ES2712948T3 - Método para obtener miel de café a partir de la pulpa o cáscara y del mucílago del grano de café - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con un proceso para el aprovechamiento de los co-productos del café en la producción de proteínas, polifenoles, vitaminas y minerales, bajo procesos de concentración y conservación del mucílago y la pulpa (cáscara) para obtener miel y/o harina de pulpa (cáscara) de café transformadas industrialmente para ser utilizadas en productos de consumo humano, animal, medicamentos, cosméticos o como materia prima para la producción de alcohol carburante (etanol), en donde dicho proceso permite la reducción de contaminación del medio ambiente al evitar el desecho de los co- productos del café y permite aprovechar las propiedades y ventajas que tienen los mismos para la fabricación de los productos anteriormente mencionados.

Description

DESCRIPCION

Metodo para obtener miel de cafe a partir de la pulpa o cascara y del mudlago del grano de cafe

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un proceso para el uso de subproductos de cafe en la produccion de protemas, vitaminas y minerales, a traves de procesos de concentracion y conservacion del mudlago y la pulpa (cascara) para obtener miel de cafe transformada industrialmente para ser utilizada en productos para consumo humano, consumo animal, medicamentos, cosmeticos o como materia prima para la produccion de alcohol carbonatado (etanol).

Asimismo, la presente invencion se refiere al campo de la alimentacion y/o agroindustria, ya que se refiere a la concentracion del mudlago y la pulpa (cascara) del cafe de manera industrial, eficiente, segura y con altos estandares de calidad, con una capacidad instalada que garantiza los volumenes necesarios necesarios de producto final a los clientes con alta rentabilidad, lo que tambien garantiza la sostenibilidad en el tiempo y la recuperacion de los recursos ddricos de las areas de influencia.

Antecedentes de la invencion

El manejo de subproductos del cafe (mudlago y pulpa) siempre ha sido considerado como uno de los ejes problematicos entre los productores y los centros especializados en cafe, a pesar de que se han encontrado al menos tres opciones de uso: como elemento del compost para fertilizantes, como alimento para cerdos o como materia prima para la produccion de etanol. Sin embargo, la posibilidad de utilizar tales subproductos del grano de cafe se limita teniendo en cuenta que el producto tiene una vida de aproximadamente 10 horas, por lo que es estrictamente necesario procesar el mudlago y la pulpa (cascara) antes de que se descomponga, lo que implica realizar un movimiento logfstico que garantice el correcto uso de dichos subproductos.

Ahora, el grano de cafe es una fruta atfpica dado que normalmente las frutas se pelan, la pulpa se consume y la semilla se desecha o se siembra. En el caso del cafe, en realidad se utiliza la semilla, que es la que se procesa y hay una etapa de secado, tostado y molido, para obtener el cafe que se consume en todo el mundo, pero los subproductos de dicho grano de cafe se eliminan y se desechan al medio ambiente, lo que conduce a una alta contaminacion teniendo en cuenta el tiempo de degradacion de los mismos.

En realidad, el procesamiento del grano de cafe se puede hacer por medio de dos metodos, en el que el primero es un metodo seco, en el que la etapa de produccion de pulpa se realiza sin agua, en el que aunque dicho metodo es mas ecologico, no se usa mucho en la mayona de los pafses, principalmente en los productores de cafe que se encuentran en la region ecuatorial. El segundo metodo es un metodo humedo, es decir, que utiliza agua, a la cual se le atribuye la calidad del cafe y se corresponde con el metodo mas comunmente usado en el estado de la tecnica. En este proceso, despues de recoger el cafe, este se introduce en un tanque receptor en el que se realiza la primera clasificacion del cafe por densidad, luego se transforma en pulpa, a continuacion se clasifica y luego se elimina el mudlago, lo que puede realizarse mediante diversos metodos como la eliminacion del mudlago por fermentacion, a veces acelerando el proceso usando una enzima llamada pectinasa, o usando maquinaria, despues el grano de cafe se lava nuevamente con agua y se clasifica nuevamente por densidad, a continuacion el cafe se somete a un proceso de secado con el fin de eliminar una gran cantidad de humedad que se ha acumulado y posteriormente se envasa.

