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PERSPECTIVA DEL DESARROLLO DE LA TECNICA DE REUTILIZACIÓN DEL
MUCILAGO EN EL PROCESO DE BENEFICIO HÚMEDO DEL CAFÉ DE ALTA
CALIDAD
PERSPECTIVE OF THE DEVELOPMENT OF THE MUCILAGO REUTILIZATION
TECHNIQUE IN THE HIGH-QUALITY COFFEE WET BENEFIT PROCESS
Camila Rocío Gutiérrez Cruz*
Kevin Alexis Gómez Burbano**
Richard Marcelo Imbachi Chávez***
Resumen
Este trabajo hace parte de un proceso de investigación de un proyecto de grado en
ingeniería industrial de la Fundación Universitaria de Popayán, FUP, titulado
“Diseño de un compuesto aglomerado en base a la pulpa, miel, cascarilla y borra de
café” (Calderón. E, & Ruiz. B, 2017), llevado con Parque tecnológico del Café
“Tecnicafe”; del cual se había previsto hacer uso de las mieles como aditivo. No se
pudo obtener lo deseado, sin embargo, la cantidad de agua que se podía obtener
superaba el 80% del compuesto y se visualizó un aprovechamiento de las mieles.
Se desarrolla el análisis enfocado en la escogencia de la mejor técnica de
aprovechamiento para el mucilago del café por parte de los autores del presente
artículo quienes, junto con los autores del trabajo de grado, pertenecen al Semillero
de Investigación en Emprendimiento Empresarial “SIE2” en ingeniería industrial de
la FUP. La documentación se inició sobre los conceptos básicos desarrollados en
los procesos que realizan los caficultores en el beneficio del café, se determinó cuál
es la más viable para la obtención del mucilago y su aprovechamiento. Este trabajo
consta de varios puntos como complemento al trabajo de grado (Calderón. E, &
Ruiz. B, 2017) sobre el uso del mucilago, siendo parte de su formación investigativa
* Camila Roció Gutiérrez Cruz, estudiante de Ingeniería Industrial, integrante del grupo Semillero de
Investigación en Emprendimiento Empresarial “SIE2” en Ingeniería Industrial de la Fundación Universitaria de Popayán (FUP). [email protected] ** Kevin Alexis Gómez Burbano, estudiante de Ingeniería Industrial, integrante del grupo Semillero de Investigación en emprendimiento empresarial “SIE2” en Ingeniería Industrial de la Fundación Universitaria de Popayán (FUP). [email protected] ***Richard Marcelo Imbachi Chávez. Ingeniero Físico de la Universidad del Cauca, integrante del grupo de investigación en ingeniería industrial PI, Coordinador del grupo Semillero de Investigación en emprendimiento empresarial “SIE2” en Ingeniería Industrial de la Fundación Universitaria de Popayán. Estudiante de Maestría en Tecnología Educativa con Acentuación en Capacitación Corporativa, Tecnológico de Monterrey. México. Estudiante de Maestría en Bioingeniería, Universidad del Cauca. [email protected]
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en el aprendizaje significativo presentado a continuación. Segundo, para demostrar
cómo es posible generar cambio y aumentar la rentabilidad de este tipo de residuo
en productividad del caficultor. Tercero, como un aporte a la disminución en la
contaminación del medio ambiente. Cuarto, como aporte para todo aquel que
implemente estas prácticas en su empresa. Quinto, para adquirir conocimiento y
establecer conexiones en este tipo de empresa. Se plantea obtener agua en
condiciones de uso del beneficiadero de alta calidad, implementando el sistema de
separación de las aguas mieles con el fin de no afectar el café de alta calidad. Se
propone establecer las condiciones de obtención del mucilago como materia prima
en procesos industriales. Por último, se estimó el alto contenido en azúcares que no
permitieron el uso del mucilago como aditivo o pegante. Bajo lo expuesto el presente
trabajo se proyectó principalmente en la producción de alcohol.
Palabras clave: etanol, contaminación del agua, mucilago, aprovechamiento,
derivados.
