1. Introducción

El café es uno de los productos más consumidos después del agua (Preedy, 2015); en efecto, se consume una media de 2,25 billones de tazas de café diariamente en el mundo (Dadi et al., 2018; Jiménez-Zamora et al., 2015). Perú es uno de los principales países productores de café de la especie arábica. Asimismo, es el primer producto agrícola tradicional de exportación y es fuente de empleo para más de dos millones de peruanos en toda la cadena agroproductiva (Ministerio de Desarrollo Agrario y Riego [MIDAGRI], 2022). En las zonas productoras es un importante medio de vida de 230 mil familias (Junta Nacional del Café [JNC], 2020).

Respecto al beneficio del grano de café, el conocimiento del tamaño, la forma y las propiedades físicas son esenciales para el diseño y fabricación de equipos de clasificación, procesamiento y empaque (Tabatabaeefar, 2003; Tabatabaeefar y Rajabipour, 2005). Existen estudios sobre las características físicas en sandía (Koocheki et al., 2007), en cacao (Bart y Baryeh, 2003), en quinua (Jan et al., 2019), maíz (Pérez Mendoza et al., 2006), alcaparras (Dursun y Dursun, 2005), algarrobo (Olajide y Ade-Omowaye, 1999), sésamo (Tunde-Akintunde y Akintunde, 2004) y soya (Moreano et al., 2013). Sin embargo, aún son escasos los trabajos con cultivares de café (Saparita et al., 2019; Tesfa et al., 2019; El-Gendy et al., 2011; Dias, 2007), limitando de esta forma el diseño de equipos apropiados para el procesamiento del café, lo que es una amenaza importante para la calidad de esta bebida.

Por otra parte, la calidad fisiológica es la capacidad que tiene la semilla para germinar, emerger y desarrollar plantas vigorosas y uniformes, cualidades esenciales para la toma de decisiones porque proporcionan información necesaria a productores de semillas y plántulas de café sobre la particularidad de la germinación y el vigor de cada cultivar (Reis et al., 2010). Asimismo, la calidad fisiológica puede estar directamente relacionada con los materiales genéticos estudiados (Alixandre et al., 2021). Además, esta característica puede ser usada para medir la tolerancia de la planta a ciertos estreses abióticos, como la falta de agua (Nijabat et al., 2023) y salinidad (Rosas et al., 2019).

Como se mencionó, tanto las características físicas como fisiológicas de las semillas en general, y particularmente la del café, están directamente relacionadas con los cultivares y con el clima donde ellos crecen. Por ello, es importante evaluar constantemente estos atributos con el objetivo de proporcionar a los agricultores mayores herramientas para que mejoren el manejo de sus cafetales.

2. Materiales y Métodos

Este trabajo se realizó en el laboratorio de semillas de la Universidad Nacional Agraria La Molina [UNALM], Lima, Perú. El material vegetal utilizado fue semillas de Coffea arabica provenientes del banco de germoplasma de café de la UNALM, coordenadas geográficas 75º21'8.17'' longitud oeste y 11º5'43.84'' latitud sur, ubicado en la provincia de Chanchamayo, región de Junín, que presenta una temperatura y precipitación de 21-24 ºC y 1829 mm año^-1(Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú [SENAMHI], 2019), respectivamente.

Los tratamientos estuvieron formados por las semillas de las accesiones de café UNACAF-24a, UNACAF-90, UNACAF-97, UNACAF-115, UNACAF-119, UNACAF-132, UNACAF-134, UNACAF-143, UNACAF-146, UNACAF-151, UNACAF-172 y UNACAF-202, las cuales fueron colectadas de cerezas completamente maduras (Tabla 1 y Figura 1). Después de la cosecha, las cerezas se despulparon manualmente para no dañarlas. También se retiró el pergamino de las semillas y luego se seleccionaron 50 semillas frescas de cada accesión para pesarlas y determinar sus características físicas.

Figura 1
Semillas germinadas utilizadas para este ensayo

Figure 1. Germinated seeds used for this trial

Se cuantificaron características físicas como el diámetro polar (L, mm), el diámetro ecuatorial de la semilla (A, mm) y el espesor (W, mm) de cada semilla. Con estas variables se calcularon otros índices, como diámetro aritmético (mm) (ecuación [1]), diámetro geométrico (mm) (ecuación [2]), grado de esfericidad (%) (ecuación [3]), área de superficie (mm²) (ecuación [4]), volumen (mm³) (ecuación [5]), (Mohsenin, 1971).

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El atributo fisiológico se evaluó cuantificando el porcentaje de germinación, que se realizó en cámara de germinación SEEDBURO a 26 °C y en condiciones de oscuridad. Esta evaluación fue del 7 de agosto hasta el 20 de agosto, dando un total de trece días. Cada tratamiento tuvo cinco repeticiones y cada repetición estuvo formada por diez semillas. Se consideraron semillas germinadas a aquellas que mostraban una radícula mayor a 1 mm. Al final de este período de evaluación se midió la longitud de la radícula y el peso de cada plántula.