En este sentido, el metodo humedo genera subproductos y efluentes acuosos que, debido a la composicion qmmica y microbiologica y sus caractensticas fisicoqmmicas, como carga organica, acidez y contenido de los materiales de los sedimentos, provocan cambios en contacto con el agua y afectan a la viscosidad, color, turbidez, transparencia, temperatura, olor, tensiones superficiales y sabor del agua, y la demanda qmmica y biologica de oxfgeno aumenta, causando un impacto biologico y un desequilibrio en el ecosistema acuatico. Dicha contaminacion y la reduccion sustancial del consumo de agua se han reducido mediante las llamadas maquinas Belcosub para eliminar el mudlago, que son maquinas que permiten eliminar el mudlago de una manera ecologica. En este proceso, se obtiene un producto viscoso con alto contenido de solidos, que tambien es altamente contaminante debido a su carga organica equivalente a aproximadamente 110.000 ppm (partes por millon) de Demanda Qmmica de Oxfgeno (DQO), lo que tambien facilita la conversion a un nivel agncola, industrial y ganadero y su uso adecuado.

De la misma manera, el mudlago del cafe se caracteriza por tener grandes cantidades de carbohidratos, azucares reductores y no reductores y componentes pecticos. Ademas, presenta valores de 0,95 % de protemas, 0,08 de grasas y 0,45 % de cenizas, y en mayor proporcion se pueden encontrar elementos como K (potasio), Ca (calcio), Mg (magnesio) y P (fosforo). El valor calorico del mudlago es bajo, aproximadamente 500 Kcal/Kg y viene dado principalmente por el contenido de carbohidratos.

Ahora, la protema de la pulpa de cafe contiene niveles de aminoacidos similares o mas altos que otros productos, como la harina de algodon y la harina de soja. Por otro lado, la pulpa de cafe presenta concentraciones generalmente mas altas de aminoacidos que el mafz, pero es deficiente en aminoacidos azufrados. Ademas, es importante tener en cuenta el contenido relativamente alto de lisina en la pulpa, que es tan alto como el de la harina de soja cuando se expresa en mg/g de nitrogeno.

De acuerdo con lo anterior, en realidad se ha sugerido el uso del mudlago y la pulpa del cafe como fertilizante organico en el cultivo de lombriz roja de California, alimentos para cerdos y en la produccion de biocombustibles. Sin embargo, tradicionalmente, estos subproductos se eliminan vertiendolos en los arroyos o nos o acumulandose en grandes cantidades, en los que las condiciones de riesgo de contaminacion ambiental aumentan.

Por lo tanto, las aguas residuales del proceso de pulpeado y lavado del cafe, comunmente conocido como agua de miel, se consideran una de las grandes contaminaciones organicas en la industria del cafe. El cafe en uva maduro presenta una composicion ffsica tal que los granos representan el 20 % del fruto; en consecuencia, el proceso de pulpeado genera el 80 % de la eliminacion, lo que representa un alto riesgo de impacto en el medio ambiente si no se trata adecuadamente. El proceso de pulpeado y lavado de 1 kg de cafe genera una cantidad de agua y material contaminante equivalente a la producida por 6 personas en un dfa (Pujol et al. 2001; Hernandez et al., 2000). La concentracion de los productos contaminantes organicos en el agua que se usa en el beneficio humedo del cafe depende del tratamiento dado antes de que estos se vuelvan a integrar en un curso de agua. El beneficio humedo generalmente no se afsla y en los cursos de agua hay contaminantes con diferentes ongenes, como actividades agncolas, ganaderas o residuos humanos.