Abstract
This work is part of a research project of a degree project in industrial engineering
of the University Foundation of Popayán FUP, entitled 'Design of a compound based
on pulp, honey, husk and coffee grounds' (Calderon. E, & Ruiz. B, 2017), carried
with Technological Coffee Park 'Tecnicafe'; which had been planned to use the
honey as an additive. It was not possible to obtain what was desired, but
nevertheless the quantity of water that could be obtained surpassed the 80% of the
compound, an advantage of the honey was visualized. Therefore, the analysis
focused on the selection of the best technique for the use of coffee mucilage by the
authors of this article, together with the authors of the work of degree, belong to the
Research Seminar in Entrepreneurial Entrepreneurship 'SIE2' in industrial
engineering of the FUP. The documentation, started on the basic concepts
developed in the processes that coffee growers make in the benefit of coffee, it was
determined which is the most viable for obtaining the mucilage and its use. This work
consists of several points as a complement to the work of degree (Calderon, E, &
Ruiz. B, 2017) on the use of the mucilage, being this part of his research training in
the significant learning presented below; Second, to demonstrate how it is possible
to generate change and increase the profitability of this type of waste in coffee
grower productivity; third, as a contribution to the decrease in pollution of the
environment; Fourth, as a contribution for anyone who implements these practices
in your company; Fifth and last, to acquire knowledge and establish connections in
this type of company. It is proposed to obtain water under conditions of use of the
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high-quality aquarium; implementing the honey separation system in order not to
affect the quality of high quality coffee, it is proposed to establish the conditions for
obtaining the mucilage as raw material in industrial processes. Finally, it was
estimated the high content of sugars that did not allow the use of the mucilage as
additive or glue. Under the above the present work was mainly projected in the
production of alcohol.
Keywords: ethanol, water pollution, mucilage, utilization, derivatives.
Introducción
El siguiente artículo se desarrolló como trabajo de apoyo al uso del mucilago, en la
investigación acerca del uso de los residuos en el procesamiento del café (Calderón.
E, & Ruiz. B, 2017), en común acuerdo con el Parque de Tecnológico del Café”
Tecnicafe”. El cultivo de café genera como subproducto secundario el mucilago,
este derivado se genera en la etapa del desmucilaginado, y en esta fase es
importante retirarlo para obtener los cafés llamados “suaves” (Damiani.O, 2005),
para que el café no pierda la calidad. El mucilago representa aproximadamente un
14,85% del peso del fruto, 35,8% de sustancias pectinas, 17% por celulosa y
finalmente un 45,8% en azucares (Guzmán. C, 2014, p 20). El desmucilaginado se
puede dar de dos formas; la primera por medio de la fermentación natural y la
segunda de forma mecánica.
En los cultivos de café, en el proceso del lavado de la pulpa y el mucilago, se genera
un impacto negativo frente a la contaminación ambiental, al presentarse esta
problemática, se tiene como objetivo una contribución de cómo mejorar dicho
problema. En el proceso del lavado de la pulpa y el mucilago se genera la llamada
agua miel, que es entendida como la composición física- química de la pulpa y el
mucilago (Ana café, 2017), debido a que estos dos elementos proporcionan
partículas y componentes durante el contacto turbulento e intenso con el agua limpia
generando contaminación. La presente discusión está centrada en la reducción de
la contaminación del agua y los usos industriales del mucilago. En las primeras
pruebas en el laboratorio de Los Robles al procesar el mucilago, se obtuvo un gran
porcentaje en agua y un muy pequeño porcentaje en mucilago, más sus
propiedades con alto contenido en azucares no permitieron el uso del mucilago
como aditivo o pegante (Calderón. E, & Ruiz.B, 2017). Se continuó con la búsqueda
de un compuesto que facilitara la unión de los demás elementos.
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Frente a estas pruebas se desarrolla una probabilidad de reutilización del agua del
mucilago para obtener agua en condiciones de uso del beneficiadero de alta calidad.
La finalidad en la obtención del mucilago, es buscar alternativas que permitan
evolucionar el proceso de café en los beneficiaderos de Colombia, mejorando el
proceso de desmucilaginado, tratando de reutilizar los desechos como materia
prima para otros procesos industriales, principalmente para la producción de
alcohol.
Objetivos
Objetivo general
Indagar sobre los beneficios del uso y los procesos de reutilización de las
aguas mieles y de los compuestos que la forman (agua y mucilago) como
una técnica adecuada de utilización, las cuales se derivan del proceso del
beneficio húmedo del café de alta calidad en Colombia.
Objetivos específicos
Obtener agua en condiciones de uso del beneficiadero de alta calidad.
Analizar el sistema de separación de las aguas mieles, con el fin de no afectar
la calidad del café de alta calidad.
Establecer las condiciones de obtención del mucilago como materia prima en
procesos industriales.
