Teses e Dissertações
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Item Modeling of coffee ripeness and beverage quality using proximal and remote sensing(Universidade Federal de Viçosa, 2022-06-09) Martins, Rodrigo Nogueira; Pinto, Francisco de Assis de Carvalho; Valente, Domingos Sárvio Magalhães; Queiroz, Daniel Marçal deCoffee is one of the most valuable agricultural commodities, whose price setting and export potential are defined according to its beverage quality. In turn, the beverage quality results from the interaction of different factors from the fruit ripeness degree at harvest to the post-harvest practices. Traditionally, the fruit ripeness is evaluated through manual samplings in the field, whereas the beverage quality is assessed trough sensory analysis by trained tasters. These methods are time-consuming, not representative of the entire production area, and in the case of beverage quality assessment, they are subjective due to the personal influence of the taster. On the other hand, the advent of aerial remote sensing through the Unmanned Aerial Vehicles (UAV), as well as spectroscopy associated with chemometrics and statistical modeling techniques, are presented as a fast and accurate approach for monitoring the spatio-temporal variability of the fruit ripeness and predicting beverage quality. In this sense, the general objective of this thesis, structured in the form of chapters, including the introduction and general conclusions, consisted of modeling the fruit ripeness and beverage quality of Arabica coffee using proximal and remote sensing. In the second chapter, a vegetation index (VI) for monitoring the coffee ripeness using aerial images was developed. For doing that, an experiment was set up in five Arabica coffee fields in Paula Cândido, Minas Gerais state, Brazil. During the coffee ripeness stage in the 2018-2019 season, four flights were carried out to acquire spectral information on the crop canopy using two UAVs, one equipped with a five- band multispectral camera (RGB, RedEdge, and NIR) and another with an RGB camera. For validation purposes, manual counts of the percentage of unripe fruits were performed using irregular sampling grids on each data collection. After image processing, the coffee ripeness index (CRI) and five other VIs (MCARI1, NDVI, NDRE, GNDVI, and GRRI) were obtained. The CRI was developed by combining reflectance from the red band and from a ground-based red target placed on the study area. In general, the CRI showed a higher sensitivity to discriminate between coffee plants ready for harvest from not-ready for harvest regarding the fruit ripeness. Furthermore, the highest R 2 and lowest RMSE values for estimating the coffee ripeness were also presented by the CRI (R 2 : 0.70; 12.42%), whereas the other VIs showed R 2 and RMSE values ranging from 0.22 to 0.67 and from 13.28 to 16.50%, respectively. In the third chapter, two models for the prediction of fruit ripeness using spectral and textural variables were developed and the best variables for the development of spatio-temporal variability maps of fruit ripeness were determined. For that, the fruit ripeness data obtained from six coffee fields (including those described in the second chapter) in the 2018-2019 and 2020-2021 seasons and aerial images of seven flights performed in both seasons were used for data modeling. Through the images, 12 spectral and 64 textural variables composed of bands and VIs were obtained. The performance of the Random Forest algorithm using spectral and textural variables (R²: 0.71 and RMSE: 11.47%) was higher than the model based solely on spectral variables (R²: 0.67 and RMSE: 12.09%). Finally, in both scenarios, the most important variables in the prediction models were the VIs CRI and MCARI1 and the red and NIR bands. Lastly, in the fourth chapter, a method was developed for predicting the coffee beverage quality based on NIR spectroscopy of coffee samples, as well as for classifying the beverage final quality using different variables obtained from the UAV images. Initially, an experiment was set up in the 2020-2021 season in seven coffee fields in the municipalities of Paula Cândido and Araponga. During