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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA UFSC
CENTRO TECNOLGICO - CTC
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS
EQA
ESTUDO DA DESIDRATAO DE EXTRATO DE CAF POR
REFRACTANCE WINDOW
EMANUELLE IAANA BERT PARISOTTO
Florianpolis, julho de 2013.
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ESTUDO DA DESIDRATAO DE EXTRATO DE CAF POR
REFRACTANCE WINDOW
Trabalho de Concluso do Curso de
Engenharia de Alimentos.
Orientador: Prof. Dr. Bruno Augusto
Mattar Carciofi
Florianpolis, julho de 2013.
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Sumrio
1. Introduo
............................................................................................................
2
2. Objetivos
..............................................................................................................
3
2.1. Objetivo Geral
.................................................................................................
3
2.2. Objetivos Especficos
.....................................................................................
3
3. Reviso Bibliogrfica
..........................................................................................
4
Coffea arabica
...........................................................................................................
5
Coffea canephora
......................................................................................................
5
3.1. Processamento
...............................................................................................
6
3.2. Caf Solvel
...................................................................................................
9
3.3. Secagem
......................................................................................................
10
3.4. Refractance Window
..................................................................................
11
4. Materiais e Mtodos
..........................................................................................
13
4.1. Obteno das amostras
................................................................................
13
4.2. Preparo das amostras
..................................................................................
13
4.3. Aparato Experimental
...................................................................................
13
4.4. Processo de secagem
..................................................................................
14
4.5. Cintica de secagem
....................................................................................
15
4.6. Umidade
.......................................................................................................
15
4.7. Anlise de Cor
..............................................................................................
16
4.8. Anlise de Solubilidade
................................................................................
16
4.9. Tempo de disperso
.....................................................................................
17
4.10. Atividade de gua
.....................................................................................
18
4.11. Massa especfica
real................................................................................
18
4.12. Anlise Estatstica
.....................................................................................
18
5. Resultados e Discusses
..................................................................................
19
5.1. Testes preliminares
......................................................................................
19
5.2. Produto final
.................................................................................................
19
5.3. Cinticas de secagem
..................................................................................
20
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4
5.4. Atividade de gua e Umidade
.......................................................................
22
5.5. Tempo de disperso e Massa especfica real
............................................... 23
5.6. Solubilidade
..................................................................................................
24
5.7. Cor
...............................................................................................................
25
6. Concluses
........................................................................................................
27
7. Referncias Bibliogrficas
................................................................................
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1
RESUMO
O caf solvel um produto de rpido preparo e muito consumido,
obtido
atravs da extrao dos slidos solveis do gro do caf torrado e modo
por
percolao com gua quente. interessante a realizao de pesquisas
que
desenvolvam e aperfeioem o processo de desidratao, para que
preservem
as substncias e melhorem a qualidade dos alimentos. O
Refractance Window
(RW) um processo de secagem que visa obter produtos com
qualidade
superior aos produtos dos processos por liofilizao e spray
dryer. No processo
de secagem por RW o produto a ser seco espalhado sobre um filme
de
polister, o qual est em contato com gua quente em sua face
inferior. O filme
de polister (mylar) parcialmente transparente radiao proveniente
da
gua quente. O objetivo deste trabalho foi a obteno de caf solvel
atravs
do processo de secagem por Refractance Window e anlise de
algumas
caractersticas do p obtido, como umidade, atividade de gua,
tempo de
disperso, cor e densidade. Para fins de comparao todas as
anlises foram
feitas tambm para o mesmo extrato seco por liofilizao e para um
caf obtido
comercialmente. Os experimentos foram realizados em triplicata e
feitos em
temperaturas da gua de aquecimento de 65 e 85 C e a espessura
de
espalhamento utilizada foi de 0,5 mm. O extrato de caf foi seco
em um tempo
de aproximadamente 5 minutos na temperatura da gua de 85 C,
tempo cerca
de 50% menor que obtido para a secagem na temperatura da gua de
65 C. O
tempo de disperso das amostras secas por RW foi muito menor que
os
tempos das amostras liofilizada e comercial. Os valores de massa
especfica
real dos ps obtidos so maiores para a condio de menor
temperatura da
gua obtidas no processo por RW, seguidas das amostras
liofilizada e
comercial.
Palavras chave: Secagem, caf, Refractance Window, tempo de
disperso.
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1. Introduo
O caf um produto nobre e uma das bebidas mais consumidas no
mundo. um dos produtos mais tradicionais da agricultura
brasileira e est
relacionado diretamente com a evoluo histrica e desenvolvimento
do pas. A
agricultura cafeeira apresenta-se de grande importncia na
economia nacional
desde o sculo XVII.
A produo do caf est concentrada em pases como Brasil, Vietn,
Colmbia, Indonsia e ndia. Sendo o Brasil responsvel por cerca de
um tero
da produo mundial. O Brasil tambm predomina no setor de exportao
de
caf, sendo responsvel por 32,16% da exportao mundial no ano de
2011
(ABIC, 2012).
O sabor e o aroma desta bebida conferem grande receptividade a
este
produto. Os interesses do mercado consumidor impulsionam a adoo
de
novas tecnologias e processos para a produo de cafs de melhor
qualidade.
O caf solvel muito consumido, devido ao seu rpido preparo.
produzido a partir da extrao dos slidos solveis do gro de caf
torrado e
modo atravs da percolao com gua quente. Aps a extrao, o
extrato
secado em spray dryer ou liofilizador.
