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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS TROPICAL
TESIS
PRESENTADO POR EL BACHILLER:
PAUCAR ANCHIRAYCO, Juan Abel
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO EN CIENCIAS AGRARIAS
ESPECIALIDAD: INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
SATIPO – PERÚ 2010
“INFLUENCIA DEL TOSTADO EN LOS COMPUESTOS FENÓLICOS Y CAPACIDAD ANTIOXIDANTE DE GRANOS DE
CAFÉ (Coffea arabica L.) DE SATIPO”
ASESORA:
ING. NORMA NÉLIDA BELTRÁN CHÁVEZ
Dedicado con cariño a mis padres Efraín Paucar Balbín e Isabel Anchirayco Llallico, también a mi hermano Jorge, por el apoyo incondicional y fortaleza brindada que me impulsa a cumplir mis metas.
A mis tíos Ferrer y Silvia, mi abuela Rosa, así como mi prima Rosa María, por la compañía y motivación para seguir adelante.
A mi amiga Elena Taipe Refulio, por el aprecio y contribución desinteresada durante la ejecución del presente trabajo.
AGRADECIMIENTO
A la plana docente de la Facultad de Ciencias Agrarias por las enseñanzas impartidas, a quienes les debo mi formación profesional, en especial a los docentes de la E.A.P.
de Ingeniería en Industrias Alimentarias Tropical.
A la Ing. Norma Nélida Beltrán Chávez, asesora del trabajo de investigación, por sus aportes y dedicación durante el desarrollo de la tesis.
A la Cooperativa Agraria Cafetalera “Satipo” Ltda., en especial al Ing. José García Córdova, por contribuir con las muestras de café para el presente estudio.
A Cáritas Satipo-Atalaya por las facilidades brindadas para el uso de los equipos del Laboratorio de Catación, y al Ing. Gianfranco Curi por su apoyo durante las pruebas del tostado de los granos café.
A la Sra. Karina Ccapa Ramírez del Laboratorio de Análisis Químico de la Facultad de Ciencias – Universidad Nacional Agraria La Molina, por su orientación y paciencia en la ejecución de los diversos análisis realizados en el trabajo de investigación.
A mis amigas Sarita, Ivett, Gabriela y Tania, y demás compañeros de la universidad, con quienes pudimos compartir gratos momentos.
A todos mis familiares por sus muestras de cariño y aprecio.
A todas y cada una de las personas que de alguna manera contribuyeron al éxito del presente trabajo.
ÍNDICE
Página RESUMEN
I. INTRODUCCIÓN
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. GENERALIDADES DEL CAFÉ 2.1.1. Descripción botánica 2.1.2. Variedades
2.1.3. Cosecha
2.1.4. Proceso de beneficio húmedo
2.1.5. Composición proximal del café verde 2.2. TOSTADO
2.2.1. Condiciones de tostado
2.2.2. Cambios físicos y químicos durante el tostado 2.2.3. Composición proximal del café tostado
2.3. COMPUESTOS FENÓLICOS
2.3.1. Compuestos fenólicos como antioxidantes 2.3.2. Clasificación
2.3.3. Identificación y cuantificación 2.3.4. Compuestos fenólicos del café 2.4. CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
2.4.1. Métodos para evaluar la capacidad antioxidante 2.4.2. Capacidad antioxidante de los compuestos fenólicos 2.4.3. Capacidad antioxidante del café
2.5. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN III. MATERIAL Y MÉTODOS
3.1. LUGAR DE EJECUCIÓN 3.2. MATERIALES
3.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS 3.3.1. Análisis proximal 3.3.2. Análisis químicos
3.4. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 3.4.1. Proceso de beneficio húmedo 3.4.2. Tostado
3 3 3 4 5 7 7 7 8 9 10 10 11 11 12 15 16 17 19 20
22 22 25 25 26 26 26 27
3.4.3. Variables de estudio 3.4.4. Diseño estadístico 3.4.5. Modelo matemático IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. PROCESO DE BENEFICIO HÚMEDO 4.2. TOSTADO
4.3. CONTENIDO DE COMPUESTOS FENÓLICOS Y CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
4.4. ANÁLISIS ESTADÍSTICOS 4.5. COMPOSICIÓN PROXIMAL V. CONCLUSIONES
VI. RECOMENDACIONES VII. BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
29 29 30
31 33
35 41 47
LISTA DE CUADROS
Cuadro N°
Página
01 02 03
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05
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08
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Codificación de las muestras de café verde y tostado Porcentaje de pérdida de peso en el tostado
Contenido de compuestos fenólicos y capacidad antioxidante del café verde
Contenido de compuestos fenólicos y capacidad antioxidante del café tostado
Porcentaje de reducción del contenido de compuestos fenólicos de los granos de café sometidos a tostado
Porcentaje de reducción de la capacidad antioxidante de los granos de café sometidos a tostado
Análisis de varianza de la influencia de temperaturas de tostado y variedades de café sobre el contenido de compuestos fenólicos Prueba de comparación de medias de Duncan de la influencia de la variedad de café sobre el contenido de compuestos fenólicos Prueba de comparación de medias de Duncan de la influencia de la temperatura de tostado sobre el contenido de compuestos fenólicos
Prueba de comparación de medias de Duncan de la influencia de la interacción variedad de café con temperatura de tostado sobre el contenido de compuestos fenólicos
Análisis de varianza de la influencia de temperaturas de tostado y variedades de café sobre la capacidad antioxidante
Prueba de comparación de medias de Duncan de la influencia de la variedad de café sobre la capacidad antioxidante
Composición proximal del café verde en base húmeda por 100g Composición proximal del café tostado en base húmeda por 100g
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LISTA DE FIGURAS
Figura N°
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01 02 03 04 05
06
07 08
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Estructura del ácido clorogénico Estructura del ácido cafeico
Diagrama de flujo para el proceso de beneficio húmedo Diagrama de flujo para el tostado
Balance de materia para el proceso de beneficio húmedo del café (Variedad Caturra rojo)
Balance de materia para el proceso de beneficio húmedo del café (Variedad Catimor)
Diagrama de flujo definitivo para el tostado
Variación del contenido de compuestos fenólicos de los granos de café sometidos a tostado
Variación de la capacidad antioxidante de los granos de café sometidos a tostado
Relación entre el contenido de compuestos fenólicos y la capacidad antioxidante de los granos de café verde y tostado (Variedad Caturra rojo)
Relación entre el contenido de compuestos fenólicos y la capacidad antioxidante de los granos de café verde y tostado (Variedad Catimor)
13 15 28 29
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32 33
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LISTA DE ANEXOS
Anexo N°
Página
01 02 03 04 05
06
07
Metodología de la cuantificación de compuestos fenólicos Metodología de la determinación de la capacidad antioxidante Resultados del contenido de compuestos fenólicos
Resultados de la capacidad antioxidante
Análisis de regresión lineal simple para de los granos de café verde y tostado (Variedad Caturra rojo)
Análisis de regresión lineal simple para de los granos de café verde y tostado (Variedad Catimor)
Galería de fotografías
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RESUMEN
En la investigación se evaluó la influencia del tostado en los compuestos fenólicos y capacidad antioxidante de granos de café (Coffea arabica L.) de dos variedades (Caturra rojo y Catimor). Luego del beneficio húmedo, el tostado comprendió las siguientes etapas: pilado-pulido, clasificación, tostado a 190, 200 y 210 ºC, enfriado y envasado. El diseño estadístico utilizado fue el Diseño Completamente al Azar (DCA) con arreglo factorial 2x3 con 3 repeticiones. El contenido de compuestos fenólicos del café verde Caturra rojo y Catimor, respectivamente, fue de 4707,12 y 4876,41mg Ácido Clorogénico/100g muestra. El café Caturra rojo tostado a 200 °C mostró menor reducción de compuestos fenólicos (57,94%) con 1979,75mg Ácido Clorogénico/100g muestra; mientras que el café Catimor tostado a 190 °C tuvo menor pérdida de compuestos fenólicos (56,39%) con 2126,70mg Ácido Clorogénico/100g muestra. La capacidad antioxidante del café verde Caturra rojo y Catimor, respectivamente, fue de 26138,07 y 26144,88µg Trolox/g muestra. El café Caturra rojo tostado a 210 °C tuvo menor reducción de capacidad antioxidante (65,96%) con 8896,66µg Trolox/g muestra; así como también el café Catimor tostado a 210 °C mostró menor pérdida de capacidad antioxidante (68,28%) con 8294,31µg Trolox/g muestra. Existe fuerte relación entre el contenido de compuestos fenólicos y la capacidad antioxidante, presentado coeficientes de correlación r de 0,9952 y 0,9947. El café verde, Caturra rojo (a) y Catimor (b), presentó la siguiente composición proximal: humedad (a) 10,95g (b) 10,30g, ceniza (a) 3,27g (b) 3,34g, grasa (a) 8,19g (b) 9,90g, proteína (a) 11,94g (b) 13,19g, fibra cruda (a) 16,38g (b) 17,24g, carbohidratos (a) 65,65g (b) 63,28g y energía (a) 384,04kcal (b) 394,96kcal; mientras que, la del café tostado con menor reducción de capacidad antioxidante reportó: humedad (a) 2,55g (b) 3,18g, ceniza (a) 4,16g (b) 4,38g, grasa (a) 14,11g (b) 14,11g, proteína (a) 13,02g (b) 14,80g, fibra
cruda (a) 16,28g (b) 15,19g, carbohidratos (a) 66,16g (b) 63,52g y energía (a) 443,68kcal (b) 440,31kcal.
