Las áreas cafetaleras en el mundo II

Un período de sequía favorece la concentración de la floración y, como resultado, limita la cosecha escalonada. Una estación seca de 2-3 meses que coincide con el período de cosecha es ideal.

El café Arábica puede resistir un período seco de 4 a 6 meses siempre que el suelo sea profundo y ofrezca buena retención de agua. En el caso de Robusta, sin embargo, la estación seca no debe exceder los 3-4 meses debido a la alta evapotranspiración debido a las temperaturas más elevadas.

Un mes donde la lluvia es menos del doble de la temperatura promedio mensual normalmente se considera un mes seco, p. para Arabica 36 mm (2 X 18) y para Robusta 50 mm (2 X 25).

Las especies de café son de hoja perenne, por lo que la transpiración es continua. La tasa de pérdida de agua por evaporación de la superficie de agua libre depende de la temperatura del aire y la humedad relativa (HR), y del movimiento del aire y la energía solar radiante. En 1948, Penman derivó una ecuación que daba la evaporación de la bandeja abierta como E ,. La pérdida de agua de la vegetación El (evapotranspiración) es siempre menor que E, debido al cierre de los estomas. El valor E de cualquier planta puede determinarse midiendo el balance hídrico con un lisímetro. Los resultados se expresan normalmente como la relación anual E ,, Eo. La relación E, Eo para un bosque lluvioso de montaña perenne es igual a 0,95 y para las tierras de pastoreo es igual a 0,75. Para Arábica en Kenia, la proporción varía entre 0.5 en meses secos y 0.8 en meses húmedos.

El requerimiento promedio de agua anual para el café se estudió durante un período de 12 años y se encontró que era de 951 mm, GI. Donde la estación seca es normal y los suelos proporcionan una alta capacidad de retención de agua, el café Arabica puede cultivarse satisfactoriamente sin riego, donde la precipitación anual es de aproximadamente 1100 mm.

La distribución total de la lluvia durante todo el año es un factor decisivo para programar las prácticas de cultivo y la cosecha. Donde la distribución de la lluvia es unimodal, hay un período de floración principal. En el caso de un patrón de lluvia bimodal, habrá dos períodos de floración y, en consecuencia, dos períodos de cosecha, conocidos como el “cultivo temprano” y el “cultivo tardío”. El café emitido a partir del “cultivo tardío” es de mejor calidad.

Humedad atmosférica

La humedad atmosférica o humedad relativa del aire tiene una marcada influencia en el comportamiento de la planta de café, particularmente en el caso de Robusta. El mejor nivel de RH para Robusta es de 70-75% y para Arabica debería ser de alrededor de GO%. Un alto nivel de humedad atmosférica reducirá la pérdida de agua, mientras que un nivel bajo aumentará la evapotranspiración. En el caso de Arabica, niveles persistentes superiores al 85% pueden afectar la calidad del café.

La humedad del aire aumenta con la capa de nubes y la niebla. Como resultado, la falta de lluvia se puede compensar parcialmente en las regiones donde la nubosidad y la niebla prevalecen durante la estación seca. La presencia de niebla también puede aumentar la humedad del suelo debido a la condensación en las hojas. En 1960, Parsons registró 250 mm de agua goteada de un pino cerca de San Francisco.

El nivel de RH también puede variar considerablemente entre el interior y el borde de la plantación de café. En una mañana clara, Kirkpatrick registró un nivel de HR del 56% al aire libre y del 95% bajo el dosel de los árboles de café. El rocío de la mañana en las montañas también proporciona un suministro de agua que compensa las dificultades de la estación seca.

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Las áreas cafetaleras en el mundo

Las áreas cafetaleras se encuentran aproximadamente entre la latitud 22 “N y la latitud 26” S. Los sitios apropiados para el cultivo del café deben seleccionarse con respecto a seis factores ambientales básicos, es decir, la temperatura, la disponibilidad de agua, la intensidad del sol, el viento, el tipo de suelo y la topografía del terreno.

Temperatura

Los valores de temperatura y sus fluctuaciones tienen un impacto significativo en el comportamiento de los cafetos. Ninguna especie de café puede sobrevivir en temperaturas cercanas a 0 ° C. La sensibilidad al frío así como a las altas temperaturas puede variar entre especies de café e incluso entre plantas individuales. Tanto la humedad del aire como la del viento pueden influenciar mucho el efecto de la temperatura del aire. Las diferencias de influencia causadas por la altitud se calculan en 0.G “C / 100 m.

Arábica

La temperatura media óptima para esta especie, que es originaria de las mesetas altas de Abisinia, se da como 18 ° C durante la noche y 22 ° C durante el día. Los extremos tolerados se extienden a 15 ° C durante la noche y 25-30 ° C durante el día. Temperaturas superiores a 25 ° C provocan una reducción de la fotosíntesis y una exposición prolongada a temperaturas superiores a 30 ° C provocan clorosis foliar y generan “flores estrelladas”, o marchitamiento de la flor, así como un conjunto de frutos defectuoso. Las altas temperaturas también favorecen el desarrollo de la roya de la hoja de café (Hernileiu vustutrix) y la roya de la fruta (Cercospora) en las plantas de café y aceleran la maduración de la fruta, mientras que las bajas temperaturas favorecen la enfermedad de la baya de café.

Las bajas temperaturas también provocan una decoloración blanca o amarilla de las hojas. Esta decoloración no es uniforme y el efecto inicial a menudo se limita al flequillo de las hojas. Se producen lesiones más graves en hojas y frutos expuestos a temperaturas inferiores a 4 “C. Estos aparecen reducidos en tamaño, a menudo distorsionados y moteados, y eventualmente pueden chamuscarse y caer. Los síntomas son más severos cuando las altas temperaturas diurnas son seguidas por las bajas temperaturas durante la noche. En casos severos, se produce una ramificación excesiva a tallos secundarios y terciarios, y las puntas cortas se ennegrecen, distorsionan y se marchitan. La exposición a temperaturas inferiores a -2 “C durante un período de más de G h causa daños graves a la planta de café e incluso puede llevar a su muerte, especialmente si la temperatura desciende a -3 o -4 ºC.

