Espectroscopía Iluminada

Un enfoque práctico para determinar el desarrollo del tostado

Por: Carl Straub y Spencer Turer

 

EL TOSTADO DEL CAFÉ constituye una tarea culinaria. Como con cualquier método de cocina, la manipulación de la temperatura y la energía durante el proceso afecta de manera considerable el resultado, específicamente el tiempo necesario para alcanzar el nivel deseado de "hechura", el aroma, el sabor y, en el caso del café, inclusive la solubilidad.  

En los inicios del tostado, la única técnica disponible para determinar el grado de desarrollo del tostado consistía en observar la apariencia, el aroma y el sabor. Para los tostadores que no cuentan con dispositivos científicos de medición esta sigue siendo una práctica habitual. Si bien el aroma y el sabor siempre juegan un papel central, los avances tecnológicos posibilitaron el desarrollo de instrumentos basados en la visión capaces de medir el desarrollo del tostado mediante la cuantificación de su luminosidad u oscuridad. Esto mejoró tanto la resolución como la repetibilidad del componente del análisis de apariencia.

La precisión aumentó aún más con los avances de equipos de análisis basados en la visión, los que permitieron una medición compleja del color capaz de calcular la cromaticidad (la calidad del color independientemente del brillo) y la saturación (intensidad). Pero a medida que surgió una mayor comprensión de la complejidad química del café, ésta reveló que las mediciones para clasificar el  tostado basadas en la visión eran algo imprecisas en cuanto a la química orgánica desarrollada que es responsable del aroma y el sabor del café. Esto se debe a que durante el proceso de tostado los cambios de color que tienen que ver con los cambios químicos orgánicos no están del todo relacionados. En pocas palabras, es posible tener dos muestras de café tostadas en un "color" idéntico que presenten un desarrollo de tostado notablemente distinto en la taza. 

Los dos estándares más reconocidos del sector para medir el desarrollo del tostado del café son, por una parte, las puntuaciones numéricas respecto a las características de la taza y, por otra, las puntuaciones en la escala Agtron para la clasificación del tostado. Cuando se proporcionan estos números, los profesionales del café reconocen con rapidez su significado y les generan expectativas claras en torno al desarrollo del tostado y la calidad de la taza.

 

El análisis cromático es un componente importante para eterminar el desarrollo del tostado. Fotografía cortesía de Coffee Enterprises.

 

La medición de color

 

El equipo diseñado para medir y cuantificar el color opera en el espectro visible, también denominado VIS. El espectro visible es una porción reducida del espectro electromagnético y abarca longitudes de onda desde los 380 nm (en el límite del azul) a 720 nm (en el límite del rojo). Dado que la visión humana es subjetiva, describir el color es tan complicado y desafiante como describir el sabor del café. La percepción del color (aquello que "vemos") está condicionada por múltiples factores: el compuesto de las longitudes de onda de la fuente de luz que ilumina el objeto observado, la geometría de la superficie y el tamaño del objeto observado. Todos ellos modifican lo que percibimos como color.

Existen ciertos estándares científicos y del sector para definir el color percibido, así como para medirlo y cuantificarlo. El color que se percibe ya sea por un individuo o un analizador se conforma en realidad de la reflexión de los componentes de la energía de iluminación, que es una función inversa del modo en que el objeto absorbe la energía de iluminación. Somos capaces de percibir el color particular de un objeto sólo si ese color existe en la fuente de luz que ilumina. Esto es verdad tanto para los seres humanos como para un equipo de análisis. (Véase Figura 1).

 

Figura 1. Color percibido. La imagen es cortesía de ViewSonic [viewsonic.com]

 

Un análisis de mayor precisión: La espectroscopía

 

El café tostado está constituido por más de 860 componentes. El método más preciso para clasificar el tostado tendría que basarse en el análisis de la composición de los cambios químicos de todos los componentes. 

Aunque la tecnología para un análisis de este tipo existe (como el caso de la espectrometría de masas, una técnica de análisis que mide la proporción de cambio de iones en la masa con el fin de identificar y cuantificar las moléculas en mezclas simples y complejas), la tecnología es costosa; por otra parte, la complejidad y cantidad de datos generados a partir del café requerirían un gran nivel de destreza para ser extraídos, por lo que no es precisamente una alternativa simple ni rentable para el grueso de los tostadores. 