Aprovechamiento del mucilago de café
En el proceso de obtención de café existe una problemática relevante que evidencia
el uso inadecuado de los desechos que se generan. Esto prueba una evidente
contaminación que se está saliendo de las manos de los productores, quienes no
miden las consecuencias que trae a largo plazo. La miel o aguas mieles, es
entendida como la composición física- química del agua y mucilago, debido a que
estos dos elementos proporcionan partículas y componentes durante el contacto
turbulento (Ana café, 2017), e intenso con el agua limpia generando contaminación.
La presente discusión está centrada en la reducción de la contaminación del agua
y los usos industriales que se le pueden dar a estos desechos como fuente de
materia prima para otros usos.
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Para conocer la importancia del mucilago (miel) de café en todo su proceso de
transformación, desde que se cosecha el café hasta que es comercializado, se debe
entender cuáles son las practicas post cosecha que se realizan según el lugar en
donde se procese. Estos procesos son desarrollados a nivel nacional en Colombia
y en cada una de las etapas existe la particularidad de afectar las propiedades del
grano del café, determinando la calidad del mismo y bebida o subproductos
derivados.
Con el café se busca optimizar sus características organolépticas con el fin de
destacar su aroma y sabor. Si el producto es reconocido y apreciado va a generar
mayores ganancias, creará incentivos para la producción de café en general. Una
de las formas de obtención es el beneficio seco del café, en donde el café se deja
secar sin necesidad de tocar el grano; por su composición físico-química queda listo
para su consumo. Sin embargo, es la menos común, es muy incierta al coincidir con
el resultado que se espera. En esta técnica no se requiere de tanta inversión de
trabajo en cuanto a todas las variables de producción como lo son el tiempo, el
costo, etc. Otra de las formas es el beneficio húmedo del café, en donde se centrará
el tema del aprovechamiento del mucilago de esta discusión, porque incluye el
despulpado, desmucilaginado, el lavado y el secado del grano.
Todas estas operaciones dependen de una gran cantidad de variables a tener en
cuenta como lo son la recolección, la clasificación del café, el despulpado,
desmucilaginado, lavado y secado, respectivamente. Una vez el grano está listo se
separa la pulpa; luego se separa la baba (mucilago) que recubre el grano
despulpado, ya sea por fermentación o mecánicamente; se lava el grano con agua
limpia para que quede totalmente libre de mucilago y se evite un estado sucio; y por
último se deja secar.
En la agroindustria del café se arrojan los siguientes datos: solamente se utiliza el
9,5% del peso del fruto fresco en la preparación de la bebida, el 90.5% (Suarez, J,
2012), queda en forma de residuo. La siguiente tabla (Rodríguez, 2000) fue
publicada por la empresa Centro Nacional de Investigaciones de Café, Cenicafé.
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Tabla 1. Residuos obtenidos en el proceso de industrialización de 1kg de café
cereza
PROCESO PERDIDA(GRAMOS) RESIDUO OBTENIDO
Despulpado 394 Pulpa fresca
Desmucilaginado 216 Mucilago
Trilla 35 Pergamino
Secado 171 Agua
Torrefacción 22 Volátiles
Preparación bebida 104 Borra
Pérdida acumulada 942
Fuente: (Calle, 1977)
Existen varias variables a tener en cuenta que son:
- Las cantidades producidas.
- Su distribución temporal y regional.
- El contenido de humedad.
- El almacenamiento y la preservación.
- La importancia comercial de los productos obtenidos y la capacidad de
competencia.
El cultivo de café genera como subproducto residual el mucilago y se encuentra
entre la pulpa y el pergamino. Está compuesto por tejidos halinos y no contiene
cafeína ni taninos. Se genera en la etapa del desmucilaginado con el fin de obtener
cafés suaves, representando alrededor del 14,85% del peso del fruto. Posee 35,8%
de sustancias pécticas, el 17% por celulosa y ceniza, el 45,8% son azucares
(Guzmán 2014, p 20). El desmucilaginado se puede dar de dos formas; la primera
por medio de la fermentación natural y la segunda de forma mecánica. La grafica 1
representa el porcentaje del contenido del mucilago en el beneficio húmedo y la
gráfica 2 representa el porcentaje de conformación del mucilago.
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Grafica 1. Representación del mucilago en el café
Fuente: Los autores 2017, con base en (Guzmán. C, 2014, p 20).