Las variaciones de temperatura juegan un papel muy importante en el comportamiento del café. Para Arábica, la tolerancia máxima es un rango de 19 “C y para Robusta es de 12-14 ° C. Si, incluso durante un corto período durante el año, la variación de la temperatura diurna excede estas tolerancias, puede producirse una mala cosecha de café . El efecto de las grandes variaciones de temperatura, como la caída brusca de temperatura al amanecer, se conoce como “Enfermedad caliente y fría”. Una de las razones para sombreado de café es reducir las variaciones de temperatura.

  1. canephora Robusta se origina en las zonas bajas y cálidas de los bosques de Guinea / Congo. Para esta especie, las temperaturas medias anuales óptimas se dan entre 22 y 28 ° C. Los problemas comienzan cuando las temperaturas caen debajo de 10 ° C y el árbol muere a alrededor de 4-5 “C. Las altas temperaturas también son peligrosas para Robusta, especialmente en una atmósfera seca, ya que la fotosíntesis se reduce a temperaturas superiores a 30 ° C.

Al planear una nueva plantación de café es necesario tener en cuenta el hecho de que las áreas barridas por los vientos continentales secos durante la estación fría tienen temperaturas más bajas que las zonas expuestas a los vientos marítimos húmedos. Otro elemento es el hecho de que las condiciones térmicas no siempre son las mismas en la superficie del suelo, ya que son un poco más altas en el espacio ocupado por el dosel del cafeto. Las temperaturas disminuyen con la altura y se han registrado diferencias de 4-5 ° C entre la superficie del suelo y la capa del dosel. Los viveros, en particular, deben desconfiar de las áreas donde las temperaturas nocturnas son extremas.

Las temperaturas desfavorables se pueden atenuar seleccionando un sitio adecuado para asentarse en la plantación, utilizando prácticas culturales apropiadas como árboles de sombra o rompevientos e implementando medidas de protección contra heladas.

Disponibilidad de agua

Este factor incluye tanto la lluvia como la humedad atmosférica. Las precipitaciones son el factor restrictivo más importante para el cultivo del café. Se deben tener en cuenta dos elementos inseparables: la precipitación anual total y su distribución mensual o, mejor aún, semanal.

Lluvia

El patrón de precipitación debe incluir algunos meses con poca o ninguna lluvia, ya que este período es necesario para inducir la floración. Una precipitación anual total entre 1400 y 2000 mm es favorable para el crecimiento de Arábica, mientras que Robusta necesita entre 2000 y 2500 mm. Las tasas inferiores a 800-1000 mm para Arábica y 1200 mm para Robusta, incluso si están bien distribuidas, pueden ser peligrosas para la productividad de la plantación de café, especialmente si no es posible el riego artificial.

Una precipitación anual de más de 2,500-3,000 mm es común en varias áreas de producción de café y no causa daños significativos a la planta de café, siempre que el drenaje tanto superficial como vertical sea suficiente. Por otro lado, las lluvias excesivas pueden generar otros inconvenientes como la erosión y dificultar la sequedad solar del cultivo. Las áreas con una precipitación anual de más de 3000 mm pueden considerarse menos apropiadas para el cultivo de café económicamente válido.

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Beneficios indirectos del café de sombra como habitat

Lo que emerge de las características del hábitat del sistema sombreado revela algunas conexiones ecológicas intrigantes. La presencia de aves y otros organismos en configuraciones de café de sombra establece los tipos de vínculos y servicios normalmente no asociados o reconocidos con tierras agrícolas. Estas conexiones van desde los fenómenos socioeconómicos hasta los fenómenos más estrictamente ecológicos, como la difusión y reclutamiento de especies de árboles en el paisaje circundante.

En Chiapas, un estudio reciente que examina el flujo genético de un árbol nativo de sotobosque (Miconia affinis) de la familia Melastomataceae reveló fuertes conexiones entre las granjas de café de sombra y los fragmentos de bosques cercanos. Las granjas no sólo pueden ayudar a la conectividad genética del cemento con los hábitats contiguos, sino que pueden servir realmente como fuentes para la regeneración del bosque. Dado que tanto las aves residentes como las aves migratorias dispersan la semilla de M. affinis y que las abejas nativas son necesarias para la polinización, el mantenimiento de granjas de café intactas y tradicionalmente manejadas (es decir, granjas de café sombreadas) que pueden servir como hábitat viable para estos organismos se convierte en más importante. Los autores concluyeron que “es imperativo destacar la función ecológica de las granjas de café de sombra, no sólo en proveer refugio para la fauna nativa, sino también en preservar la conectividad del hábitat y los procesos de flujo de genes esenciales para la reforestación por especies de árboles nativos”.

El valor de las abejas para la productividad cafetera se puso de manifiesto cuando un investigador del Smithsonian Tropical Research Institute de Panamá examinó las estadísticas mundiales y el tiempo de llegada de la abeja africana importada (accidentalmente), que se ha hibridizado con las poblaciones europeas de abejas Américas. Concluyó que las abejas fueron en parte responsables de los mayores rendimientos (más del 50 por ciento) observados durante las dos últimas décadas del siglo pasado en las regiones cafeteras de las Américas. La lección aquí también es que la gestión del café que crea o mantiene un hábitat viable para varios organismos, en este caso los polinizadores, puede tener resultados económicos positivos. Estos hallazgos coinciden con la investigación sobre el café y los polinizadores en otros estudios y regiones cafetaleras, donde se encontró que las poblaciones de abejas nativas también contribuían a los servicios de polinización del café y los remanentes forestales y las granjas de sombra eran un hábitat de calidad para las abejas. Vale la pena señalar que no todas las especies de abejas que polinizan las flores de café reaccionan de manera similar a las condiciones del hábitat del café o al paisaje circundante. En Indonesia, se examinó el conjunto de frutas en café mirando los tipos de abejas responsables de la polinización. Las abejas solitarias raras mostraron mayor éxito en la inducción del conjunto de frutas en comparación con las abejas sociales más comunes y también fueron más frecuentes donde la intensidad de la luz fue mayor. Las abejas sociales, sin embargo, mostraron mayor diversidad de especies cerca de los bosques. Con el establecimiento parecido a un bosque de sistemas de café de sombra, se esperaría una mayor diversidad de abejas sociales. Dado el papel positivo de las abejas en el conjunto global de frutas, los árboles de sombra en el sistema agroforestal de café pueden muy bien tender a mejorar el comportamiento general de la fruta.

