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Los factores de la fermentación del café

por en Artículos 08/03/2022
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Los factores de la fermentación del café incluyen la composición microbiológica y química del sustrato, el sistema de fermentación, las condiciones externas como la temperatura y la higiene y el tiempo.

Las fermentaciones son procesos metabólicos realizados por levaduras y bacterias, cuyas enzimas oxidan sustratos de sustancias orgánicas como azúcares reductores y los transforman en otros compuestos más simples como alcoholes, ácidos, dióxido de carbono, energía y volátiles.

Según los microorganismos, sustratos y productos obtenidos hay fermentaciones alcohólica, láctica, malo-láctica, butírica, propiónica, fórmica, metánica, mixta, entre otras.

En el beneficio húmedo del café, los frutos se despulpan y después los granos con su mucílago se depositan en fermentadores. El sustrato de fermentación del café es el mucílago que esta adherido a los granos despulpados.

En el mucílago de café se encuentran naturalmente varios microorganismos como  levaduras y bacterias lácticas que se adaptan a la composición química y acidez de este sustrato y a las condiciones como la temperatura externa.

Las levaduras realizan la fermentación alcohólica y producen etanol, CO2 y volátiles y las bacterias lácticas desarrollan la fermentación láctica con la producción de ácido láctico. También se producen ácido acético, aldehídos, cetonas, ésteres y otras sustancias aromáticas, en las cuales quedan inmersos los granos de café hasta su lavado.

Al mantenerse los granos de café en los productos de la fermentación, se modifican los aromas, la acidez, el dulzor, el cuerpo, el sabor y la calidad de la bebida de café.

En los procesos de fermentación del café cambian la composición y la estructura del mucílago, su color, olor, densidad, acidez, pH, sólidos solubles, y así se facilita su separación del grano en la operación del lavado.

Los factores que afectan la fermentación del café se pueden agrupar en las características del sustrato, el sistema de fermentación, las condiciones externas y el tiempo de duración del proceso.

Características del sustrato. La cantidad y composición microbiana y química del mucílago dependen de la madurez, frescura y variedad del fruto y son uno de los factores que influyen en el desarrollo de la fermentación del café.

Los frutos maduros y frescos contienen 10,4% de mucílago, mientras que los verdes tienen 1,3%, los pintones 8,4%, los sobre-maduros 9,5%, y en el fruto seco no hay mucílago.

Igualmente,  los  granos  despulpados de café maduro contienen  mayor  cantidad  de  mucílago  (18,8%), los pintones 14,9% y los sobre-maduros 17,7%.

Las variedades Castillo®, Caturra y Tabi de la especie Arábica y en estado maduro contienen en promedio 11%  de  mucílago.

Composición química del sustrato. Hay variación en la composición química del mucílago según la madurez del fruto de café. Empezando por el contenido de agua,  el mucilago de café maduro contiene un 90% de agua, el pintón 60,5% y el sobre-maduro 82%.

La materia seca del mucílago de café maduro se compone de un 8,7% de carbohidratos, 0,12% de lípidos, 0,9% de proteínas y también contiene minerales como K, Ca, P, S, Mn, Fe, Zn, Cu, así como, ácidos, alcoholes y sustancias volátiles.

Los carbohidratos del sustrato de café maduro contienen un 2,6% de sacarosa, 0,64% de fibra, 1,3% de sustancias pécticas y un 6,8% de azúcares. Los azúcares reductores del mucílago de café conforman del 4,0% al 4,6%.

Una de las variables que indican el grado de madurez del mucílago del café  son los sólidos  solubles (grados Brix). Estos contienen principalmente azúcares como la sacarosa, glucosa,  fructosa;   ácidos  como el málico,  láctico,  acético,  succínico,  oxálico,  fórmico,  fosfórico y  galacturónico;  alcoholes como etanol, ésteres y otros compuestos orgánicos y también cenizas que contienen los minerales.

