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Title:
DEVICE FOR ROASTING COFFEE BEANS AND RELATED METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/111085
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to food industry processes, specifically those involving methods for roasting coffee beans and similar products by means of hot air. The invention provides a method and device for roasting coffee, for carrying out a process of roasting coffee beans under an automatic or semiautomatic control system, allowing a repeatable process to be obtained, which process ensures the uniformity of the roasting of the coffee beans, under highly hygienic conditions, as the device provided in the invention is easily dismantlable, facilitating the regular cleaning thereof, thereby preventing the beans from being contaminated and/or harmful compounds from being produced, such as the products of pyrolysis, which are commonly present in traditional roasters.

Inventors:
ARRIOLA GUEVARA ENRIQUE (MX)
GUATEMALA MORALES GUADALUPE MARÍA (MX)
RODRÍGUEZ GONZÁLEZ ERNESTO (MX)
VIRGEN NAVARRO LUIS (MX)
RUÍZ PALOMINO HARO PRISCILLA (MX)
Application Number:
MX2017/000147
Publication Date:
June 21, 2018
Filing Date:
December 11, 2017
Export Citation:
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Assignee:
CENTRO DE INVESTIG Y ASISTENCIA EN TECNOLOGIA Y DISENO DEL ESTADO DE JALISCO A C (MX)
UNIV GUADALAJARA (MX)
International Classes:
A23F5/00; A23F5/04; A23N12/00; A23N12/08; F26B3/02; F26B17/00; F26B17/10
Domestic Patent References:
WO2012059484A22012-05-10
Foreign References:
KR101448008B12014-10-13
DE3437432A11986-09-18
MX2007016571A2009-06-19
US20090304886A12009-12-10
CA2877327A12013-12-27
JPH01141550A1989-06-02
KR101499513B12015-03-18
Attorney, Agent or Firm:
AGUILAR NAVARRO, Carlos Omar et al. (MX)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Un aparato para el tostado de los granos de café caracterizado porque comprende un gabinete de soporte o estructura 9 que aloja y sostiene a un módulo tostador 1 en conexión, mediante un tubo de alimentación 17, con una tolva de alimentación 10 para alimentar los granos de café verde, previamente pesados, al módulo tostador 1 , y en conexión con un ciclón 13 mediante un codo de conexión 20 y un tubo de entrada 21 al ciclón; la estructura 9 incluye además una abertura que es el área de recolección 15 de los granos de café tostado; e incluye también un panel de control 7 con un algoritmo de programación adaptado para controlar los parámetros y condiciones para el tostado del grano de café; adicionalmente, la estructura aloja y soporta a dos rotámetros 6, dos reguladores de presión (o flujo) 3, una resistencia eléctrica 5, un tubo vortex 4, un termopar 8, válvulas, tuberías y conexiones eléctricas.

2. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la estructura 9 tiene opcionalmente cuatro ruedas 14 que facilitan su movilidad.

3. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la estructura 9 comprende opcionalmente una estructura similar a un armazón con una o más paredes y un anaquel o plataforma.

4. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el módulo tostador 1 es una placa metálica doblada en forma semi-triangular con filos redondeados en los dobleces formando un cuerpo piramidal de base rectangular, que constituye el cuerpo de una cámara de tostado 16.

5. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque en el centro de la cara superior de la base de la cámara de tostado hay un barreno pasado 29 (perforación) en el que se conecta mediante el tubo de alimentación 17 el extremo inferior de la tolva de alimentación 10.

6. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque en la cara superior de la cámara de tostado 16 hay un segundo barreno pasado 30 que se utiliza para conectar en serie un tubo de salida 19 de cascarilla de café, un codo de conexión 20 al ciclón 13 y un tubo de entrada 21 al ciclón 13.

7. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque a lo ancho de la cámara de tostado 16 se amolda una malla de acero inoxidable 22 que permite la salida de la cascarilla de café, para evitar que los granos de café en proceso de tostado sean arrastrados, y que impide además el incremento de la presión dentro de la cámara de tostado 16.

8. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con una de las reivindicaciones 4-7, caracterizado porque tanto la cara frontal como la cara posterior del cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16 tienen forma trapezoidal para que en la zona inferior de dicha cámara de tostado se concentren por efecto de gravedad los granos de café.

9. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque en el centro de la parte externa de la cara posterior de la cámara de tostado 16 hay un sujetador 23 para soportar el módulo tostador 1.

10. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la cara posterior de la cámara de tostado 16 tiene en su extremo inferior una pendiente que obliga a los granos de café a converger a la base del cuerpo piramidal.

11. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la cara posterior de la cámara de tostado 16 tiene además otro barreno pasado 31 en su centro, que permite la conexión a un tubo de descarga 24 de los granos de café tostado.

12. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con una de las reivindicaciones 4-11 , caracterizado porque la punta del cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16 se ubica en el extremo inferior del módulo tostador 1, y cuenta en su centro con un barreno pasado 32 que conecta la cámara de tostado 16 con una boquilla de entrada de aire 25.