En este sentido, el estado de la tecnica contiene una pluralidad de divulgaciones relacionadas con el procesamiento de granos de cafe o la fermentacion de los mismos para obtener diferentes productos. Entre dichas divulgaciones, se puede citar el documento KR 20110012653, que menciona un metodo para preparar una composicion cosmetica que contiene lactobacilos, extracto de cafe fermentado y se proporciona para mejorar la capacidad antioxidante y evitar el envejecimiento y las arrugas de la piel. Este metodo para fabricar una composicion cosmetica que contiene lactobacilos y extracto de cafe fermentado se compone de: una etapa de rociar los granos de cafe y mezclar 100 partes por peso de los granos de cafe y de 450 a 500 partes por peso de agua destilada para obtener una solucion de granos de cafe, una etapa de agitar la solucion de granos de cafe a 75 a 85 °C durante 50 a 70 minutos, una etapa de enfriar la solucion de 30 a 35 ° C en un estado cerrado, una etapa de inocular la solucion despues de la inoculacion del volumen inicial de 1,3 lactobacilos y fermentacion a 30 a 35 °C durante 45 a 50 horas para obtener un lfquido de fermentacion de Lactobacillus, una etapa de calentar el lfquido de fermentacion a 75 a 85 °C durante 8 a 12 minutos, y una etapa de filtrar el lfquido de fermentacion, en el que la cepa de Lactobacillus es Lactobacillus bulgaricus. Por otro lado, el documento. WO 2006/098733 divulga un metodo y un kit para probar la tasa de fermentacion, los productos derivados de la fermentacion y la finalizacion de la fermentacion del mudlago del cafe, en el que dicho metodo consiste en probar la tasa de fermentacion del cafe probando una muestra de cafe suspendido en agua usando al menos un miembro de un grupo de sustratos y kits de prueba divulgados y, tras la formacion del color, la comparacion del color resultante con una escala de colores para determinar indirectamente la tasa de fermentacion, los subproductos derivados de la fermentacion y la finalizacion de la fermentacion. El kit correspondiente comprende al menos uno de una tira de prueba de pH, al menos una tira de prueba de etanol, al menos una tira de prueba de acido lactico y un termometro.

Ahora, otra divulgacion relacionada con el objeto de la presente invencion es el documento MX-A-2008/002559, que se refiere a un metodo para tratar frutos de cafe con o sin pulpa, en el que dicho metodo comprende la etapa de poner en contacto los frutos de cafe con una solucion de una composicion seleccionada del grupo que consiste en composiciones inorganicas y organicas activas que liberan cloro, tales como oxicloruro de calcio, acido dicloroisocianurico y sus sales de sodio y potasio y acido tricloroisocianurico diluido en un vedculo lfquido, durante un penodo de tiempo suficiente para desinfectar la piel, la pulpa y los granos del cafe, evitar la fermentacion de los mismos y neutralizar las composiciones qdmicas metabolicas que son perjudiciales para el sabor, aroma y grado de acidez del cafe y su calidad. El documento EP 1715751 divulga un metodo para producir una composicion de cafe, que comprende las etapas de separar los granos de cafe de la pulpa y la cascara de un cafe cereza, tostar los granos de cafe y agregar pulpa seca y/o cascara del cafe cereza a los granos de cafe tostados. La invencion descrita en este documento tambien se refiere a una composicion de cafe que comprende granos de cafe tostados y pulpa de un cafe cereza y/o cascara de un cafe cereza, en el que dicha invencion se refiere a una bebida de cafe que comprende una composicion de cafe de la invencion, y el uso de la pulpa y/o la cascara de un cafe cereza para modificar el sabor de una composicion de cafe hecha de granos de cafe.

Por otro lado, el documento XP055136231 (PULPA DE CAFE. COMPOSICION, TECNOLOGfA Y UTILIZACION, vol. IDRC-10, 1979), describe un proceso para aislar sustancias organicas, particularmente pectinas, del mudlago del cafe con la intencion de explotar estas sustancias como materiales industrialmente utiles. El proceso de esta referencia, sin embargo, no considera la posibilidad de obtener un producto de mudlago libre de pectinas, como la miel de cafe.

Otros documentos de la tecnica anterior tambien mencionan la posibilidad de obtener subproductos derivados del mudlago y la pulpa, pero estas tecnologfas estan destinadas principalmente a eliminar el impacto ambiental generado por estos productos en el procesamiento de cafe humedo (MX 9603756. FEDERACION NACIONAL DE CAFETEROS, 1998-02-28, y Morale, Narvaez et al. Tratamiento de fluidos producidos por la tecnologfa Belcosub para eliminar el impacto ambiental. INIS, 2003, XP002743346), sin embargo, no proporcionan las operaciones particulares necesarias para recuperar por separado estos productos reutilizables, obtenidos del procesamiento de los frutos del cafe, en una tecnologfa integrada.

