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El beneficiado húmedo

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Proceso de beneficiado húmedo del café

Se define como la transformación del fruto de café maduro a café pergamino seco de punto comercial, a través de las siguientes etapas:

Recolección del fruto, recibo y clasificación del fruto, despulpado del fruto, clasificación del café despulpado, remoción del mucílago del café despulpado, lavado del café fermentado, clasificación del café lavado, secamiento del café  lavado, almacenamiento del café seco y manejo de los subproductos.

Recolección del fruto

En esta primera etapa del proceso, es importante recolectar únicamente los frutos que estén completamente maduros. Cortar y mezclar frutos verdes, semimaduros (bayo, sacan, camagüe), sobremaduros, brocados, secos, enfermos,  etc. dificulta el proceso de beneficiado y alteran la calidad del producto final. Además pueden afectar  los rendimientos.

Para la recolección debemos  tener en cuenta las condiciones climatológicas que prevalecen en la finca, por ejemplo:  La  época muy lluviosa hará que la maduración se retrase y provoque la caída del fruto, principalmente el maduro, también la época de la canícula tiene como consecuencia maduraciones prematuras,  por ello tenemos que estar preparados para estos inconvenientes contando con suficientes cortadores.

Todos los útiles de recolección deben limpiarse después de cada día de trabajo para evitar frutos rezagados que podrían dañar la partida del día siguiente.

Recibo y clasificación del fruto

Recibo

Se debe recibir sólo fruto maduro, no deben mezclarse frutos de diferentes días de corte.

La cantidad a recibir, va a depender de cómo avanza la maduración.   La densidad aparente del café maduro es de 13.5 - 14 quintales de fruto por metro cúbico, dependiendo de la variedad y la altura sobre el nivel del mar.

Existen dos formas de recibo: por peso que se efectúa en romanas, básculas y  pesas electrónicas; y por volumen  a través de cajas de madera o lámina con capacidad de 100, 50, 25, 10 y  6.25  libras.

Los recibidores más comunes en Guatemala son: tanque sifón tradicional,  semiseco y  seco.

El tanque sifón requiere de grandes cantidades de agua, además de recibir  clasifica los frutos indeseables  que por su menor peso flotan, tal es el caso del fruto seco, vano, enfermo, brocado etc.

Los recibidores semiseco y seco se diseñan en base al 50 % del fruto del día pico;  los semiseco  conducen el café por erosión y arrastre, ocasionado por el agua y el peso del fruto, en un piso con desnivel  del 5%, utilizando agua reciclada mediante bombeo.  La ventaja de este recibidor es que es de fácil construcción y su profundidad promedio es de un metro.

El recibidor  seco, es una  instalación cónica  invertida, con pendiente mínima de 45 grados, de cuatro lados, diseñado  para trabajar sin agua.  Por gravedad descarga directamente el fruto a los despulpadores. Es necesario contar con topografía inclinada, para facilitar su construcción.

Clasificación del fruto

Es una de las etapas del proceso de  beneficiado húmedo que nunca se  debe eliminar, es necesaria, dado que las  plantaciones de café son afectadas por plagas y enfermedades, que generan  frutos de menor densidad  (flotes y vanos), por  lo que se debe  clasificar el fruto en sifones de paso continuo de un metro cúbico de capacidad  y sistemas de cribado para flotes. También separan piedras y basuras que pueden provocar deterioro a la maquinaria de despulpado, se deben limpiar diariamente para evitar granos rezagados, que podrían dañar la partida del día siguiente.

Despulpado del fruto

Es la fase mecánica del proceso en la que el fruto es sometido a la eliminación de la pulpa (epicarpio), se realiza con máquinas que aprovechan la cualidad lubricante del mucílago del café, para que por presión  suelten los granos.  Si la operación se realiza dañando el pergamino ó  el propio grano, entonces el defecto permanecerá a través de las distintas etapas del beneficiado, provocando trastornos en el punto de fermentación y secamiento, alterando por consiguiente la calidad de la bebida.  Como los sistemas de despulpado funcionan en forma mecánica, es imposible despulpar completamente frutos de distintos tamaños, por eso es preferible  que pase fruto  sin ser despulpado, a que se lastimen o  quiebren  (Menchú, 1973).