Aves, murciélagos y control biológico

Suponiendo que el sistema agroforestal del café puede servir como un hábitat de buena fe, este entorno agrícola obviamente muestra algunas de las mismas dinámicas que se encuentran dentro de los hábitats naturales. Los organismos interactúan de innumerables maneras, la más básica de las cuales es la de las relaciones de la red alimentaria. A partir de los estudios de las aves como predadores dentro del sistema de café de sombra, sabemos que las granjas de café tradicionalmente sombreadas de hecho proporcionan evidencia de tales interacciones.

Un grupo de investigadores familiarizados con el café de sombra y el cacao de sombra de una variedad de perspectivas y escenarios realizó un metanálisis de los datos encontrados en cuarenta estudios. En todos los estudios se utilizaron exclusions netas para excluir a las aves del propio cultivo o del dosel, y estos tratamientos se combinaron con tratamientos abiertos (no compensados). Este metanálisis buscó determinar si la magnitud de la depredación de las aves en los artrópodos (insectos, arañas, etc.) difiere entre la capa arbórea y la capa de dosel, puede estar relacionada con la presencia de aves migratorias , y está asociado con la diversidad y abundancia de aves.

Los autores encontraron que la abundancia de artrópodos cayó un 46 por ciento y un 4,5 por ciento en las capas de canopy y café respectivamente, combinando datos de Guatemala y México en sistemas agroforestales de café. Aunque son escasos en términos de número de estudios, estos subconjuntos de datos muestran un patrón consistente en el cual las aves producen mayor impacto en los artrópodos en el dosel.

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Café de Sombra; calidad y rendimiento

Si bien los sistemas de producción de café agroforestales sombreados pueden proporcionar una serie de beneficios, no debemos perder de vista el hecho de que estas explotaciones se gestionan para el sustento y / o subsistencia de los administradores de tierras locales. El crescendo en algunas tácticas de marketing y revistas comerciales que a veces equiparan los sistemas de café sombreados con el bosque lluvioso o, sin duda, abarca la idea de que más sombra es mejor debe ser colocado en contexto: estas explotaciones son granjas en las que la gente debe producir un cultivo para ganarse la vida. Para evitar la posibilidad de que las estrategias de supervivencia de los agricultores queden al margen, una nota de advertencia debe sonar cuando se pregonan los beneficios ambientales de sombra.

Las tierras cafetaleras, incluso cuando se manejan de manera ideal en términos de imitar un bosque y proporcionar el máximo beneficio de un hábitat, son tierras agrícolas. No son bosques naturales, y no debemos describirlos como tales. Pueden ser manejados de tal manera que mejoren su papel como un refugio para la biodiversidad, pero la perturbación regular que proviene de las diversas prácticas culturales asociadas con el cultivo, así como su menos-que-natural maquillaje en términos de planta la diversidad de especies, impide que logren la calidad del hábitat de los sistemas naturales.

Por esta razón, las áreas forestales naturales necesitan ser protegidas por los numerosos beneficios ecológicos y estéticos que ofrecen. Las explotaciones de café de sombra proporcionan un hábitat suplementario y servicios ecológicos que complementan los de los bosques naturales y, en ciertos casos, eliminan la presión sobre el uso de los recursos naturales dentro de las áreas naturales. Los aspectos de extracción de estos sistemas sombreados derivan precisamente de este dualismo. Se ha realizado una escasa investigación para determinar cómo cada función puede ser aprovechada mejor. Dentro de los sistemas de café de sombra, existe un punto de equilibrio teóricamente óptimo en la cubierta de sombra que permite las cualidades de hábitat máximas, al tiempo que no reduce rendimientos.

Algunos estudios revelan la relación entre los rendimientos del café y los niveles de sombra. En Chiapas, México, Soto-Pinto y sus colegas midieron el rendimiento en términos de peso seco de los frutos de café por planta. Ellos encontraron que con mayores niveles de sombra, los rendimientos tienden a disminuir, con la disminución comenzando alrededor del 50 por ciento de sombra. Otro estudio realizado en el estado de Veracruz, encontró que las fincas con sombra más diversa (n = 2) promediaron 5,322 kg de cerezas frescas por hectárea, en comparación con 3,958 kg/ha en las granjas donde predominaba una sola especie de sombra ( n = 8). Otro estudio de esa región no encontró diferencias de rendimiento entre los sistemas de café de sombra rústico y de una sola especie, aunque los dos mostraron una cobertura de follaje significativamente distinta, densidad de árbol de sombra, diversidad de árboles de sombra y número de estratos dentro del componente de sombra. En conjunto, estos estudios sugieren que existe una cobertura de sombra óptima que simultáneamente permite una adecuada producción y protección de la biodiversidad.

Investigaciones recientes han añadido a nuestro conocimiento del papel de la sombra en proveer hábitat viable, mejorar la biodiversidad, albergar agentes de control biológico como pájaros y murciélagos y crear condiciones para la polinización del café mismo. Este creciente conjunto de investigaciones señala la gestión de sistemas agroforestales como una herramienta intrigante y potencialmente importante para la conservación.

