2022.07.03.18

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El procesamiento del grano de café. Del tueste a la infusión

Coffee bean processing. From roasting to infusion

Ostilio R. Portillo

Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de Honduras, (UNAH), Tegucigalpa, Honduras.

Correspondencia: [email protected]; Tel.: 504-9376-1660

Available from: http://dx.doi.org/10.21931/RB/2022.07.03.18

RESUMEN

El café es una de las bebidas más consumidas en el mundo y su popularidad no está basada en su valor nutricional o sus potenciales beneficios a la salud, si no en su sabor placentero y las propiedades estimulantes de la cafeína. Esto es respaldado por las últimas estadísticas publicadas por la Organización Internacional del Café (ICO, por sus siglas en inglés) según la cual aproximadamente 1.4 billones de tazas de café son consumidas diariamente además del hecho de que la taza de consumo global se ha duplicado en los últimos 50 años por causa de la apertura de nuevos mercados.

La amplia aceptación del café está ligada a sus propiedades sensoriales las cuales a su vez están fuertemente influenciadas por una cadena de eventos que inician desde la cosecha y las practicas postcosecha (i.e., fermentación, lavado, secado, tamizado, eliminación de granos defectuosos y almacenamiento), seguidas por el tueste, molido y empacado del producto para su posterior comercialización. No obstante, existen otros factores que también afectan las propiedades organolépticas de la bebida tales como, pero no limitado a: el pH y temperatura del agua, las mezclas realizadas antes o después del tueste, la especie y/o variedad de café, las adulteraciones, la incorporación de aditivos, el método de preparación de la bebida, el tipo de recipiente en el que se sirve la infusión, entre otros.

El presente artículo presenta una breve descripción de los factores que afectan la calidad de la taza relacionados con el procesamiento del grano oro del café. Sin embargo, aunque los factores ya mencionados son tomados en consideración por los catadores, para fines comerciales, la calidad del café está y siempre estará en manos del consumidor. Después de todo la mejor prueba es cuando la persona lo prueba.

Palabras clave: organoléptica, perfil de tueste, endotérmica, exotérmico, ma-croscópica, microscópica, reacción Maillard, caramelización.

ABSTRACT

Coffee is one of the most consumed beverages in the world, and its popularity is not based on its nutritional value or potential health benefits but its pleasant taste and stimulating caffeine properties. This is supported by the latest statistics published by the International Coffee Organization (ICO), according to which approximately 1.4 billion cups of coffee are consumed daily in addition to the fact that global consumption has doubled in the last 50 years due to the opening of new markets.

Its wide acceptance is linked to its sensory properties, which in turn are strongly influenced by a chain of events starting from harvest and post-harvest (i.e., fermentation, washing, drying, sieving, removal of defective beans y storage), followed by roasting, grinding and packaging of the product for its subsequent commercialization.

However, other factors also affect the organoleptic properties of the beverage, such as but not limited to pH, water temperature, mixtures made before or after roasting, species and varieties, adulterations, incorporation of additives, drink preparation method, type of container in which the infusion is served, among others.

This article briefly describes factors affecting cup quality related to the processing of the bean. However, although the factors mentioned above are taken into account by professional tasters, in the end, for commercial purposes, the coffee quality is and always will be at the hands of the end consumer. After all, the best test is when the consumer tries it.

Keywords: organoleptic, roast profile, endothermic, exothermic, macroscopic, microscopic, Maillard reaction, caramelization.

INTRODUCCIÓN

Hablar del procesamiento del grano oro del café desde su selección, mezclas, tueste, molido, empacado y métodos de preparación de la bebida (entre otros) no es tarea fácil debido a la gran cantidad de variaciones introducidas al procesamiento del grano, a través del tiempo, por causa de las exigencias del mercado además de factores de carácter eco-nómico. No obstante, el objetivo de esta publicación es el de discutir los pasos más sobresalientes del procesamiento del grano tomando en consideración los descubrimientos reportados por varios autores así como las prácticas comunes implementadas por la industria y consumidores.

El procesamiento del grano de café es tanto un arte como una ciencia que involucra una serie de etapas cada una con un propósito específico tal es el caso del tueste del grano a través del cual se desarrollan las propiedades organolépticas del producto tales como el aroma, el sabor, la tensión superficial y el color a través de cientos de reacciones físicas y químicas que ocurren de manera simultánea.^1,2

Sin embargo, pese a su importancia no existe un punto óptimo de tueste ni una explicación, universalmente aceptada, que lo defina. ^2-4

Aunque existen cuatro niveles/perfiles de tueste reconocidos (e.g., ligero, medio, oscuro y muy oscuro); ciertos autores sostienen que el tueste medio es el punto en el que la mayoría de los compuestos aromáticos y volátiles se desarrollan y alcanzan su mayor concentración. ⁵Sin embargo, el punto óptimo de tueste está en función del método de procesamiento empleado, el método de preparación de la bebida y las preferencias del mercado. ²

El proceso de tueste es complejo y se produce como resultado de la transferencia de calor vía convección y conducción. ⁶ Además, el tueste del grano se divide en tres etapas: la deshidratación del grano [hasta los 100 °C (212 °F)], el tueste 170-220 °C (338-428 °F) y la fase de enfriamiento.^2,7,8

En la actualidad, para el tueste del café se hace uso de un tazón vertical rotatorio o un tambor horizontal giratorio con paletas internas que mantienen los granos en constante movimiento mientras el aire caliente fluye a través del dispositivo asegurando así la transferencia homogénea de calor vía convección, es decir, del aire a los granos.^9,10 De manera simultánea, en los sistemas abiertos el aire caliente arrastra consigo los gases generados, así como pequeños fragmentos residuales.

Además, el calor también se transfiere a los granos a través del fenómeno de la conducción, es decir, cuando estos entran en contacto físico con las paredes calientes del dispositivo o con otros granos calientes.^6,10 Por otro lado, también existen otros equipos alternativos que operan a través de microondas,^11,12 emisiones infrarrojas u otros mecanismos de operación eléctrica. ¹¹

Limpieza y selección del grano crudo en base a su tamaño, especie o variedad

El proceso inicia con el vaciado de los costales de 60 a 70 kg de café crudo y despergaminado. El grano es limpiado de impurezas (e.g., polvo, restos de pergamino/pulpa u otros materiales) (Figura 1) para luego ser mezclado con cafés procedentes de otras regiones, de otras especies o variedades.^10,13

Además, antes del tueste se debe prestar atención a la clasificación del grano de café respecto a su tamaño. Por lo general, dicha clasificación se lleva a cabo a través de tamices de diferentes diámetros. La justificación para esto es que durante el tueste los granos pequeños (Ø = 6-6.25 mm) y muy pequeños (Ø ˂ 5-5.25 mm) tienden a ser tostados más rápidamente que los granos grandes por lo que pueden afectar la calidad del producto final.^14,15

Figura 1. Limpieza del grano antes del tueste 1. Grano proveniente del campo, 2. Grano limpio de defectos, 3. Mezcla de defectos extraídos. Fuente: elaboración propia.

Por ejemplo, una muestra de café tostada en condiciones de tiempo y temperatura recomendadas para producir cafés medianamente tostados puede llegar a desarrollar características sensoriales propias de los cafés negros o bien tostados sí esta tiene mucho grano pequeño o muy pequeño. Además, una muestra de café con mucho grano pequeño o muy pequeño tiende a perder más masa durante el tueste por lo que el peso final de la muestra recuperada es inferior a la esperada cuando el grano es uniforme respecto a su tamaño. ¹⁴

Por otro lado, muchas variedades de café provenientes de diferentes regiones geográficas tienen sabores que las caracterizan, cualidad que es explotada por muchas plantas procesadoras de café a través de mezclas, antes o después del tueste, a fin de alcanzar los sabores deseados.^16,17 Los mejores resultados se obtienen a través de mezclas que contienen un alto porcentaje de cafés colombianos y centroamericanos (cafés arábica).

Las mezclas de grano antes o después del tueste del grano

Muchas plantas procesadoras aprovechan los diferentes sabores que caracterizan al café a través de mezclas, realizadas antes o después del tueste, a fin de alcanzar los sabores y aromas deseados.^6,16-18 Aunque la tendencia es realizar las mezclas antes del tueste; Por lo general, la decisión obedece a factores organizacionales o económicos.^10,18,19

Es de hacer notar que sí se opta por mezclar los lotes de granos después del tueste estos deberán ser procesados, individualmente, bajo las mismas condiciones de tueste (tiempo y temperatura). ²⁰No obstante, en la vida real las mezclas después del tueste se realizan para poder tostar ambas fracciones bajo condiciones específicas de tiempo y temperatura que maximicen las propiedades organolépticas de cada una, pero el proceso es más complejo y caro. ⁶

Las propiedades organolépticas distintivas del grano son producto del lugar de procedencia, la especie (C. arabica vs C. canephora) y/o variedad cultivada (Típica o Bourbon), el tipo de suelos, etc. Sin embargo, los mejores resultados se obtienen a través de mezclas que contienen un alto porcentaje de cafés arábica ya que estos tienen un aroma más agradable.