Una alternativa práctica para determinar con precisión el desarrollo del tostado a partir de los cambios químicos es el análisis abreviado del espectro enfocado en un grupo menor de compuestos, de los cuales se sabe que progresan durante el proceso de tostado en relación directa con los cambios en la composición del grupo de componentes. Los analizadores de tostado de Agtron utilizan la espectroscopía para llevar a cabo justamente eso: evaluar los cambios con precisión por medio de la utilización de longitudes de onda de energía casi infrarroja más allá del espectro visible respecto a un grupo de compuestos denominados quinonas. ¿Por qué las quinonas? Durante el tostado, tiene lugar un cambio de naturaleza predecible en las quinonas, el que está relacionado con la evolución de la química orgánica colectiva. Los cambios que sufren las quinonas son cuantificables y guardan una relación directa y precisa con los cambios que enfrentan los compuestos volátiles asociados con el aroma y sabor de la taza.

 

Es recomendable utilizar muestras de café molido para la medición cromática ya que éstas representan una integración química desde la superficie exterior hasta el centro del grano, una mezcla homogénea que se correlaciona mejor con la taza. Fotografía cortesía de Agtron.

 

Además, las quinonas constituyen un objetivo relativamente fácil para una espectroscopía condensada. Los analizadores de tostado de Agtron producen un solo número de puntuación que es fácil de entender por cada muestra analizada: entre más bajo sea un número, más oscuro es el desarrollo del tostado. Los resultados numéricos del análisis de Agtron, junto con una evaluación sensorial, ayudan a comparar diversos productos para análisis de tendencias, diferencias de carácter y consistencia. La alta resolución del análisis permite la medición de cambios menores en el desarrollo del tostado que pueden pasar desapercibidos en una inspección visual.

 

Unidades de medición

 

El punto de partida para entender el significado del número Agtron consiste en el reconocimiento de sus unidades de medición. Existen dos escalas Agtron para la clasificación del tostado de café, cada una de las que se desarrolló para satisfacer demandas específicas de diferentes tipos de tostadores:

 

• LA ESCALA COMERCIAL DE AGTRON es la escala de clasificación original y se desarrolló teniendo en mente a los grandes tostadores comerciales quienes además necesitan evaluar café soluble en su forma deshidratada. Las puntuaciones de la escala comercial se presentan del 0 al 100, de oscuro a claro. Con el tiempo, diversos dispositivos de medición adoptaron esta escala como su escala principal para medir el desarrollo del tostado. 

• LA ESCALA GOURMET DE AGTRON fue desarrollada posteriormente para los tostadores de especialidad que requieren un análisis de mayor resolución que la que brinda la escala comercial. La escala de mayor resolución de 0 a 133, también de oscuro a claro, es capaz de percibir una mayor diferencia numérica entre dos muestras, en comparación con la escala comercial.

 

Ambas escalas utilizan el mismo punto inferior de referencia de 0.0, un número que se correlaciona con el carbono puro y el que está desprovisto de aroma y sabor. En el extremo de la parte superior de la escala, una muestra que arroje una lectura de 100.0 en la escala comercial se leería como 133.0 en la escala gourmet. Las fichas del Sistema de Clasificación de Color del Tostado vendidas por la Specialty Coffee Association (SCA) hacen referencia a la escala gourmet de Agtron. (Véanse las fotografías anteriores y las de la página 48). Por ejemplo, una puntuación química de 55.0 registrada en la escala gourmet en un analizador Agtron equivale al desarrollo del tostado aproximado por la ficha de color N° 55 de SCA/Agtron. (Nota: la resolución del analizador de la puntuación del tostado es ± 0.1 mientras que la máxima resolución alcanzable con una ficha de color bajo condiciones de observación controladas es de ± 5.0).