Grafica 2. Composición del tejido halino (mucilago)
Fuente: Los autores 2017, con base en (Guzmán. C, 2014, p 20)
El mucilago, representa el 20% del fruto en base húmeda y alrededor del 5% en
base seca. El contenido del agua del mucilago varía entre 85% y 90% y por cada
kilogramo de café se produce 91 ml de mucilago puro. Además, el promedio de la
producción de mucilago fresco es de 768 kg. Ha /año. La grafica 3, representa el
porcentaje de mucilago que se puede obtener de las mieles.
Grafica 3. Se obtiene agua del mucilago
15%
85%
Mucilago en el Café
mucilago otros
36%
1%46%
17%
Compuestos del Mucilago
pectinas proteinas azucares celulosa y ceniza
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Fuente: Los autores 2017, con base en (Guzmán. C, 2014, p 17).
En la fermentación natural (Peñuela, 2010), el café, una vez despulpado, es
depositado en tanques para obtener hidrólisis del mucilago, mediante la acción de
enzimas propias del grano y de microorganismos. Posteriormente el mucilago
fermentado es retirado del café, por medio del lavado en un tanque (actividad
realizada por pequeños productores) o en el canal de carreteo (actividad realizada
por medianos y grandes productores). Aquí se transforman los azúcares en energía
y compuestos más simples como etanol, ácido láctico, ácido acético y ácido butírico,
desarrollados por las enzimas naturales que producen las bacterias y levaduras.
Alrededor del 90% de los caficultores en Colombia usan esta técnica. Sin embargo,
se ve muy disminuida la calidad del café, la fermentación tiene una duración de 12
a 18 horas (Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, 2016) dependiendo de
algunas variables como:
- La temperatura del lugar: si la zona es más fría requiere mayor tiempo de la
fermentación.
- La altura de la masa de café en el tanque de fermentación: a mayor altura de
la capa de café, es menor el tiempo de fermentación.
- El uso de agua: se recomienda la fermentación en seco, acelera la
fermentación y se debe permitir que las aguas mieles salgan al exterior del
tanque.
- El grado de madurez del café.
- La cantidad de mucilago del grano.
En el beneficiadero de café hay un uso indiscriminado de agua: un promedio de 40
litros por arroba de café. Investigaciones desarrolladas por Cenicafé, demostraron
que el mucilago que no es usado adecuadamente representa el 28 % de
85%
15%
agua y mucilago
agua mucilago
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contaminación, en un país que por cada millón de sacos de 60 kg de café almendra
que exporta, se generan aproximadamente 55.500 toneladas de mucilago fresco
(Rodríguez & Zambrano 2011). Por esta razón se crearon los procesos mecánicos
que ayudan a reducir la contaminación.
El desmucilaginado mecánico entrega ventajas representadas en la rápida
remoción del mucilago, reduce la pérdida de peso del grano debido a un secado
casi inmediato, permite reducir significativamente el consumo de agua. Existe la
posibilidad de usar el mucilago para fines industriales, en donde el trabajo se realiza
a flujo continuo, facilita el trabajo para grandes cantidades de café y utiliza poco
espacio. Las desventajas que posee están en el manejo del tiempo de secado, sino
es demasiado rápido, provocará daño en la calidad del grano, altos costos de
inversión y demanda de energía. Para pequeños productores no es viable
económicamente, no existe equipo diseñado que pueda eliminar la totalidad de la
miel.
El mucilago fresco que se obtiene del proceso mecánico, representa una fuente
natural de pectinas para su uso en la industria de alimentos, medicinas, químicos,
etc. Mientras que el mucilago que se obtiene de la fermentación natural sufre un
proceso de degradación irreversible y no se puede obtener pectina, representa una
alta carga orgánica y para removerlo del grano es necesario hacer un lavado con
agua.
Las nuevas reglamentaciones en el ámbito ambiental (Rodríguez & Zambrano,
2011, p. 57), tanto nacional como internacional, propenden porque el productor se
responsabilice de la buena disposición y tratamiento de los residuos que se generen
en su proceso productivo (sólidos, líquidos y gaseosos), de forma que no ocasionen
impactos ambientales adversos para el ecosistema, a la vez que buscan minimizar
la generación de los gases tipo invernadero, por su efecto sobre el calentamiento
global del planeta, entre los que se destacan los óxidos de nitrógeno y de azufre,
provenientes de la combustión de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo.