En la actualidad, solo dos especies han ganado importancia económica pues son usadas en la producción de café: Coffea arabica L. (café arábica) & Coffea canephora Pierre ex A. Froehner var. Robusta, siendo el 65 y 35% de la producción mundial atribuida a C. arabica L. & C. canephora P. respectivamente.^17,21-26

Siendo más específicos, los cafés arábica son arbustos perennes capaces de vivir por 10-15 años en la naturaleza antes de morir 27 y se desarrollan mejor en regiones con precipitaciones pluviales que fluctúan entre los 1500-2500 mm ^17,28 a elevaciones oscilantes entre los 600-2000 m.s.n.m. con temperaturas promedios oscilantes entre los 18-22.5 °C (64.4-72.5 °F). ^28-30

En contraste, los cafés robusta son arbustos más robustos y resistentes a plagas y enfermedades, además de ser menos exigentes respecto a las condiciones ambientales pues se adaptan bien a elevaciones por debajo de los 600 m.s.n.m. con temperaturas promedio oscilantes entre los 22-26 °C (71.6-78.8 °F) ^28,29,31 y precipitaciones pluviales que fluctúan entre los 1200-2500 mm anuales. ³¹

Es de hacer notar que al hacer las mezclas los cafés arábica son usados para mejorar el aroma de la bebida mientras que los cafés robustas se usan para mejorar el sabor y cuerpo (densidad) de la misma ³²además de ayudar a bajar los costos de producción ya que el grano de café robusta se cotiza casi por la mitad del precio del café arábica. ^33-35

Desafortunadamente, entre más alta sea la proporción de café robusta la mescla resultante será de menor calidad ¹⁷ razón por la cual los cafés robusta rara vez son usados sin mezclar. ¹⁵

Por ejemplo, según Frega et al. ³⁶ las mezclas realizadas entre C. arabica y C. canephora en una proporción de 80:20 respectivamente se caracterizan por presentar una mayor concentración de aldehídos, cetonas, alcoholes, pirroles, pirazinas, furanos, tiazoles, tiofenos, esteres, oxazoles, lactonas, compuestos azufrados, piridinas, alcanos, alquenos, compuestos fenólicos, compuestos bencénicos, ácidos, piranonas y terpenos; Mientras que aquellas mezclas realizadas en una proporción de 20:80 se caracterizan por la presencia de compuestos azufrados.

Por otro lado, en Estados Unidos las mezclas hechas entre los cafés arábica y cafés robustas en una relación de 50:50 son de las más comunes, pero se les considera de bajo precio.^14,19 Algunos ejemplos de mezclas realizadas entre los cafés arábica y robusta son: el estilo Vietnamita 85:15, el estilo Italiano 95:5, el estilo New York 100:0, el estilo Frances 40:60 y el estilo Continental 80:20. ³⁷

Alteraciones estructurales y químicas del grano durante el tueste

Por lo general, los granos de café se tuestan a temperaturas oscilantes entre 200-240 °C (392-464 °F) por espacio de 10-15 min dependiendo del perfil de tueste deseado ^6,38-42 y según Baggenstoss ⁴³ y Reineccius ⁴⁴, el desarrollo del olor y sabor característico del café, el cambio de una pigmentación café a una negra y el incremento de volumen (de 50 a 100%) son los cambios más notorios producto del procesamiento térmico de los granos de café.

Una vez logrado la coloración y apariencia deseada o el tiempo programado, el tueste es interrumpido y los granos son enfriados por la circulación de aire a temperatura ambiente [T = 20-22 °C (68-71.6 °F)] o a través de la aspersión de agua ^{5,6,10,13,20,44,45} para evitar reacciones exotérmicas las cuales pudieran afectar la calidad del producto obtenido.

En otras palabras, los granos de café empiezan a generar su propio calor por lo que se vuelve necesario enfriarlos ya sea circulando aire fresco o asperjando agua a temperatura ambiente. Del agua asperjada, la mayoría se evapora por causa del calor, pero una fracción permanece en el grano tostado. ⁴⁶ Al final, el porcentaje de humedad del grano tostado oscila entre 2-3%.^6,44,46,47

Durante la fase de deshidratación la mayor parte de la humedad del grano (10-12%) se evapora por causa de la temperatura,^1,7,9,20 pero es durante el tueste que se producen cambios en la estructura y composición de los granos a una escala macroscópica y microscópica producto de una serie de alteraciones físicas y químicas (Tabla 1); que resultan en una pérdida de materia seca en la forma de CO2, monóxido de carbono (CO) y otros compuestos volátiles (e.g., aldehídos, cetonas, esteres, ácido acético, metanol, glicerol, etc),^{1,2,5-7,13,14} siendo el CO₂ responsable del 87% de todos los gases liberados durante el tueste del grano.^48,49

En general, las pérdidas de materia seca oscilan entre un 2-5% para los cafés ligeramente tostados y entre un 11-16% para los cafés oscuros (Figura 2).^6,44

La pérdida de materia seca es principalmente producto de la degradación de las proteínas y carbohidratos del grano (mono-, oligo-, y polisacáridos) conforme avanza el grado de tueste; Sin embargo, existen fuertes variaciones al respecto por la falta de estandarización del tiempo y temperatura aplicada.

Figura 2. Cambios físicos del grano de café causados a diferentes perfiles de tueste. A. Pérdida de masa expresada en gramos. B. Aumento del volumen expresado en centímetros cúbicos.Fuente: elaboración propia.

¹ Las discrepancias observadas entre los valores reportados pueden ser atribuidas a: la especie involucrada y las técnicas empleadas para la extracción y determinación (identificación y cuantificación) de analitos.

²ND: No detectado.

Tabla 1. Composición porcentual del grano de café (Coffea arabica) crudo y tostado en base a materia seca.¹

Por ejemplo, experiencias reportadas por Redgwell et al. ⁵³ indican que la degradación de los polisacáridos del grano oscila entre un 11-40% entre los granos ligeramente tostados y los bien tostados (Tabla 2) lo cual representa una significativa pérdida de materia seca en los granos de café negros o bien tostados.

Por otro lado, al mismo tiempo que se produce la degradación de los polisacáridos de alto peso molecular también se producen otros cambios tales como el cambio de una coloración verdosa a café producto de la caramelización de los azucares y a la acumulación de compuestos derivados de la reacción Maillard (melanoidinas). ⁵⁴

Valores expresados como g (de materia seca) ± error estándar por muestra de 10 g de café. Adaptado de Redgwell et al. 53.

Tabla 2. Degradación de los polisacáridos del grano de café a tres diferentes niveles de tueste.

Los cambios estructurales y de composición ocurren como resultado de:

a) La desintegración de los carbohidratos de alto peso molecular (e.g., celulosa, galactomananos y arabinogalactanos) causando su despolimerización y desprendimiento de sus cadenas laterales, liberando así carbohidratos simples o de cadena corta (e.g., mono, di y oligosacáridos).^2,52,55,56

Una vez liberados, las azucares simples (mono y disacáridos) son degradados aún más o se condensan con otras moléculas dando lugar a la formación de otros compuestos que contribuyen tanto al sabor como al aroma del café tostado. ² Por ejemplo, la degradación de la sacarosa da lugar a producción de ácidos alifáticos (e.g., ácidos fórmico, acético y láctico) y otras sustancias tales como el 5-hidroximetil-2-furfural y el ácido 5-hidroximetil-2-furoico (Figura 3).

b) La desintegración de las proteínas liberando así aminoácidos libres o péptidos de bajo peso molecular además de compuestos volátiles. ⁶ Más del 80% del CO₂ liberado durante el tueste del grano se produce como resultado de la desintegración de los aminoácidos mientras que apenas un 10% se origina a partir de la desintegración de la glucosa presente en el grano. ⁴⁹

Por otro lado, la asparagina, glutamina, cisteína y ácido aspártico son los aminoácidos que más amoníaco (NH₃) liberan durante su degradación térmica. ⁵⁷Debido a la fuerte emisión de CO y CO₂ el tueste del café, a una escala industrial, ha sido criticado como una fuente importante de gases de invernadero. Curiosamente; aunque el amoníaco en si no es considerado como un gas que contribuya al calentamiento global una vez que se mezcla con el agua de lluvia y se deposita en el suelo es convertido, a través de reacciones de nitrificación y desnitrificación, en óxido nitroso (N₂O) el cual si está catalogado como un fuerte gas de invernadero. ⁵⁸

Figura 3. Degradación térmica de la sacarosa y compuestos derivados. Adaptado de Wei et al. ⁵⁹

c) La caramelización que se produce cuando los carbohidratos simples o de cadena corta se condensan en moléculas más complejas resultando en sustancias acarameladas solubles o compuestos insolubles de alto peso molecular.^2,6,60,61

Según Farah ⁵⁰, en la etapa inicial del tueste el agua se evapora; provocando una pérdida de masa que oscila entre los 14-20% en base a materia seca ⁶² y cuando la temperatura alcanza los 130 °C (266 °F) la sacarosa se carameliza y los granos empiezan a tornarse de color café y a hincharse.

