Семена кофейного дерева: история с географией и ботаникой...

Статья Владимира Шамаева
www.coffeezoom.com.ua
Первоисточник: журнал "Кофе и Чай в России" выпуск 4 за 2015 год

Владимир Шамаев

Родина кофейного дерева находится в одном из географических центров происхождения биологических видов, на континенте, который за последние несколько миллионов лет, по утверждению ученых, меньше других испытал какие-нибудь существенные глобальные изменения.

Великий русский ученый, генетик, ботаник и географ Николаи Иванович Вавилов выделял семь таких древних очагов формообразования культурных растении. Эфиопский, был местом, откуда распространилось около четырех процентов всех растении, в том числе, и кофе.

Открытие вида «арабика» произошло благодаря уникальным свойствам семян этого дерева, а также географическому местоположению родины кофе в непосредственной близости от «Плодородного полумесяца» и «Великого шелкового пути». Кофейное дерево оказалось, что называется, в нужном месте в нужное время.

Родина кофе

На территории современной Федеративной Демократической Республики Эфиопия, старейшей христианской страны и одного из древнейших государств мира, в самой труднодоступной части Абиссинского нагорья до 1897 года находилось государство Каффа. Каждый раз, прикасаясь к чашке, наполненное самым популярным горячим напитком – кофе, миллионы людей упоминают слово, происходящее от названия этой страны, не подозревая о ее существовании. История Каффы интересна для людей, занятых кофейным делом, не только потому, что там впервые был обнаружен кофе и зародилась технология превращения семян кофейного дерева в напиток, но и в связи с особыми отношениями, сложившимися между Россией и Эфиопией.

Кафа располагалась в юго-западной части Эфиопии среди горных хребтов, перемежающихся с долинами и многочисленными реками, текущими с гор и впадающими в Белый Нил. Необычные природные условия, обилие влаги, плодородные почвы, позволяющие снимать до трех урожаев в год, произвели настолько сильное впечатление на древние семитские племена, пришедшие сюда из Египта, что они готовы были считать эту территорию раем на Земле. Согласно эфиопской легенде, одинаково признаваемое как местными христианами, так и иудеями, основателем правящей в Эфиопии династии был царь царей негусМене лик сын царя Соломона и царицы Савской.

Центры происхождения культурных растений

До XII века территория Кафы была малозаселённой частью Эфиопии. В основном там обитали негроидные племена модного. Однако к концу XIII века этот регион превратился в государство, а обосновавшиеся там народы стали называть себя каффичо. Государственный строи Кафы и социальные отношения в ней были чрезвычайно своеобразны. Тщательно поддерживаемая на протяжении многих веков изолированность страны привела к тому, что до сих пор провинция Каффа остается одной из наименее изученных областей Эфиопии.

Центры происхождения культурных растений

Господствующая прослойка во главе с царем всеми силами противодействовала проникновению чужеземного влияния. Связи с внешним миром осуществлялись через торговлю в специальном пограничном поселении — городе Бонга. Арабские купцы могли находиться там только с разрешения царя Каффы. Стратегическим товаром для них был кофе. По всей вероятности, каффичо продавали очищенные семена кофейного дерева, которые не могли быть использованы в качестве семенного материала, а невозможность проникнуть вглубь страны посторонним исключала вывоз саженцев за пределы Кафы. Естественно, предпринимались попытки похитить кофейное дерево. Можно предположить, что кофе сначала попал в Хараре, а потом в Йемен, но это маловероятно, так как Хараре был не менее закрытой территорией. Скорее всего, ботанические контрабандисты нашли дикорастущий кофе в районах, близких к Каффе или Сидамо. Так или иначе, кофейное дерево попало на Аравийские полуостров. В тот исторический период Йемен был крупным центром торговли между арабским миром и Восточной Африкой и первым по достоинству оценил новый продукт, чему в немалое мере способствовала традиция употребления листьев ката, обладающего легким наркотическим действием. Как сообщается в трактате Аль-Джазире, вначале «кахву» варили из кафты (листьев ката). Обнаружив, что кофейный напиток обходится дешевле и сохраняет все достоинства традиционного, канву стали готовить из семян кофейного дерева. Кофе превратился в самые популярный продукт во всем арабском мире. Потребность в ценном сырье возрастала. Благодаря подходящим климатическим условиям и высокому спросу в Иомене начали культивировать кофе. Отсюда и ботаническое название – «кофе аравийский». Вторгшиеся в XVI веке на территорию Абиссинского нагорья племена оромо еще больше отделили Каффу от Эфиопии.