Estructuralmente, las plantaciones de café imitan bastante bien los sistemas naturales. A partir del trabajo realizado en Chiapas, en el sector cafetalero de México, se compararon las plantaciones de café (shimbillo rústico y plantado, Inga spp.) Con diversos tipos de hábitats. En general, ambos son más similares a los hábitats naturales de los bosques que a los hábitats secundarios (que se recuperan naturalmente). Por otra parte, considerando la frecuencia de los follajes por estrato de vida vegetal, la estructura vegetacional de estos cafetales de sombra fue más similar a las categorías de bosques como bosque montano inferior, bosques de pino-roble de baja elevación y hábitats de bosque.

Para los pájaros, la cobertura de la copa de los árboles de sombra puede servir como hábitat estacional o durante todo el año, dependiendo de las condiciones climáticas locales. Cuando una estación marcadamente seca figura en la ecuación, la cubierta de la cortina puede ser crucial. Los investigadores han encontrado que en Ecuador el porcentaje de cobertura en el dosel superior parece afectar no sólo la ocupación en general, sino también la tendencia de las aves a emigrar (salir del sistema) durante la estación seca. Esta “respuesta umbral”, como la llamaban, ocurrió en el rango de cobertura de sombra del 21-40 por ciento.

Al aproximarse al 40 por ciento de cobertura de sombra, no sólo la probabilidad de que las especies de aves forestales (por lo menos los dieciocho que evaluaron) hará uso del sistema de aumento a 1,0, sino que, a medida que la estación seca progresa la probabilidad de que estas especies salgan baja a cero. En otras palabras, alrededor de un 40 por ciento de cobertura de sombra, las aves utilizarán definitivamente un sistema agroforestal; el mismo tipo de cubierta les permite permanecer en su lugar durante los meses difíciles caracterizado por sequía marcada. El mensaje para llevar a casa de este estudio confirma que no todas las sombras son iguales y que por lo menos 40 por ciento de cobertura es necesaria para una serie de especies de aves.

También se ha examinado el papel de las epífitas en la configuración del café de sombra. Las epífitas son plantas que viven en otras plantas, como ciertas especies de orquídeas y la mayoría de las bromelias. Dependiendo de la región, la presencia de bromelias epífitas dentro del estrato del árbol de sombra lleva a algunos productores de café a retirarlos de las ramas de los árboles de manera regular. En el estado de Veracruz, donde los agricultores perciben que las bromelias son perjudiciales para los árboles de sombra, la remoción de epífitas es una práctica común. Dado que varias especies de aves hacen uso de epífitas de varias maneras: material de anidación, sustratos de forraje, sitios próximos, se podría esperar que las comunidades de aves cambien con las prácticas y actitudes culturales relacionadas con las epífitas existentes en una granja. También se puede esperar que la remoción de epífitas cambie el microclima del entorno.

Los investigadores arreglaron con un productor en Veracruz para eliminar epífitas de algunas parcelas como de costumbre, pero dejarlas intactas en otras, con el fin de comparar las comunidades de aves. Como era de esperar, las parcelas sin epífitas tendían a albergar una comunidad de aves menos diversa, y las parcelas con epífitas mostraron una diferencia significativa en la abundancia promedio de aves durante todo el año. No es sorprendente que las especies de aves residentes conocidas por utilizar epífitas como sustratos de anidación fueran significativamente más abundantes en parcelas donde las plantas epífitas quedaron en los árboles. Mediante la captura, marcado y recaptura de aves en el campo de café, este primer diseño experimental demostró que la selección de hábitats de ciertas especies de aves puede vincularse a una única variable: la presencia o ausencia de vegetación epifítica. El ave conocido como tangara común, un ave que anida y forrajea en epífitas en la región de Veracruz, se trasladó de parcelas sin epífitas a aquellas donde se encontraban epífitas. Otra especie de pájaro que no hace uso obvio del componente epifítico, la curruca dorada, no mostró ninguna diferencia en la probabilidad de movimiento entre los dos tratamientos. Por lo tanto, mientras que los árboles de sombra pueden actuar para proporcionar hábitat para las aves en general, los matices asociados con ciertas prácticas de manejo por los cultivadores pueden conducir a una mayor comprensión del valor de conservación de los sistemas de café de sombra en general y la mejor manera de manejarlos.

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Producción de café – sistemas de sombra

Ciertas dinámicas biológicas dentro de los sistemas agrícolas son bien comprendidas. Entomólogos y patólogos de plantas han estudiado el ciclo de vida de muchos insectos y plagas durante décadas. Sin embargo, los investigadores apenas han comenzado a investigar el papel que juegan las tierras agrícolas para proporcionar hábitat a organismos que no son plagas, mejorando así la protección de la biodiversidad. La forma de tratar las tierras gestionadas como reservas potenciales de biodiversidad, la investigación sobre conexiones ecológicas, la biología de la conservación y el valor ambiental potencial de las tierras gestionadas son un nuevo territorio para la agrosciencia.

Los sistemas agrícolas sombreados como el café o el cacao en un entorno agroforestal han sido evaluados desde el punto de vista de los aspectos agronómicos y ecológicos generales proporcionados por la sombra. Los sistemas de café y cacao atraen actualmente a los investigadores centrándose en las dimensiones del hábitat de las características de manejo de los cultivos (hay otros, como el valor de los arrozales para las aves acuáticas), y aunque todavía se desconoce el potencial ecológico de tales tierras, Algunos conocimientos básicos han surgido. Por ejemplo, en una granja de café de sombra, cuanto mayor sea la biodiversidad gestionada -las especies de árboles utilizadas por el agricultor- mayor será la diversidad de aves que se encuentran dentro de ese sistema. Las especies arbóreas locales o nativas tienden a albergar una mayor diversidad de aves (y probablemente insectos), seguramente debido a la historia coevolutiva de estas criaturas asociadas. La diversidad estructural de la sombra (su “arquitectura”) también se añade a la diversidad de especies de aves que se encuentran allí y puede ser más crítica que el número real de especies de plantas presentes.

