Recibido: 8/noviembre/2024 Aceptado:
27/marzo/2025
Evaluación de
la concentración de cafeína y la calidad de tres variedades de café robusta (Original)
Evaluation of caffeine concentration and the quality
of three varieties of robusta coffee (Original)
Mónica Gavilánez Freire. Estudiante de la Carrera de Agroindustria. Universidad Técnica de Cotopaxi. La Maná-Ecuador. [ monica.gavilanez3847@utc.edu.ec ]
[ https://orcid.org/0009-0007-0947-1748 ]
Kevin Marcalla Puco. Estudiante de la Carrera de Agroindustria. Universidad Técnica de Cotopaxi. La Maná-Ecuador. [ kevin.marcalla1986@utc.edu.ec ]
[ https://orcid.org/0009-0009-1310-4144 ]
Tatiana
Gavilánez Buñay. Magister en
Agroindustrias. Profesor a tiempo completo. Universidad Técnica de Cotopaxi. La Maná-Ecuador. [
tatiana.gavilanez@utc.edu.ec ]
[ https://orcid.org/0000-0002-7422-3122 ]
Resumen
Las condiciones, variedad y grado de madurez
del grano definen, en gran medida, la calidad del café. De ahí que, para
evaluar el efecto de la variedad y el grado de maduración del grano en calidad
del café robusta (Coffea Canephora)
en condiciones, del Centro Experimental Sacha Wiwa, la Maná, Ecuador, se siguió
un diseño completamente aleatorio con arreglo factorial 3 x 4, tres variedades de café (Napopayamino, Ecu
Robusta y Conilón) y cuatro grados de madurez del grano (verde-amarillo,
pintón, maduro y sobremaduro). Para ello se determinaron la humedad, materia
seca, Brix, pH, conductividad, TDS y peso de 100 granos. Fue mejor la variedad
Ecu Robusta y granos verde-amarillo, maduro, pintón y sobremaduros con 1030
mg/L, 75.91%, 194.27g, 4.87 ° y 1615 μs cm-1 /g MS y la materia
seca con 29.91% con napopayamino con madurez verde-amarillo, para las
características fisicoquímicas de las cerezas; el grano seco presenta los mayores valores para el brix para la
variedad Conilón con 1.20 °, mientras que para TDS, conductividad y cafeína fue
la variedad Napopayamino con 866.67 mg/L, 1308.67 μs cm-1 /g MS
y 10.26 mg/L. Se concluye, que se ha evidenciado el efecto de la variedad y grado de
madurez del grano en la calidad del café, con los mejores resultados para las
características fisicoquímicas de las cerezas y grano seco.
Palabras clave: calidad de café; características
físico-químicas; grado de madurez; maduración
Abstract
The conditions, variety and degree of maturity of the grain largely
define the quality of the coffee. Therefore, to evaluate the effect of the
variety and degree of maturity of the grain on the quality of robusta coffee
(Coffea Canephora) under conditions of the Sacha Wiwa Experimental Center, La
Maná, Ecuador. A completely randomized design with a 3 x 4 factorial
arrangement was followed, three coffee varieties (Napopayamino, Ecu Robusta and
Conilón) and four degrees of grain maturity (green-yellow, pintón, ripe and
overripe). For this, humidity, dry matter, Brix, pH, conductivity, TDS and
weight of 100 grains were determined. Where the Ecurobusta variety and
green-yellow, ripe, pintón and overripe beans were better with 1030 mg/L,
75.91%, 194.27g, 4.87 ° and 1615 μs cm-1 /g DM and dry matter with 29.91% with
napopayamino with green-yellow maturity, for the physicochemical
characteristics of the cherries; while for the dry grain, with the highest
values for the brix for the Conilón variety with 1.20 °, while
for TDS, conductivity and caffeine it was the Napopayamino variety with 866.67
mg/L, 1308.67 μs cm-1 /g DM and
10.26 mg/L. It is concluded that the effect of the variety and degree of
maturity of the bean on the quality of the coffee has been evidenced, with the
best results for the physicochemical characteristics of the cherries and dry
grain.