Por un lado, Cenicafé ha implementado un tratamiento anaeróbico para las aguas
mieles llamado Sistemas Modulares de Tratamiento Anaerobio (SMTA) (Zambrano,
et. al., 2006) de bajo costo, el cual evita el 73,7% de la contaminación en el beneficio
húmedo del café, descontaminando las aguas residuales. La tecnología SMTA ha
mostrado eficiencias de remoción de la carga orgánica superiores al 80% de la
demanda bioquímica de oxígeno en promedio, acordes con lo exigido por la
legislación colombiana en el decreto 1594 de 1984 sobre usos del agua y residuos
líquidos. De esta forma es posible reducir el pago de tasas retributivas por la
utilización directa o indirecta del agua como receptor de vertimientos puntuales,
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consignado en el decreto 901 de 1997 del Ministerio del Medio Ambiente. La
tecnología denominada como tanque tina, el PH de los residuos oscila entre 4,0 y
4,5 unidades y la demanda química de oxígeno ocasionado por la contaminación
presente en el agua, está compuesto por dos unidades que permiten la separación
de fases de la digestión anaerobia: el reactor hidrolítico / acidogénico (RHA) y el
reactor metanogénico (RM). En este sistema hay desniveles que se deben tener en
cuenta al seleccionar el terreno para su instalación y poder garantizar flujo libre del
líquido por gravedad. Las unidades están conectadas con mangueras de polietileno
reciclado 1 ½ pulg, de baja densidad (0,925 g/cm3) y de fácil consecución en el
mercado.
El aprovechamiento de los subproductos del café, se crea debido a la alta
contaminación y carga orgánica que está generando problemas ambientales. Al no
controlarse pueden tener desenlaces terribles y por esta razón se busca convertir
estos desechos en materia prima para procesos industriales o reutilizarlos en el
mismo proceso del café (Suarez, 2012).
La población cada vez es más numerosa y demanda mayor cantidad de bienes o
servicios, por lo cual se actuará de manera eficiente en cuanto a los recursos
disponibles utilizando la menor cantidad de requerimientos y reutilizando al máximo
posible sin minimizar la utilidad. El mucilago puede obtenerse en 4 estados de
pureza: pectinas sin refinar, azúcares naturales del fruto del café, compuestos
antioxidantes y flavonoides, pro antocianinas incoloras. Puede ser viable para la
alimentación de cerdos por su alta carga orgánica que contiene muchos nutrientes;
puede ser empleado como fuente de combustible; como fuente de abono en el
proceso de lombricompostaje; en la obtención de ácido láctico en aplicaciones como
conservantes en la industria alimentaria; cuero y fibras textiles; cosmética;
polímeros biodegradables utilizados para envases y aplicaciones biomédicas.
Sin embargo, el mejor aprovechamiento es la producción de combustibles limpios a
partir de materiales renovables con el fin de reducir el impacto en el ecosistema que
además genera una utilidad satisfactoria, donde por cada kilogramo de café cereza
se generan 148,5 g de mucílago, se tendría que, a partir de 1 kg de mucílago fresco,
proveniente de café sin selección, se podrían obtener 55,5 ml de etanol (Rodríguez,
& Zambrano, 2011).
La contaminación en los ríos de Colombia, y principalmente en el departamento
Cauca, es preocupante. Después de la legislación ambiental (Ley 99 de 1993, por
la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente), Colombia no logra disminuir y/o
detener los impactos ambientales. Las industrias en general, y principalmente las
organizaciones cafeteras, son las responsables directas de esta problemática que
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se presenta en los ríos pues no toman las medidas necesarias para dar soluciones
inmediatas.
El agua residual evacuada contamina los ríos y extermina la fauna y flora acuática,
debido a que, en el proceso de degradación de la materia orgánica se consume todo
el oxígeno disuelto, necesario para que estos puedan sobrevivir. Además, da un
aspecto paisajístico negativo por la coloración y turbiedad del agua. (Molina &
Villatoro, 2006).
Este artículo contiene información importante sobre la problemática que presentan
los beneficiaderos de café en Colombia, y continuamente las muchas alternativas
para brindar soluciones a las prácticas que generan en este tipo de organizaciones.
Además, conocer de las herramientas que se pueden implementan para optar un
óptimo y beneficioso proceso de despulpado de café para así evitar desperdicios,
contaminación y principalmente una mejor obtención del mucilago, residuo que hace
parte de los lignocelulósicos considerados residuos agrícolas e industriales.
