Kinetic modeling of water sorption by roasted and ground coffee

Abstract

The objective of this study was to model the kinetics of water sorption in roasted and ground coffee. Crude Arabica coffee beans with an initial moisture content of 0.1234 kg w kg dm-1 were used. These beans were roasted to a medium roast level (SCCA # 55) and ground at three particle sizes: coarse (1.19 mm), medium (0.84 mm) and fine (0.59 mm). To obtain the water sorption isotherms and the isosteric heat, different conditions of temperature and relative humidity were analyzed using the dynamic method at 25oC (0.50, 0.60, 0.70, and 0.80 of RH) and 30°C (0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, and 0.80 of RH) and using the static method at 25oC (0.332 and 0.438 of RH). The GAB model best represented the hygroscopic equilibrium of roasted coffee at every particle size. Isosteric heat of sorption for the fine particle size increased with increments of equilibrium moisture content, indicating a strong bond energy between water molecules and the product components. The Gibbs free energy decreased with the increase in equilibrium moisture content and with temperature.

Objetivou-se com este trabalho modelar a cinética de sorção de água pelo café torrado e moído. Foram utilizados grãos de café arábica com teor de água inicial de 0,1234 kg a kg ms-1 , torrados no ponto de torra médio (SCCA # 55), tendo sido estabelecido três níveis granulométricos: grossa (1,19 mm), média (0,84 mm) e fina (0,59 mm). Para a obtenção das isotermas de sorção da água e do calor isostérico, foram analisadas diferentes condições de temperatura e umidade relativa: usando o método dinâmico, 25oC (0,50; 0,60; 0,70 e 0,80 de UR) e 30°C (0,30; 0,40; 0,50; 0,60; 0,70 e 0,80 de UR); e o método estático, 25oC (0,332 e 0,438 de UR). Os dados de teor de água no equilíbrio foram correlacionados com modelos matemáticos. O modelo de GAB foi o que melhor representou o equilíbrio higroscópico para a sorção do café torrado nos diferentes níveis granulométricos. O calor isostérico de sorção na granulometria fina aumentou com a elevação do teor de água de equilíbrio indicando forte grau de ligação entre as moléculas de água e o produto. A energia livre de Gibbs diminuiu com o aumento do teor de água de equilíbrio e com a temperatura.