UNIVERSIDAD ESTATAL DE BOLÍVAR FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS, RECURSOS NATURALES Y DEL AMBIENTE CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL TEMA: “CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL CAFÉ (Coffea canephora Pierre et Froehner) VARIEDAD ROBUSTA, CULTIVADA EN LOS CANTONES CALUMA Y ECHEANDÍA – PROVINCIA BOLÍVAR” Proyecto de Investigación previo a la obtención del Título de Ingeniera Agroindustrial, otorgado por la Universidad Estatal de Bolívar, a través de la Facultad de Ciencias Agropecuarias, Recursos Naturales y del Ambiente, Carrera de Ingeniería Agroindustrial AUTORAS: MAYRA MAGALY MAYORGA VERGARA MERCEDES MARIELA LLANOS GARCÍA DIRECTOR: ING. JUAN GAIBOR. MSc. GUARANDA – ECUADOR MAYO 2017 I TEMA: “CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL CAFÉ (Coffea canephora Pierre et Froehner) VARIEDAD ROBUSTA, CULTIVADA EN LOS CANTONES CALUMA Y ECHEANDÍA – PROVINCIA BOLÍVAR”. REVISADO Y APROBADO POR: ______________________________________ ING. JUAN GAIBOR CHÁVEZ MSc. DIRECTOR ______________________________________ ING. MARCELO GARCIA MUÑOZ. MSc. BIOMETRISTA ______________________________________ Dr. C. OLMEDO ZAPATA ILLANES. PhD ÁREA DE REDACCIÓN TÉCNICA II CERTIFICACIÓN DE AUTORÍA Yo, MAYORGA VERGARA MAYRA MAGALY con C.I. 120747439-4 y LLANOS GARCÍA MERCEDES MARIELA con C.I. 020220152-1, declaramos que el trabajo y los resultados presentados en este informe, no han sido presentado para ningun grado o calificación profesional; y, que las referencias bibliográficas que se incluyen han sido consultadas y citadas con su respectivo autor(es). La Universidad Estatal de Bolívar, puede hacer uso de los derechos de publicación correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, su Reglamentación y la Normativa Institucional vigente. _______________________________ _______________________________ AUTORA MAYRA MAGALY MAYORGA VERGARA C.I. 120747439-4 AUTORA MERCEDES MARIELA LLANOS GARCÍA C.I. 020220152-1 ______________________________ ING. JUAN GAIBOR CHÁVEZ MSc. C.I 0201051687 DIRECTOR _______________________________ Dr. C. OLMEDO ZAPATA ILLANES. PhD C.I 0200574515 ÁREA DE REDACCIÓN TÉCNICA III DEDICATORIA A Dios, por permitir conseguir mis objetivos, brindándome la salud con su infinito amor y bondad. A mi madre GLORIA ELISA VERGARA, por su apoyo incondicional, por enseñarme sus valores, consejos, motivándome a seguir siempre hacia adelante sin rendirme; permitiéndome ser una mujer de bien ante la sociedad. A mi padre PEDRO PABLO MAYORGA, que me a infundado la constancia y carácter para no rendirme ante cualquier adversidad. A mis hermanos; Pablo, Alfredo, Silvia, Marcia, María, que a pesar de la distancia siempre han estado pendientes de cada paso que doy; que de una u otra forma han sido participes en mi formación académica, colaborándome con su granito de arena para sobresalir ante las adversidades que se presenta en el camino. A mis tíos; Beatriz Vergara y Cesar Guevara, por brindarme sus consejos y motivación en mi formación académica y personal. Mayra Magaly IV DEDICATORIA A Dios, por proporcionarme salud y vida; mil gracias por darme la dicha de tener con vida a mis padres Teresa García y Ángel Llanos, que son la razón de mi superación enseñándome que cada problema que se presenta en mi vida no es un obstáculo si no una razón más para continuar luchando por cada sueño y no desmayar en el intento. A mi madre Teresa García, que ha sido un pilar fundamental en mi vida, inculcándome buenos valores, que me ha permitido ser una persona de bien y sobre todo mil gracias por estar ahí en los buenos y malos momentos motivándome a seguir adelante. A mis hermanos Andrés Llanos y Joel Llanos, por brindarme una mano en los momentos que más lo necesita, les doy las gracias por estar presentes conmigo en las adversidades que se presentaron en el transcurso de mi vida. A mis tíos Wilson García y Mélida García, quienes fueron un apoyo muy importante en el lapso de mi vida personal y estudiantil, por brindarme su apoyo incondicional. A mi hija Angelina, que es el motor de mi vida, le doy gracias a Dios, por darme la oportunidad de conocer el verdadero amor, a mi princesa le dedico todas las bendiciones que están por llegar a nuestras vidas. A Klever Castro, que ocupa un lugar muy importante en mi vida y en mi corazón, le doy las gracias por estar conmigo en los buenos y malos momentos apoyándome incondicionalmente. Mercedes Mariela V AGRADECIMIENTO Agradezco a Dios por guiarme y darme la fortaleza en cada paso que doy, a mi madre GLORIA ELISA VERGARA y a mi padre PEDRO PABLO MAYORGA que hoy en vida no se encuentra entre nosotros; los cuales me han brindado su apoyo incondicional; velando por mi bienestar estudiantil y personal, gracias a sus consejos y dedicación que han puesto en mí he logrado estar donde estoy. A los docentes que conforman la Escuela de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Estatal de Bolívar, por impartir sus conocimientos y experiencias para formarnos como personas excelentes en la vida profesional; en especial al Ing. Juan Gaibor en calidad de Director del proyecto de investigación quien ha sido mi guía para culminar y lograr alcanzar los objetivos de este trabajo, al Lcdo. Fabián Montes y la Blga. Isabel Paredes que siempre han estado prestos en colaborarme con alguna inquietud en el laboratorio. A los miembros del tribunal: Ing. Juan Gaibor, Director; Ing. Marcelo García, Biometrista y PhD. Olmedo Zapata, Área de Redacción Técnica, que permitieron dar el realce y apertura para culminar con el proyecto de investigación. A Mercedes Llanos; quien durante estos cinco años de formación académica me acompañado en la realización del proyecto de investigación para alcanzar la meta propuesta. Además, siendo amiga de confianza, lo que ha hecho más fácil sobrellevar los inconvenientes que se han presentado en el camino. Mayra Magaly VI AGRADECIMIENTO A Dios, por bendecirme y guiarme llevándome por el camino de bien, le doy mil gracias por cada bendición que llega a mi vida. A mi Madre Teresa García, quien ha dedicado su apoyo económico y moral, ofreciendo su amor, su paciencia, le estaré eternamente agradecida, ya que sin ella no sería posible que cumpla mis metas y que me convierta en una persona de bien útil para la Sociedad. A los todos los docentes de la Escuela de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Estatal de Bolívar; les agradezco por compartirme sus valiosos conocimientos; los mismos que me servirán para poner en práctica en la vida profesional. A los miembros del tribunal de manera especial al Ing. Juan Gaibor Chávez, Director del Proyecto de investigación, quien ha sabido guiarme en cada uno de los procesos académicos, realizando las gestiones necesarias con el fin de hacer posible la realización del presente trabajo; Ing. Marcelo García, Biometrista y PhD. Olmedo Zapata, Área de Redacción Técnica, por colaborar con sus valiosos conocimientos, tiempo y por ayudarnos con las tramites necesarias para que se lleve a cabo este proyecto de investigación. Al Lic. Fabián Montes y Blga. Isabel Paredes, por facilitarme los materiales y equipos necesarios del laboratorio para llevar a cabo los respectivos análisis; mil gracias por ofrecerme sus valiosos conocimientos e experiencia. A Mayra Mayorga, compañera y amiga en el transcurso de los cinco años de vida estudiantil, y con quien he desarrollado el proyecto de investigación, le agradezco por compartir buenos y malos momentos, quien ha hecho que el camino recorrido sea más amigable en cada uno de los procesos que nos ha tocado realizar juntas y así lograr que este sueño se haga realidad. Mercedes Mariela VII ÍNDICE DE CONTENIDOS N° CONTENIDO PAG. TEMA ............................................................................................................. I DECLARACIÓN ........................................................................................... II CERTIFICACIÓN DE AUTORÍA ............................................................. III AGRADECIMIENTO ................................................................................... V ÍNDICE DE CONTENIDOS ...................................................................... VII ÍNDICE DE CUADROS .......................................................................... XIV ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................. XIV ÍNDICE DE GRÁFICOS .......................................................................... XIX ÍNDICE DE ANEXOS ............................................................................ XXII I. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1 II. PROBLEMA. .............................................................................................. 4 2.1 Planteamiento del problema .............................................................................. 4 2.2 Formulación del problema ................................................................................ 6 2.3 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 6 III. MARCO TEÓRICO ................................................................................... 7 3.1 GENERALIDADES DEL CAFÉ ..................................................................... 7 3.1.1 Café (Coffea) .................................................................................................. 7 3.1.2 Origen e Historia ............................................................................................ 8 3.1.3 Taxonomía...................................................................................................... 8 3.1.4 Morfología del café ........................................................................................ 9 3.1.4.1 La raíz…...................................................................................................... 9 3.1.4.2 Tallo principal ............................................................................................. 9 3.1.4.3 Yemas seriadas .......................................................................................... 10 3.1.4.4 Ramas primarias ........................................................................................ 10 VIII 3.1.4.5 Hojas…… ................................................................................................. 11 3.1.4.6 Flores….. ................................................................................................... 11 3.1.4.7 Fruto……. ................................................................................................. 12 3.1.4.8 Semilla.. ........................................................ ……………………………12 3.2 Produccion del café ......................................................................................... 13 3.2.1 Producción Mundial ..................................................................................... 13 3.2.2 Producción Nacional ................................................................................... 15 3.2.2.1 Zonas cafetaleras del Ecuador ................................................................... 15 3.3.3 Producción Regional .................................................................................... 18 3.3.4 Producción Local ......................................................................................... 18 3.4 Variedades del café en el Ecuador .................................................................. 19 3.4.1 Café Arábigo (Coffea arabica L.) ................................................................ 20 3.4.2 Café Robusta (Coffea canephora Pierre et Froehner) ................................ 20 3.5 Cosecha de Café .............................................................................................. 