Durante el tueste, el grano se comporta como una cámara presurizada pues aumenta de volumen casi al doble de su tamaño original (Figura 2) ^6,42 producto de la acumulación de vapor de agua y gases (CO y CO₂) al interior del mismo ^6,48,51,53 causando la dilatación de las paredes celulares, destrucción de las células y el aumento del diámetro de sus poros.^6,10,51,53

La sistemática acumulación de gases y vapor de agua provoca que el grano emita un sonido similar al de las palomitas de maíz cuando son tostadas ^6,10,20,44 marcando así el momento preciso en que se produce la transición entre las reacciones endotérmicas y las exotérmicas.^6,63

d) Durante el tueste del grano, a los 190 °C (374 °F), inicia la reacción Maillard a través de la cual los carbohidratos reductores y los grupos aminos (NH₂) de los aminoácidos libres y las proteínas interactúan produciendo así los pigmentos responsables del cambio de coloración provocando que los granos cambian de color verde a café oscuro ^17,38 a través de la formación de compuestos nitrogenados y sulfurados tales como los pirroles, tiofenos, oxazoles y tiazoles. ⁶⁰

Durante la reacción Maillard, los azucares reductores (e.g., glucosa y fructuosa) reaccionan con los compuestos nitrogenados (e.g, aminoácidos libres, péptidos, oligopéptidos, polipéptidos, proteínas, serotonina y trigonelina) para formar glicosilaminas (bases tipo Schiff) ^2,17,19 las cuales son reconfiguradas en: a) aminoaldosas a través de conformaciones tipo Heyns cuando el azúcar reductor involucrado es una cetosa (e.g., fructuosa) o en b) amino-cetosas a través de conformaciones tipo Amadori cuando el azúcar reductor involucrado es una aldosa (e.g., glucosa) (Figura 4).^{2,13,43,64,65} En otras palabras, las aldosas son transformadas en cetosas y viceversa.

Los compuestos Amadori y Heyns en sí son incoloros y no volátiles, pero son degradados (fragmentados) y sirven de materia prima para la formación de compuestos heterocíclicos volátiles característicos del café tostado ^2,64 tales como: piridinas, pirazinas, dicarbonilos, oxazoles, tiazoles, pirroles e imidazoles, enolones (e.g., furaneol, maltol, cicloteno) entre otros. ²

No obstante, en la última etapa de la reacción Maillard se producen polímeros cafés de alto peso molecular lla-mados melanoidinas. ⁶⁶ Una característica importante de la reacción no enzimática Maillard es que en ausencia de azucares reductores (i.e., glucosa y fructosa) esta no se produce ⁶⁷ independientemente de la presencia de los compues-tos nitrogenados.

Conforme el tueste avanza se puede escuchar un segundo chasquido el cual marca el punto en que el grano se ha tornado oscuro y quemado. Por lo general, el intervalo comprendido entre el primer y segundo chasquido es el utiliza-do por la industria para terminar con el tueste del grano.^4,10

Figura 4. Esquema de la reacción Maillard. Fuente: elaboración propia

Determinación del grado de tueste

Varios parámetros han sido sugeridos como medidas del grado de tueste tales como: el porcentaje de pérdida de masa durante el tueste, el aumento de volumen del grano, cambios de color del grano (Figura 5) ^{1,17,59,68,69} causado por la formación de compuestos derivados de la reacción Maillard (melanoidinas) y la caramelización, ³ el contenido de ácidos clorogénicos,^4,9,59,68 la proporción entre la cafeína y los ácidos clorogénicos, ⁷⁰ el contenido de aminoácidos y metilpirazinas,^4,9 el grado de reflectancia de la luz expresado en términos de unidades de reflectancia (los cafés ligeramente tostados tienden a reflejar la luz más intensamente que los cafés negros o bien tostados),^17,41,71 la proporción entre la trigonelina y sus derivados (trigonelina : ácido nicotínico + nicotinamida) y el examen de los gases producidos durante el proceso de tueste.^9,72,73

Pese a que algunos de estos parámetros (e.g., la pérdida de masa durante el tueste y el color del grano tostado) han sido considerados inefectivos por parte de algunos autores ¹⁷ el método cromático sigue siendo el más común y practicado por la industria ^3,6,43 debido a una correlación directa entre el color del grano y la temperatura final de tueste y es en base a ello que se reconocen cuatro niveles de tueste: ligero (~ 6 min de tueste + 187 °C), medio (~ 7 min + 202 °C), medio-oscuro (~ 9 min + 217 °C) y oscuro (~ 15 min + 225 °C) ^1,3,13,47,74; Sin embargo, no existen temperaturas y tiempos de duración estandarizados para cada uno de ellos.

Figura 5. Gradiente cromática del grano de café (antes y después del molido) producto de diferentes perfiles de tueste. 1. Tostado claro, 2. Tostado medio claro, 3. Tostado medio, 4. Tostado medio oscuro y 5. Tostado oscuro.

Para ello la Asociación Americana de Cafés de Especialidad (SCAA) ha desarrollado el sistema de clasificación del tueste en base a ocho discos de colores (SCA Agtron Roast Color Kit) los cuales presentan una serie cromática de los cambios de coloración observados bajo condiciones de tueste controlados la cual es usada para determinar el grado de tueste de los cafés comerciales.^50,54,73

En términos generales, cada disco está enumerado con incrementos de diez unidades entre sí y de manera conjunta presentan una gradiente cromática que representa las diferentes tonalidades de color que el grano de café ad-quiere dependiendo del grado de tueste aplicado (Figura 6).

No obstante, si lo que se desea son mediciones más precisas el grado de tueste del grano se puede determinar a través del parámetro de luminosidad ^ldel sistema CIELAB el cual ha sido usado en otras matrices alimenticias (e.g., cacao) como parámetro de referencia para medir el grado de tueste al cual el producto ha sido sometido.^6,49,75

Los valores de la escala de color del sistema CIELAB [l (luminosidad [0 = negro y 100 = blanco], a (espectros: -120° = rojo y + 120° = verde) y b (espectros: - 120° = azul y + 120° = amarillo)] se miden con un espectrofotómetro ^47,54,76 y en base a esta escala de valores una l igual a 30, ^{26-22 y 20} corresponde a perfiles de tueste ligero, medio y oscuro respectivamente.^6,18,77

Curiosamente, aunque el grado de luminosidad (l) tiende a decrecer conforme avanza el grado de tueste su reducción es más pronunciada en los cafés arábica respecto a la robusta razón por la cual, por lo general, el grado de luminosidad de los cafés solubles tiende a ser más alto ya que las mezclas de grano usadas en su manufactura contienen una mayor proporción de café robusta. ⁷⁸

Figura 6. Gradiente cromática desarrollada por la Asociación Americana de Cafés de Especialidad. Adaptado de Leme et al. ⁵⁴

El proceso torrefacto

Es una variación del tueste convencional el cual constituye un ejemplo típico de adulteración del café y consiste en la adición de azúcar, durante el proceso de tueste, en la forma de azucares reductores (i.e., glucosa o fructuosa) o no reductores (i.e., sacarosa) a razón de ≤ 15% en base a peso seco ^16,59,79,80 provocando su caramelización lo que produce la típica coloración café del sustrato y un aumento en el número de productos resultantes de la reacción Maillard (e.g., ácidos, melanoidinas, pirazinas, piridinas y furanos etc.).

La caramelización de la azúcar agregada provoca la formación de una delgada capa quemada alrededor del grano tornándole más amargo y oscuro, más brillante y reduce su aroma ^16,59,81,82 y constituye una barrera física que restringe el libre acceso del oxígeno lo que previene el enranciamiento oxidativo de los lípidos del grano tostado.^59,65,83

Aunque el azúcar caramelizada reduce la intensidad del aroma del grano tostado pues impide el escape de los compuestos aromáticos volátiles 16 está también imparte olores tipo nuez tostada, chocolate⁸³ o caramelo causado por un aumento en la producción de pirazinas, furanos y piridinas.^16,59

El proceso Torrefacto es una práctica usual en varios países del sur de Europa y Sudamérica ^59,66 y es normalmente realizado a un grado de tueste más leve para evitar los malos sabores producidos por el azúcar quemada (tipo caramelo quemado) ^16,59,66; Además el proceso es usado para encubrir las malas características organolépticas de los cafés de mala calidad o aquellos preparados a base de C. canephora (cafés robusta) ^59,65,84 y para aumentar el cuerpo de la bebida resultante. ⁷⁹

La técnica del tueste rápido

Actualmente existen sistemas que logran el tueste del grano de café en menor tiempo (~ 3-5 min). Sin embargo, los granos de café tostados rápidamente generan una mayor cantidad de gases además de presentar una mayor porosidad y fragilidad, una menor densidad,^6,46 una mayor taza de migración de lípidos a la superficie del grano y un aumento de volumen más acelerado que aquellos que son tostados de manera más lenta. ⁶

