Relación entre la actividad del agua y la reacción de Maillard en la torrefacción por Chris Kornman

Traducción de carácter educativo sin animo de lucro del articulo:

The Relationship Between Water Activity and the Maillard Reaction in Roasting

Chris Kornman | 22 de noviembre de 2017

https://dailycoffeenews.com/2017/11/22/the-relationship-between-water-activity-and-the-maillard-reaction-in-roasting/

En lo que podría ser un intento temerario de correlacionar dos de los conceptos más complicados del café, he dedicado una parte significativa de los últimos meses a examinar la relación entre la actividad del agua del café verde y la reacción de Maillard durante el tostado.

Es algo que mi colega Jen Apodaca y yo discutimos a menudo cuando analizamos cafés para la línea Crown Jewel de Royal: ¿La actividad del agua afecta el estilo de tostado? Nuestro colega de Red Fox Coffee Merchants, Joel Edwards, también ha escrito un poco al respecto. Irónicamente, de las tres razones principales por las que puede medir la actividad del agua de un café, la decisión sobre un estilo de tostado es probablemente la menos importante.

En primer lugar, la actividad del agua puede indicarle si el producto está a salvo de ser infectado por microbios. Una mayor actividad del agua predice con precisión el crecimiento de mohos, levaduras y bacterias, por ejemplo.

En segundo lugar, la actividad del agua puede ayudar, hasta cierto punto, a predecir la vida útil de los sabores de un café. Los cafés con actividad de agua (Aw) superior a 0,60 generalmente se consideran un poco más volátiles y, en determinadas condiciones de tránsito o almacenamiento, pueden comenzar a tener un sabor envejecido prematuramente.

Estas dos métricas se tratan con mayor profundidad en otros lugares, incluido este artículo de Green Coffee Analytics. Sin embargo, hay una tercera métrica que vale la pena mencionar y tiene que ver con el dorado del azúcar y la reacción de Maillard.

Una introducción muy breve a la reacción de Maillard

Es imposible exagerar la importancia de la reacción de Maillard para la ciencia de los alimentos. Este sentimiento se resume muy bien en una cita de Jean-Marie Lehn, químico ganador del Premio Nobel: "Maillard es, con mucho, la reacción química más practicada en el mundo".

La reacción de Maillard es, de hecho, una serie de muchas reacciones entre azúcares y proteínas o aminoácidos, catalizadas por el calor, que implican mucho desmontaje y reensamblaje molecular. Francamente, no comprendo muy bien la química detrás de todo esto, pero, de nuevo, tampoco el científico francés que lleva su nombre, Louis-Camille Maillard. Después de su artículo inicial en 1912, la comunidad científica tardó más de 50 años en crear un modelo preciso. En particular, el químico estadounidense John E. Hodge pudo "establecer un mecanismo" que lo explicó adecuadamente en 1953.

En última instancia, lo que la reacción de Maillard contribuye al café tostado es la complejidad del sabor, a través de los tipos de azúcares, la cantidad de acidez percibida y la estructura de la viscosidad. La reacción de Maillard es responsable nada menos que del desarrollo del carácter sensorial esencial del café.

Pequeños cambios en la aplicación de calor durante Maillard, que generalmente comienza alrededor de los 300°F/149°C y continúa hasta el oscurecimiento del azúcar (sugar browning)  durante la primera crepitación y después de ella, pueden crear un cambio dramático en el perfil del sabor. Rob Hoos ha publicado un libro sobre esto. Su teoría unificada tiene que ver con tiempos más largos durante Maillard que se correlacionan con un aumento en la viscosidad percibida.

También vale la pena destacar el otro lado de esta discusión. Creo que hay una amplia evidencia de que, en igualdad de condiciones, una duración más corta de Maillard durante el tostado del café está relacionada con un aumento en la percepción de dulzura y acidez.

