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“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata” UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE XICOTEPEC DE JUAREZ PROGRAMA DE APOYO AL DESARROLLO DE LA EDUCACIÓN SUPERIOR PADES 2018 Proyecto realizado con financiamiento de la Secretaría de Educación Pública- Subsecretaría de Educación Superior-Dirección General de Educación Superior UniversitariaINFORME TÉCNICO "Diseño de narices electrónicas para determinar el nivel de tostado del café" Docente: Dra Margarita Galindo Mentle

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Page 1: INFORME TÉCNICO · Informe de actividades correspondientes al proyecto de "Diseño de narices electrónicas ... El informe técnico se elaboró como la continuación del proyecto

“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE XICOTEPEC

DE JUAREZ

PROGRAMA DE APOYO AL DESARROLLO DE

LA EDUCACIÓN SUPERIOR

PADES 2018

“Proyecto realizado con financiamiento de la Secretaría de Educación Pública-Subsecretaría de Educación Superior-Dirección General de Educación Superior

Universitaria”

INFORME TÉCNICO

"Diseño de narices electrónicas para determinar el

nivel de tostado del café"

Docente: Dra Margarita Galindo Mentle

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“Año del Caudillo del Sur, Emiliano Zapata”

INFORME DE LAS ACTIVIDADES

Informe de actividades correspondientes al proyecto de "Diseño de narices electrónicas

para determinar el nivel de tostado del café" desarrolladas en la Facultad de Ingenierías de

la Universidad San Buenaventura Medellín Antioquia, Colombia. Las cuales se desarrollaran

gracias a la colaboración del Profesor Investigador Maestro Gustavo Meneses de Ingeniería

Electrónica y al Ing Juan Guillermo Patiño Director del programa de Ingenierías de la USB,

durante el periodo de la estancia de investigación del 25 de marzo al 3 de abril del

presente año.

Figura 1. Directivos de la Universidad San Buenaventura Medellín Antioquia, Colombia y

profesores de la Universidad Tecnológica de Xicotepec de Juárez

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Actividad del 25 al 3 de Abril 2019

Investigación de los procesos de tostado de café colombianos y sus características

físicas y químicas.

El informe técnico se elaboró como la continuación del proyecto de “Desarrollo de narices

electrónicas para aplicaciones agrícolas de la región de Xicotepec de Juárez”. El prototipo de

nariz electrónica permite monitorear en tiempo real el comportamiento de una matriz de

sensores expuesto a los gases que desprende el café durante su tostado, además de su

visualización el sistema desarrollado permite almacenar los datos de los sensores para un

análisis posterior más profundo, por lo que es importante analizar los diferentes procesos

que se realizan en la región y en otros países.

El café es un producto agrícola de suma relevancia en el mundo, ya que es cultivado por 20

millones de productores en 56 países. México ocupa el décimo lugar en producción de café a

nivel mundial. En el estado de Puebla se produce en 55 Municipios, en 625 comunidades,

estos son datos del padrón cafetalero, se tienen identificados 46 mil 745 cafeticultores, que

poseen 64,518 predios y una superficie de 67,136 hectáreas, las cuales se encuentran geo

referenciadas (fuente padrón 2004SIAP-SAGARAPA). Puebla ocupa el 3er estado productor

de café, el 75% se destina a la exportación. El cultivo y producción de café se ha extendido

en 55 municipios agrupados en tres Regiones conocidas como la Sierra Norte, Sierra

Nororiental y Sierra Negra.

Colombia ocupa el tercer lugar en producción de café a nivel mundial. Su cultivo se

concentra en las tres cordilleras que atraviesan el país a una altitud entre los 1200 y los

2000 metros sobre el nivel del mar, en tierras volcánicas fértiles y montañosas, con una

temperatura promedio de 22 grados centígrados. En Risaralda, el Paisaje Cultural cafetero

incluye 32.537 hectáreas en 108 veredas de las áreas rurales de Apía, Balboa, Belén de

Umbría, Dosquebradas, Guática, La Celia, Marsella, Pereira, Quinchía, Santa Rosa de Cabal

y Santuario.

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Tanto la “chapolera” como “Juan Valdez” fueron personajes que encarnaron esta fase de

producción del grano. Luego de la recolección y el secado del café se procedía a la trilla en

donde jugaron un papel importante las recolectoras, quienes protagonizaron quizás las

primeras huelgas de mujeres en Colombia en la década de 1930 para conseguir mejores

salarios. Para la segunda década del siglo XX existían al menos siete trilladoras en la ciudad.

Hoy en día ese trabajo se hace mayoritariamente de forma mecánica. Junto con la economía

del café surgió una institucionalidad que se materializó en la Federación de Cafeteros de

Colombia (1927) y los Comités de Cafeteros. Durante nuestra Estancia se realizó un vistita

en la Zona cafetera de Marsella, Risalda, Colombia, figura 1.

Figura 1: Zona cafetera de Marsella, Risalda, Colombia.

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Reacciones químicas durante el tueste

El tueste del café es una fase vital dentro de la cadena de elaboración. Hay quien sostiene, y

no le falta razón, que un buen tueste influye más en la calidad de una taza de café, que la

bondad de la mezcla escogida. El Café de Marsella es considerado de la mejor calidad en

Colombia, en la figura 2 se muestra el cultivo del café en Marsella.

