informe tÉcnico · informe de actividades correspondientes al proyecto de "diseño de narices...
TRANSCRIPT
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE XICOTEPEC
DE JUAREZ
PROGRAMA DE APOYO AL DESARROLLO DE
LA EDUCACIÓN SUPERIOR
PADES 2018
“Proyecto realizado con financiamiento de la Secretaría de Educación Pública-Subsecretaría de Educación Superior-Dirección General de Educación Superior
Universitaria”
INFORME TÉCNICO
"Diseño de narices electrónicas para determinar el
nivel de tostado del café"
Docente: Dra Margarita Galindo Mentle
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
INFORME DE LAS ACTIVIDADES
Informe de actividades correspondientes al proyecto de "Diseño de narices electrónicas
para determinar el nivel de tostado del café" desarrolladas en la Facultad de Ingenierías de
la Universidad San Buenaventura Medellín Antioquia, Colombia. Las cuales se desarrollaran
gracias a la colaboración del Profesor Investigador Maestro Gustavo Meneses de Ingeniería
Electrónica y al Ing Juan Guillermo Patiño Director del programa de Ingenierías de la USB,
durante el periodo de la estancia de investigación del 25 de marzo al 3 de abril del
presente año.
Figura 1. Directivos de la Universidad San Buenaventura Medellín Antioquia, Colombia y
profesores de la Universidad Tecnológica de Xicotepec de Juárez
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
Actividad del 25 al 3 de Abril 2019
Investigación de los procesos de tostado de café colombianos y sus características
físicas y químicas.
El informe técnico se elaboró como la continuación del proyecto de “Desarrollo de narices
electrónicas para aplicaciones agrícolas de la región de Xicotepec de Juárez”. El prototipo de
nariz electrónica permite monitorear en tiempo real el comportamiento de una matriz de
sensores expuesto a los gases que desprende el café durante su tostado, además de su
visualización el sistema desarrollado permite almacenar los datos de los sensores para un
análisis posterior más profundo, por lo que es importante analizar los diferentes procesos
que se realizan en la región y en otros países.
El café es un producto agrícola de suma relevancia en el mundo, ya que es cultivado por 20
millones de productores en 56 países. México ocupa el décimo lugar en producción de café a
nivel mundial. En el estado de Puebla se produce en 55 Municipios, en 625 comunidades,
estos son datos del padrón cafetalero, se tienen identificados 46 mil 745 cafeticultores, que
poseen 64,518 predios y una superficie de 67,136 hectáreas, las cuales se encuentran geo
referenciadas (fuente padrón 2004SIAP-SAGARAPA). Puebla ocupa el 3er estado productor
de café, el 75% se destina a la exportación. El cultivo y producción de café se ha extendido
en 55 municipios agrupados en tres Regiones conocidas como la Sierra Norte, Sierra
Nororiental y Sierra Negra.
Colombia ocupa el tercer lugar en producción de café a nivel mundial. Su cultivo se
concentra en las tres cordilleras que atraviesan el país a una altitud entre los 1200 y los
2000 metros sobre el nivel del mar, en tierras volcánicas fértiles y montañosas, con una
temperatura promedio de 22 grados centígrados. En Risaralda, el Paisaje Cultural cafetero
incluye 32.537 hectáreas en 108 veredas de las áreas rurales de Apía, Balboa, Belén de
Umbría, Dosquebradas, Guática, La Celia, Marsella, Pereira, Quinchía, Santa Rosa de Cabal
y Santuario.
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
Tanto la “chapolera” como “Juan Valdez” fueron personajes que encarnaron esta fase de
producción del grano. Luego de la recolección y el secado del café se procedía a la trilla en
donde jugaron un papel importante las recolectoras, quienes protagonizaron quizás las
primeras huelgas de mujeres en Colombia en la década de 1930 para conseguir mejores
salarios. Para la segunda década del siglo XX existían al menos siete trilladoras en la ciudad.
Hoy en día ese trabajo se hace mayoritariamente de forma mecánica. Junto con la economía
del café surgió una institucionalidad que se materializó en la Federación de Cafeteros de
Colombia (1927) y los Comités de Cafeteros. Durante nuestra Estancia se realizó un vistita
en la Zona cafetera de Marsella, Risalda, Colombia, figura 1.
Figura 1: Zona cafetera de Marsella, Risalda, Colombia.
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
Reacciones químicas durante el tueste
El tueste del café es una fase vital dentro de la cadena de elaboración. Hay quien sostiene, y
no le falta razón, que un buen tueste influye más en la calidad de una taza de café, que la
bondad de la mezcla escogida. El Café de Marsella es considerado de la mejor calidad en
Colombia, en la figura 2 se muestra el cultivo del café en Marsella.
Figura 2: Café de Marsella, Risalba Colombia
Este último punto es el más interesante desde una óptica gastronómica pues es de ahí de
donde surgen los aromas y sabores que han convertido al café en el rey de las infusiones.