21 3.5.1 Manejo de Poscosecha ................................................................................. 21 3.6 Industrialización y proceso productivo del café .............................................. 22 3.6.1 Introducción al proceso del café .................................................................. 22 3.6.2 Recepción y almacenamiento del café en grano .......................................... 22 3.6.3 Limpieza del café en grano .......................................................................... 22 3.6.4 Tostado y Molido del café en grano ............................................................. 23 3.6.5 Envasado del café ......................................................................................... 23 3.6.6 Conservación y Almacenaje ......................................................................... 24 3.7 Propiedades Físicas del Café ........................................................................... 24 3.7.1 Humedad… .................................................................................................. 24 3.7.2 Tamaño… ..................................................................................................... 24 3.7.3 Defectos Físicos del Café Verde .................................................................. 25 IX 3.7.4 Densidad de los Granos ................................................................................ 25 3.8 Composición Químicas del café...................................................................... 26 3.8.1 Cafeína…. .................................................................................................... 26 3.8.2 Volátiles… ................................................................................................... 27 3.8.2.1 Los volátiles en el café verde .................................................................... 27 3.8.3 Lípidos….. ................................................................................................... 29 3.8.4 Carbohidratos ............................................................................................... 29 3.8.5 Los aminoácidos y proteínas ........................................................................ 30 3.8.6 Minerales… .................................................................................................. 30 3.8.7 Compuestos nitrogenados ............................................................................ 30 3.8.8 Polifenoles ................................................................................................... 30 3.9 Características organolépticas del café ........................................................... 31 3.9.1 Color de los Granos ...................................................................................... 31 3.9.2 Olor del Café Verde ..................................................................................... 32 3.10 Consumo del café .......................................................................................... 32 3.10.1 Aspectos Nutricionales............................................................................... 32 3.11 Metodología para determinar la composicion fisico quimica del café ......... 32 3.11.1 Metodología para determinar compuestos volátiles en café ..................... 34 3.11.1.1 Destilación simultánea liquido-liquido (DS-LL) para la extracción de compuestos volátiles ................................................................... 34 3.11.2 Metodología para determinar el contenido de cafeina en café ................... 35 3.11.2.1. Extracción de Cafeína liquido- líquido .................................................. 35 3.11.2.2. Disolvente para la extracción de la Cafeína ........................................... 36 3.11.2.3. Filtración ................................................................................................ 37 3.11.2.4. Evaporación............................................................................................ 37 3.12 Plan Nacional del Buen Vivir ....................................................................... 38 X 3.12.1 Impulsar la transformación de la matriz productiva .................................. 38 3.12.2 Promover la intensidad tecnológica en la producción primaria, de bienes intermedios y finales. .................................................................. 38 IV. MARCO METODOLÓGICO ................................................................ 40 4.1 MATERIALES: .............................................................................................. 40 4.1.1 Localización de la investigación .................................................................. 40 4.1.2 Zona de vida. ................................................................................................ 44 4.1.3 Material experimental .................................................................................. 44 4.1.4 Materiales de campo .................................................................................... 44 4.1.5 Reactivos.. .................................................................................................... 45 4.1.6 Material de oficina ....................................................................................... 45 4.2 MÉTODOS.. ................................................................................................... 46 4.2.1 Factores de estudio ....................................................................................... 46 4.2.2 Tipo de diseño experimental o estadístico ................................................... 46 4.2.3 Descripción de las características del Experimento ..................................... 46 4.2.5 Método de Tukey ......................................................................................... 47 4.2.6 PROCEDIMIENTO ..................................................................................... 48 4.2.6.1 Preparación de la muestra para el análisis de laboratorio ......................... 48 4.2.7 TIPO DE ANÁLISIS ................................................................................... 49 4.2.7.1 Análisis químicos ...................................................................................... 49 4.2.7.2 Análisis físicos .......................................................................................... 49 4.2.8 Métodos de evaluación y datos tomados ...................................................... 49 4.2.8.1 Clasificación de algunos defectos físicos del grano café robusta cereza .. 49 4.2.8.1.1 Color.. ..................................................................................................... 49 4.2.8.1.2. Tamaño de los granos ........................................................................... 49 4.2.8.2. Identificación de las principales propiedades físicas ............................... 49 XI 4.2.8.2.1. Humedad ............................................................................................... 49 4.2.8.3. Identificación de los principales compuestos químicos ........................... 49 4.2.8.3.1. Cenizas .................................................................................................. 49 4.2.8.3.2. Cafeína .................................................................................................. 49 4.2.8.3.3. Volátiles ................................................................................................ 50 4.2.9 MANEJO DEL EXPERIMENTO................................................................ 50 4.2.9.1 Registro de propiedades físicas y valoraciones de los granos defectuosos del café robusta recolectadas en los Cantones de Echeandia y Caluma. .............. 50 4.2.9.2 Determinación del porcentaje (%) de humedad en el café Robusta en estado natural en los Cantones Echeandia y Caluma basándose en la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 0286 (2013)........................................ 50 4.2.9.3 Determinación del porcentaje (%) de cenizas en el café Robusta en estado natural, tostado y molido de los Cantones Echeandia y Caluma basándose en la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2679:2013 .......................... 53 4.2.9.4 Tostado y molido del café robusta de una manera tradicional .................. 54 4.2.9.5 Determinación del porcentaje (%) de humedad en el café robusta tostado y molido en los Cantones Echeandia y Caluma utilizando la Balanza Mettler Toledo. .................................................................................................................. 54 4.2.9.6 Destilación simultanea líquido - líquido (DSLL) para la extracción de compuestos volátiles ............................................................................................. 55 4.2.9.6.1 Diagrama de proceso para la extracción de compuestos volátiles en café robusta tostado y molido ....................................................................................... 56 4.2.9.7 Extracción de Cafeína utilizando el método de reflujo (Soxhlet) ............. 57 4.2.9.7.1 Diagrama de proceso para la extracción de cafeína en café robusta tostado y molido .................................................................................................... 59 4.2.9.7.2 Preparación de la solución patrón “A” ................................................... 60 4.2.9.7.3 Preparación de las diferentes disoluciones a partir de la solución “B” .. 60 XII 4.2.9.7.4 Metodología para determinar cafeína por cromatografía liquida de ultra alta presión (UHPLC) ........................................................................................... 60 4.2.9.8 Metodología para determinar compuestos volátiles por Espectrómetro de Infrarrojo FTIR Spectrum 400 .............................................................................. 62 V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................ 63 5.1. Resultados obtenidos de las propiedades físicas del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía .............................................................................................................. 63 5.2 Resultados obtenidos de la valoración de los granos defectuosos del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía. ............................................................................. 65 5.3 Contenidos obtenidos del % de humedad del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, en estado natural cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía. ............................................................................................................. 69 5.4 Contenido del % de cenizas en estado natural del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía. ............................................................................................................. 72 5.5 Resultados obtenidos del % de humedad en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía en café tostado y molido mediante el uso de la Balanza Mettler Toledo. ................. 76 5.6 Resultados obtenidos del % de cenizas del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía en café tostado y molido ............................................................................................ 79 5.7 Resultados obtenidos del extracto de volátiles a partir del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía en café tostado y molido ..................................................... 82 5.8 Resultados obtenidos por UHPLC en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía, en los que se detalla, el peso obtenido de la cafeína extraída, los cromatogramas, concentración y porcentaje de cafeína en café tostado y molido. ......................... 