Caffè (Coffea spp.) 

Descrizione

Il caffè è il prodotto ottenuto dai semi maturi delle piante del genere Coffea, appartenenti alla famiglia Rubiaceae. È originario dell’Africa orientale ed è oggi coltivato in oltre settanta paesi distribuiti lungo la cosiddetta “fascia del caffè”, caratterizzata da clima tropicale e altitudini variabili. Le specie più importanti dal punto di vista commerciale sono Coffea arabica, nota per la finezza aromatica e il profilo sensoriale più morbido e complesso, e Coffea canephora (robusta), apprezzata per la maggiore resistenza agronomica e il più elevato contenuto di caffeina.

I frutti, chiamati ciliegie, contengono in genere due semi: questi chicchi, inizialmente verdi, duri e privi del tipico aroma, acquisiscono le loro caratteristiche durante la tostatura, un processo termico fondamentale in cui avvengono reazioni come la reazione di Maillard, la degradazione di carboidrati e proteine e la trasformazione degli acidi clorogenici. Tali processi generano centinaia di composti volatili, responsabili del bouquet aromatico del caffè tostato.

Il prodotto finale si presenta sotto forma di chicchi bruni, con un colore più o meno intenso in base al grado di tostatura. Una volta macinato, il caffè viene estratto con acqua calda attraverso tecniche come espresso, moka, filtro, percolazione o cold brew. Ogni metodo mette in evidenza sfumature diverse: corpo, acidità, amaro, crema e contenuto estratto in caffeina.

Oltre a essere una delle bevande più consumate al mondo, il caffè è un ingrediente chimicamente complesso, ricco di alcaloidi, polifenoli, trigonellina e lipidi come cafestolo e kahweol. La sua qualità sensoriale è influenzata da numerosi fattori: varietà botanica, altitudine, metodo di lavorazione post-raccolta (washed, natural), profilo di tostatura e freschezza del prodotto. Questa combinazione rende il caffè uno degli alimenti con la maggiore variabilità espressiva e una vasta gamma di applicazioni gastronomiche e cosmetiche.

Classificazione botanica

• Nome comune: caffè (pianta del caffè, chicco di caffè)

• Nomi botanici principali:

  • Coffea arabica (caffè arabica)

  • Coffea canephora (caffè robusta)

• Famiglia: Rubiaceae

• Origine: regioni tropicali dell’Africa (in particolare Etiopia e Africa centrale) e del Madagascar; oggi coltivato in numerosi paesi della fascia tropicale

Coltivazione e condizioni di crescita

Clima

• Pianta tipicamente tropicale, che richiede temperature miti e umidità elevata.

• Per Coffea arabica le temperature medie più favorevoli si collocano, in linea generale, intorno a 15–24 °C, spesso ad altitudini medio-alte.

• Coffea canephora (robusta) tollera meglio il caldo, con valori medi attorno a 24–30 °C, ed è coltivata a quote più basse.

• Il caffè necessita di piogge abbondanti e ben distribuite, in genere tra circa 1.200 e 2.000 mm/anno, alternate a un breve periodo secco che favorisce differenziazione fiorale e fioritura.

• Non tollera il gelo: anche brevi episodi di temperature prossime a 0 °C possono causare danni gravi.

Esposizione

• In molte aree tradizionali è coltivato in mezz’ombra (sistemi “shade-grown”), sotto alberi ombreggianti che moderano luce, vento e sbalzi termici.

• In altri contesti, specie per il robusta, si adottano impianti più soleggiati, purché sia garantita sufficiente umidità e gestione accurata dell’irrigazione.

• L’eccesso di luce diretta, soprattutto in combinazione con siccità, può provocare ustioni fogliari e stress idrico.

Terreno

• Predilige suoli profondi, ben drenati, tendenzialmente acidi, con buona dotazione di sostanza organica.

• Terreni franco-sabbiosi o franco-limosi, ben strutturati, sono particolarmente adatti.

• Non sopporta ristagni idrici prolungati, che favoriscono marciumi radicali e deperimento delle piante.

