Viaje al interior del café
Kimika Analitikoa Saila, Zientzia eta Teknologia Fakultatea, Euskal Herriko Unibertsitatea
Café a lo largo de la historia
La historia del café es muy antigua. Comenzó hace siglos cuando a un pastor le llamó la atención la especial actitud de algunas cabras. El pastor vio que los animales comían unos frutos redondos de los arbustos, cogió un puñado de frutos y acudió al sabio del pueblo. Los cataron y, desesperados de que no tenían sabor, los echaron al fuego. Como si hubiera ocurrido un milagro, de las llamas salió un olor encantador. Fue la primera huella que tenemos actualmente sobre la bebida más consumida a nivel mundial.
La planta de café tiene su origen en África, concretamente en Madagascar, zona tropical, cuya cultivo comenzó en las campas de Etiopía y Yemen, donde el clima y la geografía son bastante similares. En un principio, esta bebida ayudaba a mantener a la gente helechada, por lo que los musulmanes quisieron prohibirla pensando que era una bebida contagiosa, pero su consumo se difundió rápidamente. Un siglo después (XVI. En el siglo XX se establecieron las primeras cafeteras de Constantinoplan y más adelante se inauguró en Londres la primera casa de café. Trataron de poner grandes impuestos para poner límites al consumo, pero los franceses ya han extendido la bebida a toda Europa. El café es, por tanto, el resultado de viejas costumbres y de infinidad de pruebas, y con este trabajo de investigación se ha querido construir un nivel más en la historia del café para poder emprender el camino.
Características del café
Existen dos especies de café, Arabica y Robusta. El tipo de árabe crece en pendientes en un clima de alta humedad, mientras que Robusta es el continente africano donde más crece. Sin embargo, en la actualidad existen numerosas mezclas entre ambas especies. Los granos de café una vez recogidos, limpiados, seleccionados y secados son verdes, sin olor ni sabor. En el proceso de tueste se produce el olor, se cambia el color a las bihias de café, se incrementa su tamaño... Se puede decir que la química del café es bastante compleja ya que se producen diversos procesos físico-químicos en el interior del grano de café.
Química del tostado de café
El olor del café tostado está formado por una compleja mezcla de compuestos volátiles, mientras que los compuestos no volátiles determinan su acidez, amargura y astringencia. Entre las moléculas volátiles que componen el olor del café podemos encontrar varias familias: furanos, pirazinas, cetonas, alcoholes, aldehídos, ésteres, pirroles, tiofenos, lactonas, alcanos, alquenos, ácidos y oxazoles; hasta la fecha se han identificado 850 compuestos volátiles. El sabor final del café puede estar influenciado por diferentes características: especie del café, origen, condiciones del terreno en el que ha crecido, almacenamiento, tiempo y temperatura de tueste. Este último, el tueste, es el paso más importante de todo el proceso, ya que afecta directamente a las características físico-químicas del grano y determina el olor y sabor final. El trabajo de investigación ha reunido a sesenta y seis tipos de café procedentes de diferentes países del mundo (Brasil, Camerún, Costa Rica, Nicaragua, Costa de Marfil, Colombia, Indonesia, Etiopía). Se han tostado a diferentes temperaturas y se ha realizado un análisis del olor de las mismas, así como un análisis de las variaciones de color y tamaño de los granos de café. Pero lo más llamativo y, en general, el que se aleja de los sentidos humanos es el interior del grano de café. Por tanto, se han cortado por la mitad los granos de café y se han analizado los cambios en el interior en las distintas condiciones de tueste.
En general, el proceso de tueste de los granos de café se puede dividir en 6 pasos en función de la temperatura utilizada. En este trabajo de investigación hemos tratado de seguir los mismos pasos con el fin de comprender mejor la química interna del café:
1. Los granos verdes de café se introducen en el tambor de tueste. En un principio, la temperatura disminuirá debido a la entrada del nuevo producto y poco a poco volverá a aumentar. Se inicia un proceso endotérmico por absorción de calor, pero a partir de los 50ºC se pueden observar los primeros cambios en los tejidos. En la foto 1 se muestra una fotografía realizada mediante la técnica SEM (Scanning Electron Microscope), en la que se ha cortado por la mitad una pieza de café verde y se puede analizar su interior. En ella vemos una estructura homogénea que va desde la superficie del grano de café (izquierda) hasta el corazón del grano de café (derecha).