83 XIII 5.9 Resultados obtenidos en el Espectrómetro de Infrarrojo FTIR Spectrum 400. ............................................................................................................................. 102 VI. COMPROBACIÓN DE LA HIPÓTESIS ............................................ 114 6.1. Hipótesis Nula .............................................................................................. 114 6.2. Hipótesis Alternativa .................................................................................... 114 VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................... 117 7.1 CONCLUSIONES ........................................................................................ 117 7.2. RECOMENDACIONES .............................................................................. 119 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 120 ANEXOS………. ............................................................................................... 125 XIV ÍNDICE DE CUADROS CUADRO N° DETALLE PAG. Cuadro N°1: Clasificación taxonómica del café ................................................... 8 Cuadro N°2: Producción Mundial de Café cosechadas desde el 2013 al 2015 ... 14 Cuadro N°3: Superficie, producción y ventas del grano de café. ........................ 15 Cuadro N°4: Superficie Cafetalera del Ecuador y Área en producción efectiva, 2012 ....................................................................................................................... 17 Cuadro N°5: Encuesta de superficie y producción agropecuaria 2013 ............... 18 Cuadro N°6: Número de UPA’s y superficie en Has/principales cultivos – Cantón Caluma. ..................................................................................................... 18 Cuadro N°7: Estimación de hectáreas cultivadas y cosechas de la variedad de café robusta en el 2016 .......................................................................................... 19 Cuadro N°8: Compuestos Volátiles del café (Coffe arabiga L,) variedad Borbón de Masacota, Jalisco, Mexico................................................................................ 28 Cuadro N°9: Composición química del grano de café verde (% en base seca) .. 31 Cuadro N°10: Lugar de la Investigación. ............................................................ 40 Cuadro N°11: Situación Geográfica y Climática. ............................................... 40 Cuadro N°12: Ubicación Territorial .................................................................... 41 Cuadro N°13: Situación geográfica y climática .................................................. 41 Cuadro N°14: Ubicación Territorial .................................................................... 41 Cuadro N°15: Situación geográfica y climática .................................................. 42 Cuadro N°16: Localidades de estudio del Cantón Caluma ................................. 42 Cuadro N°17: Localidades de estudio del Cantón Echeandía ............................. 43 XV Cuadro N°18: Datos de GPS en el Cantón Echeandía ........................................ 43 Cuadro N°19: Datos de GPS en el Cantón Caluma ............................................. 43 Cuadro N°20: Comparación de la variedad Robusta en los dos Cantones .......... 46 Cuadro N°21: Características del experimento ................................................... 46 Cuadro N°22: Esquema del ANOVA para el diseño factorial A*B .................... 47 XVI ÍNDICE DE TABLAS TABLA N° DETALLE PAG. Tabla N°1: Datos de las Propiedades Físicas de café robusta en el Cantón Echeandía .............................................................................................................. 63 Tabla N°2: Datos de las Propiedades Físicas de las muestras de café robusta en el Cantón Caluma .................................................................................................. 63 Tabla N°3: Análisis de varianza (ADEVA) para respuesta experimental de la Densidad de los granos de café robusta ................................................................ 64 Tabla N°4: Porcentaje total de granos de café robusta defectuosos en el Cantón Caluma .................................................................................................................. 66 Tabla N°5: Porcentaje total de granos de café defectuosos en el Cantón Echeandía .............................................................................................................. 67 Tabla N°6: Análisis de varianza (ADEVA) para respuesta experimental de los defectos de los granos del café robusta. ................................................................ 68 Tabla N°7: Determinación % humedad de café robusta en estado natural a las 6 horas ...................................................................................................................... 69 Tabla N°8: Determinación % humedad de café robusta en estado natural 4 horas ............................................................................................................................... 70 Tabla N°9: Promedio Total % humedad de café en estado natural a las 6 horas y 4 horas ...................................................................................................................... 71 Tabla N°10: Análisis de varianza (ADEVA) para respuesta experimental del contenido de humedad del café robusta en estado natural. ................................... 72 Tabla N°11: Determinación de porcentaje de cenizas en muestras de Café Robusta en estado natural en los Cantones de Echeandía y Caluma .................... 73 Tabla N°12: Promedio total del porcentaje de Cenizas en muestras de Café en estado natural Robusta en los Cantones de Echeandía y Caluma ......................... 74 XVII Tabla N°13: Análisis de varianza (ADEVA) para respuesta experimental del contenido de cenizas del café robusta en estado natural. ...................................... 75 Tabla N°14: Porcentaje de humedad del café tostado y molido del Cantón Caluma y Echeandía. ............................................................................................. 76 Tabla N°15: Análisis de varianza (ADEVA) para respuesta experimental del contenido de humedad del café robusta tostado y molido .................................... 78 Tabla N°16: Determinación de porcentaje de cenizas en muestras de Café tostado y molido de los Cantones de Echeandía y Caluma ............................................... 79 Tabla N°17: Promedio total del porcentaje de Cenizas en café tostado y molido de los Cantones de Echeandía y Caluma............................................................... 80 Tabla N°18: Análisis de varianza (ADEVA) para respuesta experimental del contenido de cenizas del café robusta tostado y molido ....................................... 81 Tabla N°19: Volumen del extracto de volátiles en café tostado y molido de los Cantones de Echeandía y Caluma ......................................................................... 82 Tabla N°20: Determinación de la curva de calibrado de la cafeína patrón ......... 86 Tabla N°21: Muestras de cafeína de café, área y tiempo de retención ................ 88 Tabla N°22: Resumen de la concentración de cafeína presente en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta procedentes del Cantón Caluma y del Cantón Echeandía. ........................................................................................... 96 Tabla N°23: Pesos obtenidos de la cafeína extraída del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta .................................................................... 97 Tabla N°24: Resumen del porcentaje % de cafeína presente en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta procedentes del Cantón Caluma y del Cantón Echeandía. ........................................................................................... 99 Tabla N°25: Análisis de varianza (ADEVA) para respuesta experimental del contenido de cafeína. ........................................................................................... 101 XVIII Tabla N°26: Compuestos volátiles del café (Coffea canephora Pierre et Froehner), variedad Robusta procedentes de los Cantones de Echeandía y Caluma. ............................................................................................................... 103 Tabla N°27: Análisis de varianza (ADEVA) para respuesta experimental de los grupos funcionales. ............................................................................................. 112 Tabla N°28: Verificación de la hipótesis tomando en cuenta los análisis físicos y químicos .............................................................................................................. 115 XIX ÍNDICE DE GRÁFICOS GRAFICO N° DETALLE PAG. Grafico N°1: Porcentaje de granos de café defectuosos en el Cantón Caluma.... 66 Grafico N°2: Porcentaje de granos de café defectuosos en el Cantón Echeandía 67 Grafico N°3: Promedio Total del % humedad de café robusta en estado natural a las 6 Horas y 4 Horas ............................................................................................ 71 Grafico N°4: Promedio total del porcentaje de Cenizas de café Robusta ............ 75 Grafico N°5: Porcentaje de humedad del café tostado y molido del Cantón Caluma y Echeandía. ............................................................................................. 77 Grafico N°6: Porcentaje de cenizas en café tostado y molido del Cantón Caluma y Echeandía. .......................................................................................................... 80 Grafico N°7: Volumen del extracto de volátiles en café tostado y molido de los Cantones de Echeandía y Caluma. ........................................................................ 82 Grafico N°8: Cromatograma del estándar 1 de cafeína anhidra a 4 ppm ............ 83 Grafico N°9: Cromatograma del estándar 2 de cafeína anhidra a 8 ppm ............ 84 Grafico N°10: Cromatograma del estándar 3 de cafeína anhidra a 16 ppm ........ 85 Grafico N°11: Cromatograma del estándar 4 de cafeína anhidra a 24 ppm ........ 85 Grafico N°12: Cromatograma del estándar 5 de cafeína anhidra a 32 ppm ........ 86 Grafico N° 13: Curva de calibrado de la cafeína patrón ...................................... 87 Grafico N°14: Cromatograma del contenido de cafeína de la localidad de Piedra Grande del Cantón Echeandía ............................................................................... 89 Grafico N°15: Cromatograma del contenido de cafeína de la localidad de Tablas de la Florida del Cantón Caluma ........................................................................... 90 XX Grafico N°16: Cromatograma del contenido de cafeína de la localidad de Sabanetillas del Cantón Echeandía ....................................................................... 92 Grafico N°17: Cromatograma del contenido de cafeína de la localidad de Pitiamby del Cantón Echeandía ............................................................................ 92 Grafico N°18: Cromatograma del contenido de cafeína de la localidad la Industria del Cantón Echeandía ............................................................................ 93 Grafico N°19: Cromatograma del contenido de cafeína de la localidad de Yatuví del Cantón Caluma ................................................................................................ 94 Grafico N°20: Cromatograma del contenido de cafeína de la localidad de Pueblo Nuevo del Cantón Caluma .................................................................................... 