La finalidad en la obtención del mucilago, es buscar alternativas que permitan
evolucionar el proceso de café en los beneficiaderos de Colombia, tratando de
reutilizar los desechos como materia prima para otros procesos industriales,
principalmente para la producción de etanol (Fune, M., et. Al., 2012). Se enfrentan
las dificultades que trae consigo la obtención de todos los usos naturales de los
elementos y la gerencia estratégica de una idea de empresa. Un material de residuo
se convierte en un riesgo que genera un impacto directo a todos los seres humanos
y por ende afecta la calidad de vida en un futuro.
Hasta hace poco las condiciones de obtención, dispersión, volumen y humedad de
los subproductos de café habían dificultado su empleo y transformación (Rodríguez,
2000). Hoy ya se presentan condiciones favorables para la explotación económica
de los subproductos, tales como los cultivos tecnificados de café, las centrales de
beneficio, las trilladoras, las plantas de café soluble, las prácticas de beneficio
ecológico y las investigaciones sobre la conservación de estos subproductos, que
permiten que se pueda disponer de ellos en grandes cantidades, en forma
concentrada y prácticamente puros.
El etanol se obtiene por fermentación de medios azucarados hasta lograr un grado
alcohólico, después de la fermentación, en torno al 10%-15%, concentrándose por
destilación para la obtención del denominado “alcohol hidratado” (4%-5% de agua)
o llegar hasta el alcohol absoluto (99,4% min. de pureza) tras un proceso específico
de deshidratación (Ballesteros, 2015). Esta última calidad es la necesaria si se
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quiere utilizar el alcohol en mezclas con gasolina, en vehículos convencionales, sin
realizar modificaciones al motor.
Biocombustible es el término con el cual se denomina a cualquier tipo de
combustible que derive de la biomasa, nombre dado a cualquier materia orgánica
de origen reciente que haya derivado de animales y vegetales como resultado de
un proceso de conversión fotosintético. La energía de la biomasa deriva del material
vegetal y animal, como la madera de los bosques, los residuos de procesos
agrícolas y forestales, de la basura industrial, humana o animal. Aplicando las
técnicas agrícolas y las estrategias de procesamiento apropiadas, los
biocombustibles pueden ofrecer ahorros en las emisiones de al menos el 50%. El
biodiesel ha alcanzado gran interés como fuente alternativa de energía y presenta
muchas características atractivas: no tóxico, biodegradable, no inflamable,
técnicamente viable y competitivo económicamente (Serna, Barrera & Montiel,
2011).
Las fases de producción se presentan en la figura 1. El desarrollo de la energía
alternativa se fortalece por la incertidumbre que existe en la producción de energía
fósil. Las plantas industriales que la extraen se encuentran en zonas inestables que
están pasando por conflictos políticos y están quebrantando el apoyo en la
financiación de los países, la energía renovable generará mayor demanda y por
ende tendrá que existir mayor oferta, representada en la imagen 1.
Figura 1. Etapas de producción de etanol
Fuente: Los autores 2017, con base en (Serna, F., Barrera, L & Montiel, H. 2011)
Biocombustibles Celulosa Mucilago FermentacionDestilacio
n
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Imagen 1. Producción y venta de etanol en Colombia año 2017
Fuente: tomado de Federación Nacional de Biocombustibles de Colombia
Los primeros trabajos de investigación relacionados con la producción de alcohol a
partir de los subproductos del café fueron realizados en Cenicafé, utilizando
desmucilaginado químico con hidróxido de sodio al 4% y fermentación con
Sachharomyces cerivisiae. Después de 210 destilaciones realizadas a partir de los
subproductos provenientes de 200 kg de café, obtuvo un rendimiento industrial de
1 L de alcohol de 90°GL por cada arroba de café pergamino seco (c.p.s.) producida,
equivalente a 1,5 L de etanol por cada 100 kg de café cereza.