• La presenza di pendenze moderate aiuta il drenaggio, ma richiede adeguate misure di conservazione del suolo (terrazzamenti, fasce inerbite).

Irrigazione

• In aree con piogge regolari può essere coltivato in asciutta; dove le precipitazioni sono irregolari, l’irrigazione di supporto è importante.

• Il caffè beneficia di un periodo di leggero stress idrico, seguito da piogge o irrigazioni, che stimola la fioritura.

• Durante l’ingrossamento delle drupe (le “ciliegie” di caffè) è essenziale evitare stress idrici prolungati per non compromettere resa e qualità.

• Si preferiscono sistemi localizzati (es. goccia) per ottimizzare l’uso dell’acqua e limitare malattie.

Temperatura

• Crescita ottimale in un intervallo relativamente stretto di temperature miti, senza eccessi sia verso il caldo sia verso il freddo.

• Temperature persistentemente superiori a 30–32 °C, associate a forte insolazione e bassa umidità, possono ridurre l’allegagione e peggiorare la qualità dei chicchi.

• Temperature troppo basse rallentano la crescita e aumentano il rischio di danni da freddo, specialmente in giovani piante o in presenza di vento freddo.

Concimazione

• Coltura perenne e esigente in nutrienti, soprattutto in sistemi intensivi.

• Necessita di buon apporto di azoto per sostenere la crescita vegetativa e la produzione; fosforo e potassio sono fondamentali per sviluppo radicale, fioritura, allegagione e qualità del chicco.

• L’integrazione con sostanza organica (letame ben maturo, compost, pacciamature organiche) contribuisce a mantenere fertilità, struttura del suolo e attività biologica.

• La gestione nutrizionale dovrebbe basarsi su analisi periodiche del terreno e, se possibile, su analisi fogliari.

Cure colturali

• Potatura regolare per:

  • contenere l’altezza delle piante,

  • rinnovare il legno fruttifero,

  • mantenere una chioma ben aerata e illuminata.

• Controllo delle infestanti tramite sarchiatura, inerbimento controllato o pacciamature.

• Importante monitorare parassiti e malattie (ad esempio ruggine del caffè, cocciniglie, minatori fogliari e altri fitofagi) adottando strategie di difesa integrata.

• In molte aree si utilizzano sistemi agroforestali (intercoltivazioni con alberi da ombra e altre colture) per migliorare microclima, biodiversità e stabilità del sistema colturale.

Raccolta

• Le drupe di caffè maturano in più ondate; la raccolta può essere:

  • selettiva a mano (solo frutti rossi e maturi, metodo tipico degli arabica di alta qualità),

  • a strappo (strip picking) o meccanizzata in coltivazioni più estensive.

• Una raccolta accurata dei frutti al giusto grado di maturazione è decisiva per la qualità finale del caffè verde.

• Dopo la raccolta, le drupe sono sottoposte a processi di lavorazione (metodo lavato, naturale, honey, ecc.) e quindi essiccate prima della decorticazione del seme (chicco di caffè).

Moltiplicazione

• La propagazione avviene in genere per seme, con produzione di piantine in vivaio e successivo trapianto in campo.

• In alcuni casi, soprattutto per materiali di pregio, si impiegano tecniche vegetative (talee, innesti, micropropagazione) per mantenere fedeltà genetica.

• L’impianto definitivo richiede distanze di piantagione adeguate alla varietà, al sistema colturale (con o senza ombra) e al livello di meccanizzazione.

Valori nutrizionali indicativi (per 100 g di caffè tostato e macinato)

• Energia: 330–340 kcal

• Proteine: 12–14 g

• Carboidrati: 60–65 g

  • zuccheri semplici: 0 g

• Grassi totali: 10–15 g

  • SFA (acidi grassi saturi, prima occorrenza): circa 6–7 g

  • MUFA: circa 2–3 g

  • PUFA: circa 1–2 g

  • TFA naturali: tracce

• Fibre alimentari: 0–2 g

• Minerali: potassio, magnesio, calcio, fosforo

• Sodio: <5 mg

• Caffeina: 1–2,5% a seconda della specie

(Nota: i valori fanno riferimento alla materia secca; una tazzina di espresso contiene circa 7 g di caffè.)

