Aspectos físicos, fisiológicos e de qualidade do café em função da secagem e do armazenamento

Abstract

A melhoria da qualidade do café pode ser obtida aumentando-se a eficiência do uso adequado de técnicas de secagem, armazenamento e preparo dos frutos e grãos. Assim, desenvolveu-se este trabalho com a finalidade de equacionar e analisar alguns aspectos da secagem dos frutos e grãos de café que permitam prever as alterações da qualidade do produto preparado de diferentes formas (cereja, descascado e despolpado) e os reflexos desse processo durante o período de armazenagem do produto, em diferentes condições de armazenamento. Para se alcançar esses objetivos foram determinadas algumas propriedades térmicas e físicas necessárias ao conhecimento do processo de secagem (isotermas de adsorção e dessorção, curvas de secagem, massas específicas aparente e real, volume, porosidade, calor específico, condutividade e difusividade térmica e calor latente de vaporização). Realizou-se também o estudo da perda de qualidade fisiológica das sementes de café quando submetidas à secagem com temperatura variando entre 30 e 60oC, para duas condições de umidade relativa do ar de secagem (20 e 40 %), além do estudo da armazenabilidade dessas sementes durante um período de seis meses sob condições de ambiente não controlado e com temperatura controlada de 15oC. Outro objetivo visado foi o estudo da alteração da cor, da qualidade da bebida e composição química dos frutos e grãos de café quando submetidos à secagem com temperatura variando entre 30 e 60oC, para diferentes níveis de umidade relativa do ar de secagem (30, 40, 50 e 60%), e durante o armazenamento durante um período de 12 meses sob condições de ambiente não controlado e com temperatura controlada de 15oC. De acordo com os resultados obtidos pôde-se concluir que: a) a equação exponencial, proposta neste trabalho, pode ser utilizada para predizer os valores de umidade de equilíbrio higroscópico do café, independentemente da forma de preparo do produto e da maneira pela qual o equilíbrio foi obtido (dessorção ou adsorção); b) Para as faixas de temperatura e umidade relativa estudadas, a histerese dos cafés cereja, descascado e despolpado, tende a crescer com a redução da temperatura e elevação da umidade relativa do ar; c) a equação proposta por Page foi a que melhor representou os dados experimentais, independentemente da forma de preparo do produto, quando comparada com as equações de Thompson, Exponencial e de Difusão, nesta última utilizando-se os oito primeiros termos da série; d) a taxa de secagem foi influenciada pela temperatura e umidade relativa do ar de secagem, independentemente da forma de preparo do produto; e) a forma de preparo cereja apresenta menor taxa de secagem, não sendo observadas diferenças significativas nas taxas de secagem dos cafés descascado e despolpado; f) o volume e as massas específicas real e aparente do café, das diferentes formas de preparo analisadas, aumentam com a elevação do teor de umidade do produto; enquanto a porosidade cresce com o aumento da umidade dos frutos e grãos de café, até um valor máximo, passando em seguida a decrescer; g) o volume dos frutos e grãos de café dos diferentes tipos de preparo, diminui com a perda de umidade dos mesmos, sendo a contração volumétrica do café cereja da ordem de 39% de seu volume inicial, para uma redução de umidade de 2,27 b.s. para 0,11 b.s. Para o café descascado a contração do volume de seus grãos, para uma diminuição do teor de umidade de 0,60 b.s. para 0,11 b.s., foi de aproximadamente 12% de seu volume inicial, não havendo grandes diferenças entre os valores obtidos para os grãos de café descascado e despolpado, que apresentaram uma redução de volume de 13% para uma diminuição do teor de umidade de 0,62 para 0,11 b.s.; h) para a faixa de temperatura de 25 a 65oC, o calor latente de vaporização da água dos frutos de café cereja variou de 2403,6224 a 2858,5450 kJ.kg-1, para teores de umidade na faixa de 0,12 a 2,10 base seca. Já para os grãos de café descascado e despolpado essa variação foi de 2450,9820 a 2783,5840 kJ.kg-1 e 2487,3220 a 2808,0010 kJ.kg-1, para teores de umidade variando de 0,12 a 0,50 base seca; i) o calor específico dos frutos de café cereja variou de 1,2136 a 2,5251 kJ.kg-1.ºC-1, a condutividade térmica de 0,0843 a 0,1415 W.m-1.