Por otro lado, una de las desventajas de los cafés rápidamente tostados es que sus propiedades sensoriales son fuertemente afectadas por la oxidación de sus lípidos ya que por su tendencia de migrar hacia la superficie del grano entran en contacto con el oxígeno atmosférico. ²

Otras características de los cafés rápidamente tostados son su mayor cuerpo pues liberan un 20% más de sólidos solubles en la bebida, un sabor más fuerte ^2,6,71 debido a una mayor concentración de ácidos clorogénicos; además de un mayor porcentaje de humedad y CO₂. ⁶Adicionalmente, el tueste rápido además de resultar en un café con mayor cantidad de materia seca, produce un sabor menos quemado y un incremento en el sabor y aroma producto de una menor pérdida de compuestos aromáticos volátiles.^2,43

Sin embargo, el tueste rápido del grano debe realizarse con precaución ya que este puede resultar en un diferencial térmico desde la superficie del grano hasta el centro del mismo. Es decir, que se puede producir una sobre exposición al calor en la superficie del grano provocando así que se queme mientras que el centro del mismo aún está crudo. ⁶

Adulteraciones del café

Las combinaciones de granos de ambas especies son consideradas como adulteraciones cuando el manufacturador vende el café como un producto 100% derivado de C. arabica a fin de obtener, en el mercado, mejores precios por un producto de calidad inferior. ⁸⁵ Asimismo, las mezclas de lotes de granos de mayor calidad con aquellos de calidad inferior a fin de reducir costos de producción también son consideradas adulteraciones cuando el producto final es comercializado como un producto de alta calidad. ⁸⁵

En este último caso, podemos citar las mezclas entre los ʻModerados colombianos’ considerados como los de más alta calidad y por ende más caros ^86-88 con los ʻModerados brasileños’ los cuales pese a ser cafés arábica son calificados de baja calidad y más baratos. ⁸⁷

Por otro lado, las mezclas, antes del tueste, con productos tales como maíz, frijol soya, cebada, trigo, almidón, grano de cacao, pulpa seca de café y azúcar blanca o morena (proceso torrefacto) entre otros también son consideradas casos típicos de adulteración cuando el producto resultante es comercializado como un producto a base de café única-mente.^89,90

Desafortunadamente, la inspección visual de las muestras no permite discriminar las muestras genuinas de las contaminadas razón por la cual varias técnicas analíticas (i.e., espectroscopia, cromatografía, electroforesis, procesamiento de imágenes entre otras) han sido desarrolladas a fin de detectar las adulteraciones del café, pero la discusión detallada de las mismas va más allá del enfoque de este ensayo.

No obstante, diremos que la presencia de altos niveles de glucosa es un marcador confiable de la contaminación por azúcar; Por otro lado, la presencia de xilosa en muestras de café tostado y molido es considerado como un marcador de contaminación con pulpa de café pues es uno de los monosacáridos constitutivos de la misma. ⁹¹ En contraste, la presencia de fucosa en las muestras de café es considerada como un marcador de la contaminación con grano de soja. ⁹¹

Efecto del tueste del grano en el pH de la infusión

Según Franca et al. ⁷, los cafés con un muy bajo pH (muy ácidos) son de mala calidad y congruente con esta afirmación Flament et al. ⁶⁰ dice que el tueste óptimo se alcanza cuando el grado de acides de la infusión desciende a su punto más bajo.

Ya que la acides de la bebida tiende a aumentar durante las primeras etapas del proceso para luego descender gradualmente conforme avanza el grado de tueste ^6,44 entonces los cafés ligeramente tostados son los más ácidos y de menor calidad mientras que los menos ácidos y más amargos son los cafés bien tostados o negros ^2,6y por consiguiente de mayor calidad al menos desde el punto de vista del consumidor. Por ejemplo, en Europa los cafés bien tostados y amargos son los preferidos por un tercio de los consumidores. ⁹²

Este fenómeno se atribuye, en parte, al hecho de que durante las primeras etapas del tueste se producen ácidos orgánicos volátiles de cadena corta (i.e., ácido acético, ácido fórmico, ácido butanoico, ácido hexanoico, ácido glicólico y ácido láctico) los cuales influyen en la acides de los cafés ligeramente tostados, pero estos son degradados conforme avanza el proceso de tueste.^2,4,65,93,94

Por ejemplo, la concentración del ácido fórmico y el ácido acético tiende a aumentar, pero una vez iniciado el tueste medio esta tiende a descender. En contraste, la concentración de ácido glicólico y ácido láctico continúa ascendiendo más allá del término medio. ⁹³

Además, la extracción del material soluble a través del agua caliente facilita la solubilización de los ácidos cloro-génicos (e.g., ácido cafeoilquínico) los cuales, según Flament et al. ⁶⁰ a pesar de encontrarse en cantidades relativamente grandes, no afectan mucho la acides (pH) de la bebida; pero son responsables por la astringencia y amargor de la misma. ⁶¹

No obstante, el consenso general es que el pH de la bebida está directamente relacionado con el CO₂ atrapado en el grano tostado. Una vez disuelto en agua, el café tostado y molido libera rápidamente el CO₂ atrapado el cual al disolverse da lugar a la formación de ácido carbónico (H₂CO₃) el cual a su vez libera un protón (H⁺) al ser degradado en carbonato de hidrogeno (HCO3¯) (Ecuación 1). ⁹⁵

En consecuencia, entre más moléculas de ácido carbónico sean degradadas más protones serán liberados tornan-do más ácida la bebida de café.

CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ ⇄ HCO₃¯ + H+ (1)

Finalmente, los cafés tostados rápidamente tienden a presentar un mayor grado de acides; En contraste, los cafés tostados más lentamente presentan una gama de atributos sensoriales que varían desde los aromas afrutados, el olor a nuez y tonalidades tostadas. ⁶

Efecto del tueste en la capacidad antioxidante de la infusión

Además, la capacidad antioxidante del café, una de sus propiedades bioquímicas, es también afectada por el grado de tueste aplicado. Esta se atribuye a la presencia de una serie de compuestos orgánicos tales como los tocoferoles, compuestos fenólicos (e.g., ácidos clorogénicos, ácido vinílico, ácido cafeico, ácido sinápico, etc), las xantinas (i.e., cafeína y teobromina) y las melanoidinas los cuales tienen la capacidad de estabilizar los radicales libres (e.g., NO⁺, NO^-, ONOO^-, H₂O₂, O₂-, y OH^-) a través de la donación de átomos de hidrogeno produciendo así moléculas estables no radicales.

Sin embargo, la capacidad antioxidante del café se ve afectada por el grado de tueste al que es sometido. El punto óptimo de tueste para alcanzar la mayor capacidad antioxidante del café es un tanto controversial ya que la evidencia sugiere que los cafés ligeramente tostados presentan una mayor capacidad antioxidante respecto a los medianamente tostados y los bien tostados (cafés negros). ¹

En contraste, existen reportes en los cuales la mayor capacidad antioxidante se obtuvo en los cafés medianamente tostados.^3,96-98 A manera de referencia, se ha estimado que la capacidad antioxidante de la bebida de café es aproximadamente cinco veces inferior a la del ácido ascórbico (vitamina C). ⁹⁹

Las discrepancias reportadas respecto a la capacidad antioxidante de la bebida de café independientemente del grado de tueste del grano pueden atribuirse al método de preparación de la infusión. Por ejemplo, Caporaso et al. ¹⁰⁰ reportaron que los cafés tipo espresso presentan la mayor capacidad antioxidante (expresada en términos de mmol de Trolox por litro de infusión) respecto a otros métodos de preparación.

La diferencia en la capacidad antioxidante de la bebida producto del método de preparación de la infusión se des-cribe a través de la siguiente gradiente: café espresso (81.50 mmol/l) ˃ café moka (71.89 mmol/l) ˃ café napolitano (47.94 mmol/l) ˃ café americano (22.88 mmol/l). ¹⁰⁰

El molido del grano tostado

Luego del tueste los granos de café son enfriados a temperatura ambiente por espacio de 12-48 h antes de molerlos. ¹⁰¹ El molido del grano se realiza a fin de mejorar la extracción de solutos durante la preparación de la bebida.

Los granos tostados presentan una estructura frágil y porosa producto de la presencia de micro y macroporos (Ø = 20-40 μm) siendo estos últimos causados por el vaciado de células durante el tueste 6,48 lo cual facilita el procesa-miento del grano ya que reduce el consumo de energía requerido durante el molido.

Primeramente, los granos tostados (CAS: 68916-18-7) son rotos en pequeños fragmentos antes de ser reducidos a partículas más pequeñas. ¹⁰² Seguidamente, los fragmentos son reducidos a partículas de diámetro variable, dependiendo del tipo de producto deseado, para luego ser comercializado.

