rendimiento = A / B x 100
donde:
MATERIALES Y MÉTODOS
Para el trabajo se utilizó café, tostado y molido, el cual
se caracterizó mediante los análisis físicos y sensoriales
establecidos para este producto. Se determinó el
contenido de humedad, tamaño de partículas, aspecto,
color y sabor (5-7).
Para la obtención de los extractos a escala piloto se
utilizó un extractor de acero inoxidable de 80 L, mediante
una extracción sólido-líquido con agitación y a la
temperatura de ebullición del disolvente. Se cargó el
extractor con 6 kg de materia prima, colocada dentro
de una cesta de malla recubierta previamente con una
tela porosa, lo que permitió que el café se mantuviera
dentro del cesto, para evitar tupiciones y derrames en
el sistema. Se hermetizó y conectó el agitador en la
parte superior de la tapa del extractor. Se bombearon
24 kg de una disolución alcohólica a 36 %, según la
relación masa-masa establecida en el proceso (1: 4), la
cual permitió cubrir y humedecer el café. Se realizaron
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A: Porcentaje de sólidos totales de los extractos
obtenidos (primer y segundo pase concentrado).
B: Porcentaje de sólidos totales de la materia prima.
Los extractos de café obtenidos se analizaron
sensorialmente mediante una prueba descriptiva
cualitativa, por tres catadores entrenados, los que
evaluaron el aspecto, color, sabor y olor. Además se
determinaron el pH, graduación alcohólica, densidad
relativa, sólidos totales e índice de acidez (8-11).
Para desarrollar el aroma de café se empleó la mezcla
del extracto inicial conjuntamente con el concentrado,
además se incorporaron componentes químicos
variados, como aldehídos, cetonas, ésteres, ácidos, los
cuales refuerzan la nota a café y además propilenglicol,
utilizado como disolvente. Cada formulación se elaboró
pesando 50 g del total de los compuestos que componen
el aroma. Durante todo el trabajo se hicieron cinco
formulaciones, efectuándose los ajustes cuantitativos
pertinentes de acuerdo a la evaluación sensorial del
producto.
Al sabor mejor logrado sensorialmente se le realizaron
las siguientes determinaciones por triplicado: aspecto,
densidad relativa a 20 ºC, pH y acidez (expresado como
porcentaje de ácido acético).
El aroma fue evaluado en helados. En la evaluación
sensorial de estos se utilizó una prueba de calificación
de calidad por puntos (12), según los atributos
siguientes: muy bueno (5), bueno (4), regular (3), malo
(2) y muy malo (1). En todas las pruebas se utilizó una
comisión de 15 jueces experimentados, los cuales
evaluaron la calidad del aroma según la dosis
recomendada. El aroma fue dosificado lentamente a
10 kg de mezcla base, la cual fue agitada en un molino
coloidal. La mezcla fue incorporada al congelador y
mezclada con 70 kg de la restante, para un total de 80
kg. El producto fue congelado y evaluado
sensorialmente a las 48 h de preparado.
La prueba descriptiva cualitativa de los extractos aportó
los siguientes resultados: aspecto, líquido denso, oscuro
y sin partículas; sabor, característico a café, fuerte y
homogéneo; olor, característico a café, fuerte y
homogéneo y color, pardo negrusco.
La Tabla 2 refleja que la caracterización realizada a los
extractos a escala piloto es semejante a los obtenidos
en el estudio realizado a escala de laboratorio (13).
Estos resultados reafirman que el proceso de extracción
no sufre variaciones apreciables durante el escalado y
que el producto además mantiene las mismas
características de calidad.