En  promedio, el mucílago del café pintón contiene menos grados Brix (14,1%) que el maduro (17,1%), y el sobre-maduro más que el maduro (20,1%).

La fermentación de los  azúcares  del  mucílago  y  la acidificación del sustrato son los cambios  principales en la composición química del mucílago de café durante la fermentación.

Composición microbiana del sustrato. Varios de los microorganismos del mucílago de café son  fermentadores y otros no fermentan sustratos.

Las levaduras  fermentadoras  del  mucílago  de café son Saccharomyces  cerevisiae,  Candida  albicans,  C.  tropicalis,  C.  krusei,  C.  lipolytica,  C.  parasilopsis  y  C.  pintolopesii,  que  producen  etanol, dióxido de carbono y compuestos volátiles  y  las  no fermentadoras como Cryptococcus terreus, Rhodotorula rubra y R. glutinis.

Con respecto a las bacterias lácticas del mucílago de café predominan Lactobacillus acidophilus, L. fermentum, L. plantarum y Streptococcus faecalis, las cuales producen ácido  láctico,  alcohol,  ácido  acético,  ácido  fórmico, dióxido de carbono.

Igualmente en este sustrato pueden hallarse  bacterias  anaerobias  facultativas como Enterobacter  spp.,  Erwinia  sp.,  Escherichia  coliKlebsiella  sp.,  Proteus  sp.,  Serratia  sp.,  Citrobacter sp. que producen fermentaciones mixtas.

Además, se pueden encontrar bacterias aerobias Staphylococcus sp., Actinobacterias, Streptomyces; bacterias  anaerobias  como  Clostridium  butyricum  y  hongos  de Trichoderma,  Alternaria,  Penicillium y Aspergillus.

El recuento de microorganismos presentes en un momento dado de la fermentación del café depende de varios aspectos como:  la población inicial en los granos despulpados, las condiciones  ambientales  como  la  temperatura, la disponibilidad de oxígeno, la  higiene,  el sistema de fermentación, la dilución del sustrato y el tiempo transcurrido de proceso.

Por ejemplo, en la fermentación de sustrato sólido, el café despulpado contiene entre 5 y 9 millones de microorganismos por cada mililitro de mucílago, conformados por 35% de levaduras, 26%  de  Lactobacillus,  20%  de  Enterobacteriacea  y  19% de Streptococcus y otros aerobios.

Mientras que en  una  fermentación  sumergida  con  50%  de  agua,  el  recuento inicial oscila entre 1,5 y 4,9 millones de colonias compuestas de 40% de levaduras, 25% de Lactobacillus, 20% de Enterobacteriacea y 15% de Streptococcus y otros aerobios.

Sistemas de fermentación. Para el desarrollo de las fermentaciones del café pueden establecerse  diferentes  sistemas  de  fermentación,  según  la  dilución,  aireación,  agitación,  aislamiento o suministro de sustrato.

Fermentaciones sólidas. Los granos de café despulpados se depositan en el fermentador, no se adiciona agua.

Fermentaciones sumergidas. Se agrega agua a los granos de café a fermentar, de esta forma cambian la composición química y microbiológica del sustrato.

Los sistemas de fermentación sumergidos son más homogéneos que los de sustrato sólido. Una fermentación sumergida al 30% requiere  la adición de 30 litros de agua limpia por cada 100 kg de granos de café despulpados.

Fermentación discontinua. Cada lote de café despulpado se fermenta y seguidamente se lava y se seca.

Fermentación continua. Se suministra nuevo sustrato después de determinado tiempo de proceso, además, se van retirando simultáneamente los productos.

Fermentaciones abiertas. Son sistemas expuestos al oxígeno, gases  y temperatura del ambiente.

Fermentaciones cerradas. Estos sistemas se tapan, así el oxígeno del ambiente de fermentación disminuye, lo cual favorece el desarrollo de otros procesos y de fermentaciones mixtas.