2 3 4 5 6
I. INTRODUCCIÓN
De acuerdo a estudios realizados, la ingesta de frutas y vegetales, así como también vino tinto, té y café presentes en la dieta, puede ejercer un efecto protector contra algunas enfermedades crónicas causantes de una elevada mortalidad mundial. Esta propiedad se debe a la presencia de compuestos bioactivos con capacidad antioxidante como las vitaminas C, E, β-carotenos y una mezcla compleja de compuestos fenólicos provenientes del metabolismo secundario de las plantas, que se encuentran naturalmente en alimentos y bebidas de origen vegetal.
El café es una bebida muy apetecida por sus características organolépticas, siendo una de las más consumidas en el mundo. Contiene miles de compuestos químicos responsables de su calidad sensorial. Además, recientes investigaciones indican que el consumo de café está asociado a un menor riesgo de cáncer, diabetes tipo 2, daño hepático, enfermedades cardiovasculares y otras neurodegenerativas, como consecuencia de la capacidad antioxidante atribuida a los compuestos fenólicos de los granos de café, lo cual ha centrado gran interés en sus posibles efectos beneficiosos para la salud.
Sin embargo, en nuestro medio se da muy poca importancia a la ingesta de café pues tradicionalmente se ha asociado a un hábito que perjudica la salud, como la adicción a la cafeína y el hábito de fumar. Por lo tanto, es necesario realizar estudios sobre el contenido de compuestos fenólicos y capacidad antioxidante de granos de café de las variedades de mayor producción en la Provincia de Satipo, para poder difundir su consumo moderado por ser una fuente natural de antioxidantes que contribuyen al sistema de defensa en el organismo.
El tostado que se aplica durante el procesamiento del café reduce su capacidad antioxidante si se compara con la del café verde, debido a la pérdida de compuestos fenólicos. Por ello, se plantea como problema de investigación: ¿Cuál será la influencia del tostado en los compuestos fenólicos y capacidad antioxidante de granos de café (Coffea arabica L.) de dos variedades (Caturra rojo y Catimor)?
Se planteó la siguiente hipótesis: el tostado influye reduciendo el 50% de compuestos fenólicos y capacidad antioxidante de granos de café (Coffea arabica L.) de dos variedades (Caturra rojo y Catimor).
Los objetivos de la investigación fueron:
Objetivo general
Evaluar la influencia del tostado en los compuestos fenólicos y capacidad antioxidante de granos de café (Coffea arabica L.) de dos variedades (Caturra rojo y Catimor).
Objetivos específicos
Determinar el contenido de compuestos fenólicos del café verde y tostado.
Determinar la capacidad antioxidante del café verde y tostado.
Determinar la relación entre el contenido de compuestos fenólicos y la capacidad antioxidante.
Identificar la composición proximal del café verde y tostado.
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II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. GENERALIDADES DEL CAFÉ 2.1.1. DESCRIPCIÓN BOTÁNICA
La planta del café se denomina cafeto. Pertenece al género Coffea, de la familia Rubiaceae. Los cafetos en plantaciones tienen una altura de 2 a 3m con el fin de facilitar el cultivo y la recolección. Su tronco es recto y liso, con ramas flexibles y finas. Sus hojas son perennes, duras, lanceoladas y según la variedad tiene cualquier tono de color en una gama que va del verde amarillento hasta el verde oscuro. La flor es de color blanco, tiene un olor parecido al jazmín y una vida muy corta, ya que a los tres días de florecer deja paso al fruto (Mejía et al., 2001).
El fruto es una drupa, la cual exteriormente consta del epicarpio o cáscara de color rojo o amarillo a la madurez, el mesocarpio que es gelatinoso y el endocarpio llamado pergamino. El epicarpio y gran parte del mesocarpio constituye lo que se conoce como pulpa del café, que es removido por las despulpadoras (Crespo, 2005). El pergamino o endocarpio envuelve las dos semillas, cada una de éstas cubiertas de una película plateada o espermoderma (Schuller, 2007).
2.1.2. VARIEDADES
Las principales variedades de café que se cultivan en la Provincia de Satipo son: Caturra 55%, seguido de Catimor 30%, en tercer lugar Bourbon 7%, y otros como Pache 5% y Typica 3% (García, 2009).
a) Caturra
La variedad Caturra, mutante de la variedad Bourbon, es originaria de Brasil. Se caracteriza por sus entrenudos cortos, de lo cual deriva el porte bajo de la planta, su tronco grueso, sus ramas laterales
abundantes con numerosas ramificaciones secundarias que dan a la planta un aspecto vigoroso y frondoso. Las hojas nuevas son de color verde claro y cuando maduran de un verde intenso. Es más precoz y presenta una mayor producción por área con relación a las variedades Typica y Bourbon (Huamán, 2008).
En el mutante rojo de Caturra, los frutos adquieren un color rojo vinoso a la madurez, mientras que en el mutante amarillo, un color amarillo (Huamán, 2008). El porte reducido de la variedad Caturra constituye una de sus grandes ventajas, ya que facilita la recolección (Bertrand et al., 1999).
Los granos que se obtienen son de conveniente tamaño y calidad (Crespo, 2005). Sin embargo, el mejor desarrollo y calidad de los granos se presenta en zonas altas, con una elevada humedad relativa (Torres, 2006).
b) Catimor
La variedad Catimor se origina del cruzamiento del Caturra rojo con el híbrido Timor (Huamán, 2008). El cafeto Catimor se caracteriza por su uniformidad en el porte bajo de las plantas, hojas anchas de color verde oscuro, brotes bronceados, ramas largas con entrenudos cortos, precocidad en crecimiento y producción, además de su productividad relativamente alta. Se recomienda para alturas por encima de los 1000 m.s.n.m. (Bertrand et al., 1999).
Con respecto a la maduración, se ha observado que es más temprana y menos concentrada que el Caturra. Los frutos se caracterizan por su color rojo, reducida cantidad de frutos dañados, bajo porcentaje de granos defectuosos, tamaño regular de grano y buena calidad de bebida (Bertrand et al., 1999).
2.1.3. COSECHA
La cosecha es la actividad de recoger los frutos que maduraron en las plantas (Schuller, 2007). La temporada en la cual las bayas de café maduran y están listas para la cosecha varía de acuerdo con las condiciones del clima y el suelo, con las prácticas de cultivo y, por supuesto, con la especie (Huamán, 2008).