Keyword: Coffee quality, physical-chemical characteristics,
degree of maturity, ripening
Introducción
El café
tiene gran importancia económica a nivel mundial: sus semillas, tostadas,
molidas y en infusión, constituyen la bebida no alcohólica más consumida
actualmente. En Ecuador, se distribuye en todo el país, desde la Amazonía hasta
la región andina y costera, encontrándose en 23 de las 24 provincias del país
(Sánchez et al., 2018). Se cuenta con 34931 ha cultivadas, de las cuales el 68
% de esta área corresponde a la especie Coffea arábica y el 32 % a Coffea
canephora (Álvarez-Lino et al., 2023).
Gracias
a su localización geográfica, se genera uno de los mejores cafés de América del
Sur y de los más demandados en el continente europeo. Los ecosistemas que tiene
Ecuador permiten que los cultivos de café se logren entablar en cada una de las
zonas y microrregiones del territorio. El sector cafetalero ecuatoriano tiene
varias fortalezas como la amplia diversidad de agro ecosistemas, muchos de ellos
con aptitudes para producir café fino tipo “gourmet”, la capacidad instalada de
la industria del café con una alta demanda de materia prima, la disponibilidad
de tecnología apropiada, la consolidación de gremios de productores, una
elevada población trabajadora vinculada a la caficultura y el apoyo de varias
instituciones nacionales y de la cooperación internacional a las organizaciones
de caficultores en el proceso de
construcción de alternativas sustentables (Yosa & Regalado, 2021).
Se han
estudiado aspectos diferenciales en manejo agronómico, condiciones ambientales,
sistemas de producción, manejo de cosecha y poscosecha, entre otros, sobre la
determinación de sus efectos en el rendimiento y calidad del grano, pero aún se
desconocen con exactitud los factores que influyen en la permanencia de la
calidad del grano; esto se debe posiblemente a la diversidad de ambientes en
los que se produce el cultivo de café. Otros atribuyen, de forma general, la
obtención de granos de calidad a la exposición de factores climáticos como la
altitud de producción, condiciones agroecológicas del cultivo, variedad
sembrada, densidad de siembra, condiciones fitosanitarias, nutrición del
cultivo, proceso de beneficio, y pos cosecha, los cuales pueden influir
significativamente en la composición bioquímica, calidad física y organoléptica
de la taza de café (Muñoz-Belalcazar et al., 2021).
Se ha comprobado
que, al disminuir la temperatura por efectos de la altitud, se prolonga el
proceso de maduración de la cereza, lo que favorece el llenado, peso de grano y
mayor calidad de taza, como resultado de la lenta maduración del grano, además
de ser un factor reconocido en los mercados internacionales. Esta situación no
ha permitido establecer con claridad requerimientos y modelos estandarizados
que permitan alcanzar en forma continua, niveles de calidad que puedan ser
sostenibles en el tiempo y lograr así estándares requeridos por los mercados
especializados de manera estable (Barrera et al., 2019).
El
procesamiento postcosecha define en gran medida la calidad del café, fundamentalmente
en tres procesos: Seco o Natural, Beneficio Húmedo y Semiseco o Honey. En el beneficio semiseco, la
pulpa de la fruta es totalmente eliminada, dejando el grano cubierto con el
mucílago, que se adhiere al grano durante el proceso de secado al sol o bajo
techo (Parra et al., 2020). La bebida obtenida por esta ruta es suave, con
intensos tostados, afrutados o aromas herbáceos dulces, amargor moderado,
agradable acidez y una taza limpia. Sin embargo, si hay fallas en el
despulpado, procesos de fermentación y secado del grano, la taza puede tener
defectos como fermento, rancio, vinagre, mohoso, fenólico, terroso y sucio (Martínez
et al., 2022). Por lo que el objetivo del estudio fue evaluar el efecto de la
variedad y el grado de maduración del grano en calidad del café robusta (Coffea Canephora) en condiciones del Centro Experimental
Sacha Wiwa, la Maná, Ecuador.
Materiales y métodos
El estudio se realizó en el Centro
Experimental Sacha Wiwa perteneciente a la Universidad Técnica de Cotopaxi,
extensión La Maná, ubicado en el sector de Guasaganda, Ecuador, a una altura de
200 a 1150 m.s.n.m. Se tomaron tres muestras de café de cada una de las
variedades (Napopayamino, Ecu Robusta y Conilón) de Coffea Canephora. Luego
se realizaron los análisis físico-químico de los granos de café cerezo y
tostado y finalmente, la determinación de cafeína.