13. Aparato para el tostado de los granos de cafó de conformidad con una de las reivindicaciones 4-12, caracterizado porque el módulo tostador 1 comprende también una tapa lateral izquierda 26, de forma semi-tríangular que se acopla lateralmente al cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16, y que cuenta con broches que permiten que sea desmontada para las acciones de la limpieza; y una tapa lateral derecha 28 del cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16.

14. Aparato para el tostado de ios granos de café de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque en la cámara de tostado 16 se encuentra una placa vertical divisora 27, unida por su extremo derecho la tapa lateral derecha 28 del cuerpo piramidal y por su extremo izquierdo a la tapa lateral izquierda 26; los extremos superior e inferior de dicha placa vertical divisora 27 están próximos a la punta y a la cara superior respectivamente del cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16.

15. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la placa vertical divisora 27 se encuentra paralela y próxima a la cara frontal de la cámara de tostado 16 formando un "circuito interno" en el que recirculan los granos de café en proceso de tostado al ser impulsados desde la zona inferior de la cámara de tostado 16 hasta la cara superior por medio del aire que entra por la boquilla de entrada de aire 26.

16. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la boquilla de entrada de aire 25 permite la entrada de aire caliente proveniente de la resistencia eléctrica 5 durante la etapa de tostado.

17. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la boquilla de entrada de aire 25 permite la entrada de aire frío proveniente del tubo de vortex 4 durante la etapa de enfriamiento.

18. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la tolva de alimentación 10 contiene marcas para tres niveles de carga permitidos por el equipo: 500, 1000 y 1500 g.

19. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el tubo de alimentación 17 se encuentra opcionalmente en la parte superior de una placa inclinada 18 que se sujeta desde una pared lateral derecha y una pared lateral izquierda.

20. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la placa 18 se inclina con diversos ángulos para permitir, impedir o regular la alimentación de los granos de café a la cámara de tostado.

21. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con una de las reivindicaciones 1-20, caracterizado porque incluye un sistema de control automático constituido por el panel de control 7 en asociación con elementos para el control y ajuste automático de los parámetros y condiciones especificas para realizar el tostado de los granos de café, incluyendo dichos elementos: tabletas de programación, panel de operación embebido en un monitor, software integrado, y un sistema de monitoreo acoplado a una computadora para ejecutar las acciones de operación.

22. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque en caso de aforamiento o sobretueste de los granos de café, el sistema de control automático cuenta con un botón de paro de emergencia 11 que permite apagar la resistencia eléctrica 5, para desviar el aire que sale de ésta hacia el exterior por medio de una válvula de tres vías con actuador 12.

23. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con una de las reivindicaciones 1-20, caracterizado porque incluye un sistema de control semiautomático que permite al usuario controlar manualmente los parámetros y condiciones especificas para realizar el tostado de los granos de café. 24. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque en el sistema de control semiautomático se incluye el panel de control 7 en asociación con elementos tales como: controladores de temperatura; temporizadores; y panel de operación para ajusfar los temporizadores de manera manual.

25. Aparato para el tostado de los granos de café de conformidad con una de las reivindicaciones 23-24, caracterizado porque el sistema de control semiautomático incluye válvulas solenoides 2 y temporizadores acoplados.

26. Un método para llevar a cabo un proceso automático o semiautomático de tostado de los granos de café, mediante el sistema de control automático/semiautomático del aparato para el tostado de los granos de cafó de las reivindicaciones 1-26, caracterizado porque incluye las etapas y los pasos siguientes:

e) Seleccionar v limpiar el grano, utilizando granos de café verde sin endocarpio ("café pergamino") provenientes ya sea de la vía húmeda o de la seca; con un color de grano de acuerdo con los parámetros del espacio de color CIE 1976, de entre 17.8 y 24.2 para L*. entre 0.4 y 1.3 para a* y entre 4.5 y 11.6 para o* y con dimensiones en milímetros para el grano en el rango de 7.9 a 11.6 de largo, de 4.7 a 8.6 de ancho y de 2.3 a 5.5 de espesor;

f) Preparar v cargar el aparato para el tostado de los araños de café, mediante la ejecución de los pasos siguientes:

i. pesar la carga de materia prima a tostar;

ii. alimentar el aparato abriendo la válvula que separa la tolva de alimentación 10 del módulo tostador 1 para permitir el llenado por gravedad; g) Seleccionar el tipo de tostado, después de realizar la carga se llevan a cabo las acciones que se describen en los pasos siguientes:

i. seleccionar en el panel de control 7 el grado de tueste deseado y el nivel de carga alimentado en la tolva de alimentación 10;

ii. fijar los puntos de ajuste para la temperatura del aire de tostado para que, dependiendo del grado de tueste, se ejecute el programa de temperaturas para las fases de secado, tostado y enfriamiento del proceso de tostado de los granos de café; iii. fijar la presión de aire para cada fase del proceso de tostado de los granos de café del paso (ii);

iv. fijar los rangos de tiempo de trabajo en cada una de las fases de secado, tostado y enfriamiento del proceso de tostado de los granos de café;

h) Descargar, los granos de café tostados por la parte inferior del módulo tostador 1, a través del área de recolección 15, al finalizar las fases de secado, tostado y enfriamiento, del proceso de tostado de los granos de café.