Una cosecha conformada exclusivamente de frutos maduros es fundamental para lograr un café de excelente calidad (Schuller, 2007). En forma ideal, las bayas de café se deben cosechar sin vestigio alguno de coloración verde (Huamán, 2008).
Coger únicamente los frutos que se desprenden con una ligera presión de los dedos, dejando los pedúnculos en las ramas. Evitar que junto con los cerezos vayan hojas, pedazos de ramillas, piedras o cualquier otra impureza (Figueroa et al., 1998). Una vez cosechados los cerezos, siempre trasladar a un lugar sombreado. El calor, el amontonamiento y la poca ventilación favorece la fermentación de los frutos, dando un café de inferior calidad (CONAFRUT, 2000).
2.1.4. PROCESO DE BENEFICIO HÚMEDO
El beneficio consiste en el procesamiento del fruto cosechado de café hasta obtener el producto aprovechable, es decir, el café pergamino. Casi todo el café de Perú se procesa por vía húmeda, a excepción del café verde recogido en la raspa, que se seca como fruto entero, y se denomina café bola o natural (Schuller, 2007). El café que se procesa por la vía húmeda se le conoce como “lavado”, el cual tiene buen aspecto y su calidad es homogénea, aparte de tener un mayor valor en el mercado internacional (Espinoza y Sedano, 2007).
Para el procesamiento se consideran las siguientes operaciones:
a) Recepción
Los frutos de café se recepcionan en tanques de madera o cemento, donde se agrega agua para facilitar el drenaje de los cerezos hacia el punto de descarga del tanque (Espinoza y Sedano, 2007).
b) Selección
El tanque sifón es un reservorio, que está lleno de agua, en forma de embudo con un tubo en el centro y sirve para realizar una selección del fruto por gravedad. (Espinoza y Sedano, 2007). Se realiza para separar frutos con granos buenos de aquellos que contienen granos deteriorados. Los últimos suben a la superficie, mientras que los buenos descienden al fondo del tanque (Schuller, 2007).
c) Despulpado
Consiste en separar la pulpa del fruto, lo cual se logra con una máquina sencilla llamada despulpadora. Los frutos maduros se deben despulpar dentro de las 24 horas después de la cosecha, para evitar su posible sobrecalentamiento y manchado de los granos por la pulpa en putrefacción (Huamán, 2008).
d) Fermentado
Tiene por objetivo la descomposición del mucílago que rodea al grano pergamino (Schuller, 2007). Los granos recién despulpados son fermentados por un mecanismo complejo, ya que actúan sobre el mucílago enzimas propias del grano y otras producidas por microorganismos presentes (Espinoza y Sedano, 2007).
El tiempo de fermentación depende de las condiciones climáticas, variando entre 18 y 24 horas (Huamán, 2008).
e) Lavado
El lavado elimina sustancias residuales del mucílago todavía adheridas al pergamino del grano de café (Figueroa et al., 1998). Se realiza en tanques lavaderos. También es común utilizar tanques fermentadores-lavadores, tanto para el fermentado como el lavado (Schuller, 2007).
f) Secado
En la etapa de secado se reduce la humedad del grano hasta valores de 10-12% (Espinoza y Sedano, 2007). La mejor calidad se obtiene secando el café al sol. La práctica más común es en tendales de cemento (Figueroa et al., 1998). Puede tardar de 5 a 10 días (Espinoza y Sedano, 2007), considerando que esta operación demora entre 40 y 60 horas de sol (Schuller, 2007).
g) Almacenado
El lugar de almacenamiento debe ser en ambientes secos y bien ventilados, sobre un entarimado de madera u otro material de separación con el piso (CONAFRUT, 2000). Usar sacos limpios, de preferencia de yute (Schuller, 2007).
2.1.5. COMPOSICIÓN PROXIMAL DEL CAFÉ VERDE
El café verde es el producto constituido por semillas de cafeto, las cuales presentan la característica de estar completamente limpias, secas y sin tegumentos (INDECOPI, 2007).
En las Tablas Peruanas de Composición de Alimentos se reporta los siguientes valores: agua 6,3g, proteína 11,7g, grasa 10,8g, fibra 22,9g, ceniza 3,0g, carbohidratos 68,2g y energía 203kcal (Collazos, 1996).
Asimismo, el café verde de la variedad Caturra contiene: humedad 10,99%, proteína 13,60%, extracto etéreo 9,02%, cenizas totales 4,79%, fibra bruta 23,25% y carbohidratos 61,60% (García, 1989).
2.2. TOSTADO
El tostado (roasting) es el tratamiento por calor del café verde que produce cambios físicos y químicos en su estructura y composición, ocasionando el oscurecimiento del grano de café y el desarrollo del sabor característico del café tostado (INDECOPI, 2007).
Las técnicas usadas tratan de que en este proceso se realice el mínimo deterioro (Flores, 2004). Depende del tiempo y la temperatura, donde se inducen los cambios en el café verde produciendo los compuestos que originan el aroma característico del café (Prieto, 2002).
2.2.1. CONDICIONES DE TOSTADO
El tostado del café se realiza a nivel de laboratorio bajo las siguientes condiciones:
Antes de tostar el café es necesario dejarlo desprovisto del pergamino y pulirlo, retirando impurezas o materiales extraños que éste pudiese contener. Se utiliza café verde perfectamente seco entre 10-12% de humedad y de distribución granulométrica uniforme (Prieto, 2002).
La duración del tostado varía de 5 a 12 minutos, según el equipo que se utilice y la cantidad de granos adicionados (Prieto, 2002). Para un tiempo de 10 minutos se notan cambios apreciables en las características físicas y químicas del grano de café (Apunte, 2004). El tostado se lleva a cabo a diferentes temperaturas que varían entre 180 y 230 °C (Prieto, 2002), encontrándose la temperatura ideal entre 200 y 220 °C (García, 1989).
El tostador de laboratorio consta de un cilindro giratorio calentado mediante electricidad o a gas, que posee registradores de temperatura, en el cual el calor es suministrado por contacto con las superficies metálicas y por calentamiento indirecto a presión atmosférica con aire caliente. En este equipo se colocan muestras representativas y se somete a tostado por un tiempo y temperatura determinados hasta obtener las características del tostado (Prieto, 2002).
2.2.2. CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS DURANTE EL TOSTADO
Existen grandes diferencias entre el café tostado y el café verde, porque al sufrir este proceso, la composición del café se modifica en su estructura. Estas modificaciones pueden ser tanto físicas (volumen, densidad, color y dureza) como también cambios del tipo químico, que dan origen a las cualidades organolépticas del café (Prieto, 2002).
Los primeros cambios se presentan a los 50 °C en las capas superficiales. A los 100 °C el color verde del café comienza a cambiar a amarillo (Prieto, 2002); en éste momento el agua libre es vaporizada y ocurre un primer aumento de volumen de granos debido al ablandamiento de su estructura y a la presión de vapor interna (Basilio, 2004).
Alrededor de los 120 a 150 °C, el grano adquiere una coloración castaña que varía poco a poco a coloraciones pardas, acompañado de un aumento en el volumen; en este instante las reacciones endotérmicas alcanzan su punto máximo. Desde los 180 °C el aroma empieza a ser característico y a causa de la pirólisis entre carbohidratos y proteínas, aparecen productos gaseosos como CO2, CO y compuestos volátiles, causantes del aumento del volumen del grano, el cual comienza a tomar una coloración marrón debido a las reacciones de Maillard y la caramelización de azúcares (Prieto, 2002).
En ese momento, cuando los granos se hinchan y de la ranura brotan aceites volátiles, se inicia el rompimiento de la estructura celular de los mismos debido a sobrepresiones internas (crepitación) y se da la aparición plena del aroma del café (Flores, 2004), los que alcanzan su máximo alrededor de los 200 ºC. A esta temperatura el proceso es fuertemente exotérmico debido al calor de reacción dentro del grano, lo cual hace que éste alcance dicha temperatura; comienza alrededor de los
140-180 ºC y es acompañado por la dilatación del grano (Basilio, 2004), adquiriendo casi el doble del volumen que tenían al inicio del tostado (Figueroa, 1999).