Debe despulparse el mismo día del corte,  después de 4 horas de despulpado el grano debe echarse en otra pila de fermentación para evitar fermentaciones disparejas, limpiar diariamente el despulpador para evitar granos y pulpas rezagadas que podrían dañar la partida del día siguiente.

Es importante incorporar despulpadores que estén diseñados para operar en seco, lo que contribuirá a evitar la contaminación generada en el proceso de beneficiado.

Algunas de las ventajas de no utilizar agua en el  despulpado son:

  • Reducción del tiempo de fermentación
  • No se contamina el agua.
  • Preservación de los nutrientes orgánicos de la pulpa.
  • El beneficio no queda supeditado a la disponibilidad de grandes cantidades de agua.

Despulpador de cilindro horizontal con pecho de hierro

Despulpador pecho de hierro.

La parte principal de esta máquina está constituida por un cilindro de hierro fundido o aluminio, en el cual va fija una camisa de cobre o acero inoxidable, con “ponchaduras” de diversos tipos y  tamaños.  Cuando el cilindro gira, aprisiona el fruto maduro contra una plancha cóncava, conocida como “pechero“, que posee canales por donde se ven forzados a moverse  los granos sueltos. El pechero puede ajustarse acercándolo ó alejándolo del  cilindro, por medio de dispositivos sencillos, según el fabricante. La calibración de los canales oscila entre 6  a 9 milímetros de profundidad cuando se trata de variedades comerciales,  (Menchú, 1973). Dichos equipos se  construyen de diferentes tamaños y  capacidades que van desde 5 hasta 100 quintales maduro por hora. 

Se fabrica para servicio liviano (pequeño productor) y para servicio pesado (medianos y grandes).

En los últimos años, su diseño ha variado considerablemente, se han reducido todos sus componentes, con el objeto de crear una  máquina versátil, eficiente  en cuanto a consumo de energía, etc.  La modificación más reciente, es el rediseño del pechero, se ha aumentado la curvatura de la cuchilla, esto permite una mayor eficiencia, mayor limpieza del café despulpado, aumento del rendimiento y trabajo sin agua.

Despulpador de cilindro horizontal con pecho de hule

Tienen una capacidad de despulpado de 70 - 80 quintales maduro por hora, es preferible trabajarlos en fincas altas, por los problemas que presenta con el fruto  semimaduro (no lo despulpa).  

Para que funcione correctamente debe reducirse al mínimo la cantidad de agua, de lo contrario, la misma al servir de lubricante, deja sin despulpar mucho fruto. 

Despulpador de disco

Este  trabaja por el arrastre del fruto, que realizan las caras del disco contra las barras despulpadoras; realizando la separación de la pulpa y el grano. La capacidad  oscila entre 25 - 100 quintales maduro por hora, va depender del número de discos.  Según Cenicafé, Colombia, la despulpadora de disco que opera sin agua es otra alternativa para el fomento del despulpado en seco.

Despulpador de cilindro vertical


Despulpador vertical.

Este despulpador  de la Industria Penagos Hnos. S.A. ha estado en constante evolución, con el propósito de reducir o eliminar el agua, y minimizar la energía, se han redimensionado los pecheros utilizados. La despulpadora DV 255 C tiene las siguientes características:

  • Peso neto: 1.54 quintales
  • Capacidad de despulpado: 45 - 55 quintales maduro por hora
  • Velocidad de rotación del Volante: 500 revoluciones por minuto
  • Potencia Requerida: 2.0 hp.
  • Despulpa sin agua, posee un cilindro en forma cónica para mayor  arrastre de la pulpa.

De acuerdo con los análisis de Cenicafé, el porcentaje de pulpa en el grano es 1.57%, la variable grano sin despulpar está por encima de la norma (1.73%), resultado similar conocido para las despulpadoras de cilindro horizontal operadas sin agua;  el porcentaje de  grano trillado y mordido es de 0.5%.

Para un buen  funcionamiento de los despulpadores, se debe adquirir el  tamaño adecuado y de buena calidad, hacer una instalación correcta, calibrar con precisión el pechero y rectificar cuando se note el más ligero daño del grano, mantenimiento periódico y limpieza diaria, lubricación periódica de las partes móviles en especial chumaceras,  cojinetes, piñones y operar los equipos con las velocidades especificadas por el fabricante.

