Los micronutrientes interfieren en la calidad de la bebida

Introducción

El mundo ha estado consumiendo más café. El consumo de café per cápita aumentó de 0,897 kg/año en 1990 a 1,069 kg/año en 2016 (&Torga Spers, 2020), un aumento considerable del 19,2%. Además, la población mundial aumenta continuamente. Sin embargo, además de la cantidad, es notable la creciente demanda de cafés especiales. Incluso Brasil, el segundo mayor consumidor de café del mundo, ha mantenido su posición como consecuencia de la mejora en la calidad de los cafés producidos en los últimos veinte años (ABIC, 2020). Por lo tanto, los cafés de mayor calidad, reconocidos como cafés finos, gourmets, especiales, premium u otros términos, se consumen cada vez más en el mercado nacional e internacional.
Por otro lado, la producción de cafés especiales se ha vuelto muy atractiva para el productor debido a los precios diferenciados que son pagos por el saco. Una vez vista como una opción, la diferenciación en el mercado también ha sido un pilar importante para la sostenibilidad económica del cultivo de café. Así, los caficultores están adoptando cada vez más tecnologías y buscando más informaciones que favorezcan la producción de cafés especiales. Sin embargo, hay muchos factores involucrados en la calidad del café, como la genética, la salud de la planta, la maduración de los granos, la altitud, el manejo fitosanitario, la carga pendiente, el manejo posterior a la cosecha y, no menos importante, la nutrición mineral.

¿Cómo puede contribuir la nutrición a la calidad de la bebida de café?

La importancia de una nutrición adecuada y equilibrada para lograr altos rendimientos del café es innegable. Además, se sabe que la composición bioquímica de los granos está relacionada a los factores genéticos y ambientales. Entre los factores abióticos, el estado nutricional de la planta puede influir en la producción y composición bioquímica del grano, con el potencial de cambiar la calidad de la bebida. Los nutrientes contribuyen a la calidad final del café de dos maneras, i) directa: por su papel en el metabolismo de la planta y la acumulación de compuestos químicos deseables desde el punto de vista del aroma y sabor del café; e ii) indirecta: por su papel en la producción de compuestos que perjudican el desarrollo microbiano en los granos (Martínez et al., 2014).
El estado nutricional también afecta el llenado de los granos y, en consecuencia, la calidad de la bebida. Un proceso ineficiente de llenado de granos puede hacer que la bebida sea de mala calidad, dejándola astringente, metálica y dura, al afectar el metabolismo del ácido clorogénico y el triptófano (Fagan et al., 2011).
El nitrógeno (N) y el potasio (K) son macronutrientes que influyen en la calidad de los granos, además de ser muy demandados por las plantas de café. El N es un componente estructural de aminoácidos, proteínas, bases nitrogenadas, ácidos nucleicos, enzimas, coenzimas, vitaminas, pigmentos y otros productos secundarios (Malavolta et al., 1997). Además, el N está presente en la molécula de cafeína. En las plantas de café con deficiencia o bajo suministro de N, hay una reducción en la cantidad de cafeína presente en los granos, ya que del 40 al 50% del N presente en los granos tostados se inmoviliza en cafeína y trigonelina (Clifford & Wilson, 1985). Sin embargo, el aumento de aumento del suministro de N no siempre da como resultado una mayor cantidad de cafeína en los granos debido al efecto de dilución, es decir, aumentar el suministro de N (hasta una cierta cantidad) puede aumentar la producción y diluir la cafeína producida en un mayor número de granos (Clemente, 2010). Por lo tanto, es importante suministrar al cultivo una cantidad adecuada de N porque este nutriente está fuertemente relacionado con la cantidad de celulosa, hemicelulosa, aceites, trigonelina, ácido clorogénico y compuestos de nitrógeno, factores clave para obtener compuestos que confieren sabor y aroma característicos de las bebidas de buena calidad (Amorim, 1968; Carvalho et al., 1997).
El café también es muy exigente en K, un nutriente relacionado con el funcionamiento de los procesos osmóticos (por ejemplo, apertura y cierre del estoma), síntesis de proteínas y permeabilidad de la membrana (Malavolta, 1980; Zehler et al., 1986). Además, el K y el Mg interfieren en la calidad del café debido a su relación con la translocación de azúcares a través del floema. La cantidad de azúcar total presente en los granos de café puede contribuir al sabor y aroma de la bebida, que son atributos deseables en los cafés superiores (Amorim et al., 1976). Por lo tanto, el reflejo de la fertilización en la producción es tan importante como los efectos sobre los compuestos orgánicos que influyen en la calidad de la bebida.
Además de N y K, los micronutrientes también están relacionados con la calidad de las bebidas. A continuación se muestra el papel del cobre, zinc, boro y manganeso.

