MUCILAGEM RESIDUAL EM CAFÉ CEREJA DESCASCADO E...

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

MUCILAGEM RESIDUAL EM CAFÉ CEREJA DESCASCADO

E SEUS EFEITOS NA QUALIDADE DA BEBIDA E NA

PRODUÇÃO DE CAFÉS ESPECIAIS

Msc. José Duban Henao Cuéllar Engenheiro Agrícola

CAMPINAS

OUTUBRO, DE 2007

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

MUCILAGEM RESIDUAL EM CAFÉ CEREJA DESCASCADO

E SEUS EFEITOS NA QUALIDADE DA BEBIDA E NA

PRODUÇÃO DE CAFÉS ESPECIAIS

Tese submetida à banca examinadora para obtenção do titulo de Doutor em Engenharia Agrícola, na área de concentração em Tecnologia Pós-Colheita.

Msc. José Duban Henao Cuéllar Engenheiro Agrícola Profa. Dra. Marlene Rita De Queiroz Orientadora Profa. Dra. Niurka Maritza Almeyda Haj-Isa Co-Orientadora

CAMPINAS

OUTUBRO, DE 2007

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FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE -

UNICAMP

H38e

Henao Cuéllar, José Duban Efeitos da mucilagem residual em café cereja descascado e seus efeitos na qualidade da bebida e na produção de cafés especiais. / José Duban Henao Cuéllar.--Campinas, SP: [s.n.], 2007. Orientadores: Marlene Rita de Queiroz, Niurka Maritza Almeyda Haj-Isa Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola. 1. Avaliação sensorial. 2. Alimentos – Atividade da água. 3. Café - secagem. 4. Café – Pesquisa. I. Queiroz, Marlene Rita de. II. Haj-Isa, Niurka Maritza Almeyda. III. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola. IV. Título.

Título em Inglês: Residual mucilage in peeled coffee cherry and its effects on

the quality of the drink and on the production of special coffee

Palavras-chave em Inglês: Sensorial analysis, Activity of water, Drying, Tempering, Effective diffusivity, Drying models

Área de concentração: Tecnologia Pós-Colheita Titulação: Doutor em Engenharia Agrícola Banca examinadora: Jayme de Toledo Piza, Roberto Hermínio Moretti, Kil Jin

Park, João Domingos Biagi Data da defesa: 26/09/2007 Programa de Pós-Graduação: Engenharia Agrícola

v

AAGGRRAADDEECCIIMMEENNTTOOSS

À Universidad Surcolombiana

Às minhas orientadoras, Profa. Dra. Marlene Rita de Queiroz e Profa. Dra. Niurka

Maritza Almeyda Haj-isa, pela orientação e pela amizade.

Aos membros da banca examinadora, Prof. Dr.Jayme de Toledo Piza, Prof. Dr.

Roberto Hermínio Moretti, Prof. Dr. Kil Jin Park, Prof. Dr. João Domingos Biagi, por suas

correções e pela valiosa contribuição para o aperfeiçoamento desse trabalho.

À Profa. Dra. Helena Maria André Bolini, pela contribuição na banca de qualificação.

As Dras. Vera Lúcia Pupo e Luciana Mendes pela valiosa contribuição para o aperfeiçoamento

desse trabalho e ao Professor Inácio Dal Fabbro pelos conhecimentos e amizade.

Aos meus companheiros de trabalho e queridos amigos, sem os quais a realização

desse trabalho teria sido muito mais difícil e muito menos agradável: Juliana, Rafael, Rosa

Helena, Marcos, Silvestre, Marcio, Roger, Roberto, Junior, Anderson, Rosália e Judith.

Obrigado pela ajuda, pela troca de conhecimentos e, principalmente, pela amizade.

Aos patrícios da Colômbia que me deram tanta força na parte experimental.

À Faculdade de Engenharia Agrícola/UNICAMP por ter disponibilizado suas

instalações para a realização desse trabalho.

À Fapesp e CNPq pelo apoio financeiro.

À Claudinei Contini, pelo fornecimento de café.

Aos senhores Adélsio Piagentini e Lorenço Del Guerra, diretores da Pinhalense S/A

Máquinas Agrícolas, pelo apoio, amizade e contribuição.

Aos funcionários da FEAGRI, que muito contribuíram em diversas fases do trabalho,

sempre com uma enorme disposição: Chico, Rosália, Jurandi, Clemilton, André e todos os

outros.

A todos aqueles que, de alguma forma, contribuíram para a realização desse trabalho.

vi

Dedico este trabalho àquelas pessoas que sempre me apoiaram e incentivaram de forma

incondicional: aos meus filhos Heilordt e Brandal. Vocês são, sempre foram e sempre serão

o meu bem mais valioso, a minha maior riqueza. Agradeço a vocês por todo amor e por toda a

confiança.

Aos meus pais, Aristóbulo e Mercedes, que sempre colocaram a felicidade de seus

filhos em primeiro lugar. Que sempre nos incentivaram a lutar por nossos objetivos e deram

tudo o que puderam para que nós os atingíssemos; a eles o meu respeito e admiração.

A Judith e a sua família, ela sabe porquê.

Aos meus irmãos Arlés, Dutfay, Hoover e Ifalia e aos meus sobrinhos e o resto da

família, pelo carinho recebido.

Aos meus amigos colombobrasileiros Fernando Chaves, Rodrigo Reina, Edson

Moraes, Paulo Tonelli, Kil Jin Park, Antonio Maciel, Quincas, Admilson, Silvano e famílias,

porque são a minha família no Brasil.

Aos meus companheiros e amigos da Universidad Surcolombiana.

Aos meus amigos da Colômbia: Ignácio Ortiz, Gerardo Jara, Ligia Maria, José Luis

Muñoz, Arnubio García, Arturo Carrera, Victor Manuel Bonilla, Hugo Buitrago, Eder

Gutierrez, Gerardo Puentes, Eduardo García, Orlando Castaño e famílias.

Aos meus amigos do Chile José Fuentes, Flor, Joséjunior, Romina e Kévin.

Aos meus Alunos.

vii

SUMARIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 1

1.1 OBJETIVO GERAL ....................................................................................................................................... 2

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................................ 3

2.1 CAFÉ........................................................................................................................................................ 3 2.1.1 Aspectos agronômicos ...................................................................................................................... 3 2.1.2 Colheita ............................................................................................................................................ 4 2.1.3 Mucilagem do café............................................................................................................................ 5 2.1.4 Qualidade do café............................................................................................................................. 6 2.1.5 Avaliação sensorial .......................................................................................................................... 9 2.2 SECAGEM............................................................................................................................................. 11 2.2.1 Conceitos básicos. .......................................................................................................................... 11 2.2.2 Fenômenos de sorção ..................................................................................................................... 11 2.2.3 Taxa de secagem............................................................................................................................. 13 2.2.4 Período à taxa decrescente de secagem ......................................................................................... 15 2.2.5 Modelos empíricos para secagem de café ...................................................................................... 17 2.2.6 Encolhimento.................................................................................................................................. 18 2.2.7 Tempos de repouso ......................................................................................................................... 19 2.3 METODOLOGIA DE SUPERFÍCIE DE RESPOSTA........................................................................... 20

3 DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA ......................................................................................... 22

3.1 ETAPA 1: ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NO ANO DE 2003........................................................................ 22 3.1.1 Armazenagem de café cereja .......................................................................................................... 22 3.1.1.1 Objetivo.......................................................................................................................................................22 3.1.1.2 Metodologia ................................................................................................................................................22 3.1.1.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................23 3.1.1.4 Conclusão parcial ........................................................................................................................................23 3.1.2 Determinação da composição porcentual de mucilagem e casca do café cereja........................... 23 3.1.2.1 Objetivo.......................................................................................................................................................23 3.1.2.2 Metodologia ................................................................................................................................................24 3.1.2.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................25 3.1.2.4 Conclusão parcial ........................................................................................................................................26 3.1.3 Secagem solar................................................................................................................................. 26 3.1.3.1 Objetivo.......................................................................................................................................................26 3.1.3.2 Metodologia ................................................................................................................................................26 3.1.3.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................27 3.1.3.4 Conclusões parciais .....................................................................................................................................31 3.1.4 Testes sensoriais ............................................................................................................................. 32 3.1.4.1 Objetivo.......................................................................................................................................................32 3.1.4.2 Metodologia ................................................................................................................................................32 3.1.4.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................33 3.1.4.4 Conclusões parciais .....................................................................................................................................35 3.2 ETAPA 2: ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NO ANO DE 2004 ..................................................................... 35 3.2.1 Determinação de teores de mucilagens parciais ............................................................................ 35 3.2.1.1 Objetivo.......................................................................................................................................................35 3.2.1.2 Metodologia ................................................................................................................................................35 3.2.1.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................36 3.2.1.4 Conclusão parcial ........................................................................................................................................37 3.2.2 Cinética experimental de secagem e obtenção de amostras para testes sensoriais ....................... 37 3.2.2.1 Objetivos .....................................................................................................................................................37 3.2.2.2 Metodologia ................................................................................................................................................38 3.2.2.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................43 3.2.2.4 Conclusões parciais .....................................................................................................................................51

viii

3.2.3 Testes preliminares de requerimentos de ar para a secagem......................................................... 51 3.2.3.1 Objetivo.......................................................................................................................................................51 3.2.3.2 Metodologia. ...............................................................................................................................................51 3.2.3.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................58 3.2.3.4 Conclusões parciais .....................................................................................................................................67 3.2.4 Estabelecimento de metodologia para análise sensorial................................................................ 68 3.2.4.1 Seleção de provadores .................................................................................................................................68 3.3 ETAPA 3: ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NO ANO DE 2005 ..................................................................... 68 3.3.1 Análise sensorial descritivo quantitativo (ADQ)............................................................................ 68 3.3.1.1 Objetivos .....................................................................................................................................................68 3.3.1.2 Metodologia ................................................................................................................................................68 3.3.1.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................74 3.3.1.4 Conclusões parciais .....................................................................................................................................79 3.3.2 Umidade de equilibrio por método estático e dinâmico ................................................................. 79 3.3.2.1 Objetivo.......................................................................................................................................................79 3.3.2.2 Metodologia ................................................................................................................................................80 3.3.2.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................82 3.3.2.4 Conclusões parciais .....................................................................................................................................94 3.3.3 Umidade do pergaminho e dogrão ................................................................................................. 94 3.3.3.1 Objetivo.......................................................................................................................................................94 3.3.3.2 Metodologia ................................................................................................................................................94 3.3.3.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................95 3.3.3.4 Conclusão parcial ........................................................................................................................................95 3.3.4 Tempos de repouso ......................................................................................................................... 96 3.3.4.1 Objetivo.......................................................................................................................................................96 3.3.4.2 Metodologia ................................................................................................................................................96 3.3.4.3 Resultados e discussão ................................................................................................................................97 3.3.4.4 Conclusões parciais ...................................................................................................................................105 3.3.5 Otimização da secagem................................................................................................................ 105 3.3.5.1 Objetivo.....................................................................................................................................................105 3.3.5.2 Metodologia ..............................................................................................................................................105 3.3.5.3 Resultados e discussão ..............................................................................................................................109 3.3.5.4 Conclusões parciais ...................................................................................................................................121 3.4 ETAPA 4: ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NO ANO DE 2006 ..................................................................... 121 3.4.1 Efeito da temperatura e tempo de secagem sobre o aspecto do grão........................................... 121 3.4.1.1 Objetivo.....................................................................................................................................................121 3.4.1.2 Metodologia ..............................................................................................................................................121 3.4.1.3 Resultados e discussão ..............................................................................................................................122 3.4.1.4 Conclusão parcial ......................................................................................................................................123

4 CONCLUSÕES................................................................................................................................. 124

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................ 126

ix

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Modelos matemáticos de isotermas de sorção usuais para materiais biológicos......14

Tabela 2. Determinações de mucilagem do café da safra do ano 2003. ...................................25

Tabela 3. Determinações da porcentagem de casca do café da safra do ano 2003...................25

Tabela 4. Médias e desvio padrão (DP) de avaliação de café, por atributo realizada em

CENICAFE................................................................................................................................34

Tabela 5. Tratamentos para obtenção de diferentes teores de mucilagem residual em amostras

de 1 kg de café cereja descascado. ............................................................................................36

Tabela 6. Características das amostras de CCD, utilizadas nos testes sensoriais.....................41

Tabela 7. Condições do ar de secagem das amostras. ..............................................................42

Tabela 8. Difusividades efetivas (Def), coeficientes de determinação R2 e desvio relativo

médio (DRM), obtidos a partir de dados de secagem de amostras de café para testes sensoriais.

...................................................................................................................................................44

Tabela 9. Coeficientes do modelo de Page (G e J), coeficientes de determinação R2 e desvio

relativo médio (DRM), obtidos a partir de dados da secagem de amostras de café para testes

sensoriais. ..................................................................................................................................44

Tabela 10. Condições de secagem de CCD no secador de bandejas. Ensaio 1. .......................53

Tabela 11. Condições de secagem de CCD no secador de torres. Ensaio 2 .............................53

Tabela 12. Condições de secagem de CCD no secador de bandejas. Ensaio 3 ........................54





Tabela 17. Resultados da secagem de CCD com diferentes teores de mucilagem realizada no

secador de bandejas sob as seguintes condições: Var = 0,198 m/s; Tar = 63°C; ts = 731 min. -

Ensaio 1. ....................................................................................................................................59


secador de torres sob as seguintes condições: Var: 0.322 m/s; Tar=60°C; ts=775 min. Torre 1,

Ensaio2. .....................................................................................................................................59

x


secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.302 m/s; Tar = 69°C; ts = 775 min. –

Torre 2, Ensaio 2. ......................................................................................................................60


secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.332 m/s; Tar = 69°C; ts = 775 min. –

Torre 3, Ensaio 2. ......................................................................................................................60


secador de bandejas sob as seguintes condições: Var = 0.466 m/s; Tar = 78°C; ts = 720 min.

Ensaio 3. ....................................................................................................................................61

Tabela 22. Resultados da secagem realizada no secador de torres sob as seguintes condições:

Var: 0.439 m/s; Tar = 66°C; M = 52,7%; ts = 580 min.; Ui = 57,33% b.u Torre1, Ensaio 4. ..61


Var: 0.317 m/s; Tar = 76°C; M = 52,7%; ts = 580 min.; Ui = 57,33% b.u Torre 2, Ensaio 4. .62


Var: 0.576 m/s; Tar = 76°C; M = 52,7%; ts = 580 min.; Ui = 57,33% b.u Torre 3, Ensaio 4. .62


Var = 0.423 m/s; Tar = 66°C; M = 39.6%; ts = 455 min.; Ui = 52,82%b.u; Torre 1, Ensaio 5.

...................................................................................................................................................63


Var = 0.313 m/s; Tar = 76°C; M = 39.6%; ts = 455 min.; Ui = 52,82%b.u; Torre 2, Ensaio 5.

...................................................................................................................................................63


Var = 0.569 m/s; T ar = 76°C; M = 39,6%; ts = 455 min.; Ui = 52,82%b.u; Torre 3, Ensaio 5.

...................................................................................................................................................63


Var = 0.422 m/s; Tar=66°C; M=51.3%; ts = 410 min.; Ui = 51,66%b.u; Torre 1, Ensaio 6. ..64


Var = 0.307 m/s; Tar = 79°C; M =51,3%; ts = 410 min.; Ui = 51,66%b.u; Torre 2, Ensaio 6.

...................................................................................................................................................64

xi


Var = 0.572 m/s; Tar = 79°C; M = 51,3%; ts = 410 min.; Ui = 51,66%b.u; Torre 3, Ensaio 6.

...................................................................................................................................................64



...................................................................................................................................................65



...................................................................................................................................................65

Tabela 33. Resultados da secagem realizada no secador de torres sob as seguintes condições.

Var = 0,586 m/s; Tar = 79°C; M = 49,9%; ts =: 285 min.; Ui = 51,28%b.u; Torre 3, Ensaio 7.

...................................................................................................................................................66

Tabela 34. Resumo de todos os ensaios para as bandejas do primeiro nível ...........................67

Tabela 35. Atributos e referência para cada extremo da escala, utilizados na avaliação

sensorial de café cereja descascado. ..........................................................................................69

Tabela 36. Planejamento experimental para avaliação sensorial..............................................72

Tabela 37. Médias e desvios padrões dos atributos julgados nas amostras avaliadas

sensorialmente ...........................................................................................................................74

Tabela 38. Coeficientes de variação (%) na valoração da equipe nas amostras avaliadas

sensorialmente ...........................................................................................................................75

Tabela 39. Sais utilizados para o preparo das soluções saturadas e atividade de água

correspondente, às temperaturas de 50 e 73ºC (GREENSPAN, 1977). ....................................80

Tabela 40. Umidades de equilíbrio de CCD com teores de mucilagem de 16,1% (M1) e 52,7%

(M2) às temperaturas de 50 e 73°C. ..........................................................................................83

Tabela 41. Parâmetros de ajuste dos modelos matemáticos de isotermas de sorção aos dados

experimentais para o CCD com 16,1 e 52,7% de mucilagem à temperatura de 50ºC, valores de

R2 , DRM e SE correspondentes. ...............................................................................................85


experimentais para o CCD com 16,1 e 52,7% de mucilagem à temperatura de 73ºC, valores de

R2 , DRM e SE correspondentes. ...............................................................................................88

Tabela 43. Umidades de equilíbrio das amostras secas para testes sensoriais. ........................93

xii

Tabela 44. Umidades de equilíbrio dinâmico experimentais e preditas ...................................93

Tabela 45. Umidade final do CCD e dos componentes pergaminho e grão para amostras com

teores de mucilagem residual na faixa de 15,9 até 71,1%.........................................................95

Tabela 46. Valores reais dos níveis das variáveis no planejamento experimental. ................107

Tabela 47. Ensaios de secagem de CCD, correspondentes a um planejamento experimental

fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais.................................................................108

Tabela 48. Condições ambientais dos Ensaios de secagem de CCD, correspondentes a um

planejamento experimental fatorial 23 ,com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais. ...................109

Tabela 49. Dados dos Ensaios de secagem de CCD, correspondentes a um planejamento

experimental fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais...........................................110

Tabela 50. Efeito estimado, erro padrão e grau de significância estatística (p≤ 0,05) para os

tempos de secagem de CCD correspondentes a um planejamento experimental fatorial 23, com

6 pontos axiais e 3 pontos centrais. .........................................................................................115

Tabela 51. Análise de variância (ANOVA) para secagem de CCD, correspondentes a um

planejamento experimental fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais. ...................116

Tabela 52. Coeficientes de regressão do modelo matemático codificado correspondente a

tempo de secagem (R2 = 0,9647).............................................................................................117

Tabela 53. Valores experimentais, valores preditos e desvio relativo dos ensaios de secagem

de CCD, correspondentes a um planejamento experimental fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3

pontos centrais. ........................................................................................................................117

Tabela 54. Valores experimentais, valores preditos e desvio relativo médio dos Ensaios de

secagem de CCD, correspondentes à validação do modelo. ...................................................118

xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Vista em corte do fruto maduro do cafeeiro (Fontes: ESPANICA, 2006 e YORK

UNIVERSITY, 2006). ............................................................................................................3

Figura 2: Curvas de umidade de equilíbrio de um alimento em função da correspondente

atividade de água, mostrando o fenômeno da histerese. ......................................................13

Figura 3: Preparo da matéria prima: (a) Separação de bóias por flutuação; (b) Despolpado do

café cereja; (c) Recipiente e batedeira para a desmucilagem. ..............................................24

Figura 4: Secagem ao sol de CCD: (a) sobre tela de plástico; (b) em bandejas plásticas...27

Figura 5: Secagem solar simultânea de 4 amostras com diferentes teores de mucilagem (T =

20,6°C, UR = 73,9%). ..........................................................................................................28

Figura 6: Secagem solar de amostras com alto teor de mucilagem residual (T = 18,9°C, UR =

72,4%). .................................................................................................................................29

Figura 7: Secagem solar de amostra com baixo teor de mucilagem residual (T = 18,7°C, UR =

70,8%). .................................................................................................................................29

Figura 8: Secagem solar de amostras com teores médios de mucilagem residual (T = 18,4°C,

UR = 73,2%).........................................................................................................................30

Figura 9: Secagem solar de amostra com baixo teor de mucilagem residual (T = 18,3°C, UR =

67,5%). .................................................................................................................................30

Figura 10: Secagem solar simultânea sobre tela de plástico de 5 amostras com diferentes

teores de mucilagem residual (T = 16,6°C, UR = 63,4%)....................................................31

Figura 11: Equipamento para suprimento de ar de secagem...............................................39

Figura 12: Câmara de secagem. ..........................................................................................39

Figura 13: Secador de bandejas...........................................................................................41

Figura 14: Curvas de secagem de amostras com diferentes teores de mucilagem (T= 46,5ºC)

..............................................................................................................................................45

Figura 15: Curvas de secagem de amostras com diferentes teores de mucilagem (T= 54ºC)45

Figura 16: Curvas de secagem de amostras com diferentes teores de mucilagem (T= 66ºC)46

Figura 17: Curva característica do comportamento do ar para condições de secagem do ar de

exaustão a 46,5ºC. ................................................................................................................47

xiv


exaustão a 54,0ºC. ................................................................................................................47


exaustão a 66,0ºC. ................................................................................................................48

Figura 20: Curvas de secagem experimentais e preditas pelos modelos Page e Fick (Amostras

2 a 7). ....................................................................................................................................49

Figura 21: Curvas de secagem experimentais e preditas pelos modelos Page e Fick (Amostras

8 a 13). ..................................................................................................................................50

Figura 22: Secador de torres................................................................................................52

Figura 23: Ficha de avaliação sensorial. .............................................................................73

Figura 24: Efeitos do teor de mucilagem e da secagem a 46,5°C na qualidade sensorial de

amostras de café....................................................................................................................76

Figura 25: Efeito do teor de mucilagem para amostras secas a 66°C .................................76

Figura 26: Efeito da temperatura de secagem em amostras com baixo teor de mucilagem

residual A4(22,4%), A7(39,6%), A10(29,3%).....................................................................77

Figura 27: Efeito da temperatura em amostras com teor de mucilagem residual médio

A3(37,7%), A6(46,4%), A9(39,5%).....................................................................................78

Figura 28: Efeito da temperatura em amostras com teor de mucilagem residual alto,

A2(63,5%), A5(60,7%), A8(57,6%).....................................................................................78

Figura 29: Disposição dos conjuntos de frascos no interior da estufa separados em dois níveis

de mucilagem para determinação da umidade de equilíbrio. ...............................................81

Figura 30: Umidades de equilíbrio de CCD com teores de mucilagem de 16,1% (M1) e 52,7%

(M2) às temperaturas de 50 e 73°C. .....................................................................................82

Figura 31: Isotermas de sorção teóricas e dados experimentais para o CCD com 16,1% de

mucilagem à temperatura de 50ºC........................................................................................86







xv


mucilagem e temperaturas de 50 e 73°C. .............................................................................91

Figura 36: Distribuição dos resíduos dos modelos de Halsey modificado e Peleg para 16,1%

de mucilagem e temperaturas de 50 e 73ºC..........................................................................91

Figura 37: Secagem de CCD com baixo teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V = 0,54

m/s). ......................................................................................................................................97

Figura 38: Encolhimento do CCD com baixo teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V =

0,54 m/s). ..............................................................................................................................98

Figura 39: Secagem de CCD com alto teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V = 0,54 m/s),

submetidos a um tempo de repouso de 36,25 horas (das 7,0 às 43,25 horas). .....................99

Figura 40: Encolhimento de CCD com alto teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V = 0,54

m/s). ......................................................................................................................................99

Figura 41: Secagem de cafés com médio e baixo teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V =

0,65 m/s). ............................................................................................................................100

Figura 42: Encolhimento de cafés com médio e baixo teor de mucilagem (Te = 50°C, V =

0,65 m/s). ............................................................................................................................101

Figura 43: Secagem de café totalmente desmucilado (Te = 50°C, V = 0,60 m/s). ...........102

Figura 44: Encolhimento de café totalmente desmucilado (Te = 50°C, V = 0,60 m/s). ...103

Figura 45: Secagem de cafés com alto teor de mucilagem (Te = 55°C, V = 0,66 m/s)....104

Figura 46: Secagem de café sem mucilagem (Te = 55°C, V = 0,66 m/s).........................104

Figura 47: Equipamento de ventilação e proteção elétrica adicionado ao secador existente

para avaliação da cinética de secagem ...............................................................................106

Figura 48: Curvas experimentais de secagem a 76ºC (a) e a 46ºC (b) – Pontos axiais. ...111

Figura 49: Curvas experimentais de secagem a T = 52ºC: (a) M = 8,1% e (b) M = 31,9% -

Pontos fatoriais ...................................................................................................................112

Figura 50: Curvas experimentais de secagem a 61ºC: (a) M = 20% e (b) tr = 9 h – Pontos

centrais................................................................................................................................113

Figura 51: Curvas experimentais de secagem a 70ºC: (a) M = 8,1% e (b) M = 31,9% – Pontos

fatoriais. ..............................................................................................................................114

Figura 52: Superfície de resposta e curvas em nível para tempo de repouso de 9 horas. .118

Figura 53: Superfície de resposta e curvas em nível para mucilagem de 20%. ................119

xvi

Figura 54: Superfície de resposta e curvas em nível para temperatura de 61°C...............119

Figura 55: Diagrama de efeitos da temperatura de secagem, tempo de repouso e teor de

mucilagem sobre o tempo de secagem do CCD, avaliados a 95% de confiança. ..............120

xvii

NOMENCLATURA

Símbolo Descrição Unidade

A Constante de secagem

AD Massa da amostra desmucilada totalmente g

AD’ Massa da amostra desmucilada parcialmente g

AH Constante de ajuste do modelo de Halsey

AO Constante de ajuste do modelo de Oswin

AT Amostra total, café cereja descascado g

aw Atividade de água

bH Constante de ajuste do modelo de Halsey

bi Coeficiente de regressão representativo do efeito linear da variável xi

bii

Coeficiente de regressão representativo do efeito quadrático da

variável xi

bij

Coeficiente de regressão representativo do efeito da interação entre as

variáveis xi e xj

bo Coeficiente de regressão representativo do efeito da média

BO Constante de ajuste do modelo de Oswin

CBET Constante de ajuste dos modelos de BET e BET linear

CCD Café cereja descascado

CGAB Constante de ajuste do modelo de GAB

CL Constante de ajuste do modelo de Langmuir

CV Coeficiente de Variação

Def Difusividade efetiva m2/s

DP Desvio Padrão

DPV Déficit de pressão de vapor kPa

DR Desvio relativo entre valores teóricos e experimentais

DRM Desvio relativo médio

ei resíduos gágua/gms

G Constante de ajuste do modelo de Page

xviii


GL Número de graus de liberdade

I Número de termos da série

J Constante de ajuste do modelo de Page

K Constante de secagem

k1, k2 Constantes de ajuste do modelo de Peleg

L Comprimento característico, semiespessura da amostra. m

M Mucilagem residual %

MQ Média quadrática %

MS Massa de matéria seca g

n Número de observações experimentais

n1, n2 Constantes de ajuste do modelo de Peleg

nBET Constante de ajuste do modelo de BET

Pv Pressão de vapor de água no alimento kPa

Pvs Pressão de vapor de água à saturação kPa

SE Desvio padrão da estimativa gágua/gms

SQ Soma quadrática

T Tempo s

t’ Tempo de secagem h

ts Tempo de secagem min

ts1 Tempo de secado até o repouso min

ts2 Tempo de secagem correspondente ao segundo período (Parte

B) min

ts12 Tempo de secagem total para as amostras atingirem uma

umidade final de 12% b.u min

T Temperatura ºC

Ta, Te Temperatura do ar de secagem ºC

TM Teor de mucilagem total g de M/g de AD

TM’ Teor de mucilagem residual da amostra desmucilada

parcialmente g de M/g de AD

xix


tr Tempo de repouso h

TS Temperatura do ar de saída ºC

Ui Conteúdo de umidade inicial %b.u

U (2) Conteúdo de umidade ao término do primeiro período de

secagem (Parte A) %b.u

U (3) Conteúdo de umidade ao término do período de repouso %b.u

V Velocidade m/s

URe Umidade relativa de equilíbrio %

VC Valor calculado

VE Valor experimental

VP Valor predito pelo modelo

X’ Conteúdo de umidade %b.u

X Conteúdo médio de umidade kgH2O/kgMs

Xo Conteúdo de umidade no instante inicial kgH2O/kgMs

Xeq Conteúdo de umidade de equilíbrio kgH2O/kgMs

XE Umidade de equilíbrio (Mágua/Mmateria seca)

xi Variável independente codificada g/g

Xm Umidade na monocamada (Mágua/Mmateria seca)

y Variável dependente g/g

Y Conteúdo adimensional de umidade

z Direção da transferência m

xx

RESUMO

A crescente demanda por cafés de maior qualidade e menos contaminante como o café

cereja descascado, aliada às escassas informações sobre este produto tipicamente brasileiro e a

necessidade de melhorar sua secagem mecânica motivaram este trabalho que teve o objetivo

de avaliar os efeitos de diferentes conteúdos de mucilagem residual no café cereja descascado

sobre diferentes atributos da bebida e na operação de secagem. Grãos de café arábica (Coffea

arábica L.) foram tratados para a obtenção de bebidas preparadas com amostras contendo

diferentes teores de mucilagem residual. Uma equipe de provadores foi selecionada e treinada

para avaliar sensorialmente as bebidas resultantes. Estudos da cinética de secagem sob

diferentes temperaturas de secagem e tempos de repouso foram realizados para os cafés de

baixo teor de mucilagem. Construíram-se as isotermas de dessorção para as temperaturas de

50 e 73°C e teores de mucilagem residual de 16,1 e 52,7%. Foi desenvolvido um modelo

preditivo para a determinação do tempo de secagem requerido para atingir a umidade final de

12%, analisado através da metodologia de superfície de resposta. Os modelos de Fick e Page

apresentaram bom ajuste aos dados experimentais de cinética de secagem, sendo a melhor

representação obtida para o modelo de Page. Na secagem em camada delgada, para

temperaturas do ar de exaustão entre 46,6 e 66,0°C com velocidade média de 0,21 m/s, as

difusividades efetivas variaram entre 7,47x10-11 e 3,08x10-10 m2/s. Os modelos Peleg e Halsey

modificado foram os que melhor representaram as isotermas de sorção de café cereja

descascado. Para a estimativa das umidades de equilíbrio dinâmicas, a equação proposta por

Fioreze mostrou-se altamente satisfatória. No estudo dos requerimentos de ar para a secagem

em camada delgada de café cereja descascado, verificou-se que a velocidade deveria ser

superior a 0,42 m/s. O melhor conceito sensorial correspondeu à faixa de menores conteúdos

de mucilagem residual.