El tamaño de partícula obtenida depende del grado de humedad de la muestra. Entre mayor sea el nivel de humedad las partículas obtenidas serán más grandes. En el café tostado y molido, el tamaño promedio de partícula varía desde los 1100 µm (grueso) hasta el tamaño comercial promedio que oscila entre los 425-500 µm (muy fino). No obstante, también existen partículas aún más pequeñas (200 a 400 µm) recomendadas para la elaboración de cafés expresos. ⁹⁴

Posteriormente, la separación de las partículas se realiza a través de tamices tipo zaranda de diferentes diámetros (e.g., 125, 200, 400, 630, y 1114 µm; Figura 7); y a través del cálculo de la relación existente entre el área y el volumen podemos calcular la superficie específica de una partícula cualquiera. ⁴⁶

Figura 7. Separación física de las partículas de café tostado y molido a través de tamices. Fuente: elaboración propia.

La extracción de los compuestos que imparten el color, sabor y aroma del café depende del tamaño de partícula producido durante la trituración del café tostado, la proporción de café : agua, la temperatura del agua, el tiempo que el café permanece en contacto con esta ⁷⁹ y el método de preparación de la infusión.

Entre más gruesa sea la partícula su forma será más irregular 46 y su superficie específica será más pequeña lo que limitará el grado de solubilización de los compuestos al entrar en contacto con el agua caliente.^94,101 Por esta razón, entre más gruesa sea la partícula mayor deberá ser su tiempo de exposición al agua para poder así remover la mayor cantidad de compuestos hidrosolubles.

En contraste, entre más pequeña sea la partícula su forma será más circular y su superficie específica será mayor lo cual facilitará la remoción de solutos hidrosolubles en un menor tiempo.^{46,94,101-103} Por ejemplo, ha sido demostrado que la extracción de cafeína es más eficiente en muestras tostadas y molidas con partículas finas que en aquellas con partículas grandes.^43,103

No obstante, se debe tener precaución de no moler el café tostado a partículas demasiado finas (< 100 µm) pues estas provocan: a) la extracción excesiva de solutos en solución,^101,103 b) tienden a obstruir los filtros de las cafeteras durante la preparación de la bebida y c) ralentizan el movimiento del agua a través de los espacios entre las partículas lo que a su vez ralentiza la extracción de los compuestos hidrosolubles.^46,104

En términos generales, se considera como un buen tamaño de partícula aquel que permite la máxima extracción de compuestos hidrosolubles del café tostado sin dejar residuos en el fondo de la taza a la vez que estos no son percibidos en la lengua del consumidor. ⁴⁶

Pérdida de compuestos aromáticos volátiles

Por otro lado, según Toledo et al. ¹⁷y Wang et al. ⁵¹ el CO₂y demás compuestos volátiles presentes en el grano de café recién tostados se encuentran retenidos dentro de la estructura del grano, disueltos en los aceites y humedad aun presente. Además, se estima que en promedio el café recién tostado retiene en su interior alrededor de 20 gramos de gas (CO y CO₂) por kilogramo de materia seca; es decir que aproximadamente un 2% del peso fresco del grano recién tostado es atribuido a los gases atrapados en el mismo.^95,105

No obstante, otros autores sugieren que la concentración de CO2 atrapado dentro del grano tostado es de 5.7 mg g-1 de materia seca con un rango oscilante entre los 4.0-8.6 mg g^-1. ¹⁰⁶

Además, sí la estructura del grano tostado no es alterada es decir el grano no es molido entonces el CO₂ atrapado dentro del mismo se difundirá fuera del grano lentamente a lo largo de varios meses.^6,49,51,105 En contraste, entre el 40-50% del CO₂ atrapado en los finos poros del grano tostado es liberado a la atmosfera cuando este es reducido a finas partículas; y esto ocurre durante los primeros cinco minutos después del molido del grano.^13,46,48

Según Baggenstoss ⁴³, la preparación de la bebida 5 min después de la trituración bastaron para lograr pérdidas significativas de metanetiol, sulfuro de dimetilo, disulfuro de dimetilo, metilpropanal (> 20%), 2-metilbutanal (> 20%), 3-metilbutanal (> 20%), 2,3-butanodiona, 2,3-pentanodiona (> 20%), N-Metilpirrol (> 20%), piridina y 4-vinilguayacol.

Por esta razón una de las desventajas de reducir el café a partículas pequeñas es que los compuestos aromáticos que imparten al café su olor característico se volatilizaran más rápidamente.^102,107,108 Por el contrario, las pérdidas son menores cuando se opta por partículas más grandes.^43,60

Una opción interesante para prevenir la excesiva pérdida de compuestos aromáticos es el molido húmedo con agua a temperatura ambiente ^46,102 a través del cual se puede obtener un tamaño de partícula uniforme y se logra controlar las altas temperaturas características del molido en seco las cuales pueden condicionar reacciones que afecten la calidad del producto final. ¹⁰²

Sin embargo, a pesar de que el molido húmedo se caracteriza por producir partículas de tamaño muy pequeño (< 100 µm) además de capturar, en solución, compuestos aromáticos que normalmente se volatilizan durante el molido en seco; es de limitada aplicación práctica pues requiere de procesos industriales adicionales para la recuperación de compuestos disueltos en solución ^46,102 similar al proceso de producción de cafés instantáneos.

Desafortunadamente, el molido húmedo del grano tostado de café con agua caliente resulta ineficiente debido a la alta tasa de volatilización de compuestos aromáticos lo que perjudica las propiedades sensoriales del producto. ¹⁰²

Otra alternativa viable es el uso de nitrógeno líquido durante el molido del grano ya que, al igual que el agua, previene las pérdidas de compuestos volátiles por su baja temperatura la cual evita el calentamiento del grano tostado y las partes móviles del molino; y una vez terminado el proceso este es fácilmente separado del café molido sin tener un efecto residual.

Aunque el uso de nitrógeno líquido aumenta los costos de producción este tiene la ventaja de ser un gas inerte por lo que no interactúa con los compuestos volátiles y no volátiles del café a la vez que previene su oxidación. ⁴⁶

Por todo esto, se sugiere que la preparación de la infusión debería llevarse a cabo inmediatamente después del triturado del grano tostado ^14,46 reduciendo así las pérdidas, por volatilización, de compuestos aromáticos. Asimismo, en el mercado norteamericano y el europeo el café se vende en envases llenos con granos tostados no triturados para preservar la frescura del producto y reducir las pérdidas por volatilizaciones. ⁴⁵ De hecho, para el año de 1996 las ventas de grano entero tostado constituían entre un 15-20% del mercado en los Estados Unidos de América. ¹⁰³

Además, por cada tonelada métrica de café molido se libera en el ambiente el equivalente a 1.3 m3/h de CO. ⁴⁶ Por esta razón, luego de molerse el café debe dejarse reposar en una atmosfera inerte a fin de que libere el exceso de gas de tal manera que al empacarlo los envases o envoltorios no se dañen (inflen o exploten) por la acumulación de gases al interior de los mismos. ⁴⁹

Alternativamente, se recomienda el uso de empaques equipados con válvulas de escape que permiten la salida del exceso de gas acumulado una vez que se ha alcanzado el umbral de presión establecido (Figura 8).⁴⁹

Figura 8. Empacado del café en bolsas con aberturas que permiten el escape de los gases liberados. Fuente: elaboración propia.

Empacado y almacenamiento del grano tostado

Luego del tueste, el café sufre una serie de cambios físicos y químicos que afectan la calidad del mismo ^109,110 denomi-nados como envejecimiento. ¹⁷ La pérdida de la calidad del café tostado se define como el deterioro del sabor y aroma que ocurre durante el almacenamiento como consecuencia de la inestabilidad de algunos compuestos organolépticos así como por la rancidez (hidrolítica y oxidativa) y la volatilización de compuestos aromáticos.^{17,105,107,111}

Las condiciones y tiempo de almacenamiento son importantes para preservar la calidad del café. La recomendación general es la almacenar café procesado (tostado y molido) con bajos niveles de humedad a fin de expandir su li-mitada vida de anaquel. ⁴³

Bajo buenas condiciones de almacenamiento, los lípidos presentes en el café permanecen estables gracias a la capacidad antioxidante de una serie de compuestos producidos durante el proceso de tueste lo que previene su autooxi-dación. ^112-114 Sin embargo, bajo condiciones de mal almacenamiento (e.g., envases contaminados, exposición al O₂ o la humedad) pueden afectar la calidad del café tostado.

En general, los lípidos pueden ser hidrolizados (enranciamiento hidrolítico) por causa de las lipasas (enzimas lipolíticas) presentes en el producto o producidas por microorganismos. Aunque los lípidos hidrolizados pueden afectar las propiedades organolépticas del café el proceso de tueste inactiva las enzimas hidrolíticas presentes en el grano.

Sin embargo, también pueden ser oxidados (enranciamiento oxidativo u autooxidación) producto de la acción del O₂ y de las lipoxigenasas sobre los enlaces dobles de los ácidos grasos insaturados con la subsecuente formación de peróxidos o hidroperóxidos, que posteriormente se polimerizan y descomponen dando origen a la formación de com-puestos volátiles ^109,111 tales como los aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos de menor peso molecular.