Las siguientes fórmulas pueden ser utilizadas para convertir las puntuaciones entre la escala comercial y gourmet:

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• PUNTUACIÓN COMERCIAL = (Puntuación gourmet + 1.528) x 0.74294

• PUNTUACIÓN GOURMET = (Puntuación comercial x 1.346) – 1.528

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Sobre las lecturas Agtron

 

La escala gourmet de Agtron se basa en dos puntos de referencia. Una muestra molida con una lectura gourmet de 3.0 indicaría la reducción térmica de casi el 100% de la química orgánica a carbono y estaría desprovista de aromas y sabores del café. Sería, por tanto, imposible de reconocer como café. Una muestra molida con una lectura gourmet de aproximadamente 133.0 produciría una bebida poseedora de algunas de las características asociadas con un café tostado a un grado extremadamente claro, pero su desarrollo no podría considerarse suficiente para ser viable como producto para el consumo. Sin embargo, podría considerarse un "punto de quiebre" donde los aromas y sabores fundamentales del café asociados con el café tostado empiezan a ser perceptibles. 

El sector del café cuenta con diversos descriptores para identificar los niveles de tostado. A menudo los adjetivos genéricos utilizados para tostados oscuros, medios o claros se basan en la perspectiva de cada empresa en torno a la calidad de los productos, carácter y mercadotecnia. Por ejemplo: ¿qué es oscuro? ¿Es capaz de describir la diferencia entre bronce, ámbar y rojizo? Por esta razón, es importante utilizar un dispositivo de medición con suficiente resolución y sensibilidad para proporcionar datos de clasificación numérica del tostado con el fin de controlar con precisión las especificaciones del producto. Las unidades de medición y la escala analítica también deben ser identificadas, así como los estándares del sector aceptados para que los resultados del análisis se correlacionen y sean reconocidos entre laboratorios y sedes de tostado, o bien del proveedor de café al consumidor.

 

¿Qué se mide? 

 

Para medir el desarrollo del tostado pueden utilizarse fácilmente tanto el grano entero como el café molido; en nuestra opinión, la utilización de las puntuaciones de las muestras molidas proporcionan la mejor referencia para el control de calidad. ¿A qué se debe esto? La química desarrollada no se distribuye de manera uniforme a través de la estructura completa del grano. Las muestras molidas representan una integración de la química desde la superficie exterior hasta el centro del grano, una mezcla homogénea que habrá de correlacionarse mejor con la taza. 

Con las muestras de granos enteros sólo se analiza la superficie exterior, la que representa una porción menor y segregada de la química resultante. Además, la geometría superficial de los granos enteros varía entre cada muestra, lo que provoca una variación de la medición.

 

El paladar contra la resolución del analizador

 

Al definir el perfil sensorial de un tostado determinado, es necesario especificar una ventana de tolerancia para los límites inferiores y superiores respecto al desarrollo del tostado de modo que se conserve el mismo perfil. Es necesario que tanto el mínimo y el máximo de la especificación del tostado se encuentren dentro de los límites controlables del equipo de tostado y su operador. 

Las diferencias en las clasificaciones del tostado no se perciben de la misma forma en todos los desarrollos del tostado. Los cambios que tienen lugar en la composición durante el proceso de tostado en tostados muy oscuros o muy claros son químicamente más temporales y como tales, son más perceptibles ya que ocurren en la parte media del parámetro de tostado. Por ejemplo, un catador puede ser capaz de detectar cambios en incrementos de 1.0 punto en tostados muy oscuros o muy claros. En la parte media de la escala de tostado, puede que un cambio no sea perceptible hasta que posea 2.5 puntos o más de diferencia medida.

 

Existen diversos estándares científicos y del sector para definir el color percibido, así como para medirlo y cuantificarlo. Fotografía cortesía de Coffee Enterprises.

 

La experimentación y el paladar

 

El café es una bebida pensada para el consumo humano. Finalmente, nuestros consumidores juzgan su preferencia por medio de comentarios y comportamiento de compra. Incluso al aplicar la mejor tecnología a la operación de tostado, la más importante medición de calidad está en la taza. Incluso con los mismos factores, diferentes estrategias de tostado producirán resultados distintos y unos serán mejores que otros. Los tostadores de café expertos incorporan tanto técnica como ciencia, se caracterizan por mantener un interés por la experimentación y se ven constantemente motivados por el anhelo de mejorar su destreza y la calidad de su café. La manipulación de la mezcla, el proceso de tostado, el molido del café y otros factores deben ser siempre cuantificados mediante el uso de herramientas de medición y calificados por medio del análisis sensorial. Poseer una capacidad sincera de autocrítica del propio trabajo es esencial para el crecimiento. La tecnología es sólo un componente más en el arsenal del tostador. En el futuro próximo, el tostado seguirá estando en perfecto equilibrio entre arte y ciencia.

