Temperature model adaptation of coffee in the roasting process

Objetivou-se com este trabalho ajustar um modelo de aquecimento para representar a cinética da temperatura dos grãos durante a torração do café. Foram usadas amostras de 350 g de grãos beneficiados retidos em peneira 17 e 18, de café arábica com teor de água de 0,1032 kgáguaproduto-1 (kga-1). Usou-se um torrador de cilindro giratório a queima constante de gás, cujas temperaturas iniciais foram de 290, 310, 345 e 380 °C, que diminuíram exponencialmente durante a operação até se equilibrar em 246, 269, 295 e 340 °C, respectivamente. O aquecimento dos grãos foi contínuo durante todo o processo. A cinética do aquecimento dos grãos dependeu da temperatura do torrador, onde a máxima taxa de aquecimento foi para os grãos submetidos à máxima temperatura de torrefação. Foi adaptado o modelo matemático de aquecimento dos grãos, considerando que calor do torrador é usado tanto para aquecimento da massa quanto para evaporação da água na superfície dos grãos. Observouse que o processo de torrefação foi realizado em condições não isotérmicas da parede. O modelo múltiplo exponencial que foi utilizado para aquecimento dos grãos durante a secagem foi adaptado adequadamente às condições de operação do torrador para representar a cinética do aquecimento do café durante a torrefação com r2 acima de 0,98.In this research, the relationship between the variation rate of temperature of coffee beans and the initial roaster temperature was determined. Samples of 350 g of arabic green coffee beans with moisture content of 0.1032 kgwaterproduct-1 (kgw-1) were used. A burning gas roaster drum with initial temperatures of 290, 310, 345 e 380 °C was used. While maintaining gas burned in constant rate, the roaster initial temperature decreased to equilibrium exponentially at 246, 269, 295 and 340°C, respectively. It was observed that coffee roasting process is non-isothermal process. The grains temperature was increased in roasting time. The rate increasing grain temperature depended of roaster temperature conditions. As the roaster temperature increased, the temperature grains rate increased as well, reducing significantly the total time. The temperature kinetics model developed for grain drying was adapted for roasting process, which set up properly with r2 of 0.98.UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS

Aprenda a tostar café

Este objeto de conferencia muestra la manera ideal de tostar el café, además muestra composición del café, calidad del café y otros aspectos importantes del procesamiento del café.Universidad de Costa Rica/[734-B5-A86]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS)UCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Básicas::Sistema de Educación General::Escuela de Estudios Generale

New model of grain coffee temperature during roasting

XIII Congreso Latinoamericano y del Caribe de Ingeniería Agrícola, XIII CLIA 2018, San José, Costa Rica del 4 al 7 de junioEl tostado del café es analizado principalmente con modelos basados en transferencia de calor y masa, cuyas soluciones son complejas. Una solución práctica se deriva del calentamiento continuo de los granos; que puede analizarse como la derivada de la temperatura con respecto al tiempo. El objetivo del presente trabajo fue determinar un modelo matemático de calentamiento de los granos de café durante el proceso de torrefacción. Fueron utilizados granos de café C. arabica, en masas de 400, 600, 800 y 1000 g y contenido de humedad de 8,73 %b.h. Se utilizó un tostador convencional con quema a gas directo y una temperatura interna de 280 °C. La temperatura de los granos se registró mediante un termómetro infrarrojo sobre la superficie de la masa de los granos. El modelo matemático se definió a partir de la razón de calentamiento de los granos, la cual derivó en una ecuación no lineal con ajuste decreciente exponencial simple con tres parámetros. Las constantes del modelo fueron obtenidas por regresión no lineal para cada masa (R2 > 88%). Al integrar la ecuación de la razón de calentamiento con los valores iniciales de tiempo y temperatura de los granos, se obtuvo la ecuación que describe el calentamiento de los granos en función del tiempo con coeficiente de determinación mayor que 98,7%. El modelo desarrollado es muy práctico porque además de ajustar adecuadamente la temperatura final de los granos también es sensible a la cantidad de masa colocada en el tostador.Coffee roasting is mainly analyzed with models based on heat and mass transfer, whose solutions are complex. A practical solution is derived from the continuous heating of the grains; which can be analyzed as the derivative of temperature related to time. The objective of the present work was to determine a mathematical model of heating of coffee beans during the roasting process. C. arabica coffee beans were used, in masses of 400, 600, 800 and 1000 g and moisture content of 0.0873 kg kg-1. A conventional roaster with direct gas burning and an internal temperature of 280 °C was used. The temperature of the surface grains was recorded by an infrared thermometer. The mathematical model was defined based on the heating rate of the grains, which resulted in a non-linear equation with a simple exponential decay adjustment with three parameters. The coefficients of the model were obtained by non-linear regression for each mass (R2>88%). By integrating the equation of the heating ratio with the initial values of time and temperature of the grains, the equation described the heating of the grains as a function of time with coefficient of determination greater than 98.7%. The model developed is very practical because in addition to properly adjusting the final temperature of the beans is also sensitive to the amount of mass grains placed in the roaster.B5-A86 Optimización del proceso de torrefacción de café en tostador convencional, Vicerrectoría de Investigación, Universidad de Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS)UCR::Vicerrectoría de Docencia::Ingeniería::Facultad de Ingeniería::Escuela de Ingeniería de Biosistema