Papel de los micronutrientes

Cobre (Cu)
El Cu participa en el proceso de fotosíntesis, respiración, distribución de carbohidratos, así como en la constitución y activación de algunas enzimas. Entre estas enzimas se encuentran la polifenoloxidasa y la diamina oxidasa, que catalizan la oxidación de compuestos fenólicos y cetonas (precursores de lignina) (Hänsch
& Mendel, 2009), directamente relacionadas con la calidad de la bebida.
En general, cuanto mayor es la actividad de la polifenoloxidasa, mejor es la bebida del café, por otro lado, la baja actividad de esta enzima causa una pérdida de calidad (Figura 1). Las polifenoloxidasas actúan sobre los polifenoles, reduciendo la acción antioxidante de estos compuestos sobre los aldehídos, lo que facilita su oxidación y da lugar a la producción de las quinonas (Martins et al., 2005). Por lo tanto, la actividad de la polifenoloxidasa se usa como un indicador bioquímico de la calidad de la bebida. De hecho, se ha comprobado la elevada actividad de esta enzima en granos que producen ‘bebida suave’ (Mazzafera et al., 2002). Por lo tanto, la adición del cobre en la nutrición de las plantas de café contribuye a una mayor actividad de las enzimas polifenoloxidasas, mientras que la deficiencia de este nutriente provoca la acumulación de fenoles y la disminución de la lignificación, lo que resulta en bebidas de baja calidad.

Figura 1. Actividades de polifenoloxidasa en extractos proteicos de los cafés de bebida Rio (R), Fuerte (D) y Suave (M), obtenidos por los métodos enzimáticos 1, 2 y 3. Se usó el ácido clorogénico como sustrato. Promedios de cuatro repeticiones. Las barras indican la desviación estándar. Figura extraída de Mazzafera et al. (2002).

Además, los microorganismos presentes tanto en la fase previa como en la posterior a la cosecha pueden infectar los granos si encuentran condiciones favorables. Los hongos de los géneros Aspergillus y Penicillium pueden producir micotoxinas (Simões, 2009) que, además de ser perjudiciales para los humanos, causan mal funcionamiento en los granos de café, afectando también la comercialización y calidad de la bebida. Estos hongos degradan las paredes, membranas y polisacáridos y producen un compuesto que da un sabor amargo la bebida de café (Alves et al., 1996). Sin embargo, el Cu ejerce un efecto de defensa directa de la planta contra los hongos, ya que actúa sobre la desnaturalización de las proteínas patógenos. Aún indirectamente, el Cu participa en la síntesis de lignina que actúa como una barrera de protección para la penetración de los microorganismos (Pasin et al., 2002).

