Solos e cafés: relações entre composição química, clima e qualidade

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dc.contributor.advisor-co1Oliveira, Emanuele Catarina da Silva
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0699-6104
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1715851915787164
dc.contributor.advisor1Castro, Eustáquio Vinícius Ribeiro de
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-7888-8076
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1055263403980509
dc.contributor.authorFrinhani, Roberta Quintino
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-8713-4877
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7313374219256535
dc.contributor.referee1Dalmaschio, Cleocir José
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3773-5786
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5209978120430790
dc.contributor.referee2Athayde, Geisamanda Pedrini Brandão
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-4315-0653
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8037324704189596
dc.contributor.referee3Rocha, Julia Tristão do Carmo
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-7484-0139
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6899104555589459
dc.contributor.referee4Berilli, Sávio da Silva
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0003-0554-8756
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/1703547133505721
dc.date.accessioned2025-07-01T17:28:00Z
dc.date.available2025-07-01T17:28:00Z
dc.date.issued2025-04-04
dc.description.abstractCoffee quality results from the interaction between the chemical composition of beans and their sensory characteristics, influenced by factors such as climate, soil, and management. Understanding these factors is essential for establishing quality parameters and improving farming practices. This study aimed to chemically characterize soils and specialty coffee beans from Coffea arabica and C. canephora, from different Brazilian regions, using EDXRF, MIR, and NIR techniques with statistical modeling, to evaluate their contribution to beverage quality and the influence of environmental factors on composition. Data were integrated to assess the relationship between composition and beverage quality in C. arabica, while for C. canephora soils, the influence of environmental variables such as climate and geology was investigated. EDXRF identified Fe, Al, Ti, Zr, K, Ca, and Si as the main elements contributing to soil differentiation. In coffee beans, Ca, Mn, and Rb were prominent in green beans, whereas K, Ni, and Rb were more relevant in roasted beans. Tukey's tests revealed significant variations among sampling points, reflecting environmental and anthropogenic influences. In roasted coffees, a relative increase in elemental concentrations was observed due to mass loss during roasting, localized Ni presence possibly related to contamination, and reduction of volatile elements like sulfur. Pearson correlations showed positive associations between Al and Ga, and between Mg and K, and negative associations between Si and Al, Fe, and Ga. Regarding climate, precipitation was negatively correlated with Ga, Ag and Ca, and positively with Cu; temperature correlated negatively with Rb and Ca, while altitude had a positive correlation with Rb. Infrared spectral data allowed discrimination of soils and coffees based on chemical profiles, revealing bands of minerals (kaolinite, gibbsite, quartz), organic matter in the soil, and compounds like phenolics, caffeine, carbohydrates, and lipids in coffee. Roasting resulted in reductions in water, chlorogenic acids, caffeine, and carbohydrates compared to green beans, relative lipid preservation, and increased bands attributed to carbonyl compounds. Integration of chemical and sensory data did not reveal a direct relationship between soil composition and coffee quality. However, in green coffee, sulfur, Mn, Fe, chlorogenic acids, and lipid oxidation products showed negative correlations with beverage quality. In roasted coffee, sulfur, pyruvic and quinic acids, caffeine, pyridine, and fatty acids were also negatively correlated. Conversely, carbonyl compounds in green coffee, as well as aliphatic acids, esters, and lipids in roasted coffee, were positively associated with better sensory attributes. Results demonstrate that chemical characterization through spectroscopic techniques, combined with statistical modeling and data integration, enabled understanding of relationships between composition and beverage quality, especially in Coffea arabica. Furthermore, the influence of environmental factors on C. canephora soils was highlighted, reinforcing the potential of rapid, sustainable spectroscopic methods to support understanding of coffee quality and improve agricultural management.
dc.description.resumoA qualidade do café resulta da interação entre a composição química dos grãos e suas características sensoriais, influenciada por fatores como clima, solo e manejo. Compreender esses fatores é essencial para estabelecer parâmetros de qualidade e aprimorar práticas agrícolas. Este estudo teve como objetivo caracterizar quimicamente solos e grãos de cafés especiais das espécies Coffea arabica e Coffea canephora, oriundos de diferentes regiões brasileiras, utilizando as técnicas de EDXRF, MIR e NIR associadas à modelagem estatística, a fim de avaliar sua contribuição para a qualidade da bebida e a influência de fatores ambientais na composição química. Os dados foram integrados para analisar a relação entre composição e qualidade da bebida em C. arabica, enquanto, para os solos de C. canephora, investigou-se a influência das variáveis ambientais como clima e geologia. A análise por EDXRF identificou Fe, Al, Ti, Zr, K, Ca e Si como os principais elementos na diferenciação dos solos; Ca, Mn e Rb destacaram-se nos grãos verdes, e K, Ni e Rb nos torrados. Os testes de Tukey revelaram variações significativas entre os pontos amostrados, refletindo possíveis influências ambientais e antrópicas. Nos cafés torrados, observou-se aumento relativo na concentração de elementos devido à perda de massa, presença pontual de Ni, possivelmente associada a contaminação, e redução de elementos voláteis, como o enxofre. As correlações de Pearson indicaram associações positivas entre Al e Ga, Mg e K, e negativas entre Si e Al, Fe e Ga. Quanto ao clima, a precipitação apresentou correlação negativa com Ga, Ag e Ca, e positiva com Cu; a temperatura correlacionou-se negativamente com Rb e Ca, enquanto a altitude mostrou correlação positiva com Rb. Dados espectrais no infravermelho permitiram discriminar os solos e cafés por seus perfis químicos, revelando bandas características de minerais (caulinita, gibbsita, quartzo), matéria orgânica nos solos, e compostos como fenólicos, cafeína, carboidratos e lipídios os cafés. A torra indicou redução de água, ácidos clorogênicos, cafeína e carboidratos em relação aos cafés verdes, manutenção relativa dos lipídios e aumento nas bandas atribuídas a compostos carbonílicos. A integração entre os dados químicos e sensoriais da bebida não revelou relação direta entre a composição do solo e a qualidade da bebida. Contudo, no café verde, S, Mn, Fe, ácidos clorogênicos e produtos de oxidação lipídica apresentaram correlação negativa com a qualidade. No torrado, S, ácidos pirúvico e quínico, cafeína, piridina e ácidos graxos também se correlacionaram negativamente. Entretanto, compostos carbonílicos no café verde, assim como ácidos alifáticos, ésteres e lipídios no café torrado, mostraram correlação positiva. Os resultados demonstraram que a caracterização química por técnicas espectroscópicas, aliada à modelagem estatística e integração dos dados, permitiu compreender relações entre composição química e qualidade da bebida, sobretudo em Coffea arabica, além de destacar a influência de fatores ambientais nos solos, reforçando o potencial desses métodos na compreensão e aprimoramento do manejo agrícola para a cafeicultura.
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/19844
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.subjectComposição química
dc.subjectQualidade
dc.subjectEspectrometria
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleSolos e cafés: relações entre composição química, clima e qualidade
dc.title.alternativeSoils and coffees: interrelations among chemical composition, climate, and quality
dc.typedoctoralThesis
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