| INSTITUTO DOMINICANO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIAS Y FORESTALES (IDIAF) Centro Norte“Año de la Reactivación Económica Nacional”
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INFORME TÉCNICO
EFECTO DE MICROORGANISMOS EFICACES (EM) EN EL PROCESO DE DESMUCILAGINADO DEL CAFÉ (Coffea arabica L).
Autores
Carlos Céspedes
Ignacio Batista
Héctor Jiménez
La Vega, República Dominicana
2010
Contenido | i |
Resumen | ii |
Abstract | iii |
I. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………………… | iv |
1.1.Justificación………………………………………………………………………………… | iv |
II. MATERIALES Y MÉTODOS………………………………………………………………………….. | 5 |
2.1.Ubicación del experimento …………………………………………………………. | 5 |
2.2. Diseño experimental…………………………………………………………………… | 5 |
2.3.Análisis estadístico………………………………………………………………………. | 5 |
2.3.1. Análisis de correlación y regresión…………………………………………………….. | 6 |
2.3.2. Prueba de Normalidad………………………………………………………………………. | 6 |
2.3.3. Prueba de Homogeneidad de varianza………………………………………………. | 6 |
2.4.Análisis sensorial………………………………………………………………………… | 7 |
2.5. Análisis económico……………………………………………………………………. | 8 |
2.6.Manejo del experimento……………………………………………………………… | 8 |
2.7.Descripción del EM y su tecnología…………………………………………….. | 9 |
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN……………………………………………………………………… | 10 |
3.1.Tiempo de desmucilaginado………………………………………………………… | 10 |
3.2.Análisis sensorial…………………………………………………………………………. | 13 |
3.3.Análisis económico………………………………………………………………………. | 15 |
3.3.1. Análisis de dominancia……………………………………………………………………… | 15 |
3.3.2. Datos para análisis económico………………………………………………………….. | 15 |
3.3.3. Análisis de la tasa marginal de retorno……………………………………………… | 15 |
IV. CONCLUSIONES…………………………………..………………………………………………………. | 19 |
V. AGRADECIMIENTO…………………………………………………………………………………….. | 19 |
VI. BIBLIOGRÁFIA………………………………………………………………………………………………. | 19 |
RESUMEN
Efecto de microorganismos efectivos (EM) en el proceso de desmucilaginado del café (Coffea arabica L).
Carlos Céspedes, Ignacio Batista, Héctor Jiménez.
Para lograr el desprendimiento del mucílago del grano de café, conviene someterlo a una fermentación natural. Este proceso tarda entre 6 y 48 horas, dependiendo de la temperatura y microorganismos presentes, entre otros. Si la fermentación se prolonga más de lo debido produce gran cantidad de ácidos propiónico y butírico que dan a la bebida un sabor desagradable. El experimento se realizó en la sección Cerro Prieto, Distrito municipal Juncalito, Municipio San José de las Matas, Provincia Santiago de los Caballeros, en Mayo de 2010. Ubicación 19º 09' 41.7" N y 70º 49' 05.4" O. Altura 1,270 msnm, temperatura media anual 20ºC y precipitación media anual 2,300 mm. El objetivo fue evaluar el efecto de los microorganismos efectivos (Bacterias fototróficas, ácido lácticas y levaduras) sobre el tiempo de desmucilaginado y la calidad del café. Se utilizó el diseño de bloques completos aleatorizados para siete tratamientos con tres repeticiones. Se aplicó 100, 200, 300, 400, 500 y mil mililitros de una solución, con pH 3.5, de microorganismos efectivos integral (EM-i), distribuidos a lotes de 15 kilos de café despulpado y un testigo absoluto sin EMi. Se realizó pruebas de supuesto de normalidad y homogeneidad de varianzas, análisis de regresión, correlación, análisis económico y pruebas de chi cuadrado. Los resultados indicaron que aplicar un litro de EMi redujo el tiempo de fermentación en 54% respecto al testigo (16.75 horas), cuando la temperatura ambiente fue de 18oC. La adición de EMi al medio de fermentación del café no afecta las variables organolépticas de la bebida. Se concluye que EMi puede ser utilizado para reducir, en forma significativa, el tiempo de desmuilaginado sin afectar la calidad del café en taza.
Palabras claves: Café, desmucilaginado, microorganismos efectivos, República Dominicana.
ABSTRACT
Effect of effective microorganisms (EM) in the process of degradation of mucilage layer of coffee (Coffea arabica L).
Carlos Céspedes, Ignacio Batista, Héctor Jiménez.
To achieve the release of mucilage from the coffee bean should be submitted to natural fermentation. This process takes between 6 and 48 hours, depending on temperature and microorganisms, among others. If the fermentation is prolonged more time than it, produces large amounts of propionic and butyric acids that give the drink an unpleasant taste. The experiment was carried out in section Cerro Prieto, Juncalito Borough, Municipality of San José de las Matas, Santiago de los Caballeros Province, in May 2010. Location 19 º 09 '41.7 "N and 70 º 49' 04.05" W. Height 1.270 masl, mean annual temperature 20 º C and mean annual precipitation rate 2,300 mm. The aim was to evaluate the effect of effective microorganisms (phototrophic bacteria, lactic acid and yeast) to the time of mucilage degradation and quality of coffee. We used a randomized complete block design for seven treatments with three replicates. It was used 100, 200, 300, 400, 500 and a thousand milliliters of a solution with pH 3.5, containing integral of effective microorganisms (EMi), on distributed batches of 15 kilos of coffee depulping and an absolute control without EMi. Were tested for assumption of normality and homogeneity of variance, regression analysis, correlation, economic analysis and chi square. The results indicated that applying a EMi liter fermentation time reduced by 54% compared to the control (16.75 hours) when the ambient temperature was 18oC. The addition of EMi to the fermentation medium coffee does not affect the sensory variables of the drink. We conclude that EMi can be used to reduce significantly time of mucilage degradation without affecting the quality of the coffee cup.