Despulpador repasador

Este se instala después del sistema de clasificación y limpieza del café despulpado,  generalmente son de  cilindro horizontal y pecho de hierro. El pecho y el cilindro deben estar más ajustados para recuperar el fruto semimaduro o deteriorado que no fue despulpado por el  despulpador principal. El café procedente del  repasador deberá ser fermentado por aparte, en pilas para café de segunda. El mantenimiento y ajuste del despulpador principal se aplica también al repasador, se recomienda observar que no pasen al repasador granos normales en regular cantidad, si ocurre significa que la zaranda o criba cilíndrica no tiene la abertura necesaria.

Extracción de la pulpa

La pulpa del café representa aproximadamente el 40% en peso del fruto fresco, es por lo tanto el subproducto más voluminoso del beneficiado húmedo. La densidad aparente de la pulpa fresca y suelta es de aproximadamente 5.5 quintales por metro cúbico, de manera que de cada 100 quintales de café maduro se producirán 40 quintales de pulpa, que ocupan aproximadamente 7 metros cúbicos. Este material se compacta y después de  24 horas  la densidad es de 10 quintales por metro cúbico.

En los beneficios tradicionales, la pulpa es conducida utilizando grandes cantidades de agua, generando el desprendimiento y concentración de materia orgánica en el agua de arrastre.

Clasificación del café despulpado

Una de las características que distinguen al café procesado por la vía húmeda, son las diversas fases de clasificación y selección desde la recolección hasta el lavado.  El grano despulpado deberá clasificarse por tamaño, por densidad o ambos,  esto con el objeto de separar cafés enfermos o deformes, pulpas y uniformizar el tamaño de dicho grano. La presencia de un alto porcentaje de pulpa en las pilas de fermentación, puede dañar la apariencia física del grano provocando película rojiza y   fermentaciones disparejas.

Para clasificar el café despulpado se utilizan los siguientes equipos mecánicos:   Las zarandas oscilantes y las cribas giratorias.

Las zarandas


Instalación de zaranda oscilante para
clasificación de café despulpado


Criba de polietileno de alta densidad para
clasificación de café despulpado.


Criba de varillas de hierro para
clasificación de café despulpado.


Pilas de fermentación de madera,
concreto y plástico.


Desmucilaginadora ascendente Delva.


Canal para clasificación de café lavado.

Consisten en planchas metálicas perforadas en forma oval reciben el café en uno de sus extremos, y oscilan en el plano horizontal, desplazando el café de segunda y la cáscara al otro extremo, para que sea descargado a un despulpador de repaso.

El grano normal, bien despulpado, cae a través de las perforaciones (el tamaño de estas debe estar de acuerdo con el  café a despulpar) y es conducido a pilas de fermentación de primera. Se recomienda una por despulpador y su tamaño va depender de la capacidad de dicho despulpador.

La mayor efectividad se logra cuando el café despulpado entra a la zaranda en forma laminar y no en chorro, deben operar entre  300 a 350 movimientos  por minuto. Es necesario realizar la limpieza diaria de dichos equipos para evitar que se contamine la partida del día siguiente, por granos despulpados rezagados.

Criba rotativa

Generalmente era construida de metal y hierro de ¼ de pulgada y un diámetro entre 0.50 a 0.60 metros, es un equipo que combina la clasificación por densidad y por tamaño. Recientemente se introdujeron al mercado cribas construidas combinando materiales plásticos y metálicos; con el objeto de bajar costos de producción y  consumo de energía en los procesos operativos. Actualmente se están construyendo totalmente de plástico, utilizando para ello polietileno de alta densidad, que tiene la particularidad de no ser dañado por los efectos corrosivos de la miel del café, deben operar entre 15 a 18 revoluciones por minuto. Realizar limpieza diaria de dichos equipos para evitar que se contamine la partida del día siguiente, por granos despulpados rezagados.