O processo de secagem, alternativo aos citados, e estudado
neste
trabalho o Refractance Window (RW), um mtodo de secagem ou
concentrao de alimentos lquidos e semi-lquidos, obtendo o
produto em ps,
grnulos ou filmes. Neste mtodo de secagem o produto espalhado
sobre um
filme plstico (Mylar), que est em contato com gua quente
circulante em
sua parte inferior, a qual fornece a energia trmica necessria
para a secagem.
A secagem por RW utilizada principalmente com frutas e
hortalias, pois
retm os compostos naturais e gera um produto final de melhor
qualidade que
outros processos de secagem (spray dryer, drum dryer e
liofilizao). Assim, o
desenvolvimento deste trabalho visa obter uma alternativa para o
processo de
secagem de extrato de caf mantendo suas caractersticas e a
qualidade final
do caf solvel.
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2. Objetivos
2.1. Objetivo Geral
O principal objetivo deste trabalho foi estudar um processo
alternativo
para a secagem de extrato de caf concentrado na obteno de caf
solvel,
atravs do mtodo de secagem Refractance Window.
2.2. Objetivos Especficos
Estudar a secagem de extrato de caf por Refractance Window
na
produo de caf solvel;
Estudar a cintica de desidratao de extrato de caf por
Refractance
Window;
Caracterizar o caf quanto a: umidade, cor, solubilidade,
atividade de
gua, tempo de disperso e massa especfica real.
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3. Reviso Bibliogrfica
O caf uma das bebidas mais consumidas no mundo, seu fruto
obtido da planta pertencente ao gnero Coffea. Sua origem foi
atribuda
Etipia, mas foi a Arbia a responsvel pela propagao da cultura do
caf.
Inicialmente o fruto era consumido in natura, no sculo XVI, na
Prsia, os
primeiros gros de caf foram torrados e utilizados para fazer a
bebida que
hoje conhecida. At o sculo XVII somente os rabes produziam caf
(ABIC,
2012).
A bebida comeou a ser saboreada pelos europeus a partir de 1615.
Os
holandeses cultivaram mudas de caf e a partir de 1699 iniciaram
plantios
experimentais do fruto, visando uma melhor qualidade. O caf
chegou ao norte
do Brasil, trazido da Guiana Francesa em 1727 pelo Sargento-Mor
Francisco
de Mello Palheta a pedido do governadores do Maranho e Gro Par.
Devido
s condies climticas do pas, seu cultivo se espalhou rapidamente
(ABIC,
2012).
Segundo dados da Associao Brasileira da Indstria de Caf, o
Brasil
o maior produtor e exportador mundial de caf, sendo responsvel
por cerca de
30% do mercado internacional, volume equivalente soma da produo
dos
outros seis pases maiores produtores.
O sabor e o aroma do caf so resultantes da combinao de vrios
constituintes qumicos volteis e no volteis, como os cidos,
aldedos,
cetonas, protenas, acares, cidos graxos, aminocidos, compostos
fenlicos
e tambm a ao de enzimas em alguns dos constituintes do caf,
gerando
produtos de reaes que interferem no sabor da bebida. Dentre
estes
compostos, 29 compostos volteis j foram identificados como
responsveis
pelo aroma caracterstico do caf modo e torrado (SARRAZIN et al.,
2000). O
sabor caracterstico do caf como bebida proveniente do gro,
estando
diretamente relacionado com as variedades e influenciado por
tratos agrcolas,
processos de secagem, fermentao, torrefao, moagem e envase
(CAIXETA,
1999).
O aroma do caf depende da temperatura usada durante a torra do
gro,
como tambm da composio do caf utilizado. Os diferentes compostos
e a
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interao entre eles d origem a aromas caractersticos em funo no s
da
espcie botnica, mas tambm de sua origem, do processo de secagem
e do
processo de torra (ESPUMA DE CAF, 2012).
O sabor caracterstico do caf esta relacionado com todos os
processos
efetuados com o gro, desde a colheita, secagem, moagem e
armazenamento
do gro, como tambm com a sua variedade.
H inmeras espcies do gnero Coffea, mas as duas principais do
ponto de vista agroeconmico so o Coffea arabica (Arbica) e o
Coffea
canephora (Conilon e Robusta). Essas espcies apresentam
caractersticas e
qualidade distintas.
Coffea arabica
Originrio do Oriente o caf arbica geralmente cultivado em
regies
com altitude entre 400 e 1000 m. Possui aromas intensos e vrios
sabores com
variaes de corpo e acidez, podendo apresentar diversas
tonalidades de cor
verde. considerado o caf de melhor qualidade, mais fino e
requintado
(BLYENY, 2004).
Coffea canephora
Originrio da frica, considerada uma bebida neutra, possui um
sabor
adstringente e amargo e no apresenta sabores variados e
refinados como no
arbica. Sua acidez mais baixa e seu teor de cafena maior do que
no caf
arbica. muito utilizado na indstria de caf solvel, pois possui
maiores
teores de slidos solveis e preo reduzido (ILLY, VIANNI, 1996;
GRUPO ACS,
2012).
As misturas de caf (blends) so muito utilizadas quando se
deseja
manter uma uniformidade de sabor no produto. Essa prtica
normalmente
utilizada na obteno de chs, cafs, vinhos, usques e especiarias.
O blend
um processo de mistura de dois ou mais tipos de caf, onde podem
ser
adicionadas diferentes espcies, variedades e at mesmo safras,
tendo como
objetivo a padronizao da qualidade do caf (CARVALHO, 1998).