El aroma de café desarrollado, correspondiente a la
formulación No. 5, presentó una proporción de ambos
extractos (primer extracto + segundo extracto
concentrado) de 94,5 %; de sustancias aromáticas 0,5
y 5 % restante de propilenglicol, utilizado como
disolvente. Dentro de los grupos químicos presentes en
la fracción aromática se destacan los aldehídos y
cetonas 0,4 % y los compuestos nitrogenados y
azufrados 0,2 %.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La Tabla 1 muestra que los valores obtenidos para los
sólidos totales de las cinco corridas experimentales
demuestran una buena repetibilidad en el proceso, pues
los valores medios de los extractos obtenidos
evidenciaron una baja dispersión. El valor promedio de
los sólidos totales de los extractos obtenidos (6,51 %)
representó un rendimiento de 90,4 % del total de sólidos
totales en la materia prima (7,2 %), lo cual confirma
una buena eficiencia en el proceso.
Para determinar su dosificación se evaluaron
previamente las dosis de 4, 6, 12 y 16 mL/kg, mostrando
resultados no satisfactorios ya que en las dosis de 4 y 6
mL/k se disminuía la intensidad del aroma y por
consiguiente no fue definido acertadamente,
evaluándose de malo. En las dosis mayores se reflejaba
un aroma muy intenso con notas amargas en el regusto
y fue evaluado de regular. Con la dosis seleccionada
(8 mL/kg) se saborizaron 80 kg de crema base, la cual
fue congelada y el helado resultante fue evaluado
sensorialmente y comercializado con buena aceptación
de los consumidores.
Tabla 1. Rendimiento y contenido de sólidos totales de los extractos
Experimentos
Sólidos totales de los extractos obtenidos (%)
1
2
3
4
5
Media (S)
n = 5 ( ): Desviación estándar.
6,33
6,18
6,78
6,82
6,44
6,51 (0,3)
Rendimiento
(% de sólidos totales)
87,5
85,8
94,2
94,7
89,4
90,4 (3,8)
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Tabla 2. Características de los extractos obtenidos
Extracción
No.
1
Número de pases
pH
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
5,15
5,15
5,15
5,40
5,30
5,40
5,15
5,20
5,20
5,30
2
3
4
5
Acidez
(%)
0,45
0,27
0,51
0,26
0,42
0,18
0,42
0,30
0,45
0,33
Sólidos totales
(%)
5,76
2,98
4,98
1,47
5,98
1,82
4,65
2,99
4,94
2,25
Densidad
(g/mL)
0,9863
0,9736
0,9823
0,9725
0,9850
0,9790
0.9804
0.9669
0,9825
0,9763
n = 2.
La Tabla 3 presenta los resultados promedios de la
caracterización físico-química y la evaluación sensorial
del helado saborizado, en una dosis de 8 mL/kg de
mezcla del aroma.
Los catadores describieron al helado de café de
excelente (puntuación de 4,8), con un matiz sensorial
que recuerda al café instantáneo debido a una ligera
nota cremosa, láctea y caramelizada en el regusto que
resulta propio de los compuestos añadidos.
Tabla 3. Caracterización del aroma desarrollado
Color
Olor
Sabor
Densidad a 25 ºC (g/mL)
Acidez (% ácido acético)
pH
56
Pardo oscuro
Característico
Característico
0,988 (0,001)
0,48 (0,2)
4,8 (0,1)
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CONCLUSIONES
Se determinó que para las condiciones fijadas en el
proceso de extracción con agitación y a temperatura
de ebullición del disolvente, a una graduación
hidroalcohólica de 36 °GL y a un tiempo de extracción
de 60 min para cada uno de los dos pases, se obtuvo un
extracto de café con un rendimiento promedio de 90,4 %
expresado como sólidos totales en la materia prima.
La caracterización química, física y sensorial de los
extractos mostró que estos presentan una buena
repetibilidad y una buena calidad sensorial, los cuales
permiten su utilización en la formulación de aromas de
café.
Se formuló un aroma de café que utiliza como base
94,5 % del extracto obtenido. Su calidad sensorial se
evaluó de excelente, lográndose un aroma similar a los
importados.
REFERENCIAS
1. Flament, I. y Chevallier, Ch. Chem. and Ind., 19, 592-596, 1988.
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Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1990.
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New York, 1987.
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Investigaciones para la Industria Alimenticia, 1989, 207 pp.
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