2. A medida que se va calentando, las bihias de café absorben calor y se desprende agua en forma de vapor. A 100ºC se inicia la reacción Strecker, donde los aminoácidos se degradan y los azúcares se caramelizan, por lo que el color del grano de café cambia de verde a amarillo. El olor también empieza a cambiar, pasando de ser hierba a ser pan.
3. A 160 ºC se produce la reacción “Maillard”, con la aparición de compuestos volátiles que continuará durante todo el proceso de tueste. Aumenta el volumen y comienza la transición vítrea, apareciendo poros en la estructura interna. Debido a la alta presión que genera el agua evaporada y a la elevada cantidad de gas producido, la pared de celulosa se rompe. Esta estructura de poros hace que los gases se escapen al exterior y el aceite migre a la superficie del grano de café. Debido al proceso de calentamiento (160-170 ºC), los granos de café se oscurecen y el CO 2 producido rompe por la mitad el grano de café. Como se puede apreciar en la foto 2, ya han aparecido varios poros, muchos de los cuales todavía no han sido perforados, pero en la parte inferior de la imagen se ve también la rotura del grano de café.
4º A 200ºC la reacción pasa de ser endotérmica a exotérmica, donde se desprende calor y los bihies de café adquieren un color marrón típico y un sabor y aroma complejo.
5. A 230 ºC, las bihias de café adquieren un sabor más fuerte y amarga. Aparecen pequeñas gotas de aceite en la superficie del grano de café que le dan brillo. A esta temperatura ya las gotas de aceite y los gases expulsados han perforado completamente el grano de café, tal y como se observa en la foto 3. Todo el interior está lleno de agujeros y la fisura central divide el grano de café.
6º A partir de los 240ºC, la superficie del grano de café está cubierta de aceite y el café comienza a arder.
Se han medido los compuestos volátiles que se generan en cada temperatura de tueste mediante cromatografía de gases en diferentes tipos de café a nivel mundial. Además, se ha medido el valor del color, se ha cuantificado el volumen vacío (cantidad de poros) que se genera en cada grano, así como la pérdida de peso que sufren las nubes de café. El objetivo es conocer si existe correlación entre estos cambios físico-químicos que se producen como consecuencia del aumento de la temperatura. El crecimiento de compuestos volátiles como la 2,6-dimetilpirazina, la 2,3-dimetilpirazina, el 2-acetilfurano, la pérdida de peso y el valor del volumen vacío en el interior de los granos de café están relacionados entre sí, a la vez que son inversamente proporcionales al cambio de color, ya que cuanto más oscuro sea el color, más cerca de uno. Por lo tanto, los cambios físicos que se pueden observar en el tueste de los granos de café tienen detrás una razón química que se ha podido analizar y comprender más a fondo con esta investigación.
Para profundizar en la idea de la migración de gases y aceites se ha realizado un análisis elemental de las masas de café. Para ello, es necesario sacar una nueva foto de las bielas de café previamente cortadas, mediante la técnica SEM, pero esta vez acopladas a los rayos X. Esta combinación permite analizar la dispersión de los elementos interiores del grano de café (Ca, O, N, C, etc.). En los granos verdes de café, los elementos están homogéneamente dispersos, pero a medida que aumenta la temperatura de tueste, aumenta la cantidad de C y O en el centro del grano de café, lo que refuerza la teoría de la migración de gases. La pirólisis y las transformaciones químicas han dado lugar a altas presiones, liberando gran cantidad de CO 2 y rompiendo el café en su mitad. Por otra parte, se ha comentado que a 200ºC la reacción se convierte en exotérmica, por lo que en la zona central del grano de café se acumula un gran calor que, como consecuencia de la calcinación, aumenta considerablemente la concentración de C.
Con este trabajo se pretende dar a conocer la química que se esconde en el interior del café diario. El color y el olor de los granos de café son características que percibimos al preparar el café del desayuno y que, si se ejercita un poco, nos permitiría diferenciar a simple vista los tipos de café. Sin embargo, este viaje hacia el interior nos indica que todavía hay un montón de información desconocida, y pone de manifiesto la importancia de la química en un producto cotidiano corriente, ya que sin estas reacciones y procesos químicos no conseguíamos un tesoro oloroso.
Referencias
Agradecimiento
Quiero agradecer a la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) y al Gobierno Vasco la oportunidad de llevar a cabo este proyecto. Mi más sincero agradecimiento a Nestor Etxebarria y a Maitane Olivares por haber enseñado a no resignarse.
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