Manejo experimental: se procedió a realizar esta actividad, diferenciando granos verde-amarillo, pintones, maduros y
sobremaduros. Se cosechó un total de 72 libras de cerezas, ese mismo día,
en el Centro Experimental Sacha Wiwa, perteneciente a la Universidad Técnica de
Cotopaxi, extensión La Maná, Ecuador. Para la selección de estos granos
se utilizó la escala de
Pantone que se muestra en la siguiente figura.
Figura
1. Escala de Pantone para la selección del grano
Fuente: Gómez Mejía (2022).
Una vez cosechado, se procedió al boyado, técnica que sirvió para separar los granos vanos de los que estaban en buenas condiciones. La prueba se realizó en cada grado de maduración; las cerezas fueron colocadas en una tina con agua y fueron separados los granos que flotaban de los que quedaron en el fondo. Se seleccionaron y separaron las cerezas según grados de maduración (verde-amarillo, pintón, maduro y sobremaduro). Luego se tomaron 1,5 kilogramos de cerezas en cada zaranda de acuerdo con el grado de maduración y tratamiento.
Proceso de
secado del café: el café en cereza se despulpó y fue desmucilaginado con una
despulpadora Jotagallo Ref. 2
Peso de muestra café seco: el peso de la muestra en seco se determinó en cada uno de los tratamientos y repeticiones para obtener un promedio y establecer rendimiento de café cereza, para lo que se procedió a pesar 100 granos.
Para la determinación del pH, se pesaron 5 g de cada muestra de café en un tubo de centrífuga y se disolvieron con 25 mL de agua destilada. Se colocaron en un baño agitador a 150 rpm, a temperatura ambiente y por 5 min, para homogenizar la solución. Después se retiró del baño, se dejó reposar por 5 min, se transfirió el sobrenadante a un vaso de precipitados de 100 mL y se procedió a la lectura del pH, utilizando un multiparámetro digital Marca Strirrer PL-700PC, previamente calibrado con soluciones de pH de 4.0 y 7.0 y los sólidos disueltos totales (TDS). Para el Brix, se utilizó un refractómetro (Boeco Germany 0-90%, Thermo Fisher Scientific, EE. UU), a una temperatura de 20 °C. La lectura se realizó por triplicado.
La conductividad eléctrica (CE) de café, se determinó de acuerdo con la metodología propuesta por Krzyzanowski et al. (1991), de forma triplicada, 5 granos se pesaron con precisión de 0,0001g y se mezclaron en 25mL de agua destilada, en vasos de 100ml de capacidad. Los resultados, se expresaron en μs cm-1/g MS, de acuerdo con la siguiente ecuación.
Tostado del café: un total de 454 g de cada variedad
de café previamente limpiadas fue puesta en un tostador SIROCCO FAN Modelo CY
100-R a una temperatura inicial de 180 °C durante 20 minutos, saliendo a una
temperatura de 200 °C para lograr un tipo de tostado medio – claro o medio que
es el usado para catación. Según los protocolos establecidos, el tostado se
basó en el color guiado por la escala Agtron, la cual va de 0 – 100; para realizar
la catación, se utilizó una escala de 60 – 69 que fue equivalente a un tostado
claro-medio o medio. Se pesaron 8.25 g ± 0.25 g de café tostado y se
molieron por separado en un molino BUNN O MATIC Modelo G3 HD ajustado con un
diámetro de 3 mm.
Para la preparación de la solución a partir de café
tostado y medición de los parámetros (TDS, Brix, Conductividad y pH), se
utilizó un multiparámetro anteriormente descrito, se tomaron 5g de café tostado
en 100 ml de agua previamente hervida y se llevó a agitación y calentamiento a
85°C por 3 minutos (Ministerio de
Agricultura e Industrias, 2010).
Para la concentración de cafeína por espectrofotometría: se pesó 200 mg de café a lo que se añadió 150 ml de agua destilada, el vaso con agua se calentó a una temperatura de 80-90 °C, para filtrar se usó un embudo Buchner, manteniendo la temperatura de 80-90 °C, el volumen de filtrado fue a matraz aforado de 250 ml, se procedió a separar una muestra de 25 ml a temperatura ambiente y se le añadió 5 ml de solución de nitrato de plomo al 10%, se calentó y se agitó durante 10 minutos; el filtrado se realizó a una temperatura de 80-90 °C, se pasó por un embudo de decantación y se agregó 25 ml de cloroformo al 99.9%. Para obtener la extracción de cafeína, se agitó suavemente durante 5 minutos y se dejó reposar durante 24 horas.
