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 aimed to fit mathematical models to whey foam drying processes in different air temperature conditions, to determine the effective diffusion coefficient and to obtain the activation energy. For foam formation, 5.0% Emustab® was added to the serum in mass and subjected to stirring in a domestic shaker for 15 min. After, it was spread onto trays to form a thin layer of about 1 cm in which the drying conditions were: 40, 45, 50, 55 and 60 °C, 5.6 m s-1 and 60%. The Logarithm and Midilli models describe the kinetics of serum foam drying; the effective diffusion coefficient increased with the elevation of drying temperature and activation energy of 50.84 kJ mol-1.

RESUMO Objetivou-se modelar e determinar as propriedades termodinâmicas de sorção de água em pó de graviola. As isotermas foram determinadas pelo método estático nas temperaturas de 10; 20; 30; 40 e 50 °C e atividade de água entre 0,113 a 0,868 (decimal). O modelo de GAB descreveu bem o fenômeno de sorção de água do pó de graviola. O teor de água da monocamada variou de 12,589 a 9,109% b.s. Os valores de entalpia relacionados ao modelo de GAB foram negativos, com valor de -2581,035 kJ kg-1 para C0 e -107,758 kJ kg-1 para K0. O calor isostérico de sorção, a entropia e a energia livre de Gibbs apresentaram alta correlação com o teor de água de equilíbrio e a correlação entalpia e entropia se confirmou para a sorção de água em pó de graviola.

ABSTRACT The aim of this study was to model and determine the thermodynamic properties of moisture sorption in soursop fruit powder. The isotherms were determined by the static method at temperatures of 10, 20, 30, 40 and 50 °C, and a water activity of between 0.113 and 0.868 (decimal). The GAB model effectively described the moisture sorption phenomenon of soursop powder. The monolayer moisture content ranged from 12.589 to 9.109% db. The enthalpy values related to the GAB model were negative, with -2581.035 kJ kg-1 for C0 and -107,758 kJ kg-1 for K0. The isosteric heat of sorption, entropy and Gibbs free energy had a high correlation with the equilibrium moisture content, and the correlation between enthalpy and entropy was confirmed for moisture sorption in soursop powder.

RESUMO: Objetivou-se com este trabalho determinar as propriedades mecânicas de grãos de feijão cultivar BRSMG Majestoso revestidos com cera de carnaúba. Foram utilizados grãos com teor de água de aproximadamente 0,1481 decimal b.s. (base seca), tratados com solução de cera de carnaúba. Parte destes destinou-se à amostra testemunha, uma a aplicação de cera diluída na proporção de 1/1 (solução de cera de carnaúba/água) e outra a aplicação apenas de solução de cera de carnaúba, tratamentos 0, 1 e 2, respectivamente. Foram realizados ensaios de compressão uniaxiais no aparelho universal de testes, TA. HD Texture Analyser, com célula de carga de 500 N. Os testes de compressão foram realizados ao longo do período de armazenamento nos grãos in natura, naqueles que passaram pelo processo de hidratação nas temperaturas de 40 e 50 °C e em grãos ao longo do processo de cocção. Apenas o tempo de armazenamento teve um efeito significativo (P<0,05) sobre a força de ruptura e o módulo proporcional de deformidade. A hidratação e a cocção dos grãos proporcionaram redução nos valores das variáveis estudadas.

ABSTRACT: The objective of this research was to determine the mechanical properties of beans (BRSMG Majestuoso) coated with carnauba wax solution. Grains with 0.1481 (d.b.) moisture content was used. Treatments 0, 1 and 2 were respectively defined as the control sample, application of the wax diluted 1/1 (carnauba wax solution/water) and application of carnauba wax without dilution. Uniaxial compression tests were performed in the universal test apparatus, TA HD Texture Analyzer with 500 N load cell. Compression tests were carried out during the storage period of in-nature grains, in those that underwent the hydration process at 40 and 50 °C of temperature and in grains during the cooking process. Only the storage time had a significant effect (P<0.05) on the rupture force and the proportional deformity module. Hydration and cooking of the grains provided a reduction in the values of the studied variables.