El café de sombra proporciona una gama de servicios ecológicos también. Estos son los procesos naturales y dinámicos en los hábitats naturales que “mantienen los sistemas funcionando”, por así decirlo. La polinización y el posterior conjunto de frutos del café se mejora en sistemas sombreados, especialmente donde el bosque natural está cerca. Además, existe un grado de control biológico en las granjas de café sombreadas en comparación con las menos sombreadas. Y en términos de reclutamiento y establecimiento de especies de árboles forestales nativos a través del paisaje local, los sistemas de café de sombra pueden actuar como depósitos de material genético.

Dadas las condiciones similares a los bosques de estos sistemas agroforestales, es fácil imaginar una serie de otros servicios ecológicos asociados con el café de sombra. El enriquecimiento del suelo a partir de los depósitos continuos de hojarasca, así como la protección de los suelos de las redes de mantillo y raíces formadas por los árboles, sólo proporcionan dos beneficios en estos entornos similares a los bosques. El toldo creado por los árboles de sombra, obviamente, actúa para interceptar el impacto de las fuertes lluvias sobre el suelo y los nutrientes de canales a través del tallo y el flujo del tronco en el suelo circundante. Como la sombra tiende a suprimir las malas hierbas que de otro modo florecerían en condiciones de sol más directo, la necesidad de mano de obra o medios químicos para controlar las malas hierbas disminuye. No sólo el sistema sombreado permite que existan menos malezas, sino que más sistemas iluminados por el sol tienden a engendrar una comunidad de malezas más agresiva. Menos entendido, pero intrigante de numerosas fuentes anecdóticas, es el grado en que las condiciones del café de sombra ayudan a mitigar los efectos de las tendencias regionales de secado a largo plazo y el riesgo de deslizamientos relacionados con el aumento de la intensidad de huracánes, producto del cambio climático. Algunos esfuerzos de investigación recientes, así como las observaciones personales de los productores, apuntan a los beneficios de los sistemas sombreados con respecto a tales preocupaciones.

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Granos de café inmaduros y defectuosos

La presencia de granos defectuosos e inmaduros resultan de problemas durante las operaciones de recolección y preprocesamiento. Los granos de café defectuosos representan alrededor del 15% -20% de la producción de café sobre una base de peso. Los defectos más importantes son los granos negros, agrios o marrones, inmaduros, o dañados por insectos y rotos. Los granos de café inmaduros, que resultan de frutos inmaduros, normalmente contribuyen a la astringencia de las bebidas. Tanto los defectos negros como los agrios están asociados con la fermentación del grano y disminuyen significativamente la calidad de la bebida. Los granos negros inmaduros suelen caer en el suelo mientras son inmaduras, permaneciendo en contacto con el suelo donde sufren fermentación. En el caso del café verde, es posible diferenciar los granos defectuosos y no deficientes (saludables) por el color, el tamaño, los niveles de acidez, los niveles de sacarosa y la presencia de histamina. Sin embargo, en el caso del café tostado, sólo una evaluación del perfil volátil proporcionará efectivamente los medios para la diferenciación. Las macro diferencias se pueden observar basándose en el volumen de granos de café inmaduros, que es menor. Del mismo modo, los granos defectuosos alcanzan un grado de tostado más ligero que los no deficientes en las mismas condiciones de tostado. Los granos no defectivos son más pesados y presentan mayores contenidos de humedad en comparación con los frijoles inmaduros y negros. Los niveles de proteína y aceite son más altos en granos no defectivos, pero los aminoácidos libres (especialmente la asparagina) y el contenido de fenol soluble son mayores en los frijoles defectuosos. La cantidad de ácido 5-cafeoilquínico fue aproximadamente 35% mayor en cafés inmaduros, lo cual está de acuerdo con los datos publicados por Farah, que también informó niveles significativamente más altos de todos los ácidos clorogénicos en granos de café inmaduros.

El contenido mineral total de los granos de café defectuosos es mayor (~ 6% base seca) en comparación con los no defectuosos (~ 5% en seco). El potasio es el mineral predominante, seguido por el calcio y el magnesio. Los contenidos más bajos de azúcar y sacarosa se observaron en los granos inmaduros comparativamente con los sanos, lo que muestra que la cantidad de azúcar se asocia principalmente con la etapa de desarrollo del fruto. Además, los niveles más altos de cafeína se han asociado a la presencia de cafés defectuosos o de baja calidad. Trigonelline, junto con la cafeína, recibe la atención considerable en la investigación de la química del café, porque este alcaloide es responsable de la producción de los compuestos del aroma. Durante el tostado, la trigonelina se degrada parcialmente para producir dos compuestos importantes: las piridinas y el ácido nicotínico (vitamina B3). Los niveles de trigonelina fueron de aproximadamente el 1% en los granos de café no decaídos, inmaduros y agrios, pero se encontraron valores más bajos (~ 0,8%) para los granos de café inmaduros negros. Además, se detectaron niveles significativamente más bajos de ácido 5-cafeoilquínico.

 

Con respecto a los lípidos, la composición de ácidos grasos de los aceites de granos de café defectuosos no fue significativamente diferente de los granos de café sanos maduros. Los ácidos linoleico y palmítico son los ácidos grasos predominantes, con promedios del 44% y 34%, respectivamente, mientras que los ácidos mirístico y palmitoleico están presentes en trazas.

Según la literatura, en Brasil, los granos defectuosos se separan de los no defectuosos antes de su comercialización en el mercado internacional y se vierten en el mercado interno brasileño, depreciando así la calidad del café tostado consumido en ese país. La extracción del aceite o sus compuestos bioactivos, como el ácido clorogénico o la cafeína, para aplicaciones potenciales en los sectores alimentario y farmacéutico, puede considerarse un uso alternativo para los granos de café de baja calidad.

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El problema del desperdicio en la producción de café

La eliminación de las cáscaras / pulpa del café representa una carga ambiental, especialmente debido a su composición química, es decir, su contenido en cafeína y taninos. Por ejemplo, los taninos se consideran factores antinutricionales y son la razón por la que la cantidad de pulpa de café en la alimentación animal debe limitarse al 10%.