En lo
que respecta a la preparación de muestra, para espectrofotómetro UV-vis, se
configuró el espectrofotómetro a una longitud de onda de 290 nm, se utilizaron
celdas de vidrio de 1 cm de trayectoria óptica; como siguiente paso, se
introdujo el blanco en una de las celdas usando el cloroformo al 99,9%, en las
tres celdas restantes se agregó muestras preparadas en triplicado con soluciones
de cafeína en cloroformo; una vez ajustado el equipo, se establece el valor de
referencia en 0,000 para la absorbancia y en 0,0000 para la concentración y,
como último punto, se procedió a
realizar la medición de las muestras, obteniendo valores resultantes por
triplicado de cada variedad de café robusta.
Curva de calibración de cafeína: se preparó una
disolución a partir de 0,0010 g de cafeína, en un matraz aforado de 100 mL en
agua destilada (10 ppm), a partir de esta disolución se preparan 3 soluciones más
diluidas de 8, 6 y 4 mg/L, 20 mL de solución patrón de cafeína de 10 ppm /25 mL
de agua destilada (8 ppm), 15 mL de solución patrón de cafeína de 10 ppm /25 mL
de agua destilada (6 ppm) y 10 mL de solución patrón de cafeína de 10 ppm /25 mL
de agua destilada (4 ppm).
Análisis y procesamiento estadístico: se
realizó el análisis de varianza mediante el programa SPSS, versión V.29.0, según
diseño experimental y las medias se compararon mediante la prueba de rangos
múltiples de Duncan (1955). Para la distribución normal de los datos se utilizó
la prueba de Kolmogórov-Smirnov (Massey, 1951) y para las varianzas, la prueba
de Bartlett (1937).
Análisis y discusión de
los resultados
Para las características fisicoquímicas
de las cerezas de café (tabla 1) existió interacción entre las variedades y el
grado de maduración de los granos para todos los parámetros evaluados y
diferencias significativas para la humedad, materia seca, brix, conductividad
TDS y peso, con los mayores valores para la humedad, peso, brix para la
variedad Ecu robusta en los granos verde-amarillo, maduro, pintón y
sobremaduros con 1030 mg/L, 75.91%, 194.27g, 4.87 ° y 1615 μs cm-1
/g MS y la materia seca con 29.91% con napopayamino con madurez verde-amarillo,
mientras que no existió diferencias para el pH.
Tabla 1. Características
fisicoquímicas, granos cerezas de diferentes variedades de Coffea Canephora
|
Variedad |
Madurez |
Humedad |
MS |
Brix |
pH |
Conductividad |
TDS |
Peso |
|
% |
% |
° |
|
μs cm-1 /g MS |
mg/L |
g |
||
|
Napopayamino |
Verde-amarillo |
70.09f |
29.91a |
1.03c |
5.05 |
1428.00c |
893.33c |
149.57e |
|
Pintón |
73.42cd |
26.58d |
3.37b |
4.98 |
1399.67d |
956.67b |
154.08d |
|
|
Maduro
|
72.29d |
27.71c |
3.77b |
4.78 |
1142.00f |
829.67c |
177.13b |
|
|
Sobremaduro |
73.65c |
26.35d |
4.80a |
4.60 |
1611.33a |
972.33b |
174.53bc |
|
|
Ecu
robusta |
Verde-amarillo |
74.26a |
25.74e |
3.90b |
4.90 |
1535.67b |
1030.00a |
144.20ef |
|
Pintón |
73.68c |
26.32d |
3.83b |
4.74 |
1615.00a |
922.00b |
157.73d |
|
|
Maduro
|
73.75c |
26.25d |
4.87a |
4.71 |
1398.33d |
846.00c |
159.95 |
|
|
Sobremaduro |
75.91a |
24.09f |
4.17ab |
4.56 |
1382.67d |
833.67c |
194.27a |
|
|
Conilón |
Verde-amarillo |
71.60e |
28.40b |
1.20c |
4.66 |
1189.00f |
791.33d |
140.47f |
|
Pintón |
74.81ab |
25.19e |
3.60b |
4.54 |
1206.00e |
821.67c |
154.05d |
|
|
Maduro
|
73.69c |
26.31d |
4.10ab |
4.40 |
1402.00c |
942.33b |
153.97de |
|
|
Sobremaduro |
74.46b |
25.54e |
3.47b |
4.36 |
1231.67e |
714.33d |
169.08c |
|
|
EE-1± |
|
0.923 |
0.645 |
0.114 |
0.562 |