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3.1. Processamento
O sabor caracterstico do caf como bebida proveniente do gro,
estando diretamente relacionado com as variedades e influenciado
por tratos
agrcolas, processos de secagem, fermentao, torrefao, moagem e
envase
(CAIXETA, 1999). A Figura 3.1 representa o processo de fabricao
de caf
solvel.
Figura 3.1: Fluxograma representativo do processo de produo de
caf solvel.
Colheita
Seleo e
Limpeza
Secagem
do gro
Torrefao Granulao Extrao
Concentrao
Secagem por
pulverizao
Secagem por
liofilizao
Aglomerao
Envasamento
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O caf durante o seu perodo de maturao apresenta uma srie de
modificaes qumicas que conduz a um ponto ideal de colheita.
Nesta ocasio
a polpa, a casca e a semente encontram-se com os teores dos
vrios
constituintes qumicos em nveis adequados a conferir ao caf uma
boa
qualidade (TEIXEIRA et al., 1984).
O perodo de colheita varia de regio para regio, em funo da
altitude,
latitude e condies climticas. Quanto maior a altitude e menor a
temperatura,
mais tardia ser a maturao. A ocorrncia de estao chuvosa durante
a fase
de maturao tambm prolonga o perodo de colheita (IBC, 1985). Na
maioria
das regies produtoras no Brasil, a maturao se d em fins de maro
e
comeo de abril, podendo prolongar-se por um perodo varivel
(CAMPOS,
1998). Os frutos colhidos verdes, alm de prejudicarem o aspecto,
a torrao, o
tipo e a bebida, causam prejuzos por demorarem mais tempo no
processo de
secagem que os frutos maduros. Quanto mais tempo o caf
permanecer na
rvore ou no cho, maior ser a incidncia de gros ardidos e pretos,
causando
perda de massa seca e qualidade (VILELA, 1997). A colheita pode
ser feita
atravs de derria ao cho, derria ao pano, a dedo ou mecnica. Na
colheita
feita a dedo somente os frutos maduros so retirados, o que
geralmente resulta
em uma melhor qualidade final do caf.
O processo de secagem realizado aps a colheita. A secagem
pode
ser feita por via mida ou seca. No processo por via mida o caf
despolpado
ou descascado antes da secagem, j no processo por via seca o
fruto seco
com casca (BRTHOLO; GUIMARES, 1997). A secagem pode ocorrer
no
terreiro, onde o processo ocorre devido ao do sol, e onde os
gros so
revolvidos periodicamente ou ainda pode-se fazer uma secagem
mecnica dos
frutos, atravs de uma cmara de aquecimento, neste caso o
processo mais
rpido.
A torrefao consiste em aquecer os gros verdes at que o grau
de
torra desejado seja atingido. Durante a torrefao os gros so
continuamente
revolvidos. A temperatura do ar de torrefao pode chegar a
valores superiores
a 200C (ANDERSON et al., 2003). O nvel de torra afeta o sabor
final da
bebida, atravs da Tabela 3.1 observa-se as caractersticas
especficas do
sabor em relao ao grau de torra.
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Tabela 3.1: Caractersticas de equipamento ideal para cada grau
de torra.
Grau de Torra Caractersticas Equipamento
Clara Acidez acentuada,
suavidade do aroma e
sabor, menor amargor.
Ideal para mquinas de
caf expresso
Mdia Acentua o aroma e o
sabor
Ideal para coador de
pano ou filtro de papel
Escura Diminui a acidez,
acentua sabor amargo,
bebida mais escura.
Fonte: ABIC Associao Brasileira de Indstria de caf.
O grau de torrefao varia em funo do mercado consumidor, onde
se
produz cafs de coloraes mais claras, apreciados nos Estados
Unidos, at
coloraes mais intensas, apreciados na Europa. No Brasil, as
torras mdia e
moderadamente escura so mais usuais (TOCI, 2006).
Aps a torrefao os gros so fragmentados para uma distribuio
granulomtrica mais uniforme, para facilitar a extrao. O tempo de
preparao
pode ser influenciado pela granulao, sendo que numa moagem muito
fina, a
gua levar mais tempo para passar pelo p, resultando numa
extrao
superior. Na tabela 3.2 est apresentada a relao do grau de
moagem com o
preparo do caf.
Tabela 3.2: Relao do grau de moagem com o preparo do caf.
Grau de moagem Preparo
Pulverizado Caf rabe, onde o p no coado.
Fina/Mdia Filtrao (filtros de papel, coador de
pano).
Mdia Caf expresso
Grossa Percolao (cafeteira italiana)
Fonte: ABIC Associao Brasileira de Indstria de caf.
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A extrao ocorre pela percolao da gua nos gros quebrados. A
gua chega a cerca de 150 C e os slidos solveis dos gros so
extrados
(CAF IGUAU, 2012). O extrato concentrado at possuir cerca de 40%
de
slidos solveis. Essa concentrao pode ser efetuada por evaporao
ou por
sublimao (ESTEVES, 2006).
A secagem do extrato de caf pode ser feita por asperso ou
por
liofilizao. Na secagem por asperso a vaporizao da gua acontece a
partir
da desintegrao do extrato concentrado lquido em pequenas
gotas
(atomizao) no topo de uma torre de secagem e entram em contato
com ar
quente (entre 130 e 300 C). O caf produzido atravs da asperso
perde
muitos dos seus componentes volteis, depreciando o produto final
quanto ao
sabor e ao aroma do mesmo. Quando o caf sai do secador, pode
ser
embalado ou passar pelo processo de aglomerao, onde vapor
dgua
colocado em contato com o p, aglomerando as partculas e
diminuindo a
viscosidade aparente do produto (ESTEVES, 2006; CAF IGUAU).