Aireación. En la fermentación discontinua no se agrega ni quita oxígeno y en los sistemas abiertos el CO2 sale naturalmente del sistema. En los procesos continuos se requiere suministro de oxígeno para mantener el crecimiento de las levaduras y bacterias fermentadoras.

Sistema estático. No hay agitación.

Sistema con agitación. En las fermentaciones industriales para producir etanol, ácidos láctico y acético se requiere agitación constante del sistema, con el fin de mejorar la homogeneización y los rendimientos.

Condiciones externas. La temperatura externa, la disponibilidad de oxígeno, los gases como el dióxido de carbono, la actividad del agua, el pH, el potencial redox, la higiene de las instalaciones y los equipos, la calidad del agua y el sistema de fermentación afectan la velocidad de las reacciones en la fermentación del café y el tipo y cantidad de productos generados.

Disponibilidad de oxígeno. Las levaduras son anaerobias facultativas, crecen en presencia de oxígeno, pero en medios anaerobios fermentan los azúcares.

Por su parte, las bacterias lácticas son aerobias micro-aerófilas, es decir, viven en ambientes con concentración de oxígeno inferior a la del aire, y sin oxígeno fermentan los azúcares y producen ácido láctico.

Las bacterias entéricas son anaerobias facultativas y producen fermentaciones lácticas, fórmicas y de otras mezclas de ácidos.

Temperatura. Los microorganismos fermentadores del café son mesófilos. La fermentación del café ocurre de forma natural  a las condiciones de temperatura ambiente de las zonas cafeteras, donde la temperatura del aire puede variar de 12 a 34°C con una media de 20,7°C.

Las velocidades de las fermentaciones no son constantes, dependen de la temperatura y del tiempo. La velocidad de la fermentación del  café  es más rápida a mayor temperatura.

Por ejemplo, a una temperatura ambiente de 20,5°C: A las 20 horas se han fermentado el 14% de los azúcares reductores iniciales, disminuido el 16% de los otros azúcares y degradado cerca del 40% de sus lípidos. Mientras que a las 48 horas se han degradado el 50% los azúcares.

Por el contrario, a una temperatura de 7°C: A las 20 horas sólo se han fermentado el 5% de los azúcares reductores, degradado el 14% de los azúcares totales y descompuesto el 16% de los lípidos. Y a las 44 horas sólo el 22% de los azúcares se han fermentado.

Durante el metabolismo de las fermentaciones se  presentan  variaciones  de  la  temperatura  de  los  granos  con la consecuente producción  de  energía,  así,  en  algunos  momentos  la  temperatura  del  sistema  es  mayor  que  la  temperatura  del aire externo.

Tiempo. La población de levaduras y de algunas bacterias aerobias y  aerobias  facultativas  aumenta  en  las  primeras  horas  de la fermentación del café en sistemas abiertos y sin agua.

Simultáneamente, a medida que el proceso avanza el pH inicial cercano a 5,2 desciende a valores entre 3,5 y 4,0. De esta forma, se inhibe el crecimiento de coliformes y de otras bacterias del mucílago, aunque se favorece el desarrollo de las levaduras y de las bacterias Lactobacillus que son acidófilas.

En síntesis, las composiciones química y microbiana del sustrato de fermentación del café varían a unas velocidades que no son constantes y además, dependen de la temperatura externa y de las condiciones del sistema de fermentación.

El café gourmet tostado Ensoñación se obtiene por fermentación controlada a temperaturas  de 18°C. Conjuntamente se realizan prácticas estandarizadas en los procesos de selección, lavado, secado, trilla, almacenamiento, tueste, molienda y empaque de los granos.

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Bibliografía

Puerta Q. G.I. (2012). Factores, procesos y controles en la fermentación del café. Avances Técnicos Cenicafé 422. 12p.


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Sobre Gloria Inés Puerta Quintero
Investigadora científica, escritora y consultora en calidad de café. Ingeniera química con posgrados en Ingeniería de procesos y ciencia de alimentos, especialista en inocuidad. Productora y gerente de café Ensoñación.

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