1

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.

2

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.

3

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

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 ................................................................................ 28

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.

2

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.

3

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.

4

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

5

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).

6

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

7

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.

8

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.

9

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.

10

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

11

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

12

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).

13

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

14

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).

15

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

7. Referncias Bibliogrficas

ABIC Associao Brasileira da Indstria de Caf. Disponvel em:

. Acessado em abril de 2013.

ABICS Associao Brasileira da Indstria de Caf Solvel.

. Acessado em maio de 2013.

ANDERSON, B. A. et al. The diffusion kinetics of carbon dioxide in fresh

roasted and ground coffee. Journal of Food Engeneering, London, v.59, n.1,

p. 71-78, 2003.

BRTHOLO, G.F., GUIMARES, P.T.G. Cuidados na colheita e preparo do

caf. Informe Agropecurio, Belo Horizonte-MG, v. 18, n. 187, p. 33-42, 1997.

BLYENY, H. P. A. Anlise comparativa da composio qumica de cafs do

cerrado mineiro e do sul de Minas Gerais. Dissertao (Mestrado em

Qumica) Instituto de Qumica, Universidade Federal de Uberlndia,

Uberlndia, 2004, 91f.

BOUAYED, J.; HOFFMANN, L.; BOHN, T. Total phenolics, flavonoids,

anthocyanins and antioxidant activity following simulated gastro-

intestinal digestion and dialysis of apple varieties: Bioaccessibility and

potential uptake. Food Chemistry. 2011, 128, 14-21.

CAF IGUAU

Acessado em dezembro de 2012.

CASTOLDI, M. Estudo Do Processo De Secagem De Polpa De Tomate Por

Refractance Window. Dissertao (Mestrado em Engenharia de Alimentos -

Universidade Federal de Santa Catarina, 2012.

29

CAIXETA, G.Z.T. Economia Cafeeira: Mercado de Caf, Tendncias e

Perspectivas. Economia Cafeeira Mundial. In: I Encontro sobre produo

de caf com qualidade. Universidade Federal de Viosa. Viosa, 1999. p. 3 -

21.

CAMPOS, A.T. Desenvolvimento e anlise de um prottipo de secador de

camada fixa para caf (Coffea arabica L.), com sistema de revolvimento

mecnico. Viosa-MG: UFV, 1998. 61 p. Dissertao (Mestrado em

Engenharia Agrcola) - Universidade Federal de Viosa, 1998.

CARVALHO, V. D. de. Cafeicultura empresarial: produtividade e qualidade.

Lavras: UFLA/FAEPE, 1998. 73 p.

DACANAL, G. C. Estudo da granulao de suco de acerola desidratado em

leito fluidizado. 2005. 112 p. Dissertao (Mestrado em Engenharia de

Alimentos) - Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de

Campinas, Campinas, 2005.

DACANAL, G. C. e MENEGALLI, F. C. Experimental study and optimization

of the agglomeration of acerola powder in a conical fluid bed. Powder

Technology, 188(3), 187-194. 2009.

ESPUMA DE CAF.

Acessado em maio de 2013.

ESTEVES, B. N.; Influncia do processo de secagem por pulverizao

mecnica (spray dryer) no tamanho de partcula e densidade aparente do

caf solvel. Universidade de So Paulo. So Paulo. 2006.

GRUPO ACS ACS Caf Comrcio Exterior e Assessoria Aduaneira Ltda.

Acessado em dezembro de 2012.

30

ILLY, A.; VIANNI, R. Espresso coffee: the chemistry of quality. San Diego:

Academic, 1996. 253 p.

MOURA, S.C.S.R.; GERMER, S.P.M.; ANJOS, V.D.A.; MORI, E.E.M.;

MATTOSO, L.H.C.; FIRMINO, A.; NASCIMENTO, C.J.F. Avaliaes Fsicas,

Qumicas e Sensoriais de Blends de Caf Arbica com Caf Canephora

(Robusta). Brazilian Journal of Food Technology. Campinas, v. 10, n. 4, p. 271-

277, 2007.

MUMENTHALER M. AND LEUENBERGER H., Atmospheric spray-freeze

drying: a suitable alternative in freeze-drying technology. Department of

Pharmaceutical Technology, School of Pharmacy, University of Basel,

Switzerland, 1991.

NINDO, C. I.; POWERS, J. R.; TANG, J. Influence of Refractance Window

evaporation on quality of juices from small fruits. Washington State

University, USA. 2007a.

NINDO, C. I. e AND TANG, J. Refractance Window Dehydration

Technology: A Novel Contact Drying Method. Washington State University,

USA. 2007b.

PARK, K. J.; ANTONIO, G. C.; OLIVEIRA, R. A.; PARK, K. J. B.Conceitos de

processo e equipamentos de secagem. Campinas, 2007.

SARRAZIN, C.; LEQURE, J. L.; GRETSCH. C.; LIARDON, R.

Representativeness of coffee aroma extracts: a comparison of different

extraction methods. Food Chemistry, v.70, p.99-106, 2000.

TEIXEIRA, A.A., LEVY, F.A., CARVALHO, A., et al., Observaes sobre

vrias caractersticas do caf colhido verde e maduro. Congresso Brasileiro

De Pesquisas Cafeeiras, 1984, Londrina. Rio de Janeiro:

IBC/GERCA/EMBRAPA, 1984. p.227-8.

31

TOCI, A.; FARAH, A.; TRUGO, L.C. Efeito do processo de descafeinao

com diclorometano sobre a composio qumica dos cafs arbica e

robusta antes e aps a torrao. Qumica Nova, v. 29, n. 5, p. 965-971, 2006.

VILELA, E.R. Secagem e qualidade do caf. Informe Agropecurio, Belo

Horizonte-MG, v. 18, n. 187, p. 55-67, 1997.