27. Método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque en la etapa (a) la medición del color se lleva a cabo utilizando el iluminante Des con un observador patrón a 20°.

28. Método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque en la etapa (b), el nivel de carga de materia prima que se alimentará en la tolva de alimentación 10 se selecciona de 500g, 1000g y 1500 g.

29. Método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque en el paso (i) de la etapa (c) el grado de tueste se selecciona de:

1 = tostado claro;

2 = tostado medio;

3 = tostado oscuro.

30. Método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque en el paso (ii) de la etapa (c) el programa de temperaturas para las fases de secado, tostado y enfriamiento del proceso de tostado de los granos de café es:

1) secado: entre 300 y 500°C¡

2) tostado: entre 300 y 500"C;

3) enfriamiento: entre -10 y 10eC;

31. Método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque en el paso (iii) de la etapa (c) los flujos de aire se ajustan a un rango de entre 2.0 y 3.5 kgVcm2 en el secado y el tostado, para asegurar un caudal que oscile entre 100 y 140 L/min.

32. Método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque el flujo de aire se ajusta a 1.5 kgf/cm2 una vez que la temperatura del grano alcanza los 180°C.

33. Método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque en el paso (iv) de la etapa (c) los rangos de tiempo de trabajo en cada una de las fase de secado, tostado y enfriamiento del proceso de tostado de los granos de café, se fijan de la siguiente manera:

1) Secado: el café verde, con una humedad inicial entre el 12 y 14%, se calienta entre 5 a 25 a minutos para que el grano alcance una temperatura de 180°C; 2) Tostado: el tiempo de la fase de tostado oscila entre 5 y 15 minutos, dependiendo de la temperatura del aire;

3) Enfriamiento: al terminar el tiempo de tostado, el sistema de control activa la entrada de aire frío proveniente del tubo Vortex 4 deteniendo las reacciones de tostado, y ocurre la fase de enfriamiento durante un período de entre 5 y 15 minutos.

Description:
APARATO PARA TOSTAR GRANOS DE CAFÉ Y MÉTODO RELACIONADO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con un aparato para tostar granos de café, asi como métodos asociados para el mejor tostado del grano mediante la aplicación de gases o vapores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El proceso de tostado juega un papel importante en la obtención de café de alta calidad, involucrando una serie de transformaciones físicas y químicas que impactaran en el resultado final de aroma, sabor y color del producto final.

De manera general, el tostado de café consta de dos etapas: la etapa de secado y la etapa de tostado. La etapa de secado sucede al inicio cuando la temperatura del grano se encuentra por debajo de los 160°C y se caracteriza por una pérdida importante de humedad. Cuando el grano supera la temperatura mencionada, el proceso pasa a la etapa de tostado y, al alcanzar una temperatura entre 180'C y 190°C, comienzan las reacciones de pirólisis que van acompañadas tanto de los cambios físicos característicos (color, volumen y densidad) como de la pérdida de humedad. Es en esta etapa cuando el café desarrolla sus propiedades organolépticas especificas en términos de sabor, aroma y color. Estas características se desarrollan debido a las múltiples y complejas reacciones químicas inducidas térmicamente. Inicialmente, las reacciones son endotérmicas, es decir, requieren calor, mientras que en estados posteriores del tostado las reacciones son fuertemente exotérmicas, es decir, generan calor; todo esto se traduce en que cuando las reacciones ocurren, causan que la temperatura del grano aumente rápidamente, generando CO¿ Consecuentemente, la presión generada durante el proceso crea celdas dentro del grano. Cuando termina el proceso de tostado, la presión promedio del CO2 en el grano es aproximadamente 12 atmósferas y el grano se ha expandido del 50 al 100%. Algunas evidencias tienden a mostrar que el sabor normal del café no se desarrollaría sin el aumento de presión del C0 2 (llly, 2002).

Se ha puesto asimismo gran interés en estudiar exhaustivamente las reacciones que ocurren durante el proceso de tostado para determinar los componentes importantes que generan el sabor y la calidad del café, así mismo se han estudiado los factores que afectan a dichas reacciones a fin de controlarlas. Por ejemplo, entre las transformaciones que ocurren durante el tostado se presentan cambios en algunos componentes del café verde como: celulosa, lignina, cafeína y compuestos inorgánicos que no reaccionan en forma significante. Otros componentes como la sacarosa, las proteínas, el ácido clorogénico y la trígonelina, reaccionan extensiva y parcialmente, desapareciendo casi totalmente en algunos casos. Estas desapariciones llevan a un amplio rango de reacciones cruciales para desarrollar el sabor del café (Schwartzberg, 2005). Se han encontrado cerca de mil componentes involucrados en diferentes reacciones en el tostado del café (Wang, 2012). Muchos de estos componentes sufren rupturas parciales cerca del final del proceso de tostado. Si este proceso continuara, la ruptura sería total y algunos productos serian solamente producidos -en forma significante- si se usara un tostado más largo que el normal.