Palavras-chave: análise sensorial, atividade de água, café, difusividade efetiva,

modelos de secagem, tempo de repouso.

xxi

ABSTRACT

This work was based, partly, in the increasing demand for coffees of higher quality,

like the peeled coffee cherry that has consolidated as a typical Brazilian product, in addition to

being less contaminating than washed coffee. Because it is a relatively new product,

information is scarce. As far as the problems associated to the quality of coffee, the phases of

harvest and drying have been identified as the most important ones; and to increase

competitiveness, the necessity to improve the mechanical drying is considered as a high-

priority. Based on these considerations, the present work has as main objective the evaluation

of the effects of different contents of residual mucilage of peeled coffee cherry on the diferents

attribute of the drink and the operation of drying.

The desorption isotherms for 50ºC and 73ºC and residual mucilage content of 16.1%

and 52.7% were determined, finding that the models of Peleg and Halsey modified

represented better the isotherms. In order to estimate the dynamic equilibrium moisture, the

proposed equation by Fioreze turned out to be highly satisfactory.

In thin layer drying, for temperatures of exhausted air between 46.6ºC and 66.0ºC and

average air speed of 0,21 m/s, effective diffusivities varied from 7.47x10-11 to 3.08x10-10 m2/s.

In the study of air requirements for the thin layer drying of peeled coffee cherry, it was

verified that the average speed must be higher than 0,42 m/s.

A panel for sensory evaluation of the resulting drinks, from coffees with different

residual mucilage content, was selected and trained. The best sensorial concept corresponded

to the lower residual mucilage content range, and for this range, through studies of kinetic of

drying associated to different drying temperatures and tempering time, a predictive model for

the determination of the required drying time was obtained in order to reach a final moisture of

12%, this analyzed through the response surface method. The drying experimental data

showed good adjustment with the models of Fick and Page, being better for the last one.

Keywords: Sensorial Analysis, Water activity, Drying. Tempering time. Effective

diffusivity. Drying models.

1

1 INTRODUÇÃO

As qualidades sensoriais do café cereja descascado são reconhecidas há mais de cinqüenta

anos (LEITE, 2002). No entanto, as dificuldades para se atingirem volumes significativos para

exportação impediram o desenvolvimento desse tipo de café. Somente a partir do início da década

de 90 “o acirramento do debate sobre qualidade do café e preservação do meio ambiente faz surgir o

sistema de café cereja descascado considerado processo intermediário entre a via seca, produtora de

café natural ou de terreiro, e a úmida por despolpar e não desmucilar o grão de café” HEMERLY

(2000). Seus primórdios no entanto remontam ao ano de 1928, conforme relato do Dr. Andreas Von

Bernegg donde “também se aconselha excluir o processo de fermentação para economizar tempo e

despesas” BERNEGG (1938).

A relevância de estudos orientados a processos menos contaminantes torna-se maior no

início do século XXI quando, particularmente no Estado de São Paulo, aparecem políticas e

programas direcionados à avaliação da carga contaminante e consumo de energia de cadeias

produtivas.

Na mesma linha, Flores et al. (2000) informam que substâncias fenólicas presentes no café,

tais como os ácidos clorogênico, caféico, cafeoilquínico e congêneres, despertam grande interesse

recente pelos efeitos benéficos para a saúde.

As informações sobre o conteúdo da mucilagem residual em café cereja descascado e seus

efeitos na qualidade da bebida são muito escassas. Cortez (1996), trabalhando no melhoramento da

qualidade do café, conclui que o sistema de processamento de grãos crus, denominado “Cereja

Descascado”, mostrou-se bastante eficiente por permitir a expressão das características sensoriais

desejáveis do café arábica brasileiro, livre das influências de sabor dos grãos imaturos e sobre

maduros. Sobre o café adensado na cultura, o autor manifesta que este favorece a produção de cereja

durante a safra. LEITE (2002), embora não reporte estudos anteriores, afirma que a maior

concentração de mucilagem proporciona maior corpo na bebida.

Como previsto por HEMERLY, em 2000 ao afirmar que o café cereja descascado vem se

firmando como um produto tipicamente brasileiro, passando a ser conhecido internacionalmente

pela sua qualidade, em 2003, os prêmios nacionais de café foram atribuídos para cafés descascados

(cereja descascado) variedades catuaí, novomundo, bourbom amarelo e acaiá (GARCAFE, 2003).

2

Tavares (2002) considerou a hipótese “a demanda por mais qualidade e a oferta mais

diversificada irão juntas gerar a força motriz que modificará todo sistema de agribussiness, inclusive

forçando a New York Board of Trade a criar contratos segmentados por faixa de qualidade do café”.

Nesse sentido, prevê a modernização da cafeicultura e a necessidade de maior preocupação com as

sustentabilidades ambiental, social e econômica, bem como a adoção de selos de certificação para

produtores de café sustentável.

Hafers (2003), vice-presidente do Conselho Nacional do Café, previu o crescimento das

exportações no segmento de cafés especiais, assim como de café torrado e moído e o início de um

grande esforço para se aproximar ao consumidor.

A respeito da conjuntura associada à qualidade do café, HEMERLY (2000) identificou as

fases de colheita e secagem como as mais importantes e, dentro das possibilidades de melhoria de

sua competitividade, estimou prioritárias as operações de mecanização da colheita e do terreiro e a

necessidade de melhorar a pré-secagem em combinação com a secagem mecânica, bem como as

fontes e a transferência de energia.

1.1 OBJETIVO GERAL

Avaliar os efeitos de diferentes conteúdos da mucilagem residual no café cereja descascado

(Coffea arábica L.) sobre os atributos da bebida e a operação de secagem.

3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 CAFÉ

2.1.1 ASPECTOS AGRONÔMICOS

O café pertence à família das Rubiaceae, do gênero Coffea, apenas duas das centenas de

espécies arcam com o imenso prestígio de 2ª commodity mais comercializada no mundo: C. arábica,

responsável por 75% da produção mundial exportável e produzido pelo Brasil, Colômbia, México e

Quênia; e C. Canephora (comumente chamada de café robusta), responsável pelos 25% restante e

produzido pelo Brasil, Vietnã, Indonésia e Costa do Marfim MENDES (2005).

Planta de porte arbustivo, possui caule lenhoso reto e ramos dimórficos. As flores são

normalmente brancas, havendo também as amarelas e rosas-claras; são hermafroditas, abrindo-se de

8 a 10 dias após a chuva ou irrigação que se segue a períodos de seca, tendo duração efêmera (3 a 4

dias). Os frutos geralmente com duas sementes plano-convexas podem ser, quando maduros,

vermelhos ou amarelos, conforme a variedade (Figura 1). As raízes são finas e superficiais,

atingindo de 30 a 40 cm de profundidade no solo.

Figura 1: Vista em corte do fruto maduro do cafeeiro (Fontes: ESPANICA, 2006 e YORK UNIVERSITY, 2006).

4

Para a variedade Colômbia, SALAZAR et al (1994) apresentam um estudo detalhado sobre

as mudanças anatômicas estruturais do fruto ao longo do tempo, desde os quinze dias depois da

floração até a maturidade, aos 240 dias.

2.1.2 COLHEITA

A variedade, o clima da região, o sistema de plantio, insolação e chuva definem a florada do

ano, influenciando diretamente a maturação dos frutos e conseqüentemente a época e tipo de

colheita a ser empregada (MENDES, 2005).

É de extrema importância para a qualidade do café que haja predominância de grãos maduros

(mínimo de 80%), os quais possuem composição química ideal para a geração de aromas e sabores

característicos durante a torração. Os frutos ainda verdes interferem na qualidade da bebida, sendo

responsáveis pela presença de grãos defeituosos verde-pretos, verdes e ardidos, causando maior

adstringência à bebida. Os grãos verdes, mais leves, também diminuem o rendimento da colheita e

são prejudiciais à planta, pois requerem maior esforço na colheita provocando grande queda de

folhas e galhos (BÁRTHOLO et al.;1989 apud MENDES 2005).

Os grãos sobre maduros, em fase de senescência sofrem fermentação com produção de

álcoois e ácidos indesejáveis, ruptura da parede celular e escurecimento da casca. A estes grãos é

atribuída a presença dos defeitos “grãos pretos”, que comprometem acentuadamente as

características sensoriais da bebida (MENDES, 2005).

Nas regiões próximas ao Equador, a maturação dos grãos distribui-se durante todo o ano e há

necessidade de colher-se apenas os grãos maduros, com o tipo de colheita conhecido como colheita

a dedo. No Brasil a maturação é praticamente concentrada em apenas uma época – outono e inverno,

o que permite a colheita denominada derriça, sendo feita no pano ou através de máquinas. A escolha

do método de derriça depende da espécie cultivada, da disponibilidade de mão-de-obra

(correspondente de 25 a 30% dos custos diretos de produção), das características do terreno e do

clima da região produtora, sendo na maioria das propriedades cafeeira de arábica no Brasil utilizada

a derriça no pano. Pela morfologia da planta, a arábica é considerada monocaule, o que permite a

colheita mecânica passando o cavaleiro sobre as plantas; como a planta de robusta é multicaule, este

tipo de colheita não é possível (MENDES, 2005).

A definição de cafés especiais insere a maneira como foram produzidos e os cuidados

especiais que receberam, ou seja, cuidados na seleção dos tipos de plantio, dos melhores grãos, de

5

áreas com condições de cultivo de qualidade excepcional e a maneira como foram preparados e

servidos (CANTO, 2001).

2.1.3 MUCILAGEM DO CAFÉ

O mesocarpo do fruto do café ou mucilagem é a camada que se localiza entre a polpa e o

pergaminho (Figura 1) constituída por tecidos hialinos, que não contêm cafeína nem taninos, são

ricos em açúcares e pectinas, representando 20% em massa do fruto em base úmida e perto de 5%

em base seca. O conteúdo de água na mucilagem varia entre 85 e 90% e a maior parte da matéria

seca é constituída por carboidratos, em particular compostos pécticos e açúcares redutores e não

redutores (GARAVITO & PUERTA, 1988).

Carvalho & Chalfoun (1985) reportam que a mucilagem do café é composta basicamente por

85% de água ligada a 15% de sólidos na forma de hidrogel insolúvel e coloidal. Da porção de

sólidos, 80% são substâncias pécticas e 20%, açúcares. A mucilagem só é formada no cereja, os

frutos verdes não a possuem.

Roa e colaboradores (1999) indicaram que a mucilagem representa 22% em peso do café

despolpado e 13% em peso do café cereja, sendo que sua espessura varia de 0,4 mm na face plana

até 2 mm na face convexa. Quanto ao conteúdo de sólidos totais, ZAMBRANO & ISAZA (1998)

encontraram 19,8 gramas de sólidos totais por quilograma de café cereja (Coffea arábica L.) var.

Caturra.

No processo de desmucilagem mecânica, obtém-se um fluido viscoso com alto conteúdo de

sólidos (96g/L de mucilagem) usando-se até 1 litro de água por quilograma de café pergaminho

processado (GARAVITO & PUERTA, 1988). Durante a obtenção de mucilagem com o uso de

desmuciladores mecânicos, Oliveros & Gunasekaram (1994) encontraram que este material não é

puro, pois, além de seus constituintes químicos (pectinas, açúcares, água, etc.), contém estruturas

celulares provenientes do próprio mesocarpo - basicamente paredes celulares e vasos de floema,

resíduos da película prateada e taninos - e seu comportamento reológico é altamente afetado pelo

tempo de pós-colheita, conteúdo de grãos cerejas maduros e pela variedade, sendo que a viscosidade

aparente da mucilagem aumenta com o incremento do tempo transcorrido entre a colheita e o início

do beneficio.

6

Contrariamente à presença de células de hidrogel livres na composição da mucilagem

AVALLONE et al. (2000) afirmaram que esta possui uma organização convencional de tecido, com

paredes finas de celulose, sustâncias pécticas e polissacarídeos neutros não celulósicos.

Ramírez Martínez (1988) reportou que a mucilagem pode contribuir para a descoloração do

endosperma e da película prateada, pelo fato de possuir polifenoloxidase. Levando em consideração

que a sobre-fermentação resulta em perda de qualidade do café, Jackels & Jackels (2005)

acompanharam o processo de fermentação da mucilagem com determinações de temperatura, pH,

concentração de glicose, etanol e acido lático, concluindo que o perfil do pH pode ser usado para

predizer o tempo em que a fermentação é completada, pois decresce abruptamente de uma faixa

inicial de 5,5 a 5,7 para cerca de 4,6 quando o processo é completado.

2.1.4 QUALIDADE DO CAFÉ

Amorim (1978) chamou a atenção para os efeitos negativos derivados do dano ou

desorganização das membranas celulares, causados por ataque de insetos, infecções microbianas e

alterações fisiológicas ocorridas na pré e pós-colheita, pois a polifenoloxidase é liberada e oxida os

ácidos clorogênicos, transformando-os em quinonas inibidoras da polifenoloxidase. Iturra & Villa

(1983), trabalhando com café cereja com 70% de umidade e temperatura de 25ºC, reportaram o

início de processos de deterioração por fungos após 24 horas da colheita do produto. Pimienta &

Vilella (2001) estudaram os efeitos sobre a qualidade da bebida de café lavado submetido a

diferentes tempos de amontoa no terreiro, encontrando que, para tempos de um a três dias, a bebida

resultava dura e após cinco dias, era riada, assim como crescimento de fungos com o tempo

(aspergilus sp, cladosporium, sp. e fusarium sp.) destacaram como os mais importantes fatores da

qualidade do café: a) composição química do grão, determinada por fatores genéticos, agronômicos

e climáticos; b) processo de preparo e conservação do grão, no qual intervém a ação da umidade e

da temperatura, propiciando infecções microbianas e fermentações indesejáveis; c) torração e o

preparo da bebida, que modificam a constituição química do grão, a qual está sempre relacionada

com a composição original do grão cru (CARVALHO & CHALFOUN, 1985). Esses autores

destacaram ainda que as torrações mais escuras são normalmente aplicadas a cafés de pior

classificação com o objetivo de eliminar compostos aromáticos voláteis responsáveis por sabores e

aromas indesejáveis.

7

A maioria dos defeitos observados na bebida é atribuída ao inadequado controle da

fermentação. Alguns desses defeitos, como o sabor de fermento, poderiam ser evitados utilizando-se

técnicas de remoção rápida da mucilagem, como é o caso da desmucilagem mecânica (OLIVEROS

& GUNASEKARAM, 1994).

Puerta (1998; 1999), para variedades cultivadas na Colômbia, observou que a intensidade das

características sensoriais depende do ponto de torra e que o sabor adstringente é ocasionado por

grãos imaturos. Quanto à influência do processo de beneficio, afirma que grãos pretos e furados pela

broca ocasionam sabor acre na bebida e que o defeito fermento é favorecido com a colheita de grãos

sobremaduros e verdes, assim como durante o despolpamento, devido a períodos longos entre a

colheita e a retirada da polpa e pela falta de calibração da máquina, que pode resultar na separação

incompleta da polpa.

Furquin-Bonetto (2001), estudando a conveniência de tratamentos fungistáticos no café

cereja, reportou que a fermentação se inicia 6 horas após a colheita do fruto, quando a massa de café

adquire uma certa temperatura. De acordo com o autor, os açúcares presentes na mucilagem, quando

na presença de microorganismos e sob condições anaeróbicas, são fermentados produzindo álcool

que é desdobrado em ácidos acético, propiônico e butírico, sendo que, na presença desses dois

últimos, já se observam prejuízos acentuados na qualidade e sabores desagradáveis decorrentes da

ação de fungos e bactérias, as quais podem produzir moléculas causadoras de gosto de terra, liquor

pesado e fermentado.

Nogueira (1986), estudando o efeito da temperatura de secagem sobre os grãos verdes de

café, encontrou que, para a temperatura de 30ºC, a porcentagem de grãos pretos é de 2,26%; a 40ºC,

21,5%; a 50ºC, 51,2% e, a 60ºC, alcança 100%, afetando de maneira determinante a qualidade do

café. Geralmente aceita-se que a proporção de grãos verdes no cereja colhido não deve ser superior a

5%. Estes dados são de grande importância na operação de secadores, especialmente rotativos, para

altas temperaturas da massa de grãos (ao redor de 45ºC), com vistas a melhorar a eficiência

energética sem afetar a qualidade sensorial do café.

Estudando a conservação de sementes de café (Coffea arábica) cv. Catuaí Vermelho,

Vasconcelos (1991) observou que temperaturas de secagem de 45°C não afetaram a porcentagem de

germinação. Texeira (1998) recomendou temperatura máxima de 45°C na massa de grãos.

Na secagem de café cereja descascado pelo processo de ar quente assistido por microondas,

Cunha (1996) obteve reduções no tempo de secagem superiores a 50%, porém, não é recomendado o

8

uso das microondas na etapa inicial, pois altos teores de umidade podem elevar a temperatura

interna do grão a níveis em que a tendência é o cozimento e não a secagem. Usando microscopia

eletrônica de varredura, o autor encontrou que altas temperaturas de secagem também podem

provocar danos nas membranas celulares. Para temperatura média do grão de 50°C e temperatura

máxima de 59°C, ocorreu destruição parcial da membrana citoplasmática de 84%, na região externa,

e de 28%, na região média.

Trabalhando com café cereja descascado e desmucilado, Octaviani (2000) operou secadores

rotativos com temperaturas de ar de secagem de até 106ºC e temperaturas médias na massa de grãos

de 40,2 a 56,1ºC sem reportar efeitos prejudiciais à qualidade sensorial segundo os parâmetros

bebida, seca, cor e aspecto.

Outros autores vêm estudando as alterações na qualidade derivadas de danos nas membranas

e associadas ao tipo de café e condições de secagem mediante análises químicas que incluem

avaliação dos valores de lixiviação de potássio, acidez total titulável, acidez graxa, açúcares totais,

açúcares redutores, sólidos solúveis, além da condutividade elétrica e análises qualitativas

(LACERDA FILHO, 1986; GUIMARÃES, 1995; OLIVEIRA et al.(2001); PIMIENTA &

VILELLA, 2002; CARVALHO JR. et al.( 2006); BORÉM et al., 2003 e 2006; CORADI, 2006).

Esses autores observaram que durante a secagem, temperaturas na massa de grãos maiores que 45°C

afetam negativamente a qualidade da bebida, porém quanto às análises sensoriais não encontraram

diferenças significativas, inclusive para temperaturas de 60°C.

Quanto à alteração da cor do grão durante a secagem, Menchú (1967) citado por SILVA et

al. (2000) afirmou que a secagem altera a cor dos grãos de café especialmente em secadores

mecânicos, sendo que temperaturas maiores que 80°C geram uma cor acinzentada. No mesmo

sentido, McLoy (1979) citado por SILVA et al. (2000) manifestou que a secagem em ambiente

escuro entre 30 e 49°C favorece o aparecimento da cor verde-amarelada (indesejável) enquanto que

a secagem ao sol proporciona a cor verde cinza (desejável). Corrêa, et al. (2002) concluiram que a

secagem de café na faixa de 30 a 60°C afetou a coloração do produto, principalmente reduzindo a

intensidade do verde com a elevação de temperatura, independente do tipo de pré-processamento

empregado.

Leite et al. (1998) manifestaram que existe uma relação direta entre a atividade da

polifenoloxidase (PPO) e a qualidade da bebida. Canto (2001) encontrou que o sistema de

aquecimento por microondas utilizado para a torra do café promoveu melhoria de qualidade quando

9

a operação é realizada sob potências de 3500 e 3700 Watts. Para o desenvolvimento de aroma e

gosto em níveis ótimos esse autor recomenda grau de torração média, cor marrom médio. Na torra

conduzida à temperatura de 210°C durante 14 minutos, houve ao redor de 23% de sólidos extraíveis

e perda de massa em torno ao 15,5%.

2.1.5 AVALIAÇÃO SENSORIAL

Ciência utilizada para evocar, medir, analisar e interpretar reações às características dos

alimentos e materiais como são percebidas pelos sentidos da visão, olfato, gosto, tato e audição; a

análise sensorial é efetuada de maneira científica, utilizando-se os sentidos de um painel sensorial

integrado por um grupo de pessoas, treinadas ou não, para analisar as características organolépticas

dos alimentos (TEIXEIRA, 1987; ABNT, 1993). Entre outros, são objetivos desta ciência verificar a

qualidade do produto, sua aceitação pelo consumidor e contribuir ao direcionamento de pesquisas

durante o desenvolvimento de novos produtos e processos.

Para o desenvolvimento de produtos é necessário que os provadores sejam submetidos a

treinamento visando sua familiarização com os procedimentos do teste a ser aplicado, melhorar suas

habilidades em identificar e reconhecer os atributos sensoriais em alimentos e melhorar a

sensibilidade e memória, de modo a oferecer medidas sensoriais precisas, consistentes e

padronizadas, ou seja, de formar uma equipe que produza resultados confiáveis e que funcione como

um instrumento analítico (FERREIRA et.al., 2000).

Um painel sensorial bem treinado pode ser equivalente a um equipamento científico usado

para medir parâmetros associados à qualidade do produto (FEIRA-MORALES, 2000 citado por

MENDES, 2005; FARIA et. al. 2000).

As principais características da bebida de café definidas para degustação são: aroma, acidez,

amargor, doçura, adstringência e corpo (MENDES, 1999; HAJ-ISA, 2003). Esses autores, definiram

tais características como:

Acidez: sensação produzida por um ácido inorgânico é majoritariamente uma função de seu

grau de ionização, está associada com prótons e seus doadores de prótons. Ácidos orgânicos são

geralmente mais fracos e sua contribuição sensorial é modificada pelos seus ânions. Este gosto

básico, embora percebido em quase toda a boca, se percebe principalmente nas laterais posteriores

da língua, lembrando as sensações de uma laranja ácida ou de um picles. A sensação de acidez deve

ser agradável e não lembrar alimento azedo ou estragado.

10

Aroma: gerado por compostos voláteis carbonílicos e fenólicos, é percebido quando se mexe

a infusão antes de resfriar. São precursores do aroma os açúcares redutores, aminoácidos livres,

trigonelina, ácidos clorogênicos e proteínas. A maior concentração de açúcares e lipídeos pode

favorecer a formação de compostos voláteis de aroma ou modificá-los de alguma maneira.

Amargor: gosto básico atribuído em parte à cafeína (responsável por 10% do amargor) e

alguns compostos heterocíclicos, peptídeos, vários produtos da degradação dos ácidos clorogênicos

e caramelização de açúcares.

Doçura: normalmente não é associada à bebida de café uma vez que os açúcares são quase

totalmente consumidos durante as reações na torração. Porém, uma pequena quantidade de sacarose

pode estar presente em cafés mais finos, levemente torrados.

Adstringência: não é um sabor, mas sim uma sensação bucal freqüentemente confundida com

amargor. É particularmente associada à presença de ácidos dicafeoilquínicos (diCQA) que são

compostos adstringentes, cuja característica é precipitar as proteínas salivares. As bebidas

adstringentes lembram a sensação de banana verde e caju verde.

Corpo: associado à viscosidade sentida na cavidade bucal, porém não havendo relação com a

viscosidade da bebida medida em aparelhos é função da presença de macromoléculas e relacionada

a baixos níveis de fenólicos adstringentes. A percepção da bebida encorpada se dá em toda a boca,

promovendo a sensação de bebida persistente, agradável e densa, mesmo em pequena proporção

entre pó e água.

Na avaliação sensorial de café cereja descascado (CCD) com o concurso de três (3)

provadores especializados, OCTAVIANI (2000), LEITE (2002) e CARVALHO JR. et al. (2006),

não obtiveram laudos unânimes para os cafés analisados.

O café robusta é mais adstringente que o arábica e, em geral, os grãos verdes provocam

maior adstringência uma vez que possuem maior quantidade de diCQA (MENDES, 1999). O

amargor é desejável nas bebidas de café, porém, deve ser equilibrado em cafés de melhor qualidade.

O ácido fosfórico é considerado a maior fonte de acidez na bebida de café. Os cafés arábicas são

mais ácidos que os robusta, sendo que os cafés processados por via úmida são mais ácidos que os

processados por via seca (PEREIRA, 1997).