Keywords: Coffee, time of mucilage degradation, effective microorganisms, Dominican Republic.
I. INTRODUCCIÓN
Una de las actividades agroindustriales en el proceso de agregar valor al café es el desmucilaginado, etapa posterior al despulpado, que consiste en la remoción del mucílago. Por ser gelatinoso, insoluble en el agua (hidrogel), es necesario convertir el mucílago en un material de fácil remoción en el lavado (Cenicafe, 1998). El desmucilaginado, es un componente del beneficiado de suma importancia para producir un café de calidad (Anzueto y Barrios, 1998).
Para lograr el desprendimiento del mucílago del grano de café, es conveniente someterlo a una fermentación natural, en tanque o pilas que se construyen con diferentes materiales. Este proceso tarda períodos que varían de 6 a 48 horas, dependiendo de la temperatura y el ambiente, capacidad de drenaje de los tanques, altura de la masa de café, madurez del fruto y microorganismos presentes (Cenicafe, 1998).
La fermentación es el método más usado y recomendable, para la remoción del mucílago. Esta se produce por la acción de numerosos microbios (levaduras, hongos y bacterias) que se alimentan del azúcar del mucílago y de la pulpa. Los microbios se multiplican con rapidez y producen sustancias llamadas enzimas que disuelven el mucílago (FNCC, 1969). La eliminación del mucílago puede realizarse con la fermentación natural que involucra la acción de microorganismos naturalmente presentes en el café (Avallone et al., 2001a). Si esta se prolonga más de lo debido se produce una gran cantidad de ácidos propiónico y butírico que dan a la bebida un sabor desagradable (Horton, 1980; Cuevas et al., 2006).
Los microorganismos efectivos (EM) fueron desarrollados en la Universidad de RyuKyus, Okinawa, Japón, por el Dr. Teruo Higa en los años ochenta. Básicamente constituyen una mezcla de microorganismos benéficos y eficientes, compuesta por diferentes grupos de bacterias que viven en coexistencia y coprosperidad y no dañan al hombre ni al medio ambiente que lo rodea (Kyan et al., 1999). La tecnología basada en el uso de EM ha demostrado que se aplica en una amplia gama de actividades productivas y humanas, como la agricultura, industria, producción animal, en el hogar y la salud. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de los microorganismos efectivos (EM) sobre el tiempo de desmucilaginado y la calidad del café. 1.1. Justificación
En las zonas cafetaleras más elevadas, la fermentación óptima del café ocurre por lo general entre 16 y 24 horas después del despulpado, según varían las condiciones climáticas. La fermentación prolongada dificulta el manejo de lotes de cafés, por la acumulación en la misma tina de fermentación de cafés cosechados en días anteriores. Muchas veces el caficultor tiene que lavar antes que la fermentación en lotes anteriores haya completado (Codocafe, 2001). Orozco (1952), destacó este hecho, al declarar que el beneficio del café en grande escala se hace dispendioso por la necesidad de almacenamiento prolongado de café despulpado. Esta situación es común en las zonas cafetaleras más elevadas con respecto al nivel del mar, donde las temperaturas bajas prolongan el proceso de fermentación.
El desmucilaginado, es parte del beneficiado de suma importancia para producir un café de calidad (Anzueto y Barrios, 1998). El café secado con su mucílago presenta coloración oscura y defecto fermento (Cenicafe, 1999). Un mal desmucilaginado ocasiona daños irreparables al producto final que afecta la calidad y sanidad de la bebida, debido a la presencia de granos negro, arrugados e infestados por hongos (FNCC, 1969). Por estas razones, se han evaluado diferentes maneras de acelerar la fermentación por medios químicos (bioenzimáticos), mecánicos y físicos.
Algunos autores destacan ventajas y desventajas de los métodos de desmucilaginado, en sus intentos por buscar el más adecuado. El método químico, que para acelerar la fermentación se adicionan sustancias como: Hidróxido de Calcio, Sulfato Ferroso, Cloruro de Calcio, ácido fosfórico, ácido cítrico, requieren mayores cuidados en las disoluciones y de personal especializado (Pineda et al., 2010; Raymond, 2009). El desmucilaginado mecánico hace el proceso más fluido a expensas de un consumo energético alto. El desmucilaginado por la vía de fermentación es lento y engorroso (Vázquez y Montero, 1991). En todos se reporta que la calidad del café no es afectada. Sin embargo, el desmucilaginado por fermentación natural es el proceso preferido por los compradores internacionales (Pineda et al., 2010).
La fermentación del café es la descomposición bioquímica del mucílago que recubre el grano despulpado, este debe ser eliminado para ser secado (Avallone et al., 2001b). Se conoce de tres principales grupos de microorganismos; hongos, bacterias y levaduras, responsables de la fermentación del café (FNCC, 1969; Pineda et al., 2010). Se reporta que el uso de bacterias ácido lácticas en la fermentación del café podría tener un efecto antagonista contra Aspergillus ochraceus productor de Ocratoxina A (OTA) y al mismo tiempo mejorar la calidad del producto final (Suárez et al., 2010).