Казалось, что Каффа надолго сохранит свои тайны, но грозные события XIX века положили конец ее замкнутости. В 1897 году три эфиопские армии вошли в пределы Кафы, и через 8 месяцев государство прекратило свое существование. Опустошенную страну негус присоединил к Эфиопии. Царь каффичо Гаки Широчо был пленен, а наместником Каффы назначен военачальник Вольде Гиоргис.

Первым европейцем,которому удалось посетитьпровинцию Кафа, был русский путешественник первопроходец Александр Булатович. Русский путешественник первопроходец Александр Булатович Александр Булатович родился в Орле. Его отец Каверин Викентьевич принадлежал к потомственным дворянам Гродненской губернии. Детство Александра прошло в богатом родительском имении Луковка Харьковской губернии. Булатович окончил Александровский лицеи в числе лучших выпускников. В 1896 году был включен в состав российской миссии Красного Креста в Эфиопии, где стал доверенным лицом негуса Мене лика II. Булатович первым пересек из конца в конец Каффу. Впоследствии составил описание этого региона. За работы по Эфиопии Александр Ксаверьевич получил серебряную медаль от Русского географического общества. Австрийский этнограф Фридрих Бобёр в своих трудах по исследованию Каффы использовал работы Булатовича, а также знания местности и языка каффича другого путешественника и художника из России Евгения Всеволодовича Сенигова.

Подпоручик русской армии Е. В. Снегов попал в Эфиопию в составе военной миссии Н.С. Леонтьева в 1899 году. Горячо полюбив Эфиопию и ее народ, Снегов решил навсегда остаться в этой стране. Мене лик II подарил ему небольшое имение вблизи Аддис-Абебы, где он жил, женившись на эфиопке. Превосходный знаток страны, Снегов, побывавший в Кафе за несколько лет до Ф. Бибера, оказал ему существенную помощь и поддержку. Как видим, роль наших соотечественников в изучении родины кофе была весьма значительной.

Кофейное дерево

Кофейное дерево относится к высшим наземным растениям – Embryophytes. Их главный признак – наличие тела, разделенного на специализированные органы – листья, стебель и корень, с помощью которых они производят органические вещества в процессе фотосинтеза.

Кофейное дерево выделено в отдельный род семейства мареновых и насчитывает более 90 видов. Это довольно разнообразные растения. Среди них есть и листопадные, и вечнозеленые, и высокорослые могучие деревья, достигающие 20 и более метров, и кустарники высотой 1,5—2 м. Большинство видов – небольшие четырехметровые деревья. Далеко не все эти растения способны приносить плоды, из семян которых можно приготовить известный напиток. Сельскохозяйственный практически интерес представляют лишь четыре вида: аравийский или абиссинские (Coffea Arabica), робуста или конголезский (Cofea Canephora, Cofea Robusta), либерийский (Coffea Liberica) и кофе высокий (Coffea excelsa, Coffea dewevrei). С 2006 года Coffea dewervrei, Coffea excelsa и Coffea dybowskii не рассматривают как отдельные виды, а квалифицируют как разновидности кофе либерика (Таблица 1).

