ABSTRACT. Knowledge of the relationship between the equilibrium moisture content of the product and the air that involves it is essential to guarantee product quality and preserve its characteristics during storage. This trend can be studied by sorption isotherms. Thus, this study aimed to obtain desorption and adsorption isotherms of soybean grains to determine the mathematical model that best fits the experimental data and analyze the hysteresis phenomenon. Soybean grains with a moisture content of 21.95% (db) were used to verify the desorption process. The grains were dried until 3.50% (db) for the adsorption process. The static-gravimetric method was employed to determine the equilibrium moisture content of the grain at different temperatures (10, 20, 30, 40, and 50°C) and relative humidity levels (0.10 to 0.92%). Eight mathematical models were fitted to the experimental data. The modified Halsey model satisfactorily represented the desorption and adsorption phenomena of soybean grains. The equilibrium moisture content of soybean grains increased along with an increment in water activity. The increase in temperature led to a reduction in the equilibrium moisture content of soybean grains at a constant water activity. The equilibrium moisture content values obtained by desorption are higher than those obtained by adsorption, indicating the hysteresis phenomenon at the studied temperature range. The isotherms obtained for the desorption and adsorption process were classified as type III because of the high oil content in soybean grains.

Abstract This study characterized the beverage of passion fruit and whey protein added with Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LGG). The acidity, pH, soluble solids, protein, phenolic compounds, and color of the sample did not differ during the 28 days at 5°C. The LGG counts in the beverage remained >7.70 log CFU/mL during the evaluation period. However, the LGG count was significantly reduced after the in vitro simulated gastrointestinal tract (GIT) evaluation (reduction of 5 logarithmic cycles after processing). On the other hand, the LGG resistance to GIT increased during the shelf-life of the beverage (LGG count of ~ 4.0 log CFU/mL after 28 days). In addition, the LGG count after GIT increased by approximately 2.0 logarithmic cycles when microencapsulation and fermentation technologies were used in beverage processing. Thus, the product has the potential to be commercialized, due to high viability of LGG use to increase the resistance of LGG to GIT.

Resumo A escoabilidade dos produtos agrícolas é importante fator a ser considerado na pós-colheita, impactando diretamente no número de operações e no dimensionamento de maquinários. Assim, objetivou-se avaliar e determinar o coeficiente K e as propriedades de fluxo de grãos de café em função de diferentes níveis de torra, granulometria, temperatura e tempo de armazenamento. Grãos de café foram torrados nos níveis média clara e moderadamente escura, e depois moídos nas granulometrias fina, média e grossa. Um lote adicional de grãos de café não foi moído. As amostras foram armazenadas a 10 °C e 30 °C e analisadas durante o armazenamento (0, 30, 60, 120 e 180 dias) em relação aos parâmetros: coeficientes interno e externo de atrito, ângulo de atrito interno, ângulo de atrito interno efetivo, ângulo de atrito com a parede (concreto, aço e madeira) e o coeficiente de pressão lateral (coeficiente K). O ângulo de atrito interno variou significativamente com a granulometria e o nível de torra. A torra moderadamente escura e a granulometria fina obtiveram maiores valores (ao redor de 29,5 °) de ângulo de atrito com a parede. Quanto ao material em que as amostras foram colocadas, a madeira foi o material no qual as amostras apresentaram os maiores valores de ângulo de atrito com a parede, seguidas pelas amostras colocadas no concreto e no aço, quando comparadas na mesma temperatura de armazenamento, no mesmo nível de torra e na mesma granulometria. Os grãos de café inteiros foram classificados como de fluxo livre. A granulometria fina levou a um fluxo coesivo, de acordo com a função fluxo. Café torrado em média clara, inteiro, requer estruturas de armazenagem que suportem maior pressão, de acordo com os valores do coeficiente K.