Sin embargo, han sugerido otros métodos para utilizar cáscaras de café / pulpa, concretamente como fertilizantes, para compostaje o vermicompostación, como biosorbentes, para producción de bioetanol o cafeína. Su contenido en taninos y azúcares fermentables los convierte en sustratos ideales para bioprocesos. Considerando que el ácido gálico puede ser producido por hidrólisis microbiana de ácido tánico por la tanasa, secretada por microorganismos, la pulpa de café ha sido sugerida como materia prima potencial para producir ácido gálico mediante transformación microbiana.

La extracción y recuperación de compuestos bioactivos, como ácidos fenólicos y compuestos relacionados, es una de las aplicaciones más prometedoras para valorizar estos subproductos. También se ha estudiado la producción de productos de valor agregado, como enzimas, ácidos orgánicos, sabores y aromas.

Además, las estrategias que desintoxicaban las cáscaras de café y la pulpa de sus compuestos fitotóxicos y factores antinutricionales, o al menos que los degradaban a un nivel plausiblemente seguro, condujeron a diferentes posibilidades de uso, como biofertilizante, alimento o incluso como sustrato para la producción de setas comestibles.

Por ejemplo, se probó la desintoxicación biológica de la cáscara de café mediante hongos filamentosos utilizando un sistema de fermentación en estado sólido en el que se utilizó la cáscara de café como única fuente de carbono y nitrógeno. El LPB-79 mostró grandes resultados en la degradación de cafeína y taninos (87% y 65%, respectivamente), obtenidos en 6 días (pH = 6,0; humedad: 60%). Con P. chrysosporium BK, se obtuvieron tasas de degradación máximas de 70,8% y 45% para la cafeína y taninos, respectivamente, en 14 días (pH = 5,5; humedad: 65%). Una cepa de Aspergillus, aislada de la cáscara de café, mostró la mejor formación de biomasa en medio de extracto de cáscara de café. Los ensayos de optimización se llevaron a cabo utilizando un diseño factorial y experimentos de respuesta superficial con Aspergillus sp. Las mejores tasas de desintoxicación alcanzaron 92% para la cafeína y 65% para los taninos. Estos resultados mostraron buenas perspectivas de uso de estas cepas fúngicas, en particular Aspergillus sp., Para la destoxificación de la cáscara del café.

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Composición de los subproductos del café

Los subproductos del procesamiento del café incluyen los derivados del procesamiento poscosecha, el tostado del café y el consumo de café, a saber, granos inmaduros / defectuosos, cáscaras, piel y pulpa, pergamino, piel de plata y café de desecho. A lo largo de los años, se ha observado un incremento en estos residuos, directamente relacionado con el aumento del consumo de café en el mundo. Siendo estos subproductos una gran fuente de compuestos bioactivos, su valorización y uso pueden ser de interés para diferentes industrias y campos, tales como alimentos, productos farmacéuticos o cosméticos. Aunque todos los subproductos del café podrían utilizarse para nuevos propósitos, todavía hay mucho que hacer tanto por las industrias como por los investigadores para lograr una viabilidad económica real. La dispersión de los residuos, el alto nivel perecedero de la mayoría, junto con el alto costo de su separación, recolección y transporte a instalaciones industriales donde podrían ser tratados y transformados, hacen de este proceso un verdadero desafío.

Cáscaras de café

Las cáscaras de café son los principales residuos sólidos obtenidos durante el procesamiento en seco del café. Se componen de la piel seca, la pulpa, el mucílago y el pergamino, todos juntos en una sola fracción. En peso seco, las cáscaras representan alrededor del 12% de la cereza, y por cada tonelada de café cosechado, se producen aproximadamente 0,18 toneladas de cáscaras de café.

Por el contrario, el método de procesado en húmedo permite la recuperación de la piel y la pulpa en una fracción, que es generalmente llamada pulpa de café (40% -50% del peso fresco de bayas de café. La pulpa de café se produce en grandes cantidades: generalmente, se obtiene aproximadamente 1 tonelada de cada 2 toneladas de café producido. En 2008, sólo en México, la producción para barra de café se estimó en 707 millones de toneladas secas.

Se han llevado a cabo varios estudios para evaluar la composición química de las cáscaras de café y de la pulpa de café. Se recopilaron datos de diferentes autores, describiendo que las cáscaras se componen (en peso seco) de proteínas (8% -11%), lípidos (0,5% -3%), minerales (3% -7%), Carbohidratos (58% -85%), azúcares reductores (14%), cafeína (~ 1%) y taninos (~5%). Según algunos estudios, las cáscaras de café contienen 24,5% de celulosa, 29,7% de hemicelulosas, 23,7% de lignina y 6,2% de cenizas. Las cáscaras de café también son conocidas por su alto contenido en metabolitos secundarios, tales como cafeína y polifenoles. Algunos autores describieron el ácido 5-O-cafeoilquínico como el principal fenólico presente en las cáscaras de café Arábica y Robusta de México e India (0,2-1,9 mg / g). También se identificaron otros compuestos, aunque en cantidades menores (en el intervalo ⎧g / g), a saber, quercetina-3-O-rutinosida, quercetina-3-O-glucósido, quercetina-3-O- galactósido, (+) catequina, Y (-) – epicatequina, y dímeros, trímeros y tetrámeros de procianidina. En general, el perfil fenólico de las cáscaras variaba ampliamente según el origen geográfico y las especies. Por ejemplo, el contenido total de procianidina varió de 1,3 μg / g (cascarilla robusta china) y 534 μg / g (cascarilla de Robusta india) y los flavonoles totales oscilaron entre 5 μg / g (cáscara de Robusta de India) y 261 μg / g (Cascarillas de arábica mexicanas) (Mullen et al., 2013).