11

2.2 SECAGEM

2.2.1 CONCEITOS BÁSICOS.

A secagem é a remoção de líquido de um corpo por evaporação, os métodos mecânicos para

separar líquidos de sólidos geralmente não são considerados como secagem, porém usualmente

precedem a operação de secagem pelo fato de serem mais baratos, além de que, freqüentemente o

uso de operações mecânicas é mais simples do que as térmicas (MOYERS & BALDWIN, 1999). O

objetivo básico da secagem de produtos alimentícios é a remoção de umidade dos sólidos até um

nível no qual o crescimento de microorganismos deterioradores seja minimizado (FORTES &

OKOS, 1980).

2.2.2 FENÔMENOS DE SORÇÃO

O entendimento dos fenômenos de sorção de umidade é fundamental para abordar e tentar

entender a problemática de secagem.

Segundo FORTES & OKOS (1978) uma isoterma é simplesmente a curva que relaciona o

conteúdo de umidade de equilíbrio de um produto com a umidade relativa. Costuma-se usar a

atividade termodinâmica de água, definida como:

100

% e

vs

v

w

UR

P

Pa == (1)

Onde: Pv: Pressão de vapor de água no alimento

Pvs: Pressão de vapor de água à saturação à mesma temperatura

%URe: Umidade Relativa de equilíbrio

Isotermas de sorção, freqüentemente chamadas de curvas de sorção, traduzem a

higroscopicidade do produto definida pelas relações existentes entre a água e os outros componentes

e ainda, em plano teórico e graças a estas curvas, conhecendo o teor de água e a temperatura da

superfície do produto, é possível conhecer o valor da pressão parcial de vapor de água na superfície

e, por conseguinte, calcular a taxa de secagem (DAUDIN, 1983).

A atividade de água (aw), conhecida também como umidade relativa de equilíbrio, foi

definida e por SCOTT (1957) e SALWIN & SLAWSON (1959) e TELLIS (1988), como “a relação

12

entre a pressão de vapor de água no ar e a pressão de vapor de água no ar saturado, medidos à

mesma temperatura”.

A atividade de água é a medida de água livre disponível num alimento, isto é, que não está

vinculada a outros componentes e, portanto, pode reagir quimicamente, permitindo também o

crescimento de microorganismos (WATERMAN, 1978 citado por HENAO, 1988). LABUZA et. al.

(1985) acrescentaram que esta afeta a estabilidade de alimentos desidratados, controlando

diretamente tanto a taxa de atividade microbiana como as reações químicas e pode ser aumentada,

seja por ganho de umidade da atmosfera ou por incremento da temperatura do produto.

Uboldieiroa (1981) apresentou uma revisão referente à influência da aw sobre o

desenvolvimento de microorganismos e seus meios de determinação, pontuando as faixas de aw para

crescimento de determinados microorganismos e sua classificação. São considerados alimentos de

baixa aw aqueles cujos valores são inferiores a 0,65 e, de alta aw, aqueles com valores acima de 0,85.

A equação matemática da isoterma de sorção de umidade descreve a relação entre aw e o

conteúdo de umidade de equilíbrio para um produto alimentício (LOMAURO et al., 1985). As

isotermas de sorção de umidade em pesquisas de alimentos são usadas para vários propósitos:

determinação do tempo de secagem, predições para misturar e embalar alimentos prevendo as

mudanças de umidade que ocorrem durante a armazenagem e, conseqüentemente, a estabilidade do

mesmo.

Conforme TONELI (2006), “a representação gráfica da relação entre a umidade de equilíbrio

de um material e a umidade relativa (atividade de água) a temperatura constante, fornece as curvas

de umidade de equilíbrio ou isotermas de sorção de água”. Uma isoterma de sorção pode ser obtida

em duas direções: durante a hidratação do material (adsorção) ou durante a sua secagem (desorção).

As isotermas teóricas apresentadas na Figura 2 mostram que, para cada valor de aw, entre os

pontos A e B, há dois valores de umidade do material: um maior, para a fase de desorção, e outro

menor, para a fase de adsorção (fenômeno denominado histerese). É possível distinguir três zonas:

zona I: água que constitui a camada primária, unida a grupos ionizáveis ou fortemente

polares;

Zona II: a água pode atuar como solvente e sua pressão de vapor varia conforme a lei de

Raoult;

Zona III: água retida em capilares, onde pode formar soluções (corresponde também à água

livre).

13

Figura 2: Curvas de umidade de equilíbrio de um alimento em função da correspondente atividade de água, mostrando o fenômeno da histerese.

As curvas de sorção de umidade são expressas matematicamente através de equações de

isotermas de equilíbrio. Na literatura, existem diversas equações empíricas, modelos matemáticos

que são utilizadas para representar as curvas experimentais de sorção em alimentos (Tabela 1).

2.2.3 TAXA DE SECAGEM

Oliveira (2005), concluiu que “as características específicas de cada produto, associadas às

propriedades do ar de secagem e ao meio de transferência de calor adotado, determinam diversas

condições de secagem. Entretanto, a transferência de calor e de massa entre o ar de secagem e o

produto é fenômeno comum a qualquer condição de secagem. O processo de secagem, baseado na

transferência de calor e de massa, pode ser dividido em três períodos”.

O primeiro período representa o início da secagem. Neste período ocorre uma elevação

gradual da temperatura do produto e da pressão de vapor de água, pois o material inicialmente

estava abaixo da temperatura de secagem. Estas elevações têm prosseguimento até o ponto em que a

transferência de calor seja equivalente à transferência de massa (água).

14

Tabela 1. Modelos matemáticos de isotermas de sorção usuais para materiais biológicos.

Nome do modelo Equação no

BET ( )

( )

−−−

+

+

+

1nwBETwBET

1nwBET

nw

m BET

BETBETBET

a.Ca.C11

a.na.1+n-1=

X

XE (2)

BET LINEAR BETm

BETw

mw

w

CX

)1C(a

CX

1

XE)a1(

a

BET

−+=

− (3)

GAB )aKCaK1)(aK1(

aKCXXE

wGABGABwGABwGAB

wGABGABm

+−−= (4)

HALSEY

=

HbH

wXE

A exp a (5)

HALSEY modificado ( )

=

HbH

mw XEA expX a (6)

LANGMUIR wL

wL

m aC1

aC

X

XE

++

+= (7)

OSWIN OB

W

WO a1

aAXE

−= (8)

PELEG 21 nW2

nW1 a ka kXE += (9)

O segundo período caracteriza-se pela taxa constante de secagem. A água evaporada é a água

livre. As transferências de massa e de calor são equivalentes e, portanto, a velocidade de secagem é

constante. Enquanto houver quantidade de água na superfície do produto suficiente para acompanhar

a evaporação, a taxa de secagem será constante.

No terceiro período, a taxa de secagem é decrescente. A quantidade de água presente na

superfície do produto é menor, reduzindo-se, portanto, a transferência de massa. A transferência de

calor não é compensada pela transferência de massa; o fator limitante nessa fase é a redução da

migração de umidade do interior para a superfície do produto. A temperatura do produto aumenta,

atingindo a temperatura do ar de secagem. Quando o produto atinge o ponto de umidade de

equilíbrio em relação ao ar de secagem, o processo é encerrado.

Os métodos de cálculo da cinética de secagem são aplicados de modo diferente dependendo

do período de secagem considerado. No período de taxa constante de secagem, as transferências de

calor e de massa na interface ar-produto governam a secagem e fixam a velocidade de secagem,

enquanto no período de taxa decrescente, são limitantes as transferências internas (DAUDIN, 1983).

15

2.2.4 PERÍODO À TAXA DECRESCENTE DE SECAGEM

O período de taxa decrescente de secagem é quase sempre o único observado para a secagem

de produtos agrícolas e alimentícios (OLIVEIRA, 2005). A complexidade dos fenômenos de

secagem conduz os pesquisadores a proporem numerosas teorias e múltiplas fórmulas empíricas

para predizerem a taxa de secagem.

Os principais mecanismos de transporte durante o período de taxa decrescente são: difusão

líquida, escoamento capilar e difusão de vapor (CHIRIFE, 1981). A difusão de vapor é o mecanismo

predominante durante a segunda fase deste período KING (1968). A teoria difusional se apóia

exclusivamente sobre a lei de Fick, que expressa que o fluxo de massa por unidade de área é

proporcional ao gradiente de concentração de água. Utilizando a lei de Fick, na equação de balanço

de massa de água no interior do produto, tem-se:

( )XD

t

X ef ∇⋅∇=

∂

∂

(10)

Independentemente dos trabalhos sobre secagem, CRANK (1975) apresentou um grande

número de soluções da equação de difusão para condições iniciais e de contorno variadas.

Entretanto, estas soluções se aplicam aos sólidos de formas geométricas simples (corpos semi-

infinitos; placas, cilindros e esferas) e quando a difusividade é constante ou varia linearmente ou

exponencialmente com a concentração de água. Para o caso de secagem unidirecional de um sólido

com formato de placa de espessura 2L utiliza-se o sistema de coordenadas cartesianas e a equação

pode ser escrita como:

=

z

XD

zt

Xef

∂

∂

∂

∂

∂

∂

(11)

Comumente são usadas as seguintes condições iniciais e de contorno para os problemas de

secagem:

Umidade inicial uniforme: X (z, t) = X (z, 0) = X0

16

Condição de simetria: 00

==Zz

X

∂

∂

Umidade de equilíbrio na superfície: X(z, t) = X (L, t) = Xeq

A solução da equação (11) considerando as condições iniciais e de contorno e aplicando a

seguinte expressão para o cálculo da umidade média no tempo

( )∫⋅=

L

dztzXL

X0

,1

(12)

Pode ser expressa como:

( )( )∑

∞

=

⋅⋅⋅+−

+⋅=

−

−=

02

22

22 412exp

12

18

i

ef

eqo

eq

L

tDi

iXX

XXY π

π (13)

Algumas hipóteses têm de ser observadas para a aplicação deste modelo (OLIVEIRA, 2005):

A difusividade de água é considerada constante;

O produto é considerado homogêneo;

As dimensões do produto permanecem constantes ao longo do tempo;

O movimento da água resulta de um gradiente do conteúdo de umidade na partícula;

A superfície do produto entra em equilíbrio imediatamente com o ar de secagem;

O conteúdo de umidade limite é a umidade de equilíbrio do produto.

O coeficiente de difusão (Def) é uma difusividade efetiva que engloba os efeitos de todos os

fenômenos podendo intervir sobre a migração da água, e seu valor é sempre obtido pelo ajuste das

curvas experimentais. A solução da equação de difusão utilizada é uma das mais simples e parece

ser a principal razão de seu emprego. Podemos entender a difusividade como a facilidade com que a

água é removida do material. A difusividade varia conforme mudam as condições de secagem

(temperatura e velocidade do ar), ou seja, não é uma propriedade intrínseca ao material, e, portanto,

convenciona-se chamar de difusividade efetiva (OLIVEIRA, 2005).

17

2.2.5 MODELOS EMPÍRICOS PARA SECAGEM DE CAFÉ

Nas aplicações de secagem têm-se desenvolvido modelos teóricos, empíricos ou semi-

empíricos, de acordo com as exigências das aplicações (JARAMILLO, 1990). No entanto, perante o

grande número de variáveis envolvidas nas equações teóricas e a complexidade das soluções

analíticas, a grande maioria de pesquisas em secagem considera expressões de camada delgada de

caráter empírico ou, no melhor dos casos, semi-empírico.

Entretanto, nenhuma das equações de secagem pode representar exatamente todo o intervalo

de secagem de um produto, o qual é dividido em duas ou três regiões de taxa constante ou taxa

decrescente.

Geralmente, as equações empíricas propostas são do tipo apresentado por LEWIS (1921).

)(/ XeqXKtX −−=∂∂ (14)

A integração da equação 14 resulta em:

Y = exp. (-Kt)

Chi & Johnson (1969) citados por JARAMILLO (1990) propuseram o seguinte modelo para

três regiões de secagem sendo K, n, e Xeq diferentes para cada região.

nXeqXKtX )(/ −−=∂∂ (15)

JARAMILLO (1990) ajustou 327 dados experimentais na secagem de café pergaminho em

camada delgada, na região de taxa decrescente, para temperaturas de 40, 50 e 60oC e fluxos de ar

entre 11,5 e 32,0 m/min-m2, obtendo a seguinte expressão:

)()(/ XeqXPvPvsmtX n −−−=∂∂ (16)

Onde

m = 0.014427

n = 1.2202

RSS = 1283 (soma dos quadrados dos resíduos)

S = 1.85 % (Desvio padrão)

18

As vantagens desta expressão estão na ausência de uma dependência explícita do tempo,

possuir um bom ajuste (r < 2%) e a presença de apenas dois parâmetros.

CUNHA (1996), de maneira análoga a BROOKER et al. (1992) apresentou o seguinte

modelo de secagem para café cereja descascado, utilizando um secador rotativo assistido por

microondas:

)*exp()/()( tkAXeqXoXeqXY −=−−= (17)

Para a modelagem do processo de secagem de sementes de café para as temperaturas do ar

de 35, 40 e 45oC, VASCONCELOS (1991), encontrou que as funções quadráticas representaram

melhor a relação entre o teor de água da semente e o tempo de secagem, conforme a seguinte

expressão. O autor também observou que a temperatura de 45°C não afetou a porcentagem de

germinação das sementes.

2'05,089,51' tX −= (18)

PAGE (1949) citado por OLIVEIRA (2005) considerando que, em algumas situações, a

teoria difusional não é adequada para ajustar o comportamento da taxa de secagem devido

interferências no efeito de resistência interna do material, propôs o seguinte modelo:

( )J

eqo

eqtG

XX

XXY ⋅−=

−

−= exp

(19)

2.2.6 ENCOLHIMENTO

Outro parâmetro a ser considerado na modelagem da secagem de cafés especiais é o

encolhimento. A avaliação dinâmica do mesmo reveste grande importância em produtos com alto

conteúdo de umidade inicial, tais como peixes, carnes e frutas, pois a fronteira específica muda

substancialmente durante o tempo de secagem, constituindo-se em um problema de fronteira livre.

AMÊNDOLA (1996) ilustrou este problema e apresentou uma solução numérica para mancais

hidrodinâmicos considerando que o modelo matemático clássico pode ser formulado para a pressão

do fluido como equação elíptica de derivadas parciais de segunda ordem.

19

Van Ardel (1974) citado por FORTES et al. (1998) manifesta que, no caso dos alimentos,

durante o período de secagem à taxa constante, a variação do diâmetro dos capilares (encolhimento)

é aproximadamente igual ao volume de água evaporada. Queiroz (1994) incorporou o fenômeno de

encolhimento ao modelo de difusão aplicado à secagem de bananas através de uma equação

empírica. Para pescado, Park (1987) determinou os coeficientes de difusão, com e sem encolhimento

durante a secagem.

Estudando a secagem de café em camada estática, Campos et al. (1999) reportaram uma

mudança de volume equivalente a 21%. SILVA et al. (2000), realizando secagem de café em

módulos giratórios, observaram cerca de 30% de encolhimento volumétrico. Sfredo et al. (2005)

estudaram a cinética de secagem do café cereja, levando em consideração o encolhimento como uma

função do conteúdo de umidade.

2.2.7 TEMPOS DE REPOUSO

Quanto à conveniência da inserção de tempos de repouso à operação de secagem, Thompson

& Foster (1967) citados por SABBAH et al. (1972) secaram milho com temperatura de 86°C e fluxo

de ar de 51 m3/min-t. e encontraram que o tempo ótimo de repouso foi de 8 horas. Continuando

com este trabalho, Sabbah et al. (1972) derivaram a seguinte expressão para o tempo máximo de

repouso considerando o grão de milho como uma esfera e toda a umidade concentrada no centro:

ef

rD

Rt

6

2

= (20)

Os autores sugerem usar 80% deste tempo como tempo de repouso. Fioreze (1986)

acrescenta que os tempos de repouso têm maior importância à medida que as temperaturas de

secagem são mais altas e as umidades finais requeridas são mais baixas.

No processo de secagem de café, Cordeiro et al. (1983) observaram que os tempos de

repouso facilitaram a remoção de umidade e a redução do gradiente de umidade e do consumo de

energia sem movimentação do produto. O trabalho foi realizado com café submetido à pré-secagem

em terreiro até atingir um teor de umidade em torno de 28% e, posteriormente, seco em camada

estática a 50, 60 e 70ºC. O repouso apresentou maiores benefícios quando a secagem foi feita à

70ºC, sendo que o período de repouso de 12 horas propiciou menores valores de umidade nos grãos

e menor variação de umidade ao longo da camada de grãos.

20

Esse resultado é correspondente ao obtido por Neves et al. (1983) que, trabalhando com

milho e temperaturas de ar entre 75ºC e 150ºC, concluíram que o efeito do período de repouso foi

inversamente proporcional à temperatura de secagem, pois, no início do processo de repouso, a taxa

de transferência de umidade para a superfície externa apresentou-se tanto maior quanto maior era a

temperatura prévia de secagem.

Para avaliar o momento adequado de início do período de repouso, o autor deste trabalho

baseou-se em um estudo de secagem de café cereja descascado em secadores rotativos, de acordo

com os dados levantados por Octaviani (2000), e observou que as curvas de secagem apresentam

uma inflexão para umidade em torno de 32%, evidenciando a existência de dois períodos de

secagem. Esse fato coincide com o reportado por outros autores na secagem de produtos de alto

conteúdo de umidade inicial, como MATA & BRAGA (1999), trabalhando com amêndoas de cacau.

Uma primeira aproximação para o início do período de repouso deve considerar, além da

viabilidade logística, este ponto de inflexão.

2.3 METODOLOGIA DE SUPERFÍCIE DE RESPOSTA

A metodologia de superfície de resposta (RSM) é uma técnica que tem sido aplicada com

sucesso na otimização de processos de fabricação de alimentos (OLIVEIRA, 2005) e consiste na

aplicação de um conjunto de procedimentos matemáticos e estatísticos usados para estudar a relação

entre uma ou mais respostas (variáveis dependentes) e um número de fatores (variáveis

independentes). Esta metodologia gera um modelo matemático que descreve o processo em estudo

(DINIZ & MARTIN, 1996; BARROS NETO et al., 2002).

O planejamento experimental fatorial associado à técnica de RSM fornece informações

seguras do processo, reduzindo interações, envolvendo técnicas de tentativa e erro (BOX et al.,

1978). Usando esta técnica para realizar os ensaios experimentais é possível estimar os efeitos

principais das variáveis na resposta. A tabela de análise de variância fornece informações sobre a

adequação do ajuste, sendo possível propor o modelo probabilístico que correlaciona a resposta em

função das variáveis estudadas, construindo a superfície de resposta para determinar a faixa ótima de

operação.

A metodologia de superfície de resposta é constituída de duas etapas distintas: modelagem e

deslocamento, que são repetidas tantas vezes quantas forem necessárias. A modelagem normalmente

é feita ajustando-se modelos lineares ou quadráticos a resultados experimentais obtidos a partir de

21

planejamentos fatoriais. O deslocamento se dá sempre ao longo do caminho de máxima inclinação

de um determinado modelo, que é a trajetória na qual a resposta varia de forma mais pronunciada

(BARROS NETO et al., 2002).

O procedimento para verificar a validade destes modelos tem como principio básico os

critérios estatísticos de coeficiente de determinação (R2) e o teste F. O coeficiente de determinação é

um parâmetro estatístico que compara a variância dos valores das respostas previstas pelo modelo

proposto com a variância da própria população dos pontos experimentais. Quanto mais próximo de 1

estiver o valor de R2 entre os valores previstos e os valores experimentais, melhor terá sido o ajuste

do modelo às respostas observadas.

O teste Fischer de significância é usualmente utilizado para verificar se o modelo explica

uma quantidade significativa da variação dos dados experimentais, comparando-se o valor estimado

para F a partir dos resultados experimentais com o valor tabelado para uma distribuição de

referência Fp, ν1, ν2. O teste F verifica se existe relação entre as variáveis e a resposta. Quando não

há relação entre a variável e a resposta, pode-se demonstrar que a razão entre as médias quadráticas

da regressão (MQR) e dos resíduos (MQr) segue uma distribuição F. Então, se a razão MQR/MQr

(Fcalc) for maior que o valor tabelado, pode-se afirmar que a quantidade de variação devido ao

modelo é significativamente maior que a variação não explicada e o modelo é considerado válido

(BARROS NETO et al., 2002).

Nem sempre, porém, uma regressão dada como significativa pelo teste F é útil para realizar

previsões. Pode acontecer que a faixa de variação coberta pelos fatores estudados seja pequena

demais, permitindo que o efeito sobre a resposta fique encoberto pela extensão do erro experimental.

Pode-se empregar como regra prática, ou seja, considerar a regressão útil para fins de previsão, se o

valor de MQR/MQr for, pelo menos, cerca de dez vezes o valor do ponto da distribuição F com o

número apropriado de graus de liberdade, no nível de confiança escolhido (BOX & WETZ, 1973

citados por BARROS NETO et al., 2002).

22

3 DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA

A seguir apresentam-se as atividades desenvolvidas ao longo de quatro safras consecutivas,

partindo do ano de 2003. Cada safra foi considerada como uma etapa da pesquisa com seus próprios

objetivos, portanto, neste capítulo serão apresentadas as metodologias, os resultados e as conclusões

parciais de cada etapa.

3.1 ETAPA 1: ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NO ANO DE 2003

Esta etapa correspondeu à realização de testes preliminares, na procura de se obter um maior

conhecimento do café cereja descascado.

3.1.1 ARMAZENAGEM DE CAFÉ CEREJA

3.1.1.1 OBJETIVO

Determinação do tempo e temperatura seguros de armazenagem de café cereja na procura da

conservação de suas características originais para a realização dos testes com a garantia de que a

matéria–prima não sofresse alterações significativas.

3.1.1.2 METODOLOGIA

Na primeira fase da pesquisa, foram utilizados grãos da espécie café arábica (Coffea arábica

L.), do cultivar Novo Mundo-Acaiá, da fazenda Vargem Grande, localizada no município de

Jacutinga – MG, a 1200 metros de altitude, colhidos em arbustos de três anos de idade.

A colheita foi realizada durante o período compreendido entre 04 de junho e 30 de julho. O

método de colheita adotado foi a derriça manual no pano, privilegiando os grãos totalmente

maduros.

O café, colhido nas primeiras horas da manhã, foi levado para o Laboratório de Tecnologia

Pós-colheita/Secagem da Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP, onde se procedeu a

lavagem e separação por densidade dos grãos sobremaduros, denominados bóias. Posteriormente,

foram separados os grãos verdes mediante inspeção visual e pressão dos dedos.

23

Duas parcelas de aproximadamente 10 quilogramas de material selecionado, colhido em 04

de junho, foram levadas a uma câmara fria e armazenadas à temperatura de 13°C, em tanques

plásticos providos de tampa. O mesmo procedimento realizou-se com material colhido em 12 de

junhoe armazenado a 5°C.

3.1.1.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Mediante avaliação visual observou-se que a matéria-prima quando armazenada a 13°C

desenvolveu fungos após o quarto dia e a 5°C os fungos apareceram depois do décimo dia.

Iturra & Villa (1983) reportaram o início de processos de deterioração por fungos após 24

horas para café cereja com umidade inicial de 70% b.u. e armazenado a 25°C. Pimienta & Vilella

(2001) tinham estudado os efeitos sobre a qualidade da bebida de café lavado submetido a diferentes

tempos de amontoa no terreiro, encontrando que, para tempos de um a três dias, a bebida resultava

dura e após cinco dias, era riada, assim como o crescimento de fungos com o tempo (Aspergilus sp,

Cladosporium sp. e Fusarium sp.).

3.1.1.4 CONCLUSÃO PARCIAL

Para garantir variações mínimas da qualidade dos grãos, estabeleceu-se o período máximo de

seis dias de armazenamento e temperatura de 5°C.

Além disso adotou-se o procedimento de nova lavagem e reclassificação dos grãos a cada

ensaio, evitando-se a presença de material sobremaduro nas amostras.

3.1.2 DETERMINAÇÃO DA COMPOSIÇÃO PORCENTUAL DE MUCILAGEM E CASCA DO CAFÉ CEREJA

3.1.2.1 OBJETIVO

Investigar a variabilidade da matéria prima quanto ao teor de mucilagem e à porcentagem de

casca ao longo da safra do ano de 2003.

24

3.1.2.2 METODOLOGIA

A lavagem do café cereja foi realizada em um tanque plástico com as seguintes dimensões:

largura = 0,69m, comprimento = 2,40m e altura = 0,55m. A separação de grãos sobremaduros ou

bóias foi realizada com ajuda de um coador (Figura 3a).

O descascamento foi realizado mediante o uso de um despolpador mecânico, tipo horizontal,

marca Pinhalense, Modelo DPM-02, ano 2003 (Figura 3b) que produzia amostras apenas

descascadas. As cascas remanescentes foram eliminadas manualmente.A determinação da

porcentagem de casca foi feita por diferença de massa entre o café cereja (CC) e o café cereja

descascado.

Desmucilagem total

Foi utilizado um quilograma de café cereja apenas descascado denominado amostra total

(AT). A desmucilagem foi realizada colocando o material em recipiente plástico (balde) contendo

400g de água e atritando-se os grãos entre si por agitação, com ajuda de uma batedeira marca

BRITANIA-Pérola/Plus, serie A, cuja haste do agitador foi protegida com fibra para evitar danos

mecânicos nos grãos e operada sob potência máxima. O material foi agitado renovando-se a água,

mantendo a proporção inicial, até que o atrito entre os grãos produzisse ruído característico de lixa

(Figura 3c).

Em seguida escorreu-se a massa pesando o café resultante (AD-Amostra desmucilada

totalmente). Com esses dados calculou-se o teor de mucilagem (TM), de acordo com a Equação

(21).

TM = (AT- AD) / AD (21)

(a) (b) (c)

Figura 3: Preparo da matéria prima: (a) Separação de bóias por flutuação; (b) Despolpado do café cereja; (c) Recipiente e batedeira para a desmucilagem.

25


As Tabelas 2 e 3 apresentam os resultados das determinações de mucilagem e casca do café

cereja ao longo da safra de 2003

Tabela 2. Determinações de mucilagem do café da safra do ano 2003.

DATA Mucilagem/CC

(%) Mucilagem /AD

(%)

Repetições

(n)

CV

(%)

04/06/03 15,9 36,4 4 2,48

12/06/03 13,4 33,3 6 0,64

14/07/03 12,3 30,5 6 2,10

30/07/03 12,1 28,5 6 2,50 Tabela 3. Determinações da porcentagem de casca do café da safra do ano 2003.

ENSAIO DATA CASCA/CC

(%)

CASCA/AD

(%)

AMOSTRA

(g)

1 05/06/03 43,5 76,9 2000

4 05/06/03 47,1 89,1 990

5 06/06/03 39,2 64,5 2000

6 08/06/03 45,4 83,2 1400

7 10/06/03 45,2 82,6 2036,7

8 11/06/03 45,0 81,9 8233,5

9 11/06/03 46,2 85,9 2344,9

10 10/06/03 46,2 85,8 2219,1

11 10/06/03 46,9 88,4 2340,0

12 10/06/03 47,1 89,00 2405,1

13 10/06/03 45,0 81,90 2372,5

Média

DP

CV

45,16

2,2607

5,01%

82,65

7,0667

8,55%

CC = Massa da amostra de café cereja; CD = Massa da amostra desmucilada totalmente

26

Os resultados das determinações de casca e mucilagem do café da safra do ano de 2003

(Tabelas 1 e 2) são condizentes com o reportado por LEITE (2002) quanto à variação do teor de

mucilagem no café cereja ao longo da safra e com ROA et al. (1999) que manifestam que a

mucilagem representa 13% em peso do café cereja.