Principali sostanze contenute

• Alcaloidi: caffeina, teobromina, teofillina

• Acidi clorogenici (CGA)

• Trigonellina

• Lipidi: trigliceridi, diterpeni (cafestolo, kahweol)

• Carboidrati complessi: polisaccaridi, fibre

• Proteine e amminoacidi

• Composti volatili (oltre 800) responsabili dell’aroma

• Minerali (potassio, calcio, magnesio)

• Antiossidanti polifenolici

Processo di produzione

1. Coltivazione e raccolta
   Raccolta manuale (metodo “picking”) o meccanica (“stripping”) dei frutti maturi.

2. Estrazione dei semi (processing)

   • Metodo a umido (washed): fermentazione e lavaggio della polpa.

   • Metodo a secco (natural): essiccazione delle drupe intere.

3. Essiccazione
   Riduzione dell’umidità al 10–12%.

4. Decorticazione
   Rimozione del pergamino e selezione dei chicchi verdi.

5. Tostatura
   Reazione di Maillard e degradazione termica che sviluppano aroma, gusto e colore.

6. Macinazione
   Granulometria variabile in base al metodo di estrazione (espresso, filtro, moka).

7. Confezionamento
   Atmosfera protettiva o valvola unidirezionale per preservare l’aroma.

Proprietà fisiche

• Aspetto: chicchi ovali o rotondi, di colore bruno dopo la tostatura

• Densità: variabile tra 0,25 e 0,70 g/cm³ (diminuisce con la tostatura)

• Solubilità: i composti idrosolubili passano in infusione durante l’estrazione

• Umidità: <5% nel prodotto tostato

• Stabilità termica: elevata fino a 200–220 °C prima della carbonizzazione

Proprietà sensoriali e tecnologiche

• Aroma complesso con oltre 800 composti volatili

• Sapore caratterizzato da amaro, dolcezza residua minima, acidità variabile e note tostate

• Corpo e crema influenzati da lipidi e CO₂ residua

• Capacità schiumogena utile per espresso, cappuccino e bevande speciali

• Polyfoam e oli superficiali permettono la stabilità della crema

Impieghi alimentari

• Bevande: espresso, moka, filtro, cold brew, caffè turco

• Ingredienti: gelati, dessert, cioccolato, prodotti da forno

• Estratti concentrati e solubili

• Bevande ready-to-drink

• Aroma naturale per alimenti e integratori

Nutrizione e salute

• Fonte di caffeina, con effetti su vigilanza, attenzione e riduzione della percezione della fatica

• Elevato contenuto di antiossidanti (acidi clorogenici) con potenziali effetti favorevoli su stress ossidativo

• Possibile supporto al metabolismo energetico e lieve effetto termogenico

• Il caffè filtrato riduce l’assunzione di diterpeni (cafestolo e kahweol), associati all’aumento del colesterolo

• Il consumo moderato è generalmente ben tollerato nelle persone sane

• Sensibilità individuale variabile alla caffeina (nervosismo, tachicardia, insonnia)

Nota porzione

Una porzione standard equivale a 1 tazzina di espresso (circa 30 ml), ottenuta da 7 g di caffè macinato.