Los datos obtenidos se utilizaron para realizar el análisis ANOVA. Posteriormente, se cuantificó la diferencia de medias con la prueba de Tukey (95 %).

3. Resultados y Discusión

El café es uno de los bienes más comercializados a nivel mundial. Esta bebida se obtiene del grano previamente despulpado, seleccionado, secado y tostado. Para todas las actividades mencionadas, los productores utilizan equipos que están diseñados considerando las propiedades físicas de las semillas, que también se utilizan para distinguir los cultivares (Tesfa et al., 2019). Asimismo, las características fisiológicas y genéticas contribuyen a definir las propiedades físicas de las semillas (Anandakumar et al., 2022; Hu et al., 2021; Jiang et al., 2013; Kaliniewicz et al., 2018).

En esta evaluación se examinaron los atributos físicos de las accesiones de café. Como se mencionó, el componente genético tiene un papel importante en el tamaño de la semilla. De hecho, las accesiones UNACAF-172 (12,76 mm) y UNACAF-146 (12,40 mm) tuvieron el diámetro polar más largo, mientras que las accesiones UNACAF-119 (9,29 mm) y UNACAF-90 (9,13 mm) fueron las más cortas. La diferencia entre estos grupos fue de casi 30 % (p ≤ 0,05). Para diámetro ecuatorial, la accesión UNACAF-146 tuvo el valor más alto (7,78 mm), mientras que las accesiones UNACAF-151 (6,67 mm), UNACAF-132 (6,87 mm), UNACAF-119 (6,79 mm) y UNACAF-90 (6,79 mm) tuvieron el valor más bajo.

También se midió el espesor. Para esta variable se pudo observar que las accesiones UNACAF-172 (4,47 mm) y UNACAF-202 (4,47 mm) fueron más gruesas que la accesión UNACAF-119 (3,78 mm) (p ≤ 0,05) (Figura 2). Estos resultados pueden asociarse a los cultivares estudiados.

Figura 2
Rasgos físicos evaluados en este experimento. A) el diámetro polar (L) (mm), B) el diámetro ecuatorial de la semilla (mm) y C) el espesor (W) (mm).

Figure 2. Physical traits evaluated in this experiment. A) the polar diameter (L) (mm), B) the equatorial seed diameter (mm) and C) the thickness (W) (mm).

Las características físicas son indicadores importantes para el análisis de la calidad de los granos. Asimismo, estos rasgos físicos son esenciales para el diseño, construcción y operación de equipos (Ospina Machado, 2001) usados en beneficio del café. Si se hace un buen análisis, la calidad propia del café se mantiene o se potencia, pero en caso contrario, el producto se vería perjudicado. Su objetivo es mejorar la calidad a través de la exaltación de atributos. Los factores que determinan la calidad del café son el genotipo, el ambiente, manejo agronómico y tratamiento poscosecha (Peñuela Martínez y Sanz-Uribe, 2021).

En la evaluación de los índices físicos para el diámetro aritmético y geométrico, las accesiones UNACAF-146 (21,65 mm y 7,49 mm) y UNACAF-172 (21,57 mm y 7,45 mm) tuvieron los mayores valores, mientras que las accesiones UNACAF-119 (17,33 mm y 6,18 mm) y UNACAF-90 (17,20 mm y 6,20 mm) fueron las menores (p ≤ 0,05) (Figura 3). Para el grado de esfericidad, la accesión UNACAF-143 (0,70 %) tuvo el valor más alto, mientras que las UNACAF-172 (0,58 %) y UNACAF-146 (0,60 %) tuvieron el valor más bajo (p ≤ 0,05). La esfericidad es el grado de aproximación que una semilla tiene a una esfera y en cualquier semilla está en función de sus dimensiones básicas como el largo, ancho y espesor. Esta característica describe la capacidad de rodar de una semilla durante el procesamiento. La accesión UNACAF-143 tiene un valor de esfericidad de 0,70 %, encontrándose en el rango de 0,7 a 0,8, considerado esférico para una semilla (Bande et al., 2012).

Figura 3
Índices físicos evaluados en este experimento. A) diámetro aritmético (mm), B) diámetro geométrico (mm), C) grado de esfericidad (%), D) área superficial (mm2) y E) volumen (mm3).

Figure 3. Physical indices evaluated in this experiment. A) arithmetic diameter (mm), B) geometric diameter (mm), C) degree of sphericity (%), D) surface area (mm²) and E) volume (mm³).