°C-1 e a difusividade térmica de 1,0555x10-7 a 1,5730x10-7 m2.s-1, para teores de umidade variando de 0,11 a 0,68 base seca; j) o calor específico dos grãos de café descascado variou de 1,2254 a 2,4653 kJ.kg-1. ºC-1, a condutividade térmica de 0,0934 a 0,1735 W.m-1.°C-1 e a difusividade térmica de 1,3519x10-7 a 1,6964x10-7 m2.s-1, para teores de umidade variando de 0,11 a 0,60 base seca; k) o calor específico dos grãos de café despolpado variou de 1,1290 a 2,3848 kJ.kg-1 .ºC-1, a condutividade térmica de 0,1033 a 0,1762 W.m-1. °C-1 e a difusividade térmica de 1,3373x10-7 a 2,0810x10-7 m2.s-1, para teores de umidade variando de 0,11 a 0,62 base seca; l) a germinação e o vigor das sementes de café diminuem com a redução da umidade relativa e com o aumento da temperatura do ar de secagem, e ainda, com o período de armazenamento; m) a germinação e o vigor das sementes de café descascado e despolpado aumentam com a redução da temperatura de armazenagem para 15°C, porém o ambiente com temperatura controlada não foi capaz de inibir a perda de qualidade das sementes durante o armazenamento; n) os valores das coordenadas L, a e b do sistema Hunter para quantificação e avaliação da cor dos grãos beneficiados de café aumentou com a elevação do tempo de armazenamento do produto, da temperatura e da umidade relativa do ar de secagem, sendo menos acentuada a contribuição da umidade relativa do ar de secagem na variação da coloração do produto durante o armazenamento, independentemente da forma de preparo e condição de armazenagem; o) os frutos e grãos de café armazenados em ambiente com temperatura controlada de 15oC apresentaram resultados melhores de coloração, quando comparados com os obtidos para o produto armazenado em ambiente não controlado, independentemente da forma de preparo estudada; p) a qualidade da bebida dos grãos de café das formas de preparo descascado e despolpado não foi alterada durante o armazenamento pelas diferentes combinações de temperatura e umidade relativa do ar de secagem, independentemente da condição de armazenagem; q) os frutos de café cereja apresentaram redução na qualidade da bebida durante o período de armazenamento, sendo mais acentuado esse declínio para o produto mantido em ambiente não controlado, independentemente da combinação de temperatura e umidade relativa do ar de secagem estudada; r) os melhores resultados de acidez titulável dos frutos e grãos de café foram obtidos para o produto armazenado em ambiente com temperatura controlada de 15oC, sendo que a acidez do produto aumenta com o prolongamento do período de armazenamento; s) os grãos descascados e despolpados apresentaram menor influência da variação da temperatura e umidade relativa do ar de secagem sobre a acidez dos grãos de café, enquanto os frutos cereja mostraram redução dos índices de acidez titulável com a elevação da temperatura do ar de secagem; t) a armazenagem em ambiente com temperatura controlada de 15oC não apresentou vantagens na redução dos efeitos do processo de secagem sobre os teores de fenólicos totais dos produtos analisados, sendo que os teores desses compostos aumentam com a elevação do tempo de armazenagem; u) os teores de compostos fenólicos aumentam com a elevação da temperatura do ar de secagem, tendo pouca influência a variação da umidade relativa do ar secante na composição de fenólicos dos frutos e grãos de café; v) a armazenagem em ambiente com temperatura controlada de 15oC não apresentou vantagens na redução dos efeitos do processo de secagem sobre os teores de gordura dos produtos analisados, sendo que os teores desses compostos aumentaram nos primeiros meses de armazenagem com a elevação do tempo de armazenagem, para, a partir do oitavo mês de armazenamento, apresentarem uma redução dos índices de gordura dos produtos das diferentes formas de preparo analisadas; w) os resultados obtidos indicaram menor teor de gordura para os frutos e grãos de café submetidos à secagem com temperaturas menos elevadas e maiores valores de umidade relativa do ar de secagem; x) os frutos e grãos de café apresentaram redução na composição de açúcares redutores com o aumento do período de armazenamento e da temperatura de secagem e, ainda, com a diminuição da umidade relativa do ar de secagem, independentemente da condição de armazenagem; y) os melhores resultados para os teores de açúcares não redutores dos frutos e grãos de café foram obtidos para o produto armazenado durante menor período de tempo, sendo que as diferentes combinações de temperatura e umidade relativa do ar de secagem pouco influenciaram na composição desses compostos, independentemente da condição de armazenagem; z) a armazenagem em ambiente com temperatura controlada de 15oC apresentou vantagens na redução dos efeitos do processo de secagem sobre a atividade enzimática da polifenoloxidase dos frutos e grãos de café, sendo que a atividade dessa enzima diminuiu com o aumento do tempo de armazenagem, da temperatura e da umidade relativa do ar de secagem.