El desmucilaginado con uso de microorganismos benéficos, no ha sido considerado en la República Dominicana. Cléves (1995), señala que una desventaja del beneficiado natural es su microbiología mal definida y recomendó la selección de microorganismos benéficos y la inoculación de los fermentadores con los mismos. El EMi es una solución que contiene unas 80 especies de microorganismos, representados por grandes grupos de bacterias y hongos fermentativos. Estos actúan en el medio inoculado, sin importar si es aeróbico o anaeróbico y producen fermentación rápida que reduce los procesos contaminantes que causan otros microorganismos dañinos sobre los residuos orgánicos (Higa, 1993). Algunas de las sustancias secundarias producidas por los microorganismos del EMi son el inositol, ubiquinone, saponinas, polisacáridos de bajo peso molecular, polifenoles y quelatos. Estas sustancias pueden inhibir patógenos y promover el crecimiento de especies benéficas (Higa y Parr, 1994). II. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Ubicación
El experimento se realizó en la sección Cerro Prieto, Distrito municipal Juncalito, Municipio San José de las Matas, Provincia Santiago de los Caballeros, en Mayo de 2010. Ubicación 19o09'41.7" N y 70o49'05.4" O. Altura 1,270 msnm, temperatura media anual 20oC y precipitación media anual 2,300 mm.
2.2. Diseño experimental
Se utilizó el diseño de bloques completos aleatorizados para siete tratamientos con tres repeticiones. Sobre lotes de 15 kilos (una caja de café uva) de café despulpado, de la especie coffea arábica L., variedad caturra, proveniente de una mutación de la variedad Bourbón, se aplicó las cantidades de 100, 200, 300, 400, 500 y mil mililitros de una solución de microorganismos efectivos integral (EMi) de pH acido (3.5), conteniendo poblaciones de bacterias ácido lácticas, fotosintéticas y levaduras (1x104, 1x102 y 1x104 UFC/ml, respectivamente), y un testigo absoluto sin EMi. Se procesó el café por el beneficiado húmedo, sin adición de agua en el despulpado. Las variables en estudio fueron tiempo de fermentación o desmucilaginado y calidad organoléptica del café en taza. Se midió el pH del agua mieles con un pHmetro digital portátil marca OAKTON INSTRUMENTS, modelo pHTestr 1, la temperatura (oC) y humedad relativa ambiental (%) con un higrotermómetro digital portátil marca Cole-Parmer, modelo: 03313-86.
2.3. Análisis estadístico
En el análisis estadístico, se realizó pruebas de supuestos de normalidad (Shapiro-Wilks modificado) y homogeneidad de varianza (Prueba de F), análisis de regresión, análisis de correlación (Pearson), análisis de varianza no paramétricas (Prueba de Kruskal Wallis) y distribución de frecuencias con prueba de chi cuadrado y construcción de perfiles sensoriales de la taza del café. Se utilizó el programa estadístico InfoStat (2008). Para gráficos y tablas se utilizó el software Excel (2007).
2.3.1. Análisis de correlación
Se realizó análisis de correlación con el objetivo de determinar si el pH, temperatura ambiente, humedad relativa (HR%) y tiempo de fermentación del café despulpado estuvieron asociados a los niveles de EMi aplicado al medio de fermentación. Se plantearon las hipótesis siguientes:
Hipótesis nula: El tiempo de desmucilaginado del café despulpado no está relacionado con la temperatura ambiente, los pH del medio de fermentación, los niveles de EMi aplicados, ni la HR%. Hipótesis alternativa: El tiempo de desmucilaginado del café despulpado está relacionado con la temperatura del ambiente, los pH del medio de fermentación, los niveles de EMa aplicados y la HR%. 2.3.2. Prueba de normalidad
Para determinar si las variables cumplen con el supuesto de distribución normal se realizó la prueba de normalidad Shapiro-Wilks (Tabla 1), se plantearon las siguientes hipótesis:
H0: las observaciones tienen distribución normal; versus H1: las observaciones no tienen distribución normal.
Tabla 1. Resultados de la prueba de Shapiro-Wilks (modificado)
En este caso hay evidencias para rechazar el supuesto
Variables | N | Media | D. E. | W* | p (una cola) |
Temperatura ambiente | 21 | 25.71 | 3.54 | 0.68 | <0.0001 |
pH | 21 | 3.65 | 0.15 | 0.62 | <0.0001 |
Tiempo de desmucilaginado | 21 | 14.44 | 2.46 | 0.77 | <0.0001 |
HR% | 21 | 68.57 | 12.21 | 0.64 | <0.0001 |
2.3.3. Prueba de homogeneidad de varianza
Se plantearon las Hipótesis a contrastar H0: σ12= σ22 versus H1: σ12≠ σ22
Los resultados de la prueba de F para igualdad de varianzas para las variables medidas se presentan en la tabla 2.
