Nhiều loại trái cây chín nhờ quá trình chuyển hóa kích hoạt sự giải phóng một loại hormone gọi là ethylene. Các loại thực vật này được gọi là trái cây khí sinh (M. Knee, 2002, tr. 267). Trong sản xuất thương mại, các loại trái cây khí sinh như bơ, chuối và cà chua thường được thu hoạch trước khi chín hoàn toàn. Điều này cho phép chúng có thêm thời gian để chín vừa đúng độ khi đến tay người tiêu dùng, có thể sau nhiều tuần vận chuyển. Ngược lại, các loại trái cây không khí sinh như cam và dâu tây sẽ không chín thêm sau khi được thu hoạch.
Các thay đổi hóa học khi quả cà phê chín:
- Phân hủy chlorophyll: Là quá trình mà sắc tố chlorophyll (diệp lục), chất chịu trách nhiệm cho màu xanh của lá và vỏ quả chưa chín, bị phá vỡ để nhường chỗ cho các sắc tố khác.
- Tổng hợp sắc tố như Carotenoid – tạo màu vàng, cam (như trong chuối, xoài); Anthocyanin – tạo màu đỏ, tím (như trong cà phê chín, dâu tây).
- Giảm hợp chất phenolic (giảm độ chát)
- Tăng các hợp chất bay hơi như ester, aldehyde, ketone, alcohol, v.v., tạo nên hương thơm của quả chín.
Lớp vỏ ngoài của quả cà phê (hay còn gọi là exocarp), thường được gọi là vỏ ngoài, có màu xanh trong suốt quá trình phát triển của quả. Tuy nhiên, khi quả gần chín, các sắc tố diệp lục biến mất và quả chuyển sang màu vàng. Các tế bào cấu thành lớp vỏ ngoài bắt đầu tích tụ anthocyanin, một nhóm các flavonoid có màu đỏ. Các sắc tố này có thể có màu từ hồng đến đỏ thẫm.
Hàm lượng ẩm trong quả cà phê chín dao động từ 50% đến 70%, quả chín khô có hàm lượng ẩm từ 35% đến 50%. Khi cà phê đã gần khô hoàn toàn trên cây, hàm lượng ẩm thậm chí còn thấp hơn, khoảng 16% đến 30% (H Palacios-Cabrera và cộng sự, 2004 và Kamau, 1980 ).
Màu đỏ
Một số bằng chứng thực tế cho thấy các giống cà phê có thể chín với các sắc thái đỏ khác nhau, tùy thuộc vào giống cây hoặc điều kiện thổ nhưỡng nơi chúng được trồng. Tuy nhiên, các bằng chứng khoa học (Prata, E. R. B. A., & Oliveira, L. S., (2007) cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng anthocyaningiữa các giống cà phê khác nhau được khảo sát. Các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm tiềm năng chưa được khai thác từ việc thu hoạch các pigment từ vỏ cà phê như một nguồn thu nhập mới cho nông dân, và họ đã nghiên cứu các giống như Red Catuai, Icatu, Mundo Novo, Acaiá do Cerrado và Rubi.
Mặc dù anthocyaninlà một nhóm flavonoid màu đỏ đa dạng, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hai hợp chất trong nhóm này: cyanidin 3-rutinoside và một lượng nhỏ cyanidin 3-glycosidelà các tiền chất chính tạo ra màu đỏ trong các giống cà phê này. Kết quả nghiên cứu cho thấy màu đỏ của cà phê chín có thể không quá đa dạng trên toàn cầu.
Màu Vàng và Hồng
Trong nhóm flavonoid có trong cà phê, một sắc tố màu vàng gọi là luteolinchịu trách nhiệm làm cho một số giống cà phê chín thành màu vàng thay vì màu đỏ. Sắc tố này cũng có mặt trong các quả cà phê chín đỏ, nhưng trong trường hợp quả cà phê chín vàng, flavonoid không màu leucoanthocyanin*thay thế anthocyanin, làm lộ ra màu vàng luteolin(T. Ferreira et al., 2019 và S. M. Marin-Lopez et al., 2003).
Khi leucoanthocyanin thay thế anthocyanin, nó có thể làm cho quả cà phê có màu sắc khác, chẳng hạn như quả cà phê chín màu vàng thay vì đỏ, do nó không tạo ra màu sắc mạnh mẽ như anthocyanin.