La autooxidación de los lípidos es facilitada por una atmosfera de envasado rica en O₂, la acción de la luz, la temperatura y la presencia de lipoxigenasas.

La oxidación de los lípidos del café tostado es más rápida cuando este ha sido molido debido al aumento de superficie lo que facilita la difusión del O₂.^43,48,107 Una vez que los lípidos han sido oxidados, del café tostado emanan compuestos con olores y sabores desagradables con menor valor nutricional y una relativa toxicidad los cuales progresivamente se tornan más intensos. En las primeras etapas del proceso se forman peróxidos en los enlaces dobles de los ácidos grasos insaturados; Sin embargo, conforme la oxidación avanza estos son transformados a compuestos volátiles y reactivos (e.g., aldehídos y cetonas) responsables de los sabores desagradables.

Desgraciadamente, conforme avanza el proceso de ranciamiento varios compuestos volátiles como el furfural y el acetaldehído, en presencia de oxígeno, pueden también ser oxidados dando lugar a la formación de sus ácidos correspondientes. ⁶⁵

El grado de rancidez del café almacenado puede corroborarse determinando su concentración de n-hexanal el cual a pesar de ser un aldehído volátil no es muy potente, pero imparte un sabor rancio al café y está considerado como un marcador confiable de la oxidación lípida ^2,17,105,115; Además, este se produce como resultado de la autooxidación de ácidos grasos polinsaturados tales como el ácido linoleico.^2,17,111 Sin embargo, existen otros compuestos tales como el trisulfuro de dimetilo cuya concentración aumenta durante el almacenamiento del grano de café tostado y molido por lo que también se le considera un marcador confiable de la degradación oxidativa. ¹⁷

En general, la vida de anaquel del café tostado y molido depende de la concentración de O₂ dentro del empaque, el grado de humedad del producto y la temperatura de almacenamiento.^17,43 Debido a ello, las recomendaciones de almacenamiento para prevenir en enranciamiento de los lípidos y así extender la vida de anaquel del café incluyen: el uso de atmosferas inertes las cuales desplazan del 80-90% del oxígeno presente al interior del envase,^17,105,109 el envasado al vacío con una extracción de O₂del 95% o más, ¹⁰⁹ las bajas temperaturas de almacenamiento,^105,109,111 reducción de la humedad del producto envasado (e.g., liofilización) y el uso de envases oscuros que filtren la luz.

La eficacia de estas técnicas está claramente demostrada por numerosos reportes. Por ejemplo, experiencias documentadas por Marin et al. ¹¹¹ revelan que muestras de café medianamente tostadas y molidas, empacadas con una atmosfera no modificada y almacenadas a temperatura ambiente por espacio de un año experimentaron mayores pérdidas de compuestos aromáticos volátiles (e.g., 2-furfuriltiol, 2,3-butanediona y metanetiol) respecto a sus contrapartes empacadas con atmosferas modificadas con nitrógeno (< 1% de O₂).

No obstante, aun así se producen leves pérdidas a la calidad debido a una breve exposición al oxígeno durante el procesamiento así como por el oxígeno residual presente en el interior del envase por esa razón todas estas medidas no previenen los cambios químicos durante el almacenamiento solamente los retrasan. ¹⁰⁹

Además, existe evidencia de pérdidas de calidad por causa de la inestabilidad inherente de algunos compuestos aromáticos. Experiencias documentadas por Grosch ¹¹⁶ describen una reducción significativa en la concentración del 2-furfuriltiol (~ 81%) en muestras de café tostadas, molidas y almacenadas al vacío a temperatura ambiente (20-22 °C) por espacio de 40 días; Sin embargo, se debe tomar en cuenta que la práctica de envasado al vacío puede afectar las propiedades sensoriales del producto pues una fracción de la composición volátil se pierde durante la extracción del aire. ¹⁷ Además, el vacío se pierde rápidamente debido al CO₂y CO liberado por los granos de café tostados y molidos. ¹⁴

Según Anderson et al. ⁴⁸, el CO₂atrapado en los finos poros de las partículas es liberado gradualmente dentro de las primeras 360 h después de que el café ha sido tostado y molido. Por esta razón, es necesario dar lugar a la liberación del gas el cual de otra manera puede provocar el rompimiento del envase o envoltorio sellado producto de la presión acumulada especialmente cuando se usan envases o sellos frágiles para el empacado del café.

En resumen, la evidencia sugiere que el café tostado, molido y empacado con atmosferas reducidas o al vacío retiene su aroma por los menos 12 meses ⁶⁰; de igual manera, el empacado en atmosferas modificadas retiene su aroma por el mismo período de tiempo. ¹¹¹ Desafortunadamente, el empacado sin extracción o modificación de gases tiene una vida de anaquel de apenas cinco meses. ¹¹¹

Sin embargo, a fin de preservar la calidad y disfrutar de un buen café el consumidor puede evitar comprar grandes volúmenes de café, mantener el café bajo condiciones de refrigeración y siempre cerrar la tapa del envase para evitar las pérdidas por efecto de volatilizaciones. ¹⁰⁸

El método de preparación de la bebida

Por definición la bebida de café es la infusión que se prepara vaciando agua caliente en los granos tostados y molidos para extraer el material soluble vía lixiviación. Sin embargo, por simple que esto parezca no existe un método de extracción universalmente aceptado como ʻel mejor’. ¹¹⁷

Durante el proceso de preparación de la bebida las partículas de café se hinchan por la capacidad de sus polisacáridos de alto peso molecular (e.g., arabinogalactanos, complejos arabinogalactano-proteicos y galactomananos) de absorber el agua aumentando así de diámetro y reposicionándose en la dirección del flujo de agua. Eventualmente, esto disminuye la porosidad intergranular e intragranular de la capa de café molido lo que a su vez ralentiza el movimiento del agua a través de la misma. ¹⁰¹

Por otro lado, se debe prestar atención a la temperatura del agua puesto que sí la misma está muy fría algunos compuestos no serán extraídos (Figura 9),^61,101 pero sí está muy caliente algunos que imparten sabores desagradables podrían ser extraídos afectando así el sabor de la bebida; tales como, pero no limitado a: 2-metil-isobutanol, geosmin, 2-metoxi-3-isopropilpirazina, 2-metoxi-3-isobutilpirazina, y 2,4,6-tricloroanisol. ¹¹⁸

Además, la temperatura del agua usada en la preparación de la infusión provoca marcadas diferencias en la concentración de compuestos organolépticos entre el café tostado y molido vs la bebida per se. Por lo general, la bebida de café presenta concentraciones más bajas de los compuestos aromáticos. ⁵

Figura 9. Hidrosolubilidad de compuestos del café tostado a 20 °C (68 °F). Adaptado de Mestdagh et al. ¹⁰¹.

Las concentraciones de ciertos analitos en la infusión (e.g., 2-metil-3-furantiol, 2-furfuriltiol, 3-mercapto-3-metil-formato de butilo, 3-isopropil-2-metoxi-pirazina, 2,3-dietil-5-metil-pirazina y 3-isobutil-2-metoxi-pirazina) decrecieron significativamente respecto a las encontradas en el polvo de café del cual se preparó. ¹¹⁹ En contraste, Blank et al. ¹¹⁹ encontró que las concentraciones del metional, 4-hidroxi-2,5-dimetil-3(2H)-furanona, sotolón y la vanilina aumentaron respecto a las encontradas en el polvo de café del cual se preparó la infusión.

La diferencia de concentraciones es atribuida a un mayor o menor grado de hidrosolubilidad de los compuestos organolépticos por lo que algunos son extraídos rápidamente (aquellos con un alto grado de polaridad) mientras que otros demoran más. ¹²⁰ Además, la desnaturalización de ciertos analitos por causa de la alta temperatura del agua también afecta su solubilización. ¹¹⁹

Es de hacer notar que los compuestos con un alto grado de polaridad (e.g., 2,3-butanediona) confieren tonalidades dulces y ácidas a la infusión además de ser extraídos rápidamente ^94,101; Por ejemplo, durante la preparación de la bebida los ACs, sus monómeros constitutivos y derivados térmicos (quinolactonas) al ser hidrosolubles son extraídos del café tostado y molido casi por completo (~ 80%).¹²¹

Por el contrario, aquellos con baja polaridad (e.g., β-damascenona) demoran más en ser extraídos ^101,120 además de caracterizarse por ser amargos y requieren de mayores temperaturas o mayor tiempo de exposición para su hidro-solubilización.^94,101

Todo esto sugiere que la polaridad de los compuestos orgánicos del café tostado influye tanto en su hidrosolubilidad, así como las propiedades sensoriales de la taza de café. Independientemente del grado de polaridad de los compuestos solubilizados, por definición, el porcentaje de extracción (ecuación 2) se interpreta como la proporción existente entre los compuestos extraídos y la cantidad de café tostado y molido empleada durante la preparación de la infusión. ⁹⁴

De tal manera que entre más bajo sea el porcentaje de extracción más sosa o simple será la bebida; En contraste, sí el porcentaje de extracción es muy alta se corre el riesgo de afectar las características sensoriales de la infusión por causa de la solubilización de compuestos que confieren tonalidades amargas y astringentes.