A liofilizao um processo de secagem que envolve duas etapas,
preservao e desidratao. Primeiramente o produto congelado a
temperatura prxima de -30 C e em seguida modo e conduzido a
uma
cmara de vcuo onde a gua removida na forma de vapor a partir
do
congelamento. medida que a gua passa diretamente do estado slido
para
a fase de vapor, deve-se garantir que a presso de vapor e a
temperatura na
zona de sublimao sejam mantidas abaixo do ponto triplo no
diagrama de
fases da gua. No entanto as baixas temperaturas e a manuteno da
gua no
estado congelado levam a baixas foras motrizes para a
transferncia de
massa e de calor, resultando, muitas vezes, em um tempo longo de
processo.
Apesar de sua capacidade de fornecimento de um produto de
qualidade a
liofilizao um processo de elevado custo (MUMENTHALER;
LEUENBERGER, 1991; CAF IGUAU, 2012).
3.2. Caf Solvel
o produto resultante da desidratao do extrato aquoso obtido do
caf
torrado atravs de extrao utilizando gua.
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O caf solvel foi inventado pelo qumico Sartori Kato de Chicago,
mas a
primeira quantidade produzida de caf instantneo foi atribuda ao
qumico
ingls George Constant Washington. Em 1906 George iniciou
alguns
experimentos e colocou seu caf no mercado em 1909.
O caf instantneo passou a ter grande consumo a partir de 1956
com o
surgimento do comercial em programas televisivos, o tempo dos
comerciais era
curto e suficiente para preparar o caf solvel (ABICS, 2012).
3.3. Secagem
Secagem o processo de eliminao de um lquido voltil contido
em
um slido ou em um lquido no voltil atravs da vaporizao. Durante
a
secagem necessrio um fornecimento de calor para evaporar a
umidade do
material e tambm de um sorvedouro de umidade para remover o
vapor de
gua, formado a partir da superfcie do material a ser seco. Este
processo, de
fornecimento de calor da fonte quente para o material mido que
promover a
evaporao da gua do material e em seguida a transferncia de
massa,
arrastar o vapor formado. A diferena de temperatura entre o ar e
o produto
induz a transferncia de calor entre eles. Uma parte do calor
utilizada para
evaporar a gua. E a diferena de presso parcial de vapor dgua
existente
entre o ar e o produto determina a transferncia de vapor de gua
para o ar
(PARK et al., 2007).
A secagem pode ocorrer de vrias formas, de acordo com o
equipamento, de como se faz o contato ar-produto e das
propriedades do
produto a ser seco. Por exemplo, partculas em um fluxo de ar
quente, como
o caso da asperso, ou ento secagem em um tnel com ar quente
(PARK et
al., 2007).
Os processos de secagem geralmente so identificados por dois
perodos distintos. O primeiro perodo, de taxa constante aquele
onde a
presso parcial de vapor de gua se mantm constante na superfcie
da gota.
Neste perodo h muita gua disponvel no produto e esta evapora
como gua
livre. A presso de vapor constante e igual presso de vapor da
gua pura
na temperatura do produto. A temperatura do produto tambm se
mantm
constante nesta fase. O segundo perodo ocorre quando a taxa de
secagem
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decai, chamado de perodo de secagem decrescente. Durante este
perodo a
troca de calor no mais compensada, assim a temperatura do
produto
aumenta tendendo temperatura do ar se secagem (ESTEVES, 2006;
PARK
et al., 2007).
3.4. Refractance Window
Este mtodo foi patenteado por Magoon e desenvolvido pela MCD
Technologies Incorporated, por ele fundada em 1989. Este
processo utiliza um
filme polimrico com propriedades que facilitam a transferncia de
calor entre o
meio de aquecimento e alimentos lquidos. O sistema utiliza um
reservatrio de
circulao de gua, geralmente entre 70 a 98 C, para transmitir
energia
trmica atravs da interface do filme transparente e concentrar
produtos
fluidos. A temperatura do produto no excede 70 C, devido ao
resfriamento
evaporativo. A rpida circulao da gua aumenta o coeficiente
de
transferncia de calor entre o filme e a gua, enquanto um fluxo
controlado de
ar sobre o produto esgota a gua evaporada, como mostrado na
Figura 3.2.
Como o filme plstico muito fino, o equilbrio trmico entre a gua
e o filme
atingido rapidamente. A energia trmica da gua quente transmitida
atravs
do filme por conduo e radiao em propores que dependem da
resistncia
do mecanismo de transferncia de calor em questo (NINDO et al,
2007a).
Figura 3.2: Esquema de uma planta de Refractance Window
(adaptado de NINDO e
TANG, 2007b).
Castoldi (2012) determinou a transmissividade do filme mylar
transparente de 0,25 mm de espessura. O filme apresentou picos
nos
comprimentos de onda de 4 e 15 m, que correspondem a 42 e 38%
de
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transmisso da radiao IV incidente. Castoldi avaliou a influncia
da radiao
na secagem de polpa de tomate pelo mtodo de Refractance Window
e
observou que a utilizao do filme mylar transparente reduziu o
tempo de
secagem em 50% em relao ao mesmo filme opaco, o qual no permitia
a
passagem da radiao.