Por otra parte, se ha demostrado que si el grano no es tostado a la temperatura adecuada, o si no se tuesta de manera uniforme y durante el tiempo necesario, se evita que los aceites salgan a la superficie perdiéndose el sabor característico del café, y se tiene como resultado no deseado un sabor más parecido al del cacahuate, fácilmente reconocible. Por otra parte, si el grano se tuesta a una temperatura demasiado elevada, o se prolonga demasiado el proceso, el grano tendrá un desagradable sabor carbonizado (Rivera, 2006). Más aún, el tostado bajo las condiciones mencionadas puede producir compuestos carcinógenos tales como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) (Orecchio, Ciotti, & Culotta, 2009).

Con el propósito de lograr el tostado perfecto de los granos de café, las cuestiones previamente expuestas se han tratado de resolver mediante una diversidad de métodos y aparatos, que se han dado a conocer en el estado de la técnica, y en los cuales se han contemplado características particulares de uso, variaciones en los tiempos del proceso, forma de contacto y medios de calentamiento, entre otros. Como ejemplos se pueden mencionar algunas invenciones: el documento de patente US 4169164 A, se refiere a un proceso de tostado continuo de dos etapas para el café, en el que el producto de café tostado es de baja densidad y alto rendimiento; el documento de patente US 3964175 A, describe un sistema de tostado del grano de café donde los granos de café se colocan en una cámara similar a una caja donde levitan como una masa densa, en contacto con aire caliente y gas de combustión; el documento de patente US 5681607 A, se refiere a una invención que consiste en un dispositivo que utiliza aire caliente, rayos infrarrojos lejanos, o microondas bajo consideración para el tostado de los granos de café; el documento de patente EP 2047755 A1 , que involucra tostar los granos, enfriar con una niebla de agua fría, tostar nuevamente y enfriar mediante aire acondicionado.

Se han descrito además tostadores de café que se emplean tanto para uso doméstico, o pequeña escala (US2009 0130277A1), como a escala industrial (WO2011 136632A2). En cualquiera de estos casos, el mecanismo de transferencia de calor predominante es la convección a partir de aire o vapor (US 5,681 ,607 A), gases que son calentados por medio de combustión (Ludwig, 2012) o por medio de resistencias eléctricas. Actualmente, se están considerando dispositivos que usan aire caliente, gas de combustión, rayos del infrarrojo lejano o microondas (US 7,235,764 B2; ES 2109669 T3). Se han desarrollado asimismo diferentes técnicas para realizar un mejor proceso de tostado (Álvarez, 2014). No obstante, hasta la fecha continua siendo un reto obtener un balance óptimo de sabor en el proceso de tostado del café, y los operadores expertos de tostado no pueden esperar seguir el curso de la multitud de reacciones durante el tostado. Para el control de tostado, se confían en mediciones y/o control de la temperatura-de-término-de-tostado, tiempo de tostado, color-reflejado del café tostado, pérdida de peso total, pérdida de materia seca.

Estos puntos de control, o mediciones, difícilmente indican la amplia y global extensión de las reacciones en el proceso de tostado (Eichner, 2005; Pittia, Dalla Rosa, & Leríci, 2001); sin embargo, son parámetros que al día de hoy permiten monitorear el avance de esas reacciones de manera indirecta e inmediata en tiempo real. Además, la densidad y la humedad también cambian y afectan las propiedades mecánicas del grano. La disminución del contenido de humedad afecta directamente a la textura y por consecuencia a su sabor (Pittia et al., 2001); pero, su monitoreo no es inmediato y no se puede considerar como un parámetro de control del proceso.

Por lo anterior, la invención proporcionada se refiere a un método y un aparato para el tostado de café, mediante los cuales se hace posible la realización de un proceso de tostado bajo un sistema de control automático o semiautomático que permite obtener un proceso reproducible que garantiza la uniformidad del tostado de los granos de café. Se hace posible asimismo la realización de un proceso de tostado de café bajo condiciones altamente higiénicas ya que el aparato provisto en la invención es fácilmente desmontable, permitiendo realizar limpiezas periódicas y evitando así la contaminación del grano, y/o la producción de compuestos dañinos como pueden ser los productos de la pirólisis que comúnmente se tienen en tostadores tradicionales. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un método y aparato para el tostado de los granos de café, que permite la realización de un proceso de tostado automático o semiautomático mediante la aplicación de aire caliente. El aparato está constituido por los siguientes elementos cuyos numerales se muestran asimismo en el anexo de dibujos: un gabinete de soporte o0 estructura 9, que aloja y protege los siguientes elementos: un módulo tostador 1 , una tolva de alimentación 10, un ciclón 13, un panel de control 7, reguladores de presión (o flujo) 3, resistencia eléctrica 5, rotámetros 6, termopar 8, tuberías y conexiones eléctricas. La estructura 9 cuenta además con 4 ruedas que facilitan su movilidad y colocación; y tiene además una abertura que es el área de recolección 15 de los granos de café tostado.5 El aparato para el tostado de los granos de café incluye un sistema de control que comprende un algoritmo de programación adaptado al panel de control 7. En una primera modalidad de la invención, el sistema de control es un sistema de control automático constituido por el panel de control 7 en asociación con los siguientes elementos:

Tabletas de programación

Panel de operación embebido en un monitor

Software integrado

Sistema de monitoreo acoplado a una computadora para ejecutar las acciones de operación.

Válvulas de tres vías con actuador 12

Botón de paro de emergencia 11

En una segunda modalidad de la invención, el sistema de control es un sistema de control semiautomático constituido por el panel de control 7 en asociación con los siguientes elementos:

Válvulas solenoide 2

Consoladores de temperatura

Panel de operación para ajustar los temporizadores de manera manual

Temporizadores

El método para el tostado de los granos de café, de conformidad con la invención, está conformado por una serie de etapas y pasos que aseguran la realización de un proceso de tostado, automático o semiautomático bajo condiciones estandarizadas con lo que se garantiza un proceso reproducible, que proporciona uniformidad en el tostado de los granos de café. El método de la invención consiste de 4 etapas primordiales, que de manera general son:

a) Selección y limpieza del grano;

b) Preparación y cargar del aparato para el tostado de los granos de café;

c) Selección del tipo de tostado; y

d) Descarga de los granos de café tostados.

Los detalles técnicos característicos del método de la invención son descritos con mayor profundidad en el apartado de la descripción detallada de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 , corresponde a la proyección isométríca del aparato para tostar granos de café mediante la aplicación de aire.

La Figura 2, es una vista en perspectiva del panel de control 7.

La Figura 3, es una vista lateral del aparato para tostar granos de café mediante la aplicación de aire. La Figura 4, es otra perspectiva del tostador de granos de café mediante la aplicación de aire.

La Figura 5, muestra una perspectiva explosiva del módulo tostador 1 de granos de café.

La Figura 6, ilustra una vista en 3D del tostador de granos de café. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un aparato y un método para el tostado de los granos de café, en donde se reúnen las ventajas de uniformidad en el tratamiento de tostado e higiene, garantizando la "calidad" del producto. Este deseable resultado se logra, de conformidad con la invención, mediante la provisión de un aparato que ha demostrado ser un ingenioso dispositivo sin partes móviles, que incluye un sistema de control automático o semiautomático, por medio del cual se hace posible la ejecución de un método de tostado de granos de café, en el que cobra relevancia conocer y controlar no solamente la calidad de la materia prima sino también las diferentes variables de control asociadas al proceso de tostado para conseguir un producto final con atributos de color, aroma, cuerpo y sabor del café de acuerdo con los más altos estándares de calidad.

Las distintas modalidades comprendidas en la invención se entenderán mejor por medio de la descripción de las figuras y ejemplos que a manera ilustrativa se proporcionan a continuación, sin que por ello deban ser consideradas como limitantes de la naturaleza y alcance de la invención.

Como objeto primordial de la invención, se presenta un aparato que de acuerdo a lo ilustrado en las Figuras 1 a 6, comprende un gabinete de soporte o estructura 9 con cuatro ruedas 14 que facilitan la movilidad del aparato. La estructura 9 comprende un armazón con una o más paredes y un anaquel o plataforma configurada para soportar un módulo tostador 1, que le permite recolectar los granos de café tostado sin que estos toquen una superficie que contamine el grano. La estructura 9 puede ser hueco o semi-hueco, con orificios, agujeros, entablado, enjaulado u otro diseño que permita proteger los componentes dentro del mismo y que soporte el aparato sin afectar su funcionalidad. Además, el estructura 9 puede ser una pieza única o estar formado a partir de distintas piezas que al acoplarse entre sf conforman a dicha estructura 9.

