Hot air convective drying of small cardamom (Elettaria cardamomum Maton): Evaluation of drying, color, and aroma kinetics

Abstract

Effect of temperatures (40, 50, and 60°C) on quality attributes of small cardamom (Elettaria cardamomum Maton) during hot air convective (HAC) drying was investigated. Kinetics of moisture, color and aroma during the HAC drying were analyzed. Among seven 2‐ and 3‐term exponential models, the Logistic model was best‐fitted to the drying data. Moisture transfer rates were found out to be 1.62 × 10−8, 2.51 × 10−8, and 3.64 × 10−8 m2 s−1 at 40, 50, and 60°C, respectively, and the activation energy of diffusion was 34.96 kJ mol−1. When surface color (L*, a*, and b*) and aroma (essential oil yield) were considered as another two quality criteria during the drying of cardamom capsules, samples dried at 50°C was observed to be the best. With drying time, the value of L* decreased, a* value increased, and b* value of cardamom samples increased. Weibull model yielded the higher correlation coefficient between the predicted and the experimental data of color parameters (L* and a*) whereas the Zero‐order model was fitted well for b* values for the entire temperature range. Aroma calculated as essential oil yield (% dry basis) increased with drying time due to the release of a large number of volatile components during the drying. Practical Application Small cardamom so far is known to have best among the spices in terms of quality. Although India is among the largest consumer and producer of cardamom, cardamom growers adopt the age‐old processing practices. Furthermore, there is the absence of systematic study and scientific understanding in the existing practice of cardamom drying. The existing design and development of a dryer suitable for cardamom capsules are highly dependent on moisture, color, and aroma profile during drying. Studying drying kinetics along with postprocessing quality evaluation such as color and aroma would support as preliminary information for the development of suitable dryers for optimum retention of color and aroma of cardamom capsules during the drying.

MODELAGEM MATEMÁTICA E PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DA SECAGEM CONVECTIVA DA POLPA DE TUCUMÃ (Astrocaryum aculeatum)

“…Os tempos totais de processo foram de 1800, 1200, 780 e 480 min para as temperaturas de 30, 40, 50 e 60 °C, respectivamente. Foi evidente que o aumento da temperatura reduziu o intervalo de duração da secagem, com decréscimo de tempo correspondendo a 73,33%, considerando-se os extremos de temperatura, fenômeno frequentemente relatado na secagem de produtos agrícolas e gêneros alimentícios (Santos et al, 2013;Resende et al, 2018;Santos et al, 2019b;Zheng et al, 2021;Cavalcanti-Mata et al, 2020;Zhao et al, 2021;Taskin et al, 2021;Tarafdar et al, 2021;Qi et al, 2021;Mishra et al, 2021;Ferreira Junior et al, 2021). Sabe-se que incremento de temperatura ocasiona aumento do potencial de transferência de calor e massa, que resulta em elevação da taxa de secagem; assim, é de se esperar que o tempo de processo reduza (Felizardo et al, 2021;Mondaca et al, 2021;Tarafdar et al, 2021;Leite et al, 2022).…”

“…Os valores médios das taxas de secagem da polpa e tucumã na faixa de temperatura de 30 a 60 °C estão dispostos na Figura 3. Em qualquer condição térmica, não foi constatado secagem em velocidade constante, sendo que todo o processo ocorreu em taxa de queda de velocidade, indicando que a difusão interna da umidade foi o principal fator que influenciou o processo de secagem a polpa de tucumã (Mbegbu et al, 2021;Mishra et al, 2021;Mondaca et al, 2021;Moura et al, 2021;Qi et al, 2021;Tarafdar et al, 2021;Taskin et al, 2021). De acordo com Santos et al (2019a), a ausência de um período de secagem em taxa constante pode ser devida à fina camada de amostra, que não forneceu uma fonte constante de água durante o período de tempo de secagem, sendo característico de estruturas porosas ou de materiais de estruturas celulares, como frutas e hortaliças.…”

“…Este é um artigo publicado em acesso aberto sob uma licença Creative Commons. Quanto mais alta era a temperatura, maiores foram os valores de taxas de secagem (Figura 3), registrando-se no início do processo magnitudes máximas de 0,380, 0,401, 0,700 e 0,737 kg água kg matéria seca.min -1 paras as respectivas temperaturas de 30, 40, 50 e 60 °C, alinhando-se à outros autores que reportaram mesmo comportamento (Morais et al, 2019;Cavalcanti-Mata et al, 2020;Jha et al, 2021;Mishra et al, 2021). As taxas de secagem inicialmente elevadas devemse à presença de água com grande mobilidade (água livre), que foi facilmente transferida para a superfície e evaporada (Moura et al, 2021;Tarafdar et al, 2021).…”

“…Esses valores situaram-se dentro da faixa de 10 -12 a 10 -8 m 2 s -1 frequentemente relatada em alimentos (Zogzas et al, 1996), aproximando-se dos resultados reportados por Resende et al (2018) em frutos de baru (1,20 × 10 -10 a 11,93 × 10 -10 m 2 s -1 ), Santos et al (2019a) em fatias de acuri (3,28 × 10 -10 a 5,53 × 10 -10 m 2 s -1 ), Felizardo et al (2021) em sementes de jacarandá (4,26 × 10 -10 e 6,46 × 10 -10 m 2 s -1 ), Moura et al (2021) em resíduos de trapiá (5,28 × 10 -10 a 16,09 × 10 -10 m 2 s -1 ), Tarafdar et al (2021) em folhas de Moringa oleífera (0,71 × 10 -10 e 1,91 × 10 -10 m 2 s -1 ) e Leite et al ( 2022) em sementes de melancia africana (4,21 × 10 -10 e 7,97 × 10 -10 m 2 s -1 ). Observou-se que o aumento da tempeatura de 30 °C para 60 °C elevou a difusividade efetiva de umidade em aproximadamente 328,57%, indicando que a maior vibração das moléculas de água, em virtude do aumento da energia térmica quanto maior é a temperatura, favorecem a difusividade efetiva do vapor de água (Cavalcanti-Mata et al, 2020;Ayetigbo et al 2021;Mishra et al, 2021;Tarafdar et al, 2021) e aumentam velocidade de secagem da polpa (Tan et al, 2021). Além disso, deve-se considerar que a redução da viscosidade da água em maiores temperaturas reduz a resistência do fluido ao escoamento, aumentando a difusividade efetiva (Ferreira Junior et al, 2021), o que pode ser potencializada por danos na parede celular vegetal (Taskin et al, 2021).…”

“…O nível de energia de uma molécula para iniciar uma reação química é geralmente expresso como Ea (Tarafdar et al, 2021). No caso de secagem, reflete a quantidade de energia para remover a umidade das amostras (Zheng et al, 2021), sendo definida como a energia mínima necessária para iniciar o processo de remoção de umidade da amostra (Mishra et al, 2021). Assim, na secagem da polpa de tucumã nas temperaturas de 30 a 60 °C, a ativação da difusão de umidade deu-se com Ea de 42,15 kJ mol -1 , inclusa dentro da faixa de 12,7 a 110 kJ mol -1 frequentemente reportada para alimentos (Zogzas et al, 1996).…”