O filme feito de polister (Mylar, DuPont Polyester Film
Enterprise)
permite a transmisso de energia infravermelha com comprimentos
de onda
que correspondem aos espectros de absoro das molculas de gua.
Esta
transmisso importante, pois permite uma rpida evaporao a uma
baixa
temperatura e compensa a baixa condutibilidade trmica do plstico
(NINDO et
al., 2007a).
A temperatura atingida pelo produto durante a secagem por
Refractance
Window (RW) baixa quando compara com os outros mtodos de
secagem,
preservando as caractersticas iniciais do produto, como cor,
aroma, sabor,
acidez, vitaminas e teor de slidos solveis. Este processo mais
empregado
na indstria de sucos e purs, mantendo sua qualidade.
O produto a ser seco espalhado sobre a superfcie plstica que
est
em contato ntimo com a gua quente circulante. Durante a secagem
ocorre
transferncia de calor pelos trs modos, conduo ( ), conveco ( )
e
radiao ( ), como mostrado na Figura 3.3.
Figura 3.3: Esquema da transferncia de calor pelo processo de
secagem por
Refractance Window (adaptado de NINDO e TANG, 2007b).
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4. Materiais e Mtodos
O processo de secagem do extrato de caf concentrado e as anlises
da
qualidade do produto foram realizados no Laboratrio de
Propriedades Fsicas
de Alimentos (PROFI) do Departamento de Engenharia Qumica e
Engenharia
de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina.
4.1. Obteno das amostras
As amostras de extrato de caf concentrado e a amostra
liofilizada foram
gentilmente cedidas pela empresa Caf Iguau de Cornlio Procpio
PR. O
extrato de caf Conilon concentrado possui cerca de 60% de slidos
em
massa. As amostras foram obtidas imediatamente antes do processo
de
secagem por asperso. O teor de slidos solveis (Brix) das
amostras foi de
68Brix. O teor de slidos solveis foi determinado atravs de um
refratmetro
ptico manual (Greers Ferry Glass, REF 107, Quitman, Arkansas,
USA) com
resoluo de 0,2 Brix e faixa de leitura entre 0 e 90 Brix. A
amostra comercial
foi adquirida em um estabelecimento da cidade de
Florianpolis-SC.
O extrato de caf utilizado composto por cerca de 6% de protenas
e
32% de carboidratos, dos quais os principais so arabinose,
galactose, glicose
e manose.
4.2. Preparo das amostras
O extrato de caf foi recebido congelado e conservado em freezer.
Para
a realizao dos experimentos as amostras foram descongeladas
em
pequenas pores, at temperatura ambiente.
4.3. Aparato Experimental
O equipamento utilizado para a realizao dos experimentos possui
o
mesmo princpio do RW, porm opera em batelada, como pode ser
visto na
Figura 4.1. O aparato experimental consiste de um banho
termosttico
(QUIMIS), um reservatrio de gua, onde em seu interior circula a
gua vinda
do banho. Na parte superior do reservatrio est fixado o filme
mylar tipo D
com espessura de 0,25 mm, onde a face interior est em contato
com a gua
quente circulante e a face superior em contato com o extrato a
ser seco. A
temperatura da gua circulante no equipamento foi aferida atravs
de
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termopares tipo T (IOPE, modelo A-TX-TF-R-30AWG, Brasil),
conectados a um
sistema de aquisio de dados (Agilent, modelo 34970A, Malsia)
registrando
os valores de temperatura a cada 5 segundos.
Para um espalhamento mais uniforme da amostra foi acoplado
ao
Refractance Window um sistema de movimentao automatizado.
Esse
sistema regula a velocidade de espalhamento, de forma que com a
velocidade
constante tm-se a mesma espessura de espalhamento para todas
as
secagens, garantindo a uniformidade da amostra sobre o
filme.
Figura 4.1: Unidade do mtodo do Refractance Window em batelada
com sistema de
movimentao acoplado escala laboratorial.
4.4. Processo de secagem
O espalhamento da amostra sobre o filme (mylar) foi efetuada
com
auxlio de um espalhador (doctor blade) acoplado ao sistema
automatizado,
para que o espalhamento ocorresse de forma homognea em todas
as
secagens. Para o estudo da secagem e caracterizao dos ps
foram
utilizadas duas temperaturas diferentes para a gua circulante
(65 C e 85C).
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O extrato de caf concentrado foi espalhado com espessura de 0,5
mm sobre o
filme.
4.5. Cintica de secagem
O extrato de caf foi espalhado sobre um filme de mylar de
espessura
de 0,025 mm, o qual estava em contato direto com o filme mylar
do
Refractance Window, como pode ser visto na Figura 4.2. A
espessura de
espalhamento da amostra foi de 0,5 mm.
Figura 4.2: Exemplo do espalhamento do extrato de caf feito e do
processo de secagem por
Refractance Window.
A cintica de secagem do extrato de caf concentrado foi avaliada
em
triplicata em intervalos de tempo pr-determinados. Para cada
ponto as
amostras foram pesadas juntamente com o filme e a umidade foi
determinada
pelo mtodo gravimtrico em estufa vcuo a 70C (AOAC 979.12). Todos
os
experimentos foram realizados em triplicata.
4.6. Umidade
O teor de umidade do produto foi realizado por mtodo
gravimtrico,
segundo a metodologia da AOAC 979.12, para determinao do teor de
gua
em caf solvel. As amostras foram levadas temperatura de 70C em
estufa
-
16
a vcuo e a umidade em base seca foi calculada de acordo com a
Equao 1,
abaixo.