Zinc (Zn)
El Zn juega un papel fundamental en la constitución y activación de enzimas, además, está relacionado con el metabolismo de N, carbohidratos y proteínas de la membrana (Prado, 2008). De hecho, el Zn actúa para mantener la integridad de las membranas (Cakmak & Marchner, 1990) y la aplicación de este nutriente aumenta la actividad de la enzima polifenoloxidasa, además de contribuir a la reducción de los radicales libres de O2 así como a la estabilización estructural de las proteínas (Cakmak & Marchner, 1988) (Kaya & Higgs, 2001). Sin embargo, el exceso de Zn provoca una reducción de la actividad de la polifenoloxidasa (Lacerda et al., 2018), dando como resultado cafés de bebidas de baja calidad.
Las membranas más intactas permiten una menor lixiviación de metabolitos y enzimas (como polifenoloxidasa, proteasas y lipasas) que alteran la composición bioquímica y, durante el proceso de tostado, pueden alterar el sabor y el aroma de la bebida (Amorim, 1978). Un factor relacionado con la integridad de las membranas es la disposición de los lípidos dentro de las células (Figura 2). Los lípidos en el centro de la célula funcionan como una barrera para retener de compuestos volátiles que imparten sabor y aroma a la bebida (Amorim, 1978; Pimenta, 2004). En células más intactas, los lípidos se disponen de una manera más organizada, encontrándose en cuerpos lipídicos en el centro de las células, esta preservación da como resultado bebidas de mejor calidad (Goulart et al., 2007).

Figura 2. Secciones de granos de café verde, de diferente calidad de bebida, teñidas con Sudán IV para lípidos. Bebida suave(A), bebida fuerte (C) y bebida de río (E). Detalle de la porción media, próxima a la cavidad embrionaria, del endospermo de los granos de café bebidas suave (B), fuerte (D) y de río (F). Las flechas indican el posicionamiento de los cuerpos lipídicos. La barra corresponde a 50 μm. Figura extraída de Goulart et al. (2007).

Por otro lado, la pérdida de calidad de la bebida se produce porque los lípidos no están presentes en el centro de la célula, sino dispersos en regiones más cercanas a la pared celular. En el caso de cafés con ‘bebida fuerte’ ya no existe la formación de cuerpos lipídicos, que se encuentran dispersas cerca de la pared celular. En los cafés con calidad ‘rio’, las membranas celulares ya están lo suficientemente desestructuradas como para permitir la pérdida de lípidos en los espacios extracelulares (Goulart et al., 2007). Por lo tanto, a la hora del tostado estos compuestos lipídicos no pueden conservar las sustancias que dan sabor y aroma a la bebida, haciéndola de calidad inferior.
El Zn también puede aumentar la cantidad de sacarosa presente en el grano. Las concentraciones más altas de azúcares en los granos de café crudos contribuyen significativamente para las reacciones del proceso de tostado (Mendonça et al., 2007), lo que contribuye a la dulzura de la bebida, un atributo de sabor deseable en el grano de café (Coradi et al., 2007).
Finalmente, el ataque de insectos a los granos de café puede causar pérdida en la calidad de la bebida, ya que se consideran granos defectuosos debido a su sabor astringente. La preferencia de los insectos por la planta se debe a su composición bioquímica. Curiosamente, la suplementación de Zn puede reducir este ataque de plagas (Figura 3), ya que este nutriente aumenta el contenido de ácido clorogénico en los granos (Martínez et al., 2013). Por lo tanto, el Zn suministrado a la planta tanto a través de la hoja como en el suelo influye positivamente en la producción y calidad de los granos de café (Martínez et al., 2013).

Figura 3. Productividad en t ha-1 (Y), número de defectos equivalentes (ED) y porcentaje de daños causados por insectos (ID) en granos de café producidos con o sin suplementación de Zn. Figura extraída de Martinez et al. (2013).

Boro (B)
La deficiencia de B provoca un aumento de los niveles de ácido indolacético (auxina), lo que provoca alteraciones en el desarrollo de la planta, con una reducción en la síntesis de proteínas, acumulación de compuestos fenólicos y dificultad en la formación de la pared celular (Melo & Lemos, 1991).