Quanto à porcentagem de casca esta resultou ligeiramente inferior à reportada por ROA et al.

(1999) para a variedade Colômbia que obteve resultados ao redor de 47% de massa de casca em

relação à massa do café cereja.


O teor de mucilagem muda ao longo da safra; em conseqüência disto adotou-se

procedimento metodológico de realização da colheita no período central da safra, ou seja, no

período compreendido entre 20 de julho e 18 de agosto para a safra de 2004, buscando garantir uma

matéria prima homogênea quanto o teor de mucilagem.

3.1.3 SECAGEM SOLAR

3.1.3.1 OBJETIVO

Produção de amostras por secagem solar, buscando reproduzir as condições do terreiro.

3.1.3.2 METODOLOGIA

Os ensaios de secagem solar foram realizados na área vizinha ao Laboratório de Secagem da

Faculdade de Engenharia Agrícola, FEAGRI / UNICAMP, no período compreendido entre 10 de

junho e 25 de agosto de 2003, sob duas modalidades:

As amostras de maior tamanho, que foram utilizadas em testes sensoriais, foram secas sobre

uma tela de plástico esticada, onde o material (CCD) foi distribuído em monocamada (Figura 4a).

As demais amostras foram submetidas à secagem solar em bandejas plásticas de cor branca e cuja

superfície do fundo mede 35,5 x 46,0 cm, de maneira que a camada de grãos não excedesse a uma

altura de 1,0 cm (Figura 4b). Nos dois casos, as amostras apresentaram diferentes teores de

mucilagem e foram revolvidas pelo menos uma vez a cada hora, ao longo do dia.

27

(a) (b)

Figura 4: Secagem ao sol de CCD: (a) sobre tela de plástico; (b) em bandejas plásticas


As Figuras 5 a 10 mostram a evolução da secagem solar de amostras de CCD, sendo que as

Figuras 5 a 9 correspondem à secagem em bandejas e a Figura 10, à secagem sobre tela de plástico.

As condições de temperatura e umidade relativa que aparecem no título das figuras correspondem às

médias do período de secagem.

28

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0

Tempo ( horas )

Y (

adim

ensi

on

al )

Mucilagem = 100%

Mucilagem = 75,5%

Mucilagem = 51,1%

Mucilagem = 9,8%

Figura 5: Secagem solar simultânea de 4 amostras com diferentes teores de mucilagem (T = 20,6°C, UR = 73,9%).

Os conteúdos de umidade inicial diferem substancialmente como conseqüência do ganho de

umidade durante o processo de desmucilagem parcial, pois esta operação é realizada com uso de

água. Igual comportamento foi observado em relação aos teores de umidade final de equilíbrio, sem

correlação aparente com o teor de mucilagem residual (Figura 5).

Observou-se que amostras com alto teor de mucilagem, mesmo com conteúdos de umidade

inicial diferentes, apresentou tempos semelhantes para atingir umidades seguras de armazenagem

(Figura 6). Quanto ao aspecto físico notou-se que amostras com maior teor de mucilagem

apresentaram maior proporção de grãos manchados. Observou-se ainda que o primeiro período de

repouso, isto é, ausência de sol, ocorreu imediatamente depois do preparo das amostras, lembrando

que este preparo foi concluído na início da noite. A primeira leitura de peso no dia 17/06/2003

ocorreu às 8h 10 min e a última, às 17h 50 min do dia 24/06/2003. Como era esperado, à medida que

avança a secagem, a perda de peso durante a noite (ou durante o repouso) é menor, porém, esse

período de repouso favorece enormemente a remoção de umidade na seqüência do processo,

principalmente durante o dia.

29

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Tempo ( horas )

Um

idad

e (

% b

.u. )

Mucilagem 86,3%

Mucilagem 57,1%

Figura 6: Secagem solar de amostras com alto teor de mucilagem residual (T = 18,9°C, UR = 72,4%).

Grãos com médios teores de mucilagem residual, com conteúdos de umidade inicial

semelhantes, mostraram grande similaridade no comportamento das curvas de secagem.(Figura 8).

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Tempo (horas)

Um

idad

e %

b.u

.

Mucilagem 21,1%

Figura 7: Secagem solar de amostra com baixo teor de mucilagem residual (T = 18,7°C, UR = 70,8%).

30

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Tempo ( horas )

Um

idad

e ( %

b.u

. )Mucilagem 44,0%

Mucilagem 33,9%

Figura 8: Secagem solar de amostras com teores médios de mucilagem residual (T = 18,4°C, UR = 73,2%).

A Figura 9 representa a secagem de uma amostra com teor de mucilagem e umidade inicial

menores.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Tempo ( horas )

Um

idad

e ( %

b.u

. )

Mucilagem = 16,8%

Figura 9: Secagem solar de amostra com baixo teor de mucilagem residual (T = 18,3°C, UR = 67,5%).

A Figura 10 mostra o comportamento da secagem de grãos de café ao sol sobre tela de

plástico, cujas amostras foram utilizadas para os testes sensoriais de 2003 (primeira série).

31

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320

Tempo ( horas )

Um

idad

e (

% b

.u. )

B1 = 12,5% de M

B2 = 54,1% de M

B3 = 61,3% de M

B4 = 86,6% de M

B5 = 100% de M

Figura 10: Secagem solar simultânea sobre tela de plástico de 5 amostras com diferentes teores de mucilagem residual (T = 16,6°C, UR = 63,4%).

Pode-se observar que o tempo de secagem foi bem maior do que na secagem em bandejas,

sendo que as amostras com teores de mucilagem de 61,3 e 54,1% foram as que apresentaram

maiores dificuldades no processo de secagem. Depois de 270 horas de secagem, os conteúdos de

umidade foram bem semelhantes.

3.1.3.4 CONCLUSÕES PARCIAIS

A presença de períodos de repouso durante a secagem de café cereja descascado (CCD) com

diferentes teores de mucilagem residual favorece a remoção de umidade nos períodos da secagem

subseqüentes realizada durante o día

Os resultados podem ser aplicados à secagem mecânica, principalmente para cafés com alto

teor de mucilagem que apresentam grande dificuldade para a remoção de umidade.

Quanto ao aspecto físico observou-se visualmente que amostras com maior teor de

mucilagem apresentaram maior proporção de grãos manchados.

32

Amostras procedentes do mesmo café cereja, submetidas ao mesmo processo de

despolpagem, apresentam diferenças consideráveis no conteúdo de umidade inicial, dada a

higroscopicidade particular de cada material em função de seu teor de mucilagem residual, sem

correlação aparente. Igualmente, os teores de umidade final apresentam diferenças, também sem

correlação aparente.

3.1.4 TESTES SENSORIAIS

3.1.4.1 OBJETIVO

Avaliar sensorialmente café pergaminho seco com diferentes conteúdos de mucilagem

residual por equipes externas reconhecidas de julgadores para estabelecer preliminarmente as faixas

em que apresentem o melhor conceito de qualidade.

3.1.4.2 METODOLOGIA

O material colhido em 14 e 30 de julho (Tabela 2), foi separado em duas séries,

correspondentes às datas de colheita, e dividido em cinco parcelas com 22.000g cada uma, na

procura de se obter amostras representativas para realizar testes sensoriais.

É importante ressaltar que, ainda sem uma metodologia definida, procurou-se obter amostras

com diferentes teores de mucilagem, submergindo o material em água, sob agitação, em tanques

plásticos, para a remoção parcial da mucilagem, exceção feita às amostras que ficaram com 100% de

mucilagem.

A determinação da mucilagem total do material de cada série, foi realizada com amostras de

café cereja de 3226 g e o cálculo foi feito de acordo com a equação (21).

O teor de mucilagem residual (TM’) foi calculado conforme a Equação (22).

ADADADTM /)'(' −= (22)

Onde: AD’= Massa da amostra desmucilada parcialmente; AD= Massa da amostra

desmucilada totalmente; TM’ = Teor de mucilagem da AD’ (g de mucilagem / g de AD).

33

A secagem foi feita ao sol sobre tela de plástico (Figura 4a), buscando reproduzir as

condições do terreiro, sendo as amostras revolvidas pelo menos uma vez a cada hora ao longo do

dia.

A primeira série ficou constituída das seguintes amostras: B1= 5,1%; B2= 12,5%; B3=

54,1%; B4= 61,3%; B5= 100%, enquanto a segunda série foi formada pelas amostras: B6= 6,6%;

B7=73,1%; B8=77,2%; B9=93,0%; B10= 100%.

As dez amostras produzidas foram enviadas à empresa Qualicafex (Espirito Santo do Pinhal,

SP) e à Associação Brasileira de Cafés Especiais (ABCE), para serem avaliadas sensorialmente,

cujas análises ocorreram em setembro de 2003 e outubro de 2003, respectivamente. Note-se que no

lote enviado às duas empresas havia duas amostras com 100% de mucilagem provenientes de café

cereja colhidos em épocas diferentes, ou seja, 14 de julho e 30 de julho, correspondentes à

concentração de mucilagem total de 0,305 e 0,285 g de M/g de AD, respectivamente.

Posteriormente, no período compreendido entre os dias 21 e 29 de janeiro de 2004, seis

amostras de café contendo 6,6; 12,5; 54,1; 73,1; 86,6 e 100% de mucilagem residual foram

analisadas na Colômbia pela Federación Nacional de Cafeteros, Centro de Investigaciones de Café

(CENICAFE), através de metodologia que incluiu cinco (5) sessões de avaliação e a participação de

três (3) provadores treinados para avaliar intensidade de Aroma (Iar), Aroma, Acidez, Amargor,

Corpo, Doçura e Índice global (Global), utilizando-se o método descritivo/quantitativo com escala

de 9 pontos, sendo os valores 9, 8 e 7 indicadores de boa qualidade; dos quais, 9 é o melhor; 6, 5 e 4,

desvios; dos quais 4 é tolerável e 3, 2 e 1, defeitos; sendo que 1 é o pior. As amostras foram torradas

e moídas sob condições normalizadas no laboratório, adotando-se torração e moagem médias de

acordo com o informe apresentado por CENICAFE. Na preparação da bebida, colocaram-se 150ml

de água em 11 gramas de café em pó. Os resultados obtidos em CENICAFÉ foram processados e a

análise da ANOVA foi feito através do programa MINITAB.


O especialista da empresa “Qualicafex” considerou as amostras de café de muito boa

qualidade sensorial (estritamente mole), com exceção das amostras com 12,5%; 73,1% e 77,2% de

mucilagem residual, que foram avaliadas como cafés “mole”. Não foram encontradas evidências que

relacionassem os atributos sensoriais avaliados ao conteúdo de mucilagem residual.

34

A equipe da ABCE também avaliou os cafés como “estritamente moles”, excetuando-se as

duas amostras com 100% de mucilagem, sendo que, destas, uma sofreu fermentação e a outra

resultou em um café mole “obscuro” não tendo desenvolvido sabor.

Para a análise estatística dos resultados obtidos na avaliação realizada pelo painel de

CENICAFE (Tabela 4), a amostra B6 com 6,6% de mucilagem foi descartada por ter fermentado

durante o armazenamento (1 mês, umidade de 16,7%), e sensorialmente rejeitada.

A equipe de CENICAFÉ reportou na avaliação física a presença de grãos com manchas,

especialmente naqueles com alto teor de mucilagem residual. Não foram encontradas diferenças

sensoriais estatisticamente significativas entre as amostras para os diferentes atributos (p<0,05),

sendo que as notas de maior valor foram atribuídas aos cafés com 73,1 e 12,5% de mucilagem

residual. Observou-se alto coeficiente de variação nas notas atribuídas.

Considera-se que as discrepâncias entre os avaliadores da Colômbia e os do Brasil são

devidas ao tipo de treinamento que essas equipes recebem para avaliar a qualidade do café, uma vez

que as preferências locais são diferentes, inclusive, os alvos e metas de exportação de cafés de

ambos os países (Brasil e Colômbia) são distintos e respondem a solicitações diferentes dos seus

compradores.

Tabela 4. Médias e desvio padrão (DP) de avaliação de café, por atributo realizada em CENICAFE.

Amostras (Teor de mucilagem residual %) Atributo B2 (54.1%) B4 (86.6%) B1 (12.5%) B7 (73.1%) B5 (100%)

Média 3,13 3,97 4,37 4,50 4,34 Corpo DP 0,38 0,85 1,55 1,91 0,28

Média 3,43 4,21 4,50 4,60 3,33 Acidez DP 0,66 1,06 1,65 1,58 0,34

Média 3,97 4,33 4,20 4,74 4,40 Doçura DP 0,83 0,36 1,19 1,48 0,41

Média 3,80 4,70 4,93 5,40 4,07 Aroma DP 1,12 1,51 1,24 1,44 0,98

Média 4,53 5,33 5,90 5,57 5,10

Iar DP 1,01 0,81 0,68 1,41 0,60

Média 3,30 4,07 4,27 4,60 3,33 Global DP 0,38 0,92 1,67 1,75 0,34

Média 3,33 3,80 4,37 4,67 3,43 Amargor DP 0,67 0,89 1,53 2,00 0,23

35


Não foram encontradas evidências que relacionassem os atributos sensoriais avaliados

(doçura, acidez, corpo, sabor, gosto remanescente e balanço) ao conteúdo de mucilagem residual.

Não foi identificada uma faixa teor de mucilagem que apresentasse a melhor resposta

sensorial

Cafés com 100% de mucilagem não obtiveram uma boa resposta sensorial e altos teores de

mucilagem favoreceram o aparecimento de manchas, que aumentam durante a armazenagem dos

grãos secos. Por estes motivos adotou-se a faixa de mucilagem ao redor de 20 a 60% para as etapas

seguintes.


O objetivo principal desta etapa foi a produção de amostras para testes sensoriais e

determinação experimental da cinética de secagem, buscando identificar a faixa de teor de

mucilagem que apresentasse a melhor resposta sensorial a partir dos resultados da primeira etapa.

Para cumprir com este propósito foi necessário em primeiro lugar desenvolver uma metodologia que

garantisse a obtenção de amostras com os teores de mucilagem desejados e em segundo lugar dispor

de um sistema experimental com condições controladas para a secagem das amostras e estudo da

cinética de secagem.

3.2.1 DETERMINAÇÃO DE TEORES DE MUCILAGENS PARCIAIS

3.2.1.1 OBJETIVO

Desenvolver uma metodologia para a produção de amostras com teores de mucilagem

residual pré-estabelecidos.

3.2.1.2 METODOLOGIA

A matéria-prima foi colhida num período não superior a 30 dias, na metade da safra, entre 20

de julho e 18 de agosto de 2004, buscando garantir maior homogeneidade no lote. O material lavado

36

e selecionado (grãos maduros) foi levado à câmara fria e armazenado à temperatura de 5oC por, no

máximo, seis dias e, antes de cada ensaio, o café cereja foi novamente lavado e classificado,

cuidando-se para que não fosse processado material sobremaduro.

O descascamento e desmucilagem parcial do café cereja foram feitos como descrito no item

3.1.2.2. Para se obter diferentes teores de mucilagem, foram realizados quatro tratamentos, cada um

deles com 5 repetições (Tabela 5). O teor de mucilagem residual (TM’) foi calculado conforme

Equação (22).

Tabela 5. Tratamentos para obtenção de diferentes teores de mucilagem residual em amostras de 1 kg de café cereja descascado.

TM’(g de M/g de AD) Tr Estágios MH20 (kg) ta. (min) td (min) Média CV

1 0,300 3 5 T1 2 0,400 2 20

0,18 8%

1 0,300 3 2 0,400 2 T2

3 0,400 2

20 0,12 9%

1 0,300 3 2 0,400 2 3 0,400 2

T3

4 0,400 2

20 0,08 9%

T4 Desmucilagem biológica durante 12 horas, deixando a amostra em água, agitando-a e renovando-a periodicamente, até atingir o ruído característico de lixa ao toque das mãos.

Legenda: Tr = tratamento; MH2O = Massa de água adicionada ao CCD em cada estágio; ta =

tempo de agitação; TM’ = teor de mucilagem residual; td = tempo de drenagem.

Observe-se que cada estágio é definido por uma determinada quantidade de água adicionada

ao CCD, por 1 tempo de agitação e por 1 tempo de drenagem.

Os tratamentos são estabelecidos por número de estágios diferentes.


Considerando-se que na medida em que a safra avança há maior dificuldade em se retirar a

mucilagem, essa metodologia foi complementada com a determinação dos sólidos totais presentes

37

na mucilagem removida utilizando-se o método nº 22.018 para determinação de umidade de frutas e

produtos de frutas (AOAC, 1980) e os sólidos totais foram calculados por diferença. Dessa maneira,

a mucilagem residual pode ser representada pelo cálculo do percentual do total de sólidos presentes

na mucilagem do café cereja descascado.

Dada a grande variabilidade da matéria-prima ao longo da safra, a metodologia desenvolvida

para os diferentes tratamentos não garantiu uma adequada repetibilidade dos resultados.


A metodologia desenvolvida para a obtenção de mucilagens parciais em café cereja

descascado deve ser aprimorada, dado que não oferece uma adequada reprodutibilidade no produto

final.

No presente trabalho, levando em consideração a grande variabilidade da matéria prima, a

mucilagem residual (M) será sempre reportada junto com o teor de mucilagem total (TM) de cada

lote de CC utilizado.

3.2.2 CINÉTICA EXPERIMENTAL DE SECAGEM E OBTENÇÃO DE AMOSTRAS PARA TESTES

SENSORIAIS

3.2.2.1 OBJETIVOS

Determinar as difusividades efetivas na secagem em monocamada de amostras de café

pergaminho, com quatro diferentes níveis de mucilagem e secas a temperaturas de ar de exaustão

entre 46 e 66°C.

Produção de amostras para testes sensoriais, com quatro diferentes níveis de mucilagem e

secas a temperaturas de ar de exaustão entre 46 e 66°C.

Avaliar os sólidos totais das amostras produzidas para testes sensoriais.

38

3.2.2.2 METODOLOGIA

Sistema experimental

No estudo experimental da cinética de secagem, as ocorrências de erros estão associadas

fundamentalmente ao controle das condições do ar e ao registro das alterações de massa do produto

submetido à secagem, ao longo do processo. “A retirada das amostras da câmara de secagem altera

completamente as condições de regime permanente, tanto do ar como do produto, as quais serão

restabelecidas após um considerável período de tempo. Este procedimento pode resultar na obtenção

de dados de baixa qualidade, acompanhados de erros de diferentes magnitudes” (QUEIROZ, 1994).

Para contornar este problema na determinação experimental da cinética foi utilizado um

sistema que dispõe de aquisição automática de dados de massa da amostra ao longo da secagem,

com a ajuda de um microcomputador ligado à balança que registra os pesos com interferências

externas mínimas.

Quanto ao registro das condições do ar, o sistema dispõe de termopares do tipo PT 100, que

permitem obter o registro das temperaturas de bulbo úmido e bulbo seco mediante sua conexão a um

datalogger.

A montagem experimental era composta basicamente dos seguintes elementos: equipamento

para suprimento de ar de secagem; câmara de secagem; sensores e medidores; equipamentos para

aquisição automática de dados.

a) Equipamento para suprimento de ar de secagem: constituído, basicamente, por um

ventilador centrífugo acoplado a um motor de 120 watts girando a 1180 RPM e por uma unidade de

aquecimento composta de três conjuntos de resistências com potência total de 12.000 watts (Figura

11).

b) Câmara de secagem: construída com perfis de alumínio de tipo cantoneira e as paredes

laterais com chapas de alumínio de 2 mm de espessura. A câmara é dotada de porta frontal para o

manuseio do produto a secar, principalmente no início e no final da operação. As dimensões da

câmara são as seguintes: comprimento 42.6 cm, largura 41.5 cm e altura total 41.5 cm (Figura 12).

39

Figura 11: Equipamento para suprimento de ar de secagem.

Figura 12: Câmara de secagem.

O suporte da bandeja permite a instalação da balança semi-analítica, dotada de dispositivo de

pesagem inferior. Fechando parcialmente a entrada lateral da câmara de secagem o ar é forçado a

entrar na câmara perpendicularmente à bandeja que contém a amostra de café, através de um plenum

cuja altura total é de 9,5 cm. A saída da câmara, projetada na forma de uma contração piramidal,

diminui os efeitos de turbulência do fluxo de ar neste ponto. O plenum, e a câmara estão isolados

com placas de polietileno expandido de 20 mm de espessura, com a finalidade de diminuir as perdas

de calor nas suas paredes. Todos os componentes anteriores (câmara de secagem, plenum e

tubulação) estão suportados por uma estrutura feita de perfis de ferro tipo cantoneira.

c) Sensores e medidores: Para compatibilizar com o sistema de aquisição de dados,

necessitou-se trabalhar com sensores que emitissem sinais adequados, correspondentes às medidas

desejadas. O sensor de peso é uma balança eletrônica digital com carga máxima de 6 kg e precisão

de 0,1 g, onde foi acoplada uma placa de transferência de dados do mesmo fabricante ligada à porta

40

serial RS 232, padrão de comunicação de microcomputadores. A balança fica sobre um suporte,

acima da câmara de secagem, de maneira a permitir pesagem inferior. As medidas de temperatura de

bulbo seco e bulbo úmido foram realizadas com termopares tipo PT 100, previamente calibrados,

localizados na entrada do ventilador, na entrada da câmara e na saída do ar de exaustão. A medida

da velocidade do ar foi feita com anemômetro digital, marca AirFlow, Modelo LCA 600,

posicionado na saída do ar de exaustão.

d) Sistema de aquisição de dados: A operação de aquisição de dados experimentais foi feita

mediante a utilização de dois equipamentos. Um‘datalogger’ para registrar a temperatura do ar e do

produto e um microcomputador para armazenar os dados de peso durante o tempo de secagem. Para

o registro de temperaturas, os termistores PT100 foram ligados a um módulo condicionador de 16

entradas, Marca IBM, Modelo MCS 1000-V2 e um conversor A/D, do mesmo Modelo, fornecidos

por Lyns Tecnologia Eletrônica Ltda. A calibração dos PT100 se fez de acordo com LYNS

TECNOLOGIA ELETRÔNICA (1996).

Amostras para o estudo da cinética de secagem e testes sensoriais

Foram utilizadas amostras de 2000g dos quais cerca de 460g foram secas no sistema

experimental (Figura 12) para o estudo da cinética de secagem, com aquisição automática de dados.

O material restante, usado para testes sensoriais, foi seco simultaneamente sob as mesmas condições

no secador de bandejas (Figura 13), que oferecia maior capacidade. As características das amostras

(teor de mucilagem, umidade final e temperatura do ar de exaustão) constam na Tabela 6. A Tabela

7 inclui três amostras adicionais: A11, A12 e 13 com 50,0; 52,7 e 16,1% de mucilagem residual,

respectivamente, todas secas sob as condições especificadas na mesma.

A seleção dos níveis de mucilagem foi feita de acordo com as conclusões do Item 3.1.4.4 e

para os níveis de temperatura foram consideradas as conclusões de OCTAVIANI (2000). Este autor,

trabalhando com café cereja descascado, não reportou efeitos prejudiciais da temperatura da massa

de grãos na faixa de 40,2 a 56,1°C sobre a qualidade sensorial do produto final segundo os

parâmetros de bebida, seca, cor e aspecto.

As amostras para testes sensoriais foram embaladas hermeticamente em sacolas plásticas e

armazenadas em armários no laboratório de secagem da FEAGRI sob condições permanentes de ar

condicionado.

41

Entrada de ar

Bandeja 1.2Bandeja 1.1

Saída de ar

Entrada de ar


Saída de ar

Figura 13: Secador de bandejas

Tabela 6. Características das amostras de CCD, utilizadas nos testes sensoriais.

Amostra Mucilagem

(%)

Umidade final

(%)

CV

(%)

Temperatura de saída do ar de exaustão (°C)

A1 0 10,36 3,85 46,5

A2 63,5 9,78 3,67 46,5

A3 37,7 11,36 2,98 46,5

A4 22,4 10,61 3,12 46,5

A5 60,7 10,19 3,25 54

A6 46,4 9,56 0,87 54

A7 39,6 8,36 4,01 54

A8 57,6 8,30 3,69 66

A9 39,5 8,86 3,12 66

A10 29,3 9,31 2,25 66

42

Tabela 7. Condições do ar de secagem das amostras.

Amostras Tbs [°C]

Ambiente Tbu [°C]

Ambiente

Tbs [°C]

Câmara

Tbu [°C]

Câmara

Tbs [°C] Saída

Tbu [°C] Saída

Velocidade

[m/s]

A2 27,52 19,81 56,01 26,6 46,84 25,54 0,21

A3 24,76 19,70 55,69 26,65 46,80 25,47 0,21

A4 27,14 20,95 56,44 30,33 46,87 25,65 0,20

A5 26,69 19,89 65,17 30,58 54,77 27,09 0,22

A6 27,90 20,29 65,89 31,45 54,03 27,18 0,22

A7 28,25 20,23 65,90 31,46 54,13 27,13 0,22

A8 27,26 21,32 75,26 31,36 65,40 30,68 0,23

A9 28,42 20,47 76,30 32,15 64,48 29,87 0,23

A10 28,72 21,78 75,59 32,79 64,23 30,58 0,23

A11* 24,58 19,58 56,00 26,52 46,64 25,28 0,21

A12* 27,43 19,99 78,10 31,94 66,04 29,92 0,23

A13* 29,28 20,28 75,30 33,80 63,58 28,98 0,23

*Amostras adicionais

Tratamento dos dados de cinética da secagem

As curvas de secagem foram construídas com o conteúdo adimensional de umidade Y

(equação 13), no decorrer do tempo de secagem, e indicam a marcha da diminuição do conteúdo de

umidade das amostras. Os valores do conteúdo adimensional de umidade foram calculados com o

conteúdo de umidade de equilíbrio dinâmico determinado conforme item 3.3.2.2.

As difusividades efetivas pela Segunda Lei de Fick (equação 10) foram ajustadas utilizando a

regressão não linear do pacote estatístico STATISTICA (2001), assim como os coeficientes G e J do

modelo de Page (equação 19). A avaliação do ajuste das curvas foi feita utilizando o critério do

desvio relativo médio (equação 23).

∑=

−=

n

i VE

VEVP

nDRM

1

100 (23)

Onde: VE = valor obtido experimentalmente

VP = valor predito pelo modelo.

43

Terminada a secagem no secador, a amostra de café seca foi utilizada para se determinar a

massa seca, segundo a metodologia da AOAC (1980). Do restante do material, tomaram-se 200

grãos para determinar a espessura (L) utilizada no modelo de Fick.


Sólidos Totais

Quanto aos sólidos totais presentes na mucilagem das amostras avaliadas sensorialmente

foram encontrados 26,45g/kg de amostra totalmente desmucilada, o que equivale a um teor de

mucilagem de 0,275g de mucilagem/kg de amostra totalmente desmucilada e equivalentes a 14,5

gramas de sólidos totais por quilograma de café cereja. Este resultado é inferior aos 19,8g de sólidos

totais/kg de café cereja reportados por ZAMBRANO & ISAZA (1998).

Porém, no começo da safra de 2005, para um teor de mucilagem semelhante de 0,26g de M/g

de AD obtiveram-se valores de até 64,8 g de sólidos totais por quilograma de amostra totalmente

desmucilada, equivalentes a 35,6g de sólidos totais/kg de café cereja, demonstrando a grande

variabilidade deste componente em função da época de colheita. O menor valor encontrado foi de

23,2g de sólidos totais/kg de amostra totalmente desmucilada, sendo que o teor de mucilagem para

esta condição foi de 0,164 g de M/g de AD.