La estructura 9, aloja y sostiene a un módulo tostador 1 que está compuesto de una placa metálica doblada en forma semi-triangular, que cuenta con filos redondeados en los dobleces; dicha placa metálica forma un cuerpo piramidal, de base rectangular, que constituye el cuerpo de una cámara de tostado 16 cuya cara superior es la base de dicho cuerpo piramidal y que cuenta en su centro con un barreno pasado 29 (perforación) en el que se conecta mediante un tubo de alimentación 17 y 21 el extremo inferior de una tolva 10, para alimentar los granos de café verde, previamente pesados, al módulo tostador 1; el tubo de alimentación 17 se encuentra en la parte superior de una placa inclinada 18, la cual es opcional, que se sujeta desde una pared lateral derecha y una pared lateral izquierda, la placa 18 puede inclinarse con diversos ángulos para permitir, impedir o regular la alimentación de los granos de café a la cámara de tostado. Próximo al barreno pasado central 29 de la cara superior de la cámara de tostado 16 se ubica otro barreno pasado 30 que es utilizado para conectar en serie un tubo de salida 19 de cascarilla de café, un codo de conexión 20 al ciclón y un tubo de entrada 21 al ciclón. A lo ancho de la cámara de tostado 16 se amolda una malla de acero inoxidable 22 que permite la salida de la cascarilla de café, para evitar que los granos de café en proceso de tostado sean arrastrados, y que impide además el incremento de la presión dentro de la cámara de tostado 16; tanto la cara frontal como la cara posterior del cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16 tienen forma trapezoidal para que en la zona inferior de dicha cámara de tostado se concentren por efecto de gravedad los granos de café; dicha cara posterior de la cámara de tostado en la parte extema cuenta en su centro con un sujetador 23 que sirve para soportar el módulo tostador 1, además dicha cara posterior tiene en su extremo inferior una pendiente que obliga a los granos de café a converger a la base del cuerpo piramidal; dicha cara posterior tiene otro barreno pasado 31 en su centro, que sirve para conectarle un tubo de descarga 24 de los granos de cafó tostado, provenientes de la cámara de tostado 16; la punta del cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16 se ubica en el extremo inferior del módulo tostador 1, y cuenta en su centro con un barreno pasado 32 que conecta la cámara de tostado 16 con una boquilla de entrada de aire 25, para permitir la entrada, durante la etapa de tostado, de aire caliente que proviene de una resistencia eléctrica 5 de tipo rocheta para calentamiento; o que permite la entrada de aire frío proveniente de un tubo de vortex 4 durante la etapa de enfriamiento. La modalidad comprende también una tapa lateral izquierda 26, de forma semi-triangular que se acopla lateralmente al cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16, y que cuenta con broches que permiten que sea desmontada para las acciones de la limpieza; una placa vertical divisora 27, cuyo extremo derecho se une a una tapa lateral derecha 28 del cuerpo piramidal y su extremo izquierdo se une a la tapa lateral izquierda 26 operablemente unida al interior del cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16; los extremos superior e inferior de la placa vertical divisora 27 se encuentran próximos a la punta y a la cara superior respectivamente del cuerpo piramidal de la cámara de tostado 16; la placa vertical divisora 27 se encuentra paralela y próxima a la cara frontal de la cámara de tostado 16 para formar un "circuito interno" por donde se recirculan los granos de café en proceso de tostado que son impulsados desde la zona inferior de la cámara de tostado 16 hasta la cara superior por medio del aire (caliente o frío, dependiendo de la etapa en que se encuentre del proceso) que entre a la cámara de tostado por la boquilla de entrada de aire 25 en la base. El módulo tostador 1 se conecta a un ciclón 13, que permite la recolección de cascarilla de café generada durante el proceso de tostado a fin de eliminar los polvos finos producidos por la fricción. La estructura 9 incluye además una abertura que es el área de recolección 15 de los granos de café tostado.

Además, en la estructura 9 está incluido un panel de control 7 que tiene adaptado un algoritmo de programación. El panel de control 7 permite controlar las condiciones bajo las cuales se lleva a cabo el tostado de grano de café para obtener la calidad deseada. En este panel de control se fijan los puntos para la temperatura del aire de tostado dependiendo del grado de tueste que se desee alcanzar. Los rangos de temperatura para el secado deben establecerse entre 300 y 500°C, para la etapa de tostado entre 300 y 500°C y para el enfriamiento entre -10 y 15°C. También se fija la presión de aire necesaria para cada fase. Para este fin de ajusfar los flujos de aire, se utilizan dos rotámetros 6 que están localizados debajo del panel de control 7, y dos reguladores de presión (o flujo) 3 dispuestos en una posición inferior a los rotámetros 6. Se emplean entre 2.0 y 3.5 kg«/cm 2 en el secado y el tostado. Las presiones anteriores asegurarán un caudal que oscile los 140 LJmin. Una vez que la temperatura del grano alcanza los 180°C, ésta podría disminuirse hasta 1.5 kgi/cm 2 para mantener la integridad del grano, manteniéndose así hasta el fin del proceso de enfriamiento. Otro de los rangos a controlar con el panel de control 7 son los tiempos de trabajo para cada etapa.

En la etapa de secado el café verde, con una humedad inicial entre el 12 y 14%, se calienta entre 5 a 25 a minutos, que es el tiempo en el que el grano alcanza una temperatura de 180°C. Una vez que el grano alcanza los 180°C, el tiempo de la fase de tostado oscila entre 5 y 15 minutos, dependiendo de la temperatura del aire. Cuando ha transcurrido el tiempo de tostado el sistema automáticamente frenará el suministro eléctrico a la resistencia para frenar el calentamiento y activará la entrada de aire frío, el cual se enfría mediante el uso del tubo Vortex 4 acoplado al sistema. El aire frío tiene la función de frenar las reacciones de tostado. La fase de enfriamiento tiene una duración entre 5 y 15 minutos.