Abstract Flowability of agricultural products is an important factor to be considered at post-harvest, thus impacting directly on number of operations and the design of machinery. This study aimed to evaluate and determine the K coefficient and flow properties as a function of different levels of roasting, grain size, temperature and storage. Coffee beans were roasted at medium light and moderately dark, then ground at fine, medium and coarse sizes. An additional coffee lot was not ground. Samples were stored at 10 ºC and 30 ºC and analyzed during storage (0, 30, 60, 120 and 180 days), regarding internal and external friction coefficients, angle of internal friction, effective angle of internal friction, wall friction angle (concrete, rough steel and wood) and lateral pressure coefficient (K coefficient). Angle of internal friction varied significantly due to particle size and roast degree. Moderately dark roast with fine particle size led to higher values (about 29.5 º) of wall friction angle. The wood sample was the material with the highest values of wall friction angle, followed by the concrete and steel samples, when compared at the same storage temperature, roast degree and particle size. Whole coffee was classified as free-flowing. Fine particle size leads to cohesive flow characteristic, according to the flow function. Coffee roasted at medium light, kept whole requires storage facilities with higher pressure support, accordingly to the K coefficient values.

RESUMO Estudos sobre as propriedades termodinâmicas de sementes de azevém são necessários para melhorar os processos pós-colheita, relacionando os fatores que afetam a qualidade do produto com a interação entre a água e seus componentes químicos. Dada a importância de reconhecer e entender o comportamento intrínseco da água em sementes de azevém e fornecer dados para a melhoria de equipamentos de secagem industriais, este trabalho teve como objetivo calcular e avaliar as propriedades termodinâmicas da dessorção de água de sementes de azevém em função do teor de água de equilíbrio. Utilizou-se sementes de azevém com teor de água inicial de 10,4 (% b.s.). O teor de água de equilíbrio das sementes foi determinado pelo método estático-gravimétrico, para diferentes valores de temperatura (10, 20, 30, 40 e 50 °C) e atividade de água (entre 0,10 e 0,90), em três repetições. O modelo Chung Pfost foi o que apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais. Observou-se que o calor isostérico integral de dessorção aumentou à medida que o teor de água de equilíbrio diminuiu, variando de 2499,95 a 4241,96 kJ kg-1 na faixa de teor de água entre 2,80 a 22,10 (% b.s.). A entropia diferencial também aumentou com a diminuição do teor de água em equilíbrio, assim como a energia livre de Gibbs, sendo positiva para todas as temperaturas estudadas, indicando que a dessorção de sementes de azevém é um processo não espontâneo. A teoria da compensação entalpia-entropia foi satisfatoriamente aplicada ao fenômeno de sorção de água, sendo controlado pela entalpia.

ABSTRACT Studies about the thermodynamic properties of ryegrass seeds are necessary to improve post-harvest processes, relating the factors that affect product quality with the interaction between water and its chemical components. Given the importance of recognizing and understanding the intrinsic behavior of water in ryegrass seeds and providing data for the improvement of industrial drying equipment, this work aimed to calculate and evaluate the thermodynamic properties of moisture desorption of ryegrass seeds as a function of the equilibrium moisture content. Ryegrass seeds with initial moisture content of 10.4 (% d.b.) was used. The equilibrium moisture content of seeds was determined by static-gravimetric method at different temperatures (10, 20, 30, 40, and 50 °C) and water activity values (between 0.10 and 0.90), in three repetitions. The Chung Pfost model presented the best fit to the experimental data. It was observed that the integral isosteric desorption heat increased as the equilibrium moisture content decreased, ranged from 2499.95 to 4241.96 kJ kg-1 in the moisture content range 2.80 to 22.10 (% d.b.). Differential entropy also increased with decreasing equilibrium moisture content, as did Gibbs free energy, being positive for all temperature studied, indicating that ryegrass seeds desorption is a non-spontaneous process. The enthalpy-entropy compensation theory was satisfactorily applied to the sorption phenomenon, being controlled by enthalpy.