Cuando se alcanza los 230 ºC, es momento de retirar el café del tostador;
en este punto los granos han desarrollado el color marrón oscuro (Flores, 2004). Por encima de esa temperatura ocurre un sobretostado, acentuándose el desprendimiento de humo, los granos se ennegrecen, el volumen ya no aumenta y en el peor de los casos se carbonizan, se hacen más quebradizos y el aroma desaparece (Prieto, 2002).
Al término del tostado, el café se transfiere a una superficie que facilita su enfriamiento rápido (Figueroa, 1999). Es necesario utilizar una corriente de aire frío que pasa a través de una malla (Prieto, 2002), que logra bajarle al grano la temperatura a niveles muy cercanos a la temperatura ambiente para que luego se almacene (Flores, 2004).
El café verde con aproximadamente 12% de humedad, luego del tostado sufre una pérdida de peso total entre 12 y 21% (Prieto, 2002).
El café tostado expuesto al aire y la humedad es susceptible a la oxidación de sus constituyentes, alterándose adversamente su aroma en forma rápida (Figueroa, 1999). Sin embargo, puede conservar las propiedades adquiridas en el tostado por varios días en recipientes cerrados, limpios y secos (Prieto, 2002).
2.2.3. COMPOSICIÓN PROXIMAL DEL CAFÉ TOSTADO
En la Tabla de Composición de Alimentos Industrializados se tiene establecido los siguientes valores: agua 1,3g, proteína 14,5g, grasa 15,4g, fibra 7,8g, ceniza 5,0g, carbohidratos 63,8g y energía 452kcal (Bejarano et al., 2002).
En investigaciones realizadas sobre la utilización de la cebada como sucedáneo del café, también se reporta la composición proximal del café tostado: humedad 2,04g, proteína 12,12g, grasa 13,61g, ceniza 4,39g, fibra 25,46g, y carbohidratos 67,84g (Solís, 2002).
El café tostado de la variedad Caturra contiene: humedad 4,38%, proteína 16,35%, extracto etéreo 10,47%, cenizas totales 5,56%, fibra bruta 26,58% y carbohidratos 63,24% (García, 1989).
2.3. COMPUESTOS FENÓLICOS
El término “compuestos fenólicos” engloba a todas aquellas sustancias que poseen varias funciones fenol, nombre común del hidroxibenceno, unidas a estructuras aromáticas o alifáticas (Gimeno, 2004). Los compuestos fenólicos o polifenoles constituyen un amplio grupo de sustancias químicas (Martínez- Valverde et al., 2000), con diferentes estructuras y actividad, englobando más de 8000 compuestos distintos (Oomah et al., 2005).
Los compuestos fenólicos tienen su origen en el mundo vegetal. Son los principales metabolitos secundarios de las plantas y su presencia en el reino animal se debe a la ingestión de éstas (Gimeno, 2004). Estos compuestos actúan en las plantas como agentes protectores frente a patógenos, siendo secretados como mecanismo de defensa a condiciones de estrés, tales como infecciones, radiaciones UV, entre otros (Muñoz et al., 2007).
Los polifenoles se encuentran naturalmente en alimentos y bebidas de origen vegetal. Ellos se relacionan directamente con algunas características de los alimentos como son el sabor, color, la palatabilidad y el valor nutricional (Padilla et al., 2008). Destacan entre esos alimentos los granos de café, soya, té verde y negro, vino tinto, cítricos (Martin, 2001), cacao, cebolla y aceite de oliva virgen (Gimeno, 2004).
2.3.1. COMPUESTOS FENÓLICOS COMO ANTIOXIDANTES
En estudios in vitro, muchos polifenoles naturales son mejores antioxidantes que las vitaminas E y C (Leighton y Urquiaga, 2000).
Un antioxidante se define como la sustancia capaz de retrasar o prevenir la oxidación de un sustrato. El tipo de sustratos susceptibles incluye prácticamente la totalidad de los alimentos (Murcia et al., 2003). Los antioxidantes son sustancias químicas que protegen el organismo de los radicales libres, moléculas altamente reactivas que pueden dañar el organismo a nivel celular (Padilla et al., 2008).
El problema para la salud ocurre cuando nuestro organismo tiene que soportar un exceso de radicales libres durante años, producidos por contaminantes externos provenientes de la contaminación atmosférica (Avello y Suwalsky, 2006), que adquirimos al exponernos al humo del tabaco o la radiación, entre otros, los que originan distintos tipos de radicales libres en el organismo (Svilaas, 2004).
El daño producido por los radicales libres puede aumentar el riesgo al desarrollo de cáncer, enfermedades cardiovasculares y otras degenerativas. Los antioxidantes desactivan los radicales libres, minimizando el daño y protegiendo el organismo de este tipo de enfermedades. Esto ha traído interés en los antioxidantes presentes de forma natural en la dieta humana (Padilla et al., 2008), que son preferidos por los consumidores debido a la actual preocupación por los efectos tóxicos y carcinogénicos de los que provienen de fuentes sintéticas (Kranl et. al, 2005).
Se han encontrado algunos antioxidantes fenólicos en el café, vino tinto y té. Por esta razón, la forma de suplir los antioxidantes para proteger al organismo del efecto oxidativo producido por los radicales libres es el consumo de alimentos ricos en vitaminas E, C, carotenoides y otras sustancias que tienen función antioxidante, tales como los compuestos fenólicos (Avello y Suwalsky, 2006).
2.3.2. CLASIFICACIÓN
Existen numerosas y amplias clasificaciones que agrupan el gran número de compuestos que han sido identificados hasta el momento, ya que el término “polifenol” va a comprender desde moléculas aromáticas simples hasta estructuras muy complicadas (Murcia et al., 2003).
Los tres grupos más importantes de compuestos fenólicos dietéticos, que están trascendiendo más por su presencia en los alimentos y sus implicaciones con la salud, son los flavonoides, los ácidos fenólicos y los taninos. Los flavonoides son el grupo más grande de fenoles vegetales y el más estudiado. Los ácidos fenólicos forman un grupo diverso que incluyen los derivados del ácido hidroxibenzoico y del ácido hidroxicinámico. Los polímeros fenólicos, conocidos como taninos, son compuestos de alto peso molecular (King y Young, 1999).
2.3.3. IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN
La diversidad de compuestos fenólicos dispersos en los tejidos vegetales, así como sus diferentes estructuras químicas, ha traído consigo la necesidad de desarrollar gran número de técnicas analíticas para su identificación y cuantificación. Numerosos métodos espectrofotométricos
han sido desarrollados para la determinación del contenido de compuestos fenólicos (Martínez-Valverde et al., 2000).
Entre este tipo de técnicas, uno de los métodos usados comúnmente para cuantificar todos los compuestos fenólicos extraíbles en alimentos, destaca el método espectrofotométrico usando el reactivo Folin- Ciocalteau para la cuantificación de polifenoles totales en alimentos vegetales y en bebidas (Martínez-Valverde et al., 2000). La absorbancia del color azul desarrollado se mide a 725nm. Los resultados se expresan en mg/100g muestra (Kuskoski et al., 2005), utilizando ácido clorogénico como estándar (Cevallos-Casals y Cisneros-Zevallos, 2002).
Posteriormente ha sido necesario recurrir a técnicas más precisas, como las cromatográficas, que permitan la identificación individualizada de cada uno de los polifenoles de interés (Martínez-Valverde et al., 2000).
2.3.4. COMPUESTOS FENÓLICOS DEL CAFÉ
El café es una mezcla química altamente compleja que contiene más de mil compuestos diferentes que incluyen hidratos de carbono, lípidos, compuestos nitrogenados, vitaminas, minerales y un alto contenido en compuestos fenólicos, la mayoría muy ligados a la salud humana, lo que constituye una fuente importante de compuestos antioxidantes de tipo fenólico (Tueros et al., 2007).