 

Un buen ejercicio de análisis

 

Existen tres componentes vitales en cualquier programa de control de procesos: contar con el equipo adecuado, saber cómo y cuándo utilizar el equipo, y saber entender los resultados proporcionados por éste. 

El ojo humano puede evaluar el desarrollo del tostado del café, pero debido a que una inspección visual no posee el mismo grado de precisión que una herramienta científica de medición y además está limitada por diferentes variables de percepción, no es la herramienta adecuada que se recomienda para el desarrollo del producto o control de calidad. 

Cada herramienta o dispositivo de laboratorio disponibles están pensados para un uso y cuentan con instrucciones específicas para su operación. Las prácticas recomendables para la operación de equipos de análisis, debido a los resultados que consiguen, son técnicas y procesos proporcionados por el fabricante y por profesionales del sector. Las prácticas descritas más adelante o aquellas que cada empresa individual determina o bien, las que tienen que ver con la especificación del producto, deben seguirse de manera consistente al compararse los resultados. Cuando se modifican las técnicas de análisis, los resultados de la medición pueden cambiar, lo que vuelve los datos inutilizables para hacer comparaciones con otras técnicas de análisis.

 

Las prácticas recomendables para la operación de equipos (pertinentes para prácticamente todos los equipos de laboratorio)

 

La validez y credibilidad del resultado de cualquier prueba de laboratorio dependen de la operación correcta del equipo de análisis:

• Se recomienda utilizar el equipo a una temperatura ambiental relativamente estable. 

• No se recomienda colocar el equipo donde esté expuesto a la luz solar directa.

• Se recomienda realizar una limpieza diaria, o más frecuente si es necesario, al equipo y sus componentes asociados.

• Se deben seguir los procedimientos de calibración con estricto apego a las referencias de calibración proporcionadas por el fabricante.

• Debe brindarse mantenimiento al equipo tal como lo sugiere el fabricante.

• El equipo y las referencias de calibración deben ser recertificados de manera periódica para su precisión, tal como lo sugiere el fabricante.

 

Preparación de las muestras (para equipos de análisis químico)

 

Las siguientes condiciones variables afectarán la precisión y repetibilidad de los resultados del análisis:

• Minimice los cambios de temperatura: las muestras deben analizarse a temperatura ambiente, una vez que su temperatura se haya estabilizado tras salir del tostador.

• Controle el tamaño de las partículas molidas: un molido grueso o fino afectará el tamaño del área superficial que el analizador “observa”. Cuando los productos se analizan a partir de diferentes molidos, los resultados pueden no correlacionarse de manera precisa. Nosotros recomendamos el siguiente estándar de molido para muestras:

  • Peso del café retenido en la criba Tyler #10 & #14

  • (1168—1651 micrones): 03.5% (rango aceptable 00.0%—07.0%).

  • Peso del café retenido en la criba Tyler #20 y #28

  • (589—833 micrones): 71.5% (rango aceptable 68.0%—75.0%).

  • Peso del café que pasa a través de la criba #28 al recipiente 

  • (<589 micrones): 25.0% (rango aceptable: 20.0%—30.0%).

  • Después del molido, mezcle completamente la mezcla para homogeneizarla. 

  • Prepare la muestra molida en la taza de muestra para obtener una superficie superior plana y nivelada, empareje con el borde exterior de la taza de la muestra antes de analizarla.

 

Un programa efectivo de control de calidad debiera incluir intervalos definidos entre el análisis inicial posterior al proceso, así como el análisis del producto terminado. Fotografía cortesía de Coffee Enterprises.

 

Tiempos del análisis

 

Muchos resultados del análisis son sensibles al tiempo, lo que se traduce en que los resultados son relevantes sólo por un plazo específico de tiempo y son susceptibles de cambio según las condiciones ambientales o la edad del producto. La catación de café o análisis sensorial constituye un ejemplo de pruebas sensibles al factor del tiempo. 

