Cinética de la desgasificación del café tostado

Abstract

Se analizó la cinética del CO2, midiendo su liberación a través del tiempo de acuerdo con diferentes tratamientos de nivel de tueste (Claro a 220°C, Moderadamente Oscuro 235 °C y Oscuro 230 °C), temperatura de almacenamiento posterior al tueste (15 °C, 25 °C y 35 °C) y granulometría (Fina, Gruesa, Grano entero), de café. Se compararon diferentes modelos matemáticos de transferencia de masa, modificados para adaptarse al fenómeno en estudio, en su aptitud para describir el proceso de difusión de CO2 en el aire de acuerdo con resultados de sus parámetros estadísticos de las regresiones, comportamiento de residuos y parsimoniosidad; se hizo uso de un modelo exponencial sin modificaciones denotado como Ajuste 3 como punto de comparación neutral o “control”. Finalmente se manufacturó y validó un prototipo micro controlado capaz de medir y registrar diferentes propiedades del aire siendo estas: concentración de CO2, Presión, Humedad Relativa y Temperatura. El tueste fue realizado en un tostador de cilindro horizontal rotativo midiendo y registrando las condiciones de temperatura de tueste, tiempo y pérdida de masa de los granos. Para tueste Claro se reporta 220±0,2 °C; 7,90±0,09 min; 12,84±0,07 %, tueste Medio 230,6±0,4 °C; 9,16±0,14 min; 15,51±0,25 % y para tueste Moderadamente Oscuro 235±0,1 °C; 10,23±0,20 min; 16,65±0,29 %. Estas condiciones revelaron un comportamiento creciente en magnitud conforme aumentó el nivel de tueste con poca variabilidad entre las muestras de un mismo tueste y diferencias en magnitud entre si con desviaciones estándar lo suficientemente pequeñas para afirmar que se alcanzaron tratamientos de tueste distintos. v Cambios en las propiedades físicas del café luego del tueste también fueron medidas para diferenciar mediante los criterios de color, contenido de humedad (base humeda y seca), densidad aparente, densidad real y porosidad, los diferentes niveles de tueste alcanzados. En color se notó un aumento del encafecimeinto de tonos claros a oscuros de los granos conforme aumentaba en nivel de tueste, de acuerdo con la escala de Agtron el tueste Claro se calificó con un SCAA#75, el tueste Medio SCAA#55 y el tueste Moderadamente Oscuro SCAA# 35. En cuanto a los contenidos de humedad tanto en base seca como humeda se evidenció un comportamiento decreciente en magnitud conforme se aumentó el nivel de tueste alcanzado, en base seca se tuvo para tueste Claro 5,05±0,49 %, tueste Medio 3,75±1,06 % y para tueste Moderadamente Oscuro 2,54±0,08 %. El compartimiento decreciente paralelo a aumento del grado de tueste se mantuvo también para las densidades aparentes y reales de los granos, particularmente la densidad real para tueste Claro fue de 758,62±5,47 kg/m3, para tueste Medio 672,30±1,61 kg/m3, y el tueste Moderadamente Oscuro 645,56±4,03 kg/m3. Nuevamente las cercanías de los resultados entre las muestras para un mismo tueste y las desviaciones estándar entre grados de tueste fueron los suficientemente pequeñas para afirmar los diferentes grados de tueste alcanzado. En cuanto a la porosidad se obtuvieron valores similares entre tuestes sin embargo esto concuerda con los valores comparados en la literatura revisada, para este estudio los valores fueron para tueste Claro 44,925±0,003 %, tueste Medio 44,408±0,011 % y para tueste Moderadamente Oscuro 44,747±0,005 %. El análisis estadístico cuantitativo y cualitativo llevado a cabo para evaluar el desempeño de 9 modelos analisados, en donde se llego a la conclusion de que el Ajuste 1, creado a tomando como base la ecuación de Midilli, fue el más adecuado para enfocar el analisis de la cinetica del proceso ya que presentó los parámetros estadíscos aceptables. Sus valores de R2 superaron en la gran mayoría de los tratamientos al resto de los modelos incluyendo al Ajuste 3 con valores de 97,92 % o superiores, y su residuos se calificaron como aleatorios en todos los tratamientos al no mostrar ninguna tendencia aparente. El parámetro (k) ligado a la cinética del proceso fue utilizado para la determinación de las energías de activación, el valor de los resultados fue creciente de acuerdo al nivel de tueste siendo para tueste Claro 27,50 kJ/mol, tueste Medio 29,54 kJ/mol y para tueste Moderadamente Oscuro 34,79 kJ/mol, este comportamiento solo se observó en los Ajustes 1 y 2 destacándolos como los únicos una tendencia termodinámica coherente con la literatura revisada, sin embargo el Ajuste 1 fue superior al el Ajuste 2 en cuanto a parámetros estadísticos y comportamiento de residuos. Su parámetros (k), (a) y (n) mostraron comportamientos dependientes de la temperatura de almacenamiento permitiendo la creación de ecuaciones generales para cada tueste, en función de la temperatura de almacenamiento y el tiempo, al ser sustitudas por expresiones obtenidas apartir del cálculo de la energia de activación con cada una.