Modelling of thin layer radiation drying of coconut

El coco es una fruta que puede aprovecharse completamente desde su parte líquida hasta su parte sólida, considerando la parte alimenticia y los residuos. La parte sólida puede utilizarse directamente como alimento, también puede ser procesado para su uso posterior. El secado es un proceso necesario para su conservación, por lo tanto se evaluó el secado por radiación para establecer la relación entre rapidez y temperatura del proceso. Se utilizaron las temperaturas de 60, 80,100 y 120 °C. El coco fue extraído, molido y homogenizado manualmente. Se utilizó un deshidratador con transmisión de calor por radiación en cuatro temperaturas de proceso. El contenido de humedad fue determinado por la pérdida de masa hasta obtener peso constante en una capa delgada de producto. Se determinó que durante secado, el contenido de humedad es exponencialmente decreciente y el modelo matemático de Midilli se ajustó adecuadamente con un coeficiente de determinación (R2) mayor al 94 %. El efecto de la temperatura en la rapidez del proceso se ajustó con la ecuación de Arrhenius. Se determinó que la energía de activación del proceso de secado por radiación en coco fue de 60,7 kJ/mol. La relación matemática de la rapidez del secado es una doble exponencial que depende directamente de la temperatura y el tiempo de secado.Coconut is a fruit that can be totally used, not only its liquid part but also its solid one, including the eatable section and its residues. The solid part can be used as food and also be processed for later use. Drying is a necessary process for its conservation, for that reason radiation drying was evaluated to establish the relationship between speed and temperature. The experiments were conducted at drying temperatures of 60, 80, 100 and 120°C. Coconut pulp was manually scraped, chopped and homogenized. A dehydrator with heat transfer by radiation was used to conduct the experiments. The moisture content of the samples was determined by mass loss to obtain a constant weight in a thin layer of product. It was determined that during the drying process the moisture content decreased exponentially and Midilli model was found to adjust adequately with a coefficient of determination (R2) above 94%. The temperature dependence of the process was satisfactorily described by an Arrhenius type relationship. An activation energy equal to 60,7 kJ/mol was found over the temperature range investigated in the radiation drying process. The mathematical relation of the drying process is a double exponential that depends directly on the temperature and drying time.UCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Agroalimentarias::Facultad de Ciencias Agroalimentarias::Escuela de AgronomíaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Agroalimentarias::Facultad de Ciencias Agroalimentarias::Escuela de ZootecniaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS

Effect of temperature on the speed of coffee roasting

El tostado es un proceso que genera cambios importantes en las propiedades físicas, químicas y sensoriales del café. La producción de café tostado está relacionada con la temperatura del tostador, el tiempo y la cantidad utilizada de café. La temperatura es un parámetro poco estudiado y tiene potencial para asociarlo a los cambios físicos y químicos. El objetivo es determinar el efecto de la temperatura del tostador en la rapidez del tueste de los granos. Se utilizaron granos de café (Coffea arábica) de la región de la Zona de los Santos, con un análisis sensorial de 80 puntos, empleando un tostador convencional con cilindro horizontal rotativo. Se fijaron tres posiciones de la válvula de gas para establecer diversas condiciones de operación en el tostador. Se utilizaron 5 muestras de 600 g para cada condición del tostador. Se determinó el final del tueste con las temperaturas de 215, 220, 225, 230 y 235 °C. El aumento de la temperatura en dichas condiciones fue lineal, con coeficiente de determinación mayor que 93 %, cuya pendiente representa la rapidez del calentamiento del aire interno. La rapidez del calentamiento fue asociada a la temperatura de equilibrio del tostador por el modelo de Arrhenius. Se determinó la energía de activación para el calentamiento del sistema en 21,6 kJ/ mol. El aumento del consumo de gas genera mayor rapidez en el calentamiento del tostador, de los granos y del aire.The roasting process produce some important changes in physical, chemical and sensory properties of coffee. The production of roasting coffee is related with the temperature of the roaster, the time and the quantity. Temperature is the less studied parameter; however, it has an important potential to associate it with physical and chemical changes. The objective of the investigation is to establish the effect of temperature of roasting in the speed of roasting of grains. There were used coffee grains (Coffea arabica) from Zona de Los Santos (Costa Rica), with 80 points of sensory analysis, using a horizontal rotary cylinder. There were set three positions of the gas valve to have different conditions of the operation of roasting. They were used five samples of 600 g for every condition of roasting. The final roasting was determinated with the temperature of 215, 220, 225, 230 and 235 °C. The increase of temperature in those conditions was linear with a coefficient of determination higher than 93% and the slope represent the speed of internal air heating. The speed of heating was related with the balance temperature of the toaster through the Arrhenius Model. It was determinated the activation energy in: 21.6 kJ/mol. The increase of gas consumption generates a higher speed in the heating of toaster, grains and the air.B5-A86 Optimización del proceso de torrefacción de café en tostador convencional, Vicerrectoría de Investigación, Universidad de Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ingeniería::Facultad de Ingeniería::Escuela de Ingeniería de Biosistema

Color kinetics for roasted coffee using image analysis IMAGEJ

Se estudió el nivel de color usando la escala L*, a* y b* para grano tostado de café (Coffea arábica), preparada para masas iniciales de 500 g con humedad inicial de 12,5 % b.h.. Se utilizó un tostador tipo convencional, donde se mantuvo estable la temperatura inicial del tostador y se produjeron cinco niveles de tostado. Cada muestra fue molida y las partículas fueron clasificadas por tamaño 60 mesh, luego fueron analizadas tomando fotografías, para las cuales se utilizó análisis de imágenes usando el software ImageJ. Se analizó el cambio de color a través de los valores de L*, a* y b* asociados al tiempo para los distintos grados de tueste y estudiaron los valores promedio para el total de pixeles y se encontró que la regresión de mejor ajuste corresponde a una curva polinómica de segundo grado con valores del coeficiente de determinación mayores al 98 %. Adicionalmente se encontró que entre mayor el grado de tostado, menor la desviación estándar de dichas escalas, mostrando mayor uniformidad en el análisis. Esto permite correlacionar de manera objetiva los grados de tueste de un modo que expresa la importancia de la metodología que es versátil, rápida y económica al hacer uso de software libre.Digital Image Processing has the potential to objectively correlate the color of coffee roast levels with a versatile, quick and economic methodology as it can use free software. Color levels were studied using the L*, a* y b* scale for the roasted Coffea Arabica species, prepared for a mass and initial humidity of 500 g and 12,5 % w.b., respectively. A rotary drum toaster was used, where the initial toaster temperature was kept constant and five different roasting levels were obtained. Each sample was milled and classified by size using a 60 mesh screen, and then analyzed capturing images which were later processed using the software ImageJ. Color differences were studied by the measured changes of the L*, a* y b values through time for the different roast degrees, for which an average pixel value was determined. A second degree polynomial equation was determined for the color kinetics, with coefficient of determination values higher than 98%. It was also discovered that the greater the roasting levels, the lower the standard deviation on pixel color values, showing more sample uniformity.Universidad de Costa Rica/[734-B5-A86]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS)UCR::Vicerrectoría de Docencia::Ingeniería::Facultad de Ingeniería::Escuela de Ingeniería de Biosistema