Cinética de secagem

Geralmente, considera-se que valores de DRM abaixo de 10% indicam um ajuste adequado

para aplicações práticas (AGUERRE et al., 1985). Verifica-se que os modelos de difusividade

efetiva e os parâmetros G e J do modelo de Page para a secagem de CCD e o módulo do desvio

relativo médio (DRM) apresentaram bom ajuste para todos os dados experimentais (Tabelas 8 e 9),

com coeficientes de determinação acima de 0,965 sendo melhores estes coeficientes para o modelo

de Page. O modelo apresentado por JARAMILLO (1990), equação 16, foi testado sem apresentar

resultados satisfatórios.

Analisando-se os valores de difusividade efetiva e as respectivas condições de secagem,

nota-se que os valores aumentam com o aumento da temperatura, como era esperado, e as

magnitudes das difusividades encontradas coincidem com o reportado por SFREDO et al. (2005)

para a secagem de café da espécie Arábica, variedade Catuaí, em secador vibratório, considerando o

grão como uma esfera. Para a secagem a 45°C, de café Catuaí, os mesmos autores reportam

44

difusividades entre 0,1 e 1,0 E-10 m2/s e, para secagem a 60°C, difusividades entre 0,3 e 3,0E-10

m2/s.

Tabela 8. Difusividades efetivas (Def), coeficientes de determinação R2 e desvio relativo médio (DRM), obtidos a partir de dados de secagem de amostras de café para testes sensoriais.

Amostra Tsaída (°C) V (m/s) Def (m2/s) R2 DRM (%)

A2 46,8 0,21 8,11E-11 0,9986 16,44 A3 46,8 0,21 8,07E-11 0,9894 18,36

A4 46,9 0,20 8,96E-11 0,9868 18,45

A5 54,8 0,22 1,37E-10 0,9948 11,65

A6 54,0 0,22 1,44E-10 0,9906 7,17

A7 54,8 0,22 1,57E-10 0,9928 6,57

A8 65,4 0,23 2,52E-10 0,9943 10,09

A9 64,4 0,23 3,08E-10 0,9897 12,95

A10 64,2 0,23 2,53E-10 0,9653 18,79

A11 46,6 0,21 7,47E-11 0,9909 7,47

A12 66,0 0,23 2,66E-10 0,9894 11,32

A13 63,6 0,23 2,71E-10 0,9777 18,39

Tabela 9. Coeficientes do modelo de Page (G e J), coeficientes de determinação R2 e desvio relativo médio (DRM), obtidos a partir de dados da secagem de amostras de café para testes sensoriais.

Amostra M [%] Tsaída G J R2 DRM [%]

A2 63,5 46,8 0,0062 0,8772 0,9841 14,20 A3 37,7 46,8 0,0055 0,8893 0,9877 15,78 A4 22,4 46,9 0,0062 0,8847 0,9834 16,43 A5 60,7 54,8 0,0129 0,8238 0,9917 12,68 A6 46,4 54,0 0,0134 0,8214 0,9896 6,62 A7 39,6 54,8 0,0156 0,8062 0,9901 8,00 A8 57,6 65,4 0,0162 0,8779 0,9968 6,71 A9 39,5 64,4 0,0214 0,8529 0,9888 11,76 A10 29,3 64,2 0,0053 1,1174 0,9979 4,43 A11 50,0 46,6 0,0132 0,7365 0,9817 10,69 A12 52,7 66,0 0,0140 0,9113 0,9934 12,65 A13 16,1 63,6 0,0088 1,0160 0,9935 7,88

As Figuras 14, 15 e 16 mostram a evolução do teor de umidade experimental ao longo da

secagem para amostras com diferentes teores de mucilagem residual, nas três faixas de temperatura

45

estudadas, e as Figuras 17, 18 e 19 mostram a evolução da temperatura no sistema experimental, ao

longo da secagem.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

b.s

. dec

imal

)

A4 = 22,4% M

A3 = 37,7% M

A11 = 50,0% M

A2 = 63,5% M

Figura 14: Curvas de secagem de amostras com diferentes teores de mucilagem (T= 46,5ºC)

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

% b

.s. d

ecim

al )

A7 = 39,6% M

A6 = 46,4% M

A5 = 60,7% M

Figura 15: Curvas de secagem de amostras com diferentes teores de mucilagem (T= 54ºC)

46

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 100 200 300 400 500 600

Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

% b

.s. d

ecim

al )

A13 = 16,1% M

A10 = 29,3% M

A9 = 39,5% M

A12 = 52,7% M

A8 = 57,6% M

Figura 16: Curvas de secagem de amostras com diferentes teores de mucilagem (T= 66ºC)

Nas Figuras 14, 15 e 16, percebe-se que a taxa de remoção de umidade é maior para as

amostras com menor teor de mucilagem residual. Conforme reportado por CARVALHO &

CHALFOUN (1985) a mucilagem do café é composta basicamente por 85% de água ligada a 15%

de sólidos na forma de hidrogel insolúvel e coloidal e, da porção de sólidos, 80% são substâncias

pécticas e 20%, açúcares. Portanto, é provável que estes últimos sejam a causa da diminuição da

taxa de remoção de umidade em virtude da formação de crosta na superfície do grão dificultando a

saída de água.

As Figuras 17, 18 e 19 mostram uma razoável estabilidade da temperatura do ar no sistema

experimental ao longo da secagem, sendo que a temperatura do ar de exaustão, na faixa de 46°C,

adquire seu valor final depois de 60 min, na faixa de 54°C, após 50 min e, na faixa de 66°C, depois

de 40 min.

47

Amostra 11

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tempo ( minutos )

Tem

per

atu

ra (

°C

)

Temp. b.s. CâmaraTemp. b.s. SaídaTemp. b.u. CâmaraTemp. b.u. SaídaTemp. b.s. EntradaTemp. b.u. Entrada

Figura 17: Curva característica do comportamento do ar para temperatura de saída de 46,5ºC.

Amostra 5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tempo ( minutos )

Tem

per

atu

ra (

°C

)

Temp. b.s. CâmaraTemp. b.s. SaídaTemp. b.u. CâmaraTemp. b.u. SaídaTemp. b.s. EntradaTemp. b.u. Entrada


48

Amostra 9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150 200 250 300

Tempo ( minutos )

Tem

per

atu

ra (

°C

) Temp. b.s. Câmara

Temp. b.s. Saída

Temp. b.u. Câmara

Temp. b.u. Saída

Temp. b.s. Entrada

Temp. b.u. Entrada


As Figuras 20 e 21 mostram os ajustes dos modelos de Fick e Page aos dados experimentais

para as amostras de CCD. Percebe-se o comportamento similar dos dois modelos, sendo que o

modelo de Page realiza uma melhor representação, principalmente com amostras secas a

temperaturas mais altas, como no caso das amostras 10 e 13, secas à temperatura do ar de exaustão

de 64,2 e 63,6°C, respectivamente.

49

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 200 400 600 800 1000

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A2 - Experimental

A2 - Predito Page

A2 - Predito Fick

(2)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 200 400 600 800 1000Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

) A3 - Experimental

A3 - Predito Page

A3 - Predito Fick

(3)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A4 - Experimental

A4 - Predito Page

A4 - Predito Fick

(4)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 100 200 300 400 500 600

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A5 - Experimental

A5 - Predito Page

A5 - Predito Fick

(5)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A6 - Experimental

A6 - Predito Page

A6 - Predito Fick

(6)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A7 - Experimental

A7 - Predito Page

A7 - Predito Fick

(7)

Figura 20: Curvas de secagem experimentais e preditas pelos modelos Page e Fick (Amostras 2 a 7).

50

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 100 200 300 400 500 600Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A8 - Experimental

A8 - Predito Page

A8 - Predito Fick

(8)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 50 100 150 200 250

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A9 - Experimental

A9 - Predito Page

A9 - Predito Fick

(9)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 50 100 150 200 250

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A10 - Experimental

A10 - Predito Page

A10 - Predito Fick

(10)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A11 - Experimental

A11 - Predito Page

A11 - Predito Fick

(11)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A12 - Experimental

A12 - Predito Page

A12 - Predito Fick

(12)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 50 100 150 200 250

Tempo ( minutos )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

A13 - Experimental

A13 - Predito Page

A13 - Predito Fick

(13)

Figura 21: Curvas de secagem experimentais e preditas pelos modelos Page e Fick (Amostras 8 a 13).

51


Os modelos de Fick e Page apresentaram bons ajustes aos dados experimentais de secagem

de CCD, sendo que o modelo de Page consegue uma melhor representação.

Na secagem de CCD em camada delgada, para temperaturas do ar de exaustão entre 46,6 e

66,0°C, com velocidade média de ar de 0,21 m/s, as difusividades efetivas variaram de 7,47x10-11 a

3,08x10-10 m2/s.

3.2.3 TESTES PRELIMINARES DE REQUERIMENTOS DE AR PARA A SECAGEM

3.2.3.1 OBJETIVO

Estudar o efeito dos requerimentos de ar em termos de velocidade através da monocamada

de grãos associado à temperatura do ar de secagem e aos teores de mucilagem residual.

3.2.3.2 METODOLOGIA.

Todos os ensaios foram realizados no Laboratório de Secagem da Faculdade de Engenharia

Agrícola (FEAGRI/UNICAMP), utilizando-se os equipamentos ilustrados nas Figuras 13 e 22.

O secador de bandejas (Figura 13) é formado basicamente pelos seguintes elementos: um

ventilador, cujo motor está ligado a um inversor de freqüência; uma fonte de calor com controlador

e registrador de temperatura; dutos para conduzir o ar; difusores e retificadores de ar e dois

conjuntos de bandejas paralelas de três níveis verticais cada um. O ar ingressa pela parte inferior,

sendo a bandeja 1.1 o primeiro nível à esquerda e a 1.2, o primeiro à direita.

A velocidade do ar nas bandejas foi calculada a partir da leitura em anemômetro posicionado

no duto de saída de ar.

O secador de torres (Figura 22) consiste basicamente de: um ventilador, uma fonte de calor

(resistências elétricas) com controlador e registrador de temperatura e três torres de secagem

providas cada uma de cinco bandejas verticais. O ar ingressa pela parte inferior do secador, sendo

que a bandeja 1.1 corresponde à bandeja inferior da torre 1; a bandeja 2.1 é a bandeja inferior da

torre 2 e a 3.1 é a bandeja inferior da torre 3.

52

Entrada de ar


Saída de ar

Entrada de ar


Saída de ar

Figura 13: Secador de bandejas Figura 22: Secador de torres

Ensaio 1

Objetivo: Avaliar o efeito da mucilagem residual (M) sobre a secagem em monocamada de

café cereja descascado (CCD) a baixa velocidade do ar, utilizando o secador de bandejas (Figura

8a).

Material: A partir de um lote de café cereja, foram preparadas 4 amostras com diferentes

teores de mucilagem, sendo a primeira amostra constituída de café cereja com 100% de mucilagem

ou 0,378g de mucilagem/g de amostra totalmente desmucilada (C1). As demais amostras (C2, C3 e

C4) foram submetidas à desmucilagem parcial e distintas condições de secagem (Tabela 10)

Torre 1

Torre 3

Saída de ar

Torre 2

Bandeja 1

Bandeja 2

Bandeja 3

Bandeja 4

Bandeja 5

53

Tabela 10. Condições de secagem de CCD no secador de bandejas. Ensaio 1.

Amostras Condições C1 C2 C3 C4

TM` (g de M/g de AD) 0,378 0,189 0,151 0,100 M (%) 100,0 50,0 39,9 26,5 Ui (%) 59,58 61,66 62,61 63,10 Var (m/s) 0,198 0,198 0,198 0,198 Tar (°C) 63 63 63 63 Ts (min) 731 731 731 731 Bandejas 3.1 1.1 e 2.2 1.2 e 2.1 3.2

Ensaio 2

Objetivo: Avaliar o efeito da mucilagem residual (M) na secagem em monocamada de CCD

a velocidades médias do ar, utilizando o secador de torres (Figura 22).

Material: Foram preparadas amostras procedentes do mesmo lote de café cereja usado no

Ensaio 1, com dois teores de mucilagem residual (0,378 e 0,100g de M/g AD respectivamente), sob

distintas condições de secagem (Tabela 11).

Tabela 11. Condições de secagem de CCD no secador de torres. Ensaio 2 Amostras Condições

C5 C6 C7 C8 C9 C10 TM` (g de M/g de AD) 0,378 0,100 0,378 0,100 0, 378 0,100

M (%) 100,0 26,5 100,0 26,5 100,0 26,5 Ui (%) 59,58 63,10 59,58 63,10 59,58 63,10

Var (m/s) 0,322 0,322 0,302 0,302 0,332 0,332 Tar (°C) 60 60 69 69 69 69 Ts (min) 775 775 775 775 775 775

Bandejas 1.2 e 1.3 1.1; 1.4;

2.5 2.2 e 2.3

2.1; 2.4; 2.5

3.2 e 3.3 3.1; 3.4;

3.5

Ensaio 3

Objetivo: Avaliar o efeito da mucilagem residual (M) na secagem em monocamada de CCD

a velocidade média e alta temperatura do ar, utilizando o secador de bandejas (Figura 22).

54

Material: A partir do mesmo lote de café cereja com 100% de mucilagem ou 0,348 g de

mucilagem/g de amostra totalmente desmucilada, foram preparadas 3 amostras C11, C12 e C13

submetidas à desmucilagem parcial (Tabela 12).

Tabela 12. Condições de secagem de CCD no secador de bandejas. Ensaio 3

Amostras Condições C11 C12 C13

TM` (g de M/g de AD) 0,240 0,150 0,074 M (%) 68,82 43,00 21,4 Ui (%) 57,69 56,76 56,64

Var (m/s) 0,466 0,466 0,466 Tar (°C) 78 78 78 Ts (min) 720 720 720 Bandejas 2.1 e 3.2 1.1 e 2.2 1.2 e 31

Ensaio 4

Objetivo: Avaliar o efeito das condições de secagem em monocamada de CCD numa certa

faixa de velocidades do ar de secagem e amostras com teor de mucilagem residual médio (52,7%),

utilizando o secador de torres.


mucilagem/g de amostra totalmente desmucilada, foram preparadas 12 amostras com iguais teores

de mucilagem parcial, de 0,167g de M/g de AD, correspondentes a M=57%. Estas amostras

apresentavam umidade inicial de 57,33% e permaneceram no secador durante 580 min, sob

diferentes condições de secagem (Tabela 13).

55

Tabela 13. Condições de secagem de CCD no secador de torres. Ensaio 4

Condições Amostras

Var (m/s) Tar (ºC) Bandejas C14 0,439 66 1.1 C15 0,439 66 1.2 C16 0,439 66 1.3 C17 0,439 66 1.4 C18 0,317 76 2.1 C19 0,317 76 2.2 C20 0,317 76 2.3 C21 0,317 76 2.4 C22 0,576 76 3.1 C23 0,576 76 3.2 C24 0,576 76 3.3 C25 0,576 76 3.4

Ensaio 5


faixa de velocidades do ar da secagem e amostras com teor de mucilagem residual médio (39,6%),



mucilagem/g de amostra totalmente desmucilada, foram preparadas 12 amostras com iguais teores

de mucilagem parcial, de 0,145g de M/g de AD correspondente a M= 39,6%. Estas amostras, que

apresentavam umidade inicial de 52,82%, foram mantidas no secador durante 455 min, sob

diferentes condições de secagem (Tabela 14).

56




Ensaio 6


faixa de velocidades do ar de secagem e amostras com teor de mucilagem residual médio (51,3%),



mucilagem/g de amostra totalmente desmucilada, foram preparadas 12 amostras com igual teor de

mucilagem parcial, de 0,183g de M/g de AD ou M= 51,3%. Estas amostras apresentavam umidade

inicial de 51,66% e permaneceram no secador durante 410 min, sob diferentes condições de

secagem (Tabela 15).

57




Ensaio 7

Objetivo: Avaliar o efeito das condições de secagem em monocamada de CCD, numa certa

faixa de velocidades e amostras com teor de mucilagem residual médio (49,9%), utilizando secador

de torres.

Material: A partir do mesmo lote de café cereja com 100% de mucilagem ou 0,357g de

mucilagem/g de amostra totalmente desmucilada, foram preparadas 12 amostras com igual teor de

mucilagem parcial, de 0,178g M/g AD ou M= 49,9%. Estas amostras apresentavam umidade inicial

de 51,28% e foram mantidas no secador durante 285 min, sob diferentes condições de secagem

(Tabela 16).

58





Nas Tabelas 17 a 33, são apresentados os resultados dos sete ensaios de secagem de CCD

relatados na metodologia (item 3.2.3.2) para temperaturas de entrada do ar desde 60 até 79°C e

velocidades do ar de secagem desde 0,198 até 0,586 m/s, para amostras com teores de mucilagem

residual desde 21,4 até 100%.

A diferença fundamental entre as duas colunas do secador ocorreu nas bandejas do terceiro

nível. Pode-se apreciar uma grande dificuldade para secar material com 100% de mucilagem nestas

condições; a água removida para a amostra com 26,5% de mucilagem residual foi 40,8% superior à

amostra com 100% de mucilagem. O material com 50% de mucilagem residual e menor umidade

inicial, teve menor dificuldade para secar que o material com 39,9% de mucilagem. O material com

26,5% de mucilagem foi o que apresentou maior facilidade, mesmo localizado na parte superior do

secador.

59

Tabela 17. Resultados da secagem de CCD com diferentes teores de mucilagem realizada no secador de bandejas sob as seguintes condições: Var = 0,198 m/s; Tar = 63°C; ts = 731 min. - Ensaio 1.

Bandeja Peso

Inicial (g)

Peso Final (g)

Massa Removida

(g)

Massa Removida

(% Pi)

Ui (%b.u.)

Umidade Final

(%b.u)

Mucilagem (%)

1.1 674 281,0 393,0 58,3 61,66 8,04 50,0 1.2 702 295,5 406,5 57,9 62,61 11,18 39,9 2.1 648 282,5 365,5 56,4 62,61 14,23 39,9 2.2 661 280,9 380,1 57,5 61,66 9,77 50,0 3.1 749 402,1 346,9 46,3 59,58 24,71 100,0 3.2 778 289,6 488,4 62,8 63,10 10,88 26,5

Soma 4212 1831,6 2380,4 56,5

Na Tabela 17 observa-se que para um mesmo nível de bandejas (3.1 e 3.2) o material com

100% de mucilagem obteve umidade final de 24,71%, enquanto que o material com 26,5% de

mucilagem atingiu teor de umidade de 10,88%, demonstrando que teores de mucilagem elevados

ocasionam maior dificuldade de secagem.

As condições de secagem referentes a ts e T das Tabelas 17 e 18 são semelhantes. No

entanto, para a velocidade do ar de 0,322 m/s (Tabela 18), observa-se que o material com 100% de

mucilagem atinge teor de umidade de 10,84%, revelando o efeito da elevação da velocidade na

melhoria da secagem.

Tabela 18. Resultados da secagem de CCD com diferentes teores de mucilagem realizada no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.322 m/s; Tar=60°C; ts=775 min. Torre 1, Ensaio2.

Bandeja Peso

Inicial (g)

Peso Final (g)

Massa Removida

(g)

Massa Removida

(% Pi)

Ui (%b.u.)

Umidade Final

(%b.u)

Mucilagem (%)

1.1 282,0 108,7 173,3 61,5 63,10 6,27 26,5 1.2 265,0 117,6 147,4 55,6 59,58 8,91 100,0 1.3 279,0 126,5 152,5 54,7 59,58 10,84 100,0 1.4 218,0 89,4 128,5 59,0 63,1 10,09 26,5 1.5 179,0 83,4 113,6 57,7 63,1 12,79 26,5

Soma 1241,0 525,7 715,3 57,6

60

Tabela 19. Resultados da secagem de CCD com diferentes teores de mucilagem realizada no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.302 m/s; Tar = 69°C; ts = 775 min. – Torre 2, Ensaio 2.

Bandeja Peso

Inicial (g)

Peso Final (g)

Massa Removida

(g)

Massa Removida

(% Pi)

Ui (%b.u.)

Umidade Final

(%b.u)

Mucilagem (%)

2.1 216,0 84,4 131,6 60,9 63,10 5,59 26.5

2.2 208,0 89,9 118,1 56,8 59,58 6,48 100.0

2.3 263,0 115,5 147,5 56,1 59,58 7,95 100.0

2.4 176,0 69,2 106,8 60,7 26,10 6,21 26.5

2.5 169,0 67,4 101,6 60,1 26,10 7,43 26.5

Soma 1032,0 426,4 605,6 58,7

Das Tabelas 19 e 20, observa-se que para a temperatura do ar de 69oC, como era esperado, os

níveis de umidades finais obtidos foram bem menores, comparativamente aos resultados da Tabela

18.

Tabela 20. Resultados da secagem de CCD com diferentes teores de mucilagem realizada no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.332 m/s; Tar = 69°C; ts = 775 min. – Torre 3, Ensaio 2.

Bandeja Peso

Inicial (g)

Peso Final (g)

Massa Removida

(g)

Massa Removida

(% Pi)

Ui (%b.u.)

Umidade Final

(%b.u)

Mucilagem (%)

3.1 250 97,1 152,9 61,1 63,10 5,02 26.5

3.2 252 109,5 142,5 56,6 59,58 6,94 100.0

3.3 281 122,8 158,2 56,3 59,58 7,52 100.0

3.4 214 848 129,2 60,4 63,10 6,88 26.5

3.5 214 86,2 127,8 59,7 63,10 8,44 26.5

Soma 1211 500,4 710,6 58,7

61

Tabela 21. Resultados da secagem de CCD com diferentes teores de mucilagem realizada no secador de bandejas sob as seguintes condições: Var = 0.466 m/s; Tar = 78°C; ts = 720 min. Ensaio 3.

Bandeja Peso

Inicial (g)

Peso Final (g)

Massa Removida

(g)

Massa Removida

(% Pi)

Ui (%b.u.)

Umidade Final

(%b.u)

Mucilagem (%)

1.1 826 377,8 448,2 54,3 56,76 5,45 43.0

1.2 791 360,9 430,1 54,4 56,64 4,98 21.4

2.1 698 313,2 384,8 55,1 57,69 5,70 68.8

2.2 886 405,0 481,0 54,3 56,76 5,40 43.0

3.1 809 373,5 435,5 53,8 56,64 6,07 21.4

3.2 1148 250,2 627,8 54,7 57,69 6,67 68.8

Soma 5158 2350,6 2807,4 54,4

Da Tabela 21 pode-se observar que o tempo de secagem pode ser menor, uma vez que os

teores de umidade final estão bem abaixo dos valores recomendados de 12%. Além disso, observa-

se que nestas condições os gradientes de umidade são mínimos, mesmo para teores de mucilagem

bem diferentes. Os cafés com maior teor de mucilagem apresentaram a maior dificuldade de

secagem.

Com relação à Tabela 22, pode-se apreciar que, para este teor de mucilagem (52,7%), se o

tempo de secagem for mantido em 580 min, a velocidade do ar da secagem poderia ser insuficiente,

pois o gradiente de umidade é considerável ao longo da altura da torre de secagem.

Tabela 22. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.439 m/s; Tar = 66°C; M = 52,7%; ts = 580 min.; Ui = 57,33% b.u Torre1, Ensaio 4.

Bandeja Peso Inicial (g)

Peso Final (g)

Massa Removida (g)

Massa Removida (% Pi)

Ufinal (%b.u.)

1.1 239 113,5 125,5 52,5 11,33

1.2 241 117,6 123,4 51,2 13,72

1.3 243 123,6 119,4 49,1 17,20

1.4 243 130,2 112,8 46,4 21,40

Soma 966 484,9 481,1 49,8

62

Comparando as Tabelas 23 e 24, com a Tabela 22, observa-se que o incremento da

temperatura favoreceu a diminuição da umidade final das três primeiras monocamadas, porém, para

este teor de mucilagem, se o tempo de secagem for de 580 min, a velocidade do ar de secagem de

0,317 m/s poderia se mostrar insuficiente, pois o gradiente de umidade ainda é considerável. No

caso da torre 3 (Tabela 24), a velocidade de 0,576 m/s poderia ser alta, pois, mantido o tempo de

secagem de 580 min, as umidades finais seriam muito baixas. Uma velocidade média de 0,45 m/s

poderia ser uma primeira aproximação para este teor de mucilagem, temperatura e tempo de

secagem.

Tabela 23. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.317 m/s; Tar = 76°C; M = 52,7%; ts = 580 min.; Ui = 57,33% b.u - Torre 2, Ensaio 4.

Bandeja Peso Inicial

(g) Peso

Final (g) Massa Removida

(g) Massa Removida

(% Pi) Ufinal (%b.u.)

2.1 238 109,9 128,1 53,8 7,79

2.2 239 112,7 126,3 52,8 9,36

2.3 242 115,9 126,1 52,1 10,07

2.4 236 122,3 113,7 48,2 17,82

Soma 955 460,8 494,2 51,7

Tabela 24. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.576 m/s; Tar = 76°C; M = 52,7%; ts = 580 min.; Ui = 57,33% b.u Torre 3, Ensaio 4.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

3.1 238 109,8 128,2 53,9 6,18 3.2 239 110,5 128,5 53,8 6,38

3.3 -240 112,0 128,0 53,3 7,25

3.4 240 113,2 126,8 52,8 8,20

Soma 957 445,5 511,5 53,4

Das Tabelas 25 e 26 (torres 1 e 2), pode-se observar o efeito do incremento de temperatura e

da redução do fluxo de ar. Com uma temperatura de 76°C, conseguiu-se secar as três primeiras

bandejas, embora com maior gradiente de umidade.

63

Tabela 25. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.423 m/s; Tar = 66°C; M = 39.6%; ts = 455 min.; Ui = 52,82%b.u; Torre 1, Ensaio 5.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

1.1 226 118,1 107,9 47,7 9,73 1.2 226 122,0 104,0 46,0 12,63

1.3 227 125,3 101,7 44,8 14,55

1.4 226 129,7 96,3 42,6 17,77

Soma 905 495,1 409,9 45,3 Tabela 26. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.313 m/s; Tar = 76°C; M = 39.6%; ts = 455 min.; Ui = 52,82%b.u; Torre 2, Ensaio 5.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

2.1 217 110,5 106,3 49,0 7,49 2.2 220 114,5 105,5 48,0 9,35 2.3 218 116,3 101,7 46,7 11,59 2.4 218 124,8 93,2 42,8 17,57

Soma 873 466,3 406,7 46,6

O ensaio 5 (Tabelas 25 a 27) apresentava condições muito semelhantes às do Ensaio 4

(Tabelas 22 a 24), mas com diferentes teores de mucilagem e umidade inicial. Porém, ao comparar,

para esses dois ensaios, os resultados da secagem das bandejas 2.2, que apresentaram praticamente a

mesma umidade final (9,36 e 9,35%), pode-se observar que o tempo de secagem foi bem diferente

(580 vs 455 min), o que confirma novamente a maior dificuldade na secagem de cafés com TM’

elevados.