De acuerdo con los documentos existentes en el estado de la tecnica relacionados con el proceso del fruto del cafe y sus derivados, el problema a resolver sigue siendo el mismo, la conservacion o el correcto mantenimiento del producto para su uso en los fines mencionados anteriormente, ya que desde su recoleccion hasta su manipulacion y estabilizacion, no pueden transcurrir mas de 10 horas, dado que despues de ese tiempo, el mudlago y la pulpa se deterioran, ya que cuando se pela un fruto se elimina su proteccion natural iniciando asf un proceso normal de descomposicion, lo que desde un punto de vista de manejo logfstico se convierte en un punto cntico que dificulta el tratamiento efectivo de tales subproductos del cafe y su posterior uso, teniendo en cuenta que en terminos de tiempo del beneficio del cafe, el grano es el actor principal, relegando a un segundo plano, el tratamiento de los subproductos, convirtiendose asf en un gran problema de almacenamiento y eliminacion, que en su mayona son vertidos al medio ambiente, y contaminando como se indico anteriormente. Del mismo modo, la investigacion actual relacionada con el cafe, se centra en mejorar el proceso de produccion del cafe, su preparacion o la calidad del cafe, que se puede encontrar en los documentos relacionados como tecnica anterior y mencionados anteriormente, que mencionan el mudlago pero que no se refieren espedficamente o directamente a dicho componente, sino a la produccion o calidad del cafe de manera general.

En este sentido, existe una necesidad en el estado de la tecnica de proporcionar un metodo o proceso adecuado para procesar el mudlago y la pulpa del grano de cafe para obtener productos que puedan usarse tanto para animales como para seres humanos, tales como alimentos, cosmeticos, medicamentos, entre otros, que permitan evitar la contaminacion del medio ambiente evitando el desperdicio de dichos subproductos del cafe.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 corresponde a un diagrama de flujo para el proceso de la presente invencion en el que se indica la separacion de las materias primas, es decir, mudlago y pulpa de cafe.

La Figura 2 corresponde a un diagrama de flujo espedfico para el proceso de obtencion de miel de cafe del proceso de la Figura 1.

Descripcion detallada de la invencion

El proceso de la presente invencion se basa en el uso de los subproductos del fruto del cafe que corresponden a la pulpa o cascara y el mudlago, que se usan para obtener miel de cafe, usandose la harina de cafe como materia prima para la fabricacion de una pluralidad de productos por su alto contenido en antioxidantes, protemas y minerales y por sus propiedades beneficiosas. Es importante senalar que el proceso para producir harina de cafe no forma parte de la presente invencion.

A este respecto, cuando se cosecha el cafe cereza, este se envfa para su procesamiento, en el que se lava y se selecciona, se pela el grano de cafe del cual se obtiene la semilla para el posterior procesamiento en seco, y los subproductos (pulpa y mudlago) son evacuados por medio de un medio de transporte, preferiblemente un tornillo sin fin, en una mezcla de 34 % de mudlago y 66 % de pulpa, que se alimenta a un separador centnfugo construido en acero inoxidable con un filtro de 2 mm, que tiene una velocidad de 900 rpm y con una capacidad de alimentacion de 8 toneladas/hora y tecnologicamente modificado para este tipo de producto. A continuacion, el equipo procede a separar los solidos que tienen un tamano superior a 2 mm (pulpa prensada, con 3 % de mudlago) y los lfquidos con solidos que tienen un tamano inferior a 2 mm (mudlago). Los solidos (pulpa) se envfan a la planta para obtener harina de pulpa de cafe y los lfquidos (mudlago) se envfan a la planta para obtener miel de cafe, en el que a partir de este punto se llevan a cabo dos procesos separados para obtener miel de cafe del mudlago lfquido y harina de cafe de la pulpa solida con 4 % de mudlago, como se muestra a continuacion. Este proceso para producir harina de cafe no forma parte de la presente invencion.

