Café en polvo Caracterización del tamaño y la forma de las partículas para un mejor aroma

El café en grano es una de las materias primas más importantes, y se calcula que cada día se consumen en el mundo 1.400 millones de tazas de café. El sabor del café viene determinado por el tueste de los granos, la molienda en polvo y el tipo y la calidad de la preparación. Los diferentes métodos de preparación en el proceso de elaboración y filtrado (p. ej., cafetera espresso, café de filtro o AeroPress) requieren diferentes moliendas de café para obtener un resultado aromático. Cuando los granos de café tostado se muelen para obtener café en polvo, la determinación de la distribución del tamaño de las partículas desempeña un papel decisivo, ya que influye notablemente en las propiedades de preparación y filtrado y, por tanto, en el sabor y la digestibilidad del café.

Al preparar el café, es importante conseguir una extracción óptima de los ingredientes que disuelven del café molido el agua caliente o el vapor durante la preparación. Cuanto más fino se muela el café, más rápidamente se podrán extraer los ingredientes. Si la molienda no se adapta de forma óptima a la duración y la temperatura del proceso de infusión, existe el riesgo de que el café se extraiga en exceso o de forma insuficiente. Un café subextraído (= molido demasiado grueso) tiene poco aroma. Un café sobreextraído (= molido demasiado fino) tiene un sabor amargo debido al exceso de componentes disueltos (p. ej., ácidos tánicos).

La determinación fiable del tamaño de las partículas permite ajustar de forma óptima una molienda reproducible para el proceso de preparación correspondiente, de modo que se obtiene un café de gran sabor con aromas equilibrados. Debido a su alto contenido en aceite, la amplia distribución del tamaño de las partículas y su forma muy irregular, el café en polvo presenta un comportamiento difícil como material a granel, es decir, las partículas tienden a aglomerarse fuertemente y el polvo es difícil de verter o transportar. Esto debe tenerse debidamente en cuenta en los métodos de medición mecánicos y ópticos.

Tradicionalmente, la distribución del tamaño de las partículas del café en polvo se determinaba mediante el tamizado analítico; pero el método de difracción láser se ha ido imponiendo poco a poco como método estándar. Aún así, ambos métodos tienen ciertas limitaciones en cuanto al valor informativo, la precisión y la sensibilidad. Especialmente cuando se utiliza en cápsulas o monodosis, el café en polvo está muy optimizado para el respectivo proceso de preparación y debe cumplir especificaciones de calidad muy estrictas. A menudo, estas solo pueden comprobarse con métodos de imagen que proporcionan distribuciones de tamaño de muy alta resolución y, simultáneamente, un alto rendimiento de las muestras.

Ejemplos de medición de café en polvo y comparación del análisis dinámico de imágenes con la difracción láser y el análisis por tamizado

El café en polvo suele tener una amplia distribución del tamaño de las partículas, con un contenido pronunciado de partículas finas y gruesas. La fracción fina es inferior a 200 μm, la gruesa puede alcanzar hasta 2 mm.

Gracias al sistema patentado de dos cámaras y al amplísimo rango dinámico de medición resultante, el CAMSIZER X2 puede determinar ambas con una alta resolución y buena fiabilidad estadística en el caso del café en polvo. Esto se muestra en la figura 4 utilizando el ejemplo de café en polvo con diferentes grados de molienda.

Durante la medición, las partículas se dispersaron con aire comprimido en el módulo de alimentación de muestras X-Jet (Fig. 2) a 80 kPa. Para la alimentación vibratoria del café en polvo en una rampa de dosificación, Microtrac ha desarrollado dispositivos que permiten una alimentación sin problemas para la medición incluso con polvos de café que no fluyen bien.

El tueste de los granos de café influye en su fragilidad. El café molido procedente de granos frágiles suele estar formado por granos angulosos o puntiagudos, que dan lugar a una menor densidad de empaquetamiento en el café compactado. Tanto la distribución del tamaño como la forma de las partículas influyen en la densidad aparente, las propiedades de filtración y extracción del polvo y, por tanto, también en la calidad del café preparado.

Ambas figuras muestran que el CAMSIZER X2 puede utilizar el análisis de imágenes para determinar simultáneamente la anchura, la longitud y el diámetro del círculo equivalente simultáneamente y presentar cada uno de ellos como sus propias curvas de distribución. Esto significa que una medición produce múltiples resultados basados en las tres definiciones diferentes de tamaño de partícula. Los resultados con respecto a estos parámetros difieren significativamente, lo que al mismo tiempo describe la forma irregular del grano; con partículas esféricas, las distribuciones serían idénticas para las tres definiciones de tamaño.

En comparación, el resultado de la difracción láser, que supone que las partículas son esféricas, solo proporciona un promedio sobre la anchura y la longitud de las partículas. Así pues, la distribución obtenida por difracción láser se aproxima más a la definición de "diámetro equivalente al círculo" del análisis de imagen, pero con una mayor amplitud. En los dos ejemplos, los valores medios (d50) son bastante comparables, y lo mismo ocurre con el porcentaje de finos < 200 µm. Por tanto, la difracción láser es bastante capaz de caracterizar el café en polvo de forma razonablemente fiable.

Sin embargo, la detección correcta de la fracción gruesa es difícil. Como los ángulos de difracción se hacen más pequeños con el aumento del tamaño de las partículas, resulta más difícil medirla. Por tanto, la resolución de los instrumentos es inevitablemente menor para las partículas grandes. Además, es posible que pequeñas cantidades de partículas de gran tamaño no generen suficiente señal para ser representadas en los resultados.

Esto queda especialmente claro en el ejemplo de la segunda figura: el análisis de imagen encuentra partículas de hasta 2 mm de longitud, ¡el resultado del láser no muestra ninguna partícula > 1200 µm!

El problema del análisis por tamizado del café en polvo es la mala tamizabilidad del producto. El contenido de aceite provoca inevitablemente la formación de grumos, la adhesión al marco del tamiz y la obstrucción de las mallas del tamiz. En todo caso, por debajo de 200 µm debe utilizarse el tamizado por chorro de aire.

Todo ello representa un gran consumo de tiempo para determinar una distribución de tamaños que finalmente no comprende más de ocho puntos de datos (= número de tamices utilizados). Una comparación con el análisis dinámico de imágenes muestra que los datos de los tamices se ajustan muy bien a la definición de tamaño "anchura de partícula".

Esto se debe a que los granos se alinean durante el proceso de tamizado de modo que atraviesan un tamiz con su área de proyección más pequeña posible. Por tanto, el análisis por tamizado tiende a determinar la anchura de las partículas. De ello se deduce, además, que la comparación entre el análisis por tamizado y la difracción láser para partículas de forma irregular, como el café en polvo, difícilmente puede realizarse de forma significativa y fiable.