the harvesting, 13 flights were performed using a UAV equipped with an RGB camera. Then, different spectral, climatic, and terrain variables were obtained from the orthomosaics. For validation purposes, the harvested coffee was processed and subjected to sensory analysis. Next, NIR spectra (1000- 2450 nm) were obtained from 180 samples of roasted and ground coffee. The prediction of the beverage quality attributes based on the NIR spectra was performed using Partial Least Squares (PLS) regression and the combination of PLS with the variable selection algorithm (OPS – Ordered Predictors Selection). Overall, the best predictions were obtained for the aftertaste, overall perception, body, and balance quality attributes using the PLS-OPS models, whose coefficient of correlation (r P ) and the root-mean-square-error of the prediction (RMSE P ) ranged from 0.78 to 0.82 and from 0.15 to 0.13, respectively. In the second analysis, the variables extracted from the UAV images were used as input for developing classification models for the beverage final quality. The results were not satisfactory. Thus, the use of UAV images for beverage quality assessment still needs to be further explored in future studies. Keywords: Digital agriculture. UAV. Coffee fruit ripeness. Sensory analysis. NIR spectroscopy.Item Análise sensorial de genótipos de café Arábica resistentes à ferrugem processados por via úmida(Universidade Federal de Viçosa, 2022-08-19) Pereira, Vanessa Vitoriano; Nardino, Maicon; Oliveira, Antonio Carlos Baião deDada a modificação de hábitos dos consumidores de café em relação à qualidade exigida e a necessidade de tornar o cultivo mais sustentável, uma alternativa eficaz é o investimento em genótipos que possuam potencial para produção de cafés especiais para agregação de valor ao produto e, que apresentem resistência à fatores bióticos e abióticos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o perfil sensorial de genótipos de Coffea arabica portadoras de resistência ao fungo Hemileia vastatrix, agente causal da ferrugem do cafeeiro e submetidos ao processamento pós-colheita por via úmida. A implementação dos experimentos ocorreu nos municípios de Araponga, Paula Cândido e Senhora de Oliveira, pertencentes à Zona da Mata Mineira. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com duas repetições, 10 genótipos resistentes à ferrugem e uma testemunha suscetível. As amostras, oriundas das colheitas dos anos de 2016 e 2017, constituídas de frutos no estádio “cereja” foram processadas por via úmida e analisadas por três degustadores profissionais de acordo com a metodologia para avaliação sensorial disponibilizada pela Specialty Coffee Association. Todos os genótipos apresentaram escores totais que correspondem à classificação de cafés especiais, em ambos os anos avaliados, exceto a cultivar referência Catuaí Vermelho IAC 144, que apresentou pontuação total inferior a 80 pontos apenas no segundo ano em Senhora de Oliveira. Cada genótipo apresentou uma expressão diferenciada em relação aos atributos sensoriais de acordo com a localidade e ano de cultivo. Sendo assim, para realizar a recomendação de cultivares, de modo mais assertivo, há de se considerar o trinômio genótipo x local x ano. Palavras-chave: Coffea arabica L.. Hemileia vastatrix Berk. & Br.. Qualidade da bebida. Specialty Coffee Association. Processamento pós-colheita.Item Marcadores de qualidade em grãos de café arábica(Universidade Federal de Viçosa, 2022-07-29) Rodrigues, Alcimar; Stringheta, Paulo Cesar; Campos, Renata Cássia; Vieira, Érica Nascif RufinoO café é uma das bebidas mais consumidas no mundo e um dos produtos mais importantes do setor agrícola brasileiro. A qualidade da bebida do café está diretamente relacionada com as características físico-químicas do grão. Contudo há poucos relatos na literatura sobre as características físico-químicas de frutos de café imaturos, e sua correlação com a qualidade da bebida. Neste contexto, este trabalho objetivou estudar a composição físico-química e realizar avaliação sensorial de três tipos de café arábica: verde, cereja natural e cereja descascado, avaliar ou estabelecer a correlação entre os parâmetros físico-químicos e a