(1)
Onde e so as massas, em gramas, das amostras antes e
depois da secagem em estufa, respectivamente. E a umidade em
base seca em [
].
4.7. Anlise de Cor
Os valores dos parmetros L*, a* e b* foram determinados com
colormetro MiniScan (EZ, HunterLab, USA). As amostras foram
colocadas em
placa de petri e esta colocada sobre uma superfcie branca. Cinco
leituras
foram realizadas para os ps todas as amostras analisadas.
O parmetro L* representa a luminosidade onde L*= 0 representa
o
preto e L*= 100 o branco. O parmetro a* representa a
cromaticidade e varia
do vermelho (a*= +100) ao verde (a*= -80). E o parmetro b* varia
do azul (b*=
-70) ao amarelo (b*= +70).
A calibrao do colormetro foi realizada utilizando um filme de
PVC
transparente para recobrir o equipamento. As amostras de p de
caf foram
colocadas em placas de petri e colocadas sobre uma superfcie
branca, as
leituras foram realizadas com o mesmo filme de PVC para que no
ocorresse o
contato das amostras com o leitor do equipamento.
4.8. Anlise de Solubilidade
A solubilidade foi determinada com base na metodologia proposta
por
Dacanal e Menegalli (2009). A anlise consiste na determinao,
em
porcentagem, de amostra no solubilizada aps um minuto de
agitao.
Adicionou-se 100 mL de gua destilada, temperatura ambiente, a um
bquer.
A agitao do lquido foi feita atravs de um agitador magntico,
mantendo a
altura do vrtice em aproximadamente 3 cm. Aps a estabilizao da
agitao
da gua, adicionou-se 1 g da amostra a uma altura de 2 cm do
vrtice. Aps 1
minuto da insero da amostra a soluo foi filtrada em filtro de
papel
previamente pesado. O conjunto filtro de papel + amostra
filtrada foi seco em
-
17
estufa a 105 C, por 24 horas. Atravs da massa seca da amostra
restante no
filtro de papel foi determinada a solubilidade da amostra e
calculado de acordo
com a Equao 2.
[
( ) ] (2)
Onde e so as massas (em gramas), inicial e a que ficou
retida
no filtro, respectivamente. o teor de umidade inicial da
amostra
analisada, em base mida.
4.9. Tempo de disperso
O tempo de disperso o tempo necessrio para que todas as
partculas de uma amostra de p sejam submergidas aps o contato
com a
superfcie de um lquido.
Utilizou-se um equipamento prprio para este teste (Figura 4.3),
o qual
possui um reservatrio, de 80 mL, para o lquido, e um
compartimento para a
amostra. O teste consistiu em preencher o compartimento para o
lquido com
gua destilada e espalhar 1 g da amostra do caf no compartimento
para o p.
O tempo foi cronometrado a partir do momento que o sistema, para
que o p
entrasse em contato com o lquido, foi acionado at o instante em
que todas as
partculas da amostra estivessem totalmente imersas.
Figura 4.3: Aparato para determinao do tempo de disperso
(Dacanal, 2005).
-
18
4.10. Atividade de gua
A atividade de gua foi determinada em higrmetro digital
Aqualab
(Decagon Devices, USA), calibrado com cloreto de ltio. As
anlises de
atividade de gua foram realizadas em triplicata para todas as
amostras.
4.11. Massa especfica real
A massa especfica real das amostras foi determinada atravs de
um
picnmetro de gs hlio no Laboratrio de Termodinmica e Extrao
Supercrtica (LATESC) - UFSC.
Esse equipamento utiliza o mtodo onde o gs capaz de penetrar
em
todos os poros maiores que o dimetro de sua molcula. A massa
inicial
aferida e o que no penetrado pelo gs considerado como volume
de
slido, assim tem-se a massa especfica da amostra.
4.12. Anlise Estatstica
A analise estatstica dos dados foi realizada utilizando-se o
software
Statistica (StatSoft, 7.0) para verificar a existncia de
diferenas significativas
entre os valores analisados. Os dados foram avaliados atravs da
anlise de
varincia (one-way, ANOVA). Os resultados foram avaliados pelo
teste de
Tukey com um nvel de significncia de 5%.
-
19
5. Resultados e Discusses
5.1. Testes preliminares
A espessura de espalhamento do extrato de caf para a secagem por
RW
foi escolhida aps vrios testes realizados no equipamento.
Durante os testes,
foi observado que quando se utilizava uma maior espessura de
espalhamento
da amostra, esta no secava. Foi observada tambm a formao de
uma
pelcula resistente na parte superior da amostra espalhada. Essa
pelcula
aprisionava o vapor formado durante o processo e impedia que a
umidade se
desprendesse da amostra, ou seja, impedia a secagem do extrato.
Assim,
escolheu-se uma espessura de espalhamento de 0,5 mm, para que
quando em
contato com o filme a amostra secasse antes mesmo da formao da
pelcula.
Aps a secagem do extrato de caf por Refractance Window
teve-se
dificuldade na retirada da amostra no equipamento. A amostra
seca aderia ao
filme mylar do RW. Assim, o espalhamento foi feito em um filme
mylar de
espessura 0,025 mm que estava em contato direto com o filme do
RW. Aps a
secagem o filme com a amostra era retirado da superfcie do
equipamento,
colocado em contato com a bancada e posteriormente a amostra era
retirada.
