Il cocomero è una pianta annuale, con fusto erbaceo rampicante, foglie grandi e pelose con tre lobi, fiori maschili e fiori femminili, frutto voluminoso rotondo oppure ovale, che raggiunge il peso di 20 kg.
Il frutto è una falsa bacca (peponide), assai massiccio; la buccia è liscia, dura e relativamente sottile, di colore verde con varie striature e chiazze più chiare, bianche o giallastre; l’interno è di colore rosso (o, meno frequentemente, giallo, arancio o bianco a seconda della varietà) e ricco di semi, che possono essere neri, bianchi o gialli. La polpa è costituita per oltre il 90% di acqua e contiene anche un discreto quantitativo di zuccheri, soprattutto fruttosio, e vitamine A, C (8,1 mg per 100 g di frutto), B e B6.
I frutti sono disponibili esclusivamente nel periodo estivo, da maggio a settembre.
Al 2008 esistono più di 1200 cultivar (varietà) di cocomero che producono frutti di peso variabile tra meno di 1 kg e più di 90 kg; la polpa può essere rossa, arancione, gialla o bianca. In Italia e Giappone sono stati prodotti cocomeri dalla forma cubica o piramidale; la forma inusuale viene ottenuta facendo crescere i frutti all’interno di recipienti di vetro in modo da fargli assumere la forma del contenitore.
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