La cantidad de antioxidantes puede depender de la variedad de café verde, de su proceso de torrefacción y del modo de preparación. Al respecto, a principios de 2008 Nestlé lanzó al mercado español el primer café tostado con alto contenido en antioxidantes naturales, bajo la marca
“Bonka antiOX”, que contiene un 50% más de polifenoles de alta absorción por el organismo humano, gracias a un especial proceso de tueste que preserva los antioxidantes naturales del café. Una sola taza de café al día proporciona una cantidad de antioxidantes significativa (Romanillos, 2008).
Debido al alto contenido de polifenoles del café, éste actúa como agente preventivo frente a daños oxidativos (Sánchez-González et al., 2005), reduciendo el riesgo de ciertas enfermedades crónicas como el cáncer, diabetes tipo 2 y enfermedades hepáticas. Además, según recientes investigaciones, el café posee un impacto positivo sobre enfermedades
neurológicas degenerativas como el Parkinson o el Alzheimer. Por ello se recomienda el consumo de tres tazas al día para lograr buenos efectos sin causar problemas a la salud (Rivas, 2009).
En un estudio comparativo del contenido de polifenoles de refrescos de cola convencionales y light, también se evaluó el contenido de estos compuestos en café soluble de las principales marcas comercializadas en el mercado mexicano, presentando el producto de la marca “Nescafé”
21824,75ppm/100g (Pineda, 2005).
El café, como el té y el vino, contiene importantes antioxidantes fenólicos, tales como los ácidos clorogénico y cafeico (Gutiérrez, 2002).
Un estudio publicado con motivo del Congreso Anual de la Sociedad Norteamericana de Química en 2005, señala que el café pudiera considerarse como la primera fuente de antioxidantes, siendo el ácido clorogénico un potente antioxidante natural (De Pablo y Gotteland, 2007).
a) Ácido clorogénico
El café contiene una serie de ésteres fenólicos característicos denominados ácidos clorogénicos (Gutiérrez, 2002). El ácido clorogénico más abundante es el ácido 5-O-cafeolquínico, un éster formado entre el ácido quínico y el ácido cafeico (Olthof, 2003).
El ácido clorogénico (ACG) es el polifenol más destacado en el café y su contenido es variable. Los granos de café Robusta contienen del 7 al 10% de ACG, mientras que en el café Arábica ese contenido es un poco menor, del 5 al 7% (Martin, 2001).
En la figura 01, se muestra la estructura del ácido clorogénico:
Figura 01. Estructura del ácido clorogénico
En la Universidad de Costa Rica se desarrolló un método de análisis para la cuantificación de ácidos clorogénicos en café, determinando los siguientes valores: 7,22% en la variedad Catuaí y 7,36% tanto para la variedad Caturra como Etíope (Solís y Herrera, 2005).
En el café tostado su contenido es de 3,8%. Sin embargo, éste contenido es significativamente mayor en el café verde sin tostar, que contiene alrededor de 7% (De Pablo y Gotteland, 2007). Los ácidos clorogénicos se descomponen parcialmente (30-70%) durante el tostado (Gutiérrez, 2002). Aproximadamente la mitad de ACG que se pierde durante el tostado se transforma en fenoles de bajo peso molecular o ácido quínico libre, componente importante en el desarrollo del café tostado. Además, algunos productos de la fragmentación del ACG pueden volatilizarse junto con los gases del tostado (Basilio, 2004).
El ACG es precursor del sabor y de los pigmentos del café tostado, además presenta gran solubilidad en agua (Solís y Herrera, 2005).
Ha sido reportado que una taza de 200mL de café contiene un rango entre 15 y 325mg de ácido clorogénico (Olthof, 2003), según la composición y el método de preparación (Martin, 2001).
Los ácidos clorogénicos, que también se encuentran en frutas y verduras, son bien reconocidos como antioxidantes pudiendo ser en algunas circunstancias más potentes que los tocoferoles y el ácido ascórbico (De Pablo y Gotteland, 2007).
b) Otros compuestos
Dentro de las sustancias bioquímicamente activas, otro componente polifenólico que se encuentra en el café es el ácido cafeico, que actúa como antioxidante (Gutiérrez, 2002). Al medir la presencia de ácidos fenólicos en plasma luego de la ingestión de café se ha encontrado que éste contiene sólo ácido cafeico, vale decir la forma libre hidrolizada del ácido clorogénico, que es la forma esterificada o unida, asumiéndose que la hidrólisis del ácido clorogénico ocurre en la mucosa del tracto gastrointestinal. Esto se puede correlacionar con un aumento del potencial antioxidante del plasma luego de ingerir café (De Pablo y Gotteland, 2007).
En la figura 02, se representa la estructura del ácido cafeico:
Figura 02. Estructura del ácido cafeico
2.4. CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
La principal característica de un antioxidante es su capacidad de capturar radicales libres. Los radicales libres altamente reactivos están presentes en los sistemas biológicos dentro de una amplia variedad de fuentes. Los compuestos antioxidantes son secuestradores de radicales libres e inhiben los mecanismos oxidativos (Prakash, 2001).
La capacidad antioxidante es la capacidad acumulativa de los componentes de un alimento de atrapar radicales libres (De Pablo y Gotteland, 2007). Se considera como una estimación global de la capacidad antioxidante de un alimento (Arnao, 2001). La capacidad antioxidante es independiente de la actividad antioxidante de cualquier antioxidante presente en la mezcla. En el caso de la actividad antioxidante, ésta corresponde a la razón constante de un solo antioxidante en contra de un radical libre dado (Temoche, 2003).
La capacidad antioxidante ha sido expresada en varias formas debido a la gran diversidad de métodos empleados que proporcionan resultados numéricos difíciles de comparar (Martínez-Valverde et al., 2000). Para solventar este problema, habitualmente las mediciones se expresan usando Trolox, análogo hidrosoluble de la vitamina E, como medida estándar (Leighton y Urquiaga, 2000). El Trolox es un antioxidante sintético de referencia (Kuskoski et al., 2005).
Es necesario considerar que las determinaciones de la capacidad antioxidante realizadas in vitro nos dan sólo una idea aproximada de lo que ocurre en situaciones complejas in vivo. Por otra parte, la capacidad antioxidante de un alimento no está dada sólo por la suma de las capacidades antioxidantes de cada uno de sus componentes (Moyer et al., 2002), depende de la naturaleza y concentración de los antioxidantes presentes en él; también depende del microambiente en que se encuentra el compuesto (Pineda et al., 1999).
2.4.1. MÉTODOS PARA EVALUAR LA CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
Se han empleado distintos métodos para evaluar la capacidad antioxidante de mezclas complejas, extracto de tejidos o fluido biológico.
No existe un método único y los índices obtenidos para una muestra dependen del procedimiento utilizado para evaluarla (Leighton y Urquiaga, 2000).
Las características esenciales de cualquier prueba de evaluación de la capacidad antioxidante son un sustrato adecuado, en el cual pueda ser monitoreada la inhibición de la oxidación, un iniciador de la oxidación (radical libre) y la medición del punto final de la oxidación, lo cual se lleva a cabo por métodos químicos e instrumentales (Prakash, 2001).
La captación de radicales libres es el principal mecanismo de acción de los antioxidantes en los alimentos. Se han desarrollado muchos métodos en los que se mide la capacidad antioxidante a través de la captación de radicales libres sintéticos en solventes orgánicos polares, por ejemplo metanol, a temperatura ambiente. Los radicales usados son del tipo 2,2- difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH) y 2,2’-azinobis(3-etilbenzotiazolina-6-ácido sulfónico) (ABTS). Estos métodos pueden ser útiles para la búsqueda de nuevos antioxidantes (Pokorny et al., 2001).
a) Método DPPH
Es una de las estrategias más aplicadas en las medidas in vitro de la capacidad antioxidante de un compuesto, mezcla o alimento, que consiste en determinar la actividad del antioxidante frente a sustancias cromógenas de naturaleza radical (Kuskoski et al., 2005).
En este ensayo, los compuestos con actividad antioxidante reaccionan con el radical estable 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH) en una solución de metanol (Brand-Williams et al., 1995).