Tabela 27. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.569 m/s; T ar = 76°C; M = 39,6%; ts = 455 min.; Ui = 52,82%b.u; Torre 3, Ensaio 5.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

3.1 226 113,1 112,9 50,0 5,74 3.2 226 113,7 112,3 49,7 6,21 3.3 230 116,3 113,7 49,4 6,69 3.4 226 115,6 110,4 48,8 7,77

Soma 908 458,7 449,3 49,5

64

Tabela 28. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.422 m/s; Tar=66°C; M=51.3%; ts = 410 min.; Ui = 51,66%b.u; Torre 1, Ensaio 6.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

1.1 217 116,0 101,0 46,5 9,58 1.2 217 117,5 99,5 45,9 10,73

1.3 217 125,4 91,6 42,2 16,36

1.4 217 130,8 86,2 39,7 19,80

Soma 868 489,7 378,3 43,6

Comparando-se os resultados da Tabela 28 com os apresentados na Tabela 25, observa-se

que, para teores de mucilagem médios, o material com TM’=51,3% apresenta igual facilidade de

secagem que aquele com 39,6% de mucilagem residual. Esse fato já foi notado no primeiro ensaio,

particularmente para teores de mucilagem intermediários. Com a velocidade de 0,422 m/s,

conseguiu-se secar as duas primeiras bandejas, porém, o gradiente de umidade permanece alto.

Comparando-se as Tabelas 29 e 30, observa-se que o aumento de vazão resulta na

diminuição do gradiente de umidade. Este fato é também reportado por BROOKER et al. (1992).

Tabela 29. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.307 m/s; Tar = 79°C; M =51,3%; ts = 410 min.; Ui = 51,66%b.u; Torre 2, Ensaio 6.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

2.1 217 113,0 104,0 47,9 7,17 2.2 217 114,9 102,1 47,1 8,69 2.3 217 119,5 97,5 44,9 12,23 2.4 217 124,2 92,8 42,8 15,51

Soma 868 471,6 396,4 45,7 Tabela 30. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.572 m/s; Tar = 79°C; M = 51,3%; ts = 410 min.; Ui = 51,66%b.u; Torre 3, Ensaio 6.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

3.1 217 111,0 106,0 48,8 5,50 3.2 217 111,3 105,7 48,7 5,72 3.3 217 112,6 104,4 48,1 6,82 3.4 217 113,3 103,7 47,8 7,39

Soma 868 448,2 419,8 48,4

65

Para as temperaturas do ar de 79°C (Tabelas 29 e 30), a análise será feita de maneira

conjunta com o Ensaio 7 (Tabelas 31 a 33), dado o fato de apresentarem algumas condições de faixa

de umidade final que permitem a comparação.

Tabela 31. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.329 m/s; Tar = 66°C; M = 49,9%; ts = 285 min.; Ui = 51,28%b.u; Torre 1, Ensaio 7.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

1.1 271 123,4 93,6 43,1 14,34 1.2 217 129,1 87,9 40,5 18,11 1.3 217 137,2 79,8 36,8 22,94 1.4 217 145,1 71,9 33,1 27,14

Soma 868 534,8 333,2 38,4

Ao fazer um paralelo das bandejas 2.1 do Ensaio 6, torre 2 (Tabela 29), com a bandeja 3.1 do

Ensaio 7, torre 3 (Tabela 33), observa-se que os parâmetros diferentes são fundamentalmente a

velocidade do ar e o tempo de secagem, os dois responsáveis pela energia total consumida, onde a

velocidade subiu de 0,307 (Tabela 29) para 0,586m/s (Tabela 33). Isto representa um aumento de

90,9%. O tempo da secagem diminuiu de 410 para 285 min, ou seja, uma redução de 30,5%. Em

conseqüência, o gasto de energia térmica, que representa uma boa parcela do total da energia

requerida na secagem mecânica, ao elevar a velocidade e reduzir o tempo de secagem nestas

proporções, inviabiliza o uso da velocidade maior (0,586m/s), pois o consumo de energia total

também seria maior. Dessa forma, a velocidade ideal poderia estar mais perto de 0,307 do que

0,586m/s.

Tabela 32. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições: Var = 0.419 m/s; Tar = 79°C; M = 49,9%; ts = 285 min.; Ui = 51,28%b.u; Torre 2, Ensaio 7.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

2.1 217 114,8 102,2 47,1 7,93

2.2 217 116,2 100,8 46,5 9,02

2.3 217 118,0 99,0 45,6 10,41

2.4 217 122,0 99,0 43,8 13,34

Soma 868 471,0 397,0 45,7

66

Tabela 33. Resultados da secagem de CCD no secador de torres sob as seguintes condições. Var = 0,586 m/s; Tar = 79°C; M = 49,9%; ts =: 285 min.; Ui = 51,28%b.u; Torre 3, Ensaio 7.


Peso Final (g)

Massa Removida (g)


Ufinal (%b.u.)

3.1 217 114,0 103,0 47,5 7,27

3.2 217 114,8 102,2 47,0 7,91

3.3 217 116,0 101,0 46,5 9,64

3.4 217 118,0 99,0 45,6 10,41

Soma 868 462,8 405,2 46,7

Para as bandejas 2.1 do Ensaio 6 (Tabela 29) e 2.1 do Ensaio 7 (Tabela 32), mesmo que a

umidade final da primeira bandeja no ensaio 7 seja um pouco maior, a massa total removida nas

duas secagens foi igual. No entanto, observando-se o gradiente de umidade, nota-se que este é

favorecido no Ensaio 7. A velocidade subiu de 0,307 para 0,419 m/s, isto é, 36,5%, e o tempo da

secagem diminuiu 30,5%, ou seja, ainda a velocidade de 0,419 m/s resulta alta. Para este teor de

mucilagem e esta temperatura, uma velocidade média de 0,36 m/s poderia ser uma boa primeira

aproximação. A Tabela 34 resume os resultados, para facilitar a análise conjunta dos ensaios.

67

Tabela 34. Resumo de todos os ensaios de secagem de CCD para as bandejas do primeiro nível

Ensaio Bandeja Var

[m/s] Tar [°C]

ts [min]

Ui [%b.u.]

U final M

[%] 1.1 0,198 63 731 61,66 8,04 50,0

1 1.2 0,198 63 731 61,66 11,18 39,9 1.1 0,322 60 775 63,10 6,27 26,5

2.1 0,302 69 775 63,10 5,59 26,5 2

3.1 0,332 69 775 63,10 5,02 26,5 1.1 0.466 78 720 56,76 5,45 43,0

3 1.2 0.466 78 720 56,64 4,98 21,4 1.1 0,439 66 580 57,33 11,33 53,8

2.1 0,317 76 580 57,33 7,79 53,8 4

3.1 0,576 76 580 57,33 6,18 53,8 1.1 0,423 66 455 52,82 9,73 39,6

2.1 0,313 76 455 52,82 7,49 39,6 5

3.1 0,569 76 455 52,82 5,74 39,6 1.1 0,422 66 410 51,66 9,58 51,3

2.1 0,307 79 410 51,66 7,17 51,3 6

3.1 0,572 79 410 51,66 5,50 51,3 1.1 0,329 66 285 51,28 14,34 49,9

2.1 0,419 79 285 51,28 7,93 49,9 7

3.1 0,586 79 285 51,28 7,27 49,9


Velocidades de ar de secagem de 0,2 m/s resultaram insuficientes tornando impraticável a

secagem de material com alto teor de mucilagem residual.

Velocidades de 0,3 m/s são suficientes para material com teor de mucilagem residual baixo,

isto é, inferior a 26,5% e secagem a temperaturas superiores a 66°C.

Velocidades de 0.36m/s e 0,42m/s são recomendáveis para teores de mucilagem residuais

médios ao redor de 50% e temperaturas de secagem de 79 e 66°C respectivamente.

Para teores de mucilagem residual altos, isto é, maiores do que 53,8% se recomendam

velocidades de 0,5 m/s e 0,45 m/s para temperaturas de ar de secagem de 66 e 76°C

respectivamente.

68

3.2.4 ESTABELECIMENTO DE METODOLOGIA PARA ANÁLISE SENSORIAL

3.2.4.1 SELEÇÃO DE PROVADORES

Apresentaram-se 41 aspirantes a provadores para o processo que teve início com um teste de

identificação de aromas que utilizava dez produtos associados aos defeitos considerados como

intoleráveis para cafés especiais, tais como fermento, vinagre e principalmente químico (fenóis). As

amostras analisadas foram: sabão em pó, pimenta, margarina, vinagre, café, removedor de esmalte,

limão, alho, cravo da India e água sanitária. Foram selecionados 25 candidatos sendo considerado

como ponto de corte o acerto mínimo de oito das dez amostras analisadas. Estes provadores

continuaram o processo nos meses de março e abril de 2005.


Nesta etapa procurou-se consolidar os aspectos pertinentes à avaliação sensorial e ao estudo

de parâmetros para a otimização da secagem.

3.3.1 ANÁLISE SENSORIAL DESCRITIVO QUANTITATIVO (ADQ)

3.3.1.1 OBJETIVOS

Selecionar e treinar uma equipe de provadores.

Avaliar os efeitos de diferentes conteúdos da mucilagem residual no café cereja descascado

(Coffea arábica L.) e da temperatura de secagem sobre os atributos da bebida.

3.3.1.2 METODOLOGIA

As amostras utilizadas foram obtidas de lotes de café cereja colhidos nas primeiras horas da

manhã do dia 18 de agosto de 2004, dos mesmos arbustos da safra de 2003. A secagem até níveis

69

inferiores a 12% b.u., para a obtenção final das amostras (Tabela 6), foi realizada num secador de

bandejas (Figura 13a), em monocamada com velocidade média do ar de 0,6m/s e três temperaturas

de saída do ar de exaustão (46,5; 54,0 e 66,0°C). Uma vez secas foram embaladas hermeticamente

em sacolas plásticas, e armazenadas em armários no laboratório de secagem da FEAGRI sob

condições permanentes de ar condicionado.

Treinamento de provadores

A conformação do painel sensorial foi realizada na Faculdade de Engenharía Agrícola da

Universidade Estadual de Campinas (FEAGRI/UNICAMP), e incluiu as seguintes etapas:

Preparo de padrões

Tendo como base a tabela de definições e materiais de referência de descritores levantados

por MENDES (2005) para café torrado e moído e devido ao tempo disponível para o treinamento,

apenas os atributos de interesse para avaliação neste trabalho foram apresentados à equipe pré-

selecionada (Tabela 35).

Tabela 35. Atributos e referência para cada extremo da escala, utilizados na avaliação sensorial de café cereja descascado.

Atributo Referências

Intensidade do aroma / sabor de café

Fraco: 30 ml de bebida preparada com o café a 5% de concentração.

Forte: 30 ml de bebida preparada com o café a 11% de concentração.

Gosto doce

Fraco: água

Forte: solução de sacarose a 4%

Gosto ácido Fraco: solução aquosa de ácido lático a 0,0325%

Forte: solução aquosa de ácido lático a 0,0625%

Gosto amargo Fraco: solução aquosa de cafeína a 0,0625%

Forte: solução aquosa de cafeína a 0,3%

Corpo Pouco: água

Muito: solução aquosa de pectina cítrica a 1,2%

Adstringência Pouco: solução aquosa de ácido tânico a 0,025%

Muito: solução aquosa de ácido tânico a 0,05%

Descrição e quantificação dos atributos: Apenas 11 provadores estavam disponíveis para o

mês de maio e com eles foi iniciado o treinamento. As duas primeiras sessões foram realizadas com

70

amostras de café cereja descascado preparadas da seguinte forma: amostra1(D1) e amostra2 (D2)

com 10 e 75% de mucilagem residual respectivamente. Estas amostras foram comparadas com

padrões anteriormente descritos e com uma amostra de café deliberadamente estragada com adição

de álcool (para discriminar aroma).

Durante as sessões, os integrantes da equipe valoraram, numa escala de 0 a 9, os atributos

aroma característico, aroma estranho, doçura, acidez, amargor, adstringência e corpo. Na avaliação

dos resultados, porém, o atributo adstringência foi retirado, pois, de acordo com a equipe e tendo

como referência o padrão, os cafés não apresentaram adstringência.

Testes discriminativos: Testes triangulares foram aplicados com a finalidade de verificar a

capacidade dos membros do grupo em treinamento de perceber diferenças significativas entre as

amostras e continuar aprimorando a percepção e identificação de cada um dos atributos.

Não houve corte deliberado de participantes por limite de acerto, pois a decisão foi reforçar o

treinamento, preparando tantas amostras quantas fossem necessárias até que o participante as

discriminasse perfeitamente. Porém, após as duas primeiras sessões, um dos participantes

manifestou sua retirada voluntária e após a oitava sessão, mais dois participantes desistiram.

Posteriormente, testes de ordenação para os atributos de interesse foram realizados em 10

sessões, utilizando-se as seguintes amostras:

Doçura: D7 e D8 = D1+(0,8% e 2,0% de sacarose)

Corpo: D9 e D10 = D1+(0,25% e 0,6% de pectina)

Acidez: D11 e D12 = D1+(0,03% e 0,06% de ácido lático)

Amargor: D13 e D14 = D1+(0,11% e 0,22% de cafeína)

O atributo corpo gerou a necessidade de nova sessão de treinamento para a qual foram

utilizadas as amostras: D2, D15 e D16 = D2, D1+(0,2% e 0,4% de pectina).

Ao final deste processo apenas 7 provadores foram considerados na avaliação dos resultados,

levando em consideração a repetibilidade do provador e sua coerência com a equipe, durante as

avaliações.

71

Entre os dias 8 e 23 de junho de 2005 foram realizados os testes sensoriais em cabines

individuais disponíveis no Laboratório de Tecnologia Pós-colheita da FEAGRI/UNICAMP.

O grau de torração das amostras analisadas, cujas características são mostradas na Tabela 6,

correspondeu a uma perda de massa em torno de 16%, a 220oC com um tempo médio de 11 min

para uma coloração final marrom. As bebidas foram preparadas por infusão de 40g de pó de café

torrado e moído em 500 ml de água cuja temperatura média foi de 90°C. A Tabela 6 é novamente

reproduzida a seguir para facilitar a análise dos leitores.

Tabela 6. Características das amostras de CCD, utilizadas nos testes sensoriais.

Amostra Mucilagem

(%)

Umidade final

(%)

CV

(%)

Temperatura de saída do ar de exaustão (°C)

A1 0 10,36 3,85 46,5

A2 63,5 9,78 3,67 46,5

A3 37,7 11,36 2,98 46,5

A4 22,4 10,61 3,12 46,5

A5 60,7 10,19 3,25 54

A6 46,4 9,56 0,87 54

A7 39,6 8,36 4,01 54

A8 57,6 8,30 3,69 66

A9 39,5 8,86 3,12 66

A10 29,3 9,31 2,25 66

Com a finalidade de garantir que cada amostra fosse apresentada quatro vezes e em

diferentes posições a cada provador, conformaram-se dez blocos por sorteio, resultando no seguinte

planejamento experimental para avaliação sensorial (Tabela 36).

72

Tabela 36. Planejamento experimental para avaliação sensorial

Sessão Amostras

1 1 2 3 4

2 4 5 6 7

3 7 8 9 10

4 10 1 2 3

5 3 4 5 6

6 6 7 8 9

7 9 10 1 2

8 2 3 4 5

9 5 6 7 8

10 8 9 10 1

Todas as amostras foram avaliadas monadicamente, sob luz vermelha e temperatura

controlada (26ºC±1ºC). Para registrar seus critérios os provadores utilizaram ficha com escala linear

não estruturada de 9 cm, ancorada nos extremos com expressões de tipo: Pouco ou fraco, muito ou

forte, nenhum, conforme o atributo em avaliação (Figura 23).

73

Nome ___________________________ Data _________________ Prov. No. __________ Por favor, prove as amostras de café e avalie cada atributo utilizando as escalas abaixo. AMOSTRA AROMA CAFÉ

POUCO MUITO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

AMOSTRA DOCURA

NENHUMA MUITO

NENHUMA MUITO

NENHUMA MUITO

NENHUMA MUITO

AMOSTRA ACIDEZ

NENHUMA MUITA

NENHUMA MUITA

NENHUMA MUITA

NENHUMA MUITO

AMOSTRA AMARGOR

POUCO MUITO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

AMOSTRA CORPO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

AMOSTRA SABOR

POUCO MUITO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

POUCO MUITO

Figura 23: Ficha de avaliação sensorial.

As amostras foram oferecidas em copos plásticos descartáveis, próprios para café, de

coloração branca, sem odor e identificados com números aleatórios de três dígitos. Serviu-se água à

temperatura ambiente e bolacha de água, para minimizar o sabor residual entre as amostras.

74


As notas dadas pela equipe para os diferentes atributos (Tabela 37) independente de sua

significância estatística foram coerentes e os coeficientes de variação médios considerados

satisfatórios, isto é, dados relativamente homogêneos com oscilações pequenas em relação à média.

Valores de coeficiente de variação inferiores a 6,1% foram obtidos, com exceção dos resultados do

atributo doçura (Tabela 38).

Tabela 37. Médias e desvios padrões dos atributos julgados nas amostras avaliadas sensorialmente

ATRIBUTOS

Sabor Acidez Amargor Aroma Doçura Corpo

Média DP Média DP Média DP Média DP Média DP Média DP

1 7,05a 0,39 3,99d 0,20 5,39ab 0,22 7,67a 0,30 3,28a 0,79 6,32a 0,20

2 6,42abc 0,30 4,00d 0,20 5,51a 0,21 7,14a 0,60 3,47a 0,54 5,96a 0,28

3 6,21bc 0,34 5,40a 0,38 4,69bc 0,37 7,16a 0,37 3,85a 0,68 5,87a 0,24

4 6,44abc 0,48 5,00ab 0,27 4,95abc 0,23 7,34a 0,30 3,93a 0,41 6,30a 0,25

5 6,95ab 0,41 4,85abc 0,17 4,42c 0,39 7,54a 0,44 4,05a 0,30 5,91a 0,36

6 6,57abc 0,22 4,72abcd 0,53 4,81abc 0,24 7,62a 0,56 3,93a 0,76 5,99a 0,20

7 6,15cd 0,28 4,77abc 0,38 4,94abc 0,43 7,27a 0,32 3,17a 0,13 5,66a 0,19

8 6,44abc 0,24 4,13cd 0,18 4,73bc 0,24 7,28a 0,19 3,48a 0,29 5,88a 0,44

9 6,48abc 0,28 4,30bcd 0,28 4,69bc 0,28 7,31a 0,17 3,62a 0,33 5,68a 0,28

10 7,12a 0,25 4,92ab 0,21 4,98abc 0,32 7,64a 0,32 3,73a 0,59 6,15a 0,28

Legenda: Médias com letra(s) em comum, não diferem significativamente (P ≤ 0.05) entre si, na mesma coluna.

75

Tabela 38. Coeficientes de variação (%) na valoração da equipe nas amostras avaliadas sensorialmente

Atributos Amostra

Sabor Acidez Amargor Aroma Doçura Corpo

A1 5,53 5,01 4,08 3,91 24,09 3,16 A2 4,67 5,00 3,81 8,40 15,56 4,70

A3 5,48 7,04 7,89 5,17 17,66 4,89

A4 7,45 5,40 4,65 4,09 10,43 3,96

A5 5,90 3,51 8,82 3,84 7,41 6,09

A6 3,35 11,23 4,99 7,35 19,34 3,34

A7 4,55 7,97 8,70 4,40 4,10 3,36

A8 3,73 4,36 5,07 2,61 8,33 7,48

A9 4,32 6,51 5,97 2,33 9,12 4,93

A10 3,51 4,27 6,43 4,19 15,82 4,56

Média (%) 4,83 6,03 6,04 4,63 13,19 4,65

Da Tabela 37 e Figura 24, ressalta-se que, quando secas a temperaturas de 46,5ºC (A1 a A4),

as amostras com baixo teor de mucilagem residual (A1 = 0% e A4 = 22,4%), tiveram avaliação

quanto ao corpo, sabor e aroma, sem diferenças significativas entre si para todos os atributos

julgados, ressaltando que a amostra com 22,4% foi mais equilibrada, pois apresentou também boa

doçura, boa acidez e amargor moderado. Este grupo de amostras apresentou diferenças significativas

quanto ao sabor que pode ser verificado comparando A1 com A3. Em termos da acidez, observa-se

diferença significativa na comparação das amostras A1 e A2 com A3 e A4 e quanto ao amargor a

diferença significativa aparece da comparação entre as amostras A2 com A3.

Surpreende o fato que quando aplicados 66ºC na temperatura de secagem (amostras A8 a

A10), considerada alta, não se apreciaram grandes efeitos na qualidade das bebidas (Figura 25),

especialmente nos menores teores de mucilagem, que apresentaram a melhor resposta sensorial,

sendo que a amostra com 29,3% de mucilagem residual (A10) difere significativamente da amostra

com 57,6% (A8), no julgamento da acidez.

Observa-se na Figura 26 que as maiores notas quanto a sabor e aroma foram dadas para a

amostra (A10), seca a 66°C a qual apresentou diferença significativa quanto ao sabor da amostra A7,

que é a de maior teor de mucilagem, dentre as amostras do grupo com baixo teor de mucilagem,

embora, também, esta amostra (A7) tenha sido submetida à secagem com temperatura de exaustão

76

diferente (54°C). Os demais atributos julgados não apresentaram diferenças significativas entre as

amostras.

3

4

5

6

7

8

9

SABOR

ACIDEZ

AMARGO

AROMA

´DOCURA

CORPO

A1 0% A2 63,50% A3 37,70% A4 22,40%

Figura 24: Efeitos do teor de mucilagem e da secagem a 46,5°C na qualidade sensorial de amostras de café

.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

SABOR

ACIDÉZ

AMARGOR

AROMA

DOÇURA

CORPO

A8=57,6% A9=39,5% A10=29,3%

Figura 25: Efeito do teor de mucilagem para amostras secas a 66°C

77

O julgamento sensorial (Figura 27) foi semelhante para as amostras com teores médios de

mucilagem (A3, A6 e A9), apresentando diferença significativa somente entre as amostras 3 e 9 para

o atributo acidez, para os demais atributos a temperatura de secagem não parece influir.

No conjunto de amostras com teor de mucilagem alto (A2, A5 e A8) as maiores notas quanto

a sabor, acidez e aroma, foram apresentadas pela amostra A5 que foi seca a 54°C com diferenças

significativas quanto à acidez e amargor em relação à amostra A2, que foi seca a 45°C (Figura 27).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

SABOR

ACIDÉZ

AMARGOR

AROMA

DOÇURA

CORPO

A4=46,5°C A7=54,0°C A10=66,0°C

Figura 26: Efeito da temperatura de secagem em amostras com baixo teor de mucilagem residual A4(22,4%), A7(39,6%), A10(29,3%).

No geral a coerência da equipe de provadores resultou satisfatória, pois, com exceção dos

resultados obtidos no julgamento do atributo doçura, cujo coeficiente de variação médio foi de

13,2%, os coeficientes de variação para os demais atributos foram inferiores a 10% o que

estatisticamente é aceitável.

78

0

1

2

3

4

5

6

7

8

SABOR

ACIDÉZ

AMARGOR

AROMA

DOÇURA

CORPO

A3=46,5°C A6=54,0°C A9=66,0°C

Figura 27: Efeito da temperatura em amostras com teor de mucilagem residual médio A3(37,7%), A6(46,4%), A9(39,5%).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

SABOR

ACIDÉZ

AMARGOR

AROMA

DOÇURA

CORPO

A2=46,5°C A5=54,0°C A8=66,0°C

Figura 28: Efeito da temperatura em amostras com teor de mucilagem residual alto, A2(63,5%), A5(60,7%), A8(57,6%).

79

As maiores notas, quanto a sabor, apontam para cafés com baixos níveis de mucilagem

residual (22,4% e 29,3%), independentemente da temperatura de secagem.

O fato de que temperaturas de secagem de ar de exaustão tão altas como 66°C não tenham

afetado a valoração dada pelos provadores à bebida, para baixos teores de mucilagem resulta de

singular importância no processo de otimização da operação de secagem.


No geral a coerência da equipe de provadores resultou satisfatória, pois, com exceção dos

resultados obtidos no julgamento do atributo doçura, cujo coeficiente de variação médio foi de

13,2%, os coeficientes de variação para os demais atributos foram inferiores a 10% o que

estatisticamente é aceitável.

Os melhores resultados para todos os atributos avaliados apontam para cafés com baixos

níveis de mucilagem residual (22,4% e 29,3%), independentemente da temperatura de secagem.

O fato de que temperaturas de secagem de saída de ar de exaustão tão altas como 66°C, não

tenham afetado a qualidade da bebida, para baixos teores de mucilagem resulta de singular

importância no processo de otimização da operação de secagem.

3.3.2 UMIDADE DE EQUILIBRIO POR MÉTODO ESTÁTICO E DINÂMICO

3.3.2.1 OBJETIVO

1. Determinação das isotermas de dessorção para as temperaturas de 50 e 73°C com teores de

mucilagem residual de 16,1 e 52,7% e o posterior ajuste de modelos matemáticos

2. Validação da equação proposta por FIOREZE (1986) para o cálculo do conteúdo de

umidade de equilíbrio dinâmico.

80

3.3.2.2 METODOLOGIA

Matéria prima

Foram utilizadas as amostras A12 e A13 da safra de 2004, com níveis de mucilagem residual

de 52,7 e 16,1%, secas com temperaturas de ar exaustão de 66,0 e 63,6°C, respectivamente.

Umidade de equilíbrio - Método estático

A umidade de equilíbrio dos cafés cerejas descascados, com dois níveis de mucilagem

residual, M1 = 16,1% e M2 = 52,7%, foi determinada a partir do método estático gravimétrico,

utilizando-se soluções saturadas de sais para temperaturas de 50 e 73°C (Tabela 39). Previamente

determinou-se o conteúdo de umidade das amostras.

Tabela 39. Sais utilizados para o preparo das soluções saturadas e atividade de água correspondente, às temperaturas de 50 e 73ºC (GREENSPAN, 1977).

Sal NaOH KOH LiCl KF K2CO3 NaBr KI NaCl

50°C 0,0494 0,0572 0,1110 0,2080 0,4270 0,5093 0,6449 0,7443 aw 70ºC 0,0225 0,0524 0,1067 0,2207 0,4143 0,5052 0,6168 0,7555

Para determinação da umidade de equilíbrio, três amostras de cerca de 4g de CCD

acondicionadas em cadinhos de plástico, foram colocadas em frascos herméticos contendo

diferentes soluções saturadas de sais (Tabela 39). Cada conjunto de frascos foi colocado em estufas

mantidas às temperaturas de 50 e 73°C, respectivamente, até que as amostras atingissem o equilíbrio

(Figura 29).

81

Figura 29: Disposição dos conjuntos de frascos no interior da estufa separados em dois níveis de mucilagem para determinação da umidade de equilíbrio.

O ponto de equilíbrio foi determinado mediante pesagens sucessivas das amostras em

balança analítica até que houvesse uma estabilização da massa das amostras na quarta casa decimal.

Uma vez atingido o equilíbrio, as amostras foram levadas a uma estufa para determinação da

umidade, segundo a metodologia da AOAC (1980).

As isotermas de sorção foram analisadas de acordo com os modelos matemáticos de BET,

BET linear, GAB, Halsey, Halsey modificado, Langmuir, Oswin e Peleg, correspondentes,

respectivamente, às Equações 2 a 9, apresentadas na Tabela 1. O ajuste dos modelos matemáticos

aos dados experimentais foi realizado através do pacote de estimativa não-linear (Statistica 6.0).

O critério utilizado para avaliação do ajuste dos modelos matemáticos aos dados

experimentais foi o módulo do desvio relativo médio (Equação 23).