RESUMO A desidratação de produtos vegetais prolonga sua vida útil e reduz sua massa e volume, o que aumenta a eficiência de transporte e armazenamento e agrega valor aos alimentos. No entanto, é um processo intensivo em energia e tempo, tornando necessária a busca por tecnologias mais eficientes. Diante do exposto, objetivou-se investigar o processo de desidratação de gengibre por infravermelho através da aproximação do período constante de desidratação à teoria do processo de transferência de calor e de massa para o termômetro de bulbo molhado, e do período decrescente de desidratação à teoria de difusão liquida. Foram utilizadas fatias de 5,0 mm de espessura e 2,0 cm de diâmetro para serem secas em um secador com fonte de irradiação infravermelha nas temperaturas de 50, 60, 70, 80, 90 e 100 °C, até massa constante. Os coeficientes de transferência de calor e de massa, e o coeficiente de difusão efetivo, aumentaram linearmente com o aumento da temperatura, obtendo-se valores que variaram respectivamente de 69,40 a 92,23 W m-2 °C-1, 0,062 a 0,089 m s-1 e 3,81 x 10-9 a 1,13 x 10-8 m2 s-1. A variação dos coeficientes de transferência de calor e de massa foi descrita por um modelo linear e a variação do coeficiente de difusão efetivo com a temperatura foi descrita por meio da relação de Arrhenius, cuja energia de ativação foi de 22,07 kJ mol-1. O modelo de Henderson e Pabis modificado foi capaz de descrever satisfatoriamente o período de taxa de secagem decrescente.

ABSTRACT Dehydration of plant products extends its shelf life and reduces its mass and volume, which increases transport and storage efficiency and adds value to food. However, it is an intensive process in energy and time, making necessary the search for more efficient technologies, Thus, this study aimed to investigate the infrared ginger dehydration process by approaching the constant period of dehydration to the theory of mass and heat transfer process to the wet bulb thermometer and the decreasing period of dehydration to liquid diffusion theory. We submitted 5.0 mm thickness and 2.0 cm diameter slices to a dryer with infrared radiation at 50, 60, 70, 80, 90 and 100 °C until constant mass. Heat and mass transfer coefficients, and effective diffusion coefficient increased linearly with temperature increasing, resulting in values ranging from 69.40 to 92.23 W m-2 °C-1, 0.062 to 0.089 m s-1 and 3.81 x 10-9 to 1.13 x 10-8 m2 s-1. Variation of heat and mass transfer coefficients was described by a linear model and the variation of effective diffusion coefficient with the temperature was described with the Arrhenius relation, whose activation energy was 22.07 kJ mol-1. The modified Henderson and Pabis model was able to satisfactorily describe the period of decreasing drying rate.

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.

Infrared dehydration is more advantageous than the convective system under similar conditions, and studying this process is important to further develop equipment and procedures. Thus, the aim of this work was to study the dehydration process of tomato (Solanum lycopersicum L.) slices obtained by infrared drying at three different maturity stages throughout two different procedures: Firstly, the drying model was determined by applying the mass and energy balances under wet bulb temperature for the constant drying rate period and secondly, the mass effective diffusion coefficient was determined throughout the experimental data and the theory of diffusion of the liquid phase for the decreasing drying rate period. Tomato fruits cv. Santa Cruz were used. Three maturity stages were selected: green (stage 1), orange (stage 2), and red (stage 3). Mathematical models frequently used to represent drying of agricultural products were fitted to the experimental data of tomato drying. The effective diffusion coefficient was obtained by adjusting the liquid diffusion mathematical model to the experimental data of the descending period of dehydration. The two-term model was the best one to represent the tomato dehydration process. The critical moisture content for tomato dehydration was 2.97 kgw kgdm-1. There is an initial dehydration period in which the drying rate reaches its maximum (approximately 1.05 kgw kgdm-1, about 3 min). Three different methods were used to obtain values of the effective diffusion coefficient, including the finite element method, which had the lowest values for the least square sum of deviation 1.00 x 10-7 m² s-1. The global coefficient of heat transfer was 12.45 W m-2K-1, and the global coefficient of mass transfer was 0.0105 m s-1.