Allergeni e intolleranze

• Non sono comuni allergie al caffè, ma sensibilità alla caffeina e intolleranza gastrica sono possibili

• Le bevande a base di caffè possono contenere latte o altri allergeni quando miscelate

Conservazione e shelf-life

• Chicchi tostati: 6–12 mesi in confezione sigillata

• Macinato: 2–4 settimane se confezionato sottovuoto o con valvola

• Condizioni: luogo fresco, asciutto, lontano da luce e ossigeno

• Una volta aperto: conservare in contenitore ermetico, preferibilmente non in frigorifero (condensa)

Sicurezza e regolatorio

• La caffeina è regolata come sostanza ad uso alimentare con dosi massime consigliate

• Etichettatura obbligatoria per prodotti con aggiunta di caffeina >150 mg/l

• Limiti massimi di micotossine (es. ocratossina A) stabiliti da norme UE

• GMP/HACCP obbligatori per la filiera di produzione

Etichettatura

• Indicazione della specie (arabica, robusta)

• Origine geografica e metodo di lavorazione (washed, natural)

• Data di tostatura (auspicabile)

• Indicazione della macinatura e destinazione d’uso

• Avvertenze per caffeina aggiunta o elevata

Troubleshooting

• Aroma debole: macinatura troppo grossa, tostatura vecchia, conservazione non ermetica

• Gusto amaro eccessivo: sovraestrazione, macinatura troppo fine, temperatura troppo alta

• Crema scarsa: caffè troppo vecchio, macinatura non adatta, pressione insufficiente

• Sapore acido: sottoestrazione, acqua fredda, macinatura troppo grossa

• Muffe/odori sgradevoli: conservazione impropria o umidità eccessiva

Sostenibilità e filiera

• Impatto variabile in base al metodo di coltivazione (ombra vs pieno sole)

• Criticità: consumo idrico, perdita di biodiversità, utilizzo di pesticidi

• Crescente diffusione di produzioni biologiche, fair trade e agroforestazione

• Recupero sottoprodotti (polpa, bucce) per compost, infusi o farine

• Riduzione delle emissioni lungo la fase di tostatura e logistica

Principali funzioni INCI (cosmesi)

Il caffè e i suoi estratti compaiono negli INCI come Coffea Arabica (Coffee) Seed Extract, Coffea Arabica (Coffee) Powder, Caffeine, ecc.
Funzioni principali:

• tonico

• antiossidante

• condizionante cutaneo

• astringente

• stimolante microcircolazione (caffeina)

• deodorante (derivati)

Conclusione

Il caffè è un ingrediente alimentare e cosmetico di grande rilevanza grazie al suo ricco profilo aromatico, alla presenza di composti bioattivi e alla versatilità d’uso. La sua qualità dipende fortemente dall’origine, dal metodo di lavorazione e dalla tostatura. Un consumo moderato è generalmente sicuro e può offrire benefici sensoriali e funzionali, mentre una corretta conservazione e una filiera sostenibile ne valorizzano l’impatto complessivo.

Studi

• Composizione (1)
• Amminoacidi : alanina, arginina, asparagina, acido aspartico (aspartato), cisteina, acido glutammico (glutammato), glutammina, glicina, istidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, idrossiprolina, saccarosio, fenilalanina, prolina, serina, treonina, triptofano, tirosina e valina. Tra questi i più abbondanti sono : asparagina e saccarosio.
• Acidi organici : Acido citrico e acido malico
• Acidi fenolici (2) : Acido clorogenico, Acido ferulico
• Alcaloidi : Caffeina
• Terpenoidi (3) : l'aroma caratteristico è dovuto a α-2-furfuriltiolo, al 4-vinilguaiacolo

"Studio salute e caffè"

Bibliografia_______________________________________________________________________

(1) Casas MI, Vaughan MJ, Bonello P, McSpadden Gardener B, Grotewold E, Alonso AP. Identification of biochemical features of defective Coffea arabica L. beans.  Food Res Int. 2017 May;95:59-67. doi: 10.1016/j.foodres.2017.02.015. 

Abstract. Coffee organoleptic properties are based in part on the quality and chemical composition of coffee beans. The presence of defective beans during processing and roasting contribute to off flavors and reduce overall cup quality. A multipronged approach was undertaken to identify specific biochemical markers for defective beans. To this end, beans were split into defective and non-defective fractions and biochemically profiled in both green and roasted states. A set of 17 compounds in green beans, including organic acids, amino acids and reducing sugars; and 35 compounds in roasted beans, dominated by volatile compounds, organic acids, sugars and sugar alcohols, were sufficient to separate the defective and non-defective fractions. Unsorted coffee was examined for the presence of the biochemical markers to test their utility in detecting defective beans. Although the green coffee marker compounds were found in all fractions, three of the roasted coffee marker compounds (1-methylpyrrole, 5-methyl- 2-furfurylfuran, and 2-methylfuran) were uniquely present in defective fractions.