Umidade de equilíbrio - Método dinâmico

Para cada condição de secagem (temperaturas de bulbo úmido e bulbo seco) do ar de

exaustão e pressão barométrica de Campinas (713,3 mm.Hg) com ajuda do programa para cálculo

de propriedades e processos psicrométricos, elaborado por BIAGI (2006), calcularam-se as pressões

de vapor (Pv) e pressões de vapor à saturação (Pvs) usados na estimativa do déficit de pressão de

vapor [DPV] que relaciona, de acordo com FIOREZE (1986), a umidade de equilíbrio estático com

a umidade de equilíbrio dinâmico.

=∆U estático Xeq -dinâmico Xeq (24)

=∆U ][*295,0 DPVLn (25)

)( PvPvsDPV −= N/m2 (26)

82


Isotermas de sorção – Método estático

O conteúdo de umidade inicial das amostras com 16,1% de mucilagem residual era de

0,1047 b.s (CV = 1,58%) e de 0,0847 bs (CV = 0,65%) nas amostras com 52,7% de mucilagem

residual.

Ao analisar os valores médios de umidade de equilíbrio correspondentes às atividades de

água para as condições estudadas, os dados correspondentes às soluções dos sais NaOH e KOH

foram desconsiderados, pois apresentaram grande instabilidade. A representação gráfica das

isotermas para as condições da Tabela 40 é apresentada na Figura 30. Os parâmetros de ajuste dos

modelos matemáticos aos dados experimentais (Tabela 1), assim como os valores de R2 e os desvios

relativos médios, são apresentados nas Tabelas 41 e 42 e ilustrados nas Figuras 31 a 34.

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Atividade de agua (aw)

Um

idad

e (

b.s

. dec

imal

)

M1*50 M2*50

M1*73 M2*73

Figura 30: Umidades de equilíbrio de CCD com teores de mucilagem de 16,1% e 52,7% às temperaturas de 50 e 73°C.

83

Tabela 40. Umidades de equilíbrio de CCD com teores de mucilagem de 16,1% (M1) e 52,7% (M2) às temperaturas de 50 e 73°C.

XE (kg água/kg ms)

T = 50°C T = 73°C Sal

aw M1 M2 aw M1 M2

LiCl 0,1110 0,0349 0,0366 0,1067 0,0218 0,0215

KF 0,2080 0,0655 0,0672 0,2207 0,0436 0,0445

K2CO3 0,4270 0,0699 0,0707 0,4143 0,0448 0,0453

NaBr 0,5093 0,0814 0,0793 0,5052 0,0677 0,0659

KI 0,6449 0,1004 0,0940 0,6168 0,0803 0,0799

NaCl 0,7443 0,1275 0,1356 0,7555 0,1169 0,1131

As isotermas de sorção do CCD apresentaram um formato sigmoidal típico de alimentos e

materiais biológicos, podendo-se observar um pronunciado aumento da umidade de equilíbrio a

partir de atividades de água na faixa de 0,6. Este comportamento é comum em alimentos com altos

teores de açúcar, que têm a propriedade de absorver pequenas ou grandes quantidades de água de

acordo com a umidade relativa do ambiente, se baixa ou alta (SAMANIEGO-ESGUERRA et al.

citados por TONELI, 2006).

Quanto ao efeito da temperatura, observa-se que para um mesmo valor de atividade de água,

quanto maior a temperatura, menor a umidade de equilíbrio. Este resultado concorda com o

reportado por LABUZA et al. (1985).

Geralmente, considera-se que valores de DRM abaixo de 10% indicam um ajuste adequado

para aplicações práticas (AGUERRE, GABITTO, CHIRIFE, 1985). Além do desvio relativo médio,

foram consideradas também a avaliação da tendência de distribuição dos resíduos provenientes dos

ajustes dos modelos, calculados pela Equação (27), e a avaliação do desvio padrão da estimativa,

calculado de acordo com a Equação (28). O valor de SE é inversamente proporcional à qualidade do

ajuste do modelo matemático.

VEVPei −= (27)

84

GL

VEVP

SE

n

i

∑=

−

= 1

2)( (28)

onde:

n = número de observações experimentais

VE = valor do teor de umidade de equilíbrio observado experimentalmente (gágua/gms);

VP= valor do teor de umidade de equilíbrio calculado pelo modelo (gágua/gms);

ei = resíduos (gágua/gms);

SE = desvio padrão da estimativa (gágua/gms);

GL = graus de liberdade do modelo.

Nas Figuras 35 e 36 podem ser observados os gráficos de distribuição dos resíduos

correspondentes ao ajuste dos modelos de Halsey Modificado e Peleg aos dados experimentais para

teores de mucilagem de 16,1 e 52,7% e temperaturas de 50 e 73ºC.

85

Tabela 41. Parâmetros de ajuste dos modelos matemáticos de isotermas de sorção aos dados experimentais para o CCD com 16,1 e 52,7% de mucilagem à temperatura de 50ºC, valores de R2 , DRM e SE correspondentes.

Modelo Parâmetros M= 16,1% M =52,7% Xm 0,7603 2,0308 C 0,8656 0,7214 n 0,3575 0,1471

R2 0,7903 0,6818 DRM 13,15 13,21

BET

SE (g água/g m. s.) 0,0231 0,0296 Xm 0,0357 0,0348 C 10000 80,4995 R2 0,8692 0,8607

DRM 11,29 10,08 BET linear

SE (g água/g m. s.) 0,0258 0,0277 Xm 0,0434 0,0421 C 1000,100 180,4990 K 0,8867 0,9228 R2 0,9291 0,8598

DRM 11,59 9,46

GAB

SE (g água/g m. s.) 0,0141 0,0197 A 0,0081 0,0082 b 1,7466 1,7379 R2 0,8924 0,8523

DRM 8,40 10,26 Halsey


DRM 8,39 10,27

Halsey Modificado

SE (g água/g m. s.) 0,0166 0,0185 Xm 0,1645 0,1390 C 2,4239 3,2191 R2 0,7626 0,6522

DRM 13,79 13,90 Langmuir

SE (g água/g m. s.) 0,0348 0,0438 A 0,0801 0,077 B 0,3999 0,3624 R2 0,9002 0,8082

DRM 8,34 10,27 Oswin

SE (g água/g m. s.) 0,0225 0,0326 K1 0,2667 0,5029 N1 7,3034 7,3443 K2 0,1132 0,0878 N2 0,5353 0,3668 R2 0,9207 0,9290

DRM 7,43 6,77

Peleg

SE (g água/g m. s.) 0,0116 0,0114

86

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atéri

a se

ca)

(a) BET

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atéri

a se

ca)

(b) BET linear

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e de

equ

ilíbri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(c) GAB

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(d) Halsey

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(e) Halsey Modificado

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

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0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(f) Langmuir

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(g) Oswin

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

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0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(h) Peleg Figura 31: Isotermas de sorção teóricas e dados experimentais para o CCD com 16,1% de

mucilagem à temperatura de 50ºC.

87

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(a)

BET

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

b) BET linear

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e de

equ

ilíbri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(c) GAB

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e de

equilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(d) Halsey

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)


0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(f) Langmuir

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e de

equilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(g) Oswin

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e de

equilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(h) Peleg



88


experimentais para o CCD com 16,1 e 52,7% de mucilagem à temperatura de 73ºC, valores de R2 ,

DRM e SE correspondentes.

Modelo Parâmetros M= 16,1% M =52,7% Xm 0,6125 2,0597 C 0,4574 0,0692 n 0,6086 0,8923

R2 0,8254 0,8845 DRM 12,42 16,61

BET

SE (g água/g m. s.) 0,0222 0,0173 Xm 0,0287 0,0291 C 100,3117 16,0886 R2 0,9505 0,9309

DRM 14,15 9,89 BET linear


DRM 14,74 15,56

GAB

SE (g água/g m. s.) 0,0109 0,0130 A 0,1662 0,0197 b 1,3297 1,2283 R2 0,9226 0,9320

DRM 10,37 9,74 Halsey


DRM 9,69 9,74

Halsey Modificado

SE (g água/g m. s.) 0,0121 0,0133 Xm 0,1833 0,1855 C 1,2624 1,2254 R2 0,9653 0,8231

DRM 12,97 12,98 Langmuir

SE (g água/g m. s.) 0,0333 0,0303 A 0.0646 0,0635 B 0,5126 0,5104 R2 0,9653 0,9633

DRM 8,47 7,74 Oswin

SE (g água/g m. s.) 0,0140 0,0138 K1 0,1534 0,1502 N1 2,6693 4,7617 K2 0,0492 0,0876 N2 0,3709 0,6206 R2 0,9511 0,9677

DRM 8,14 7,56

Peleg

SE (g água/g m. s.) 0,0093 0,0075

89

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

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eca)

(a) BET

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(b) BET linear

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(c) GAB

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água U

mid

ade

de

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o

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e ág

ua/

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e m

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(d) Halsey

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e equilí

bri

o

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e ág

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g d

e m

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eca)


0,00

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0,06

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0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e de

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bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

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eca)

(f) Langmuir

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

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e d

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(g) Oswin

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0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

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(h) Peleg



90

0,00

0,02

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0,06

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0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(a) BET

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

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ia s

eca)

(b) BET linear

0,00

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0,06

0,08

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0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

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eca)

(c) GAB

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0,02

0,04

0,06

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0,10

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0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água U

mid

ade

de

equilí

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(d) Halsey

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

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g d

e m

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eca)


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0,02

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0,06

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0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilíb

rio

(g

de

águ

a/g

de m

atér

ia s

eca

)

(f) Langmuir

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(g) Oswin

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Atividade de água

Um

idad

e d

e eq

uilí

bri

o

(g d

e ág

ua/

g d

e m

atér

ia s

eca)

(h) Peleg



91

-0,004

-0,002

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

Umidade de equilíbrio (b.s.)

Res

ídu

o

(a) Halsey Modificado 73°C

-0,004

-0,002

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14


Res

ídu

o

(c) Peleg 73°C

-0,010

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14


Res

ídu

o

(b) Halsey Modificado 50°C

-0,015

-0,010

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14


Res

ídu

o

(d) Peleg 50°C

Figura 35: Distribuição dos resíduos dos modelos de Halsey Modificado e Peleg para 16,1% de

mucilagem e temperaturas de 50 e 73ºC.

-0,004

-0,002

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12


Res

ídu

o

(a) Halsey Modificado 73°C

-0,010

-0,008

-0,006

-0,004

-0,002

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12


Res

ídu

o

(c) Peleg 73°C

-0,015

-0,010

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16


Res

ídu

o

(b) Halsey Modificado 50°C

-0,010

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16


Res

ídu

o

(d) Peleg 50°C

Figura 36: Distribuição dos resíduos dos modelos de Halsey Modificado e Peleg para 52,7% de

mucilagem e temperaturas de 50 e 73ºC.

92

A partir dos dados de SE, DRM e R2, apresentados nas Tabelas 41, pode-se concluir que,

para a temperatura de 50°C, os modelos Peleg, GAB e Halsey Modificado, são os que melhor

representam as isotermas de sorção do CCD com baixos teores de mucilagem (16,1%).

Para 73°C, somente os modelos Peleg, Halsey Modificado e Oswin conseguiram representar

bem os dados experimentais, especialmente na região de baixa atividade de água, considerada de

maior interesse no presente trabalho. O modelo de Halsey apresenta desvios relativos médios

comparáveis ao modelo de Halsey Modificado, mas em virtude dos graus de libertade estatística do

modelo o desvío padrão da estimativa resultou em valores bem mais altos. O modelo GAB apresenta

desvios padrões da estimativa comparáveis ao modelo de Peleg mas seus DRM resultaram muito

altos. O modelo BET linear, apesar de ter resultado em valores de DRM superiores a 10%, teve uma

boa representação dos dados experimentais.

A qualidade do ajuste para todos os modelos referentes à temperatura de 73°C é bem melhor

tanto nos coeficientes de correlação quanto no desvio padrão da estimativa (Tabela 42), do que para

50°C.

Nas Figuras 35 e 36 pode-se verificar que a distribuição de resíduos é aleatória para os

modelos de Halsey Modificado e Peleg.

FIGUEIRA et al. (2004), na avaliação de isotermas de adsorção da raiz de chicória

(Chicorium intybus L.), da qual se faz uma bebida denominada ‘café-chicória’, encontraram que,

para temperaturas de 60, 70 e 80°C, os modelos GAB e Peleg representaram melhor os dados

experimentais.

AVIARA et al. (2004) reportaram o modelo de Halsey Modificado como o melhor para a

previsão da atividade de água em grãos de soja.

No presente trabalho, foi escolhido o modelo de Peleg, para o cálculo das umidades de

equilíbrio dinâmico, por apresentar os melhores indicadores (R2 , DRM e SE).

Umidade de equilíbrio dinâmico

As umidades de equilíbrio dinâmico são apresentadas na Tabela 43.

93

Tabela 43. Umidades de equilíbrio das amostras de CCD secas com distintos teores de mucilagem

Amostras UR [%]

Xeq (est) [% b.s]

PVS [kPa]

DPV [kPa]

U∆ [% b.s.]

Xeq (din.) [% b.s]

A2 18,86 4,72 10469,0 8494,547 1,81 6,53 A3 18,66 4,71 10469,0 8515,485 1,81 6,52 A4 18,99 4,75 10506,1 8510,992 1,81 6,56 A5 12,24 3,49 15492,4 13596,13 1,95 5,44 A6 13,15 3,65 14952,7 12986,42 1,93 5,58 A7 12,95 3,59 15024,5 13078,83 1,94 5,53 A8 9,12 2,45 25274,4 22969,37 2,10 4,55 A9 8,69 2,52 24260,7 22152,45 2,09 4,61 A10 9,97 2,46 23991,2 21599,28 2,08 4,54 A11 18,44 4,72 10384,5 8469,598 1,81 6,53 A12 7,81 2,22 26000,5 23969,86 2,11 4,33 A13 8,14 2,34 23302,4 21405,58 2,08 4,46

Com a finalidade de se avaliar a qualidade das expressões 24 a 26 para o cálculo da umidade

de equilíbrio dinâmico, as amostras A4, A5, A8 e A12 foram secas até atingir o equilíbrio dinâmico

experimental, obtendo-se os seguintes resultados:

Tabela 44. Umidades de equilíbrio dinâmico experimentais e preditas

Amostra Ufinal obtida (%)

VE

Ufinal calculada (%)

VP

DRM (%)

A4 6,64 6,56 1,20

A5 5,51 5,44 1,27

A8 4,91 4,55 2,30

A12 4,32 4,33 0,23

Considerando-se a grande proximidade dos resultados calculados com os experimentais, é

possível concluir que a equação proposta por FIOREZE (1986) apresentou-se altamente satisfatória.

94


As isotermas de dessorção de CCD para temperatura de 50°C e teores de mucilagem

residual de 16,1 e 52,7% podem ser representadas pelos modelos Peleg, Halsey Modificado e GAB

sendo que os modelo de Peleg e Halsey Modificado apresentam o melhor ajuste. Para 73°C o

modelo GAB não consegue representar os dados experimentais, sendo que os modelos Peleg e

Halsey Modificado apresentam o melhor desempenho.

Para o cálculo do conteúdo de umidade de equilíbrio dinâmico, a equação proposta por

FIOREZE (1986) apresentou-se altamente satisfatória.

3.3.3 UMIDADE DO PERGAMINHO E DOGRÃO

3.3.3.1 OBJETIVO

Determinar o conteúdo de umidade do pergaminho, do grão e de ambos os componentes a

partir de amostras de CCD com diferentes teores de mucilagem residual submetidas a secagem a

50°C.

3.3.3.2 METODOLOGIA

Levando em consideração trabalhos realizados por GODINHO (2000) e SILVA et al. (2000)

que reportaram diferenças significativas entre o teor de umidade final das cascas e dos grãos, para

café em coco, e considerando que o pergaminho do CCD apresenta características particulares, na

safra do ano 2005 foram processadas 6 amostras com teores de mucilagem entre 15,9 e 71,1% e

secas a temperatura de 50°C e velocidade do ar de 0,65 m/s (Figuras 37 a 41) utilizando o secador

de bandejas da Figura (13).

95


Nas amostras com maior teor de mucilagem residual (69,9 e 71,1%) a umidade do

pergaminho se mostrou maior do que a umidade do grão descascado (Tabela 45). Este resultado está

de acordo com o reportado por GODINHO (2000) e SILVA et al. (2000) na secagem de café em

coco, onde as diferenças entre o conteúdo de umidade das cascas e dos grãos chegam a ser de até

8%. Estes resultados podem ser particularmente importantes em armazenamentos prolongados, nos

quais a qualidade do grão pode ver-se comprometida, sendo mais delicada a situação dos cafés com

menores teores de mucilagem em que a umidade do grão resultou maior do que a umidade do

pergaminho.

Tabela 45. Umidade final do CCD e dos componentes pergaminho e grão para amostras com teores de mucilagem residual na faixa de 15,9 até 71,1%.

Amostra TM’ (%) Ui (%) Uf (%) Ugrão (%) Upergaminho

(%)

C63 27,7 61,91 15,79 16,47 11,98

C64 15,9 60,26 14,14 14,71 11,76

C65 71,1 60,59 13,14 12,80 13,80

C66 69,9 60,12 14,18 13,80 15,09

C67 44,1 61,32 14,24 14,65 12,66

C68 23,6 61,56 14,71 15,38 12,90


Na secagem de CCD à temperatura de 50°C, com teores de mucilagem residual inferiores a

44,1% , encontrou-se que a umidade final do grão resultou maior do que a umidade da casca em até

27%. Este resultado pode ser particularmente importante em armazenamentos prolongados.

96

3.3.4 TEMPOS DE REPOUSO

O estudo dos tempos de repouso foi iniciado a partir de análise dos dados obtidos em ensaios

de secagem solar de amostras de CCD do ano de 2003 (item 3.1.3). Estes resultados indicaram a

relevância de estudos de tempos de repouso na secagem mecânica.

3.3.4.1 OBJETIVO

Estudar para CCD o beneficio do período de repouso em amostras com diferentes teores de

mucilagem residual.

3.3.4.2 METODOLOGIA

Nesta etapa, realizou-se a secagem mecânica de cafés com diferentes teores de mucilagem

residual e submetidos a diferentes tempos de repouso, acompanhando a cinética de secagem e as

alterações volumétricas em algumas amostras.

Os ensaios foram realizados no Laboratório de Secagem da Faculdade de Engenharia

Agrícola FEAGRI/UNICAMP, durante os meses de junho e julho de 2005, utilizando o secador de

bandejas (Figura 13), sendo que os teores de mucilagem variaram desde 15,9 até 71,1% (Tabela 45).

Durante os ensaios, simultaneamente aos registros de pesagem, foram realizadas medidas de volume

da amostra total de cada bandeja com a finalidade de acompanhar o encolhimento durante o

processo. As determinações volumétricas foram feitas com ajuda de uma proveta de 2000 ml de

capacidade e diâmetro interno de 7,8 mm. Nos ensaios correspondentes às Figuras 37 a 41 utilizou-

se como critério a altura da amostra dentro da proveta e no ensaio correspondente à Figura 43

utilizou-se o volume ocupado pelo grão dentro da proveta.

97


As Figuras 37 a 46 mostram alternadamente o comportamento da umidade e do

encolhimento na secagem mecânica de amostras de CCD com diferentes teores de mucilagem

residual e submetidos a distintos períodos de repouso.

Na Figura 37 está representado o comportamento durante a secagem de cafés com baixo teor

de mucilagem submetidos a três tempos de repouso: das 2,0 às 4,75 horas, das 5,25 às 19,0 horas e

das 26,35 às 72,35 horas.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tempo (horas)

Um

idad

e (

% b

.u. )

C63= 27,7% de M

C64= 15,9% de M

Figura 37: Secagem de CCD com baixo teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V = 0,54 m/s).

Pode-se apreciar a coincidência das expansões volumétricas com os tempos de repouso,

sendo muito semelhante o comportamento para as duas amostras (Figura 38). A amostra com maior

teor de mucilagem (C63), porém, apresentou o maior encolhimento (12,12%) frente aos 10,83% da

amostra (C64)

98

.

360

380

400

420

440

460

480

500

520

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Tempo (horas)

Alt

ura

( m

m. )

C63= 27,7% de M

C64= 15,9% de M

Figura 38: Encolhimento do CCD com baixo teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V = 0,54 m/s).

Observando-se a Figura 39, nota-se que, para um tempo de repouso de 36,25 horas, que

aconteceu depois de sete horas de secagem quando a umidade das amostras estava em torno de 37%,

o tempo efetivo de secagem foi de 57 horas e, de maneira semelhante ao ocorrido no ensaio anterior,

a maior dificuldade na secagem correspondeu ao café de maior teor de mucilagem (C65), cuja

umidade final foi de 16,87% contra 15,94% da amostra (C66). Porém, sob estas condições, houve

dificuldade no processo de secagem das duas amostras.

A expansão volumétrica coincide com o tempo de repouso (Figura 40), sendo que o

encolhimento foi novamente maior (11,22%) para a amostra com maior teor de mucilagem (C65) do

que os 6,03% de encolhimento da amostra com 69,9% de mucilagem residual (C66).

99

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tempo (horas)

Um

idad

e (

% b

.u. )

C65= 71,1% de M

C66= 69,9% de M

Figura 39: Secagem de CCD com alto teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V = 0,54 m/s), submetidos a um tempo de repouso de 36,25 horas (das 7,0 às 43,25 horas).

430

440

450

460

470

480

490

500

510

520

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tempo (horas)

Alt

ura

( m

m. )

C65= 71,1% de M

C66= 69,9% de M

Figura 40: Encolhimento de CCD com alto teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V = 0,54 m/s).

100

Na Figura 41, apresenta-se o comportamento na secagem de amostras de baixo a médio teor

de mucilagem residual, submetidas a um tempo de repouso de 13 horas que aconteceu depois de

10,5 horas de secagem, quando a amostra mais úmida estava com cerca de 30% de umidade. Leve-

se em consideração que, para este ensaio, a velocidade do ar de secagem foi aumentada de 0,54 para

0,65m/s. Observa-se, que o tempo efetivo de secagem foi de 17,5 horas e as duas amostras

apresentaram comportamento muito semelhante e valores próximos de umidade final, de 14,65 e

15,20% para as amostras A5 e A6, respectivamente.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30 35

Tempo (horas)

Um

idad

e (

% b

.u. )

C67 = 44,1% de M

C68 = 23,6% de M

Figura 41: Secagem de cafés com médio e baixo teor de mucilagem residual (Te = 50°C, V = 0,65 m/s).

A Figura 42 apresenta as mudanças volumétricas das amostras (C67) e (C68), observadas ao

longo da secagem, percebe-se que, de maneira semelhante ao ensaio anterior, no início da secagem

ocorre uma expansão volumétrica de 2,1%, para (C67), e 4,2%, para (C68). Posteriormente,

coincidindo com o período de repouso, ocorre uma segunda expansão volumétrica, para, no final,

apresentarem um encolhimento total de 12,8 e 11,3%, para as amostras (C67) e (C68),

respectivamente.

101

410

420

430

440

450

460

470

480

490

500

510

0 5 10 15 20 25 30 35

Tempo (horas)

Alt

ura

( m

m )

C67 = 44,1% de M

C68 = 23,6% de M

Figura 42: Encolhimento de cafés com médio e baixo teor de mucilagem (Te = 50°C, V = 0,65 m/s).

A Figura 43 representa a secagem de uma amostra de café totalmente desmucilada (C69),

submetida a um tempo de repouso de 12 horas, após sete horas de secagem, quando o conteúdo de

umidade estava em 25%. A velocidade do ar foi de 0,6m/s. Pode-se observar também que o tempo

efetivo de secagem foi de 12,3 horas para uma umidade final de 10,07%.

102

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25Tempo (horas)

Um

idad

e (

% b

. u. )

C69 = Sem mucilagem

Figura 43: Secagem de café totalmente desmucilado (Te = 50°C, V = 0,60 m/s).

A Figura 44 ilustra as alterações volumétricas da amostra totalmente desmucilada

acontecidas ao longo da secagem. Esta amostra sem mucilagem não apresentou expansão

volumétrica inicial e, de maneira semelhante às demais, apresentou expansão volumétrica durante o

período de repouso para, ao final, ter um encolhimento global de 5,71%.

103

1310

1320

1330

1340

1350

1360

1370

1380

1390

1400

1410

0 5 10 15 20 25 30

Tempo (horas)

Alt

ura

( m

m. )

C69 ="Sem mucilagem"

Figura 44: Encolhimento de café totalmente desmucilado (Te = 50°C, V = 0,60 m/s).

Com a finalidade de buscar reduzir o tempo de secagem, especialmente para cafés com

teores de mucilagem altos, foram realizados dois ensaios, cujos resultados são apresentados a seguir,

nos quais foram alteradas as condições de secagem, usando dois períodos de repouso e temperatura

de 55°C, até chegar ao primeiro período de repouso, para continuar com temperatura de 50°C até o

final da secagem e velocidade do ar de 0,66m/s, ao longo da secagem (Figuras 45 e 46).

Na Figura 45, apresenta-se o comportamento durante a secagem de amostras (C70 e C71)

com alto teor de mucilagem residual (66,5 e 100%), que foram submetidas a repouso de 15 horas

(das 5,3h às 17,3h e das 21,8h às 24,8h) depois de transcorridas 5,3 horas de secagem. O tempo

efetivo de secagem foi de 11,8 horas para umidades finais de 17,2 e 8,3%, respectivamente.

Causa surpresa que a amostra com 100% de mucilagem residual seque mais rápido do que

aquela com 66,5%, mas o mesmo aconteceu na secagem ao sol, pois este material foi despolpado

sem o uso de água e, portanto, a umidade inicial é menor.

A Figura 46, para as mesmas condições de secagem do ensaio anterior, apresenta o

comportamento de um café completamente desmucilado (C72), cuja curva de secagem resultou

também muito semelhante ao café com 100% de mucilagem residual.

104

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 5 10 15 20 25 30

Tempo ( horas )

Y (

ad

imen

sio

nal

)

C70 = 66,5% de M

C71 = 100% de M

Figura 45: Secagem de cafés com alto teor de mucilagem (Te = 55°C, V = 0,66 m/s).

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

Tempo (horas)

Um

idad

e (

% b

.u. )

C72 = Sem mucilagem

Figura 46: Secagem de café sem mucilagem (Te = 55°C, V = 0,66 m/s).

105


Os benefícios do período de repouso são claros, sendo necessário estudar a duração do

mesmo em função das características do ar de secagem e do teor de mucilagem residual das

amostras.

O tempo de repouso ideal pode ser próximo de 12 horas, com menores tempos efetivos de

secagem.

Outro aspecto a ser estudado é o momento em que se deve iniciar o período de repouso. Os

resultados apontam para porcentagens de umidade inferiores a 30%, pois para teores de mucilagem

semelhantes, o tempo efetivo de secagem foi menor quando o período de repouso iniciou no ponto

em que a umidade da amostra foi inferior a 30% bu. Resultado semelhante ocorreu para café sem

mucilagem.

O encolhimento das amostras com distintos teores de mucilagem submetidas à secagem

intermitente à temperatura de 50°C variou na faixa de 5,7 a 12,8%.

3.3.5 OTIMIZAÇÃO DA SECAGEM

3.3.5.1 OBJETIVO

Estudar o processo de otimização da secagem, levando em consideração: temperatura de

secagem, conteúdo de mucilagem residual e tempo de repouso.