Mass effect on coffee roasting time

Conocer cómo afecta la cantidad de masa el proceso de torrefacción del café se ha vuelto una necesidad, esto ante las distintas capacidades con las que cuentan los tostadores disponibles en el mercado, los cuales deben garantizar un tiempo de tostado aproximadamente entre 8 a 15 minutos, sin afectar la calidad final del café tostado. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la cantidad de masa inicial sobre el tiempo de tostado en tostador convencional. Para ello, se utilizó café de beneficiado con calidad sensorial tipo gourmet, con una distribución de tamaño con 70% sobre zaranda #20, densidad aparente de 637,0 ± 4,2 kg·m-3 y con un contenido de humedad de 0,1255 kg·kg-1. Se definieron cinco masas (250, 500,750, 1000 y 1250g), y la temperatura inicial del tostador fue 321 ± 1 °C. Se alcanzó el nivel de tueste medio con pérdida de masa de 16,2 ± 0,6% con tres repeticiones para cada tratamiento. Se obtuvo que el tiempo de tostado se incrementó proporcionalmente al aumento de la masa, estableciéndose una relación lineal entre la masa inicial y el tiempo de torrefacción del café con un coeficiente de determinación de 99,5 %. Los tiempos de tostado fueron: 4,6 ± 0,1; 8,8 ± 0,1; 13,4 ± 0,2, 16,4 ± 0,2 y 20,1 ± 0,6 minutos, respectivamenteThe coffee roasters must roast the green beans between 8 to 15 minutes for quality preservation, when grain mass increase also increases the roasting times. It is necessary to know a relationship between the mass and time, thus other roasting process parameters. The objective of this study was to evaluate the effect of the quantity of initial mass over roasting time in drum roaster. It was used coffee grains with gourmet quality, with a size distribution with 70% on mesh # 20, bulk density of 637,0 ± 4,2 kg·m-3 and a moisture content of 0,1255 kg·kg-1. The initial roaster temperature was 321 ± 1 ° C and samples of 250, 500, 750, 1000 and 1250 g were initially defined with three replicates for each treatment. The level medium roast was obtained with mass loss of 16,2 ± 0,6%. The roasting time increases proportionally to increase in mass, with a linear relationship between the initial mass and roasting time, and a determination coefficient of 99,5%. The roasting times were 4,6 ± 0,1; 8,8 ± 0,1; 13,4 ± 0,2; 16,4 ± 0,2 and 20,1 ± 0,6 minutes, respectivelyUniversidad de Costa Rica/[734-B5-A86]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS

Constant and decreasing periods of pineapple slices dried by infrared

The aim of the present study is to model the dehydration process of pineapple slices through infrared drying, as well as to determine the critical moisture content and the critical time to the dehydration process. Pineapple slices were cut 5.0 mm thick and 2.0 cm diameter, and dried by an infrared heating source equipped with a built-in scale at accuracy of 0.001 g, under the temperatures of 50, 60, 70, 80, 90 and 100 °C, until constant weight was reached. Mass variation readings were taken at 1.0 min intervals. The mathematical models met the experimental data. The modified model by Henderson and Pabis best represented the data about the drying process. The higher drying temperature led to higher critical moisture content (from 2.205 to 2.450 kgw kgdm -1) and to decreased critical time (18.00 to 5.99 min). The coefficient of effective diffusion increased due to temperature (2.848 x 10-15 to 1.439 x 10-14). The activation energy of the drying process was 33.632 kJ mol-1O objetivo do presente trabalho foi de modelar o processo de desidratação de fatias de abacaxi secadas por infravermelho, bem como determinar o teor de água crítico e o tempo crítico para o processo de desidratação. Fatias de abacaxi foram cortadas com 5,0 mm de largura e 2,0 cm de diâmetro e secadas com uma balança de infravermelho com precisão de 0,001 g, nas temperaturas de 50, 60, 70, 80, 90 e 100 ºC, até massa constante. Leituras da variação de massa foram obtidas em intervalos de 1,0 minuto. Modelos matemáticos foram ajustados aos dados experimentais. Henderson e Pabis Modificado foi o modelo que melhor representou os dados de secagem. Maiores temperaturas de secagem levaram a maiores valores de teor de água crítico (2,205 a 2,450 kgw kgdm -1) e decresceram o tempo crítico (18,00 a 5,99 min). O coeficiente de difusão efetivo aumentou com o incremento de temperatura (2,848 x 10-15 a 1,439 x 10-14) e a energia de ativação para o processo de secagem foi de 33,632 kJ mol-1.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico/[]/CNPq/ BrazilUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS

Granulometria e torrefação na sorção de água em café conilon durante o armazenamento