8.675 |
1.987 |
3.441 |
|
P |
|
0.0216 |
0.0143 |
0.010 |
0.782 |
0.0356 |
0.0265 |
0.0138 |
a,b,c
Medias
con letras diferentes entre columnas difieren para p<0.05
Fuente: Duncan (1955)
El método de beneficio consiste
en una serie de procesos
que permiten la transformación
de la cereza en café oro de buena calidad física y organoléptica, estos procesos se suelen llevar a cabo en la
finca donde es cultivado el grano. Se conocen
los siguientes métodos de beneficio:
natural o seco, lavado o húmedo,
honey o semihúmedo, húmedo
enzimático, subhúmedo o ecológico, cuyas prácticas básicas son las siguientes: cosecha, secado, pilado (Ormaza-Zapata et al., 2022).
Dentro de las etapas del beneficio, el secado es el proceso en que se realiza la disminución el contenido de agua y, consecuentemente, la actividad de esta, y se logra la conservación y la estabilidad del café durante su almacenamiento y comercialización. En cafés lavados, disminuye desde un contenido inicial de agua entre 50%–55% hasta el 10%–12% obteniendo el denominado café pergamino seco, en el que valores superiores a 12,5% (actividad de agua superior a 0,67) pueden causar pérdidas a la calidad del grano al producir calentamiento de la masa y generar focos de hongos e insectos, y la probable generación de sustancias que afectan al consumidor (toxinas) (Osorio-Pérez et al., 2022).
En este sentido, Dos Santos et al. (2019) notifican que después de secado del fruto de café, el promedio de la diferencia de humedad entre el café cereza seco (ccs) y su almendra fue de 2,2% a favor del café cereza seco, con un intervalo de diferencias entre 1,3% y 3,1%. Dicha diferencia indica mayor humedad cuando se estima en el café cereza seco con respecto al café almendra. Lo anterior está asociado al contenido de humedad superior de la cáscara seca (16,8%) cuando el café cereza seco se encuentra en el intervalo del 10% al 12% de humedad, explicado por la alta higroscopicidad de la pulpa debido a su contenido de pectina y azúcares (entre otras sustancias).
López (2021), al evaluar los actores de conversión de
café especial de la variedad típica (Coffea
arabica), encontró valores de peso entre 704 a 772 g y humedad de 12%, y
señala que la cáscara presenta un contenido de
humedad entre 80 y 85 %; los resultados
corroboran la influencia de los factores altitud
y variedad de café en la producción de granos de menor tamaño, peso y diámetros, así como la influencia del
método de beneficio empleado.
En cuanto al brix, los
resultados alcanzados por Martínez et al. (2017) y Martínez et al. (2022),
establecen para la variedad Caturra un intervalo de 17.19 grados brix, para la
variedad Colombia, según la escala antes mencionada corresponden a frutos
maduros ya que están dentro del rango de 13.90 propuesto por los autores.
Mientras que, el pH promedio encontrado para la masa de café recién despulpada
para la variedad Caturra fue de 5.89, para la variedad Castillo fue de 5.81 y
para la variedad Colombia fue de 5.80, valores superiores a los reportados en
este estudio, lo que se debe a que estos valores bajan durante la fermentación
debido a la formación de ácidos acéticos y lácticos, a partir de los azucares.
En cuanto las características
fisicoquímicas, según tratamiento de secado natural (tabla 2) los mayores
valores para el brix corresponden a la variedad Conilón con 1.20 °, mientras
que para TDS y conductividad fue la variedad Napopayamino con 866.67 mg/L y
1308.67 μs cm-1 /g MS.