Tabla 2. Prueba F para igualdad de varianzas
Variable | Grupo(1) | Grupo (2) | n(1) | n(2) | Var(1) | Var(2) | F | p | prueba |
Temperatura ambiente | {I} | {II} | 7 | 7 | 14.38 | 13.46 | 1.07 | 0.9385 | Bilateral |
Temperatura ambiente | {I} | {III} | 7 | 7 | 14.38 | 13.90 | 1.03 | 0.9687 | Bilateral |
Temperatura ambiente | {II} | {III} | 7 | 7 | 13.46 | 13.90 | 0.97 | 0.9697 | Bilateral |
pH | {I} | {II} | 7 | 7 | 0.03 | 0.03 | 1.00 | >0.999 | Bilateral |
pH | {I} | {III} | 7 | 7 | 0.03 | 0.02 | 1.13 | 0.8900 | Bilateral |
pH | {II} | {III} | 7 | 7 | 0.03 | 0.02 | 1.13 | 0.8900 | Bilateral |
Tiempo de fermentación | {I} | {II} | 7 | 7 | 6.71 | 6.71 | 1.00 | 0.9995 | Bilateral |
Tiempo de fermentación | {I} | {III} | 7 | 7 | 6.71 | 6.69 | 1.00 | 0.9980 | Bilateral |
Tiempo de fermentación | {II} | {III} | 7 | 7 | 6.71 | 6.69 | 1.00 | 0.9975 | Bilateral |
HR% | {I} | {II} | 7 | 7 | 164.12 | 167.15 | 0.98 | 0.9829 | Bilateral |
HR% | {I} | {III} | 7 | 7 | 164.12 | 165.62 | 0.99 | 0.9915 | Bilateral |
HR% | {II} | {III} | 7 | 7 | 167.15 | 165.62 | 1.01 | 0.9914 | Bilateral |
El valor p>0.05 indica que se acepta la hipótesis de homogeneidad de varianzas.
2.4. Análisis sensorial
Descripción de los Atributos organolépticos evaluados
- Calidad aromática: importancia de la nota característica del olor de café.
- Cuerpo: impresión de consistencia de la bebida, riqueza del sabor (infusión que tiene la fuerza en oposición con la ligera).
- Acidez: sabor de base. (Referencias: ácido tartárico o ácido cítrico).
- Amargo: sabor, se siente en toda la boca e incluye la lengua (Referencias: solución de quinina o cafeína). Este sabor es considerado deseable hasta cierto nivel y es afectado por el grado de tueste del grano.
- Agrio: califica la sensación compleja olfato-gustativa, generalmente debido a la presencia de compuestos ácidos. Acidez no franca.
- Frutado: sabor de frutas maduras y perfumadas. Ejemplo: reminiscencias de limón y de mermelada de albaricoques.
- Leñoso o madera: sabor que recuerda la madera seca.
- Verde: gusto de hierbas frescas cortadas, de ajíes verdes o de arbejas.
- Sabor residual: duración de la persistencia y de la sensación en la boca después que el café ha sido tragado.
- Fermento: califica la sensación compleja olfato-gustativa generalmente dado por compuestos ácidos. Toma en cuenta elementos sensoriales en presencia de sabores atípicos.
- Tierra: sabor asociado con tierra. Olor a lodo.
- Sucio: No presenta limpieza en el sabor del aromático, se sospecha otros sabores.
- Quemado: Olor y sabor similar al carbón o cualquier sustancia orgánica carbonizada. Sabor correspondiente a un tostado extremo.
- Preferencia (calidad global): juicio global objetivo sobre el café. Toma en cuenta todos los elementos sensoriales, la presencia de sabores atípicos y su importancia, además de sus características particulares.
Procedimientos para la catación de los Atributos organolépticos
Las muestras de café fueron tostadas y molidas y la evaluación sensorial se realizó a la bebida de café, preparada utilizando 50 g/L de agua a una temperatura de 95°C y 5 min de tiempo de contacto. Entre 50 y 60 ml de bebida fueron vertidos en cada taza de porcelana (capacidad 90 ml). Para realizar la degustación, se dejó refrescar el café hasta una temperatura de alrededor de 55°C, conforme a la norma internacional ISO 6668 (1991).
Las muestras de café para el proceso de catación se dividieron en secciones. Se realizaron seis secciones de análisis sensorial, tres con catación de cuatro cafés y tres con catación de tres cafés (para abarcar los siete tratamientos con tres repeticiones). Esto permitió la no saturación de los catadores y la catación de todos los cafés en la temperatura adecuada. El orden de degustación de los cafés se determinó en forma aleatoria de las muestras. (Función aleatoria). Los tratamientos catados por sesión fueron colocados de manera anónima (muestras ciegas) y la captación se realizó a la luz del día (luz blanca). 10 jueces cataron las muestras, este número permite tomar en cuenta la variabilidad individual y realizar el análisis estadístico de los datos.
2.5. Análisis económico
El análisis económico se realizó mediante el análisis de presupuesto parcial propuesto por el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CYMMYT, 1988) el cual considera los costos variables asociados con las operaciones del desmucilaginado. El análisis de presupuesto parcial no incluye todos los costos, sino aquellos que varían entre los tratamientos evaluados, para determinar tasa de retorno marginal. Se consideró costo de mano de obra (Jornal de ocho horas) y costo de un litro de microorganismos eficaces, costo de producción y precio de venta de un kilo de café.