En comparación con las cáscaras (1,2%), la pulpa de café presenta un mayor contenido fenólico total (1,5%). También se identificaron cuatro clases principales de compuestos fenólicos en la pulpa de café arábica, a saber, flavan-3-ols, ácidos hidroxicinámicos, flavonoles y antocianidinas. Además, en la pulpa de café fresco, se informó la presencia de ácido 5-cafeoilquínico (identificado como el fenólico mayor), epicatequina, ácido 3,4-dicafeoilquínico, ácido 3,5-dicafeoilquínico, 4,5-dicafeoilquínico Ácido, catequina, rutina, ácido protocatequídico y ácido ferúlico. Otros fenólicos han sido encontrados, como el ácido 5-feruloylquínico, cianidin-3-rutinosida y cianidin-3-glucósido. Los hidroxicanamatos solubles y ligados en pulpa de café arábica de siete cultivares fueron evaluados en un experimento, considerando tres etapas de maduración. El ácido clorogénico fue el principal ácido fenólico (94% -98%) en la fracción soluble, mientras que el ácido cafefílico fue el hidroxicanamato más abundante encontrado en la fracción ligada (72% -88%). También se detectaron ácidos ferúlicos y p-cumáricos, aunque en pequeñas cantidades. Teniendo en cuenta la etapa de maduración, el contenido máximo de hidroxicinnamatos totales en la pulpa se encontraba en la fase semi-madura. Sin embargo, su concentración disminuyó en la etapa madura en seis de los siete cultivares estudiados. Además, la pulpa de café es muy rica en fibra (~61%) y tiene un alto contenido en proteínas y azúcares (~ 12% y 14%, respectivamente), minerales (especialmente potasio), taninos y cafeína. También se describe que las variedades de café amarillo tienen mayor contenido de proantocianidina que las de color rojo. Este grupo de compuestos contribuye en gran medida a las características organolépticas, tales como la amargura y la astringencia.

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El café tostado

El tostado del grano de café crudo suele llevarse a cabo en los países consumidores debido a la facilidad de tostado y características de sabor de los granos tostados, que no resistirían los movimientos necesarios de traslado internacional.

Después de la recepción y la confirmación de su calidad, los granos se almacenan hasta que son tostados. Cuando se abren las bolsas, el café se somete normalmente a un nuevo paso de limpieza para eliminar cualquier grano defectuoso o inmaduro, piedras pequeñas o piezas metálicas, por ejemplo, utilizando un sistema de tamices y un detector de metales, respectivamente.

Se pueden emplear diferentes tipos de asado, basados en varios puntos de vista, a saber mecánicos, térmicos y operativos. En resumen, las tecnologías modernas presentan como principio básico el paso de un flujo convectivo forzado de gases calientes a través de un lecho móvil de granos de café. El movimiento del grano puede ser creado por rotación o por el flujo de gases tostadores en máquinas de café especiales para el tostado.

La composición química de los granos verdes ya es de inicio muy compleja. Durante el asado, se producen varias reacciones físicas y químicas (con la formación y / o degradación de varios compuestos químicos) y, en consecuencia, las características organolépticas de los granos se modifican completamente. En esta etapa, la piel de plata (el tegumento fino que recubre el grano) se separa y puede separarse del producto final por flujo de aire, representando el subproducto principal de la industria del asado de café. Los datos industriales revelaron que el tostado de aproximadamente 4 toneladas de café produce aproximadamente 30 kg de piel de plata. Teniendo en cuenta los millones de toneladas de granos de café tostados anualmente en todo el mundo, una gran cantidad de este subproducto se genera. Dado que la piel de plata no suele emplearse para preparar bebidas de café, se descarta y se utiliza a menudo como encendedores o se envía a vertederos. Después del asado, se pueden realizar más pasos de limpieza. A continuación, los granos tostados pueden ser empacados directamente o molidos. En este último caso, el café molido se puede vender tal cual o se utiliza para preparar cápsulas o polvo instantáneo que a veces se usan en las barras de café.

La bebida de café

La bebida de café se puede preparar de muchas maneras diferentes, a saber, por decocción (por ejemplo, café hervido, café turco, café de percolador), infusión (por ejemplo, cafés filtrados y napoletana) y presión (por ejemplo, olla de prensa, mocha y espresso Cafés). La composición de la bebida final dependerá no sólo del método de infusión (por ejemplo, grado de molienda de café, relación de polvo / agua, temperatura del agua, tiempo de extracción), sino también de las especies de café utilizadas para preparar la mezcla comercial. Por otra parte, diferentes estudios han mostrado diferencias en la extractibilidad de los compuestos de acuerdo con las condiciones de asado de café. De esta manera, también variará la composición del residuo que queda después de la preparación de la bebida. Sin embargo, se puede llegar a una conclusión principal: los compuestos químicos del café no se extraen todos a lo largo de la elaboración de la bebida y el residuo sigue siendo rico en diferentes productos químicos con bioactividades importantes.

En la misma perspectiva, y considerando la preparación industrial de café instantáneo / soluble, se pueden emplear varios métodos para su preparación, que en general se basan en la producción de una porción soluble seca de extractos acuosos de café por percolación, concentración y deshidratación ( Por ejemplo, evaporación, liofilización, secado por pulverización). En este caso, usualmente se emplean cafés con un mayor grado de asado (preferiblemente Robusta) para aumentar el rendimiento de extracción. Además, el café desperdiciado de las industrias del café instantáneo se extrae más exhaustivamente, en comparación con el café “más rico”, pero más disperso, resultante de la preparación de bebidas en cafeterías, restaurantes y hogares. Además, el café desperdiciado de las industrias del café instantáneo se extrae más exhaustivamente, en comparación con el café “más rico”, pero más disperso, resultante de la preparación de bebidas en barras de café, restaurantes y hogares.

Dependiendo de las condiciones de la extracción de café, se pueden conseguir diferentes porcentajes en peso de café residual. Este residuo sin valor es normalmente simplemente desechado en cubos de basura, y finalmente enviado a vertederos.