Tabla 2. Características
fisicoquímicas de diferentes variedades de Coffea Canephora del café tostado y molido
|
Variedades
|
Brix |
pH |
TDS |
Conductividad |
|
° |
|
mg/L |
μs
cm-1 /g MS |
|
|
Napopayamino |
1.07b |
5.44 |
866.67a |
1308.67a |
|
Ecu robusta |
0.97b |
5.43 |
524.77c |
1259.00b |
|
Conilón |
1.20a |
5.59 |
731.67b |
1193.33c |
|
EE± |
0.043 |
0.06 |
5.348 |
8.445 |
|
P |
0.01 |
0.064 |
0.01 |
0.01 |
a,b,c
Medias
con letras diferentes entre columnas difieren para p<0.05
Fuente: Duncan (1955).
Figura 2. Contenido de
cafeína de diferentes variedades de Coffea Canephora del café tostado y molido
Fuente: elaboración
propia.
En cuanto al contenido de cafeína (figura 2), con 10.26 mg/L la mayor concentración fue para la variedad Napopayamino. Estos resultados son superiores a los obtenidos por Navarro-Ramírez et al. (2021), quienes observaron que la variedad Caturra posee los niveles mayores en cuanto al contenido de cafeína, seguido de la variedad Pache, siendo la variedad Catimor la que contiene menor valor de cafeína al evaluar varios niveles altitudinales estudiados. Por lo que, las condiciones edafoclimáticas y de altitud, así como la variedad, un adecuado manejo agronómico y el proceso de beneficio de café influirán de manera sustanciosa en la calidad del producto, ya que sus componentes químicos resaltarán en el aroma, sabor y cuerpo del grano.
La composición química del café depende de la especie, la variedad, el estado de desarrollo del fruto y el ambiente o condiciones de producción. Las especies tienen diferencias importantes en los contenidos de cafeína, trigonelia, lípidos, ácidos clorogénicos, oligosacáridos y polisacáridos, estas guardan relación con las características organolépticas de la bebida (Osorio-Pérez et al., 2022).
Puerta-Quintero (2016) confirmó que la calidad de la bebida está determinada por las características físicas del grano, la humedad y los defectos. En 216 fincas muestreadas y localizadas en diferentes altitudes (1050 - 2050 msnm), 15 unidades de suelo, 112 veredas, 35 municipios y siete departamentos, se encontró café de buena y de mala calidad, lo que evidenció que la interacción de prácticas agronómicas particulares con la gestión ambiental influye de forma directa sobre los componentes de rendimiento y calidad del grano de café (Muñoz-Belalcazar et al., 2021).
En evaluaciones desarrolladas en una plantación agroforestal a altitudes entre 200 a 640 msnm en Manabí-Ecuador se concluyó que en esas altitudes no tenía efecto sobre la calidad organoléptica (Duicela et al., 2016). En posteriores evaluaciones realizadas por Duicela et al. (2017) argumentan que, en altitudes entre 200 a 1950 msnm, de la zona de cultivo sí hay influencia significativa sobre los atributos de la taza. La altitud puede influenciar en la composición bioquímica, calidad física y organoléptica de calidad de taza de café; también un adecuado beneficio influye positivamente en la obtención de un café suave (Oscco Medina et al., 2020; Quintero & Rodríguez, 2022).
Conclusiones
Se ha
demostrado que la variedad y grado de madurez del grano tienen un impacto
significativo en la calidad del café. Los mejores resultados en cuanto a
características fisicoquímicas se obtuvieron con las cerezas de la variedad Ecu
robusta en los granos de color verde-amarillo, maduro, pintón y sobremaduros.
En el caso de estas características para el grano secado de forma natural, las
variedades Conilón y Napopayamino destacaron en cuanto a Brix, TDS y
conductividad, aspectos que evidencian la influencia de las condiciones
edafoclimáticas y de altitud junto al manejo agronómico adecuado y proceso de
beneficio óptimo en la calidad final del producto.
Las variedades de robusta son conocidas por su
facilidad de cultivo y menor costo de producción en comparación con las
variedades de Coffea arábica. Sin embargo, la concentración de cafeína puede
diferir entre variedades como se manifiesta en el estudio donde Napopayamino
presenta mayor contenido que Conilón y Ecu robusta, dependiendo de factores como el clima y el suelo.
Referencias bibliográficas
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