Remoción del Mucílago del café despulpado

Fermentación natural

El mucílago o miel representa entre el 15.5 y el 22 % en peso del fruto maduro,  por tratarse de un material gelatinoso insoluble en el agua (hidrogel) es necesario solubilizarlo para convertirlo en un material de fácil remoción en el lavado (hidrosol).  Para esto es necesario forzarlo a su degradación mediante la fermentación natural (bioquímica), en tanques  o pilas de madera, concreto, ladrillo, plástico, fibra de vidrio, etc. en períodos de tiempo que van de 6 a 48 horas dependiendo de la temperatura ambiente, capacidad de drenaje de los tanques, altura de la masa de café, calidad del agua utilizada en el despulpado, estado de madurez del fruto, microorganismos presentes, etc. Este sistema se le conoce como tradicional y es el que se a empleado durante muchos años en diferentes países.

Para determinar el punto de lavado o de fermento, es necesario muestrear constantemente y se puede hacer introduciendo un palo rollizo en diferentes partes de la masa de café en el tanque hasta tocar el fondo, si al sacarlo queda hecho el orificio, entonces  se toman muestras de café de diferentes puntos del tanque, se lava luego se frota con las manos y si le da un sonido a cascajo o se siente áspero al tacto es señal  que ya esta listo para lavar.

Las pilas de fermentación deben lavarse todos los días para evitar granos rezagados que contaminarían la partida del día siguiente.

Desmucilaginado mecánico

Proporciona una manera para eliminar el mucílago del grano en forma continua, lo que significa que se reduce el tiempo que conlleva fermentar naturalmente. Sin embargo hay que tomar en cuenta  que el proceso depende de la utilización de equipos desmucilaginadores que utilizan cantidades considerables de energía, así como un proceso de secamiento inmediato, para evitar post-fermentaciones indeseables. Al mismo tiempo hay que considerar que para volúmenes grandes de café, el desmucilaginar mecánicamente puede ser una opción de agilizar el proceso;  sin embargo para un gran porcentaje de productores medianos y pequeños no es económicamente viable.

El empleo de maquinas para eliminar mecánicamente el mucílago del café, puede considerarse una operación versátil, sin embargo  ésta operación deja residuos de mucílago en la hendidura del grano afectando su apariencia física; sobre todo si no se tiene un secamiento inmediato.  En pruebas de catación de cafés desmucilaginados contra cafés de fermentación natural, no se encontraron diferencias considerables, solo alguna característica visual del café en pergamino y oro. Hay que tomar muy en cuenta que la calidad depende de las exigencias del consumidor.

Lavar el equipo todos los días para evitar granos y residuos que podrían dañar la partida del día siguiente.

Lavado del café fermentado

Lavado manual

Es la operación de quitar la miel que queda adherida al pergamino, por medio de la inmersión y paso de una corriente de agua en un canal de correteo o clasificación utilizando paletas de madera.

Lavado mecánico

Es el lavado del café mediante bombas de impulsor abierto, combinando una clasificación en canales rectos con una pendiente uniforme de 0.75%, se trata de dar al canal un flujo laminar constante que permita la clasificación del café recién lavado. La economía de agua en esta operación complementa la eficacia del sistema de recirculación de agua que debe usarse en las operaciones de beneficiado húmedo.  Las características hidráulicas del lavado de las plantas agroindustriales, están basadasen el uso  mínimo de agua.

Toda el agua utilizada en los procesos de clasificación y lavado retorna al tanque recolector-decantador, el cual es construido en la parte más baja del beneficio. Estos tanques disponen de un diseño que permite manejar dos niveles de agua, para requerir de la necesaria en el inicio, intermedio y final de la cosecha.

Debe usar agua limpia, por ningún motivo amontone el café lavado, ya que se sobrefermenta. Además, limpiar diariamente el equipo e instalaciones para evitar granos rezagados y residuos de mucílago que pueden afectar la partida del día siguiente.