Es de suma importancia entender la relación causa y efecto desde los resultados posteriores al proceso hasta el carácter y la calidad del producto final. Un programa efectivo de control de calidad debiera incluir intervalos definidos entre el análisis inicial posterior al proceso (se sugiere que sea en los primeros 15 minutos tras el tostado y enfriamiento), así como el análisis del producto terminado (24 a 48 horas tras el análisis inicial posterior al proceso) ya que ambos son pertinentes para desarrollar una estrategia efectiva de control de tostado.

 

• Control del proceso / Análisis postrior al proceso

Los productos deben analizarse en los primeros 15 minutos del enfriamiento y el molido. Agtron es un analizador químico, y la química del café continúa cambiando después del tostado debido a la hidratación, descomposición y oxidación. Las puntuaciones Agtron reflejan estos cambios químicos. El análisis inicial se utiliza para el control del proceso y no debe considerarse como la especificación del producto final.

 

• Análisis del producto terminado

El desarrollo del tostado debe analizarse nuevamente y el café debe catarse una vez que el proceso de fabricación haya terminado, esto es, cuando el producto está listo para ser embalado y vendido al cliente. Los cambios al producto de índole temporal (al igual que otros cambios que pueden tener lugar como una función del proceso se fabricación, como es el caso del embalaje) deben ser notificados en la especificación del producto.

Los tostadores deben prever los cambios en las puntuaciones de Agtron medidas de alrededor de 3.0 a 4.0 puntos para cafés más claros (más de 65.0 en la escala gourmet) y aproximadamente 2.0 a 3.0 puntos para cafés más oscuros (por debajo de los 45.0 en la escala gourmet) dentro de las primeras 72 horas posteriores al tostado. Por ello, un objetivo de control de proceso debe reflejar lecturas Agtron ligeramente mayores comparadas a la especificación del producto terminado. Las puntuaciones para tostados más oscuros no cambian tanto con el tiempo como aquéllas para tostados más claros, pero sí cambian más rápidamente debido a que su química está más térmicamente degradada.

El proceso de tostado es el encargado de crear los compuestos volátiles responsables del aroma y el sabor. Es fundamental controlar adecuadamente el proceso de tostado para evaluaciones de catación llevadas a cabo para determinar la calidad, consistencia y los requerimientos de aprobación contractual. El perfil de tostado constituye una herramienta con la que cada empresa crea la personalidad única de sus productos. Las especificaciones de producto útiles y los métodos de control de calidad estructurados, así como los procedimientos de medición implementados a lo largo del proceso de fabricación ayudarán a mantener aquellos objetivos de personalidad establecidos.

La cuantificación del desarrollo del tostado mediante el uso de herramientas analíticas garantiza la consistencia. El proceso de tostado es variable y, como tal, debe ser controlado. El uso adecuado y práctico de las herramientas de medición del desarrollo del tostado, no lo es.

 

Muetras de café codificadas aleatoriamente pasa su análisis sensorial. Fotografía cortesía de Coffee Enterprises.

 

Fotografía cortesía de Coffee Enterprises.

 

CARL STAUB es el presidente de Agtron Incorporated y de Lumenautix LLC, cofundador y director ejecutivo de EMS Geonomics y Associated Medical Genetics. Fue acreedor del galardón debido a su destacada contribución con la asociación, Specialty Coffee Association of America (SCCA, ahora SCA) en 1998, por su desarrollo del Sistema de Clasificación de Color Agtron/SCAA (fichas de color para la clasificación del tostado de café), y fungió como colaborador técnico en el Coffee Brewing Handbook (Guía Práctica para la Elaboración del Café) de Tedd Lingle. Staub fue el desarrollador del SCAA Coffee Brew Strength Meter y Agtron/SCAA Brew Master’s Analysis Kit. Staub también es un científico que contribuye con EMS Genomics y Associated Medical Genetics en el Desert Research Institute, University of Nevada, Reno, donde está encargado de desarrollar nuevas herramientas y métodos empleados en la investigación oncológica genómica y proteómica. 

 

SPENCER TURER es el vicepresidente de Coffee Enterprises en Hinesburg, Vermont. Es miembro fundador del Roasters Guild, graduador Q con licencia, y acreedor al premio Contribución Destacada con la Asociación de parte de la SCAA. Turer es un voluntario activo en la SCA, así como de la National Coffee Association de Estados Unidos de América.