Figura 2: Café de Marsella, Risalba Colombia

Este último punto es el más interesante desde una óptica gastronómica pues es de ahí de

donde surgen los aromas y sabores que han convertido al café en el rey de las infusiones.

En el tostado del grano de café, contiene cerca de 1.000 componentes, muchos de los cuales

son agentes aromáticos volátiles, emergen de un pequeño contenido de compuestos en el

inicio. A pesar de su proporción marginal de solamente un 0,1% del peso del café tostado, el

café es considerado como uno de los alimentos más aromáticos. Actualmente, se han

identificado unos 850 componentes de los aromas algunos de los cuales sólo existen en

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concentraciones mínimas, pero capaces de dar al café toques amargos, ácidos o dulces

distintivos.

El proceso de oscurecimiento no enzimático, también conocido como reacción de Maillard,

donde el azúcar reductor reacciona con los aminoácidos, tiene una gran influencia en el

aroma. Durante el curso de esta reacción, además de otros compuestos, se desarrollan los

denominados melanoides, que dan al café su color. Este proceso se ve influido por el calor, y

empezando a 140°C el proceso se acelera considerablemente. La cafeína, que posiblemente

es el ingrediente más conocido del café, es relativamente estable durante el tostado.

Estudios recientes demuestran que la cafeína no tiene una influencia significativa sobre el

sabor amargo del café, tal y como se venía creyendo desde hace años.

Algunas investigaciones tratan de saber si la conversión del ácido clorogénico no amargo a

lactone amargo es la clave para entender como el amargor emerge. El sabor ligeramente

ácido del café tostado se desarrolla durante la pirólisis. La descomposición térmica del

ácido clorogénico en el café verde crea fenoles y la descomposición de otros productos de

sabor ácido. Una buena parte de los productos que influyen ácido acético, ácido málico,

ácido cítrico y ácido fosfórico ya existen en el café verde y sus concentraciones varían en

función del tipo de grano. Durante la pirólisis también se forman el ácido fórmico, ácido

glicólico, ácido láctico, ácido succínico, y otros ácidos.

El incremento o decremento de la acidez fluctúa durante el tueste. Los aceites esenciales

también influyen en el desarrollo del aroma, a grandes temperaturas se oxidan y se

convierten en aldehídos volátiles y compuestos de hidrocarburos que hacen que el sabor

del café se vuelva rancio en caso de contener grandes concentraciones.

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Investigar tipos de sensores y actuadores que se usan para determinar el nivel de

tostado de café

Captar las reacciones químicas durante el tostado es mucho más difícil que examinar los

cambios físicos. Algunos métodos de medición son extremadamente complejos, como la

cromatografía de gases (GC) o la cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), se

pueden trazar las reacciones químicas, que a fecha de hoy todavía no han sido detalladas al

completo.

En la universidad de San Bueno Ventura se realizan diversos trabajos enfocados a

fortalecer las necesidades de los cafeticultores de Colombia, entre los proyectos se

encuentran pruebas con sensores de gases y sensores piezoeléctricos para eliminar plagas

en cafetales y hortalizas. El proyecto que se encuentra a cargo del MTRO GUSTAVO

MENESES Profesor Investigador Ingeniería Electrónica de la Universidad de San

Buenaventura Medellín, sin embargo el tema de narices electrónicas en la aplicación del

café es relativamente nuevo por lo que aún existe mucho trabajo que realizar en base asa

ellos. Juntando esfuerzos de colaboración entre la USB de Medellín y la UTXJ podremos

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trabajar en parte de lo que sería un apoyo importante en las zonas cafeteras de México y

Colombia, teniendo como herramienta un sistema automática capa de determinar el nivel

de tostado de café.

Figura 3: Equipo de trabajo de la Universidad de San Buenaventura Medellín y la

Universidad Tecnológica de Xicotepec de Juárez. Ing. Juan Guillermo Patiño Director de

Ingenierías y Mtro Gustavo Meneses Profesor Investigador Ingeniería Electrónica y Dra

Margarita Galindo Mentle Profesora Investigaora, UTXJ.

Debido al impacto decisivo de los sistemas de medición de reacciones químicas se han

realizado diversos estudios científicos para mejorar los equipos que procesan el café,

máquinas y plantas, e incluso para desarrollar algunos equipos nuevos.”

En un esfuerzo por mejorar las necesidades de los cafeteros de la región de Xicotepec de

Juárez Puebla, se analizó la respuesta del sensor TGS823 para determinar el estado de

tostado de los granos de café, como se muestra en la figura 4.

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Figura 4: Señales de respuesta del sensor TGS823 para dos procesos de tostado.

En un esfuerzo por mejorar la respuesta de los sensores se ha incursionado en el estudio de

sensores piezoeléctricos para determinar el nivel de tostado del café y otros mecanismos

dentro de la UTXJ y de forma similar Profesos y alumnos de la USB realizan trabajos para

desarrollar sistemas usando actuadores piezoeléctricos para combatir plagas en hortalizas.

Existe un gran trabajo por delante, pero nuestro objetivo es lograr que la tecnología

desarrollada de la UTXJ tenga impacto benéfico dentro de nuestra región y a nivel nacional.

Figura 5: Asesorías a estudiante de electrónica de la USB en tema de transductores

piezoeléctricos.

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