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
M
sc. José Duban Henao CuéllarEngenheiro Agrícola
CAMPINAS OUTUBRO, DE 2007
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.
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sc. José Duban Henao CuéllarEngenheiro Agrícola
Profa. Dra. Marlene Rita De Queiroz Orientadora
Profa. Dra. Niurka Maritza Almeyda Haj-Isa Co-Orientadora
CAMPINAS OUTUBRO, DE 2007
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
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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.
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.
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 METODOLOGIADESUPERFÍCIEDERESPOSTA... 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 ETAPA2: 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
3.2.3 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 ETAPA3: 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
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 13. Condições de secagem de CCD no secador de torres. Ensaio 4 ...55
Tabela 14. Condições de secagem de CCD no secador de torres. Ensaio 5 ...56
Tabela 15. Condições de secagem de CCD no secador de torres. Ensaio 6 ...57
Tabela 16. Condições de secagem de CCD no secador de torres. Ensaio 7 ...58
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
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. ...59
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. ...60 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. ...60 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. ...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 Tabela 23. Resultados da secagem realizada 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. .62 Tabela 24. Resultados da secagem realizada 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. .62 Tabela 25. Resultados da secagem realizada 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.
...63 Tabela 26. Resultados da secagem realizada 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.
...63 Tabela 27. Resultados da secagem realizada 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.
...63 Tabela 28. Resultados da secagem realizada 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...64 Tabela 29. Resultados da secagem realizada 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.
Tabela 30. Resultados da secagem realizada 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.
...64 Tabela 31. Resultados da secagem realizada 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.
...65 Tabela 32. Resultados da secagem realizada 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.
...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 Tabela 42. 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 73ºC, valores de R2 , DRM e SE correspondentes...88 Tabela 43. Umidades de equilíbrio das amostras secas para testes sensoriais. ...93
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
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
Figura 18: Curva característica do comportamento do ar para condições de secagem do ar de exaustão a 54,0ºC. ...47 Figura 19: Curva característica do comportamento do ar para condições de secagem do ar de 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 Figura 32: Isotermas de sorção teóricas e dados experimentais para o CCD com 52,7% de mucilagem à temperatura de 50ºC...87 Figura 33: Isotermas de sorção teóricas e dados experimentais para o CCD com 16,1% de mucilagem à temperatura de 73ºC...89 Figura 34: Isotermas de sorção teóricas e dados experimentais para o CCD com 52,7% de
Figura 35: Isotermas de sorção teóricas e dados experimentais para o CCD com 16,1% de 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
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
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
Símbolo Descrição Unidade
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
Símbolo Descrição Unidade
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
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.
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 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).
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.
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).
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
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.
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.
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
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
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
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).
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 P a = = (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
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
a
w paracrescimento de determinados microorganismos e sua classificação. São considerados alimentos de baixa
a
w aqueles cujos valores são inferiores a 0,65 e, de altaa
w, aqueles com valores acima de 0,85. A equação matemática da isoterma de sorção de umidade descreve a relação entrea
w e oconteúdo 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
a
w, entre ospontos 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).
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).
Tabela 1. Modelos matemáticos de isotermas de sorção usuais para materiais biológicos.
Nome do modelo Equação no
BET
(
)
(
)
− − − + + + 1 n w BET w BET 1 n w BET n w m BET BET BET BET a . C a . C 1 1 a . n a . 1 + n -1 = X XE (2) BET LINEAR BET m BET w m w w C X ) 1 C ( a C X 1 XE ) a 1 ( a BET − + = − (3) GAB XE (1 K a X)(1 CK Ka Ca K a ) w GAB GAB w GAB w GAB w GAB GAB m + − − = (4) HALSEY = H b H w XE A exp a (5) HALSEY modificado(
)
= H b H m w X exp A XE a (6) LANGMUIR w L w L m 1 C a a C X XE + + + = (7) OSWIN O B W W O 1aa A XE − = (8) PELEG XE=k1aWn1+k2aWn2 (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).
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:
t
(
D X)
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 X D z t X ef ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ (11)
Comumente são usadas as seguintes condições iniciais e de contorno para os problemas de secagem:
Condição de simetria: 0 0 = = Z z 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 dz t z X L X 0 , 1 (12) Pode ser expressa como:
(
)
(
)
∑
∞ = ⋅ ⋅ ⋅ + − + ⋅ = − − = 0 2 2 2 2 2 exp 2 1 4 1 2 1 8 i ef eq o eq L t D i i X X X X Y 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).
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).
∂X/∂t =−K(X −Xeq) (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.
n Xeq X K t X/∂ =− ( − ) ∂ (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:
) ( ) ( / t m Pvs Pv X Xeq X ∂ =− − n − ∂ (16) Onde m = 0.014427 n = 1.2202
RSS = 1283 (soma dos quadrados dos resíduos) S = 1.85 % (Desvio padrão)