The improvements of the coffee quality can be obtained by increasing the efficiency of an appropriate use of drying techniques, storage and fruits and grain processing. This work was done with the purpose of analyzing some coffee fruits and coffee beans drying that allow to foreseeing the quality changes from the cherry, unshelled and parchment coffee. Also to determine the storage period effects under different conditions. To achieve those objectives, some physical and thermal properties such as, isotherms of adsorption and desorption, drying curves, real and apparent density, volume, porosity, specific heat, thermal conductivity and diffusivity and latent heat of vaporization should be known to understand the drying process. The physiological quality loss of the coffee seeds was studied by submitting them to different drying air temperatures, varying from 30°C to 60°C, for two levels of drying air Relative Humidity (20% and 40%). Also coffee seeds were stored, one lot under natural environment and another under controlled ambient temperature of 15°C. Another objective was to study the coffee bean color changes affecting the drinking quality, the changes occurring on the chemical composition of the coffee fruits and beans under different drying air temperature (30 to 60°C) and for drying air relative humidity of 30%, 40%, 50% and 60%, after 12 month storage under controlled temperature of 15°C and non controlled. The conclusions of the this work were: a) the exponential equation proposed can be used to predict the coffee equilibrium moisture content values, independently how the product was processed and either the method of the equilibrium moisture content was determined (desorption or adsorption); b) for the temperature and relative humidity range in the drying process the hysteresis phenomena of the coffee cherry, unshelled and parchment coffee tends to increase with the reduction of the drying air temperature and for increasing its relative humidity; c) the equation proposed by Page best represented the experimental data, independently how the coffee was processed when compared with exponential and diffusion’s Thompson’s equation, in which the last one only the first eight terms have being used in the series; d) the drying rate was influenced by drying air temperature and relative humidity, independently of the process method; e) it was observed that there was no significant difference on the drying rate of different coffee fruit processing compared to the unshelled and parchment coffee; f) the coffee bean volume, the real and apparent density of bulk product under different coffee processes were analyzed and it was observed that they increase as the moisture content increases, but the porosity increases as the moisture content increases up a maximum value then starts to decrease; g) the volume of the coffee fruits and also for coffee beans under different process increases as the moisture content decreases were the volumetric shrinkage reaches up to 39% of its initial volume in the moisture content changing from 2.27 d.b., coming down to 0.11 d.b. for unshelled coffee beans, when the moisture content changed from 0.60 d.b. to 0.11 d.b., the shrinkage was approximately12% of the initial volume, and for both, shelled coffee bean and parchment coffee bean, the shrinkage occurred was 13% of the initial volume, with no difference, when the moisture content changed from 0.62 d.b. to 0.11 d.b.; h) for the temperature range from 25° to 65°C, the latent heat of vaporization of the coffee fruit water, for moisture content range from 0.12 to 2.10 d.b., varied from 2,403.6224 to 2,858.5450 kJ.kg -1 . For unshelled coffee beans, with moisture content varying from 0.12 to 0.50 d.b., the latent heat of vaporization varied from 2,450.9820 to 2,783.5840 kJ.kg -1 , and for parchment coffee, at same range of moisture content, the latent heat of vaporization varied from 2,487.3220 to 2,808.0010 kJ.kg -1 ; I) the specific heat of the coffee fruits varied from 1.2136 to 2.5251 kJ.kg -1 .