2.6. Manejo del experimento
El despulpado se realizó con una despulpadora mecanizada de fabricación nacional No. 6, accionada por un motor de combustión interna, el mismo día de la recolección del café maduro. Para la fermentación se utilizaron envases plásticos. Se depositaron 15 kilos de café despulpado (Figura 1). Los tratamientos se aplicaron por bloques, separado por tiempo de diez minutos, para facilitar las pruebas de desmucilaginado entre bloques y tratamientos. Las pruebas se realizaron cada tres horas a partir de las 7:30 pm. Se verificó el desmucilaginado a las 10:30 pm, 1:30 am, 4: 30 y 7: 30 am. A partir de las 7:30 am, se realizó el chequeo para el lavado cada hora, ya que la temperatura aumentaba a medida que avanzaba el día.
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Figura 1. A la izquierda envase conteniendo la solución de microorganismos eficaces. A la derecha los envases con la distribución de los tratamientos para ser aplicados. |
Se midió la temperatura y humedad relativa (HR%) del ambiente, el pH del agua mieles y tiempo de desmucilaginado. Para determinar cuando la fermentación del café ha finalizado y el grano está apto para lavarse, se usó dos métodos empíricos:
a) Introduciendo un palo en la pila de café en fermentación y al sacarlo las paredes que deja el hueco se mantienen y no hay derrumbes de granos, es momento adecuado para iniciar el lavado; se repitió esta operación en diferentes sitios de la pila.
b) Tomando una muestra de café obtenido de diferentes lugares y alturas de las pilas, se frota fuertemente entre las manos y si produce un sonido rechinante o cascajeo entre los granos, es señal que está listo para lavar; esta muestra, posteriormente se introdujo en un recipiente perforado (colador) se agregó agua y se restregó para corroborar si suelta todo el mucílago.
El secado de café se realizó al sol, mediante secador de túneles con circulación del aire y cubiertas de polietileno transparente, que permiten el paso de la energía solar. La cubierta protege el grano de café de un re-humedecimiento en caso de lluvia. El café fue colocado sobre zaranda de madera con fondo de tela metálica y removido dos veces por día, durante tres días, hasta alcanzar el 12% de humedad. Se almacenó por 180 días en bolsas de tela de algodón, hasta la realización del análisis sensorial de la taza.
2.7. Descripción del EM y su tecnología
El nombre EM es una abreviación del inglés Effective Microorganisms (Microorganismos Eficaces). El producto es una solución liquida concentrada de color ámbar, que contiene un cultivo mixto de microorganismos benéficos naturales, presentes en ecosistemas naturales, sin manipulación genética y fisiológicamente compatibles entre sí. La tecnología tuvo su origen en Japón y fue desarrollada por el Dr Teruo Higa, profesor de la Universidad de Ryukyus en Okinawa. Los EM han sido aprobados en varios países, entre ellos los Estados Unidos, cuyo departamento de agricultura incluyó a todos los microorganismos presentes en el EM™, dentro de la categoría de G.R.A.S. (Generally Recognized As Safe). (SEGUROS PARA EL MEDIO AMBIENTE). El Doctor Higa donó al mundo La Tecnología EM™ y creó a EMRO (EM Research Organization), organización dedicada a investigar y difundir la tecnología, distribuida en cada país por organizaciones con igual orientación. EMRO autorizó en el año 2008 de manera exclusiva a VMEMPROTEC, Representada por el Lic. José Elías Vargas Morillo, para la difusión y manejo de La Tecnología EM™ en República Dominicana. Los principales grupos de microorganismos presentes en el EMi son: Bacterias fotosintéticas (Rhodopseudomonas spp), Bacterias ácido lácticas (Lactobacillus spp), Levaduras (Saccharomyces spp), Actinomycetes (Streptomyces spp) y hongos fermentativos o filamentosos (Aspergillus y Penicillium ssp). Estos grandes grupos representan unas 80 especies de microorganismos.
Los microorganismos contenidos en el EMi se encuentran de forma natural en el ambiente y tienen su uso en muchas actividades humanas como: las bacterias ácido lácticas (usadas en la elaboración de yogurt, quesos, etc.), levaduras (usadas para hacer panes, cervezas, vinos, etc.) y bacterias fototróficas ó fotosintéticas (presentes en las algas verdes en cualquier partícula de suelo). Así como, en los procesos de fermentación más conocidos, acelera la ruptura de compuestos como proteínas, azúcares, grasas y fibras, promoviendo la rápida descomposición de la materia orgánica. Aunado a esto, el EMi trabaja en dos vías primarias: a) por exclusión competitiva de otros microorganismos nocivos y b) por la producción de subproductos beneficiosos como enzimas, ácidos orgánicos, vitaminas, aminoácidos, hormonas, y antioxidantes que promueven la salud del medio ambiente. La cualidad facultativa del EMi le permite extender sus beneficios a ambientes anaeróbicos y aeróbicos. Por actuar a través de la fermentación, el uso del EMi contribuye con la eliminación de los malos olores.
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Tiempo de fermentación o de desmucilaginado
Se obtuvieron los resultados típicos de las mediciones en campo sobre tiempo de desmucilaginado, la temperatura y humedad relativa (HR%) del ambiente y el pH del agua mieles al momento de verificarse el desprendimiento del mucílago, en promedios (Tabla 3).