Por esta razón, a fin de no afectar negativamente el sabor y aroma de la infusión la Asociación de Cafés de Especialidad de América recomienda que el porcentaje de extracción no debe exceder el rango de 18-22% y el porcentaje de solidos totales debe oscilar entre 1.15-1.35%.⁹⁴

En promedio, la cantidad de solutos solubles presentes en la bebida varia de 2 a 6 g 100^-1 ml de infusión ⁵⁰; De los cuales en C. arabica, 500-1500 mg corresponden a las melanoidinas, 35-500 mg a los ACs, 200-800 mg de fibra soluble (e.g., galactomanano y arabinogalactano tipo II), 250-700 mg de minerales, 50-380 mg de cafeína, 100 mg de proteína, 40-50 mg de trigonelina y aproximadamente 10 mg de ácido nicotínico. ⁵⁰

Es de hacer notar que la temperatura recomendada por el Centro de Elaboración del Café (USA) y el Centro Nórdico del Café (Noruega) para servir la bebida de café oscila entre los 80-85 °C (176-185 °F) ^122-126; Por otro lado, la Asociación Nacional del Café de los Estados Unidos de América recomienda servir el café con una temperatura oscilante entre los 82.2-85 °C (179.96-185 °F). ¹²⁷

Por otro lado, ciertos autores sugieren que la preferencia del consumidor oscila entre los 62.8-72.1 °C (145.04-161.78 °F); No obstante, independientemente de tales recomendaciones la evidencia indica que los consumidores no tienen una temperatura de preferencia para beber el café, por el contrario, estos tienen un rango de temperaturas que consideran agradables para tal fin.^122,123

Debido al hecho que no existe una temperatura universalmente estandarizada para servir la bebida se debe tomar en cuenta las observaciones de la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) una rama de la Organización Mundial de la Salud (OMS) la cual recientemente dictamino como agente cancerígeno a toda bebida cliente cuya temperatura este por encima de los 65 °C (149 °F). ¹²⁸

Por otro lado, el grado de alcalinidad o acides del agua usada en la preparación de la infusión también juega un papel importante en la definición del sabor de la bebida. Según Mussatto et al. ⁴⁵, sí el pH del agua es menor de 4.9 el sabor de la bebida es agrio mientras que sí el pH es mayor que 5.2 entonces su sabor se torna amargo. Por ello se recomienda que el pH del agua debe oscilar entre 4.9 y 5.2.

Según Cramer ¹⁴ especial atención debe prestarse al material del cual está fabricado el recipiente en el que sirve la taza de café. Los recipientes hechos de metal especialmente de aluminio, níquel, latón, plata y estaño afectan el sabor de la bebida tornándola amarga y astringente.

En contraste, los recipientes hechos de cerámica, barro o vidrio no afectan las características sensoriales de la bebida ¹⁴ excepto en el caso de los recipientes hechos de vidrio obscuro que permiten el paso de la luz ya que estos afectan la percepción del color de la bebida. ¹⁹

El método escogido para la preparación de la bebida también ejerce un impacto significativo en las características sensoriales de la misma debido a que la concentración de los analitos extraídos varía significativamente dependiendo del método de preparación escogido (Figura 10).

La preparación de la bebida es en sí un proceso de extracción sólido-líquido del cual existen diferentes variaciones que pueden ser clasificadas como aquellas que usan filtros y los que no los usan (e.g., café turco, espresso, francés prensado, escandinavo, café frio o helado, etc.).

Experiencias documentadas por Sanchez et al. ⁶¹ quienes evaluaron cuatro diferentes métodos de preparación de la bebida (e.g, café preparado con cafetera casera, el método presurizado tipo espresso, el método de catación y el método de infusión filtrada) descubrieron diferencias significativas entre los mismos.

Ácido 5-cafeoilquínico (5-CQA) | Ácido 4-cafeoilquínico (4-CQA) | Ácido 3-cafeoilquínico (3-CQA).

Ácido 5-feruloilquínico (5-FQA) | Ácido 4,5-dicumaroilquínico (4,5-diCQA) | 4-cafeoilquínico lactona (4-CQL).

Ácido 1,4-dicumaroilquínico (1,4-diCQA) | Ácido 5-pcumaroilquínico (5-pCoQA) | Ácido 3,5-dicumaroilquínico (3,5-diCQA). Adaptado de Angeloni et al.¹²⁹

Figura 10. Extracción de compuestos hidrosolubles por diferentes métodos de preparación de la bebida de café.

La evidencia sugiere que los métodos tipo espresso y de catación son útiles para diferenciar bebidas en base a su sabor mientras que el método de infusión filtrada es útil para distinguir diferencias en base al aroma de la bebida. ⁶¹ Pese a ello, debido a las preferencias del consumidor respecto al método de preparación dicha información podría no tener impacto alguno.

A continuación, se describen en detalle algunos métodos de preparación de la bebida de café:

El café filtrado

El filtrado es el método más común de preparación de la bebida de café en el cual la infusión se prepara aprovechando la fuerza de gravedad al hacer pasar, a manera de goteo, un flujo de agua caliente [92-96 °C (197.6-204.8 °F)] a través de una muestra de café tostado y molido por espacio de 3-10 minutos con lo que se logra extraer del mismo los compuestos hidrosolubles ^101,130 los cuales se difunden libremente hacia la infusión para luego pasar a través de un filtro (de papel, metal o plástico) el cual retiene los gránulos gruesos de café (Figura 11).

Por lo general, a través de este método la proporción de infusión recuperada con respecto a la proporción de café usada es de aproximadamente 15:1, ⁹⁵ es decir, que por cada gramo de café tostado y molido se recuperarán 15 gramos de infusión de café.

De esta manera, sin la aplicación de agua caliente presurizada, se logra recuperar una infusión con un buen carácter, relativamente libre de partículas en suspensión y con una baja taza de sedimentación.

Por otro lado, alrededor del 90% de la cafeína presente en el café tostado y molido es solubilizada en el primer minuto de extracción. ¹⁰¹ No obstante, algunos compuestos insolubles en agua como los lípidos también son solubilizados por causa de la temperatura, pero son retenidos en los filtros de papel razón por la cual los cafés filtrados se caracterizan por su bajo contenido de aceites. ¹⁰¹

De acuerdo con la Asociación Americana de Cafés de Especialidad, los filtros de papel usados en ciertos métodos retienen un buen porcentaje de los lípidos en solución así como otros compuestos que influencian el sabor y aroma de la infusión lo que reduce el cuerpo y textura de la misma ^55,61; La evidencia sugiere que las infusiones preparadas con filtros tienen menos de 7 mg de lípidos en solución mientras que aquellas hechas con agua hirviendo y sin el uso de filtros alcanzan hasta 160 mg de lípidos por taza de café. ⁴⁵

Finalmente, la versión Chemex de manufacturación americana y la versión japonesa V60 constituyen dos interesantes variaciones de las cafeteras de filtro introducidas al mercado en el período comprendido entre 1950-60 (Figura 11).³⁵ Para una mejor comprensión del método de preparación del café filtrado recomendamos ver el siguiente video: https://goo.gl/TCtG29.

A. Método de filtrado convencional, B. Método de filtrado con cafetera tipo V60. Fuente: elaboración propia.

Figura 11. Flujograma de la preparación de café filtrado.

El café tipo Moka

El Moka es una variación de los cafés filtrados inventado por Alfonso Bialetti en 1933 ^35,101 y es muy popular en el sur de Europa especialmente en España e Italia 100 al punto que en este último un 90% de los hogares cuenta con una de estas cafeteras ^35,129 debido a su bajo precio y facilidad de uso. ¹²⁹

La cafetera, generalmente de aluminio, está estructurada de tres partes: a) la parte más baja es el depósito de agua el cual al ser calentado proporciona la fuente de agua caliente presurizada, b) la parte media la cual es el depósito de café molido y tostado a través del cual el agua caliente y presurizada debe abrirse paso arrastrando consigo los compuestos solubles del café y c) la copa superior la cual está acoplada a la base y donde se colecta la infusión filtrada de café (Figura 12).

Aunque se trata de un sistema a base de agua presurizada (~ 1.5 bar), las presiones generadas no se comparan a las usadas en la preparación del café expresso (~ 10 bar).^35,100 A medida que el agua caliente se abre camino a través de las partículas de café molido estas se humedecen y aumentan de volumen aprisionándose las unas a las otras reduciendo así la permeabilidad lo que a su vez provoca un aumento en la presión del agua. ¹⁰¹

La recomendación general durante el proceso es la de evitar la extracción prolongada ya que esto favorece la solubilización y extracción de compuestos orgánicos volátiles y no volátiles que afectan el aroma y sabor de la bebida pues imparten tonalidades amargas y astringes. ¹⁰¹

Figura 12. Diagrama de la cafetera tipo Moka. Fuente: elaboración propia.