Таблица 1
Характеристики Вид Арабика род (Сoffea) - «C» Вид Робуста род - «C» Другие виды - «C»
Плоидность Самосовместимый. Полиплоидный с 2п=4х=44 набором хромосом. Несовместимый. Диплоидный с 2п=2х=22 набором хромосом. При вегетативном размножении плоидность сохраняется. У всех видов тоже, что Робуста.
Среда обитания. Экология Влажные тропики. Нагорья. Горные лесные массивы. Теневыносливое растение. Высота над уровнем моря 1200-1950м (критическая 950м). Температура - умеренная 15-24°C. Количество осадков 1200-2200мм в год. Тропическая низменность. Равнинные леса. Саванна. Открытые горные склоны. Светолюбивое растение. Высота над уровнем моря 250-1500м (критическая 50м). Температура - тёплая 1-36°C. Количество осадков 2200-3000мм в год.
Субстракт (почва) Горные плодородные, молодые вулканические почвы. Пористые. Гумусный слой накапливается медленно из-за быстрого гниения, вызванного бактериями. Краснозёмы и желтозёмы. Почвы промывного водного режима.
Высота растения 4-6м. Обрезка 2-3м. 8-12м. Обрезка 2-3м. Высокие 16-25м. Карликовые 1,5-2м.
Крона 1,2-2м. 1,2-2м. Более 2м.
Корневая система Глубокие корни 2-3м. Неглубокие корни, поверхностные 1,5-2м.
Листья Эллиптические заострённые 10±5см. Ширина 4-6см. Эллиптические заострённые 20±2см. Ширина 12-17см.
Цветы 16-48 цветков в пучке. Самоопыляющиеся. Опыление происходит в течении - 1 дня. 30-100 цветков в пучке. 6 дней после цветения сохраняется способность оплодотворения.
Фрукты Длина 12-18см. Созревание 7-9 месяцев. Длина 8-16см. Созревание 9-11 месяцев. Рацемоза. Созревание 2 месяца.

Кофейное дерево кустистое, имеет раскидистые длинные тонкие гибкие ветви, на которых попарно расположены листья. Листья темно-зеленые, кожистые, блестящие, сохраняются на дереве от трех до пяти лет. Они имеют овальную форму, заостренные на концах, волнистые по краям. Плотная средняя жилка и 9—12 боковых придают листьям рельефность. Цельные листья на коротких черешках достигают 20 см в длину и 12 см в ширину. В пазухах листьев прячутся белые цветки, имеющие сильные, запах, напоминающий аромат жасмина. Соцветия состоят из четырех цветков, но не все они могут завязываться. Цветковые почки начинают развиваться и превращаются в цветок через 8—12 дней в период наибольшей влажности. Цветок имеет венчик из пяти лепестков, внутри которого находятся пять тычинок и пестик, раздвоенные на конце. После двух дней цветения, цветки увядают, опадают, оставляя завязь. Опыление арабики происходит автогамно – самоопылением, а робуста – аллогамно, то есть, перекрестно с помощью ветра и насекомых. Способы опыления двух главных ботанических видов кофейного дерева могут многое объяснить. В процессе перекрестного опыления происходит обмен генами, что поддерживает единство и целостность вида. При этом возрастает возможность рекомбинации генетического материала. Получается более жизнеспособное потомство, лучше приспособленное к различным условиям существования. Перекрестное опыление закрепилось в процессе естественного отбора и стало господствующим в растительном мире. Самоопыление вызвано неблагоприятными условиями среды, а с точки зрения эволюции является тупиковым путем развития. Не удивительно, что прародитель кофе арабика, имея такую генетику, относится к эндемикам, то есть к растениям, распространенным в небольшой области, ограниченной специфическими климатическими и геологическими барьерами, где и была расположена древняя Кафа. То, что кофе арабика сохранился как вид, пережив глобальные изменения на планете, это, скорее всего, случайность. Маловероятно, что другие виды кофе, открытые позже, смогли бы заинтересовать человека, поскольку они не обладают такими ярко выраженными вкусовыми и ароматическими свойствами.

Плод кофеиного дерева

Анатомия плода кофейного дерева не имеет принципиальных отличии от строения плодов других представителей высших растении, фрукты которых относятся к группе костянка (лат. drupe). У кофе также наблюдается четкая дифференциация слоев околоплодника и наличие твёрдой косточки с семенем внутри.

Продольный и поперечный разрезы плода кофейного дерева:

Продольный и поперечный разрезы плода кофейного дерева
  1. 1. Клетки наружного слоя.
  2. 2. 3. 4. 5. Слои мезокарпия.
  3. 4. Фиброзно сосудистые пучки.
  4. 5. Ослизненные полисадные клетки.
  5. 6. Клетки эндокарпия.
  6. 7. 8. Склеренхимные и паренхимные клетки спермодерма.
  7. 9. Клетки внешнего(твердого) эндосперма.

