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Cinética de secagem, propriedades físicas e higroscópicas dos frutos e caracterização do processo de torrefação dos grãos de Coffea canephora
(Universidade Federal de Viçosa, 2012-11-12) Botelho, Fernando Mendes; Corrêa, Paulo Cesar
Tradicionalmente, o café é uma das culturas mais plantadas no Brasil, sendo o país detentor de tecnologias de produção, processamento e beneficiamento para esse produto. Entretanto, historicamente, o interesse dos produtores, a busca por melhorias de qualidade e incentivos à pesquisa foram sempre secundários para o Coffea canephora em relação ao Coffea arabica, resultando numa escassez de informações acerca, principalmente, da pós-colheita para essa espécie. Assim, objetivou-se, com este trabalho, estudar a cinética de secagem, as propriedades físicas e higroscópicas dos frutos de Coffea canephora, além de caracterizar o processo de torrefação do produto beneficiado. Foram utilizados frutos de C. canephora colhidos manualmente numa plantação comercial no município de Nova Santa Helena (MT), e o produto beneficiado foi adquirido na Cooperativa dos Cafeicultores da Região de Lajinha (Cocafé), Lajinha (MG). Foram determinadas as propriedades higroscópicas e termodinâmicas durante a dessorção e adsorção da água nos frutos para diferentes condições psicrométricas do ar, a cinética e as propriedades termodinâmicas da secagem dos grãos para diferentes temperaturas do ar e as principais propriedades físicas dos frutos ao longo do processo de secagem (ângulo de repouso, massas específicas aparente e unitária, porosidade, massa de mil frutos, esfericidade, circularidades, volume, área, diâmetro equivalente, dimensões características relação superfície-volume e a contração volumétrica unitária e aparente). Avaliou-se, também, para o processo de torrefação do produto beneficiado, a relação entre o tempo e a temperatura de torrefação que resulta em uma bebida de melhor qualidade, além de observar o comportamento de algumas características físicas dos grãos (índice de expansão volumétrica aparente, massa específica aparente, teor de água e cor) ao longo da torra. Os resultados obtidos permitiram concluir que: a) como ocorre para a maioria dos produtos higroscópicos, o teor de água de equilíbrio dos frutos de C. canephora foi diretamente proporcional à umidade relativa e decresce com o aumento de temperatura para um mesmo valor de umidade relativa, sendo o modelo Sigma-Copace, o que melhor se ajustou aos dados experimentais. Com a redução do teor de água, ocorreu aumento da energia (calor isotérico de dessorção) necessária para retirar água do produto e aumentou a energia liberada (calor isostérico de adsorção) pela adsorção da água no produto. Além disso, para um mesmo valor de teor de água, os valores do calor isostérico integral de dessorção foram maiores que os de adsorção. Tendência muito semelhante à apresentada pelo calor isostérico foi observada para a entropia diferencial; b) Todas as propriedades físicas estudadas foram influenciadas pelo teor de água, sendo que, à exceção da relação superfície-volume, todas se reduziram ao longo da secagem. Um polinômio de grau três foi o que melhor descreveu a contração volumétrica aparente e unitária dos frutos de C. canephora; c) Os modelos de Page e Midilli foram os que melhor representaram as curvas de secagem dos frutos de C. canephora. O coeficiente de difusão efetivo aumentou com a elevação da temperatura do ar de secagem, apresentando valores de 2,282 × 10 -11 a 4,316 × 10 -11 m 2 s -1 , para a faixa de temperatura de 40 a 60 °C. A energia de ativação para o processo de difusão foi de 38,016 kJ mol -1 e as propriedades termodinâmicas (entalpia, entropia e energia livre de Gibbs de ativação) aumentaram com a elevação da temperatura de secagem; d) A temperatura da massa de grãos, a temperatura de torrefação, a perda de massa dos grãos e o tempo apresentaram uma relação de dependência linear entre si e com o ponto de torra. Os grãos de C. canephora receberam sua melhor avaliação pelo teste de xícara quando torrados nas temperaturas de 247, 274 e 296 °C até o ponto de torra médio claro, e para a torra média, quando utilizada a temperatura de 247 °C. De modo geral, o café perdeu qualidade quando torrado na temperatura mais elevada (308 °C) e à medida que se aumentou o grau de torra. O teor de água reduziu continuamente até a torra média clara, e, de modo geral, houve uma redução da massa específica aparente e das coordenadas de cor L * , a * e b * , além do aumento de volume dos grãos, principalmente no final do processo de torrefação para todas as temperaturas de torra utilizadas. À exceção da massa específica aparente, nenhuma das propriedades físicas analisadas apresentou correspondência com a avaliação de qualidade pelo teste de xícara.