O contato do filme com a bancada imediatamente aps a retirada do
RW fazia
com que a amostra se desprendesse mais facilmente do filme,
devido
diferena de temperatura do filme e da bancada que provocava a
transio
vtrea do produto. O filme continha em sua parte superior a
amostra seca e a
parte inferior do filme era colocada sobre a bancada, no tendo
contato da
amostra com a bancada.
5.2. Produto final
Na Figura 5.1 so apresentadas as imagens dos ps obtidos da
secagem
do extrato de caf por RW e das amostras liofilizada e comercial.
O caf obtido
pelo mtodo do Refractance Window apresentou caractersticas
diferentes dos
comercializados. O caf possui uma cor mais escura e os grnulos
apresentam
cristalinidade.
-
20
Figura 5.1: Imagens das amostras analisadas: Obtidas por
Refractance Window na temperatura da gua circulante de (a) 65C e
(b) 85C, (c) liofilizada e (d) comercial.
5.3. Cinticas de secagem
Na Figura 5.1 esto apresentadas as mdias das umidades das
amostras durante a secagem do extrato de caf em RW, com
espessura de
espalhamento de 0,5 mm, nas temperaturas de 65C e 85C e seus
respectivos
desvios padro.
Figura 5.1:Curvas de secagem de extrato de caf por Refractance
Window, com espessura de
espalhamento de 0,5 mm, nas temperaturas da gua de 65C e 85C e
seus desvios padro.
(a) (b)
(c)
(d)
-
21
Observa-se na Figura 5.1 que o teor de umidade inicial do
extrato de
caf de 0,68 [
]. O tempo de secagem foi menor para a maior
temperatura da gua circulante, onde o teor de umidade das
amostras secas
atingiu 0,050 [
] em 5 minutos. J no processo utilizando
temperatura de 65C para a gua, as amostras apresentaram umidade
de
0,072 [
] num tempo de processo de 12 minutos. Ou seja, o aumento
da temperatura reduziu mais de 50% o tempo de processo,
resultando em um
p com menor teor de umidade. Assim, as umidades do extrato de
caf seco
pelo mtodo do Refractance Window entraram em equilbrio nos
tempos de 12
e 5 minutos para temperaturas da gua de 65C e 85C,
respectivamente.
Na Figura 5.2 so apresentadas as taxas de secagem para cada
processo de secagem estudado.
Figura 5.2: Curva da taxa de secagem em funo do tempo para o
processo de secagem de
extrato de caf por Refractance Window, com temperaturas da gua
circulante de 65C e 85C.
Para as duas condies de processo, a secagem apresentou
elevadas
taxas no incio, decaindo rapidamente ao longo deste. As taxas de
secagem
tornam-se nulas j nos primeiros 5 minutos de processo, indicando
que a
amostra atingiu o estado de equilbrio com a umidade do ar
ambiente. A
secagem ocorre de forma muito rpida devido elevada taxa de
secagem
inicial e fina espessura utilizada no espalhamento da
amostra.
-
22
Observa-se que a umidade atingiu seu equilbrio em torno de 5
minutos
do incio do processo (Figura 5.1), da mesma forma atravs da
Figura 5.2 nota-
se que a taxa de secagem chegou ao seu mnimo e a partir de
ento
permaneceu constante. Assim, o processo de secagem de extrato de
caf com
espessura de espalhamento de 0,5 mm pode ser cessado neste
instante.
5.4. Atividade de gua e Umidade
Na Tabela 5.1 esto apresentados os valores de atividade de gua
e
umidade final dos ps de caf obtidos pelo processo de secagem
por
Refractance Window, das amostras do mesmo extrato liofilizado e
da amostra
comercial.
Tabela 5.1: Valores de atividade de gua e umidade para os
diferentes processos de
secagem por Refractance Window (RW) e para as amostras
liofilizada e comercial.
Amostra aw Umidade [
]
65C - RW 0,435 0,005a 0,0710 0,0002a
85C - RW 0,419 0,018a 0,0613 0,0003a
Liofilizada 0,176 0,015c 0,0188 0,0015b
Comercial 0,353 0,012b 0,0269 0,0122b
a-c Mdias na mesma coluna com letras diferentes indicam diferena
significativa (p
-
23
amostras no possuem diferenas significativas quanto ao teor de
umidade. As
amostras liofilizada e comercial apresentaram umidade de 0,0188
[
]
e 0,0269 [
], respectivamente que tambm no diferem entre si. Os
ps de caf obtidos pelo processo do RW apresentam diferena
significativa
quanto umidade quando comparados com as amostras liofilizada e
comercial.
A amostra liofilizada apresentou o menor teor de gua entre todas
as amostras
analisadas. Este fato decorre de seu processamento, j que o
produto
submetido ao congelamento e posteriormente ao vcuo, retirando
assim sua
umidade. Porm o processo realizado por Refractance Window foi
feito sem
controlar a umidade relativa do ambiente. A umidade de equilbrio
depende da
umidade relativa do ar no dia do processo, a qual neste caso no
constante.
5.5. Tempo de disperso e Massa especfica real
A Tabela 5.2 apresenta os valores de tempo de disperso e
massa
especfica real obtidos para os ps de caf provenientes da secagem
por RW e
para as amostras liofilizada e comercial.
Tabela 5.2: Valores para a massa especfica real e para o tempo
de disperso, das amostras obtidas por secagem em RW em temperaturas
de 65 C e 85C e para as amostras liofilizada e comercial.