La deshidratación por infrarrojo es más ventajosa que el sistema convectivo, en condiciones similares, y el estudio de este proceso es importante para el desarrollo de equipos y procedimientos. Por tanto, el presente trabajo tuvo como objetivo el estudio del proceso de deshidratación en tres diferentes estados de maduración de rebanadas de tomate (Solanum lycopersicum L.) por medio del secado por infrarrojo, usando dos métodos: aproximación del período constante de deshidratación a la teoría de la transferencia de calor y masa para el termómetro de bulbo húmedo; y al período decreciente de la deshidratación a la teoría de difusión de líquidos. Se utilizaron frutos de tomate cv. Santa Cruz. Tres estados de maduración fueron obtenidos: verde (estado 1), naranja (estado 2) y rojo (estado 3). Modelos matemáticos usualmente utilizados para representar el secado de productos agrícolas fueron ajustados a los datos experimentales del secado de tomate. El coeficiente de difusión efectivo fue obtenido por medio del ajuste del modelo matemático de difusión líquida a los datos experimentales del período decreciente de deshidratación. El modelo Dos Términos representó mejor el proceso del secado de rebanadas de tomate. La humedad crítica para la deshidratación de tomate fue 2.97 kgw kgdm-1. Existe un período inicial de deshidratación en que la tasa de secado alcanzó el máximo (aproximadamente 1.05 kgw kgdm-1, alrededor de 3 min). Tres diferentes métodos fueron utilizados para obtener los valores del coeficiente efectivo de difusión, incluyendo el método de elementos finitos, en que presentó los menores valores de la suma de desviaciones mínimas al cuadrado, 1.00 x 10-7 m² s-1. El coeficiente global de transferencia de calor fue 12.45 W m-2 K-1, y el coeficiente global de transferencia de masa fue 0.0105 m s-1.

O presente trabalho foi realizado com o objetivo de determinar e modelar as curvas de desidratação por infravermelho de fatias de maçã das cultivares Fuji e Gala. As fatias foram desidratadas até atingir massa constante, em um secador protótipo com fonte de aquecimento por infravermelho, utilizando-se uma faixa de temperatura de 50 a 100 °C. Devido às características físicas do produto, a desidratação foi dividida em dois períodos, constante e decrescente, separados por um teor de água crítico. Para a modelagem do período de desidratação constante, utilizou-se um modelo linear. Aos dados experimentais do período decrescente de desidratação, foram ajustados modelos empíricos tradicionalmente utilizados para modelagem do processo de secagem de produtos agrícolas. Foi obtido um teor de água crítico de 2,811 e 3,103 kgw kgs-1 para as cultivares Fuji e Gala, respectivamente. Pelos resultados obtidos, concluiu-se que a taxa de desidratação constante apresentou uma relação direta com a temperatura, possibilitando ajustar um modelo que descreve a variação do teor de água em função do tempo e da temperatura. Dentre os modelos utilizados para descrever o período decrescente de desidratação, o proposto por Midilli foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, para todas as condições estudadas.

The objective of this work was to determine and model the infrared dehydration curves of apple slices - Fuji and Gala varieties. The slices were dehydrated until constant mass, in a prototype dryer with infrared heating source. The applied temperatures ranged from 50 to 100 °C. Due to the physical characteristics of the product, the dehydration curve was divided in two periods, constant and falling, separated by the critical moisture content. A linear model was used to describe the constant dehydration period. Empirical models traditionally used to model the drying behavior of agricultural products were fitted to the experimental data of the falling dehydration period. Critical moisture contents of 2.811 and 3.103 kgw kgs-1 were observed for the Fuji and Gala varieties, respectively. Based on the results, it was concluded that the constant dehydration rates presented a direct relationship with the temperature; thus, it was possible to fit a model that describes the moisture content variation in function of time and temperature. Among the tested models, which describe the falling dehydration period, the model proposed by Midilli presented the best fit for all studied conditions.