En el método DPPH se mide la captación de este radical a través de la disminución de la absorbancia, medida a 515nm, que se produce por reducción de un antioxidante. En la mayoría de casos, el método DPPH se ha usado para medir la captación de radicales después de 15 ó 30 minutos de iniciada la reacción (Pokorny et al., 2001).
El electrón desapareado en el radical libre DPPH da una máxima absorción a 515nm y es de color violeta. El color cambia de violeta
hacia naranja pálido, a medida que va reaccionando, cuando el electrón desapareado del radical DPPH consigue aparearse con un hidrógeno de un antioxidante para dar la forma reducida DPPH-H (Prakash, 2001).
El método DPPH permite expresar sus resultados utilizando curvas estándares, como por ejemplo, la curva del Trolox. Este método es de buena elección debido a su facilidad de uso y accesibilidad (Fernández-Pachón et al., 2006).
b) Otros métodos
Los objetivos de los diferentes métodos de medida son diversos.
Entre ellos señalamos la medida de la resistencia de un alimento a la oxidación, la evaluación cuantitativa del aporte en sustancias antioxidantes o la evaluación de la actividad antioxidante del plasma una vez ingerido el alimento (Frankel y Meyer, 2000).
Entre éstos, existen distintos métodos conocidos por sus siglas, por ejemplo: Capacidad de Absorbancia del Radical Oxígeno (ORAC), Parámetro Antioxidante de Tratamiento Total de Radicales (TRAP) y Potencia Antioxidante Reductora Férrica (FRAP) (De Pablo y Gotteland, 2007).
2.4.2. CAPACIDAD ANTIOXIDANTE DE LOS COMPUESTOS FENÓLICOS El efecto protector de los alimentos de origen vegetal se atribuye a diversos nutrientes y fitoquímicos con capacidad antioxidante. Las frutas y verduras contienen gran cantidad y variedad de antioxidantes naturales, por lo que tienen no sólo una alta capacidad antioxidante sino también una buena combinación de éstos. Sin embargo, el contenido de vitaminas C, E y carotenoides por sí solo no da cuenta de la capacidad antioxidante. Esto demuestra que otros antioxidantes, como los polifenoles, son co-responsables del efecto protector contra enfermedades (Pineda et al., 1999).
La capacidad antioxidante descrita para distintos polifenoles se puede considerar como la actividad biológica responsable del efecto preventivo que se les atribuye sobre determinadas enfermedades frecuentes en los países desarrollados como son las enfermedades cardiovasculares y el
cáncer (Zavaleta, 2005). Entre los compuestos fenólicos con una reconocida capacidad antioxidante destacan los flavonoides, ácidos fenólicos y taninos, los cuales constituyen la fracción polifenólica de una gran diversidad de alimentos (Martínez-Valverde et al., 2000).
Para que un compuesto fenólico sea calificado como antioxidante debe cumplir dos condiciones básicas. La primera es que cuando se encuentre en una concentración baja con relación al sustrato que va a ser oxidado, pueda retrasar, enlentecer o prevenir la oxidación mediada por un radical libre. La segunda es que el radical formado tras el secuestro sea estable y no pueda actuar en oxidaciones posteriores (Oomah et al., 2005). Las propiedades reductoras que contribuyen a la capacidad antioxidante están asociadas a los polifenoles que ejercen su acción a través del rompimiento de la reacción en cadena de radicales libres por donación de un átomo de hidrógeno (Fernández-Pachón et al., 2006).
El ensayo expresado en equivalentes Trolox, constituye uno de los métodos para evaluar la capacidad antioxidante de los compuestos fenólicos (Martínez-Valverde et al., 2000).
La capacidad antioxidante de un alimento se debe a la actividad antioxidante de sus diferentes compuestos, entre los cuales están los compuestos fenólicos (Repo y Encina, 2008). Varios autores también encontraron una potente capacidad antioxidante de los compuestos fenólicos contenidos en diversas plantas medicinales como el tamarindo, uña de gato, orégano, entre otras (Salgado y Menguan, 2000).
Se ha intentado relacionar la concentración de los compuestos fenólicos con la capacidad antioxidante, obteniendo coeficientes de correlación lineal elevados (r > 0,7000) en el caso de algunos compuestos. Sin embargo, la capacidad antioxidante está más relacionada con el conjunto de polifenoles que con algún compuesto de forma singular (Fernández- Pachón et al., 2006).
El tratamiento térmico disminuye en diferentes porcentajes la capacidad antioxidante, de acuerdo al tipo de alimento elaborado, siendo cercana a un 50%. Entre las explicaciones propuestas para este hecho, está la sensibilidad de los polifenoles a la temperatura de procesamiento (Araya et al., 2006).
2.4.3. CAPACIDAD ANTIOXIDANTE DEL CAFÉ
La capacidad antioxidante de los granos de café está ligada a la presencia de compuestos fenólicos en su composición y con las altas concentraciones de éstos, en particular de ácido clorogénico (De Pablo y Gotteland, 2007).
Se ha comprobado la capacidad antioxidante del café, que es bastante potente, en investigaciones donde emplearon las dos especies principales de café: Robusta y Arábica, concluyendo que el primero duplica la capacidad antioxidante del segundo, por su mayor contenido en ácido clorogénico (Gutiérrez, 2002). De hecho, el café verde tiene más sustancias polifenólicas implicadas en la capacidad antioxidante que las que se le atribuyen al té (López, 2008).
El tostado reduce la capacidad antioxidante del café si se compara con la del café verde, debido a la pérdida de compuestos polifenólicos, de proporción variable según el grado de tueste (Gutiérrez, 2002). Sin embargo, la capacidad antioxidante del café no sólo se debe a los compuestos fenólicos sino también a la presencia compuestos derivados del tostado (De Pablo y Gotteland, 2007). Es posible que otros compuestos que se forman durante el tostado, tales como las melanoidinas, también desempeñen un papel importante en la capacidad antioxidante del café (Martin, 2001).
Las melanoidinas son componentes poliméricos de alto peso molecular formados a través de la reacción de Maillard, que constituyen hasta el 25% de las materias en bebidas de café tostado. La reacción de Maillard es conocida también como un pardeamiento no enzimático; en la industria de alimentos es responsable de la formación del sabor, color y aroma. La cantidad de melanoidinas presentes en las bebidas del café aumenta con el incremento del tratamiento térmico (Miranda y Ventura, 2006). Estos polímeros proporcionan el color típico del café tostado (López, 2008).
El pardeamiento que se produce por la reacción de Maillard entre azúcares reductores y grupos amino libre, se ve favorecido por las altas temperaturas de tostado (Basilio, 2004). Además, los compuestos fenólicos pueden actuar como reactantes en la reacción de Maillard dando lugar a la formación de productos marrones como consecuencia
de un intenso tratamiento térmico, los cuales exhiben gran capacidad antioxidante (Ríos, 2003).
El café presenta una capacidad antioxidante hasta 10 veces superior a la que poseen otras bebidas como el vino tinto o el té (López, 2008).
Un estudio realizado para comparar la capacidad antioxidante de más de 30 bebidas consumidas en Europa, expresada en mmol Trolox/L, indica que las bebidas de café (café expreso 36,5, café italiano 30,3 y café soluble 32,5) contienen la capacidad antioxidante más elevada, incluso superior a la del vino tinto 12,1, té verde 6,01 o zumo de naranja 3,02 (Tueros et al., 2007).
En otro estudio que evaluó la capacidad antioxidante de diferentes bebidas no alcohólicas que contienen polifenoles, más comunes en Cuba, se encontró un orden decreciente dado por: café soluble >
chocolate > té verde > té negro, que también coloca al café en un sitio privilegiado (Gutiérrez, 2002).
Utilizando distintas técnicas de determinación de la capacidad antioxidante, el café aparece como el mayor contribuyente a la ingesta total diaria de antioxidantes en adultos noruegos y la mayor fuente de antioxidantes en bebidas de la dieta española e italiana. En una lista de 1113 alimentos consumidos en Estados Unidos, el café preparado estaba dentro de los 50 más ricos en antioxidantes y en el sexto lugar en cuanto al aporte de antioxidante por porción de consumo (250mL). Todo esto convierte al café en una fuente dietaria de antioxidantes de carácter único con un perfil muy propio y específico, con alta capacidad antioxidante (De Pablo y Gotteland, 2007).