Amostra Tempo de disperso
[s]
Massa especfica Real
[
]
65C - RW 7,62 0,18b 1,5368 0,0003a
85C - RW 8,50 0,22b 1,5157 0,0002b
Liofilizada 303,09 5,36a
(~5 min e 3s)
1,4807 0,0008c
Comercial 321,37 25,01a
(~5 min e 21s)
1,2044 0,0009d
a-d Mdias na mesma coluna com letras diferentes indicam diferena
significativa (p
-
24
Os tempos de disperso para os ps de caf utilizando o RW como
mtodo de secagem foram de 7,62 s e 8,50 s para as respectivas
temperaturas
de 65 C e 85 C da gua circulante. Esses valores no possuem
diferena
significativa entre si. As amostras liofilizada e comercial
apresentaram um
tempo de disperso muito maior, um pouco acima de 5 minutos para
as duas
amostras. Estas amostras diferem significativamente em seus
tempos de
disperso das amostras obtidas por RW.
As amostras obtidas por RW apresentaram densidades de 1,5368
e
1,5157 [
] para temperaturas da gua de 65 e 85C respectivamente. E as
amostras liofilizada e comercial apresentaram densidades de
1,4807 e 1,2044
[
], respectivamente. Todas as amostras diferiram
significativamente quanto
sua massa especfica real.
Atravs da Tabela 5.2 observa-se que o tempo de disperso e a
massa
especfica real so inversamente proporcionais. Mesmo que as
amostras
liofilizada e comercial e ambos os ps obtidos por RW no
apresentem
diferena significativa no tempo de disperso, o caf obtido por RW
na
temperatura de 65 C teve uma tendncia um menor tempo de disperso
e
apresentou uma maior massa especfica real. O mesmo ocorre com
as
amostras liofilizada e comercial, onde a amostra liofilizada
apresentou uma
maior massa especfica real e uma tendncia a ter um menor tempo
de
disperso.
A granulometria tambm influencia no tempo de disperso de um
p.
Visualmente, nota-se que a amostra liofilizada e a comercial
possuem
granulometrias menores que as amostras obtidas por RW. Com o
aumento da
granulometria ocorre uma diminuio no tempo de disperso dos
ps.
5.6. Solubilidade
Todas as amostras apresentaram-se 100% solveis. Esse resultado
era
esperado, j que o extrato de caf obtido pela percolao de gua
quente
-
25
nos gros de caf torrados e modos, ou seja, o extrato a parte
solvel do
caf.
5.7. Cor
Na Tabela 5.3 so apresentados os valores dos parmentros L*, a* e
b*,
para ps de caf obtidos pela secagem por Refractance Window e
para as
amostras liofilizada e comercial. Os valores apresentados na
tabela
representam a mdia de cinco leituras com seus respectivos
desvios padro.
Tabela 5.3: Parmetros (L*, a* e b*) de cor dos ps de caf obtidos
pela secagem por RW e das amostras liofilizada e comercial.
Amostra L* a* b*
65C RW 39,998 3,992b 2,328 0,357c 1,980 0,318c
85C RW 37,618 3,732b 2,454 0,334c 2,352 0,269c
Liofilizada 47,900 1,778a 12,096 0,813a 27,506 1,703a
Comercial 42,720 2,674a,b 8,530 0,825b 10,724 1,205b
a-d Mdias na mesma coluna com letras diferentes indicam diferena
significativa (p
-
26
encontrados para o caf robusta torrado e modo foram de L* =
33,97, a* = 8,32
e b* = 10,92, com valores de L* inferior e de a* e b* superiores
aos obtidos
neste trabalho. Ou seja, mais escuro e possui maior intensidade
nas cores
vermelho e amarelo.
-
27
6. Concluses
A obteno de caf solvel atravs da secagem por Refractance
Window
apresentou um produto com caractersticas diferentes do
encontrado
comercialmente, podendo ser caracterizado como um novo produto.
O p
apresentou uma cor mais escura.
O processo de produo de caf solvel por Refractance Window
apresentou algumas limitaes, como a formao de uma pelcula na
parte
superior da amostra, impedindo a secagem. A dificuldade de se
retirar o
produto do filme pode ser amenizada acoplando um sistema de
resfriamento no
final da secagem, por asperso ou mesmo por gua fria circulante
na parte
inferior do filme no RW. Esse sistema de resfriamento utilizado
no RW em
escala industrial.
O tempo de secagem de extrato de caf por RW tende a ser menor do
que
o estudado, devido ao fato que o extrato ter sido seco sobre
filme mylar mais
fino colocado sobre o Refractance Window e foi desconsiderada a
resistncia
de contato entre os dois filmes.
A temperatura da gua circulante influenciou no tempo de secagem
do
extrato e dentre os parmetros analisados, apenas a densidade dos
ps foi
diferente significativamente. O tempo necessrio para a secagem
do extrato de
caf foi 2 vezes maior para a temperatura da gua de 65 C.
Contudo, outros
parmetros devem ser avaliados para uma concluso sobre a secagem
de
extrato de caf por RW, tais como caracterizao de aromas,
granulometria do
p, anlise sensorial, entre outros.
Para tornar vivel o processo de obteno de caf solvel por
Refractance
Window deve-se analisar qual a composio e o comportamento de
formao
da pelcula visualizada neste estudo. Estudar uma forma de conter
a formao
desta pelcula, por adio de algum aditivo ou aerao do produto
antes do
espalhamento.
-
28
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