Sospecho que esta percepción está relacionada con los compuestos solubles disponibles en el café tostado. Los tiempos de tueste más largos, como escribí hace unos meses, parecen disminuir la solubilidad en los cafés. Entre esos compuestos solubles hay cosas como los ácidos orgánicos (cítrico, tartárico, málico, por ejemplo) que se transformarán si se les da la oportunidad. También sabemos que a medida que los azúcares se exponen al calor, se caramelizan, formando cadenas moleculares más largas que se perciben como menos dulces que en su estado crudo de cadena corta. Reducir la exposición de ácidos orgánicos y azúcares a tiempos de tostado prolongados, especialmente durante la reacción de Maillard, puede aumentar su perceptibilidad en la taza.

A modo de ejemplo, este es un caso clásico en el que el primer tueste de Jen, la curva verde de abajo pasa por la etapa de reacción de Maillard más rápidamente, evidenciado por la tasa de aumento más pronunciada. Los sabores incluyen cítricos y otras notas frutales brillantes; el café era dulzón y tenía un cuerpo delgado. El segundo tueste, en comparación, fue más suave: notamos una acidez sutil y apagada y una viscosidad mantecosa.

Un segundo ejemplo de este principio se ilustra muy bien a continuación en una Sumatra de beneficio húmedo, donde el primer tueste de Jen (nuevamente en verde) tuvo la velocidad de reacción de Maillard más rápida. A pesar de un desarrollo posterior a la crepitacion (post-crack development: PCD) de 9 segundos más largo, una temperatura de caída de 1°F más alta y una puntuación de ColorTrack de 1 punto más oscura, presentó notas de limón, manzana, lima y cereza. El segundo tueste con 28 segundos más de tiempo de reacción de Maillard (amarillo), a pesar de un color más claro y un PCD más corto, notó azúcares complejos con ausencia de notas frutales brillantes y una cobertura en boca, lechosa y de viscosidad suave.

Estado de la relación: actividad del agua y reacción de Maillard

Entonces, ¿qué tiene todo esto que ver con la actividad del agua? Los científicos mejor que yo han demostrado que la actividad del agua tiene la capacidad de influir tanto en la velocidad como en el color de la reacción de Maillard. A medida que la actividad del agua se acerca a 0,70, en todas las sustancias, no solo en el café, la velocidad de la reacción de Maillard y el oscurecimiento del azúcar alcanzan su punto máximo. Por encima de 0,70, Maillard se ralentiza porque los reactivos se diluyen con demasiada agua libre.

La mayor parte del café por encima de 0,70 se considera menos que completamente seguro de la actividad microbiana y, en general, inestable para el transporte y almacenamiento. Por lo tanto, se desaconseja intentar maximizar la velocidad de reacción de Maillard durante el tostado aumentando la actividad del agua.

Sin embargo, la actividad del agua de un café puede informarnos un poco sobre cómo es probable que se comporte durante el tueste.

Estudio caso de la consistencia de la primera crepitación

Jen comenzó a rastrear una tendencia realmente interesante en sus tuestes semanales. Comenzó a correlacionar la predictibilidad del tiempo y la temperatura de la primera crepitación (crack: crujido, crepitación, pop) con los niveles de actividad del agua.

A continuación, veremos los datos que recopiló de dos lotes guatemaltecos de Huehuetenango, que fueron cosechados y llegaron durante períodos de tiempo similares y tenían un contenido de humedad similar, pero diferentes lecturas de actividad del agua. Después de 34 tuestes, en diferentes tamaños y en múltiples máquinas en hasta 5 ciudades diferentes, estos cafés comparables mostraron algunas diferencias notables. El café con mayor actividad de agua (~ 0.58, mostrado en puntos morados en el gráfico) experimentó una temperatura y un tiempo de la primera crepitación más consistentes que el equivalente con menor actividad de agua (~ 0.54, en verde).

Estudio de caso de la tasa de reacción y el color del tostado

El trabajo de Jen preparó el escenario para aislar un subconjunto para observarlo de cerca. Hice esto en dos rondas usando un café guatemalteco en agosto y luego un café colombiano en octubre. En ambos casos, alteré los medios de almacenamiento para afectar la actividad del agua. En el ejemplo guatemalteco, analizamos las diferencias a largo plazo entre el reenvasado del yute y el empacado al vacío en el transcurso de aproximadamente 4 meses.