Modelagem matemática e determinação das propriedades termodinâmicas do café (Coffea arabica L.) durante o processo de secagem
(Universidade Federal de Viçosa, 2010-09) Corrêa, Paulo Cesar; Oliveira, Gabriel Henrique Horta; Botelho, Fernando Mendes; Goneli, André Luis Duarte; Carvalho, Fábia Martins
A secagem de produtos agrícolas é largamente utilizada no mundo para o controle e a manutenção da qualidade dos produtos agrícolas. O objetivo do presente trabalho foi modelar o processo de secagem e obter os parâmetros termodinâmicos de frutos de café (Coffea Arabica L.), cultivar Catuaí Amarelo, para três diferentes condições de temperatura e umidade relativa (35 oC e 32,1%; 45 oC e 15,7%; e 55 oC e 10,2%). Foram utilizados frutos de café colhidos manualmente com teor inicial de água de 1,25 (b.s.) e submetidos à secagem até atingirem o teor médio de 0,13 (b.s). Seis modelos matemáticos usualmente utilizados para a representação do processo de secagem de produtos agrícolas foram ajustados aos dados experimentais. A segunda lei de Fick foi utilizada para obter os coeficientes de difusão dos frutos de café por meio da cinética da secagem. A energia de ativação para a secagem dos frutos de café, bem como a entropia, entalpia e energia livre de Gibbs, foram obtidas. O modelo de Midili modificado foi o que melhor representou o fenômeno de secagem de frutos de café. Os valores do coeficiente de difusão obtidos foram 2,99 x 10 -11 , 2,39 x 10 -11 e 5,98 x 10 -11 m 2 s -1 para as temperaturas de 35, 45 e 55 oC, respectivamente. A entalpia diminuiu com o aumento da temperatura do ar de secagem, bem como a entropia. A energia livre de Gibbs aumentou com o aumento da temperatura.
Modeling of the shrinkage kinetics of coffee berries during drying
(Editora da Universidade Estadual de Maringá - EDUEM, 2011-07) Oliveira, Gabriel Henrique Horta; Corrêa, Paulo Cesar; Botelho, Fernando Mendes; Goneli, André Luis Duarte; Afonso Júnior, Paulo Cesar; Campos, Sílvia Carvalho
The effects of drying conditions on the shrinkage of Coffea arabica L., cultivar Catuaí Vermelho, were studied. An exponential model derived from the kinetic model was used to describe the shrinkage kinetics. In addition, an equation was proposed to describe the relationship between the superficial areas and weights of the coffee berries. Coffee berries were dried at temperatures (T) of 35, 45, 55 and 65oC and at relative humidities (φ) of 25, 35, 45 and 55%, forming 16 different sets of conditions, with an initial moisture content for all conditions of 2.27 dry basis (d.b.), dried until 0.11 d.b. Changes in the product dimensions were measured continuously during drying. Surface area-to-volume ratio values increased with moisture content decrease. The model was suitable for representing the shrinkage kinetics, as well the empirical equation for predicting surface area. Temperature had a greater influence over the constant rate of change of the characteristic dimension (k values) than φ. Activation energies were also determined to have magnitudes of 39.31, 37.32, 36.28 and 36.22 kJ mol-1 for relative humidities of 25, 35, 45 and 55%, respectively.