94 Grafico N°21: Cromatograma del contenido de cafeína de la localidad del Paraíso del Cantón Caluma ................................................................................................ 95 Grafico N°22: Concentración de la cafeína en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta procedentes del Cantón Caluma y Echeandía. ......... 96 Grafico N°23: Resumen del porcentaje % de cafeína presente en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta procedentes del Cantón Caluma y del Cantón Echeandía. ......................................................................................... 100 Grafico N°24: Componentes volátiles presentes en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta correspondiente a la localidad de Pueblo Nuevo del Cantón Caluma .................................................................................. 104 Grafico N°25: Componentes volátiles presentes en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta correspondiente a la localidad de Tablas de la Florida del Cantón Caluma. ............................................................................ 105 Grafico N°26: Componentes volátiles presentes en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, correspondiente a la localidad el Paraíso del Cantón Caluma .................................................................................................... 106 XXI Grafico N°27: Componentes volátiles presentes en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, correspondiente a la localidad de Yatuví del Cantón Caluma .................................................................................................... 107 Grafico N°28: Componentes volátiles presentes en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, correspondiente a la localidad de Sabanetillas del Cantón Echeandía ..................................................................... 108 Grafico N°29: Componentes volátiles presentes en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, correspondiente a la localidad de Pitiamby del Cantón Echeandía .......................................................................................... 109 Grafico N°30: Componentes volátiles presentes en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, correspondiente a la localidad de Piedra Grande del Cantón Echeandía. ............................................................................ 110 Grafico N°31: Componentes volátiles presentes en el café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, correspondiente a la localidad la Industria del Cantón Echeandía .......................................................................................... 111 XXII ÍNDICE DE ANEXOS ANEXO N° DETALLE PAG. Anexo N° 1: Mapa de la ubicación de la investigación en el Cantón Caluma ... 126 Anexo N° 2: Mapa de la ubicación de la investigación en el Cantón Echeandía 127 Anexo N° 3: Resultados de análisis físicos químicos ......................................... 128 Anexo N° 4: Base de datos ................................................................................. 136 Anexo N° 5: Ficha de recolección de datos ........................................................ 143 Anexo N° 6: Fotografías ..................................................................................... 144 Anexo N° 7: Glosario de términos ..................................................................... 148 XXIII RESUMEN Y SUMMARY RESUMEN El trabajo de investigación; “caracterización química del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía – Provincia Bolívar”, describe la determinación de compuestos químicos y algunas propiedades físicas más relevantes en el Café Robusta en 4 localidades perteneciente a Cantón Caluma y 4 localidades del Cantón Echeandía, Provincia Bolívar. Se describe todas las etapas; desde la cosecha, selección, despulpado, secado, pilado, tostado y molido, y la extracción de compuestos volátiles y cafeína en el café robusta mediante la utilización de equipos e instrumentos de laboratorio. Una vez realizado los procesos anteriores del grano cereza de Café Robusta se definieron los parámetros físicos: temperatura, altura, humedad, boyado, defectos entre otros. Posteriormente se procede al despulpado, secado, tostado, extracción de volátiles y cafeína; estos últimos se emplearon varios químicos para facilitar su extracción y determinación. Los equipos de elección fueron el Espectrómetro de Infrarrojo FTIR Spectrum 400, donde se identificaron alrededor de ocho grupos funcionales; entre los cuales están: Aromático-Alquilo, Cetenimina, Alcoholes y Fenoles, Alquenos, Haluros de Alquilo, Alquinos, Alcoholes-Éteres-Ácidos Carboxílicos y Esteres. Además, se empleó un Cromatógrafo de líquidos de ultra alta presión (UHPLC) en el cual se analizó el contenido de Cafeína presente en las diferentes muestras de Café Robusta tostado, y la localidad de Yatuví presento un porcentaje de cafeína de 0,625%, que cumple con la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 1123 (2006), sobre los requisitos fisicoquímicos para el café tostado y molido menciona que el porcentaje mínimo de cafeína, para café sin descafeinar es de 0,75%. Palabras claves: Café Robusta, cafeína, compuestos volátiles, propiedades físicas. XXIV SUMMARY The Research work; "Chemical characterization of the coffee (Coffea canephora Pierre et Froehner) robust variety, cultivated in the Cantones Caluma and Echeandía - Provincia Bolívar", describes the determination of chemical compounds and some more relevant physical properties in the Café Robusta in 4 localities belonging to Cantón Caluma and 4 localities of the Cantón Echeandía, Province Bolivar. All stages are described; from harvesting, selection, pulping, drying, piling, roasting and grinding, and the extraction of volatile compounds and caffeine in robust coffee using laboratory equipment and instruments. After the previous processes of the coffee bean cherry of robusta the physical parameters were defined: temperature, height, humidity, boyado, defects among others. Subsequently proceed to the pulping, drying, roasting, extraction of volatiles and caffeine; the latter were used several chemicals to facilitate their extraction and determination. The equipment of choice was the FTIR Spectrum 400 Infrared Spectrometer, where about eight functional groups were identified; Among which are: Aromatic- Alkyl, Cetenimine, Alcohols and Phenols, Alkenes, Alkyl Halides, Alkynes, Alcohols-Ethers-Carboxylic Acids and Esters. In addition, an Ultra High Pressure Liquid Chromatograph (UHPLC) was used in which the content of Caffeine present in the different samples of Roasted Robusta Coffee was analyzed, and the Yatuví locality presented a percentage of caffeine of 0.625%, which complies With the INEN 1123 (2006), on the physico-chemical requirements for roasted and ground coffee, mentions that the minimum percentage of caffeine, for non-decaffeinated coffee, is 0.75%. Key words: Robusta coffee, caffeine, volatile compounds, physical properties 1 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN El café constituye uno de los principales cultivos a nivel mundial y está considerado como una bebida muy popular (Gareca Oblitas, Montilla, & Bianco Dugarte , 2011). Por tal razón en el transcurso de los tiempos ha tomado mayor posición en los diferentes mercados nacionales e internacionales; y está directamente relacionada con la economía de los diferentes países que se dedican a la producción y comercialización del mismo; los países con mayor producción a nivel mundial en el 2014 y 2015 están Brasil con 45.342 Tm seguido por Vietnam con 27.500 Tm; Colombia con 13.333 Tm e Indonesia con 10.365 Tm; variando sus cualidades organolépticas en función del clima, altura, tipo de suelo, humedad, diversidad entre las principales variedades. La cosecha a nivel mundial en el año 2011-2012 de las variedades más importantes como: Café Arábigo (Coffea arabica L.), fue de 81.024 millones de sacos de 60 kilogramos que corresponde al 60,3% de la producción; mientras que el café Robusta (Coffea canephora Pierre et Froehner) con una producción de 53.391 millones de sacos de 60 kilogramos que corresponde al 39,7 % (COFENAC, 2013). En el Ecuador se producen dos especies de café; la variedad arábica y robusta (COFENAC, 2013). Menciona que la producción estimada es de 199.215 hectáreas, de las cuales 136.385 hectáreas corresponden a cafetales arábigos y 62.830 hectáreas a café robusta, estas dos variedades son reconocidas por su variación en el aroma y sabor. La producción de las dos variedades está distribuida en las cuatro regiones del Ecuador, el café arábiga se adapta fácilmente en la Costa, Sierra, Amazonia y las Islas Galápagos a una altura de cultivo de 2000 msnm; las Provincias que se dedican a la producción de esta variedad son: Manabí, El Oro, Guayas, Loja. Mientras que el café robusta se adapta en zonas tropicales húmedas de la costa y 2 la Amazonía Ecuatoriana entre las principales Provincias que se dedican a la producción de esta variedad son: Santo Domingo de los Tsáchilas, Los Ríos, Sucumbíos, Esmeraldas, Orellana y Napo, desde alturas cercanas a los 600 msnm (COFENAC, 2013). El café además de ser una de las bebidas más populares en el mundo, es uno de los productos naturales de mayor complejidad, por su historia, su comercio y su riqueza química, conformada por ácidos Orgánicos, Aldehídos, Cetonas, Esteres, Hidrocarburos de bajo peso molecular, Aminoácidos, Cafeína, Carbohidratos, Proteínas, Trigonelina, Lípidos, Glucósidos y Minerales; cada uno de ellos contribuye con el sabor (más de cuatrocientos compuestos orgánicos e inorgánicos) y aroma característico (más de seiscientos compuestos) en su mayoría en concentraciones trazas (Puerta, 2011). (Luiza & Col, 2011). Manifiestan que cuando se realiza un estudio amplio de la composición química de los granos de café y los aspectos que presenta sobre las características sensoriales, están relacionadas directamente con el contenido de humedad, actividad de agua, acidez; se conoce si estos componentes favorecen o perjudican. Químicamente el café está constituido de agua y materia seca; La materia seca de los granos de café está constituida por minerales y sustancias orgánicas en los que están presentes los carbohidratos, lípidos, proteínas alcaloides y compuestos volátiles que son los encargados de dar el aroma al café. Al realizar la investigación a nivel de bases de datos y mediante ensayos de laboratorio; tuvo con objetivo identificar en que Cantón el café de la variedad Robusta (Coffea canephora Pierre et Froehner) presenta un alto contenido de componentes en cuanto a su composición química y propiedades físicas. Logrando identificar en qué localidad de los Cantones de Caluma y Echeandía de la Provincia Bolívar produce café de calidad; con el fin de potenciar y promover la producción y alternativas agroindustriales, contribuyendo de esta manera a la mejora de la economía del País. 3 En la presente investigación se plantearon los siguientes objetivos: Realizar la caracterización química del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía - Provincia Bolívar. Se plantearon como Objetivos Específicos: Identificar la principal variedad de café que se cultiva en los Cantones Caluma y Echeandía de la Provincia Bolívar. Caracterizar las propiedades físicas de la variedad seleccionada. Identificar los principales compuestos químicos de los granos de café en la variedad seleccionada. Comparar la composición de la variedad de los granos de café del Cantón Caluma y Echeandía con otras variedades de las regiones del Ecuador. Identificar las potencialidades agroindustriales de la variedad de café seleccionada. 