El café prensado francés

Es una variación de los cafés filtrados en el cual el café tostado y molido se mescla con el agua caliente en una cafetera cilíndrica conocida como prensa de café y se les deja reposar por unos minutos (2-5 min) para que los compuestos se solubilicen. ¹⁰¹ Después, un filtro que se ajusta perfectamente al diámetro interior de la cafetera es desplazado hacia abajo forzando los sedimentos al fondo de la cafetera reduciendo así la cantidad de los mismos en la bebida (Figura 13).

Las características sensoriales de la infusión variaran dependiendo del tiempo que las partículas gruesas de café permanezcan en suspensión en el agua caliente. Por ejemplo, a través de una rápida extracción se logra recuperar una infusión con tonalidades dulces y ácidas. En contraste, a través de una exposición prolongada al agua caliente se logra recuperar una bebida con tonalidades más intensas y amargas. ¹⁰¹

Una de las desventajas del café prensado francés es la presencia de una mayor cantidad de sedimentos en el fondo de la taza por causa de los tamices metálicos usados para filtrar la infusión los cuales aunque retienen los gránulos gruesos permiten el libre paso de las partículas finas. ¹⁰¹

Además, a diferencia de los cafés preparados con filtros de papel el café prensado francés presenta una mayor concentración de lípidos en solución (2-10 mg por taza) ¹³¹ ya que los tamices usados en el proceso de filtración no retienen los aceites. Para una mejor comprensión del método de preparación del café prensado francés recomendamos ver el siguiente video: https://goo.gl/oh6e8Z.

Figura 13. Flujograma de la preparación de café prensado francés. Fuente: elaboración propia.

El café Turco

La preparación del café turco inicia con la pulverización (partículas finas) del café tostado para luego hervirlo en agua caliente no presurizada por un breve tiempo produciendo así un café fuerte con espuma y un alto grado de solutos en solución los cuales, por gravedad, tienden a sedimentarse en el fondo del recipiente (Figura 14).^101,132

Figura 14. Flujograma de la preparación del café Turco.

Antes de dispensar la bebida, el recipiente es retirado del fuego para detener la ebullición del agua y permitir así la sedimentación de las partículas en suspensión; No obstante, el proceso de difusión de los compuestos solubilizados continuará por cierto tiempo con lo que se logra así una infusión con un carácter fuerte producto de una alta concentra-ción de metabolitos [e.g., cafeína, trigonelina, diterpenos (2-10 mg por taza), etc.] y otros compuestos orgánicos de origen térmico (lactonas, furanos, pirazinas, píranos, piridinas, pirroles, tiazoles, etc.).

Para una mejor comprensión del método de preparación del café turco recomendamos ver el siguiente video: https://goo.gl/ircLpe.

El café espresso

Los cafés tipo espresso (e.g., latte, cappuccino, y americano) se originaron en Italia, ¹³³ pero son populares en Europa y Centro América ^132,134 y comparado a otros métodos de preparación de la bebida logran extraer del café molido la mayor cantidad de lípidos en solución (cafés arábica: 45-146.5 mg ml^-1 y cafés robusta: 13.65-119.5 mg ml^-1) ^{101,132,135,136} aumentando así la viscosidad de la bebida como consecuencia del agua caliente presurizada y la ausencia de filtros en su preparación.

Los cafés tipo espresso se preparan haciendo pasar una cantidad limitada de agua caliente (90 ± 5 °C) y presuriza-da (~ 7-9 bares) a través de la muestra de café (7 ± 0.5 g) medianamente molida y prensada sin el uso de filtros lo que acelera la extracción del material soluble en un corto período de tiempo (25 ± 2.5 s) (Figura 15).^{101,106,130,132,137-140}

Figura 15. Esquema general de producción de cafés espresso. Fuente: elaboración propia.

Se debe prestar atención a la presión aplicada durante la extracción pues sí se aplican presiones más altas que las recomendadas las características sensoriales de la bebida son afectadas pues suelen ser más astringentes y amargas (olores y sabores quemados, como a madera o acre) ^141,142 producto de una mayor taza de solubilización de compuestos orgánicos (Figura 16) lo que a su vez disminuye la aceptación de los consumidores.

Figura 16. Variación en la concentración de compuestos orgánicos en el café producto de diferentes temperaturas y presiones de extracción. Adaptado de Masella et al. ¹⁴³

En contraste, sí el proceso de extracción se desarrolla de la manera correcta el resultado es una infusión (~ 20-40 mL) con un fuerte sabor y una delgada película oleaginosa compuesta por pequeñas gotitas de aceite (Ø <10 µm) las cuales contienen vitaminas liposolubles además de diminutos fragmentos celulares (2-5 µm), con una coloración rojiza o café flotando en la superficie y comúnmente llamada ʻcrema’.^{35,101,106,136}

Es de hacer notar que cualquier otro método de extracción que no involucre la inyección de agua presurizada tampoco logra la formación de la crema en la superficie de la bebida ¹⁰¹ la cual según algunos autores debe constituir no menos de un 10% del volumen de la bebida. ¹⁰⁴

Además, las variedades de café robusta tienen la propiedad de producir un mayor volumen de crema en comparación con las variedades arábica 35 por lo que en la preparación del café tipo espresso se recomienda el uso de variedades robustas o las mezclas con una fuerte proporción de cafés robustas. ¹⁴⁴

La infusión es en sí una compleja matriz de compuestos químicos la cual está dividida en tres fases: la emulsión, la suspensión y la fase gaseosa (burbujas) ¹⁴⁵ formada esta última por el CO₂ atrapado en las partículas de café.^136,140 Además, sí la infusión es preparada a partir de granos recién tostados se produce en su superficie una gran cantidad de crema con grandes burbujas que rápidamente colapsan por causa de la evaporación. ⁹⁵

En resumen, aunque la calidad de los cafés tipo espresso depende de varios factores (e.g., calidad del grano, especie involucrada, el grado de tueste, el tamaño de partícula y el método de extracción empleado); el sabor de los mismos ha sido descrito como la versión concentrada de los cafés filtrados. ³⁵

Para una mejor comprensión del método de preparación del café espresso recomendamos ver el siguiente video: https://goo.gl/qws2Dc.

CONCLUSIONES

Uno de los productos alimenticios más aromáticos es el café tostado, su aroma es producto de una mezcla compleja de compuestos volátiles que se forman a través de la degradación Strecker y la reacción no enzimática Maillard durante el tueste del grano. La degradación Strecker es una reacción entre un aminoácido libre y un grupo dicarbonilo (e.g., dice-tona) que resulta en la liberación de amoniaco, CO₂y la formación de un aldehído el cual presenta en su fórmula molecular un carbono menos que el aminoácido del cual se formó.

En pocas palabras, el aroma del café es producto del efecto sinérgico de los compuestos que están presentes en el grano crudo de forma inherente (e.g., azucares y aminoácidos) y aquellos que se forman durante el proceso de tueste, la temperatura y tiempo de tueste, las reacciones involucradas, el pH y la humedad del grano.

Además, el sabor de la bebida es producto del efecto sinérgico de sus notas y perfiles de sabor además de sus compuestos aromáticos. Sin embargo, el perfil aromático de una muestra de café tostada puede variar dependiendo del tiempo y la temperatura aplicada durante el tueste, de tal manera que submuestras derivadas de una misma muestra y tostadas bajo diferentes condiciones pueden presentar diferentes perfiles aromáticos.

No obstante, existen otros factores que afectan el perfil aromático de la bebida tales como la especie involucrada, el tamaño de partícula, el método de preparación de la bebida y la frescura del café tostado y molido. Por ejemplo, mientras que la bebida de los cafés robusta tiene más densidad y es amarga, pero con poca acidez; el aroma de los cafés arábica es acaramelado y dulzón y su bebida tiene mayor acidez, pero menor densidad.

Por otro lado, las diferencias de sabor observadas entre las muestras de café (grano tostado y bebidas) derivadas de C. arabica y C. canephora tienen su origen en diferencias de concentración de los analitos organolépticos y no por el surgimiento de nuevos y más potentes odorantes.

En resumen, la calidad de la taza de café está condicionada por un el amplio número de variantes que afectan tanto el proceso de tueste del grano como la preparación de la bebida per se. Por esa razón, difícilmente se puede hablar de parámetros estándares en el procesamiento del grano lo cual ha dado lugar, en el comercio, a una gran cantidad de opciones orientadas a satisfacer las preferencias de los consumidores. Finalmente, aunque la calidad de taza suele ser evaluada por catadores profesionales el precio del café en el mercado internacional está gobernado por la ley de la oferta y la demanda.

Reconocimientos

Financiamiento: El autor agradece a la Dirección de Investigación Científica, Humanística y Tecnológica (DICHT) de la Universidad Nacional Autónoma de Honduras (UNAH) por su patrocinio en el proceso de publicación del presente ensayo.

Conflictos de Interés: El autor no declara conflictos de interés.

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Received: 21 March 2022 / Accepted: 27 july 2022 / Published:15 Agoust 2022

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