Modeling the hygroscopic behavior of coffee in hull for storage optimization

Abstract

Coffee is one of the most important global commodities, with Brazil leading its production. To ensure its quality and commercial viability, off-season storage is essential. However, inadequate moisture content leads to grain deterioration. The aim of this study was to analyze the hygroscopic behavior of hulled coffee, evaluating mathematical models for predicting moisture adsorption isotherms. The research was conducted using Yellow Bourbon coffee, applying the static method with saturated saline solutions to control relative humidity at temperatures ranging from 10 to 50 °C. Twelve mathematical models were evaluated regarding their fit to the experimental data. The results showed that the adsorption isotherms of hulled coffee follow a sigmoidal pattern, indicating that equilibrium moisture decreases with increasing temperature. The Harkins model presented the best fit, with a coefficient of determination (R²) of 0.998 and a standard error of estimate (SE) of 0.448, outperforming other widely used models. Visual validation of the model confirmed its high accuracy, with predicted values closely aligned with the experimental data. It is concluded that the Harkins model is the most suitable tool for optimizing the storage of hulled coffee, providing a technical basis for sustainable moisture management and the preservation of grain quality.

O café é uma das commodities mais importantes do mundo, e o Brasil se destaca como o principal produtor global. Para garantir a qualidade e a viabilidade comercial do produto, o armazenamento na entressafra é uma etapa fundamental. No entanto, teores inadequados de umidade podem acelerar a deterioração dos grãos. Assim, este estudo teve como objetivo analisar o comportamento higroscópico do café beneficiado, avaliando modelos matemáticos capazes de prever isotermas de adsorção de umidade. A pesquisa foi realizada com café da variedade Yellow Bourbon, utilizando o método estático com soluções salinas saturadas para controle da umidade relativa, em temperaturas entre 10 e 50 °C. Ao todo, doze modelos matemáticos foram avaliados quanto ao ajuste aos dados experimentais. Os resultados mostraram que as isotermas de adsorção do café beneficiado apresentaram comportamento sigmoidal, indicando redução da umidade de equilíbrio com o aumento da temperatura. Entre os modelos testados, o modelo de Harkins apresentou o melhor desempenho, com coeficiente de determinação (R²) de 0,998 e erro padrão de estimativa (SE) de 0,448, superando outros modelos amplamente utilizados na literatura. A validação visual confirmou a elevada precisão do modelo, com valores estimados muito próximos aos dados experimentais. Conclui-se que o modelo de Harkins é o mais adequado para otimizar o armazenamento do café beneficiado, fornecendo uma base técnica para o manejo sustentável da umidade e para a preservação da qualidade dos grãos.