4 CAPÍTULO II 2. PROBLEMA 2.1 Planteamiento del problema En el Ecuador prevalecen dos especies comerciales identificadas como café arábigo (Coffea arabica L.) y café robusta (Coffea canephora Pierre et Froehner). Para la investigación se ha tomado en cuenta el café robusta (Coffea canephora Pierre et Froehner); en el transcurso de los años ha disminuido la producción, debido a que son pocos los productores que se dedican al cultivo de esta variedad y por tal razón es necesario realizar un estudio físico, químico para determinar su composición. La gran ventaja es que se pueden preparar como cafés corrientes o cafés especiales. Un café especial es aquel producto que se distingue de los demás por su particularidad característica de taza, zonas donde se cultiva, tecnología de producción y procesamiento que se emplea, aporte en la conservación de la biodiversidad, principios solidarios que lo sustentan o por preferencia de la demanda especializada. Cada tipo de café reúne un conjunto de características físicas de los granos y organolépticas de la bebida. Los atributos físicos y organolépticos del café dependen del genotipo (variedad, híbrido, clon), del ambiente donde se cultiva (suelo, clima, altitud) y del manejo de pre cosecha y pos cosecha (Duicela, Guamàn & Farfàn , 2015). Existen variables que caracterizan a una variedad de café tales como la altitud, temperatura, el estado de maduración, contenidos de nutrientes en el suelo y así como también las prácticas culturales que se les aplica. Antes de ser la variedad de café sometida al proceso de beneficio, es necesario realizar una caracterización de sus componentes químicos y sus propiedades físicas, para conocer de esta manera como van a ser transformados los diferentes componentes, y dar el sabor y olor característico del café, y resaltan la zona donde se cultiva. 5 Existen normas establecidas para determinar las propiedades físicas contempladas en la norma INEN 286, tales como color de los granos, olor del café verde, forma de los granos, humedad del grano, tamaño, prueba de tamizaje, densidad del grano. La norma INEN ISO 10470 proporciona cinco categorías de defectos considerados como potencialmente presentes en el café verde comercializado en todo el mundo, cualquiera que sea la especie, variedad y tipo de beneficio. De igual forma existen metodologías para la determinación de su composición química. Se ha reportado datos sobre los principales compuestos químicos, en especial de las diferentes variedades de café alrededor del mundo (S Oestre- Janzen, CAFEA, Hamburg Germany , 2013). ( Rodrigues de Oliveira, 2014), habla acerca de las características químicas. Sin embargo, no existen informaciones científicas actualizadas, que den a conocer la composición química de las variedades de café cultivadas sobre los 1000 msnm en el Ecuador; tampoco existen estudios realizados en la Provincia de Bolívar, y en ninguno de sus Cantones sobre dicho tópico. El no reportar datos actualizados sobre la composición química de las variedades de café que se cultivan en la provincia de Bolívar, Cantón Caluma y Echeandía tomando en consideración especialmente las variedades, altitud, temperatura, y, sobre todo la composición química del grano cereza; ocasiona una pérdida de oportunidad para dar a conocer las bondades de la variedad de café Robusta que se siembran, minimizando la importancia de este cultivo, y su potencial beneficio con la comercialización. 6 2.2 Formulación del problema Ante lo mencionado, se considera que la investigación debe abordar principalmente el estudio de la variedad de café robusta en las 4 localidades del Cantón Caluma y 4 localidades del Cantón Echeandía, para lo cual se plantea la siguiente pregunta directriz: ¿Cuál es la composición química y propiedades físicas del café (Coffea canephora Pierre et Froehner) variedad Robusta, cultivada en los Cantones Caluma y Echeandía – Provincia Bolívar? 2.3 JUSTIFICACIÓN La presente investigación aborda el estudio de la composición química del café variedad robusta existente en los Cantones Caluma y Echeandía de la Provincia Bolívar. No existe datos acerca de la composición química y física reportados por la bibliografía científica, como revistas y libros; ni tampoco existen estudios científicos realizados sobre esta temática. Situación que convierte a este estudio en pionero y único al realizar la determinación de las propiedades físicas y químicas de la variedad en mención. En el ámbito socia productivo, es importante esta investigación porque aporta al conocimiento de las propiedades físicas y químicas de la variedad de esta zona, lo que estimula el cultivo y estudio de este café por parte de los productores y profesionales de esta área. En la parte científica es importante debido a que, a través de los análisis físicos y químicos, se contribuye al conocimiento de la composición de esta variedad, aspecto que todavía no se encuentra reportado en la bibliografía científica existente. 7 CAPÍTULO III 3. MARCO TEÓRICO 3.1 GENERALIDADES DEL CAFÉ 3.1.1 Café (Coffea) Los granos de café son provenientes de las plantas del género Coffea, los principales productos que se obtienen a partir de los granos son destinados al consumo humano (Duicela Guambi, Guamàn Agilar, & Farfan Talledo, 2015). Existen dos principales especies de café en el mundo; como son el Arábigo y la Robusta, cada variedad con su propia ecología (S Oestre- Janzen, CAFEA, Hamburg Germany , 2013). (El Congreso Científico Unachi, 2015). Manifiestan que los cafetos son arbustos que se adaptan perfectamente en regiones tropicales, existen aproximadamente 100 especies que pertenecen al género coffea, y solamente 2 de ellas se usan para la preparación de la bebida de café. La variedad coffea arábica representa el 75% de la producción a nivel mundial, esta variedad produce un café fino y muy aromático, a diferencia del coffea canephora que se caracteriza por ser un café fuerte, ácido y con un porcentaje muy bueno en cuanto a cafeína. Las hojas del café son persistentes y opuestas que sirven de sombra, producen frutos carnosos en tonalidades purpuras, rojos y amarillo, conocidos como cerezas de café, se componen de dos núcleos, cada uno de ellos tiene un grano de café, que se encuentra cubierto con el pergamino que corresponde a la pared del núcleo. Una vez retirado, el grano de café verde se observa rodeado de una piel plateada adherida, que corresponde con el tegumento de la semilla. El café además de ser una de las bebidas más populares en el mundo, es uno de los productos naturales de mayor complejidad, por su historia, su comercio y su riqueza química, conformada por numerosos compuestos químicos que contribuyen con el sabor y aroma característico (Elias, 2013). 8 3.1.2 Origen e Historia El café es un arbusto verde procedente de Etiopia; existen varias versiones de la aparición de este vegetal, en las cuales manifiestan que el café lo descubrieron unos monjes que empleaban para padecer insomnio en sus horas de oración nocturna. Sean o no verdad el café sin duda alguna tiene un gran valor en sus características físicas químicas y organolépticas; y hoy en día se ha convertido en un producto muy consumido (Mijael, 2014). (Según Oestreich & Janzen, 2013). Manifiestan que los granos de café arábigo paleobotánica carbonizados fueron encontrados en 1997 en una excavación arqueológicos en el lado oriental de la Península Arábiga, cerca de Omán, a principios del siglo XIII. 3.1.3 Taxonomía Cuadro N°1: Clasificación taxonómica del café Detalle Descripción Reino: Vegetal División: Magnoliophyta Clase: Dicotiledónea Subclase: Asteridae Orden: Rubiales Familia: Rubiaceae Género: Coffea Nombre Científico: Coffea Nombre Común: Café, cafeto. Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 9 3.1.4 Morfología del café 3.1.4.1 La raíz Es considerada como un órgano importante, por donde la planta absorbe agua y los nutrientes necesarios para desarrollar las diferentes partes como; las flores en la cual se generan los granos de café (Rodriguez, 2012). La raíz del café es pivotante que puede llegar a más de un metro de profundidad (Arreola, 2015). Imagen Nº1: Raíz de café Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.1.4.2 Tallo principal Da origen a las ramas plagiotropicas primarias; tienen una conexión vascular con el tallo desde el inicio (Arreola, 2015). Imagen Nº2: Tallo principal del café Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 10 3.1.4.3 Yemas seriadas Dan origen a brotes o ramas que crecen verticalmente y conforma la hoja de la planta; su número puede aumentar con la edad del cafeto. (Arreola, 2015). Imagen Nº3: Yemas seriadas del café Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.1.4.4 Ramas primarias Forman parte de ramas plagiotropicas que crecen en dirección horizontal, conforman las ramas secundarias y terciarias (Arreola, 2015). Imagen Nº4: Ramas primarias del café Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 Ramas Primarias Yemas seriadas 11 3.1.4.5 Hojas Considerada parte fundamental en el café y en todas las plantas gracias a la presencia de ellas se realiza la fotosíntesis, respiración y transcripción; su color es verde oscuro, brillante en la parte superior, verde oscuro en el interior y terminan en punta, sus bordes son ondulados (Arreola, 2015). Imagen Nº5: Hojas del café Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.1.4.6 Flores Son las que dan origen al fruto, al inicio toman un color blanco intenso de 5 pétalos fusionados en su base, dando origen al tubo de la corola y posteriormente se vuelven un color café oscuro hasta que finalmente aparecen los granos de café; la formación de las flores se demora aproximadamente entre 4-5 meses. Las flores se localizan en las axilas de las hojas de las ramas plagiotropicas (Arreola, 2015). Imagen Nº6: Flores del café Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 12 3.1.4.7 Fruto Presenta una superficie brillante y lisa. La pulpa es delgada y se desprende fácilmente del pergamino, los frutos cuando están maduros son rojos en algunos casos con dos semillas y otros son caracolillos porque uno de los óvulos se fecunda originando una semilla redonda. El café cereza presenta el pergamino y la pulpa; esta última está formada por el epicarpio o cascara con un 46% del fruto, el mesocarpio o mucílago con un 17 % (Arreola, 2015). Imagen Nº7: Forma del fruto Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.1.4.8 Semilla Está constituida de la almendra y pergamino, son oblongas, plano convexas y representan del 35 % al 38 % del fruto de café; mientras que el endospermo contiene compuestos en los que destacan la cafeína, proteínas, ácido clorogenico entre otros (Arreola, 2015). Imagen Nº8: Estructura de los granos de café 1.- Corte central 2.- Grano de café (endospermo) 3.- Piel planteada (tegumento) 4.- Pergamino (endocarpio) 5.- Capa de pectina 6.-Pulpa (mesocarpio o mucilago) 7.- Piel exterior (epicarpio) Fuente: (Vasquez, 2011) 13 3.2 Produccion del café 3.2.1 Producción Mundial (Mijael R, 2011). Menciona que el café es uno de los productos más importantes y básico de la economía mundial, tras el petróleo; sin embargo, cifras considerables ha disminuido en los últimos años, debido al aumento de otros productos agrícolas, pero no ha perdido su participación en el mercado por su consumo en muchas familias. Se estima que 125 millones de personas viven del cultivo del café, incluyéndose pequeños productores; existen muchos intereses económicos y sociales por el consumo de millones de tazas de café. Las estimaciones acerca de la producción mundial de café varían según las fuentes estadísticas, lo que ocasiona que existan diferencias entre una fuente y otra, pero algunas fuentes concuerdan con la producción mundial cosechada de café como es el caso de (OIC y USDA) donde manifiestan que en el 2014 al 2015 tuvo un rango de 2.30 % (OIC) y 5.21 % (USDA); esto quiere decir que la producción fue inferior al periodo anterior (Heredia, 2015). 