2.5. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Un trabajo de investigación que evaluó la influencia del tipo de cocción en el contenido de fracción indigestible y compuestos fenólicos en 4 variedades de frijol, debido a que su procesamiento puede conllevar a la pérdida parcial o total de antioxidantes y otros nutrientes, y por ende el poder benéfico del alimento, concluye que el hervor prolongado por 90 minutos a presión atmosférica fue el mejor método en los frijoles Rojizo y Caraotas negras, ya que conservó mayor capacidad antioxidante (1453,11 y 1008,46µg Trolox/g) y cantidad de compuestos fenólicos (75,74 y 57,76mg Ácido Gálico/100g) (Huamán, 2006).
El estudio del contenido de compuestos fenólicos y de la capacidad antioxidante en hojas de yacón y del efecto de la deshidratación en su estabilidad, que se realizó para promover el aprovechamiento integral del cultivo mediante el consumo de hojas de esta planta en forma de infusión, determinó que no existen diferencias significativas entre el control y el producto liofilizado, obteniendo valores de compuestos fenólicos totales y capacidad antioxidante con los más altos porcentajes de retención (95,66 y 97,73%) (Loayza, 2006).
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III. MATERIAL Y MÉTODOS
3.1. LUGAR DE EJECUCIÓN
El trabajo de investigación se llevó a cabo en las instalaciones de la Estación Experimental Agraria Satipo – UNCP, Laboratorio de Catación de Cáritas Satipo- Atalaya y Laboratorio de Análisis Químico de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Agraria La Molina – Lima.
3.2. MATERIALES
3.2.1. Materia Prima
Se utilizó cerezos de café (Coffea arabica L.) de dos variedades:
Caturra rojo, procedente del Fundo Orgánico “Dos Aguas”, ubicado a una altitud de 1400 m.s.n.m., en el Centro Poblado Alto Villa Victoria del Distrito de Río Negro – Satipo.
Catimor, procedente del Fundo Ecológico “Virgen de Cocharcas”, ubicado a una altitud de 1200 m.s.n.m., en el Centro Poblado Pampa Mandarina del Distrito de Pampa Hermosa – Satipo.
3.2.2. Equipos
a) Equipos de beneficio húmedo
Despulpadora de tambor horizontal GRANEX, motor de 5,5 HP
Balanza electrónica CLEVER, peso máx. 30 Kg/peso min. 100g, precisión 5g
Balanza de plataforma DINAMIC, capacidad máx. 1000 Kg/
capacidad min. 200g
Balanza ATLAS, capacidad máx. 10 Kg/capacidad min. 25g
Medidor de humedad GEOLE 400, graduación 0,2%
Tanque de cemento
Tendal de cemento
b) Equipos de tostado
Piladora-pulidora para laboratorio IMSA, cap. 500g, 1740rpm, Kw 2HP
Clasificadora de granos IMSA, cap. 1-3Kg, 1740rpm, Kw 2HP
Tostadora de laboratorio IMSA, cap. 300g, 1160-1740rpm, Kw 0,75-0,5HP
Balanza electrónica OHAUS, cap. 2000g, precisión 0.1g.
Medidor de humedad electrónico BURROWS, modelo DMC500, graduación 0,1%
c) Equipos de laboratorio
Balanza analítica digital OHAUS, cap. 210g, precisión 0,0001 g
Balanza electrónica ACCULAB, cap. 3100g, precisión 0,1g
Espectrofotómetro UV-VIS GENESYS, 200-1100nm
Centrífuga HETTICH, modelo MIKRO 22R, máx. 6000rpm
Estufa MEMMERT, 0-300 ºC
Mufla RELLES, 0-1000 ºC
Cocina de digestión GERHARDT
Equipo de destilación semi-micro Kjeldahl PIREX
Extractor Soxhlet PIREX
Equipo de extracción de fibra cruda GERHARDT
Refrigerador DAEWOO ELECTRONICS, modelo FR-300S, 13 pie3
Agitador magnético VORTEX, 200-2500rpm
Campana extractora
Molino de martillos de acero inoxidable TRAPRO
Picadora-rebanadora MOUILEX, 750w.
3.2.3. Materiales
Probetas 50, 100 y 500mL
Vasos de precipitación 50, 100, 250 y 500mL
Balones de digestión 100mL
Fiolas 10, 25, 50, 100, 200, 250, 500 y 1000mL
Pipetas graduadas 5, 10 y 25mL
Micropipetas 10-1000μL
Bureta de enrase 10mL
Matraces Erlenmeyer 250mL
Termómetro de 0-250 °C
Desecador
Placas de metal
Crisoles de porcelana
Celdas de cuarzo
Tubos Falcon 20mL
Tubos de plástico 15mL con tapa
Tubos de ensayo
Embudos de vidrio
Pizetas
Varillas
Peras de succión
Pinzas de metal
Espátulas
Gradillas
Soporte universal
Frascos ámbar 50 y 100mL
Jeringa 5mL
Papel aluminio, Whatman #42, filtro rugoso, sedita y tissue
Cronómetro
Cuchara de acero inoxidable
Cucharones de aluminio
Recipientes de tecnopor
Bolsas de polipropileno
Frascos de vidrio con tapa
Bolsas de papel
Cestos
Rastrillo de madera
Costales de yute
3.2.4. Reactivos
Ácido sulfúrico concentrado y al 1,25%, MERCK
Ácido clorhídrico 0,05N, MERCK
Hidróxido de sodio 0,1N y al 1,25%, MERCK
Éter de petróleo, MERCK
Indicador de fenolftaleína al 1%, RIEDEL
Indicador de anaranjado de metilo, J.T. BAKER
Sulfato de potasio, SIGMA
Sulfato de cobre, SIGMA
Ácido bórico, MERCK
Rojo de metilo, RIEDEL
Verde de bromocresol, RIEDEL
Metanol absoluto, FERMONT
Folin-Ciocalteau 0,25N, SIGMA
Carbonato de sodio 1N, MERCK
DPPH (2,2 difenil-1-picrilhidrazilo), SIGMA
Agua destilada
3.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS
Se realizó en los granos de café verde y tostado, mediante los análisis descritos a continuación:
3.3.1. Análisis proximal
a) Humedad: Método gravimétrico basado en la pérdida de peso de una muestra sometida en la estufa a 105 °C por 24 horas hasta obtener peso constante (AOAC, 2005).
b) Cenizas totales: Por incineración de la muestra en la mufla a 600º C durante 6 horas (AOAC, 2005).
c) Grasa cruda: Método Soxhelt, usando solventes orgánicos (éter o hexano) para extraer la grasa de una muestra previamente desecada. El solvente se elimina por evaporación (AOAC, 2005).
d) Proteína cruda: Método semi-micro Kjendahl, utilizando el factor de conversión 6,25 para llevar el contenido de nitrógeno a proteína total (AOAC, 2005).
e) Fibra cruda: Por hidrólisis ácida y alcalina en caliente de una muestra previamente desengrasada. El residuo es secado, pesado, calcinado y pesado (AOAC, 2005).
f) Carbohidratos: Por diferencia, sustrayendo de 100 la suma de humedad, cenizas, grasa y proteína (Bejarano et al., 2002).
g) Energía total: Por cálculo, multiplicando los contenidos de proteína, grasa y carbohidratos, por sus factores (4kcal/g de proteína, 9kcal/g de grasa y 4kcal/g de carbohidratos), para obtener la suma de los productos (Bejarano et al., 2002).