(2) Affonso RC, Voytena AP, Fanan S, Pitz H, Coelho DS, Horstmann AL, Pereira A, Uarrota VG, Hillmann MC, Varela LA, Ribeiro-do-Valle RM, Maraschin M.  Phytochemical Composition, Antioxidant Activity, and the Effect of the Aqueous Extract of Coffee (Coffea arabica L.) Bean Residual Press Cake on the Skin Wound Healing. -  Oxid Med Cell Longev. 2016;2016:1923754. 

Abstract. The world coffee consumption has been growing for its appreciated taste and its beneficial effects on health. The residual biomass of coffee, originated in the food industry after oil extraction from coffee beans, called coffee beans residual press cake, has attracted interest as a source of compounds with antioxidant activity. This study investigated the chemical composition of aqueous extracts of coffee beans residual press cake (AE), their antioxidant activity, and the effect of topical application on the skin wound healing, in animal model, of hydrogels containing the AE, chlorogenic acid (CGA), allantoin (positive control), and carbopol (negative control). The treatments' performance was compared by measuring the reduction of the wound area, with superior result (p < 0.05) for the green coffee AE (78.20%) with respect to roasted coffee AE (53.71%), allantoin (70.83%), and carbopol (23.56%). CGA hydrogels reduced significantly the wound area size on the inflammatory phase, which may be associated with the well known antioxidant and anti-inflammatory actions of that compound. The topic use of the coffee AE studied improved the skin wound healing and points to an interesting biotechnological application of the coffee bean residual press cake.

(3) R.A. Buffo, C.C. Freire  -  Coffee flavour: an overview  -  Flavour Frag J, 19 (2004), pp. 99-104

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Koníčková D, Menšíková K, Plíhalová L, Kaňovský P. Effects of active compounds and their metabolites associated with coffee consumption on neurodegenerative disease. Nutr Res Rev. 2024 Nov 21:1-6. doi: 10.1017/S0954422424000349. 

Abstract. Coffee is one of the most known and consumed beverages worldwide. Only three species are used in commercial coffee production, that is, Coffea arabica L. (Arabica coffee), Coffea canephora Pierre ex A. Froehner (Robusta coffee) and Coffea liberica Hiern (Excelsa coffee). The world population consumes approximately two billion cups of coffee per day, making it an important commercial resource of bioactive compounds in world markets. High interest in coffee consumption described in the literature is due not only to its organoleptic properties (for example, desirable bitterness, amount of flavours and aromas) but also to its ability to stimulate the central nervous system.It is now known that there are more than 1000 compounds in coffee beverages, several of which have a bioactive activity. Recent studies show that consuming three to four cups of coffee per day, that is, moderate consumption according to the European Food Safety Authority, may be beneficial for health.The main objective of the proposed review is to provide a comprehensive overview of bioactive compounds in coffee and other caffeine-containing beverages and their effects on neurodegenerative proteinopathies.

Augustín J. Coffea arabica--production, botanical classification, new components and active agents and their pharmacological effects. Ceska Slov Farm. 2000 May;49(3):107-12. 

Abstract. The present paper surveys the latest knowledge about coffee grains (Coffea arabica) as an important part of our everyday life. It lists the botanical classification of its principal species, such as Coffea arabica, Coffea robusta, and Coffea liberica, the most important improved cultivars of production species in the world. The review paper also discusses the economic aspect, lists the most important regions of production, the optimal and farming technological conditions. It points out the occurrence of the individual constituents which have been hitherto isolated, characterized, and chemically defined with some of their physiological effects on the human organism, e.g., the substances of the diterpene type such as kafestol and kahweol and their structure.