3.3.5.2 METODOLOGIA

Modificação do sistema experimental

Tendo em vista que o equipamento utilizado para o estudo da cinética de secagem (Figura

11), atingia, no máximo, a velocidade de 0,22 m/s quando operado com ar a temperaturas superiores

a 55°C e que esta faixa de velocidade do ar resultou insuficiente, tornando impraticável a secagem

de material com alto teor de mucilagem residual, foi necessária a instalação de um ventilador

106

adicional (1), provido de inversor de freqüência e as devidas proteções elétricas (2) que, operando

em sistema negativo, permitisse suprir os requerimentos de ar analisados no presente estudo.

Figura 47: Equipamento de ventilação e proteção elétrica adicionado ao secador existente para avaliação da cinética de secagem

Planejamento experimental

Foi realizado um estudo de otimização do processo de secagem do CCD, baseado nas

variáveis: temperatura do ar de secagem, teor de mucilagem residual e tempos de repouso. A

identificação dos parâmetros adequados foi baseada em metodologia de superfície de respostas para

um planejamento fatorial completo 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais, totalizando 17

ensaios (Tabelas 46 e 47). As variáveis independentes analisadas foram:

Temperatura do ar de secagem (Ta) = x1 (variável 1);

Teor de mucilagem residual (M) = x2 (variável 2);

Tempo de repouso (t r) = x3 (variável 3).

A faixa de temperatura estudada teve como referência o limite mínimo de 46°C na

temperatura do ar de exaustão, dado que, como comentado na revisão bibliográfica, muitos autores

não recomendam temperaturas superiores a 45°C na massa de grãos, mesmo que OCTAVIANI

1

2

107

(2000) não tenha reportado efeitos perjudiciais à qualidade sensorial, para temperaturas na massa de

grãos até de 56,1°C.

A faixa de teor de mucilagem estudada é uma conseqüência dos resultados da avaliação

sensorial e das condições experimentais.

Levando-se em consideração as conclusões derivadas do estudo de tempos de repouso, no

desenho experimental que se apresenta para estudar a otimização do processo, propõe-se um limite

superior de tempo de repouso de 14 horas e um limite inferior de 4 horas.

Tabela 46. Valores reais dos níveis das variáveis no planejamento experimental.

Níveis Codificados

-1,68 -1,0 0 1 1,68

Temperatura do ar de secagem (ºC) 46 52 61 70 76

Teor de mucilagem residual (%) 0 8,1 20 31,9 40

Tempo de repouso (horas) 4 6 9 12 14

A vazão do ar de secagem obedeceu ao critério de garantir uma velocidade mínima do ar

superior a 0,42 m/s ao longo da operação o que tornou-se possível com o sistema modificado.

O período de repouso iniciou-se quando o conteúdo de umidade da amostra estava perto de

30% b.u. A resposta analisada foi o tempo requerido para que as amostras atingissem a umidade

final de 12% b.u.

A análise dos efeitos da temperatura de secagem, do teor de mucilagem e do tempo de

repouso sobre as respostas foi realizada mediante um modelo matemático de segunda ordem,

utilizando-se o software Statistica 6.0, de acordo com a Equação (29), onde y representa as respostas

analisadas.

3223311321122333

2222

2111332211 xxbxxbxxbxbxbxbxbxbxbby o +++++++++= (29)

108

Tabela 47. Ensaios de secagem de CCD, correspondentes a um planejamento experimental fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais.

Variáveis Ensaio Ta M tr

1 -1 -1 -1

2 1 -1 -1

3 -1 1 -1

4 1 1 -1

5 -1 -1 1

6 1 -1 1

7 -1 1 1

8 1 1 1

9 -1,68 0 0

10 1,68 0 0

11 0 -1,68 0

12 0 1,68 0

13 0 0 -1,68

14 0 0 1,68

15 0 0 0

16 0 0 0

17 0 0 0

A Tabela 48 apresenta as condições ambientais em que foram realizadas as experiências de

secagem. A denominada “parte A” corresponde ao primeiro período de secagem até o repouso e a

“parte B”, ao período final de secagem até as amostras atingirem a umidade de 12% b.u.

109

Tabela 48. Condições ambientais dos Ensaios de secagem de CCD, correspondentes a um planejamento experimental fatorial 23 ,com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais.

Parte A Parte B

Ensaio Tbu [ºC] Tbs [ºC] V [m/s] Tbu [ºC] Tbs [ºC] [V m/s]

E1 16,90 22,90 0,78 17,70 24,40 0,85 E2 17,80 25,00 0,86 18,60 27,30 0,86

E3 17,40 23,10 0,64 17,40 26,00 0,79

E4 17,50 22,20 0,86 18,80 25,40 0,80

E5 23,80 27,90 0,80 22,50 26,00 0,80

E6 26,20 30,80 0,75 24,10 29,10 0,77

E7 24,30 27,30 0,85 22,80 27,80 0,77

E8 17,00 26,30 0,77 15,40 20,70 0,81

E9 24,30 25,90 0,79 21,50 25,50 0,81

E10 16,20 23,10 0,89 17,60 23,00 0,78

E11 17,30 27,00 0,80 15,20 21,50 0,80

E12 17,00 24,80 0,85 18,80 26,70 0,80

E13 23,50 29,00 0,78 21,50 25,60 0,83

E14 20,00 27,00 0,85 17,80 24,40 0,82

E15 18,80 25,80 0,83 16,80 21,60 0,83

E16 17,10 25,90 0,75 15,60 25,80 0,73

E17 17,80 24,60 0,77 17,30 23,40 0,78

E18* 17,80 26,10 0,81 17,00 22,50 0,79

E19* 17,40 25,10 0,81 16,40 23,40 0,78

E20* 22,30 29,80 0,74 20,80 28,30 0,74

* Amostras adicionais


Na Tabela 49 são apresentados os resultados obtidos, sendo que os ensaios correspondentes

às amostras 18, 19 e 20 foram realizados com o propósito de validar o modelo resultante. Os

resultados da Tabela permitem apreciar a marcada influência do tempo de repouso na diminuição do

tempo de secagem, para valores iguais de teor de mucilagem e temperatura de secagem (E1 e E5),

(E2 e E6), (E3 e E7), (E4 e E8).

110

Tabela 49. Dados dos Ensaios de secagem de CCD, correspondentes a um planejamento experimental fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais.

Ensaio T M tr ts12 Ui ts 1 U (2) U (3) ts 2

N° (°C) (%) (h) (min) (% b.u.) (min) (% b.u.) (% b.u.) (min)

E1 52 8,1 6 381 52,56 215 25,34 23,81 166

E2 70 8,1 6 135 53,23 75 26,03 23,49 60

E3 52 31,9 6 402 54,88 190 28,84 26,25 212

E4 70 31,9 6 196 56,31 102 24,56 22,02 94

E5 52 8,1 12 354 53,30 212 24,79 22,84 142

E6 70 8,1 12 115 54,93 45 32,85 30,22 70

E7 52 31,9 12 380 53,40 195 26,05 25,56 185

E8 70 31,9 12 134 54,68 85 23,17 21,42 49

E9 46 20,0 9 634 53,60 244 28,93 27,10 390

E10 76 20,0 9 157 53,61 112 23,69 21,71 45

E11 61 0,0 9 217 58,01 122 28,68 25,65 95

E12 61 40,0 9 245 55,53 120 27,76 26,93 125

E13 61 20,0 4 323 54,57 116 29,93 28,19 207

E14 61 20,0 14 240 53,73 145 23,36 21,39 95

E15 61 20,0 9 253 54,00 160 22,28 21,74 93

E16 61 20,0 9 249 54,40 121 27,46 25,29 128

E17 61 20,0 9 240 53,98 145 24,28 23,67 95

E18* 46 0,0 12 520 54,72 255 28,74 26,90 265

E19* 70 8,1 12 158 54,00 89 26,2 25,00 69

E20* 70 8,1 4 182 53,74 137 15,94 15,80 45

ts12: Tempo de secagem total para as amostras atingirem uma umidade final de 12% b.u (ts

1+ ts 2)

Ui: Conteúdo de umidade inicial das amostras, % b.u.

ts 1: Tempo de secagem até o início do repouso.

U (2): Conteúdo de umidade ao término do primeiro período de secagem (Parte A)

U (3): Conteúdo de umidade ao término do período de repouso.

ts 2: Tempo de secagem correspondente ao segundo período (Parte B)

111

As Figuras 48 a 51 ilustram todos os ensaios de secagem

(a)

(b)

Figura 48: Curvas experimentais de secagem a 76ºC (a) e a 46ºC (b) – Pontos axiais.

0,0

12,0

24,0

36,0

48,0

60,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

% b

.u. )

E10; tr = 9 h

0,0

12,0

24,0

36,0

48,0

60,0

0 20 40 60 80 100 120

Tempo ( minutos )

E9; M = 20%; tr = 9h

E18; M = 0%; tr = 12 h

Um

idad

e (

% b

.u. )

112

(a)

(b)

Figura 49: Curvas experimentais de secagem a T = 52ºC: (a) M = 8,1% e (b) M =

31,9% - Pontos fatoriais

0,0

12,0

24,0

36,0

48,0

60,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

% b

.u. )

E3; tr = 6 h

E7; tr = 12 h

0,0

12,0

24,0

36,0

48,0

60,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

% b

.u. )

E1; tr = 6 h

E5; tr = 12 h

113

(a)

(b)

Figura 50: Curvas experimentais de secagem a 61ºC: (a) M = 20% e (b) tr = 9 h – Pontos centrais.

0,0

12,0

24,0

36,0

48,0

60,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

%

b.u

. )

E13; tr = 4 h E15; tr = 9 h E16; tr = 9 h E17; tr = 9 h E14; tr = 14 h

0,0

12,0

24,0

36,0

48,0

60,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

% b

.u. )

E11; M = 0%

E12; M = 40%

114

(a) (a)

(b) Figura 51: Curvas experimentais de secagem a 70ºC: (a) M = 8,1% e (b) M = 31,9% – Pontos

fatoriais.

0,0

12,0

24,0

36,0

48,0

60,0

0 200 400 600 800 1000 1200 Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

% b

.u. )

E2; tr = 6 h

E6; tr = 12 h

0,0

12,0

24,0

36,0

48,0

60,0

0 200 400 600 800 1000

Tempo ( minutos )

Um

idad

e (

% b

.u. )

E4; tr = 6 h

E8; tr = 12 h

115

Observando-se a Figura 48, percebe-se que, à maior temperatura de secagem o beneficio do

tempo de repouso é maior, fazendo com que o segundo período de secagem seja mais eficiente.

Estes resultados concordam com o reportado por NEVES et al. (1983) na secagem de milho.

Analisando-se a Figura 49, nota-se que, para a mesma temperatura de secagem o aumento do

tempo de repouso e a diminuição do teor de mucilagem favorecem a eficiência de secagem.

De acordo com as Figura 50 e 51, é possível perceber que os maiores tempos de repouso e as

maiores temperaturas resultam em menores tempos de secagem, especialmente para baixos níveis de

mucilagem, porém para os pontos centrais, isto é, temperatura de secagem de 61°C e teor de

mucilagem residual de 20%, o tempo de repouso acima de 9 horas não parece ser necessário.

A Tabela 50 apresenta os efeitos lineares e quadráticos dos parâmetros, bem como suas

interações na avaliação do tempo de secagem. Os valores com asterisco indicam que o fator ou

interação é significativo para um nível de confiança de 95% (p≤ 0,05).

Tabela 50. Efeito estimado, erro padrão e grau de significância estatística (p≤ 0,05) para os tempos de secagem de CCD correspondentes a um planejamento experimental fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais.

Coeficientes Variáveis Efeito Erro Padrão p

b1 * Temperatura T (linear) -254,802 3,605053 0,000200

b11 * Temperatura T (Quadrática) 85,348 3,971605 0,002158

b2 * Mucilagem M (linear) 25,510 3,605053 0,019392

b22 * Mucilagem M (Quadrática) -31,219 3,971605 0,015801

b3 * Tempo de repouso t (linear) -39,640 3,605053 0,008170

b33 Tempo de repouso t (Quadrática) 4,566 3,971605 0,369215

b12 Interação T * M 8,250 4,708149 0,221822

b13 Interação T * tr -8,250 4,708149 0,221822

b23 Interação M * tr -9,250 4,708149 0,188396

Em relação ao tempo de secagem, observou-se que os efeitos quadráticos do tempo de

repouso e das interações entre temperatura e o teor de mucilagem, temperatura e tempo de repouso,

mucilagem e tempo de repouso não influenciaram significativamente a resposta.

116

Após a retirada dos termos não significativos, foi feita uma análise de variância (ANOVA) e

aplicado o teste F para se verificar a significância da regressão e gerar os modelos preditivos (Tabela

51).

Tabela 51. Análise de variância (ANOVA) para secagem de CCD, correspondentes a um planejamento experimental fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais.

Fonte de variação SQ GL MQ Fcalc Ftab

Regressão 259426,0 5 51885,2 60,16 3,2 Resíduos 9486,5 11 862,4071 Falta de ajuste 9397,8 9 1044,201 23,55 19,38 Erro Puro 88,7 2 44,33333 Total 268912,5 16 16807,03

Verifica-se que o modelo apresenta regressão significativa (Fcalc superior ao Ftab com os

respectivos graus de liberdade). Entretanto, segundo BARROS NETO et al. (2002), nem sempre

uma regressão dada como significativa pelo teste F é útil para realizar previsões, por cobrir uma

faixa pequena dos fatores estudados. BOX & WETS; BOX & DRAPER, citados por BARROS

NETO et al. (2002), sugeriram que para uma regressão ser significativa não apenas estatisticamente,

mas também útil para fins preditivos, o valor de Fcalc para a regressão deve ser pelo menos cerca de

10 vezes o valor de Ftab.

A Tabela 52 mostra ainda que o coeficiente de determinação (R2) foi superior a 0,95, ou seja,

a porcentagem de variação explicada pelo modelo foi de 96,47%.

O valor de Fcalc para falta de ajuste foi superior a Ftab. Este fato obriga a avaliação do ajuste

das curvas e, de acordo com AGUERRE et al. (1985), o critério de ajuste dos dados experimentais é

o desvio relativo médio (DRM) de 10%.

Na Tabela 52, são apresentados os coeficientes de regressão fornecidos pelo software

Statistica 6.0, junto com o erro padrão e o grau de significância estatística (p).

O modelo matemático codificado que representa o tempo efetivo de secagem de CCD até

atingir 12% de umidade b.u. está apresentado na equação a seguir.

ts = 253,179 – 27,401 T + 42,002 T2 + 12,755 M – 16,282 M2 – 19,820 tr (30)

117

Tabela 52. Coeficientes de regressão do modelo matemático codificado correspondente a tempo de secagem (R2 = 0,9647).

Coeficientes Coeficiente Regressão Desvio Padrão Teste (p)

b0 253,179 2,88164 0,00013

b1 -27,401 1,80253 0,00020

b11 42,002 1,89783 0,00204

b2 12,755 1,80253 0,01939

b22 -16,282 1,89783 0,01332

b3 -19,820 1,80253 0,00817

Tabela 53. Valores experimentais, valores preditos e desvio relativo dos ensaios de secagem de CCD, correspondentes a um planejamento experimental fatorial 23, com 6 pontos axiais e 3 pontos centrais.

Ensaio Ta Mucilagem tr ts Exp. ts Predito DR (%) 1 -1 -1 -1 381 413,37 8,49% 2 1 -1 -1 135 158,56 17,45% 3 -1 1 -1 402 438,88 9,17% 4 1 1 -1 196 184,07 6,08% 5 -1 -1 1 354 373,73 5,57% 6 1 -1 1 115 118,92 3,41% 7 -1 1 1 380 399,24 5,06% 8 1 1 1 134 144,43 7,79% 9 -1,68 0 0 634 585,76 7,61% 10 1,68 0 0 157 157,69 0,44% 11 0 -1,68 0 217 185,80 14,38% 12 0 1,68 0 245 228,65 6,67% 13 0 0 -1,68 323 286,48 11,31% 14 0 0 1,68 240 219,88 8,38% 15 0 0 0 253 253,18 0,07% 16 0 0 0 249 253,18 1,68% 17 0 0 0 240 253,18 5,49% DRM 7,00%

118

Com a obrigatoriedade de se avaliar o DRM, na Tabela 53 são apresentados os desvios

relativos (DR) para todos os ensaios juntamente com o desvio relativo médio (DRM)

correspondentes ao planejamento fatorial completo 23 e, na Tabela 54, os ensaios adicionais

realizados para a validação do modelo.

Tabela 54. Valores experimentais, valores preditos e desvio relativo médio dos Ensaios de secagem de CCD, correspondentes à validação do modelo.

Ensaio Ta Mucilagem tr ts Exp. ts Predito DR (%)

E18 -1,68 -1,68 1 520 498,56 4,12%

E19 1 0 1 158 147,96 6,35%

E20 1 -1 -1,68 182 172,04 5,47%

Considerando-se que o desvio relativo médio encontrado para este modelo foi de 7,0%, que o

coeficiente de determinação ficou em torno de 96,5%, que o teste F foi válido e que os desvios

relativos encontrados nos ensaios adicionais conduzidos para validar o modelo indicam que o

modelo proposto representa bem os dados experimentais, pode-se afirmar que o modelo de

superfície de resposta é realmente preditivo para as condições do processo estudadas. Desta forma, a

partir do modelo codificado foram geradas as superfícies de resposta e curvas em nível apresentadas

nas Figuras 52 a 54.

Analisando-se a Figura 52, nota-se que, dentro da faixa de valores analisada, o aumento da

temperatura e em menor proporção a diminuição do teor de mucilagem resultam em menores

tempos de secagem, sendo que, para temperaturas acima de 73°C, as diferenças são imperceptíveis.

460 360 260 160

46 52 61 70 76

Tsecagem (ºC)

0

8,1

20

31,9

40

Muc

ilage

m (

%)

400 300 200 100

Figura 52: Superfície de resposta e curvas em nível para tempo de repouso de 9 horas.

119

De acordo com as Figuras 53 e 54, é possível perceber que os maiores tempos de repouso e

as maiores temperaturas resultam em menores tempos de secagem, especialmente para baixos níveis

de mucilagem, porém, para favorecer a eficiência da secagem, um tempo mínimo de repouso deve

ser atingido, pois, como exemplo, para um mesmo teor de mucilagem pode resultar melhor secar à

temperatura de 70°C com tempo de repouso de 12 horas do que secar a 76°C, com tempos de

repouso inferiores a 9 horas. Por outro lado, para temperaturas de secagem acima de 70°C, tempos

de repouso maiores do que 12 horas não oferecem maior beneficio.

600 500 400 300 200

46 52 61 70 76

Tsecagem (ºC)

4

6

9

12

14

tem

po d

e re

pous

o (h

)

600 500 400 300 200

Figura 53: Superfície de resposta e curvas em nível para mucilagem de 20%.

280 260 240 220 200 180 160

0 8,1 20 31,9 40

Mucilagem (%)

4

6

9

12

14

tem

po d

e re

pous

o (h

)

250 200

Figura 54: Superfície de resposta e curvas em nível para temperatura de 61°C.

120

Os efeitos da temperatura de secagem, tempo de repouso e teor de mucilagem sobre o tempo

de secagem do CCD foram avaliados através do software Statistica 6.0 e os resultados obtidos

podem ser visualizados nos diagramas de efeitos, apresentados na Figura 55, onde a linha de p =

0,05 indica os resultados estatisticamente significativos a 95% de confiança.

Figura 55: Diagrama de efeitos da temperatura de secagem, tempo de repouso e teor de mucilagem

sobre o tempo de secagem do CCD, avaliados a 95% de confiança.

Analisando-se a Figura 55, nota-se que, a 95% de confiança os termos lineares da

temperatura de secagem e do tempo de repouso tiveram efeito negativo enquanto o termo linear do

teor de mucilagem teve efeito positivo sobre o tempo de secagem, como era esperado. Porém,

surpreende a magnitude do efeito do tempo de repouso, que resultou 55,4% maior que o efeito

contrário do teor de mucilagem residual presente no grão, mostrando a grande importância do tempo

de repouso, especialmente na secagem de CCD dentro da faixa estudada.

Mucilagem (%) (L)

Mucilagem (%) (Q)

tempo de repouso (h) (L)

T secagem (ºC) (Q)

T secagem (ºC) (L)

7,076203

-8,57907

-10,9957

22,13167

-70,6791

p=,05

Efeito estimado ( valor absoluto)

121


A análise de superfície de resposta mostrou que, dentro da faixa de valores estudada, o

aumento da temperatura, a diminuição do teor de mucilagem e o aumento do tempo de repouso

resultam em menores tempos de secagem, sendo que, para temperaturas acima de 73°C, as

diferenças são imperceptíveis.

O efeito do tempo de repouso, que resultou 55,4% maior que o efeito contrário do teor de

mucilagem residual presente no grão, mostrou a grande importância desta variável, especialmente na

secagem de CCD dentro da faixa estudada.

O modelo matemático codificado, que representa o tempo efetivo de secagem de CCD até

atingir 12% de umidade b.u. foi considerado preditivo.


3.4.1 EFEITO DA TEMPERATURA E TEMPO DE SECAGEM SOBRE O ASPECTO DO GRÃO

3.4.1.1 OBJETIVO

Avaliar visualmente o efeito da temperatura e tempo de secagem sobre o aspecto do grão de

CCD

3.4.1.2 METODOLOGIA

Como explicado no item 3.2.1, as amostras da safra de 2003 submetidas à avaliação sensorial

foram secas ao sol e a avaliação sensorial feita no Brasil e na colômbia.

Posteriormente, no inicio do mês de outubro, final da safra de 2006, com o propósito de

testar somente amostras com baixo teor de mucilagem residual secas à temperaturas de ar de

exaustão superiores a 59°C, duas amostras com teores de mucilagem residual de 5 e 25% foram

122

submetidas à secagem com temperatura máxima de 95°C, até se atingir temperatura de ar de

exaustão de 59°C (aproximadamente duas horas), passando depois para 90°C até o início do período

de repouso, efetuando o mesmo procedimento depois do repouso, isto é secagem à temperatura de

95°C até atingir temperatura de ar de exaustão de 59°C e reduzindo-a em seguida sem permitir que a

temperatura do ar de exaustão superasse os 59°C até alcançar uma umidade final de 11%,

Uma terceira amostra com teor de mucilagem residual de 7,5% foi seca à temperatura de ar

de exaustão de até 73°C sendo que a temperatura inicial do ar de secagem foi de 115°C. Para a

avaliação do aspecto do grão, 200 grãos de cada amostra foram tomados aleatoriamente e

descascados manualmente e as cutículas removidas manualmente, com o propósito de contabilizar

os grãos manchados e os grãos cristalizados com danos evidentes por temperatura.

Em novembro de 2006, foi avaliado o material restante das amostras que foram submetidas à

secagem no ano de 2004 e a testes sensoriais no ano de 2005, assim como aquele de alto teor de

mucilagem seco em 2005, como relatado na metodologia.


A avaliação sensorial feita no Brasil do café proveniente da safra de 2003, resultou altamente

satisfatória, exceção feita às amostras com 100% de mucilagem residual. Porém, a cor dos grãos,

para todos os teores de mucilagem, foi entre verde e marrom, dando o aspecto de grão manchado

especialmente para aquelas amostras com alto teor de mucilagem. A avaliação feita na Colômbia

informa também sobre a presença de grãos manchados.

No café correspondente com as safras de 2004 e 2005, seco mecanicamente, observou-se que

as amostras apresentavam cutícula de cor marrom que era desprendida manualmente com facilidade,

ficando um café de bom aspecto, inclusive naquelas amostras que foram submetidas à secagem com

temperatura de ar de exaustão de 66°C.

Para o café da safra de 2006, encontrou-se que as amostras secas com temperatura máxima

de ar de exaustão de 59°C, não apresentaram alterações na cor, ou seja, não configuraram danos por

temperatura. Porém, a amostra seca com temperatura máxima de ar de secagem de 115°C até atingir

temperatura de ar de exaustão de 73°C, diminuindo depois para temperatura de ar de secagem de

110°C até o repouso, seguindo o mesmo procedimento das amostras anteriores, apresentou danos

evidentes por temperatura de até 50%.

123


Dos resultados obtidos, pode-se afirmar que o tempo prolongado da secagem solar de CCD

favorece o aparecimento de manchas nos grãos, especialmente daqueles com alto teor de mucilagem

residual.

Na secagem mecânica a máxima temperatura do ar de exaustão que não causou danos

perceptíveis aos grãos na avaliação da cor foi de 66°C.

124

4 CONCLUSÕES

O café cereja descascado (CCD) avaliado por equipe brasileira de provadores garantiu uma

boa bebida, isto é, de apenas mole para mole, sendo a maioria (70%) mole.

Não foram encontradas evidências que relacionassem os atributos sensoriais avaliados

(doçura, acidez, corpo, sabor, gosto remanescente e balanço) ao conteúdo de mucilagem residual.

O tempo prolongado da secagem solar de CCD favorece o aparecimento de manchas visuais

nos grãos, especialmente daqueles com alto teor de mucilagem residual.

Na metodologia para a obtenção de diferentes teores de mucilagem residual nas amostras, a

mínima quantidade de água requerida foi de 300g de água por quilograma de CCD.

Os sólidos totais presentes na mucilagem do CCD variaram desde 23,2 até 64,8 g de sólidos

totais por quilograma de café totalmente desmucilado.

A secagem em monocamada com temperaturas médias de ar de exaustão de até 66°C não

causaram efeitos prejudiciais à qualidade sensorial do café cereja descascado, segundo os

parâmetros de bebida, cor e aspecto, sendo que a melhor resposta sensorial foi para cafés com teor

de mucilagem residual inferior a 30%.

Na secagem de CCD à temperatura de 50°C, com teores de mucilagem residual inferiores a

44,1%, a umidade final do grão resultou maior do que a umidade do pergaminho em até 27%.

As isotermas de dessorção de CCD para temperaturas de 50°C e teores de mucilagem

residual de 16,1 e 52,7% podem ser representadas pelos modelos Peleg, Halsey Modificado e GAB,

nessa ordem. Para a temperatura de 73°C, o modelo GAB não consegue representar os dados

experimentais, sendo que os modelos de Peleg e Halsey Modificado apresentam o melhor

desempenho.

Para o cálculo do conteúdo de umidade de equilíbrio dinâmico, a equação proposta por

FIOREZE (1986) apresentou-se altamente satisfatória.

Os modelos de Fick e Page apresentaram bons ajustes aos dados experimentais de secagem

sendo que o modelo de Page consegue uma melhor representação.

Na secagem em camada delgada, para temperaturas do ar de exaustão entre 46,6 e 66,0°C,

com velocidade média de ar de 0,21 m/s, as difusividades efetivas variaram de 7,47x10-11 a

3,08x10-10 m2/s.

125

No estudo dos requerimentos de ar para a secagem em camada delgada de café cereja

descascado com até 50% de teor de mucilagem residual, encontrou-se que a velocidade deveria ser

superior a 0,42 m/s.

A análise de superfície de resposta mostrou que, dentro da faixa de valores estudada, o

aumento da temperatura, a diminuição do teor de mucilagem e o aumento do tempo de repouso

resultam em menores tempos de secagem.

O efeito do tempo de repouso, que resultou 55,4% maior que o efeito contrário do teor de

mucilagem residual presente no grão, mostrou a grande importância do tempo de repouso,

especialmente na secagem de CCD dentro da faixa estudada.

O modelo matemático codificado, que representa o tempo efetivo de secagem de CCD até

atingir 12% de umidade b.u. foi considerado preditivo.

126

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