En cuanto al área superficial, las accesiones UNACAF-146 (177,35 mm²) y UNACAF-172 (175,57 mm²) fueron significativamente mayores a la accesión UNACAF-119 (120,63 mm²⁾ que fue menor. Los resultados mostraron que el área superficial, el diámetro geométrico y el diámetro aritmético no necesariamente tendrían una relación con el grado de esfericidad. El área superficial de una semilla reviste interés en el diseño de tolvas y cámaras de procesamiento (Bande et al., 2012). Tanto el área superficial como el diámetro geométrico juegan un papel importante en el proceso de secado, para la determinación de velocidad terminal, el coeficiente de arrastre y el número de Reynolds (Mohsenin, 1986).

También se midió el volumen. Se observó que las accesiones UNACAF-146 (223,55 ) y UNACAF-172 (220,54 mm³) fueron superiores (p ≤ 0,05) comparadas con las accesiones UNACAF-119 (125,17 mm³) y UNACAF-90 (126,18 mm³). Conocer el volumen es esencial para el proceso de tostado, momento en que el grano se expande, y es necesario para considerar modelos de simulación de secado (Franca et al., 2005).

En relación con la germinación (Figura 4), los resultados mostraron que las accesiones UNACAF-202 (0,98 %) y UNACAF-134 (1 %) tienen mayor porcentaje de germinación, mientras que las accesiones UNACAF-172 (0,62 %) y UNACAF-146 (0,80 %) menor porcentaje de germinación (p ≤ 0,05). Según Popinigis (1985), el tamaño de semilla en muchas especies es indicativo de su calidad fisiológica, por lo que, dentro del mismo lote, las semillas de tamaño grande y mediano tienen un mayor índice de germinación y vigor que las de tamaño pequeño; lo que tendría relación con los resultados obtenidos en la Figura 2. Esto es importante porque la capacidad de germinación de un lote de semillas está determinada por la proporción de producción de plantas normales (Carvalho y Nakagawa, 2012). Las variables morfológicas de las semillas pueden actuar sobre la fisiología de la germinación. La forma de la semilla está influenciada por factores genéticos y ambientales. En el maíz, la forma tiene un efecto sobre la calidad fisiológica de la semilla: germinación de la semilla, emergencia de la semilla y velocidad de germinación (Adebisi et al., 2005). Cuantificar la variación morfológica de las semillas puede ayudar a comprender el curso de la imbibición, así como las diferencias entre genotipos relacionados. Sin embargo, al obtener el peso de las plántulas, las accesiones 172 y 146 tienen mayor peso, lo que indicaría que no necesariamente el porcentaje de germinación tiene relación con el peso de las plántulas.

Figura 4
Porcentaje de germinación (A) y peso de las plántulas (B).

Figure 4. Germination percentage (A) and seedling weight (B).

Describir los atributos físicos de las semillas de café es importante porque las semillas se dañan mecánicamente durante el procesamiento, lo que no solo reduce su calidad en términos de germinación y viabilidad, sino también la calidad de taza. La tecnología de producción agrícola del café influye en un 40 % en los atributos de calidad en taza de la bebida de café, mientras que el 60 % restante de los atributos de la calidad está determinado por la tecnología de procesamiento poscosecha (Hameed, 2018).

4. Conclusiones

Los resultados mostraron que las características físicas y fisiológicas varían dependiendo del material genético estudiado. En efecto, encontramos marcadas diferencias para los atributos estudiados. Así, las accesiones UNACAF-172 y UNACAF-146 mostraron mayor diámetro polar, aritmético y geométrico, además de presentar mayor área superficial, volumen y peso de plántula. Al contrario, estas mismas accesiones tuvieron menor porcentaje de germinación. Asimismo, UNACAF-119 y UNACAF-90 mostraron bajos atributos físicos, aunque alto porcentaje de germinación y bajo peso de plántulas.

Financiamiento

Este proyecto fue autofinanciado por los autores.

Contribuciones de los autores

• Claudia Andrea Vidal-Tejeda: conceptualización, análisis formal, investigación, metodología, supervisión, •redacción – revisión y edición.

• Alberto Julca-Otiniano: investigación, metodología, redacción – revisión y edición.

• Viviana Castro-Cepero: investigación, metodología, redacción – revisión y edición.

• Leonel Alvarado-Huaman: investigación, metodología, redacción – revisión y edición.

• Ricardo Roberto Borjas-Ventura: conceptualización, análisis formal, supervisión.

Implicaciones éticas

Los autores declaran que no existen implicaciones éticas.

Conflicto de interés

Los autores declaran que no existen conflictos de interés financieros o no financieros que podrían haber influido en el trabajo presentado en este artículo.

Agradecimientos

Agradecemos al departamento de Fitotecnia de la Universidad Nacional Agraria La Molina por permitirnos utilizar sus instalaciones para llevar a cabo este proyecto de investigación.

Referencias

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