°C -1 , the thermal conductivity varied from 0.0843 to 0.1415 W.m -1 .°C -1 and the thermal diffusivity varied from 1.0555x10 -7 to 1.5730x10 -7 m 2 .s -1 , for moisture content varying form 0.11 to 0.68 d.b.; j) the specific heat of the unshelled coffee beans varied from 1.2254 to 2.4653 kJ.kg -1 .°C -1 , the thermal conductivity from 0.0934 to 0.1735 W.m -1 .°C -1 and thermal diffusivity from 1.3519x10 -7 to 1.6964x10 -7 m 2 .s -1 , for moisture contents varying from 0.11 to 0.62 d.b.; l) The coffee seed germination and vigor decreased as the drying air relative humidity decreased, as the drying air temperature increased and as the storage period increased; m) the unshelled and parchment coffee germination and vigor increased when the storage temperature lowered to 15°C and under the controlled temperature atmosphere was not capable to inhibit the quality loss during the storage; n) for coffee bean color evaluation, the values of the coordinates L and the b of the Hunter’s system increased as the storage period increased and was observed that the drying air temperature and relative humidity had little contribution on changing the coffee bean color independently of processing method and storage period.; o) the coffee fruits and beans stored under controlled temperature atmosphere of 15°C presented better results on color compared with no temperature controlled storage system, independently of processing method used; p) the coffee beverage quality originated from either unshelled or parchment coffee did not alter even drying with different air temperature and relative humidity, independently of the storage conditions studied.; q) the storage of coffee fruit presented beverage quality reduction during the storage period and more strongly for the product maintained in no temperature controlled storage system, independently of the drying air temperature and relative humidity combinations; r) the best titled acidity results of the coffee fruits and coffee beans were obtained when stored in controlled temperature atmosphere of 15°C, and the acidity of the product increased as longer was the storage period; s) the unshelled and parchment coffee grains presented less influence on the variation of drying air temperature and relative humidity on the acidity of coffee beans, while the coffee fruits cherry showed reduction of the titled acidity indexes with increase of the drying air temperature; t) the storage in the controlled temperature atmosphere of 15°C did not present advantages in the reduction of the drying process effects on the total phenolic compound level in the analyzed product, and the level of those composition increased as longer was the storage period; u) the phenolic composition level increased as the drying temperature increased, with little influence in the variation of de drying air relative humidity, on the phenolics composition of the coffee fruits and beans; v) the storage with controlled temperature atmosphere of 15°C did not present advantages in the reduction of the drying process effects on the analyzed product fat level and the level of those composition increased in the first month storage and they presented a fat index reduction in different process methods; w) the results obtained indicated lower fat level for the coffee fruits and beans submitted to the drying process with drying air temperature, moderate high, and higher relative humidity; x) the coffee fruits and beans presented decrease on the reducing sugar composition with storage period increase, with drying temperature increase, with drying air relative humidity decrease, independently of the storage conditions; y) the best results of non reducing sugar level in the coffee fruits and beans were obtained for those stored under short period of time and the different drying air temperature and relative humidity combinations had little influence on their composition level, independently of the storage conditions; z) Coffee storage under controlled temperature atmosphere at 15°C presented advantages in terms of reduction of drying process effects on the enzymatic activity of the coffee fruits and coffee beans polyphenoloxidase. The activity of that enzyme decreased as the storage period increased and on the same way, when the drying air temperature and relative humidity increased.