14 Cuadro N°2: Producción Mundial de Café cosechadas desde el 2013 al 2015 Producción de café en América del sur (Tm) País – Origen 2013-2014 2014-2015 Brasil 49.152 45.342 Colombia 12.124 13.333 Perú 4.453 2.883 Ecuador – Brasil (Robustas) 11.125 13.288 Producción de café en Asia y Oceanía (Tm) Vietnam 27.500 27.500 Indonesia 11.449 10.365 India 5.121 5.517 Producción de café en el Norte y Centro América (Tm) Honduras 4.568 5.400 México 3.916 3.900 Guatemala 3.159 3.500 Nicaragua 1.941 2.050 Costa Rica 1.444 1.508 El Salvador 537 680 África (Tm) Etiopia 6.527 6.625 Uganda 3.602 3.800 Costa de Marfil 2.107 2.175 Fuente: Organización Internacional del café (OIC). 2016 Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 15 3.2.2 Producción Nacional La producción en el año 2011 en el Ecuador fue de 23.829 T métricas, mientras que el café cosechado fue de 98.347 T métricas llegando a vender alrededor de 20.191 T métricas. Estos valores dan a conocer que la producción y venta de café ha disminuido en comparación con el 2009, en donde hubo el mayor incremento de los últimos cuatro años con 33.624 Tm (COFENAC, 2013). Cuadro N°3: Superficie, producción y ventas del grano de café. Superficie, Producción y Ventas de Café (Grano de Oro) Años Plantada En Edad Productiva Cosechada Producción Ventas 2008 191,189 182,433 168,479 32,096 29,98 2009 198,511 185,201 171,923 33,624 32,099 2010 191,08 163,13 144,931 31,347 29,101 2011 122,856 110,474 98,347 23,829 20,191 Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 Uno de los problemas fundamentales de los cultivos de café es el rendimiento estimado entre 5 a 6 qq/ha al año, siendo los más bajos en comparación con otros países productores; debido al mal manejo de las plantaciones, falta de capacitación, uso de tecnología moderna, entre otros factores; aproximadamente el 90 % de la superficie de los cultivos de café es manejada bajo un sistema tradicional (COFENAC, 2013). 3.2.2.1 Zonas cafetaleras del Ecuador En el Ecuador las especies más importantes de café que predominan están: el café arábigo y café robusta, las cuales están distribuidas en las cuatro regiones geográficas como la Sierra, Costa, Oriente y las Islas Galápagos (COFENAC, 2013). 16 La variedad de café arábigo se adapta facialmente hasta los 2000 msnm y que comprende (Caturra, Bourbón, Pacas, Catuaí, Típica, Catimor, Sarchimor) las Provincias que se dedican a la producción de esta variedad esta: Manabí, El Oro, Guayas, Loja. Así también está el café robusta que se adapta fácilmente a las zonas tropicales húmedas de la Costa y la Amazonia Ecuatoriana, especialmente en las provincias de Esmeraldas, Santo Domingo de los Tsáchilas, Los Ríos, Sucumbíos, Orellana y Napo; desde alturas cercanas al nivel del mar hasta los 600 msnm (COFENAC, 2013). En los últimos años se está evaluando la posibilidad de producir café robusta usando irrigación en las zonas tropicales secas de Guayas y Santa Elena. La opción tecnológica recomendada para renovar las plantaciones de robusta es el empleo de clones de alta producción. Con este propósito, el INIAP y el COFENAC han seleccionado clones de alta producción que se están evaluando en varios agro ecosistemas del oriente y litoral ecuatoriano. La superficie cafetalera del Ecuador estimada por COFENAC en diciembre del 2012, es de 199.215 hectáreas, de las cuales 136.385 hectáreas corresponden a cafetales arábigos y 62.830 hectáreas a café robusta (COFENAC, 2013). En consecuencia, se evidencia una reducción del área cafetalera total. La distribución de la superficie de café se detalla por provincia, estimada por el COFENAC, se expone en el cuadro N°4. Considerando que existen cafetales abandonados y otras áreas de cafetales en crecimiento, se estima que solo el 75% de la superficie total corresponde a cafetales en producción efectivamente cosechados. Al analizar la distribución de la superficie cafetalera por provincias se destaca que Manabí, Loja, Orellana y Sucumbíos tienen las mayores áreas cafetaleras (COFENAC, 2013). 17 Cuadro N°4: Superficie Cafetalera del Ecuador y Área en producción efectiva, 2012 Provincias Café Arábigo Café Robusta Área Cafetalera Nacional Superfi cie Total Área en Producc ión Superfi cie Total Área en Producc ión Superfi cie Total Área en Producci ón Esmeraldas 900 675 6.345 4.759 7.245 5.434 Manabí 70.050 52.538 0 0 70.050 52.538 Santa Elena 1.800 1.350 0 0 1.800 1.350 Guayas 6.355 4.766 425 319 6.780 5.085 Los Ríos 3.520 2.640 6.610 4.958 10.130 7.598 El Oro 9.730 7.298 0 0 9.730 7.298 Carchi 195 146 0 0 195 146 Imbabura 300 225 0 0 300 225 Pichincha 850 638 1.300 975 2.150 1.613 Santo Domingo 0 0 2650 1.988 2.650 1.988 Cotopaxi 1.000 750 800 600 1.800 1.350 Bolívar 3.410 2.558 2.580 1.935 5.900 4.493 Chimborazo 650 488 0 0 650 488 Cañar 270 203 0 0 270 203 Azuay 230 173 0 0 230 173 Loja 29.345 22.009 0 0 29.345 22.009 Sucumbíos 0 0 17.320 12.990 17.320 12.990 Orellana 0 0 20.000 15.000 20.000 15.000 Napo 0 0 4.800 3.600 4.800 3.600 Pastaza 40 30 0 0 40 30 Morona Santiago 290 218 120 90 410 308 Zamora Chinchipe 6.350 4.763 0 0 6.350 4.763 Galápagos 1.100 825 0 0 1.100 825 TOTAL 136385 102293 62950 47214 199245 149507 Fuente: COFENAC, 2013 Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 18 3.3.3 Producción Regional En la provincia de Bolívar el cultivo de café es permanente lo cual resulta beneficioso ya que dichas plantaciones no se pierden y se sigue manteniendo el consumo. Según la última encuesta que se realizó en el 2013 por INEC los datos se encuentran detallados en el Cuadro N 0 5 (MCPEC, 2011). Cuadro N°5: Encuesta de superficie y producción agropecuaria 2013 SUPERFICIE, PRODUCCIÓN Y VENTAS EN LA PROVINCIA BOLÍVAR CAFÉ (Grano oro) REGIÓN Y PROVINCIA SUPERFICIE (Has.) PRODUCCIÓN (Tm.) VENTAS (Tm.) BOLÍVAR Solo 732 642 146 138 Asociado 2.398 2.182 303 282 Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.3.4 Producción Local En el Cantón Caluma la producción de café, es apreciado en el mercado nacional e internacional, ocupando el 13,6% de la superficie del suelo productivo, o sea 2.778 has (DIAGNÓSTICO, 2015). Los datos se muestran en el cuadro N°6 Cuadro N°6: Número de UPA’s y superficie en Has/principales cultivos – Cantón Caluma. Monocultivo Cultivos asociados Ambos tipos de cultivos N ° Tipo de cultivo UPA"S Superficie sembrada UPA"S Superficie sembrada UPA"S Superficie sembrada 1 CAFÉ - - 352 2.778 352 2.778 Fuente: MAGAP, 2016 Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 19 En el Cantón Echeandía el sistema de hectáreas cultivadas y cosechadas de la variedad Robusta; según la investigación realizada por MAGAP en el 2016, se detalla en el siguiente cuadro Nº7 la ubicación exacta, el nombre del productor, el área total cafetalera y la variedad que se cultiva en esta región (MAGAP, 2016). Cuadro N°7: Estimación de hectáreas cultivadas y cosechas de la variedad de café robusta en el 2016 N ° P ro v in ci a C a n tó n Parroquia Nombre del productor Área total de Café (Ha) Varieda d 1 B O L ÍV A R B O L ÍV A R E C H E A N D IA Pitiamby Roldan Bianculli Luis Javier 2 Robusta 2 Naranjo Agrio Leon Bracho Marco Vinicio 0.5 Robusta 3 Sabanetillas Melendez Bonne Blanca Nieves 0.5 Robusta 4 Guamag Yacu Alarcon Bonilla Maxtely Vinicio 2 Robusta 5 Piedra Grande Paliz Gonzalez Albino Heriberto 0.5 Robusta 6 Estero De Damas Muños Mariano 1 Robusta Total, de superficies plantadas 6.05 Robusta Fuente: MAGAP, 2016 Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.4 Variedades del café en el Ecuador Las principales variedades que prevalecen en el Ecuador es el: café Arábigo y el café Robusta esta última aporta mayor aroma, sabor, productividad y resistencia a plagas. Para su cultivo requiere de un clima cálido con una temperatura promedio de 20 0 C y de un suelo rico en materia orgánica, para obtener una cosecha productiva (Vasquez, 2011). 20 3.4.1 Café Arábigo (Coffea arabica L.) El café arábigo es un cultivo estacional que requiere de 180 a 200 días de lluvia (6 meses) para su completo desarrollo; cuando las precipitaciones disminuyen la producción es considerable, aunque el cafeto presenta cierta tolerancia a la sequía. Esta especie tiene una gran adaptabilidad a los distintos ecosistemas de las 4 regiones del Ecuador. Las principales variedades arábigos que se cultivan en el Ecuador son: Caturra, Bourbón, Catauí, Catimor, Típica y Sarchimor, de los cuales se produce café verde, tostado y soluble (Especialista sectorial del café , 2013). Imagen Nº9: Café arábigo Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.4.2 Café Robusta (Coffea canephora Pierre et Froehner) El café robusta se diferencia del café arábigo porque requiere un clima tropical con altas precipitaciones o riego, en el Ecuador es la variedad más conocida que resiste a la lluvia, vientos porque los granos se adhieren al glomérulo; tradicionalmente en las provincias del Norte Amazónico se han cultivado café robusta y en períodos de bonanza fue un cultivo que permitió dinamizar la economía, aunque este cultivo ha mermado por el precio razón por la cual ha sido abandonado el cultivo (Especialista sectorial del café , 2013). En nuestro país se produce las siguientes presentaciones de café: Café verde, Café tostado, en grano y/o molido Café soluble o instantáneo (spray, aglomerado y liofilizado) 21 Imagen Nº10: Café Robusta Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.5 Cosecha de Café Es un proceso que se puede realizar de forma manual o mecánica con la ayuda de lonas, canastas, o sacos de yute hasta el lugar de acopio interno disminuyendo la alteración de los principales componentes químicos que dan origen al aroma y sabor propios del café; la recolección es la parte fundamental e importante ya que tiene como propósito lograr un producto de excelente calidad impidiendo perdidas y el contacto con el suelo. Se debe tomar en consideración el estado de madurez de los granos que van desde una tonalidad roja a morados. El café robusta tiene mayor adherencia al glomérulo dependiendo del estado de madurez del fruto; se retira los frutos inmaduros, maduros, y secos; así como basuras, hojas y palos. Aun cuando se realiza la clasificación manual de los frutos se puede hacer el Boyad (Duicela Guambi, Guamàn Agilar, & Farfan Talledo, 2015). 3.5.1 Manejo de Poscosecha La poscosecha también conocida en la práctica como la etapa del beneficio, el mismo que es un conjunto de operaciones donde el grano de café (cereza) pasa a convertirse en pergamino. Mayoritariamente el beneficio se lo realiza por la vía húmeda que comprende entre el despulpado, fermentado, lavado y secado (Escobar A, Minaya E, Schneider C, Moscoso D, 2014). 22 3.6 Industrialización y proceso productivo del café 3.6.1 Introducción al proceso del café Con el transcurso de los años la tecnología cambia contantemente por lo cual cada vez aparecen nuevos diseños de equipos, maquinas que facilitan un mayor proceso de obtención de un producto determinado, simplificando y controlando todos las técnicas y procedimientos para garantizar la calidad y beneficio al consumidor y por ende a los diferentes mercados (Galindo, 2011). 3.6.2 Recepción y almacenamiento del café en grano El grano de café proviene de las principales zonas cafetaleras del mundo, estos son colocados en sacos de cabuya y son transportados en camiones en condiciones óptimas hasta llegar a la planta de procesamiento. Muchas empresas destinadas a al procesamiento de productos a partir del grano de café, realizan un control de calidad realizando un muestreo de la carga de forma aleatoria durante la descarga de los sacos de café; se recolectan las muestras y se lleva al laboratorio para un análisis completo para determinar las características del café y si es aceptable o rechazado del proceso (Galindo, 2011). 