Proceso para obtener miel de cafe:

El mudlago, que corresponde aproximadamente al 17 % del fruto del cafe, se almacena en un contenedor que tiene una capacidad de 5000 litros con un tiempo de almacenamiento de no mas de 9 horas, luego se transporta en un camion cisterna con una capacidad de 5000 kg y se transporta a la planta para la produccion de grano de cafe despues de un analisis de calidad en el que se realiza la lectura del grado Brix superior al 9 % (azucares) y pH mayor que 4,5 (proceso de descomposicion); tales lecturas se llevan a cabo con equipos electronicos manuales faciles de manejar, en el que dicha tarea es realizada por el operador a cargo de la recogida de mudlago. Por debajo de estos parametros, la miel de cafe se rechaza (el mudlago representa el 10 % del grano, pero esta cantidad solo se refiere al mudlago adherido al grano, ya que el 10 % restante se adhiere a la pulpa; por lo tanto, es importante alimentar el separador de La presente invencion con estos dos subproductos para su separacion y uso adicional).

Inicialmente, el mudlago pasa a traves de un area de recepcion ubicada en la parte exterior de la planta para producir miel y comprende un area que tiene un tanque de almacenamiento de 3000 litros, que esta conectado por un tubo de 5,08 cm con la siguiente etapa.

A continuacion, el mudlago se alimenta por gravedad al separador centrftugo, y su flujo se controla mediante una valvula de accion rapida que garantiza un flujo de aproximadamente 3000 l/h; el mudlago pasa a traves de un tamiz de 0,4 mm como materia prima para alimento animal y por un tamiz de 0,1 mm para alimento humano y cosmeticos para eliminar la mayor parte de los solidos en suspension, lo que garantiza un producto final completamente homogeneo y libre de elementos extranos. Los solidos separados se envfan a la planta de harina y el mudlago sin solidos se envfa al tanque de tratamiento enzimatico. Este proceso se lleva a cabo en un area de tamizado, como se muestra en la figura 2.

Ahora, una vez que el mudlago ha pasado por el area y la etapa de tamizado, se somete a una etapa de tratamiento enzimatico, en el que el producto se almacena en tres tanques con una capacidad de almacenamiento de 10.000 litros, se somete a un proceso de calentamiento a una temperatura en el intervalo de 50 °C a 80 °C, preferiblemente 65 °C, para reducir la carga microbiana. Despues de disminuir la temperatura a aproximadamente 45 °C, se agregan 100 ppm de enzimas pectolfticas, en el que la actividad pectolftica, es decir, la actividad pectinasa, es para degradar exclusivamente la pectina, en el que dicha actividad es necesaria para clarificar el mudlago. Esto tambien es importante porque posibilita la ruptura de las paredes de las celulas vegetales y permite una mayor produccion de agua en el proceso de evaporacion. Por lo tanto, las enzimas pectolfticas facilitan la liberacion del contenido celular de mudlago y la degradacion de la pectina. El objetivo de este tratamiento es obtener un mudlago mas estable, rico en compuestos fenolicos y tambien mas facil de aclarar, ya que las cadenas de pectina evitan la liberacion del agua natural del mudlago, ya que cuando las cadenas se rompen, permiten la liberacion de agua y aumenta la concentracion de nutrientes en el proceso de evaporacion y su digestibilidad. Para garantizar un tratamiento enzimatico adecuado, es necesario tratar el mudlago a una temperatura en el rango de 40 °C a 45 °C y con un tiempo mmimo de 30 minutos, en el cuanto mayor es el tiempo de tratamiento enzimatico, mayor es la concentracion de azucares y nutrientes de los productos finales y su uso posterior.

A continuacion, el mudlago concentrado o la miel de cafe (debido a su alto contenido de azucares) se obtiene mediante una etapa de deshidratacion al vado a una temperatura no superior a 65 °C, lo que permite obtener un producto con un dano nutricional mmimo por calor, alta digestibilidad y palatabilidad, material seco que esta constituido casi en su totalidad por aminoacidos y azucares reductores y no reductores con una vida de al menos seis meses en condiciones ambientales y almacenado a temperatura ambiente de 18 °C a 30 °C, lo que garantiza sus caractensticas organolepticas y microbiologicas.