RESUMO A fim de desenvolver sistemas adequados de armazenamento e secagem, é necessário determinar as isotermas de sorção das sementes. A composição química do produto influencia o processo de sorção; produtos com alto teor de óleo absorvem menor quantidade de umidade do ambiente, quando comparados a produtos com alto teor de carboidratos. Devido à importância de compreender a higroscopicidade de diferentes produtos agrícolas, este trabalho teve como objetivo determinar, modelar e avaliar a diferença entre as isotermas de dessorção de sementes de azevém e linhaça, em diferentes condições de temperatura e umidade relativa. Utilizaram-se sementes de azevém e linhaça com teor de água inicial de 10,4 e 8,7% (bs), respectivamente. O teor de água de equilíbrio das sementes foi determinado pelo método estático-gravimétrico em diferentes valores de temperatura (10, 20, 30, 40, e 50 ± 1 ºC) e umidade relativa (entre 11 a 96 ± 2%), em três repetições. Sete modelos matemáticos foram ajustados aos dados experimentais do teor de água de equilíbrio das sementes. O modelo Chung Pfost foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais das sementes de azevém, enquanto o modelo Smith foi escolhido para as sementes de linhaça. O teor de água de equilíbrio das sementes diminuiu à medida que a temperatura aumentou, para um valor constante de atividade de água. As isotermas de dessorção de sementes de azevém (Tipo II) e de linhaça (Tipo III) são diferentes, de acordo com a classificação de Brunauer, devido à composição dos produtos (teor de amido e óleo).

ABSTRACT It is necessary to determine the sorption isotherms of seeds to develop adequate systems of storage and drying. The chemical composition of a product affects the sorption process; products with a high oil content adsorb a lower amount of moisture from the environment than products with a high carbohydrate content. Given the importance of the hygroscopicity of different agricultural products, this work aimed to determine, model and evaluate the difference between desorption isotherms of ryegrass and flax seeds grown at different temperature and relative humidity conditions. Ryegrass and flax seeds, which contained initial moisture contents of 10.4 and 8.7% (db), respectively, were used. The equilibrium moisture content of the seeds was determined using a static-gravimetric method at different temperatures (10, 20, 30, 40, and 50 ± 1 °C) and relative humidity values (between 11 and 96 ± 2%), in three replicates. Seven mathematical models were adjusted to the equilibrium moisture content experimental data of the seeds. The Chung Pfost model best fit the experimental data of ryegrass seeds, whereas the Smith model was determined to be the best fit for flax seeds. The equilibrium moisture content of the seeds was found to decrease as the temperature increased when the value of water activity was constant. The desorption isotherms of ryegrass seeds (Type II) and flax seeds (Type III) are different, according to Brunauer’s classification, which is caused by the composition (starch and oil content) of each product.

RESUMO Banana é uma das frutas mais consumidas no mundo, sendo grande parte de sua produção realizada em países tropicais. Este produto possui uma grande variedade de vitaminas e minerais, sendo um importante componente da alimentação no mundo. Entretanto, a vida de prateleira da banana é curta, requerendo, portanto, procedimentos de modo a prevenir a perda de qualidade e aumentar sua vida de prateleira. Um desses procedimentos é a secagem. Este trabalho objetivou estudar o processo de secagem de fatias de banana (Cv. Prata) por infravermelho e determinar os coeficientes de transferência de calor e massa desse processo. Em adição, foram obtidos o coeficiente de difusão efetivo e a relação entre os estádios de maturação de bananas e a secagem. Fatias de banana em quatro diferentes estádios de maturação foram secadas usando um secador com fonte de calor por infravermelho em quatro temperaturas distintas (65, 75, 85 e 95 ºC). O modelo de Midilli foi o que melhor representou a secagem por infravermelho das fatias de banana. Os coeficientes de transferência de calor e massa variaram, respectivamente, entre 46,84 e 70,54 W m-2 K-1 e 0,040 a 0,0632 m s-1 para a faixa de temperatura, em diferentes estádios de maturação. O coeficiente de difusão efetivo variou entre 1,96 a 3,59×10-15 m² s-1. As energias de ativação encontradas foram de 16,392; 29,531; 23,194 e 25,206 kJ mol-1 para o 2º, 3º, 5º e 7º estádio de maturação, respectivamente. Os estágios de maturação não afetaram a secagem por infravermelho de bananas.

ABSTRACT Banana is one of the most consumed fruits in the world, having a large part of its production performed in tropical countries. This product possesses a wide range of vitamins and minerals, being an important component of the alimentation worldwide. However, the shelf life of bananas is short, thus requiring procedures to prevent the quality loss and increase the shelf life. One of these procedures widely used is drying. This work aimed to study the infrared drying process of banana slices (cv. Prata) and determine the heat and mass transfer coefficients of this process. In addition, effective diffusion coefficient and relationship between ripening stages of banana and drying were obtained. Banana slices at four different ripening stages were dried using a dryer with infrared heating source with four different temperatures (65, 75, 85, and 95 ºC). Midilli model was the one that best represented infrared drying of banana slices. Heat and mass transfer coefficients varied, respectively, between 46.84 and 70.54 W m-2 K-1 and 0.040 to 0.0632 m s-1 for temperature range, at the different ripening stages. Effective diffusion coefficient ranged from 1.96 to 3.59 × 10-15 m² s-1. Activation energy encountered were 16.392, 29.531, 23.194, and 25.206 kJ mol-1 for 2nd, 3rd, 5th, and 7th ripening stages, respectively. Ripening stages did not affect the infrared drying of bananas.