El café de Colombia estuvo expuesto a una versión más extrema de reenvasado, al examinar las diferencias entre una bolsa ziplock almacenada a la sombra y un recipiente de plástico descubierto con exposición parcial al sol. Estas condiciones ocurrieron durante un período de tiempo muy corto, solo cinco días en total.

El resultado fue diferente para los dos cafés, probablemente el resultado de la duración total del experimento. Sin embargo, vale la pena señalar que, independientemente del resultado del método de envasado, se observaron constantemente tendencias relacionadas con las diferencias en las lecturas de la actividad del agua en el tostado.

Examinaremos Guatemala primero. En los tuestes de control en un tostador de muestras CoffeePro, no se realizaron ajustes de flujo de aire o gas. La reacción de Maillard se marcó a ~ 330°F/166°C (cuando el amarillamiento visible es aparente) y la primera crepitación se marcó a ~ 385°F/196°C. La temperatura de caída dependía del tiempo después de la primera fisura, medida exactamente a 70 segundos después de ~ 385°F/196°C.

La principal diferencia en estos tuestes fue la relación entre el tiempo total de tueste y la puntuación del color del grano entero, utilizando ColorTrack. Los tuestes de la muestra de alto Aw (amarillo) mostraron un cambio de color más dramático en respuesta a tiempos de tueste más largos en comparación con los tuestes de bajo Aw.

Al tostar el Colombia, utilicé un tostador de muestras Ikawa para eliminar la posibilidad de que el error del operador afectara el tiempo o la temperatura del tueste. Usando 3 curvas de tueste programadas diferente, cambié solo la cantidad de tiempo pasando de 150°C/302°F a 200°C/392°F en intervalos de 1 minuto. Debido a que el Ikawa es tan preciso en su programación de temperatura y tiempo, no se observaron cambios importantes en estas dos métricas entre las muestras de Aw alto y bajo del café de Colombia.

La comparación de las puntuaciones de ColorTrack para estos tuestes del Colombia en el Ikawa arrojó resultados interesantes; Se produjo un cambio de color más dramático en la muestra de alto Aw en función de la duración del tueste. También repitió la tendencia de un color más oscuro en tiempos de tostado más largos para la muestra de alta actividad de agua. La siguiente tabla muestra las puntuaciones de ColorTrack de granos enteros de cada tueste. Las muestras se tostaron dos veces en cada uno de los 3 perfiles.

Había adoptado un enfoque de estilo de tueste similar en el tostador de muestras CoffeePro usando el café guatemalteco en agosto, usando cambios sutiles pero medibles en el flujo de aire para afectar brevemente la temperatura del tambor. El aumento del calor tuvo un impacto sutil pero mensurable, donde la muestra de alta Aw de inicio lento aumentó de temperatura más rápidamente que su contraparte de baja actividad de agua. Cuando disminuí el calor al mismo tiempo durante el tueste, el café de bajo Aw se detuvo y bajó alrededor de 5 grados Fahrenheit, pero la muestra de alto Aw no lo hizo.

Cuando disminuí el calor al mismo tiempo durante el tueste, el café de bajo Aw se detuvo y bajó alrededor de 5 grados Fahrenheit, pero la muestra de alto Aw no lo hizo.

Hice una observación adicional: independientemente de la aplicación de calor en todos los tuestes que realicé, la muestra de mayor Aw generalmente tenía una temperatura de tueste de vuelta (mínima) más baja.

Datos sensoriales de origen colectivo

Armado con muestras tostadas de Guatemala en muestras de alto y bajo Aw en los tres estilos de tostado, recopilé datos de los asistentes al seminario Roasters Guild Retreat, que probaron a ciegas y enviaron datos de forma voluntaria. Sesenta y tres encuestados utilizaron una escala de 0-3 para calificar el dulzor, la acidez y la viscosidad en las seis muestras, servidas a través de cafeteras Bunn preparadas por lotes.