qualidade sensorial. As propriedades físico-químicas determinadas foram coordenadas colorimétricas, teor de água, pH, sólidos solúveis, acidez titulável total, açúcares totais (redutores e não redutores), proteínas, compostos fenólicos totais, cafeína, ácido clorogênico, trigonelina, capacidade antioxidante pelos métodos ABTS e DPPH, condutividade elétrica e lixiviação de potássio. A avaliação sensorial foi realizada conforme o protocolo da SCA - Specialty Coffee Association. Houve variação significativa entre os tipos de café estudados quanto às coordenadas colorimétricas avaliadas e análises físico-químicas de teor de água, pH, sólidos solúveis, açúcares totais (redutores e não redutores), cafeína, trigonelina, condutividade elétrica e potássio lixiviado. Não foi observada variação entre as amostras de café analisadas quanto aos teores de acidez total titulável, proteínas, compostos fenólicos totais, ácido clorogênico e capacidade antioxidante. O café tipo cereja natural apresentou a maior nota na avaliação sensorial, sendo considerado um café especial “Muito bom” pela SCA, enquanto o café tipo cereja descascado e tipo verde não foram considerados cafés especiais de acordo com a pontuação obtida na avaliação sensorial. Através do teste de correlação de Pearson foram observadas correlações significativas entre as propriedades físico-químicas analisadas e a pontuação global obtida na avaliação sensorial. Foram observadas correlações positivas para os parâmetros colorimétricos L* e a*, pH, sólidos solúveis, açúcares totais e açúcares não redutores, ainda, observaram-se correlações negativas foram verificadas para coordenada de cor a*, teor de água, cafeína, ácido clorogênico, trigonelina, condutividade elétrica e lixiviação de potássio. Dessa forma, várias características físico-químicas podem ser consideradas marcadores de qualidade para o café cru, podendo ser uma alternativa ou complementação para avaliação da qualidade sensorial desses cafés.Palavras-chave: Café especial. Qualidade sensorial. Composição. Marcadores.Item Secador de fluxos concorrente e contracorrente e avaliação do seu desempenho na secagem de café cereja descascado(Universidade Federal de Viçosa, 2009-07-03) Martin, Samuel; Silva, Jadir Nogueira daObjetivou-se com este trabalho o desenvolvimento e a avaliação do desempenho de um secador para café de fluxos concorrentes e contracorrentes. O secador foi construído de chapas e perfis metálicos, com capacidade estática de 1,55 m 3 de produto, com o primeiro estádio de secagem de fluxos concorrentes separado por uma câmara de repouso do segundo estádio de secagem de fluxos contracorrentes. O café secado foi processado na forma cereja descascado. Como gerador de calor utilizou-se uma fornalha a fogo direto, tendo como combustível carvão vegetal. A movimentação dos grãos foi processada por um elevador de caçambas. O fluxo de ar foi produzido por um ventilador centrífugo, o qual operava em regime de sucção. Foram aplicados dois tratamentos de secagem, caracterizados como tratamento 01 a secagem intermitente com revolvimento intermitente, à temperatura do ar de secagem de 45 oC, e tratamento 02 a secagem intermitente com revolvimento contínuo, à temperatura do ar de secagem de 70 oC. Foram realizados quatro testes de secagem para ambos os tratamentos, sendo que, para cada teste foi efetuada a secagem da testemunha em terreiro suspenso. Realizaram-se avaliações das características qualitativas do café, como as características físicas (massa específica aparente, porcentagem de impurezas, danos no pergaminho, peso de mil grãos, análise de cor), químicas (condutividade elétrica e lixiviação de potássio) e a classificação do café (análise sensorial, determinação do tipo e classificação por peneiras), assim como a avaliação energética do sistema de secagem proposto. Para os testes em que foram utilizados o tratamento 01, o teor de água inicial e final observado foi respectivamente de 33,9 ± 5,0 e 11,8 ± 0,7 % (b.u.). Para os testes relativos ao tratamento 02, o teor de água inicial e final foi respectivamente de 29,0 ± 3,6 e 11,6 ± 1,0 % (b.u.). Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que o sistema de secagem proposto atendeu satisfatoriamente todas as necessidades para que fosse completada a secagem do café (processado na forma de cereja descascado). Os níveis de temperatura da massa de grãos, em ambos os tratamentos, permaneceram dentro dos recomendados para café. Os maiores rendimentos de peneira, para o café padrão bica corrida, foram obtidos para os tratamentos em relação às testemunhas. A secagem intermitente com revolvimento contínuo a 70 oC apresentou menor consumo específico de energia, em relação a secagem intermitente com revolvimento intermitente a 45 oC. Resultados maiores do que os esperados foram obtidos para a eficiência energética do sistema de secagem proposto, sendo que maior consumo específico de energia foi observado em testes cujo término da secagem ocorreu em poucas horas após o período de repouso.Item Avaliações energética e econômica de sistemas de produção de café de montanha(Universidade Federal de Viçosa, 2007-03-16) Palacin, Juan José Fonseca; Lacerda Filho, Adílio Flauzino dePara garantir altos níveis de qualidade ao café é necessário usar uma série de procedimentos, como Boas Práticas Agrícolas (BPA), Boas Práticas de Pré- Processamento e Boas Práticas de Processamento (BPP). As definições e aplicações dessas práticas devem ser adotadas em toda a cadeia de produção do café, para transformar o agronegócio em uma atividade eficiente e lucrativa. Além de um estudo de viabilidades técnica, operacional e econômico para a implementação das BPA e BPP, produtores e industriais devem estar atentos e organizados sobre a idéia e vantagens da adoção de tal prática. Objetivou-se, com este trabalho, realizar o balanço energético e a análise econômica para a produção de café de montanha em uma fazenda, implementando as boas práticas em toda a cadeia de produção, no pré- processamento e processamento de café lavado, descascado, desmucilado mecanicamente e secado em terreiro convencional de cimento, em comparação com outros dois processos de secagem. Em um deles, a secagem foi realizada em um terreiro secador, de leito fixo, em leiras, sem incidência direta de radiação solar e, no outro, realizou-se a secagem combinada em terreiro secador de leito fixo, em leiras, com distribuição de ar aquecido até a meia-seca (20 a 25% b.u.), completando-se a secagem em silo secador, com ar natural, até que os grãos atingissem o teor de água entre 11 e 12% b.u. O experimento foi realizado em uma fazenda a 702 m de altitude, localizada no Município de São Miguel de Anta, MG – Brasil. A variedade de café utilizada foi "Catuaí” linhagem vermelha com idade inicial de 3,5 anos. Os frutos foram colhidos pelo método da “derriça sobre o pano” em forma semi-seletiva. Os resultados permitiram concluir que a radiação solar global foi o componente de fluxo de radiação de maior magnitude, e a radiação fotossinteticamente ativa (RFA) foi o componente de maior aporte no balanço de energia da cultura. Adotando procedimentos que proporcionem a aplicação de boas práticas agrícolas, de pré- processamento e de processamento, é possível obter café com qualidade. Pelas técnicas de secagem em terreiro secador de leito fixo, em leiras, com distribuição de ar aquecido, sem incidência direta solar até o final (12% b.u.) e a secagem em combinação com meia-seca (25% b.u.) em terreiro secador de leito fixo, em leiras, sem incidência direta de radiação solar, com fornalha a fogo indireto e lenha como combustível e a complementação da secagem em silos, utilizando ar na temperatura ambiente, obteve-se melhor qualidade do café, e essas técnicas podem ser incluídas dentro entre aquelas adotadas para as boas práticas nas operações de processamento, garantindo alto padrão de qualidade. Os consumos médios de energia no primeiro ano fenológico 2003/2004 e no segundo 2004/2005, avaliados da cultura do cafeeiro de montanha na região da Zona da Mata mineira, foram de 23.035.733,80 MJ/ha e 24.918.830,18 MJ/ha, respectivamente. Já os consumos médios de energia do processamento de secagem de café descascado e desmucilado das parcelas avaliadas no primeiro ano fenológico 2003/2004 foram de 668,98 MJ/saca (terreiro cimentado), 195,55 MJ/saca (terreiro secador até 12%) e 411,52 MJ/saca (secagem combinada), enquanto no