Sobre la valorización de los subproductos del café: fermentación en estado sólido y destilación

Presentado por Chad O'Neill, maestro destilador de VILE CORP, Ontario Canadá.

6 de julio de 2019, publicado el 4 de noviembre de 2021

Resumen:

Presentamos un método novedoso de producción de alcohol para bebidas a partir de la pulpa de café que es accesible con un coste y una complejidad mínimos para los agricultores y que no utiliza agua adicional. La materia de desecho de este proceso puede utilizarse para iniciar cultivos de hongos comestibles o para la recuperación de biogás y promete remediar completamente los residuos de café.

Introducción:

La necesidad de aumentar los ingresos de la producción de café es importante en este competitivo mercado de productos básicos, al igual que la necesidad de minimizar los daños ecológicos causados por el procesamiento de este cultivo. 

"Se podrían producir 418 botellas de 750ml de alcohol al 40% por hectárea de terreno suponiendo que se produzcan 1,44 toneladas de café por hectárea.

- Galanakis 2017 "Manual de subproductos del procesamiento del café -Aplicaciones sostenibles" p227

Esta cifra se basa en el contenido de azúcar de los subproductos y refleja la cantidad potencial de alcohol que puede producirse por hectárea de cultivo; en zonas de cultivo con más o menos árboles/a esa cifra aumenta o disminuye en consecuencia. Para ello se utilizan los métodos tradicionales occidentales de fermentación en un líquido, que requieren el uso de grandes recipientes de fermentación que puedan contener agua y el uso de grandes recipientes de destilación que puedan mantener este líquido bajo presión. 

VILE CORP ha desarrollado un destilador continuo que elimina la necesidad de contar con un gran recipiente de destilación, ya que puede hacer pasar el líquido fermentado por una máquina que lo divide en agua y alcohol de 50% a 60% de volumen de alcohol (ABV), que luego puede transportarse a una instalación para su redestilación, purificación, embotellado, etc. El destilador continuo funciona con una potencia de 10.000 vatios, ocupa un espacio de 60 cm por 90 cm y mide aproximadamente 1,8 m de altura. Puede producir entre 20 y 25 litros por hora de alcohol de entre el 50% y el 60% a partir de un líquido fermentado con un 12% de graduación alcohólica que debe estar libre de sólidos.

Esta máquina requiere formación para su funcionamiento y, con una inversión de 20.000 dólares canadienses, puede estar fuera del alcance de muchos agricultores. También hay que tener en cuenta que se necesitan grandes recipientes de fermentación, así como bombas y sistemas de filtración.

Aumentar la producción de alcohol hasta un tamaño que los pequeños agricultores puedan permitirse parece ser una preocupación importante. Para convencer a los pequeños agricultores de que adquieran recipientes de fermentación y destilación, es probable que se necesiten subvenciones del gobierno o de las agencias de desarrollo. Parece que, en lugar de aumentar la inversión de capital por parte de los agricultores, sería más eficaz aumentar los costes de la mano de obra. Dado que gran parte de la producción de café se realiza en laderas que desaconsejan los métodos de producción mecanizados en favor de los métodos de producción humanos (a mano), sigamos en esta línea.

Metodología:

La bebida alcohólica más consumida en el mundo se llama Baiju y se produce y se consume íntegramente en China utilizando antiguos métodos rústicos que se aplican directamente a nuestras preocupaciones de fermentación del café. Estos métodos implican costes de mano de obra y son muy bajos en costes de maquinaria. Además, consumen muy poca agua y no es necesario un recipiente de fermentación hermético ni un complejo aparato de destilación.

Para más información sobre la producción de Baiju, consulte

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924224416303995

A continuación se presenta una descripción simplificada de la fermentación/destilación de los subproductos de la producción de café mediante un proceso similar al del Baiju.

Inmediatamente después del despulpado, la pulpa de los hollejos de las cerezas, el mucílago y cualquier otro producto fermentable disponible debe combinarse con la levadura de vino* que se ha inoculado en gran cantidad en otro sustrato sólido como cáscaras de arroz, vermiculita y pulpa previamente inoculada. Esta pulpa puede mezclarse a mano o con una máquina de jardinería en un montículo sobre una fosa poco profunda forrada con plástico pesado u otro material inerte. Una vez que se haya mezclado adecuadamente y se considere que el contenido de humedad es el correcto, se cubrirá completamente con plástico pesado y se lastrará en los bordes para evitar la entrada de oxígeno.