Secamiento del café lavado  

El proceso de beneficiado húmedo termina cuando logramos bajar la humedad del café hasta punto comercial (10-12% del grano oro).  El grano del café se constituye como uno de los más difíciles de secar debido a varias razones:

  1. Posee un alto contenido de humedad al salir de la clasificación (canal correteo), aproximadamente 50-55%. Otros granos al momento de cosecharlos poseen 20% de humedad (maíz, arroz).
  2. El pergamino y el grano poseen diferentes características físico-químicas. El pergamino se endurece durante el secamiento, sobre todo si se efectúa en forma violenta con el uso de altas temperaturas. El grano contiene células que reducen su tamaño durante el proceso de secamiento. Entonces se forma una cámara de aire entre ambos que interfiere con la transferencia de calor hacia el interior del grano y con el paso hacia el exterior de la humedad, en forma de vapor de agua.

Existe volatilización de los componentes aromáticos si  se emplean altas temperaturas durante el secado, afectando la calidad del café. El recalentamiento del grano afecta la apariencia física, así como las características de la taza. Stevez y Foote expresan que la masa de café puede alcanzar y tolerar durante unas pocas horas (4 a 10) 50 grados centígrados de temperatura, sin deterioro sensible de taza; pero solamente un período menor de una hora a 60 grados centígrados de temperatura.

Secado natural

El secamiento al sol es la práctica más común, en lugares donde puede aprovecharse la energía solar y la energía propia del aire, además los costos de inversión en equipos y los costos de operación son razonablemente más bajos.  Algunas recomendaciones generales para el proceso son:

  1. El grosor del café lavado en el patio es de 5 a 6 centímetros y debe moverse constantemente para obtener un punto parejo. Por cada metro cuadrado de patio caben 70 libras de café lavado (50-55% de humedad).
  2. No se deben mezclar cafés de diferentes soles, el secamiento  es disparejo.
  3. No debe extenderse el café cuando el patio esté muy caliente, se puede rajar el pergamino, de preferencia aprovechar las primeras horas de la mañana.
  4. Los patios deben limpiarse todos los días, para evitar que se contamine la partida nueva.
  5. Construir los patios de concreto con una pendiente longitudinal máxima del 2%.
  6. Construir casillas para resguardar el grano en caso de lluvia y por la noche.


Patio de secado de café

Secado mecánico

Se realiza a través de secadoras tipo Guardiola de diferentes capacidades, en zonas de condiciones climáticas limitantes. Es preferible combinar el escurrimiento del grano (en patio), con un sistema mecánico tipo Guardiola, que consiste en:

  1. Una fuente de calor (horno o calorífero).
  2. Un ventilador para forzar el aire caliente a través del grano.
  3. Una estructura en compartimientos donde se colocará la carga de café a secar.

El elemento básico en el secamiento es el aire caliente, que es mecánicamente impulsado y forzado a través de la masa de café, para que el aire adquiera la condición desecante es necesario aumentar su temperatura y así bajar la humedad relativa del mismo. El aire del ambiente juega un papel importante durante el proceso de secamiento; bajo condiciones lluviosas o por la noche, la humedad relativa alcanza valores de saturación (100%), mientras que en ambiente cálido y soleado desciende a 60, 50% o menos. Por esta razón es recomendable evitar secar mecánicamente por la noche, ya que las condiciones de humedad relativa y temperatura ambiente son severas.

El ventilador es uno de los elementos que más influye en el diseño y funcionamiento del secamiento mecánico, su función es hacer pasar a través de todo el sistema, un caudal de aire determinado, venciendo las resistencias de los componentes (ductos, masa de café, compuertas, etc.). 

El flujo de aire es el volumen de aire caliente y seco que impulsa  el ventilador al área de café a secar, calentando el grano y arrastrando simultáneamente la humedad a través del proceso de evaporación.  Es recomendable utilizar altos volúmenes de aire en vez de elevadas temperaturas de secamiento.

El porcentaje de humedad del grano oro, para la venta o almacenamiento debe estar entre 10 – 12 %, por lo que se requiere de un medidor de humedad o una persona con bastante experiencia; las secadoras deben limpiarse todos los días para evitar granos rezagados que pueden dañar la partida del día siguiente y si se utiliza secadora estática debe secarse a 40 grados centígrados, y a una altura no mayor de 30 centímetros de masa de café con movimientos constantes.