El aparato deberá tener un compresor de no menos de 7 hp, capaz de suministrar al menos 4 kgi/cm 2 .

Un aspecto muy importante de una primera modalidad de la invención, es la facilidad para controlar, de manera automática, el proceso una vez que se alimenta la información en un panel de control sobre el peso de la carga y el tipo de tostado que se desea. Un sistema de control incluido en el aparato de actuará de manera automática por medio de un conjunto de programas y sistemas de adquisición y almacenamiento de datos, seleccionando los tiempos del proceso a las condiciones adecuadas. En este caso, el sistema de control automático se constituye por el panel de control 7 al cual se asocian elementos que permitirán el ajuste y control de manera automática de los parámetros y condiciones específicas bajo las cuales se habrá de llevar a cabo el tostado de café para obtener la calidad deseada. Entre dichos elementos se incluyen: tabletas de programación; panel de operación embebido en un monitor; software integrado; y un sistema de monitoreo acoplado a una computadora para ejecutar las acciones de operación.

De acuerdo con esta primera modalidad de la invención, en el caso de una eventualidad (aforamiento o sobretueste del producto), con un botón de paro de emergencia 11 se apaga la resistencia eléctrica 5, para desviar el aire que sale de ésta hacia el exterior por medio de una válvula de tres vfas con actuador 12.

En una segunda modalidad de la invención, el usuario puede controlar manualmente el proceso. Para este aspecto de la invención, los tiempos de cada etapa como las temperaturas se fijan manualmente por el usuario dándole mayor versatilidad al proceso de tostado y, por ende, a las características del producto final. El usuario puede guiarse utilizando una tabla de sugerencia de tiempos y temperatura del aire para el grado de tueste. En este caso, el sistema de control es semiautomático con válvulas solenoides 2 y temporizadores acoplados, de manera tal que, siguiendo una "tabla de usuario" (que indique tiempos de secado, tostado y enfriamiento con su correspondiente porcentaje de abertura de los temporizadores). En el sistema de control semiautomático, se tiene una configuración en la cual al panel de control 7 se asocian elementos como: controladores de temperatura; temporizadores; y panel de operación para ajusfar los temporizadores de manera manual.

Como se ilustra en las figuras 1 , 3, 4 y 6, en la estructura 9 se fijan y protegen el módulo tostador 1 , el panel de control 7, el ciclón 13, los rotámetros 6, la resistencia eléctrica 5, el tubo vortex 4, un termopar 8, las válvula solenoides 2, la válvula de tres vfas con actuador 12, los reguladores 3, los rotámetros 6, y tubería y conexiones eléctricas. Aunque en las figuras 1, 4 y 6 se aprecia una distribución en L, el aparato para el tostado de los granos de café, de conformidad con la invención, puede tener no obstante cualquier conformación adecuada, tal como una conformación cilindrica, esférica, semiesférica, prismática, etc. que pueda soportar y/o proteger uno o más componentes.

Un segundo objeto primordial de la invención, consiste en proporcionar un método para el tostado de los granos de café, en el cual se define la relación de tiempos de tostado, con flujos de operación y temperatura del aire que deben ser utilizadas en las diferentes etapas del método. Ésta información es alimentada ya sea al sistema de control automático, o bien al sistema de control semiautomático, del aparato para el tostado de los granos de café de la invención, para permitir un proceso de tostado automatizado o semi-automatizado, en el que se aseguran los mejores atributos de color, aroma, cuerpo y sabor del café conforme a los más altos estándares de calidad.

Diversas formas de realización del método de la invención pueden emplearse para tostar grano de café utilizando las distintas modalidades del aparato tostador de granos de café descrito en este documento y mostrado en las Figuras, ya sea mediante control automático o control semiautomático de los parámetros y condiciones de las distintas etapas del proceso de tostado. Estas acciones pueden realizarse a través del uso del panel de control 7 con un menú de opciones, integrado con botones de acción hacia un sistema de control que ajusta tiempos, temperaturas, presiones y flujos de acuerdo a la, o las opciones seleccionadas. A manera ilustrativa, más no limitativa se establecen a continuación, la generalización de los 4 pasos primordiales del método de la invención para el tostado del grano de café: a) Seleccionar v limpiar el grano. Es importante utilizar granos de café verde sin endocarpb ("café pergamino") provenientes ya sea de la vía húmeda o de la seca.