Плод кофейного дерева имеет круглую форму. В верхней его части находится выпуклые диск, обрамлённый кромкой из остатков чашелистиков. В середине диска можно видеть остатки тычинок и пестика. На противоположной стороне плода заметно углубление со следом плодоножки по центру. Плодоножка короткая и толстая. Плохо отделяется от околоплодника. Плод кофейного дерева состоит из двух частей: Околоплодник или перикарпий — многослойная оболочка, формирующая внешний вид и форму плода. Семя – зародыш с добавочными структурами, обеспечивающими его развитие.

Околоплодник или перикарпии (лат. — pericarpium от греческого peri – «вокруг чего-либо» и karpos – «плод») – ткани, расположенные вокруг семени.

Перикарпии кофейного плода состоит из трех хорошо различимых слоев:

  • Наружные – внеплодник или экзокарпий (то же, что эпикарпий).
  • Средний — межплодник или мезокапий.
  • Внутренний — внутриплодник или эндокарпий.

Экзокарпий (лат. – exocarpium от греческого exo – «снаружи» или epi – «над» и karpos – «плод») – наружный слои кофейного плода в виде тонкий глянцевое плотной дермы (кожи), образованное одним слоем паренхимных клеток, которые имеют одинаковые размеры и тонкие стенки. Толщина слоя — несколько микрометров.

Технический термин — skin.

В начале развития плода клетки экзокарпия содержат большое количество хлоропластов, что объясняет его ярко зеленую окраску. По мере созревания хлоропласты исчезают, кофе становится красным, реже желтым. Цвет свидетельствует о зрелости плода. Степень спелости фруктов кофе считают по площади поверхности, оставшейся зелёное: 5% — очень спелый, 10-15% — спелые, 20-25% — относительно спелый (рис. 4).

Экзокарпий плода кофейного дерева

Мезокардии (лат. — mesocarpium от греческого mesos – «среднии» и karpos – «плод») — средний слои околоплодника — мясистая сочная часть плода. Технические термин — pulp пульпа. Толщина мезокарпия в пределах 1,0-1,7 мм. Вокруг эндокарпия (6) образуется слои клейкого вещества, растительное слизи, так называемый миселедж – mucilage. Слизь трудно отделяется от эндокарпия из-за наличия длинных полисадных клеток (5).

При влажной обработке ее удаляют путем контролируемого брожения, в результате которого клетки теряют свои прочностные свойства, и слизь легко смывается водой. При сухое обработке мезокарпий усыхает естественным образом, превращаясь в скорлупу, толщиной 0,5 мм (Рис.5).

Экзокарпий плода кофейного дерева

Эндокардии (лат. — endocarpium от греческого endo — «отношение к чему-то внутреннему» и karpos – «плод») — внутренний слои околоплодника, предохраняющие кофейное семя. Он состоит из нескольких десятков рядов волокнистых клеток.

Технические термин — parchment — пергамент, или husk – лузга, шелуха — одеревеневшая оболочка кофейного семени. Средние вес пергамента при 11% влажности сырого (зеленого) кофе равен 3,8% от общего веса. Толщина 110-150 мкм (микрометров).

Несмотря на это эндокарпий кофе достаточно прочный, чтобы обеспечить защиту семян от ферментов и желудочного сока животных, от избыточное влаги и других неприятных воздействий окружающей среды. Эндокарпий – один из главных элементов, он поддерживает и регулирует жизненность семян кофе.

Семя кофеиного дерева (лат. — semen), как и околоплодник, — многослойная структура, центральной частью которой является зародыш (эмбрион). Эмбрион окружен питательное тканью — эндоспермом. Эндосперм в свою очередь покрыт тонкой оболочкой — периспермом.