La fermentación en estado sólido es básicamente un montón de compost anaeróbico donde el microorganismo activo es la levadura.**

La levadura fermentará los azúcares disponibles, produciendo CO2 que escapará a través de un cierre en la parte superior del plástico. La levadura producirá etanol que empapará el sustrato sólido junto con el agua.

Una vez finalizada la fermentación, se retira la capa superior de plástico y se sustituye por un cilindro de chapa que rodea todo el montículo. El cilindro está rematado por una tapa hermética con forma de cono que conduce a un condensador que enfriará el vapor de alcohol. Este aparato se parece a un silo de grano de fondo plano. El vapor procedente de una caldera externa se inyecta en el cilindro, calentando el sustrato y haciendo que el alcohol se vaporice y salga al exterior para ser enfriado por el condensador.

El alcohol se recogerá en barriles y se transportará a una destilería central para su redestilación, purificación y embotellado.

El sustrato de pulpa restante se ha esterilizado, desazufrado y se ha eliminado una parte importante de su nitrógeno. Esto reducirá en gran medida la demanda de oxígeno, limitando la contaminación. Se puede sacar con una pala como un sólido en lugar de bombearlo como un lodo desordenado. De hecho, en este punto se convierte en un sustrato ideal para el cultivo de hongos.***

Alternativamente, en lugar de intentar la producción de setas, el agricultor podría producir biogás**** con el mismo aparato de silo, siempre que se puedan cubrir los costes de inversión relativamente altos. Este gas podría utilizarse para encender la caldera, otros equipos o convertirse en electricidad.

Notas:

El método de estado sólido descrito es óptimo para un método de separación mecánica que limita la cantidad de agua utilizada en el proceso de separación. Si el método de separación mecánica separa el mucílago de las pieles, esto proporciona un mejor control sobre el proceso, pero no debería ser necesario.

- La producción de alcohol funcionará con el método húmedo de procesamiento del café si podemos limitar la cantidad de azúcar que se pierde en el agua de lavado y evitar que comience la fermentación natural.

- La producción de alcohol funcionará con el método seco, ya que hay suficiente mucílago seco y azúcar en los residuos que se eliminan de los granos secos.

- El método de estado sólido descrito parece óptimo para el método de procesamiento de la miel. Si se enjuaga suavemente o se cuece al vapor una parte del mucílago de los granos húmedos antes de su secado, esta agua endulzada también sería valiosa en el método en estado sólido.

- El agua que se ha utilizado para flotar y lavar las cerezas enteras puede reutilizarse como agua de caldera para generar vapor y como agua de refrigeración para condensar el alcohol. El agua de refrigeración puede reutilizarse para lavar las cerezas.

- Para evitar que las levaduras y las bacterias silvestres infecten el sustrato, deben utilizarse productos químicos sencillos, como el metabisulfito de potasio, en distintos momentos del proceso de producción

- Una de las principales ventajas del proceso de fermentación en estado sólido es que el agricultor no necesita trasladar la pulpa de un recipiente a otro. Lleva el recipiente (silo) al montículo de pulpa. Esto significa que el silo puede ser trasladado cada día a un nuevo montículo, procesando cada uno de ellos a su vez, y el agricultor sólo necesitaría un pequeño número de silos en función del tamaño de su producción diaria de pulpa.

- El agricultor puede cobrar en función de la cantidad de alcohol que entrega y de la cantidad de setas que produce. Se trata de productos tangibles con un retorno inmediato.

- Los barriles de alcohol entregados a una destilería central pueden ser refinados en una bebida alcohólica única y agradable que expondrá al mundo a un tipo de espíritu completamente nuevo. No sólo un país cafetero se mostraría a la vanguardia de la permacultura y la agricultura sostenible, sino que también sería posible que el país creara un control de denominación de origen similar a como sólo México puede producir tequila y sólo una región de Francia puede producir champán. Esto requiere que ese país encabece la producción de esta bebida espirituosa de cáscara y sea el primero en el mercado mundial con esta bebida.

- A VILE CORP le gustaría mucho contribuir a que esto ocurra. Estaríamos encantados de visitar una plantación de café y desarrollar una instalación de producción piloto para probar la eficacia de la fermentación y destilación en estado sólido.

*https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261911005162

**http://www.biochemsoctrans.org/content/17/2/424

***https://www.researchgate.net/publication/267935608_MUSHROOM_CULTIVATION_ON_COFFEE_PULP_
Producción_comercial_y_comercialización_de_hongos_comestibles_cultivados_en_pulpa_de_café_en_México

****https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890413003889

Véase también: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0023643813002065