3.6.3 Limpieza del café en grano Consiste en eliminar las impurezas y sustancias extrañas como: piedras, hojas secas, palos, otros que pueden estar presentes en los granos de café garantizando la conservación. En las plantas de procesamiento de café utilizan maquinas como Estibadores que vacían los sacos en una tolva; que posee un tamiz evitando el paso de las cuerdas de cabuya. El café en grano es enviado por medio de un transportador de cangilones hasta una tolva (capacidad: 500 quintales) dividida en 2 secciones iguales, donde por acción de la gravedad, cae el grano en un tornillo sin fin que lo traslada hacia unas cribas o zarandas de diferentes tamaños para separarlo de las impurezas descritas anteriormente. Inmediatamente, el café en grano cae sobre una máquina despedradora separándolo por diferencia de densidades de las piedras y metales mezclados con el mismo, obteniendo al final un café limpio para ser procesado (Galindo, 2011). 23 3.6.4 Tostado y Molido del café en grano Actualmente y desde mucho tiempo atrás, el proceso de tostación no requiere de enormes estándares tecnológicos menos de calidad en relación a la transformación industrial, porque el cliente determina las condiciones óptimas del producto final, el mismo que debe mantenerse conservado en envases de alta calidad (Chavez A, 2015). Además el proceso de tostado es donde se desarrolla el sabor y aroma por lo cual es considerado muy importante; el tostado de los granos de café en muchos hogares lo realizan en tiestos por continuar con las costumbre y tradiciones de nuestros antepasados, mientras que en las grande industrias el procesamientos de los granos de café se lo realiza en equipos donde consta de un sistema de tuberías por el cual es transportado el café, luego ingresa a un cilindro rotativo perforado donde circula gases calientes (combustión del diésel) perdiendo el café un 10 % de humedad; a una temperatura que van desde 245 0 C y 250 0 C durante 7 a 12 minutos. Cuando llega a una temperatura de 180 0 C se produce un fenómeno químico del café llamado “pirolisis”. Luego de este proceso el café tostado es almacenado en silos hasta el momento de la molienda. El molido del café es una operación también importante, debido a que se debe en cuenta la granulometría del mismo; es decir si las partículas son demasiado pequeñas para un proceso de elaboración se expondrán en el área superficie de la “taza” produciendo un gusto amargo y áspero; mientras que si las partículas son demasiado grandes-gruesas, se obtendrá una “taza” débil, y falta de sabor (Galindo, 2011). 3.6.5 Envasado del café El envase en si es el primer contacto que tiene con el consumidor, además es el que va a proteger, contener, conservar, a un producto determinado con la finalidad de mantener el producto con excelente presentación; para el caso del café el envase debe ser de vidrio, fundas de alta calidad sellado al vacío que eviten el ingreso de humedad y de otros agentes extraños (Garcerant, 2014). 24 3.6.6 Conservación y Almacenaje La conservación debe ser en un lugar completamente seco, fresco, oscuro, evitando la proliferación de m/o y de hongos por la presencia de humedad y sobre todo alargar el tiempo de vida útil del producto terminado (R. López Alonso, 2015). 3.7 Propiedades Físicas del Café 3.7.1 Humedad La humedad adecuada para mantener la calidad del café no se debe sobrepasar del 13 %; porque humedades elevadas al momento de almacenar o comercializar el café puede ocasionar la disminución de las características propias de la taza, aumenta el crecimiento de m/o (hongos, bacterias, mohos); la actividad fisiológica aumenta con mayor intensidad y el grano consume energía liberando calor. Mientras que al mantener a una humedad constante aumenta el tiempo de vida útil, las características de taza permanecerán hasta los 6 meses después de su elaboración (Becker y Freytag, 2010). (Becker y Freytag, 2010). Manifiestan que existen alternativas tradicionales y comunes que muchos productores la emplean, ya que no cuentan con equipos ni instrumentos; para determinar la humedad utilizan los siguientes métodos. Método de la navaja Método del calor Método de la consistencia del grano y el método del martillo 3.7.2 Tamaño La distribución del tamaño permite llegar a la conclusión de eventuales mezclas de café de diferentes procedencias. Una muestra de café de una sola procedencia se caracteriza por la homogeneidad de los granos; la homogeneidad del tamaño de los granos es un indicio en el café de calidad (Becker y Freytag, 2010). file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366640 file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366643 25 3.7.3 Defectos Físicos del Café Verde Los defectos es un término que se les designa a los granos que carecen de las características físicas como materias extrañas no deseadas en el café verde. La Norma Tecnica Ecuatoriana INEN ISO 10470 enlista cinco categorias de defetos considerados como potencialmente presentes en el café verde comercializado en todo el mundo; cualquiera que sea la especie, variedad. La influencia de los defectos físicos se da en dos aspetos: en la perdida de masa y en el impacto sensorial, para lo cual se usan los coeficientes: 0 (Sin impacto); 0,5 (Mediano impacto) y 1 (Alto impacto). A cada defecto se le asigna uno de estos valores dependiendo de la gravedad con la que afecte las caracteristicas antes mensionadas. (NTE INEN 289, 1978). Menciona que para conocer los defectos físicos del café verde en grano, consiste en separar los granos defectuosos, materias extrañas, contar y anotar el resultado ya así asignar su respectivo puntaje que determinaran la calidad del café para su comercialización. 3.7.4 Densidad de los Granos (NTE INEN –ISO 666, 2013). Manifiesta que la densidad aparente del café es un indicativo muy importante para su comercialización ya que se determina el volumen ocupado por la masa de los granos de café, medir la densidad es un factor de gran importancia para el embalaje, almacenamiento y transporte. La densidad del café robusta tiende hacer más elevado que el café arábigo; pueden variar de acuerdo a la madurez de los granos al momento de la cosecha, del ataque de patógenos y alteraciones de los tejidos. La densidad se expresa como la relación entre masa y unidad de volumen (g/l o kg/m 3 ). El café de “cosecha actual” (INEN, 2006) tienen como característica un grano más denso comparada con el café de “cosecha vieja”. Las densidades de masa que sobrepasan los 645 g/l, representan una alta densidad de los granos del café (Becker y Freytag, 2010). file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366644 26 3.8 Composición Químicas del café El café contiene miles de componentes químicos; a pesar de que es una de las plantas más estudiadas, todavía no se ha detectado el efecto de todas las sustancias presentes en los granos de café en los seres humanos. La composición química del grano de café depende de la especie y variedad cultivada, también de factores como la ubicación del cultivo, la altitud, la fertilidad del suelo, las condiciones atmosféricas, el grado de maduración y las condiciones de almacenamiento (Forero, 2010). En el grano de café se puede encontrar compuestos solubles en agua como la sacarosa y otros oligosacáridos, ácido clorogénico y sus isómeros, ácidos no volátiles, incluyendo ácido cítrico, málico y tartárico; cafeína, trigonelia, proteínas y sustancias minerales; los compuestos insolubles en agua se incluyen celulosa, proteína y aceite (Forero, 2010). 3.8.1 Cafeína La cafeína es un alcaloide perteneciente al grupo de las xantinas, que funciona como una droga estimulante y psicoactiva. Se encuentra en muchas especies de plantas. La fuente habitual de cafeína es el café, pero también se encuentra en el té (teína), guaraná (guaranina), mate (mateína), cacao y refrescos de cola, entre otros. Las plantas producen cafeína como pesticida natural, a modo de protección mecánica a través de la cual logran paralizar y matar ciertos insectos que se alimentan de la planta (Becker y Freytag, 2010). (Galindo, 2011). Manifiesta que la fórmula química de la cafeína es C8H10N4O2, con una masa molecular de 194,19 g/mol. Es una molécula química aquiral, y por lo tanto, no tiene enantiómeros ni tiene estereoisómeros. Su nombre sistemático es 1, 3,7-trimetilxantina, 1, 3, 7-trimetil-2, 6-dioxopurina o 3, 7-dihidro-1, 3, 7- trimetil-1H-purina-2, 6-diona. Algunos estudios afirman que puede crear dependencia si se la consume en exceso, aunque no está certificadamente comprobado, e interviene en la elaboración de fármacos para el tratamiento de jaquecas y contra el mareo. file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366645 file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366646 27 Los granos de robusta contienen casi el doble de cafeína que los granos arábigos; la cafeína extraída de los granos de café descafeinados se usa para la producción de sodas o medicamentos. La cafeína es el constituyente amargo que proporciona al café y al té su efecto estimulante y diurética (Mijael, 2014). (Cortijo, 2010). Manifiesta que se han ido descubriendo a través de los tiempos, que la cafeína se le siguen atribuyendo efectos como: buen estimulante de la circulación, la respiración y el sistema nervioso, disipador del sueño energético y afrodisiaco, disminuye la fatiga, alivia migrañas, facilita el trabajo psíquico, ayuda en la recuperación por intoxicación de alcohol. 3.8.2 Volátiles (Gonzales & Rosales, 2011). Manifiestan que la identificación de compuestos volátiles del café puede variar con base en su lugar de origen, la variedad botánica, el manejo agronómico, el tratamiento poscosecha y especialmente, el grado de tostado de los granos. 3.8.2.1 Los volátiles en el café verde (Gonzales & Vásquez, 2013). Manifiestan que durante años varios estudios se han destinado en conocer la composición de la fracción aromática de este cultivo, con la finalidad de identificar a los compuestos que pueden ser considerados como constituyentes del aroma del café. Se han encontrado diversas familias de compuestos volátiles, las cuales incluyen ácidos, aldehídos, alcanos, alquenos, ésteres, furanos, cetonas, lactonas, oxazoles, fenoles, piridinas, pirazinas, piroles y compuestos azufrados (Puerta Quintero, 2011). file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366650 28 Cuadro N°8: Compuestos Volátiles del café (Coffe arabiga L,) variedad Borbón de Masacota, Jalisco, Mexico. Detalle Área (%) LLE SDE 2- Butanona 0.32 2,3- Pentanodiona 0.14 0.33 1-Acetiloxi-2- Butanona 0.25 0.35 Acetaldehído 0.29 2- Butenal 0.34 0.36 2- Metilpropanal 0.29 0.4 2- Metilbutanal 0.3 0.59 2- Isononenal 0.24 0.51 Furano 0.41 2-Metilfurano 0.29 0.33 2- Vinilfurano 0.35 0.5 2- Furanocarboxaldeído 11.4 13.6 2,5-Dimetilfurano 0.56 0.9 Furfuril Alcohol 6.5 7.91 1-(2-Furanil) Etanona 0.7 5-Metilfurfural 8.5 8.99 2- Propilfurano 0.7 0.58 2- Pentilfurano 0.3 0.7 Furfuril Acetato 4.6 5.68 Bi-(2- Furil)- Metano 0.6 0.2 1-Metil-1h-Pirrol 0.53 0.7 2- Metilpirazina 5.75 Total de compuestos 17 22 Fuente: Gonzales, S. & Vásquez, E. 2013 Elaborado: Mercedes, Ll. & Mayra, M. 2016 29 3.8.3 Lípidos (Bolívar, 2010). Manifiesta que los lípidos son sustancias energéticas y protectoras de las células, son insolubles en agua y comprenden los ácidos grasos saturados e insaturados; los granos de café están compuestos de aceite presente principalmente en el endospermo, y de una pequeña cantidad de cera localizada en las capas externas del grano. El aceite es considerado como importante vehículo para el aroma del café tostado, pero es poco el que pasa al café soluble (1.5-1.6 0%). Los lípidos saponificables de los cuales se puede elaborar jabón, como los triglicéridos (grasas), céridos (ceras) y fosfolípidos (lecitina), y los esfingolípidos de las membranas celulares. También incluyen los insaponificables como los monoterpenos del geraniol y limoneno, los diterpenos como el fitol, las vitaminas A, E, K, el cafestol y el kahweol, los triterpenos como el escualeno, los tetraterpenos de los carotenoides, licopenos y xantofila, los politerpenos del caucho, los esteroides de las hormonas corticoides y sexuales, los esteroles como el colesterol, los ácidos biliares, la vitamina D y además, las prostaglandinas (Puerta Quintero, 2011). 