Este tratamiento comienza con el mudlago en una concentracion de aproximadamente 7 a 11° Brix, preferiblemente 9° Brix (% de azucares) y mediante la eliminacion del agua natural se logra una concentracion de 55° Brix garantizando asf las siguientes caractensticas del producto final o materia prima:

Tabla 1. Analisis de la com osicion

Tabla 2. Caractensticas sensoriales

Tabla 3. Caractensticas ffsicas

Tabla 4. Analisis microbiolo ico

Finalmente, una vez que se obtiene la materia prima basada en el mudlago del cafe, es decir, la miel de cafe debido a su alto contenido de azucares, esta materia prima se puede utilizar para la fabricacion de una pluralidad de productos, como para la alimentacion humana, la alimentacion del ganado, cosmeticos, medicamentos y alcohol carburante (etanol), entre otros, en el que dichos productos comprenden un alto contenido de antioxidantes, protemas y minerales, que mejoran el rendimiento y la salud del consumidor, ya sea humano o animal.

Ejemplos:

De acuerdo con la informacion mostrada anteriormente, el objeto de la presente invencion era inicialmente producir melazas como materia prima para la alimentacion animal y la produccion de etanol a partir de dicho contaminante. Sin embargo, al comenzar las pruebas con alimentos para cerdos, hubo algunos cambios importantes en los individuos, tales como: la eliminacion de problemas diarreicos, el ahorro de hasta el 25 % en alimentos, el aumento en la leche de cerdas prenadas, las hembras generalmente producen 9,5 animales vivos y la tasa fue de 13 animales vivos; al nacimiento, los lechones lactantes teman un peso promedio de 1.447 gramos y con la miel obtenida mediante el proceso de la presente invencion como suplemento para las cerdas prenadas, el promedio aumento a 1.600 gr por lechon lactante. En la lactancia, los cerdos tienen un destete temprano a los 21 dfas cuando el animal alcanza un peso promedio de 6 kg, pero con la miel de cafe obtenida por el proceso de la presente invencion, el animal alcanzo dicho peso a los 19 dfas. Cabe senalar que estos resultados industriales se obtuvieron en una granja con 4.000 animales y, a nivel digestivo, el cerdo es el mas cercano a los seres humanos. Por lo tanto, se puede declarar que, debido a los beneficios de la miel de cafe y la harina obtenida con el proceso de la presente invencion, se puede garantizar que representa una buena alternativa economica como alimento nutricional y saludable (nutraceuticos).

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para obtener miel de cafe a partir de mudlago de cafe cereza, caracterizado por que comprende las etapas de:

- separar el grano de cafe del mudlago y la pulpa;

- evacuar, mediante un medio de transporte, la pulpa y el mudlago separados previamente del grano de cafe, formando dicha pulpa y el mudlago una mezcla del 34 % de mudlago y el 66 % de pulpa;

- introducir la mezcla que comprende el mudlago y la pulpa de la etapa anterior en un separador centnfugo que contiene un filtro de 2 mm;

- separar los solidos que tienen un tamano superior a 2 mm de la fase ftquida, teniendo los solidos un tamano inferior a 2 mm en los que esta contenido el mudlago y de los cuales se recupera;

- almacenar el mudlago en un contenedor durante un penodo inferior a 9 horas;

- someter el mudlago a un proceso de calentamiento a una temperatura en el rango de 50 °C a 80 °C para reducir la carga microbiana;

- despues de disminuir la temperatura a 45 °C, someter el mudlago a un tratamiento enzimatico con la adicion de 100 ppm de enzimas pectolfticas; y

- deshidratar por evaporacion al vado el producto obtenido en la etapa anterior para obtener un producto como una miel de cafe a una concentracion de 55° Brix.

2. El proceso de la reivindicacion 1, caracterizado por que el separador centnfugo que contiene el filtro funciona a 900 rpm.

3. El proceso de la reivindicacion 1, caracterizado por que la etapa de tratamiento enzimatico se lleva a cabo en tanques de almacenamiento que tienen una capacidad de 10.000 litros cada uno a los que se agregan 100 ppm de enzimas pectolfticas.

4. La miel de cafe que se puede obtener mediante el proceso de las reivindicaciones 1 a 3.

5. Uso de la miel de cafe que se puede obtener por el proceso de las reivindicaciones 1 a 3 para la fabricacion de productos para el consumo humano, alimentos para el ganado, cosmeticos, medicamentos y etanol.