Almacenamiento del café seco

El almacenamiento de granos constituye una de las labores primordiales para la conservación de los mismos, juegan papeles estrechamente relacionados la temperatura, la humedad relativa del ambiente, y el sitio del almacenamiento. Si el café no se almacena en ambientes controlados puede deteriorarse y provocar el  defecto “sabor a viejo”. Los hongos que atacan el café almacenado, pueden formar micotoxinas que no se destruyen con el tostado y pueden constituir limitantes para su consumo en los países importadores por considerarse cancerígenos. El deterioro es mucho más lento en el café pergamino que en el café oro. En la mayoría de las fincas donde se almacena el café en pergamino no se tienen bodegas adecuadas.

El café seco de punto se conserva muy bien durante meses en ambiente fresco con temperaturas máximas de 20ºC y humedades relativas alrededor del 65%. La humedad del café almacenado en estas condiciones se mantiene en 10% - 11% durante mucho tiempo.

El café en pergamino puede almacenarse a  granel, en silos o en cajas, o bien en sacos formando estibas.  Si se hace en sacos se deben limpiar bien, las estibas, se deben levantar sobre tarimas de madera para protegerlas de la humedad del piso, sobre todo si es de concreto ó ladrillo.

Para el cálculo del área y espacios necesarios en la bodega de almacenamiento, se debe tomar en cuenta que el propio café ocupa alrededor de 2/3 del área disponible, porque el resto deberá dejarse para facilitar la ventilación entre estibas, vías de acceso, carga y descarga.

Hay que recordar que el café absorbe olores con facilidad, desde el olor del saco de yute, hasta el olor del insecticida que pueda estar en una bodega vecina.  Por esta razón deben alejarse los depósitos de insecticidas, herbicidas, gasolina, diesel, aceites esenciales ó cualquier otra sustancia que desprenda olores penetrantes.

Manejo de los subproductos

Es importante que en la planificación de los beneficios de café, no solo se piense en la parte agroindustrial del proceso, sino se integren las soluciones correspondientes a los problemas de contaminación que se generen.  El responsable del proyecto tiene que pensar en forma integral, teniendo en cuenta que todo está relacionado.

La industria del café genera dos subproductos que provocan  contaminación, la pulpa residuo sólido que al depositarse sobre terrenos o ser vertido a los ríos, es fuente de malos olores y proliferación  de plagas. Para mayor información ver capítulo 16.

Planificación de la reconversión y construcción de beneficios húmedos de café

En la planificación  resaltan características o condicionantes que deben  satisfacerse y puedan ser adaptables a  todas las exigencias de campo.  Estas son, la innovación de la   tecnología de proceso y de tipo legislativo sobre los niveles de contaminación.

Al analizar los elementos de infraestructura en la construcción o reconversión de un beneficio, se deben resolver necesidades y requerimientos de ejecución, tales como:

-Factibilidad técnico-económica

-Acceso

-Agua disponible

-Topografía

-Energía

Desafíos del beneficio húmedo del café

Los desafíos del beneficiado húmedo en Guatemala son de constante innovación tecnológica, ya que las reconversiones de los sistemas tradicionales  requieren de una transformación de las instalaciones existentes y una adecuada planeación de las construcciones futuras.  Dada la gama de factores que intervienen en la solución de esta problemática,  sobresalen los siguientes:

  1. Los económicos, ya que este es un factor limitante para que muchos productores y beneficiadores realicen planes de transformación y reconversión de sus instalaciones.
  2. Los normativos, sobre los reglamentos que debe cumplir una instalación de beneficiado húmedo de café, con programas paralelos de asistencia técnica y crediticia, adecuados a la magnitud de la problemática.

De manera general el beneficiado  del café debe ser “limpio y eficiente”,  las aplicaciones específicas para Guatemala deberán cumplir con las condiciones y restricciones de la legislación vigente. El desafío para los tecnólogos es crear diseños que satisfagan todos los planteamientos generados por los usuarios de las tecnologías y demostrar que los beneficios húmedos ecológicos de café son una opción rentable.

Todos los proyectos deben  desarrollar el “BENEFICIADO LIMPIO” así mismo optimizar los sistemas de recirculación de aguas, implementar maquinaria y equipo adecuado es la clave de la economía del agua, así como reducir los consumos energéticos. Toda esta planificación, contribuirá a minimizar las inversiones en los sistemas de tratamiento de los subproductos.