3.8.4 Carbohidratos (Puerta Quintero, 2011). Manifiesta que los glúcidos son la principal fuente de energía de todos los seres vivos; en su estructura contienen varios grupos hidroxilo (-OH) y un grupo carbonilo aldosa (-CHO) o uno cetosa (C=O). (Bolívar, 2010). Manifiesta que los carbohidratos son los principales constituyentes de los granos de café verde, estos participan como precursores del aroma, mejoran la calidad organoléptica de la bebida de café contribuyendo a su viscosidad y espesor. file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366647 file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366649 30 3.8.5 Los aminoácidos y proteínas El contenido de aminoácidos libres de los granos de café verde muestra una amplia gama, desde 0,001% de la metionina en Robusta a 0,1% para el ácido glutámico en Arábigo. Para la mitad de los aminoácidos libres, Arábigo y Robusta judías verdes difieren significativamente; el contenido total de proteínas es similar entre las especies de café y están conformadas por 50% de albúminas que son solubles en agua y 50% de globulinas insolubles (Puerta Quintero, 2011). 3.8.6 Minerales En el grano de café se encuentran pequeñas cantidades de potasio, calcio, fósforo y magnesio (Bollo, 2010). 3.8.7 Compuestos nitrogenados El nitrógeno constituye entre el 1,30% y el 3,23% del peso seco del grano de café almendra cultivado en Colombia, con un promedio del 2,05%, y en el café tostado del 1,51% a 2,14%, con un promedio del 2,10%. En los granos de café almendra de las cosechas del 2005, 2006 y 2007, de los departamentos de Antioquia, Quindío, Caldas, Cesar, Santander, Huila y Tolima, se encontraron los mayores valores de nitrógeno en los granos provenientes de las unidades de suelos Malabar, Quindío, Chinchiná y Suroreste, y los menores en las variedades Maragogipe, Típica y Tabi, de Antioquia y la Sierra Nevada, y no hubo diferencias entre los rangos de altitud del cultivo (Puerta Quintero, 2011). 3.8.8 Polifenoles Los Polifenoles tienen dos principales componentes como: son los flavonoides y los ácidos fenólicos. Una ingesta dietaría total de Polifenoles se relaciona directamente al consumo de frutas, verduras y bebidas de consumo común como el café, té, chocolate, jugos y el vino tinto. El café es una fuente dietaría de Polifenoles (Reyes, 2012). 31 Cuadro N°9: Composición química del grano de café verde (% en base seca) COMPONENTES Café Arábiga Café Robusta Verde Verde Minerales 3.0 – 4.2 4.0 – 4.5 Cafeína 0.9 – 1.2 1.6 – 2.4 Lípidos 12.0 – 18.0 9.0 – 13.0 Total, de ácidos clorogénico 5.5 - 8.0 7.0 – 10.0 Oligosacáridos 6.0 – 8.0 5.0 – 7.0 Total de polisacáridos 50.0 – 55.0 37.0 – 47.0 Aminoácidos 2.0 2.0 Proteínas 11.0 – 13.0 11.0 – 13.0 Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.9 Características organolépticas del café La calidad organoléptica del café es el conjunto de atributos sensoriales que se manifiesta tanto en el grano y en la taza de café (producto final), tiene relación con la aceptación de los consumidores (Duicela Guambi, Guamàn Agilar, & Farfan Talledo, 2015). Las principales características organolépticas del café son: 3.9.1 Color de los Granos El color varía en función de la especie, altitud; pudiendo ser modificados por el envejecimiento, rehumedecimiento, secado y contaminaciones. Un café de altura o de estricta altura (arábigos) tiende a presentar un color verde gris-azulado; mientras que el café de zona baja, tiene un color verde grisáceo o verde claro a fuerte. Estos tonos de color en el café arábigo, son las características del café freso. Con el envejecimiento progresivos de los granos, el color empieza a cambiar hacia un color pálido y continua hacia un color “amarillento”, “amarillo paja”, amarillo pálido” y blanqueado (Becker & Freytag, 2010). file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366652 32 3.9.2 Olor del Café Verde El café limpio y fresco tiene un olor intenso y agradable. Con el envejecimiento de los granos; las características aromáticas del café se van desvaneciendo, hasta percibir únicamente un olor similar a la madera. Todos los olores ajenos al olor característico al café producen una pérdida de calidad; como el almacenamiento o transporte de los granos del café junto con agroquímicos y otros contaminantes (Becker & Freytag, 2010). 3.10 Consumo del café 3.10.1 Aspectos Nutricionales (Galindo, 2011). Manifiesta que el café es una de las bebidas estimulantes, que sobresalen entre las más importantes están el té, café y cacao. La denominación de estimulantes se debe a que contienen alcaloides del grupo de metilxantina, cafeína, teofilina y teobromina, de las cuales la más activa desde el punto de vista de la estimulación del sistema nervioso central es la cafeína. Un mecanismo de acción de las bases xánticas citadas es a través de la inhibición de fosfodiesterasas, aumentando así los niveles de AMPc, el cual es el responsable de muchos o de todos los efectos atribuidos a aquéllas, sobre el sistema nervioso, músculo esquelético y cardíaco, diuresis, glucogenólisis y lipólisis. Las tres bases xánticas presentan efectos cuantitativamente distintos sobre los sistemas y vías metabólicas. El café representa una de las fuentes más ricas de ácido clorogénico; el contenido de ácido clorogénico en una taza de 200 ml de café ha sido reportado en el rango entre 70 – 350mg, lo cual provee alrededor de 35 – 175mg de ácido cafeico. 3.11 Metodología para determinar la composicion fisico quimica del café Para determinar la calidad del café es muy importante la utilización de equipos de alta tecnología como se detalla a continuación: file:///E:/CORRECIÓN%2012%20%20%20%20analisis%20del%20tema%20de%20investigación%20Mayra-Mercedes-1.docx%23_Toc449366653 33 Según el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición de Madrid. Manifiesta que para la identificación de componentes volátiles es una gran opción la utilización del Espectrómetro de Infrarrojo FTIR Spectrum 400, porque tiene la función cualitativa y cuantitativa de identificar grupos funcionales presentes en una molécula, lo más importante para hacer análisis en este equipo es necesario que en la muestra este el mínimo porcentaje de agua. Para la identificación de compuestos volátiles se emplea el equipo que se muestra a continuación. Imagen N°11: Espectrómetro Infrarrojo FTIR Spectrum 400 Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 (Hedgepeth, 2013). Menciona que para la determinación de compuestos orgánicos presente en una muestra; la cromatografía líquida de ultra alta eficacia (UHPLC), tiene la función de disminuir los tiempos de análisis de una muestra hasta 10 veces y además reduce el consumo de la fase móvil hasta el 90%, incrementando la productividad, disminuyendo el consumo de la fase móvil y además reduciendo el tiempo. Las utilidades que se puede obtener con el uso del UHPLC son: Los datos de producibilidad en condiciones UHPLC superan a las HPLC convencionales que se están utilizando. Las columnas que se emplean son del tamaño de una partícula de 1,5 µm y proporcionan un rendimiento muy eficaz. Con el aumento de la temperatura proporciona beneficios como acelerar los tiempos de análisis sin pérdida del rendimiento. 34 (Rubiano Jesús A, Zuluaga Domínguez Carlos Mario). Manifiesta que para la cuantificación de cafeína es recomendable realizar la extracción líquido-líquido. Para conocer la cantidad de cafeína presente en el café se emplea el equipo que se muestra a continuación. Imagen N°12: Cromatógrafo de ultra alta presión (UHPLC) Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 3.11.1 Metodología para determinar compuestos volátiles en café 3.11.1.1 Destilación simultánea liquido-liquido (DS-LL) para la extracción de compuestos volátiles Las semillas de café se deshidratan en un secador de charolas a 90°C, hasta alcanzar una humedad de 12% con el fin de realizar la eliminación del pergamino o endocarpio y proceder con el tostado y molido de una manera tradicional. Para envasar inmediatamente en envases de vidrio sin dejar espacios de aire manteniendo sus características en cuanto al aroma y color; luego se procede a almacenar a temperatura ambiente hasta el momento de la extracción (Humberto, 2013). Se realiza una destilación simultanea liquido-liquido (DS-LL), que consiste en mesclar 20 g de café con 150 ml de agua desionizada en un matraz redondo el mismo que se conecta a un primer tubo lateral que se conecta con el otro matraz redondo que contiene 150 ml de Diclorometano-Éter (3:1), el cual se conecta a un segundo tubo lateral del mismo equipo y al final un balón donde se recolecta el reactivo de Diclorometano-Éter (Humberto, 2013). 35 El primer matraz se calentó a 92°C y el segundo matraz se mantiene a una temperatura de 45° C, el líquido que contiene los volátiles se recolecta aproximadamente en 1 h. La fase orgánica obtenida se filtra en caliente, se deja reposar y se envasa inmediatamente en un frasco de vidrio color ámbar y se conserva en refrigeración a 4°C hasta el momento de los análisis respectivos (Humberto, 2013). 3.11.2 Metodología para determinar el contenido de cafeina en café 3.11.2.1. Extracción de Cafeína liquido- líquido El caso más frecuente es la extracción de una disolución acuosa con un disolvente orgánico. Los disolventes orgánicos utilizados en extracción deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullición para facilitar su eliminación posterior. A nivel de laboratorio el proceso se desarrolla en un embudo de decantación. La extracción nunca es total, pero se obtiene más eficacia cuando la cantidad del segundo disolvente se divide en varias fracciones y se hacen sucesivas extracciones que cuando se añade todo de una vez y se hace una única extracción (Calle, 2011). Imagen Nº13: Extracción de cafeína del Café Robusta en tostado y molido Elaborado: Llanos, M. & Mayorga, M. 2016 Fase acuosa: la parte superior Fase orgánica: la parte inferior 36 3.11.2.2. Disolvente para la extracción de la Cafeína La cafeína es bastante más soluble en un disolvente orgánico que en agua; así que, agitando el filtrado en contacto con un cierto volumen de disolvente en el embudo de decantación, la cafeína pasa mayoritariamente a la fase orgánica. Se utilizó cloroformo por la gran solubilidad en el mismo de la mayor parte de los compuestos orgánicos y por su bajo punto de ebullición (62°C). El disolvente orgánico es más denso que el agua, formará la capa inferior, que se podrá recoger separada simplemente abriendo la llave del embudo. La glucosa se separa de la cafeína extrayendo ésta en el disolvente orgánico, en el que la glucosa no es soluble. La extracción líquido-líquido con ayuda del embudo no puede ser demasiado vigorosa, para evitar la formación de emulsiones que retardan drásticamente la definición de las dos fases. Una emulsión es una dispersión de gotas muy finas