Considerando los parámetros del espacio de color CIE 1976, el color de los granos es de entre 17.8 y 24.2 para L*, entre 0.4 y 1.3 para a* y entre 4.5 y 11.6 para b* (utilizando el iluminante Des con un observador patrón a 20°). Las dimensiones en milímetros para el grano se encuentran en el rango de 7.9 a 11.6 de largo, de 4.7 a 8.6 de ancho y de 2.3 a 5.5 de espesor.

b) Preparar v cargar el sistema.

a. Revisar y, en su defecto, limpiar los filtros de aire y la trampa de agua que forman parte del sistema de suministro de aire.

b. Verificar que la línea de aire comprimido haya alcanzado y mantenga una presión al menos de 4 kgycm 2 .

c. Pesar la carga de materia prima a tostar. La tolva de alimentación 10 contiene marcas para tres niveles de carga permitidos por el equipo: 500, 1000 y 1500 g. d. Alimentar el sistema abriendo la válvula que separa la tolva de alimentación 10 del módulo tostador 1 para permitir el llenado por gravedad.

c) Seleccionar del tipo de tostado. Una vez realizada la carga se selecciona en el panel de control el grado de tueste y la carga alimentada. El sistema de control actuará dependiendo de la opción seleccionada para obtenerse un tipo de café:

1 = tostado claro

2 = tostado medio

3 = tostado oscuro. d) Descaroar. Una vez finalizado el proceso (secado, tostado y enfriamiento), los granos de café tostados se descargan por la parte inferior del módulo de tostado; a través de la abertura de la estructura 9 que es el área de recolección 15 de los granos de café tostado (Figura 1). Obtención de un café tostado claro, medio u obscuro

Las condiciones utilizadas dependerán de la cantidad de café, la carga utilizada que puede abarcar un rango en peso de 500 a 1500 g, los rangos de caudal 115 a 125 l/min y presión de operación de 2.0 a 3.5 kg«/cm 2 . La temperatura del aire se deberá mantener entre 300 y 500°C.

El calentamiento del grano hasta el inicio de las reacciones, se lleva a cabo de la manera siguiente: los flujos de aire deben operar entre 115 y 125 l/min, dependiendo de la cantidad de la carga, los tiempos de contacto aire caliente/grano varían de 10 hasta 30 minutos, la temperatura del aire se mantiene entre 300 y 500°C. Independientemente de las condiciones de operación, la etapa de secado terminará cuando el grano de café haya llegado a una temperatura entre 180-190°C.

A partir de ese momento, inicia la fase de tostado de café; para evitar que el grano se rompa o desquebraje se tiene la opción de reducir la presión del aire fuenteante hasta 1.5 kgVcm 2 . El flujo del aire fuenteante se reducirá como consecuencia de la disminución de la presión entre tos valores de 110 y 115 l/min manteniendo su temperatura entre 300 y 500°C. En esta etapa el tiempo de residencia oscila entre 3 y 15 minutos dependiendo de la cantidad de grano de café del que se trate.

Para frenar las reacciones y concluir con el proceso de tostado, el sistema de calentamiento se suspende dando lugar al enfriamiento con el uso de un tubo Vortex 4, operado de forma tal que ofrezca un flujo de aire de entre 110 y 115 l/min a una temperatura de 0 a -10°C, durante un tiempo de 2 a 20 minutos dependiendo de la carga inicial de granos.

EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La realización del método para llevar a cabo el proceso de tostado de los granos de café empleando el aparato que conjuntamente constituye el concepto inventivo de la presente solicitud, se ilustra más claramente por medio del ejemplo no limitativo que a continuación se refiere:

El grano de café fluye a través del módulo tostador 1 para ponerse en contacto con aire a contra corriente en un rango de temperatura del aire de 200-500'C. El aire (gas fuenteante) con una presión de 2 kg»/cm 2 y un caudal entre 100 y 200 L/min, que permite el fuenteo del grano durante la etapa del tostado. Después de cierto periodo de tiempo, llamado "período de calentamiento o secado", el grado de café inicia el cambio de coloración. El tiempo de este período dependerá de la cantidad que se desee tostar (500 a 1500 g.) y de la temperatura necesaria del aire para tostar, que se inyecta al sistema a través de una boquilla de entrada de aire 25. Después de terminado el proceso de calentamiento, el grano de café alcanza una temperatura de entre 180-190°C, iniciando un periodo donde se da lugar a las reacciones. En este período de 'reacción" el flujo del aire de calentamiento es ajustado automáticamente mediante un sistema de control con válvulas actuadas 12 que regularán la presión a 1.5 kgrfcm 2 (caudal hasta 100 It/minuto), para impedir que el grano se rompa o desquebraje. Posteriormente, en el tiempo de ' enfriamiento" \a temperatura de el aire es reducida abruptamente mediante el uso de un tubo vortex 4 para frenar las reacciones y evitar que el café sobretueste. La suma de todos estos tiempos indican el tiempo total de proceso.

Se realizó un estudio afectivo para comparar los atributos sensoriales del café tostado por el método descrito, con un café tostado de una marca comercial. Los resultados obtenidos en las pruebas afectivas -de olor y sabor- de una infusión de los granos de café tostado, pruebas realizadas el 23 de junio del 2015 en el Centro universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, sobre una población de 100 panelistas no entrenados, muestran que el producto obtuvo una respuesta igualmente satisfactoria que el producto comercial.