MORFOMETRIA CELULAR NA ANÁLISE DA QUALIDADE DE GRÃOS DE CAFÉ NAS ETAPAS DO PROCESSAMENTO VIA ÚMIDA E DURANTE O ARMAZENAMENTO
(2011) Campos, Silvia de Carvalho; Corrêa, Paulo Cesar; Silva, Luzimar Campos da; Botelho, Fernando Mendes; Vasconcellos, Davi de Souza Lima; Baptestini, Fernanda Machado; Embrapa - Café
Objetivou-se com este trabalho avaliar a qualidade do café (Coffea arabica L.), obtido de quatro etapas do processamento via úmida, utilizando-se morfometria celular (por análise da estrutura anatômica do endosperma), prova de xícara e características físicas dos grãos. Foi utilizado café da variedade Catuaí Vermelho, obtido de propriedade comercial da região da Zona da Mata de Minas Gerais e processado por via úmida. Procedeu-se uma limpeza retirando folhas, galhos e pedras misturados aos frutos e, em seguida, retirou-se uma quantidade de frutos de café para a composição da amostra “Lavador” (etapa 1). Em seguida, os frutos cerejas e verdes foram separados dos frutos bóias e outra amostra foi retirada, composta pelos frutos mais densos (cereja e verde), sendo denominada “Separador” (etapa 2). Na sequência, os frutos seguiram para o descascador e, após terem sido descascados, retirou-se a terceira amostra, “Descascador” (etapa 3). Os grãos de café cereja envolvidos apenas com o pergaminho e a mucilagem passaram pela desmucilagem mecânica por meio do atrito entre os grãos e entre os grãos e um cilindro metálico e foi obtido o café desmucilado, etapa denominada “Desmucilador” (etapa 4). Foram analisados o teor de água dos grãos, a qualidade da bebida, a estrutura anatômica do endosperma (quantificada pelo número de paredes celulares do endosperma rompidas), a integridade das paredes celulares pelo teste de condutividade elétrica, a massa específica aparente e o pH. A partir dos resultados obtidos concluiu-se que: não foi possível obter uma relação direta entre a etapa de processamento via úmida do café e o aumento do número de paredes celulares rompidas, quantificadas pela morfometria; a análise da morfometria celular refletiu a qualidade pelo teste de bebida sendo esta técnica útil para relacionar a estrutura anatômica do endosperma dos grãos com a qualidade; a bebida apresentou menor padrão de qualidade na etapa 1 (classificado como “Duro”) em relação às demais que apresentaram padrão “Mole” ou “Apenas mole”; a etapa que apresentou a melhor qualidade durante o armazenamento pelas características físicas (cor e massa especifica aparente) e químicas (pH) foi a etapa 3 (“Descascador”).
Propriedades físicas de frutos de café robusta durante secagem: determinação e modelagem
(Editora UFLA, 2016-01) Botelho, Fernando Mendes; Correa, Paulo Cesar; Botelho, Sílvia de Carvalho Campos; Vargas-Elías, Guillermo Asdrubal; Almeida, Mayra Darliane Silva Diniz; Oliveira, Gabriel Henrique Horta de
Objetivou-se, com este trabalho, avaliar a influência do teor de água nas propriedades físicas dos frutos de café da variedade robusta (Coffea canephora), durante a secagem. Foram utilizados frutos de café no estádio de maturação cereja com teor de água inicial de, aproximadamente 1,7 (b.s.), secos numa estufa com circulação forçada de ar à 40 °C, até um teor de água final de, aproximadamente 0,13 (b.s.). Durante o processo de secagem foram avaliados o ângulo de repouso, a massa específica aparente, a massa específica unitária, a porosidade e a forma do produto (dimensões características principais, diâmetro equivalente, esfericidade, circularidade e a relação superfície-volume), analisados em função do teor de água. Verificou-se que a variação do teor de água, durante a secagem, influencia as propriedades físicas dos frutos de café analisadas. Com exceção da relação superfície-volume, todas as propriedades analisadas reduziram com a redução do teor de água. Observou-se ainda que os fatores tenderam à estabilidade para teores de água entre 0,42 e 0,68 (b.s.).