O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito da variação do teor de água na contração volumétrica, dimensões características e forma dos frutos de mamona durante a secagem. Foram utilizados frutos colhidos com teor de água de 2,50 (b.s.), secos à temperatura de 40ºC até o teor final de 0,11 (b.s.). O tamanho dos frutos foi determinado por meio da variação do volume e a forma foi analisada pela esfericidade e circularidade. A contração volumétrica dos frutos foi determinada pela relação entre o volume em cada teor de água e o volume inicial. Com base nos resultados, concluiu-se que a forma dos frutos de mamona é influenciada pela redução do teor de água, promovendo redução da esfericidade e circularidade. As dimensões características (comprimento, largura e espessura) e o diâmetro geométrico médio dos frutos sofrem redução de suas magnitudes com a redução do teor de água. A redução do teor de água influencia a contração volumétrica unitária e da massa dos frutos de mamona, provocando redução de seus valores em 46,0 e 63,0%, respectivamente. O modelo polinomial, dentre aqueles testados, foi o que melhor representou o fenômeno da contração volumétrica da massa e unitária dos frutos de mamona.

The objective of this work was to evaluate the effect of moisture content on castor bean fruit shrinkage, dimensional characteristics and shape during drying. Castor bean fruits were harvested with 2.50 (d.b.) moisture content and dried at 40ºC up to final moisture content of 0.11 (d.b.). The size of the fruits was determined according to the shrinkage rate and the shape analyzed through the sphericity and circularity method. Castor fruit shrinkage was determined by the ratio between its volume with respective moisture content and its initial volume. Based on the obtained results, it can be concluded that the shape castor bean fruits is influenced by reduction in moisture content promoting the sphericity and circularity values as the moisture content is reduced. The dimensional characteristics (length, width and thickness) and the mean geometric diameter values of the fruits are reduced as the moisture content is reduced. The moisture content reduction influenced unit volumetric shrinkage and fruit mass, resulting in reduction of 46.0 and 63.0%, respectively. The polynomial model, among all tested, best fit the shrinkage phenomenon of castor bean fruits.

O objetivo deste trabalho foi estudar o fenômeno de hidratação em grãos de arroz da variedade IRGA 424 para diferentes temperaturas. Foram utilizados grãos de arroz em casca com teor de água inicial de 0,1364 kg a.kg-1ms embebidos em água destilada nas temperaturas de 35, 45, 55 e 75 ºC. O aumento da temperatura resultou em aumento da taxa de absorção de água e o modelo de Peleg ajustou-se satisfatoriamente aos dados experimentais. O coeficiente efetivo de difusão aumentou com o aumento da temperatura variando de 0,80 a 9,18 x 10-11 m²/s. A dependência do coeficiente efetivo de difusão com a temperatura pode ser descrita pela relação de Arrhenius, apresentando, para a faixa de temperatura estudada, a energia de ativação de 33,2 kJ.mol-1.

The aim of this work was to study the water uptake phenomenon during soaking of husk rice (IRGA 424) under different temperatures. Grains of husk rice with initial water content of 0.1364 (d.b.) imbibed in distilled water at temperatures of 35, 45, 55, and 75 ºC were used. A temperature increase resulted in an increase in the water absorption rate. The Peleg's model fitted satisfactory to the experimental data of water absorption kinetics. The effective diffusion coefficient increased with an increase in temperature ranging from 0.80 to 9.18 x 10-11 m²/s. The dependency of the effective diffusion coefficient on temperature can be described by the Arrhenius relationship for the temperature range studied, activation energy of 33.2 kJ.mol-1.