The aim of this work was to evaluate alterations on the water sorption of coffee due to the effect of roast, grind and storage in two temperatures (10 and 30 ºC) during 180 days. Crude grain coffee (Coffea canephora) with average initial moisture content of 12.61 % (d.b.) was used. Grain was roasted at two levels: medium light (ML) and moderately dark (MD). Afterwards, grain was processed in three different particle sizes: fine (0.59 mm), medium (0.84 mm) and coarse (1.19 mm), besides the whole coffee lot. Samples prepared were then stored in two temperatures (10 and 30 ºC). These were analyzed during six months, at five distinct times (0, 30, 60, 120 and 180 days) regarding moisture content and water activity. Furthermore, mathematical modeling and thermodynamic properties acquisition of the coffee moisture adsorption process were accomplished. A split plot design was used, in which plots consisted of storage period and split-plots consisted of a 2 x 4 x 2 factorial (two roasting degrees, four particle sizes and two storage temperatures), with five repetitions.It was concluded thatparticle size did not significantly affectedmoisture content of coffee, independently of roast degree; Sigma-Copace model best represented hygroscopic equilibrium for sorption of roasted coffee; with moisture content reduction, an increase of differential enthalpy and entropy of sorption and Gibbs free energy occurs.Objetivou-se, nesse trabalho, avaliar as alterações na sorção de água de café, devido ao efeito da torrefação, moagem e armazenamento em duas temperaturas (10 e 30 ºC), durante 180 dias. Café cru (Coffea canephora), com teor de água inicial médio de 12,61 % (b.u.) foi utilizado. Os grãos foram torrados em dois níveis: média clara (MC) e moderadamente escura (ME). Posteriormente, os grãos foram processados em três diferentes granulometrias: fina (0,59 mm), média (0,84 mm) e grossa (1,19 mm), além do lote de café inteiro. As amostras foram armazenadas em duas temperaturas (10 e 30 ºC). Estas foram analisadas durante seis meses, em cinco diferentes tempos (0, 30, 60, 120 e 180 dias), acerca do teor de água e atividade de água. Posteriormente, a modelagem matemática e a aquisição das propriedades termodinâmicas do processo de adsorção foi realizada. Um esquema de parcelas subdivididas foi usado, em que as parcelas consistiram no tempo de armazenamento e as subparcelas um fatorial 2 x 4 x 2 (dois níveis de torrefação, quatro níveis de granulometria e duas temperaturas de armazenamento), com cinco repetições. Foi concluído que a granulometria não afetou significativamente o teor de água de café, independentemente da torra; o modelo de Sigma-Copace é o que melhor representa o equilíbrio higroscópico de sorção de café torrado; com a redução do teor de água há um aumento da entalpia e entropia diferenciais de sorção e da energia livre de Gibbs.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico/[nº 14/2012, 483622/2012-5]//CNPq/BrasilUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro para Investigaciones en Granos y Semillas (CIGRAS

Propriedades físicas de frutos de café robusta durante a secagem: determinação e modelagem

The objective of this work was to evaluate the influence of moisture content in physical properties of coffee berries (Coffea canephora) during drying. Ripe coffee berries with initial moisture content of 1.7 (d.b.) were used, dried in an oven with forced air circulation at 40 ° C, until final moisture content of around 0.13 (d.b.) was reached. During the drying process were evaluated angle of repouse, bulk and true density, porosity and shape factors (main characteristic dimensions, equivalent diameter, sphericity, roundness and the surface-area-to-volume ratio) and analyzed by function of moisture content. It was found that moisture content greatly influences the physical properties of the analyzed coffee berries. With the exception of the surface-area-to-volume ratio, all of these properties decreased by reducing the moisture content. It was also observed that the factors tended to stabilize for the moisture content between 0.42 and 0.68 (d.b.).Objetivou-se, com este trabalho, avaliar a influência do teor de água nas propriedades físicas dos frutos de café da variedade robusta (Coffea canephora), durante a secagem. Foram utilizados frutos de café no estádio de maturação cereja com teor de água inicial de, aproximadamente 1,7 (b.s.), secos numa estufa com circulação forçada de ar à 40 °C, até um teor de água final de, aproximadamente 0,13 (b.s.). Durante o processo de secagem foram avaliados o ângulo de repouso, a massa específica aparente, a massa específica unitária, a porosidade e a forma do produto (dimensões características principais, diâmetro equivalente, esfericidade, circularidade e a relação superfície-volume), analisados em função do teor de água. Verificou-se que a variação do teor de água, durante a secagem, influencia as propriedades físicas dos frutos de café analisadas. Com exceção da relação superfície-volume, todas as propriedades analisadas reduziram com a redução do teor de água. Observou-se ainda que os fatores tenderam à estabilidade para teores de água entre 0,42 e 0,68 (b.s.)