Los datos solo corroboraron un poco mi teoría de trabajo de la tasa de Maillard y su efecto sobre la dulzura, la acidez y el sabor. Sin embargo, mostró que el lote High Aw se destacó por su mayor acidez percibida, que persistió independientemente del estilo de tueste. La muestra de bajo Aw respondió muy desfavorablemente a un tiempo de Maillard extendido, y su acidez se rastreó predeciblemente hacia abajo y hacia arriba durante los correspondientes tiempos de reacción de Maillard lentos y rápidos. En comparación, los atributos sensoriales de la muestra High Aw permanecieron proporcionalmente menos afectados por la velocidad de reacción de Maillard.

En última instancia, la muestra de alto Aw se vio menos afectada por los cambios de estilo en el tueste durante la reacción de Maillard antes del primer crujido, particularmente en lo que respecta a su nivel percibido de acidez. La muestra de bajo Aw fue más sensible a los cambios de calor durante la reacción de Maillard, quizás porque estaba predispuesta a una velocidad de reacción más lenta. Se observaron cambios sensoriales más profundos de tostado a tostado en la muestra de bajo aW.

 

Evaluación Sensorial Colombia / Ikawa

Los cinco miembros de The Crown probaron 12 tuestes aleatorios de Colombia completamente a ciegas y utilizaron el mismo sistema de clasificación de 3 puntos para indicar la intensidad de dulzura, acidez y viscosidad. He promediado los resultados juntos a continuación:

Una vez más, fuertes reacciones positivas a la velocidad de Maillard más corta / rápida en la muestra de alto Aw. De lo contrario, el café fue generalmente menos predecible que el de Guatemala en lo que respecta a su respuesta sensorial a la velocidad de reacción de Maillard acelerada o desacelerada. Sin embargo, las tendencias son más predecibles en la muestra High Aw, donde los tuestes más cortos de Maillard produjeron cafés dulces y brillantes, mientras que las tasas de Maillard más largas redujeron la dulzura percibida pero no la acidez percibida.

Moraleja

En general, Jen Apodaca y yo tenemos suficientes datos observados y evidencia anecdótica para creer que existen al menos algunos indicios de principios generales que pueden guiar nuestro tostado y degustación con respecto a la relación entre la actividad del agua y la reacción de Maillard:

1.       La velocidad de la reacción de Maillard puede afectar la dulzura, la acidez y la viscosidad percibidas de un café. (más rápido = mayor dulzor y acidez / más lento = más equilibrado y más viscosidad)

2.       La actividad del agua del café verde afectará la velocidad y el color de la reacción de Maillard y el oscurecimiento (browning) del azúcar.

3.       En condiciones en las que, en igualdad de condiciones, se comparan dos cafés de diferente actividad de agua, el café con mayor actividad de agua (próximo a 0,70):

3.1.    puede tener una mayor tasa de Maillard y puede responder más rápidamente a la aplicación de calor durante esta etapa de tueste.

3.2.    puede exhibir una acidez que es (comparativamente) resistente al calor / velocidad de reacción de Maillard.

3.3.    parece experimentar un tiempo / temperatura más predecible de la primera crepitación.

3.4.    parece lograr colores más oscuros a una temperatura / tiempo de finalización similar.

¿Qué hacer como tostador? Bueno, la elección es en gran parte tuya. La elección de cafés con un Aw más alto puede proporcionarle algunos sabores interesantes, pero una vida útil más volátil. Es posible que tostar cafés con un Aw más alto no necesite tanto calor durante la reacción de Maillard para lograr perfiles de sabor equilibrados. Pero en última instancia, incluso si somos capaces de solidificar estos resultados iniciales con más investigación, no hay sustituto para degustar sus tostados. El conocimiento de la actividad del agua y la reacción de Maillard puede ayudar a los tostadores a tomar decisiones informadas, pero probablemente nunca reemplazará sus propias observaciones sensoriales y decisiones de tostado.

Chris Kornman es un experimentado especialista en calidad del café, escritor e investigador, y gerente de laboratorio y educación en The Crown: Royal Coffee Lab & Tasting Room.