Tabla 3. Promedio (±E.E) de las mediciones en el beneficiado.
| Niveles de EMi | Temperatura ambiente (oC) | HR% | pH del agua miles | Tiempo de desmucilaginado |
| Aplicado (ml) | (horas) |
| 0 | 28 ± 0.06 | 61 ± 0.06 | 3,50 ± 0.00 | 16,75 ± 0.10 |
| 100 | 28 ± 0.12 | 61 ± 0.12 | 3,51 ± 0.00 | 16,50 ± 0.10 |
| 200 | 28 ± 0.17 | 61 ± 0.17 | 3,80 ± 0.00 | 15,42 ± 0.10 |
| 300 | 28 ± 0.00 | 61 ± 0.00 | 3,63 ± 0.09 | 15,02 ± 0.10 |
| 400 | 26 ± 0.00 | 68 ± 0.00 | 3,50 ± 0.00 | 14,67 ± 0.10 |
| 500 | 24 ± 0.00 | 72 ± 0.00 | 3,80 ± 0.00 | 13,67 ± 0.10 |
| 1000 | 18 ± 0.00 | 96 ± 0.00 | 3,80 ± 0.00 | 9,08 ± 0.10 |
| Probabilidad | 0.0107 | 0.0107 | <0.0062 | 0.0034 |
Con el análisis de varianza no paramétricas, mediante la prueba de Kruskal Wallis, se encontró diferencias altamente significativas entre las diferentes dosis de EMi aplicado al medio de fermentación, para el tiempo de desmucilaginado (p=0.0034), pH del medio de fermentación (p<0.0062). También se registró diferencias para temperatura (p=0.0107) y humedad relativa (p<0.0107) ambientales, en los momentos en que el café estuvo listo para el lavado.
El análisis de correlación para determinar la relación entre las variables (Tabla 4), mostró que los coeficientes de correlación se encuentran próximos a la unidad, excepto para el pH. La temperatura ambiente está relacionada (r= 0.97) a la velocidad con que se realiza el proceso de desmucilaginado, estos resultados concuerdan con lo expresado por Hernández, (1988) y Sivetz y Foote, (1963). De igual forma, la aplicación de EMi al medio de fermentación se relaciona en forma negativa (r= -0.99). En consecuencia, a mayor cantidad de EMi aplicado, el tiempo en que ocurre el desmucilaginado se reduce.
Tabla 4. Correlación de Pearson: coeficientes\probabilidades.
| Temperatura ambiente | pH | Tiempo de desmucilaginado | HR% | Niveles de EMi aplicados |
Temperatura ambiente |
| 0.02 | 0.00 | 0.00 | 1.3E-11 |
pH | -0.52 |
| 4.1E-03 | 0.02 | 0.01 |
Tiempo de desmucilaginado | 0.97 | -0.60 |
| 0.00 | 0.00 |
HR% | -1.00 | 0.49 | -0.97 |
| 2.3E-11 |
Niveles de EMi aplicados | -0.96 | 0.57 | -0.99 | 0.95 |
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Avallone et al., (2002), estudiando con microorganismos pectinolíticos, destaca que la inoculación con éstos, más bien controla la fermentación pero no acelera el proceso. Estos autores infieren que la descomposición del mucílago parece estar más correlacionada con la acidificación que con la pectólisis enzimática. En nuestro caso no se observó correlación del pH con el tiempo de fermentación, pero si con los niveles de EMi aplicados. Más bien parece indicar que un aumento de las poblaciones de microorganismos efectivos favorece la velocidad con que se degrada el mucílago.
El café despulpado, al fermentar involucra la acción de microorganismos naturalmente presentes (Avallone et al., 2001a). Estos autores, destacan que a través de la fermentación del café, 60% de los azucares simples resultan degradados por la microflora total y no específicamente por microorganismos pectolíticos. Diferentes estudios han demostrado que especies de bacterias del género Erwinia ssp. (Frank et al., 1966) y del grupo de Levaduras pectinolíticas (Agate y Bhat, 1965) intervienen en la fermentación del café.
El análisis de regresión lineal múltiple indica relación altamente significativa, para tiempo de desmucilaginado con temperatura ambiente (p=0.01) y niveles de EMi aplicado (p<0.0001). El modelo de predicción fue significativo (p<0.0001) y presentó una bondad de ajuste r2= 0.98. La ecuación que predice este comportamiento es como sigue: tiempo de desmucilaginado= 11.18 + 0.20(temperatura ambiente) - 0.01(niveles de EMi aplicados). A medida que se registran menores temperaturas (18oC) en el ambiente y se incrementa la concentración de EMi (hasta un litro), el tiempo de desmucilaginado se reduce en 54% en relación al café que fermenta (16.75 horas) en condición natural (Figura 2).
Figura 2. Relación entre el tiempo de desmucilaginado, la aplicación de microorganismos efectivos integral (EMi) y la temperatura ambiente.
El tiempo como indicador de que la fermentación ha facilitado el desprendimiento del mucílago del grano de café resulta en incertidumbre. Esto es debido a las particularidades medioambientales de cada “terroir” (Decazy et al., 2003). El tiempo requerido para el beneficiado depende de la altura, por su efecto en la temperatura ambiental (Hernández, 1988; Sivetz y Foote, 1963). En este sentido, mucha variabilidad en cuanto al tiempo de fermentación ha sido reportada por varios autores.
Cuevas et al., (2003), en Polo, Barahona, a 983 msnm y temperatura media anual de 20oC, reportan fermentación natural en 15 horas. Se reporta además, que en zonas montañosas altas del país la fermentación natural del café ocurre entre 16 y 24 horas (Codocafe, 2001). En esta misma localidad, donde se realizó este experimento, Raymond (2009) reportó tiempos de fermentaciones entre 10 y 16 horas con temperatura ambiente entre 20 y 21oC, probando diferentes productos químicos y extractos botánicos agregados al café despulpado. Jackels et al., (2006), en Nicaragua, reportan a 750 msnm, precipitación media anual entre 2000 y 2400 mm, temperatura media anual entre 20 y 26oC, que la fermentación natural típicamente requiere 15 horas. Krauss y George (2002), en Perú a 666 msnm, con precipitación promedio anual 3000 mm, temperatura media anual 24oC y 81% HR, registraron punto máximo de fermentación en 60 horas.