Семя – сложная многоклеточная биологическая конструкция, основная задача которой состоит в расселении и размножении растения. Размеры и форма семян варьируются в широких пределах. Средняя длина 10-18 мм, а ширина 6,5)9,5 мм. Некоторые виды имеют меньшие размеры семян, так у костистого кофе — «Рацимоза» 5-7 мм в длину и 3-3.5 мм в ширину. У Либерики, напротив, зерна более крупные. Плод кофейного дерева имеет два семени. Иногда оплодотворяется только одно семя. Это случается примерно в 5% случаев. Крайне редко наблюдается три семени угловатой формы в одном плоде. Большое процент одиночных семян является признаком общего бесплодия растения.

Периспермий, перисперм или спермодерма (лат. — perispermium от греч. peri – «вокруг», «снаружи чего-либо» и sperma – «семя») в созревшем плоде тонкой плёнкой окружает всю поверхность эндосперма. Ее всегда можно обнаружить в продольной бороздке.

Технические термин, обозначающий сперм дерм — серебряная оболочка (silver skin). Толщина спермодерма около 70 мкм.

Эндосперм (лат. — endospermium от греческого endo – «внутри» и sperma – «семя») состоит из одинаковых клеток (9), отличающихся толщиной стенок, содержанием растительных жиров и межклеточной жидкости. Последнее обстоятельство позволяет разделить ткань эндосперма на твёрдые эндосперм (hard endosperm), внешний эндосперм и мягкие эндосперм (soft endosperm), внутренний. Клетки эндосперма, расположенные в непосредственное близости от эмбриона, имеют прямоугольную форму, тогда как полигональные — многоугольные клетки располагаются во внешнем эндосперме.

Одной из характеристик эндосперма является ширина и глубина бороздки, так называемая «конфигурация петли бороздки».

Кофейные плод имеет два семени. В процессе развития в оболочке шарообразной формы (endocarp) семена оказывают давление друг на друга. Так образуются плоские части семян. В случае, когда одно из семян недоразвито или вовсе отсутствует, ничто не препятствует росту эндосперма, и он приобретает почти шаровидную форму. Такие семена называют Peaberry или Caracolillo (технические термины).

Зародыш, эмбрион (лат. — embrio от греческого embryos – «плодородный») (Рис. 6.1).

Эмбрион после 12 часового замачивания семени (Рис. 6.2).

Эмбрион кофейного дерева — это по сути микрорастение, у которого в наличии есть все основные органы:

  • Зародышевый корешок (лат. — radix), из которого развивается главный корень.
  • Зародышевый стебелек или гипокотиль (лат. – hypocotyle) – часть растения между главным корнем и главным побегом.
  • Зародышевые листья, семенодоли (лат. – cotyledon) — первые листья растения, отличные от последующих листьев.
  • Зародышевая почка или плюмула (лат. – plumula) – часть эмбриона, из которой развивается главный побег растения.

У двудольных, в том числе, у кофе — две семенодоли, два сердцевидных листика, прикрепленных к оси выше гипокотиля. Размеры эмбриона невелики, всего 3-4 мм в длину. Хорошо различимы относительно толстые листья и тонкий корешок, которые иногда называю axis — ось. На конце корешка находится подвесок, суспензор (embryosuspensor) короткоживущий генетически активные орган, участник поздних этапов эмбриогенеза.

Зародыш расположен в мягком слое эндосперма вдоль центральной линии спинной части ближе к заднему концу семени. Над концом корешка находится часть эндосперма, называемая крышкой эндосперма или микрополе эндосперма (endosperm cap или micropylar endosperm). Эндосперм вокруг других частей эмбриона называют боковое эндосперм (lateral endosperm).

Эндосперм и периспермий являются основными питательными тканями. Однако в самом эмбрионе также содержатся несколько складских резервов, и он в исключительных обстоятельствах может обеспечить себя питательными веществами в начальный период развития, пока не переедет в автотрофное состояние.

Семена кофейного дерева лишенные защитное пергаментной и серебряное оболочки являются сырьем для кофейного производства. От того, какими физическими, химическими и биологическими характеристиками обладает (сырое) зелёный кофе, зависят вкусовые, ароматические и эстетические показатели готового продукта.

Зародыш и эмбрион плода кофейного дерева