3.3.2. Análisis químicos
a) Cuantificación de Compuestos Fenólicos: Método de Swain y Hillis (1959) modificado por Cevallos-Casals y Cisneros-Zevallos (2002), utilizando el reactivo Folin-Ciocalteau. La lectura de absorbancias se registró a una longitud de onda de 725nm. Los resultados se expresaron en mg Ácido Clorogénico/100g muestra, tomando como base una curva estándar de Ácido Clorogénico.
b) Determinación de la Capacidad Antioxidante: Método de Brand- Williams et al. (1995) adaptado por Anocha et al. (1998), utilizando el reactivo DPPH (2,2 difenil-1-picrilhidrazilo). La lectura de absorbancias se registró a una longitud de onda de 515nm. Los resultados fueron expresados en µg Trolox/g muestra, tomando como base una curva estándar de Trolox.
3.4. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
La obtención de los granos de café verde y tostado se realizó en dos etapas:
3.4.1. Proceso de beneficio húmedo
a) Cosecha y Recepción.- La cosecha de los cerezos de café se realizó manualmente, cogiendo sólo frutos maduros y colocándolos en cestos, para luego transportarlos al lugar donde se realizó el proceso de beneficio húmedo. En la recepción, se pesó la cantidad de café cerezo de ambas variedades: Caturra rojo 25,200kg y Catimor 26,050kg.
b) Selección.- Se llevó a cabo por flotación en un tanque de cemento con agua, para separar los cerezos dañados (frutos enfermos, sobremaduros y secos), hojas, ramillas, piedras u otras impurezas.
Se realizó antes que el fruto llegue a la despulpadora.
c) Despulpado.- Consistió en separar la cubierta externa o epicarpio de los granos de café. Para esta operación se empleó una despulpadora de tambor horizontal, utilizando agua.
d) Fermentado.- Se realizó para que la capa de mucílago adherida a los granos sea descompuesta mediante la acción de enzimas naturales, colocando en ruma los granos despulpados dentro de un tanque de cemento donde permanecieron durante 20 horas a 28 ºC (temperatura interna de la masa de café).
e) Lavado.- Se llevó a cabo para eliminar totalmente los restos de mucílago fermentado. El lavado de los granos fue con abundante agua corriente en un tanque lavadero, cambiando el agua 3 veces como mínimo.
f) Secado.- Esta operación fue realizada con el propósito de reducir la humedad del grano al 10-12% para evitar su alteración por microorganismos. El secado solar se llevó a cabo durante 27 horas a 27 °C (Caturra rojo) y 23 horas a 28 ºC (Catimor), extendiendo los granos sobre un tendal de cemento y removiendo varias veces al día para lograr un secado uniforme. Mediante el empleo de un medidor de humedad se determinó el punto final del secado.
g) Almacenado.- Se obtuvo las siguientes cantidades de café pergamino: 4,710kg (Caturra rojo) y 4,840kg (Catimor). Los granos de cada variedad fueron almacenados en sacos de yute, sobre un entarimado de madera en un lugar con techo, ventilado y limpio, para las posteriores pruebas de tostado.
En la figura 03, se muestra el diagrama de flujo para el proceso de beneficio húmedo.
3.4.2. Tostado
a) Pilado-Pulido.- Estas operaciones se efectuaron simultáneamente con la piladora-pulidora mecánica para cada variedad de café, donde bajo las acciones combinadas de presión y fricción, las envolturas del grano (pergamino y película plateada) se rompen, fragmentan y son expulsadas por un ventilador.
b) Clasificación.- El café verde de ambas variedades aún contenía impurezas y una proporción variable de granos defectuosos o indeseables. Por lo tanto, se clasificó por tamaño, usando tamices de perforación circular. Los granos retenidos en el tamiz N° 15 de diámetro (mm) 6,00 ±0,08 fueron destinados al tostado. Estos granos
Cerezos maduros de café
Frutos dañados e impurezas
Cubierta externa
T°: 28 ºC Θ: 20h
Restos de mucílago
T°: 27 ºC, Θ: 27h (Caturra rojo) T°: 28 ºC, Θ: 23h (Catimor)
Saco de yute
presentaron la característica de estar libre de defectos e impurezas como fragmentos de pergamino.
c) Tostado.- Para realizar esta operación previamente se pesó por triplicado 300g de café verde de las variedades Caturra rojo y Catimor, respectivamente. El tostado se llevó a cabo a 190, 200 y 210 °C, durante 10 minutos por cada temperatura y variedad en estudio.
d) Enfriado.- Inmediatamente después del tostado se dejó enfriar los granos de café a temperatura ambiente durante 10-12 minutos, incorporando un flujo de aire del ventilador de la tostadora.
e) Envasado.- Se obtuvo cantidades variables de café tostado, Caturra rojo (a) y Catimor (b), de acuerdo a las temperaturas que se aplicó:
190 °C (a) 252,5g (b) 253,6g, 200 °C (a) 221,9g (b) 246,4g y 210 °C (a) 233,8g (b) 224,8g. Los granos fueron envasados en frascos de vidrio con tapa, siendo éstos colocados en bolsas de papel, para luego ser sometidos a los análisis de laboratorio.
En la figura 04, se aprecia el diagrama de flujo que se siguió para el tostado.
Figura 03. Diagrama de flujo para el proceso de beneficio húmedo
COSECHA Y
RECEPCIÓN
DESPULPADO
FERMENTADO
LAVADO
SECADO SELECCIÓN
ALMACENADO
Humedad 12%
Pergamino y película plateada
Tamiz N° 15
T°:190, 200 y 210 °C Θ: 10 min
T°: ambiente Θ: 10-12 min
Frascos de vidrio con tapa dentro de bolsas de papel
Saco de yute Figura 04. Diagrama de flujo para el tostado
3.5. VARIABLES DE ESTUDIO
3.5.1. Variables independientes Factor A: Variedades de café a1: Caturra rojo
a2: Catimor
Factor B: Temperaturas de tostado b1: 190 ºC
b2: 200 ºC b3: 210 ºC
3.5.2. Variables dependientes
Contenido de compuestos fenólicos
Capacidad antioxidante
3.6. DISEÑO ESTADÍSTICO
Para la evaluación de la influencia del tostado en los compuestos fenólicos y capacidad antioxidante de granos de café, se utilizó el Diseño Completamente al Azar (DCA) con arreglo factorial 2x3 con 3 repeticiones. Para la comparación de
Café pergamino
Café verde
Café tostado PILADO-PULIDO
CLASIFICACIÓN
TOSTADO
ENFRIADO
ENVASADO
medias de los tratamientos se empleó la prueba de Duncan al 1% de nivel de significación pues a este nivel los resultados son mucho más confiables.
Para determinar la relación entre el contenido de compuestos fenólicos y la capacidad antioxidante, se realizó el análisis de regresión lineal simple y correlación de variables.
Los datos obtenidos fueron analizados mediante los programas Statgraphics Centurion y Microsoft Office Excel 2007.
3.7. MODELO MATEMÁTICO Modelo aditivo lineal:
Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij +
ε
ijkDonde:
Yijk = Cualquier observación del contenido de compuestos fenólicos y capacidad antioxidante
µ = Media poblacional
Ai = Efecto del i-ésimo nivel de variedad de café Bj = Efecto del j-ésimo nivel de temperatura de tostado
(AB)ij = Efecto de las interacciones de variedad de café y temperatura de tostado
ε
ijk = Error aleatorio del experimentoFrutos dañados e impurezas
0,600 kg Cubierta externa
10,470 kg
28 ºC x 20h
Restos de mucílago 2,030 kg
27 ºC x 27h
Saco de yute 1
2 3 4 5 6
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. PROCESO DE BENEFICIO HÚMEDO
En la figura 05, se muestra el balance de materia para el proceso de beneficio húmedo del café de la variedad Caturra rojo, y en la figura 06, se observa el balance de materia para el proceso de beneficio húmedo del café de la variedad Catimor.
Figura 05. Balance de materia para el proceso de beneficio húmedo del café (Variedad Caturra rojo)
Rendimiento:
η = (4,710 kg/25,200 kg) x 100%
η = 18,69%
25,200 kg
24,600 kg
14,130 kg
12,695 kg
10,665 kg
4,710 kg
COSECHA Y RECEPCIÓN
DESPULPADO
FERMENTADO
LAVADO
SECADO SELECCIÓN
ALMACENADO