RESUMO. 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 kga kgms -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.

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 kgwkgdm -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.

Resumo A secagem de produtos agrícolas é largamente utilizada no mundo para diminuir o teor de água do produto, dificultando o crescimento microbiano e a ocorrência de reações químicas e bioquímicas e possibilitando a armazenagem segura por períodos longos, além de reduzir o volume e a massa a ser transportada. O objetivo do presente trabalho foi avaliar e modelar a etapa de secagem de morangos (Fragaria L.), bem como obter parâmetros termodinâmicos em três diferentes temperaturas (40 °C, 50 °C e 60 °C). Foram utilizados frutos obtidos na CEASA-DF, com teor de água inicial de 93,0% (b.u.). Os dados experimentais foram ajustados a seis modelos matemáticos usualmente utilizados para a representação da etapa de secagem. A energia de ativação para a secagem dos morangos, a entropia, a entalpia e a energia livre de Gibbs foram obtidas. O modelo Logaritmo foi o que melhor representou a secagem de frutos de morangueiro, apresentando valores de erro médio relativo entre 7,59% e 8,48%, desvio-padrão da estimativa entre 0,03 e 0,06 e coeficiente de determinação entre 99,93% e 99,95%. A entalpia do processo de secagem diminuiu com o aumento da temperatura de secagem, com valores de –481,21, –564,35 e –647,49 J mol–1 para as temperaturas 40, 50 e 60 °C, respectivamente. O mesmo comportamento ocorreu com a entropia, com valores -238,35, -238,61 e –238,86 J mol–1 K–1, para temperaturas 40, 50 e 60 °C, respectivamente. A energia livre de Gibbs aumentou com o aumento da temperatura, atingindo valores de 74.159,75, 76.544,54 e 78.931,90 J mol–1 para as temperaturas 40, 50 e 60 °C, respectivamente.

Summary The drying of agricultural products is widely used throughout the world to diminish the moisture content of the product, making microbial growth and chemical and biochemical reactions difficult, enabling safe storage for longer periods and also reducing the volume and mass to be transported. The aim of the present work was to evaluate and model the drying process of strawberries (Fragaria L.) and obtain the thermodynamic parameters at three different temperatures (40, 50 and 60°C). Fruits purchased at CEASA-DF with an initial moisture content of 93% (w.b.) were used. The experimental data were fitted to six mathematical models commonly employed to represent the drying step. The activation energy for the drying of strawberries and also the entropy, enthalpy and Gibbs free energy were determined. The Logarithmic model was the one that best fitted the drying phenomenon of strawberry fruits, presenting values for the mean relative error between 7.59 and 8.48%, with an estimated standard error between 0.03 and 0.06 and determination coefficient between 99.93 and 99.95%. The enthalpy of the drying process decreased with increase in drying temperature, with values of –481.21, –564.35 and –647.49 J mol–1 for temperatures of 40, 50 and 60°C, respectively. The same trend occurred for entropy, with values of –238.35, –238.61 and –238.86 J mol–1K–1 for the temperatures of 40, 50 and 60°C, respectively. Gibbs free energy increased with increase in temperature, attaining values of 74,159.75, 76,544.54 and 78,931.90 J mol–1 for the temperatures of 40, 50 and 60°C, respectively.