segundo ano fenológico 2004/2005 avaliado com relação ao café em coco esses consumos foram de 1.201,50 MJ/saca (terreiro cimentado) e de 352,95 MJ/saca (terreiro secador até 12%) de 60 kg de café beneficiado. Os custos médios do processamento de secagem de café descascado e desmucilado das parcelas avaliadas no primeiro ano fenológico 2003/2004 foram de R$6,42/saca (terreiro cimentado), R$5,67/saca (terreiro secador até 12%) e R$5,68/saca (secagem combinada), enquanto no segundo ano fenológico 2004/2005 avaliado quanto ao café em coco esses custos foram de R$16,01/saca (terreiro cimentado) e de R$8,37/saca (terreiro secador até 12%) de 60 kg de café beneficiado. O tempo de retorno do capital (período de Payback) nesse projeto foi de 12 anos, ou seja, o tempo necessário para que os investimentos de capital próprio sejam integralmente recuperados. O Valor Presente Líquido (VPL) calculado indicou que os ganhos do projeto remuneram o investimento feito à taxa de 6% ao ano e ainda permitiram acrescentar o valor da empresa. Por tudo isso, o projeto é viável, já que a avaliação feita e projetada cobre o custo do capital investido e o investimento projetado. Também, a Taxa Interna de Retorno (TIR) foi de 7,71%, indicando que o Valor Presente Líquido (VPL) do projeto torna-se nulo à taxa de 7,71%, sendo superior à taxa de desconto utilizada no projeto (6% ao ano). Portanto, o capital investido será integralmente recuperado.Item Qualidade dos cafés da “Região das Matas de Minas” em função da variedade, da altitude e da orientação da encosta da montanha(Universidade Federal de Viçosa, 2015-07-31) Zaidan, Úrsula Ramos; Corrêa, Paulo CesarO café é um produto com aromas e sabores distintos que produz uma das bebidas mais difundidas no mundo, e tem o seu valor de mercado ajustado de acordo com a qualidade final da bebida, a qual pode ser influenciada por muitos fatores, tais como fatores ambientais e variedade da planta. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da encosta da montanha, altitude e variedade de planta sobre a qualidade potencial dos cafés produzidos na “Região das Matas de Minas” (entre faixas de altitudes pertencentes aos intervalos: EA < 700, 700 ≤ EA < 825, 825 ≤ EA <950 e EA ≥ 950 metros acima do nível do mar). Frutos de café (Coffea arabica L.) das variedades Catuaí Vermelho e Catuaí Amarelo foram colhidos manualmente em ponto de maturação cereja. A colheita foi realizada em fazendas localizadas em quatorze dos 63 municípios que compõem a “Região das Matas de Minas”, distribuídos numa pequena parte da região do Vale do Rio Doce e uma maior parte na região da Zona da Mata, num território de Mata Atlântica, a Leste do estado de Minas Gerais. As amostras foram colhidas, separadas em sacos plásticos e identificadas para posterior processamento, que inclui a lavagem, separação e a secagem dos grãos até o café atingir o teor de água de 12% (b.u.), sendo então armazenados por aproximadamente 2 meses. Após este período foi feito o processo de beneficiamento, torra e moagem do café, e posteriormente foram feitas por degustadores/classificadores as análises de qualidade do café pelo teste de degustação (prova de xícara) dentro das normas da Associação Brasileira de Cafés Especiais (BSCA) para a classificação dos cafés. Por meio da análise sensorial da bebida, foram atribuídas notas aos atributos de qualidade dos cafés com o intuito de classificá-los quanto à qualidade da bebida de acordo com a influência dos fatores do ambiente e da variedade da planta. Para análise das notas foram adotados dois métodos estatísticos, a Estatística Descritiva e o Método de Tocher, para identificar, descrever e agrupar os cafés de melhor qualidade. A partir dos resultados obtidos, pode-se observar que a variedade Catuaí Amarelo teve uma pontuação média total em torno de 84 pontos, mostrando grande potencial de expressão da qualidade sensorial da bebida. E que o atributo de qualidade doçura foi o que mais contribuiu para a formação de grupos pelo método Tocher. Os fatores do ambiente e a variedade não exercem influência sobre a qualidade da bebida de forma isolada, todavia, contribuem de forma conjunta para formar as características da bebida produzida na região.