Màu Nâu (Browning)
Một thay đổi màu sắc khác mà người thu hoạch thường gặp là sự nâu hóa enzym của quả cà phê bị cắt hoặc hư hại. Chlorogenic acids (CGA) có mặt trong các loại trái cây và là cơ chất chính tham gia vào quá trình nâu hóa enzym của các mô quả bị cắt hoặc hư hại. Phản ứng này xảy ra khi lớp vỏ ngoài bị hư hại và CGA tiếp xúc với không khí (M. Knee, 2002, tr. 9–10).
Các quả cà phê đã chín và sau đó bị khô một phần trên cây được gọi là “raisins” (quả khô) và có màu nâu đen. Hàm lượng nước trong quả cà phê chín dao động từ 50% đến 70%, trong khi quả cà phê chín khô này có hàm lượng nước từ 35% đến 50%. Khi cà phê gần như đã khô hoàn toàn trên cây, hàm lượng nước sẽ thấp hơn, khoảng từ 16% đến 30% (H Palacios-Cabrera et al., 2004 và Kamau, 1980).
Cà phê là trái cây khí sinh
Cà phê là trái cây khí sinh (climacteric fruit), nghĩa là quá trình chín của nó được kích hoạt và kiểm soát bởi hormone ethylene. Những loại trái cây khí sinh thường trải qua một giai đoạn hô hấp tăng vọt (climacteric respiration), trong đó chúng tiêu thụ nhiều oxy và thải ra nhiều khí CO₂ hơn bình thường, cùng với việc giải phóng ethylene.Theo nghiên cứu của L.F.P. Pereira và cộng sự (2005), cà phê được xem là trái cây khí sinh. Tuy nhiên, khác với chuối hoặc bơ, nông dân trồng cà phê không có nhiều thời gian để xử lý vì quá trình chín của cà phê diễn ra rất nhanh. Trong khi chuối thường được thu hoạch khi đạt khoảng 75% độ chín, cà phê chỉ đạt hương vị tối ưu khi quả được thu hoạch ở độ chín hoàn hảo.
Mặc dù cà phê thuộc nhóm khí sinh, nó không giống các loại trái như chuối hoặc bơ. Quả cà phê chỉ đạt hương vị tối ưu khi được thu hoạch ở độ chín hoàn hảo trên cây. Sau khi thu hoạch, quá trình chín không kéo dài được lâu và quả nhanh chóng trở nên quá chín, dẫn đến sự phát triển của hương vị lên men không mong muốn.
Điều này buộc nông dân phải xử lý quả cà phê ngay lập tức sau thu hoạch (thường trong vòng 20 giờ) để bảo toàn chất lượng hạt cà phê bên trong. Sự khác biệt này làm cà phê trở thành một trường hợp khá đặc biệt trong nhóm trái cây khí sinh.
Đặc điểm nổi bật của hạt cà phê là phần nội nhũ (endosperm) lớn, chứa nguồn năng lượng dự trữ dồi dào. Đây chính là “kho dinh dưỡng” giúp cây con vượt qua giai đoạn sinh trưởng đầu đời trong những khu rừng nhiệt đới râm mát ở Ethiopia và Nam Sudan – nơi được xem là cái nôi của cà phê arabica.
Hạt cà phê cũng sở hữu khả năng “sink strength“* cao, tức là chúng tích lũy lượng lớn carbon trong nội nhũ mà chỉ tiêu tốn rất ít năng lượng (K.C. Willson, 1985, tr. 129).
*Sink strength là thuật ngữ sinh lý học thực vật, chỉ khả năng của một bộ phận trong cây (gọi là sink, “bể chứa”) hấp thụ và tích lũy các nguồn tài nguyên như carbon, dinh dưỡng hoặc năng lượng từ các nguồn khác trong cây (gọi là source – tiếng Việt là “nguồn cung”). Trong hạt cà phê, sink strength cao nghĩa là hạt cà phê có khả năng thu hút một lượng lớn carbon (chủ yếu dưới dạng đường) từ các lá và thân, nhưng lại sử dụng năng lượng rất ít để tích lũy vào nội nhũ (endosperm). Điều này giúp hạt cà phê phát triển đầy đủ với nội nhũ giàu dinh dưỡng, đảm bảo cây con sau này có nguồn năng lượng dồi dào để nảy mầm trong điều kiện khắc nghiệt.