En la figura 2 se ilustra la fermentación del café. Se estudiaron las condiciones para
la obtención de alcohol a partir de la pulpa y el mucilago de café, encontrando que
de los subproductos generados en el beneficio de 100 kg de café cereza pueden
obtenerse en promedio 1,2 L de alcohol etílico de 85°GL, equivalente a 0,6 L de
etanol por cada arroba de café pergamino seco. En otro estudio, reportan la
obtención entre 2,0 a 2,5 g de etanol en 48 horas, cuando la fermentación se realiza
a 28°C, a partir de 200 g de cerezas frescas, lo que equivale a un volumen de 0,95
L de etanol por cada arroba de café pergamino seco. Igualmente, reportan mejorías
en los rendimientos del proceso en un 20%, en 48 horas, cuando realizaron un
pretratamiento con una bacteria pectinolítica como Erwinia herbicola en asocio con
la levadura Saccharomyces cerevisiae (Rodriguez & Zambrano, 2011)
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Figura 2. Fermentación del café
Fuente: Los autores 2017, con base en (Puerta G. I., 2012)
Los granos del café contienen el mucilago, están dispuestos para el proceso de
fermentación a través de varios procesos, en donde se tienen en cuenta factores de
temperatura ambiente, higiene, tiempo, equipos y sistema de fermentación. Existen
varias formas de fermentación en las que se acelera la fermentación natural,
acortando el tiempo y, dependiendo de las condiciones de planta de los
beneficiaderos, varia el producto que se le agrega para fermentar. Sin embargo,
esta combinación de químicos contiene una mayor carga de contaminación que se
FERMENTACION DEL CAFE
INTERVIENEN:
-LEVADURAS
-BACTERIAS DEL MUCILAGO
MEDIANTE SUS ENZIMAS
NATURALES
OXIDACION DE LOS AZUCARES,
PRODUCIENDO:
ENERGÍA (ATP)
ETANOL
ÁCIDO LÁCTICO
ÁCIDO ACÉTICO
ALCOHOLES:
-PROPANOL
-BUTANOL
-SUCCÍNICO
-FÓRMICO
-BUTÍRICO
SUSTANCIAS OLOROSAS:
-ALDEHÍDOS
-CETONAS
-ÉSTERES
DIÓXIDO DE CARBONO
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ve reflejada en las aguas residuales. También presentan un costo adicional y
representan inseguridad para quienes deben manipular los químicos.
El compuesto formado por la fermentación del café depende de la calidad del
sustrato, madurez y sanidad del fruto que influyen en la composición química y
microbiológica de los granos despulpados. La obtención de etanol a través de la
obtención de mucilago requiere tener un control en cuanto a su manejo una vez
recolectado, la cantidad de mucilago en los granos de café (ver gráfico 4) depende
del estado de madurez (gráfica 5) debido a su humedad y tamaño, ver tabla 2 y
tabla 3. Durante ese proceso el mucilago adquiere más humedad (tabla 4), su
contenido en ceniza no cambia, se degradan los compuestos pépticos y azúcares,
generando un cambio en la composición química (Puerta G. I., 2012).
Tabla 2. Cantidad de mucilago en los frutos de café según su madurez
GRANO DE CAFÉ MUCILAGO
FRUTO FRESCO VERDE 1,3%
PINTÓN 8,4%
MADURO 10,4%
SOBREMADURO 9,5%
FRUTO SECO 0%
Fuente: Los autores 2017, con base en (Puerta G. , 2012)
Tabla 3. Cantidad de mucilago en los granos de café despulpados madurez
GRANO DE café MUCILAGO
FRUTO FRESCO VERDE 2,1%
PINTÓN 14,9%
MADURO 18,8%
SOBREMADURO 17,7%
FRUTO SECO 0%
Fuente: Los autores 2017, con base en (Puerta G. I., 2012)
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Grafica 4. Representación del mucilago en el café en grano y despulpado
Fuente: Los autores 2017, con base en (Puerta G. I., 2012)
Tabla 4. Humedad del mucilago según la madures de la madurez
GRANO DE CAFÉ HUMEDAD DEL MUCILAGO
SIN SELECCIONAR 85,7%
PINTÓN 60,5%
MADURO 90%
SOBREMADURO 81,9%
Fuente: Los autores 2017, con base en (Puerta G. I., 2012)
0,00%
2,00%
4,00%
6,00%
8,00%
10,00%
12,00%
14,00%
16,00%
18,00%
20,00%
FRUTO FRESCOVERDE
PINTÓN MADURO SOBREMADURO FRUTO SECO
PORCENTAJE DE MUCILAGO EN CAFÉ DESPULPADO PORCENTAJE DE MUCILAGO EN GRANO DE CAFÉ
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Grafica 5. Madurez en humedad del mucilago
Fuente: Los autores 2017, con base en (Puerta G. I., 2012)
Levaduras fermentadoras de mucilago, que producen etanol y co2 (Puerta G. I.,
2012) :
Saccharomyces cerevisiae
Candida albicans
C. Tropicalis
C. Krusei
C. lipolytica
C. parasilopsis
C. pintolopesii
Bacterias lácticas del mucilago que producen ácido láctico, ácido acético, ácido
fórmico y dióxido de carbono (Puerta G. I., 2010):
Lactobacillus acidophilus
L. fermentum
L. plantarum
Streptococcus faecalis
En la producción de etanol, después de una clasificación del fruto y una
fermentación adecuada con el sustrato necesario, regulando todos los factores
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
SIN SELECCIONAR PINTÓN MADURO SOBREMADURO
HUMEDAD DEL MUCILAGO
HUMEDAD DEL MUCILAGO
18
característicos como el tiempo y el sistema fermentación. En las pruebas realizadas
por Cenicafe, durante la fermentación del mucilago a una temperatura ambiente de
20,5°c, la velocidad máxima de producción se presenta a las 22 horas; la máxima
concentración de alcohol se produce a las 120 horas, con un valor de 0,50%; pero
luego disminuye debido a que el consumo de levaduras y sustrato es escaso por su
uso químicamente. (Puerta G. I., 2012).