Además del efecto del Zn en las membranas, las paredes celulares bien formadas retienen los compuestos que imparten sabor y aroma a los cafés clasificados como de “alta calidad”, mientras que la pérdida del contenido celular en el endospermo causa cambios cualitativos y cuantitativos, es decir, el cambio en la calidad de la bebida (Goulart et al., 2007). Los cafés “bebida suave” cuentan con una pared celular gruesa y bien formada. Por otro lado, la reducción del espesor y la integridad de la pared celular reduce la calidad de la bebida, de modo que en la ‘bebida rio’ la pared celular se suprime o degradada (Figura 4) (Goulart et al., 2007).
Además, las plantas de café complementadas adecuadamente con B maximizan la actividad de la polifenoloxidasa, reducen las concentraciones del ácido cafeoilquínico (5-CQA) y aumentan el transporte y la acción de los reguladores del crecimiento (Clemente, 2014).

Figura 4. Secciones de granos de café verde, de diferente calidad de bebida, teñidos con Safranina y azul de Astra. Bebida suave(A), bebida fuerte (C) y bebida de río (E). Detalle de la porción mediana, cercana a la cavidad embrionaria, del endosperma de los granos de café bebidas suave (B), fuerte (D) y de río (F). Las flechas indican regiones de depresión o degradación de la pared celular. La barra corresponde a 50 μm. Figura extraída de Goulart et al. (2007).

El exceso de B altera la integridad de la membrana y produce quinonas que reducen la actividad de la enzima polifenoloxidasa (Karabal et al., 2003). En la ausencia de este micronutriente, se produce la acumulación de fenoles, porque los complejos cis-diol se desplazan al ciclo de la pentosa fosfato. Esta acumulación de fenoles puede alterar las membranas celulares y, en consecuencia, provocar la muerte del tejido vegetal (Marschner, 2012).

Manganeso (Mn)
El Mn, entre otras funciones, actúa como cofactor enzimático en la vía de producción de lignina, que está estrechamente relacionado con el aumento de la síntesis de este compuesto. Además, participa en la síntesis de fenoles solubles y es capaz de inhibir la producción de exoenzimas producidas por ciertos hongos responsables de la degradación de la pared celular. De esta manera, el Mn es capaz de reducir el crecimiento de hongos que se asocian a los granos. Además, existe una correlación directa entre la concentración de Mn y Cu en la planta y la calidad de la bebida del café (Becker-Raterink et al., 1991).

Por lo tanto, si las barreras físicas de protección contra los patógenos fallan, una segunda estrategia de la planta es aumentar la síntesis de fitoalexinas. Las fitoalexinas provienen del metabolismo secundario y se acumulan alrededor del sitio de la infección, lo que dificulta el desarrollo de patógenos. Mn, Fe, Cu y B están involucrados en este mecanismo de defensa (Pasin et al., 2002). Las aplicaciones foliares con estos nutrientes son capaces de reducir la infección de varios hongos de almacenamiento (Figura 5).

En este contexto, el papel de los micronutrientes catiónicos y del B en la calidad de la bebida de café es evidente, actuando sobre los cambios bioquímicos o aumentando la tolerancia a los patógenos. El suministro de nutrientes de manera eficiente, con cantidad y modo de aplicación correctos, tienden a proporcionar una mejor calidad del café cosechado, y un equilibrio adecuado de cada nutriente es tan importante como su cantidad. Cada nutriente cumple su función de forma irremplazable. El suministro de nutrientes a través de fuentes eficientes aporta respuestas tanto en la calidad como en la productividad. La calidad de la bebida ha pesado cada vez más en el precio de venta del café, añadiendo valor al producto y aumentando la rentabilidad. ICL América del Sur presenta soluciones nutricionales que facilitan la aplicación de manera equilibrada, con seguridad y garantía de alta respuesta, sumando en calidad, productividad y, sobre todo, rentabilidad del cultivo de café.