Isotermas de sorção são importantes para definir os limites de desidratação do produto, estimar o teor de água e seu valor para o armazenamento seguro. Objetivou-se determinar as isotermas de dessorção de sementes de pepino armazenadas em diferentes temperaturas (10, 20, 30, 40 e 50 ºC) e umidade relativa (0,11-0,96) do ar e determinar as propriedades termodinâmicas deste processo. Modelos matemáticos foram ajustados aos dados experimentais para representar a higroscopicidade. O calor isostérico de dessorção foi calculado baseado na relação termodinâmica de Clausius-Clapeyron e a energia livre de Gibbs por meio da equação de Van't Hoff. Henderson modificado foi o modelo que melhor representou a higroscopicidade das sementes de pepino. O teor de água de equilíbrio das sementes de pepino diminuiu com o aumento da temperatura em um valor constante de umidade relativa. Os valores de entalpia diferencial, que representam a energia requerida para remover umidade das sementes, variaram de 2923 a 2469 kJ. kg-1. Entropia diferencial e energia livre de Gibbs decresceram com o aumento do teor de água. A teoria da compensação de entalpia-entropia é válida para a sorção de sementes de pepino, em que a sorção de água nas sementes de pepino é controlada pela entalpia.

Hygroscopic equilibrium curves or sorption isotherms are important in order to define dehydration limits of the product, estimate moisture content alterations under environment conditions and to acquire moisture content values for safe storage. This work aimed to determine desorption isotherms of cucumber seeds stored at different temperature (10, 20, 30, 40 and 50 ºC) and relative humidity (0.11 to 0.96) and the thermodynamic properties of this process. Mathematical models were fitted to experimental data in order to represent the agricultural products hygroscopicity. Net isosteric heat of desorption was performed based on the Clausius-Clapeyron thermodynamic relation and Gibbs free energy through the Van't Hoff equation. Based on statistical parameters, Modified Henderson model was the one that best represented hygroscopicity of cucumber seeds. Equilibrium moisture content of cucumber seeds decreased with temperature increment at a constant value of relative humidity. Differential enthalpy values, representing the energy required to remove moisture from the cucumber seeds, ranged from 2923 to 2469 kJ. kg-1. Values of differential entropy and Gibbs free energy decreased with moisture content increase. Enthalpy-entropy compensation theory is valid for the sorption of cucumber seeds, in which the water sorption mechanism in cucumber seeds can be considered to be enthalpy controlled.

The purpose of this study was to investigate and model the water absorption process by corn kernels with different levels of mechanical damage Corn kernels of AG 1510 variety with moisture content of 14.2 (% d.b.) were used. Different mechanical damage levels were indirectly evaluated by electrical conductivity measurements. The absorption process was based on the industrial corn wet milling process, in which the product was soaked with a 0.2% sulfur dioxide (SO2) solution and 0.55% lactic acid (C3H6O3) in distilled water, under controlled temperatures of 40, 50, 60, and 70 ºC and different mechanical damage levels. The Peleg model was used for the analysis and modeling of water absorption process. The conclusion is that the structural changes caused by the mechanical damage to the corn kernels influenced the initial rates of water absorption, which were higher for the most damaged kernels, and they also changed the equilibrium moisture contents of the kernels. The Peleg model was well adjusted to the experimental data presenting satisfactory values for the analyzed statistic parameters for all temperatures regardless of the damage level of the corn kernels.

Tendo em vista a importância dos modelos matemáticos no desenvolvimento e análise de sistemas de secagem, além do conhecimento e necessidade de desenvolver interfaces de modo a aprimorar a acessibilidade e uso destes modelos, este trabalho visou: a) implementar o modelo de Thompson de modo a simular a secagem de grãos a altas temperaturas; b) desenvolver uma linguagem apropriada para gerar sistemas de secagem; e c) desenvolver uma interface gráfica com o objetivo de facilitar o entendimento do usuário, utilizando-se a linguagem Visual Basic 6.0. O programa computacional LINSEC, demonstrou uma alta efetividade na simulação de secagem, fornecendo valores próximos à realidade. É flexível e de fácil utilização pelo usuário durante a simulação para diferentes tipos de secadores.

Considering the importance of mathematical models in the development and analysis of grain drying systems, and understanding the need to develop interfaces that will improve the accessibility of these models, this work aimed to: a) implement the Thompson model to simulate grain drying at high temperatures; b) develop an appropriate language to generate drying models; and c) develop a graphical interface with the goal of facilitating user understanding. Thus the computational program LINSEC that was created using the programming language Visual Basic 6.0. LINSEC was highly effective for the modeling and simulation of drying systems and in providing simulated values close to reality. LINSEC is highly flexible and user-friendly during the modeling of several types of dryers.