Esta nueva estrategia de reutilización del mucilago de café genera un alto impacto
social, económico y medioambiental. Gestionar un sistema de producción
ambientalmente sostenible nos ayudará a reducir la dependencia de los
combustibles fósiles, los cuales por mucho tiempo han sido usados para la
subsistencia humana en muchas tareas cotidianas pero que ha traído consigo
contaminación sin que sea fácil contrarrestarla.
La energía fósil (petróleo, gas natural y carbón) representa el 80% de la energía
consumida en el mundo. (Serna, F., Barrera, L & Montiel, H. 2011), además que su
extracción está limitando su uso, al contrario del bioetanol que nos produce una
energía renovable reduciendo los niveles de contaminación buscando la
preservación de las fuentes hídricas y la biodiversidad, generando un menor
impacto social.
Entraríamos en conflicto una vez que esas fuentes fósiles se acaben y nos veamos
con menos porcentaje de naturaleza sin poder evitar afectaciones futuras, por el
contrario, la sociedad se vería beneficiada con el uso de la energía renovable: está
generando trabajo a todos aquellos que interfieren y participan en la cadena de
valor. Además de reducir la emisión de gases, propiciar un ambiente más adecuado
y saludable para las nuevas generaciones, generar cambio de conciencia, reparar
y brindar conocimiento para un buen uso de la tierra incentivando al desarrollo sin
agotamientos ni escases, ayuda a la creación de nuevas tecnologías, impulsa
nuevos mercados, brinda más recursos económicos en relación a políticas
ambientales, impulsa la agroindustria nacional.
Todo esto como factores probabilísticos que tendrán que ser sistematizados y a los
cuales se les tendrá que hacer seguimiento. Sin embargo, darle importancia al
cambio nos ayudará a ser una nación en progreso y desarrollo. Esta estrategia se
estructura conjuntamente con la legislación y las políticas ambientales en Colombia
y con las buenas prácticas del café de Colombia guiadas desde el Fondo Nacional
del Café.
19
Conclusiones
Es muy rentable y benéfica la reutilización del subproducto derivado en el proceso
de fabricación del café (mucilago). Se tienen en cuenta importantes puntos de vista,
desde la contaminación que este provoca, tanto los beneficios y aprovechamientos
industriales que se establecieron durante el escrito. Se tiene como objetivo
desarrollar tecnologías para los beneficiaderos de café de alta calidad en Colombia
y así mismo que reduzca el impacto negativo que genera al medio ambiente,
principalmente la contaminación en el agua causada por las aguas mieles.
Optimizando los recursos y con la implantación de nuevas tecnologías para el
proceso de desmucilaginado (desmucilaginador mecánico), para que en la etapa
del despulpado y el desmucilaginado del café no afecte la calidad del grano, con el
fin de tener más competitividad a nivel nacional y mundial, obteniendo un café de
alta calidad para los consumidores.
Mediante lo expuesto se logra aclarar que el enfoque principal en la reutilización del
mucilago es en la producción de alcohol (etanol), que se logra mediante métodos
de fermentación alcohólica o por fermentación natural. Sin descartar todos los
beneficios y aprovechamientos que este nuevo “subproducto” promete,
introduciéndolo al mercado industrial no solo como un derivado de café, sino
implantándolo como materia prima principal de un proceso.
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ANEXOS
25
Figura 3. Mapa Desmucilaginado y aguas mieles
26
Figura 4. Mapa aprovechamiento y características de mucilago
27