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EL PROCESO DE POST-RECOLECCIÓN DEL CAFE

El procesamiento posterior a la recolección tiene como objetivo separar las semillas de las restantes partes del fruto del café y garantizar una buena conservación del producto final. Además, la técnica tiene que ser adecuada para proteger el café de la adquisición de características indeseables durante todo este proceso. La fruta del café tiene cinco capas de material protector que necesitan ser quitados para revelar el grano que está adentro.

Del exterior al interior, está compuesta por: La piel (epicarpio o exocarpio), una capa monocelular cubierta con una sustancia cerosa; Cuando madura puede ser roja, amarilla o rosada, según la variedad de café; La pulpa (mesocarpio), compuesta por una pulpa carnosa y, en frutos maduros, una capa pectinácea viscosa de mucílago; El pergamino (endocarpio), una fina cubierta de polisacárido; La piel de plata (endocarpio), un fino tegumento que recubre directamente la semilla; Y dos semillas con forma elíptica.

La alta calidad de un café comercial sólo puede lograrse cuando todas (o casi todas) las frutas se cosechan en una etapa perfecta de maduración. Sin embargo, esto incrementa los costos del proceso, de modo que en una cosecha normal, los frutos perfectamente maduros (que deberían ser la gran mayoría) se mezclan con algunas frutas excesivamente maduras o, en su lugar, inmaduras. De acuerdo con las condiciones locales del país productor, el procesamiento del café puede ser realizado por diferentes métodos. Cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas; Por lo tanto, no es posible seleccionar uno como el mejor. Es posible obtener cafés comerciales de buena calidad utilizando todos los procesos, si se realizan bien, y la selección de la técnica depende mucho de las posibilidades locales (por ejemplo, disponibilidad de agua).

En el método de procesamiento en seco, las cerezas se secan y luego se descascaran mecánicamente. Este proceso se utiliza para la mayoría de los cafés brasileños, etíopes y haitianos de Arábica, y para el café Robusta en la mayor parte del mundo. En general, en esta técnica, los granos excesivamente maduros e inmaduros no suelen estar separados de los perfectamente maduros y, por lo tanto, todos ellos componen el lote final. Los frutos son cosechados y dispuestos en capas delgadas (5-10 cm) lo más rápido posible. Esto, junto con una mezcla adecuada a lo largo del proceso, debe evitar la descomposición de la pulpa (debido a su alto contenido en agua y azúcares) que podría originar los muy apreciados “granos fermentados” o “granos de café negros”. El proceso de secado se puede realizar bajo el sol en patios o yardas (secado natural) o en secadores mecánicos. Las últimas son recomendadas en regiones donde la lluvia es frecuente durante el período de secado del fruto o para terminar el secado natural. Durante este proceso, los granos de café se separan del pergamino (endocarpio) y después de 3-4 semanas, dependiendo de las condiciones de secado, los frutos están listos para ser descascarados (humedad <12%). Sin embargo, si los frutos secos pudieran descansar (por ejemplo, en silos) durante algunos meses antes de descascar, la calidad del producto final se puede mejorar. Durante el descascarado, el pericarpio (piel, pulpa y pergamino) se elimina de los granos.

El método húmedo es un procedimiento más sofisticado comparado con el anterior. Se basa en el despulpado de los frutos, seguido por la fermentación. Aunque este proceso demanda agua en abundancia y equipos técnicos específicos, generalmente permite la obtención de cafés de mayor calidad con mayor valor económico. Se utiliza principalmente para los cafés Arabica y cafés de mayor calidad que se venden en tiendas y barras de café.

Para ser procesado en húmedo, los frutos deben estar en perfecto estado de maduración; Por lo tanto se necesita una cuidadosa selección de las cerezas, a menudo con recolección manual o con máquinas de café que permitan la separación de los frijoles maduros. En este caso, los tanques de selección y lavado en los que se procesará el café están desigualmente dispuestos de tal manera que los materiales pueden separarse por gravedad. Los frijoles bien maduros presentan una densidad ligeramente mayor que el agua y tienden a depositarse. Las frutas verdes y excesivamente maduras suelen flotar. Por lo tanto, es posible separarlos y sólo los maduros procederán al siguiente paso: la fase de despulpado. Esta operación tiene la intención de eliminar el epicarpo y el mesocarpo de la fruta. Al final del despulpado del café, la semilla todavía está implicada en el endocarpio. La capa gelatinosa (mucílago) que recubre el endocarpio facilita el proceso reduciendo el número de semillas rotas y la fuerza que se debe aplicar. Sin embargo, su tendencia a retener agua y características resbaladizas puede perjudicar las siguientes fases. Este mucílago, compuesto principalmente por pectinas, puede ser eliminado por fermentación, un proceso que involucra un complejo grupo de reacciones químicas y biológicas. En esta fase, el café permanece en reposo para permitir que los procesos enzimáticos y otros se produzcan naturalmente, provocando la degradación del mucílago. Durante este proceso, la temperatura a menudo aumenta, debido a la fermentación alcohólica del azúcar de la pulpa restante, que es favorable a la acción enzimática de las pectinasas. El tiempo ideal de fermentación es entre 24 y 72 h. De lo contrario, el color de los granos puede verse afectado (granos fermentados). Además de la acción natural de las pectinasas, pueden añadirse enzimas comerciales o agentes químicos para aumentar la eficiencia del proceso. Sin embargo, todavía no es un procedimiento muy común.

En un tercer proceso, denominado “semi seco” o “semi-lavado”, se combinan conceptos tanto de métodos secos como húmedos. Este método consiste en lavar y seleccionar los frutos en los tanques de flotación, seguido del despulpado, pero excluyendo la etapa de fermentación. A continuación, el café despulpado, que contiene los restos de mucílago, puede secarse directamente. Este proceso se ha utilizado en África Central y Brasil, produciendo el “café despulpado natural”. Tanto los métodos húmedos como los semi-lavados requieren un paso adicional para la eliminación del pergamino, una membrana interna que permanece adherida a los granos.

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