Avallone et al., (2001b) señalan que una fermentación controlable debería de buscar la optimización de la relación bacterias y levaduras. En este sentido los microorganismos efectivos podrían jugar ese papel. Según Higa (1993), las bacterias fotosintéticas, se pueden considerar como el núcleo de la actividad del EMi. Estas bacterias refuerzan las actividades de otros microorganismos. A este fenómeno se lo denomina “coexistencia y coprosperidad”. Las bacterias fotosintéticas son independientes y autosuficientes, sintetizan aminoácidos, ácidos nucleícos, sustancias bioactivas y azúcares. Las acido lácticas, producen el ácido láctico; compuesto esterilizante fuerte que suprime microorganismos dañinos y ayuda a la descomposición de materiales como la lignina y la celulosa fermentándolos, removiendo efectos no deseables de la materia orgánica no descompuesta. Las levaduras sintetizan sustancias para su crecimiento a partir de aminoácidos y azucares secretados por las bacterias fotosintéticas. Las hormonas y enzimas producidas por las levaduras promueven la división celular activa. Además, son sustratos útiles para las bacterias ácido lácticas y actinomicetos contenidas en el EMi.
3.2. Análisis sensorial
Entre los factores que afectan la calidad del café, la diversidad microbiana presente durante la fermentación de los granos juega un papel preponderante (Suárez et al., 2010). La flora microbiana del café es bastante amplia y su actuación está directamente relacionada a algunos sabores y aromas que alteran las características peculiares del producto (Pimenta y Chalfoun, 2001). Según González et al., (2007), la fermentación del café es una etapa clave que determina la calidad sensorial de este producto.
En este trabajo los resultados del análisis estadístico no indican diferencias significativas (p> 0.9999) con la prueba de Chi2, para los atributos organolépticos de calidad del café en taza, en respuesta a los niveles de EMi aplicados al medio de fermentación (Tabla 5).
Tabla 5. Prueba de Chi2 para los atributos de calidad en taza, de los tratamientos de desmucilaginado.
Estadístico | Valor | Gl | P |
Chi Cuadrado Pearson | 3.82 | 78 | >0.9999 |
Chi Cuadrado MV-G2 | 3.84 | 78 | >0.9999 |
Coef.Conting.Cramer | 0.04 |
|
|
Coef.Conting.Pearson | 0.10 |
|
|
Las calificaciones sensoriales se presentan altas en calidad aromática y preferencia; además, equilibradas en cuerpo, acidez y sabor residual (frecuencias absolutas entre 8 y 10) para todos los niveles de EMi utilizados (Figura 3). A juicio de los expertos, un café de primera calidad debe tener una combinación consistente de aroma, sabor, cuerpo y acidez. Se destaca que los atributos relacionados con el proceso de fermentación o desmucilaginado, no fueron afectados por los tratamientos con microorganismos eficaces para acelerar el proceso de fermentación, podría ser esto consecuencia de la acción de las bacterias ácido lácticas, que estandarizan la microflora de la fermentación del café y controlan la calidad del producto final (Avallone et al., 2002). En cambio, otros atributos que se consideran como defectos no se presentan en la catación, a excepción de la nota de verde, lo cual está muy asociado al nivel de madurez con que se cosecha el café, ya que este tendrá una calidad básica inferior a su potencial óptimo si no es recolectado en su punto justo de maduración.
En general, los promedios sensoriales entre los niveles de EMi evaluados para los atributos de calidad son muy semejantes, por lo que el uso de EMi mostró un comportamiento similar con el testigo.
Este perfil sensorial es típico y los atributos evaluados son los mismos que representan el potencial del café de la zona de procedencia, a pesar del tiempo prolongado que duró el café en almacenamiento. Escarramán et al., (2007), señalan que la variabilidad sensorial del café dominicano es amplia, ya que los cafés catados en muestras de diferentes cosechas y localidades pueden ser amargos con cuerpo o livianos y acidulados. Selmar et al., (2008), señalan que cuando el café verde se almacena durante un tiempo prolongado la calidad claramente disminuye y podría ser causa de la disminución de los precursores potenciales del aroma. En nuestro caso, parece ser que la fermentación controlada con EMi prolonga la vida en almacenamiento y las pérdidas de las características organolépticas son mínimas.
En resumen, esta situación podría interpretarse como un objetivo logrado de no alterar el perfil sensorial típico del café al utilizar microorganismos efectivos, para acelerar el proceso de desmucilaginado.
3.3. Análisis económico
3.3.1. Análisis de dominancia
Para realizar este análisis se organizaron los datos de costos que varían de acuerdo con un orden creciente, es decir, de menor a mayor. Se determinó si los tratamientos son dominados o no. Para la dominancia, por definición, el primer tratamiento es no dominado. En seguida, si al pasar de un tratamiento a otro incrementan los beneficios, en este caso si aumentaron, entonces, aplicar 300 mililitros es no dominado y así sucesivamente (Tabla 5).