En el tostado del grano de café, contiene cerca de 1.000 componentes, muchos de los cuales
son agentes aromáticos volátiles, emergen de un pequeño contenido de compuestos en el
inicio. A pesar de su proporción marginal de solamente un 0,1% del peso del café tostado, el
café es considerado como uno de los alimentos más aromáticos. Actualmente, se han
identificado unos 850 componentes de los aromas algunos de los cuales sólo existen en
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
concentraciones mínimas, pero capaces de dar al café toques amargos, ácidos o dulces
distintivos.
El proceso de oscurecimiento no enzimático, también conocido como reacción de Maillard,
donde el azúcar reductor reacciona con los aminoácidos, tiene una gran influencia en el
aroma. Durante el curso de esta reacción, además de otros compuestos, se desarrollan los
denominados melanoides, que dan al café su color. Este proceso se ve influido por el calor, y
empezando a 140°C el proceso se acelera considerablemente. La cafeína, que posiblemente
es el ingrediente más conocido del café, es relativamente estable durante el tostado.
Estudios recientes demuestran que la cafeína no tiene una influencia significativa sobre el
sabor amargo del café, tal y como se venía creyendo desde hace años.
Algunas investigaciones tratan de saber si la conversión del ácido clorogénico no amargo a
lactone amargo es la clave para entender como el amargor emerge. El sabor ligeramente
ácido del café tostado se desarrolla durante la pirólisis. La descomposición térmica del
ácido clorogénico en el café verde crea fenoles y la descomposición de otros productos de
sabor ácido. Una buena parte de los productos que influyen ácido acético, ácido málico,
ácido cítrico y ácido fosfórico ya existen en el café verde y sus concentraciones varían en
función del tipo de grano. Durante la pirólisis también se forman el ácido fórmico, ácido
glicólico, ácido láctico, ácido succínico, y otros ácidos.
El incremento o decremento de la acidez fluctúa durante el tueste. Los aceites esenciales
también influyen en el desarrollo del aroma, a grandes temperaturas se oxidan y se
convierten en aldehídos volátiles y compuestos de hidrocarburos que hacen que el sabor
del café se vuelva rancio en caso de contener grandes concentraciones.
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
Investigar tipos de sensores y actuadores que se usan para determinar el nivel de
tostado de café
Captar las reacciones químicas durante el tostado es mucho más difícil que examinar los
cambios físicos. Algunos métodos de medición son extremadamente complejos, como la
cromatografía de gases (GC) o la cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), se
pueden trazar las reacciones químicas, que a fecha de hoy todavía no han sido detalladas al
completo.
En la universidad de San Bueno Ventura se realizan diversos trabajos enfocados a
fortalecer las necesidades de los cafeticultores de Colombia, entre los proyectos se
encuentran pruebas con sensores de gases y sensores piezoeléctricos para eliminar plagas
en cafetales y hortalizas. El proyecto que se encuentra a cargo del MTRO GUSTAVO
MENESES Profesor Investigador Ingeniería Electrónica de la Universidad de San
Buenaventura Medellín, sin embargo el tema de narices electrónicas en la aplicación del
café es relativamente nuevo por lo que aún existe mucho trabajo que realizar en base asa
ellos. Juntando esfuerzos de colaboración entre la USB de Medellín y la UTXJ podremos
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
trabajar en parte de lo que sería un apoyo importante en las zonas cafeteras de México y
Colombia, teniendo como herramienta un sistema automática capa de determinar el nivel
de tostado de café.
Figura 3: Equipo de trabajo de la Universidad de San Buenaventura Medellín y la
Universidad Tecnológica de Xicotepec de Juárez. Ing. Juan Guillermo Patiño Director de
Ingenierías y Mtro Gustavo Meneses Profesor Investigador Ingeniería Electrónica y Dra
Margarita Galindo Mentle Profesora Investigaora, UTXJ.
Debido al impacto decisivo de los sistemas de medición de reacciones químicas se han
realizado diversos estudios científicos para mejorar los equipos que procesan el café,
máquinas y plantas, e incluso para desarrollar algunos equipos nuevos.”
En un esfuerzo por mejorar las necesidades de los cafeteros de la región de Xicotepec de
Juárez Puebla, se analizó la respuesta del sensor TGS823 para determinar el estado de
tostado de los granos de café, como se muestra en la figura 4.
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”
Figura 4: Señales de respuesta del sensor TGS823 para dos procesos de tostado.
En un esfuerzo por mejorar la respuesta de los sensores se ha incursionado en el estudio de
sensores piezoeléctricos para determinar el nivel de tostado del café y otros mecanismos
dentro de la UTXJ y de forma similar Profesos y alumnos de la USB realizan trabajos para
desarrollar sistemas usando actuadores piezoeléctricos para combatir plagas en hortalizas.
Existe un gran trabajo por delante, pero nuestro objetivo es lograr que la tecnología
desarrollada de la UTXJ tenga impacto benéfico dentro de nuestra región y a nivel nacional.
Figura 5: Asesorías a estudiante de electrónica de la USB en tema de transductores
piezoeléctricos.
“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”