estructura celular del cafe organico y tradicional y su relacion con la ...

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REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 38, No. 3, 2006 directamente en el diseño de cualquier proceso térmico ya que están involucradas en la transferencia de masa y energía térmica, y tienen una estrecha relación con la estructura celular y química de los materiales. Normalmente se utilizan modelos basados en la composición básica de los materiales (alimentos, proteínas, aceites, agua, etc.) para calcular indirectamente estas propiedades [i], una de estas es la difusividad térmica, propiedad clave para el análisis del transporte de calor por conducción en los materiales. Se sospecha una diferencia notoria en la estructura celular y química entre el café orgánico y el tradicional, las cuales pueden ser corroboradas teniendo conocimiento de las propiedades termofísicas correspondientes; además, el conocimiento de estas es de vital importancia para el diseño y construcción de procesos óptimos de torrefacción. Con la técnica FA de celda abierta como herramienta no destructiva [ii], es posible estimar de manera directa la difusividad térmica, α, de materiales orgánicos e inorgánicos, ópticamente opacos o transparentes, en estado sólido, líquido o gaseoso [iii]. Este parámetro de transporte térmico es único para cada material y por ende está relacionado con su microestructura y composición química [iv, v] En este trabajo se reportan microfotografías y medidas de difusividad térmica del café verde orgánico y tecnificado. Estos resultados muestran una clara diferencia que puede ser utilizada como herramienta para procesos de certificación internacional. 2. Materiales, métodos y experimentación Las muestras de café orgánico en fruto, de la variedad caturra fueron recolectadas de una finca orgánica certificada del departamento del Quindío (municipio de Salento) ubicada a 1700 m sobre el nivel del mar, y las de café tecnificado de una finca cercana a esta. Estas muestras fueron beneficiadas utilizando el método húmedo convencional [4] hasta alcanzar una humedad de 11 % [5]. Finalmente a los granos de café verde en almendra, seleccionados para medir difusividad, se les hizo un proceso de adelgazamiento hasta alcanzar espesores de capa externa de aproximadamente 600 µm, conservando la forma superficial convexa del grano. Para las medidas de difusividad térmica, se utilizó la técnica FA con una configuración convencional de celda abierta detallada en trabajos anteriores [vi]. La observación de la estructura celular a través de microfotografías, requirió cortes horizontales a mano alzada con un bisturí a los granos de café en almendra orgánico y tradicional, alcanzando espesores aproximadamente de 100 µm los cuales fueron teñidos con lugol con el fin de tener una imagen. Los cortes se observaron con un microscopio óptico utilizando aumentos de 100X y 40X, finalmente estas imágenes fueron analizadas en el programa Motic Images 2000 1.3. Ink para evaluarlas cuantitativa y cualitativamente. 3. Resultados y discusión Dos de las cuarenta microfotografías tomadas por medio de un microscopio óptico a diferentes muestras de granos verdes de café orgánico son mostradas en la figura 1; en todas ellas se observaron células con tejidos y paredes muy bien definidas, con espacios intercelulares en promedio de 3.9±0.1µm y áreas de 25.2± 0.2µm 2 . En el café tradicional, por el contrario, fueron observados tejidos con células de formas irregulares, ausencia de pared celular, cambios bruscos en los espacios intercelulares, de tal forma que las células se encuentran dispersas por todo el tejido con muy poco orden como se muestra en la figura 2. 1107
REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 38, No. 3. 2006 Figura No.1 Células de café orgánico en aumento de 100X Figura No.2 Células de café tecnificado en aumento de 100X Las diferencias presentadas en la estructura celular pueden ser confirmadas midiendo las propiedades termofísicas correspondientes para cada tipo de café. En la tabla 1 se presentan una serie de medidas de difusividad térmica tomadas para muestras de café orgánico y tradicional por medio de la técnica FA. El análisis estadístico realizado para estas medidas, considerando tanto los valores obtenidos del criterio de ajuste de la amplitud, como del criterio de retardo en la fase de la señal FA [vii], muestra una diferencia del valor promedio de la difusividad térmica, ratificando el análisis antes realizado con las microfotografías. Tabla No.1. Valores de difusividad térmica encontrada para café orgánico y tradicional Muestra Café tradicional Café orgánico Frecuencia de Corte Espesor (cm) Difusividad térmica (amplitud) (cm 2 /s) 1108 Difusividad térmica (fase) (cm 2 /s) 0,17109 0,0568± 0.0002 0,0017± 0.0001 0,00177± 0.00001 0,14952 0,0602± 0.0002 0,0017±0.0001 0,00170± 0.00001 0,18939 0,0599± 0.0001 0,0021±0.0002 0,00199± 0.00001 0,16384 0,0592± 0.0001 0,0018±0.0001 0,00181± 0.000003 0,14906 0,0594± 0.0001 0,0017±0.0001 0,00166± 0.000004 0,17519 0,0596± 0.0001 0,0020±0.0002 0,00193± 0.000004 0,16117 0,0597± 0.0001 0,0018±0.0001 0,00192± 0.000003 0,1444 0,0600± 0.0001 0,0016±0.0002 0,00163± 0.000003 0,13075 0,0591± 0.0001 0,0014±0.0001 0,00158± 0.000002 0,1412 0,0594± 0.0001 0,0016±0.0001 0,00175± 0.000003 0,17268 0,0594± 0.0001 0,0019±0.0001 0,00195± 0.000002 0,23855 0,0578± 0.0002 0,0025± 0.0001 0,00262± 0.00002 0,23879 0,0583± 0.0002 0,0026±0.0001 0,00268± 0.00002 0,16688 0,0607± 0.0001 0,0019± 0.0001 0,00193± 0.00001 0,18239 0,0605± 0.0002 0,0021± 0.0002 0,00212± 0.00001 0,19011 0,0602± 0.0002 0,0022± 0.0002 0,00218± 0.00001 0,2028 0,0595± 0.0002 0,0023± 0.0003 0,00232± 0.00001 0,18859 0,0598± 0.0002 0,0021± 0.0002 0,00205± 0.00001 0,19328 0,0598± 0.0002 0,0022± 0.0003 0,00209± 0.00001 0,18224 0,0599± 0.0001 0,0021± 0.0001 0,0022± 0.000001 0,19608 0,0589± 0.00002 0,0021± 0.0001 0,00215± 0.000001 0,18634 0,0592± 0.00004 0,0021± 0.0002 0,00204± 0.000002 0,0018± 0.00004 0,0022±0.00004 Difusividad promedio (cm 2 /s) En La figura 3 se muestra el histograma realizado para las medidas de difusividad térmica tomadas a muestras de café tradicional y orgánico, para estas ultimas se observa una homogeneidad en la concentración de los datos en el rango de 0.0020 cm 2 /s a 0.0022 cm 2 /s, la
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