Tabla 5. Análisis de dominancia de los tratamientos
Tratamientos (ml) | Costo variable (RD$) | Beneficios netos (RD$) |
200 | 206,26 | 193,79 |
300 | 242,76 | 157,29 |
500 | 263,77 | 136,28 |
400 | 273,25 | 126,80 |
1000 | 341,75 | 58,30 |
0 | 418,75 | -18,70 |
100 | 466,45 | -66,40 |
3.3.2. Datos para análisis económico:
Precio de EMi= RD$ 150.00/litro.
Precio de venta de 1 kilo de café oro= RD$ 88.89.
Costo de producción por kilo de café oro=RD$ 62.22.
Venta de 15 kilos de café=RD$1,333.35.
Costo de producción de 15 kilos de café= RD$933.30.
Costo mano de obra (8 Horas)=RD$200.00.
Para los costos variables se consideró el tiempo de espera en que el café estuvo listo para ser lavado. A este tiempo correspondió su valor de fracción del costo de la mano de obra del jornal de trabajo, para comparar los niveles de EMi aplicados.
3.3.3. Análisis de retorno marginal (TRM)
Con los tratamientos no dominados se calculan los incrementos en los costos que varían (ΔCV) y beneficios netos (ΔBN) derivados del cambio de un tratamiento de costo variable menor a uno de costo mayor. Luego se calculó la TRM, con la formula siguiente: Se observa que la mayor tasa de retorno marginal (TRM) correspondió a no aplicar EMi (RD$275.32). Sin embargo, el uso de un litro de EMi por cada 15 kilos de café puesto a fermentar, también presenta una tasa marginal de retorno rentable de RD$127.01 (Tabla 6).
Tabla 6. Análisis de retorno marginal (TRM)
Tratamiento (ml) | CV (RD$) | BN (RD$) | TRM (%) |
200 | 206,26 | 292,74 |
|
300 | 242,76 | 290,30 | 6,68 |
500 | 263,77 | 285,70 | 21,89 |
400 | 273,25 | 280,30 | 56,96 |
1000 | 341,75 | 193,30 | 127,01 |
0 | 418,75 | -18,70 | 275,32 |
Considerando las dificultades que presenta el beneficiado del café con respecto a las condiciones de espacio y tiempo, y tomando en cuenta que esta es la actividad neurálgica para la calidad del mismo. Usar EMi se presenta como una alternativa viable para reducir el tiempo de fermentación, en condiciones de temperatura ambiental baja, a pesar de que no retorna los niveles económicos reportados para la fermentación sin adición de EMi.
Para reducir costos, se podría considerar la reutilización de aguas mieles de la primera inoculación y así sucesivamente hasta completar la fermentación de todo el café cosechado en la finca, con una sola inversión en la compra de EMi. El uso de agua mieles ha sido una práctica común entre caficultores para reducir el tiempo de fermentación. Vásquez (1997), destaca que la recirculación de agua, baja considerablemente los períodos de fermentación de las mieles que envuelven la semilla, y que la recirculación de aguas del despulpado durante uno y aun dos días, confirió al café mayores condiciones de acidez, así como de aroma. En este mismo sentido Calle (1965) concluye que la inoculación en cada lote de café despulpado con el mucílago fermentado del lote anterior, es el sistema más sencillo para acelerar la fermentación. Y observando lo recomendado por Cléves (1995), sobre seleccionar microorganismos benéficos e inocular los fermentadores con los mismos, parece ser una alternativa viable.
Por otro lado, la mano de obra es el principal componente en la estructura de costo de producción de un quintal de café en los diferentes tipos de empresas cafetaleras (Galtier et al., 2007). Estos mismos autores señalan que por la escasez de mano de obra, este componente constituye un aspecto vulnerable que puede afectar la sostenibilidad y rentabilidad de la caficultura como principal actividad productiva en zonas de montaña. En consecuencia, la fermentación controlada, rápida y sin detrimento de la calidad sensorial del café mediante el uso de EMi, se presenta como una alternativa para liberar tiempo en el beneficiado del café, que puede hacer más eficiente el uso de la mano de obra.
IV. Conclusiones
Por el carácter altamente importante del beneficiado del café, el tiempo en que este se encuentra en condiciones para el lavado, cuando el mucilago ha desprendido, conviene que sea lo más rápido posible. En este estudio el mucílago mostró ser un sustrato potencialmente fácil de desprender con la inoculación de microorganismos efectivos. Cuando la temperatura fue baja (18oC), el tiempo de fermentación resultó en nueve horas, cuando se agregó un litro de microorganismos eficaces integral (EMi).
La calidad de la bebida de café en taza, en respuesta a los niveles de microorganismos efectivos inoculados en el medio de fermentación del café despulpado no fue alterada. Agregar microorganismos más bien mantiene la calidad del producto o podría contribuir a mejorarla.
El análisis económico indicó que la mayor tasa de retorno marginal (TRM) correspondió a no aplicar EMi (RD$275.32). Sin embargo, el uso de un litro de EMi por cada 15 kilos de café puesto a fermentar, también presentó una tasa marginal de retorno significativa de RD$127.01.
V. Agradecimientos
Los autores agradecen el aporte financiero de la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (Aecid) a través del programa de desarrollo tecnológico de la región sur (Protesur) y la colaboración y apoyo del caficultor Victoriano de la Cruz, quien facilitó la compra del café y sus instalaciones de beneficiado en la comunidad de cerro prieto del distrito municipal de Juncalito.
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