Evaluación de varios factores sobre características químicas del grano de cacao en fermentación ¹

Ligia Ortiz de Bertorelli*, Lucía Graziani de Fariñas* y Rovedas L. Gervaise*

¹ Trabajo financiado por FUNDACITE Aragua y por FONACIT.

* Profesores. Universidad Central de Venezuela. Facultad de Agronomía. Instituto de Química y Tecnología. Apdo. 4579. Maracay 2101, estado Aragua. Venezuela. E-mail: ortizl@agr.ucv.ve ; ortizl41@cantv.net

RESUMEN

Frutos de cacaos, Theobroma cacao L., tipos criollo y forastero de Cumboto (Aragua) recién cosechados (AM1) y a los 5 días de la recolección (AM2) fueron fermentados sin remover (SR) la masa fermentante (semillas y pulpa) y removiéndola cada 24 y 48 horas, para determinar como afectan el almacenamiento del fruto previo a la fermen­tación y la frecuencia de remoción de la masa a las caracte­rísticas químicas del grano. A la pulpa y cotiledón del grano en fermentación y al grano entero, se les midió la humedad, pH, acidez total titulable, proteínas y taninos. Según los resultados, el almacenamiento del fruto ocasionó una disminución de la humedad y acidez y un incremento de los taninos en los cacaos analizados, en cambio el efecto sobre las proteínas fue variable. La remoción también influyó sobre las características químicas de los granos, en ambos cacaos se redujeron la humedad, la acidez y los taninos, mientras que el pH y las proteínas aumentaron. Sin embargo, no se observaron variaciones entre los parámetros al remover la masa con más frecuencia. La composición de las dos fracciones de los granos mostró diferencias significativas (P≤0,05), presentando la pulpa de ambos cacaos los mayores valores de humedad y pH, y el cotiledón del forastero la menor acidez y mayor conte­nido de taninos. En conclusión el almacenamiento del fru­to antes del desgrane y la frecuencia de remoción de la masa fermentante afectaron las características químicas del grano en fermentación.

Palabras Clave: Theobroma cacao L.; cacao; frecuencia de remoción; almacenamiento del fruto; fermentación; características químicas.

Evaluation of some chemical characteristics of cocoa beans in fermentation ¹

SUMMARY

Cacao fruits of the criollo and forastero types from Cumboto (Aragua), recently harvested (AM1) and fruits which had 5 days after harvest were fermented without moving (SR) the fermentating mass (seeds and pulp) at whole, and moving it every 24 and 28 hours in order to evaluate how these treatments affect the chemical characteristics of the beans. The moisture content, pH, total tritable acidity, proteins and tannins contents were measured on pulp, grains and grain cotyledons. According to the results, the storage of the fruits induced a reduction of the moisture content and acidity and an increase in the content of tannins, whereas its effect on the proteins content was variable. The movement of the fermentating mass also affected the chemical characteristics of the beans; for both types of cacaos there was a reductions in the moisture content, acidity and content of tannins, while the pH and content of proteins was increased. However, there was not variations in the evaluated parameters due to the frequency of mass movement. The composition of the two fractions of beans showed significant differences (P≤0.05); the pulp of both cacaos exhibited the highest values of moisture content and pH, and the cotyledon of the forastero cacao the lowest acidity and the highest content of tannin. As a conclusion the chemical characteristics of fermentating beans were affected by fruit storage and by the frequency of movement of the fermentating mass.

Key Words: Theobroma cacao L.; cocoa; turning time; storage cocoa fruits; fermentation; chemical charac­teristics.

RECIBIDO: marzo 06, 2008  ACEPTADO: octubre 08, 2008

INTRODUCCIÓN

En el beneficio del cacao, Theobroma cacao L., la fermentación es muy importante porque durante esta fase se desarrollan los precursores del aroma y sabor a chocolate. Diversos factores afectan esta etapa, entre ellos: el tipo de cacao (Braudeau, 1970; Graziani et al., 2002), tiempo de almacenamiento del fruto o mazorca antes de la apertura y el desgrane (Barel, 1987; Dias y Avila, 1993; Meyer et al., 1989; Samah et al., 1993; Schwan et al., 1990; Torres et al., 2004), así como la frecuencia de remoción de la masa (semillas y pulpa) fermentante (Puziah et al., 1998; Senanayake et al., 1997; Schwan et al., 1990), factores que, en consecuencia, inciden sobre la calidad del producto final.

El almacenamiento de la mazorca previo al desgrane y fermentación acelera el proceso fermentativo, debido a que la temperatura se eleva más rápidamente y los valores alcanzados son más altos a medida que se incrementa el tiempo entre la cosecha y el desgrane del cacao (Barel, 1987; Torres et al., 2004).

El retardo en el desgrane aumenta los taninos en el cotiledón (Torres et al., 2004), favorece la hidrólisis de la pulpa, reduce la acidez del cacao (Barel, 1987; Meyer et al., 1989), disminuye los niveles de ácido láctico, ácidos volátiles y ácidos totales libres (Dias y Avila, 1993) y realza el sabor del cacao fermentado (Meyer et al., 1989; Samah et al., 1993).

Sin embargo, se ha observado que para obtener un mejor potencial del sabor, es conveniente un ascenso lento de la temperatura, de modo que se forme menos cantidad de ácido acético y no ocurra una sobreacidificación de los granos (Biehl et al., 1985). Además, se ha notado que al extender indebidamente el proceso fermentativo las bacterias aeróbicas causan una sobrefermentación (Meyer et al., 1989), por lo que es recomendable reducir el tiempo del proceso cuando la proporción de mazorcas desgranadas tardíamente es alta (Torres et al., 2004).

La frecuencia de remoción de la masa fermentante durante la fermentación del cacao, también ejerce un efecto significativo sobre los precursores del sabor (Puziah et al., 1998), porque incrementa la aireación, regula la acidez del producto y la velocidad del proceso fermentativo. Así mismo, evita que los granos se aglomeren y con ello el desarrollo de hongos en la superficie y en las esquinas de los fermentadores (Senanayake et al., 1997). Sin embargo, si la masa se remueve muy frecuentemente se produce mucha aireación y un descenso de la temperatura, y en consecuencia, disminución de la velocidad metabólica y alta concentración de ácido acético en los granos (Puziah et al., 1998). Además, la remoción frecuente de la masa puede alterar la secuencia microbiana apropiada y provocar la aparición de metabolitos, que al difundirse por el interior de los cotiledones afectarían negativamente la calidad del producto final (Schwan et al., 1990), siendo por lo tanto importante el control de dicho factor.

Ahora bien, a pesar de la relevancia de la influencia de dichos factores sobre la calidad final del cacao, la información disponible en el país es limitada, por lo que el objetivo de este estudio consistió en determinar como son afectadas las características químicas de los granos por el almacenamiento del fruto y la frecuencia de remoción de la masa fermentante, durante la fermentación del cacao tipo criollo y tipo forastero de Cumboto (Aragua), conocimiento que beneficiará a los productores y técnicos de cacao en la implementación de métodos adecuados para la obtención de productos de alta calidad.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para el ensayo se utilizaron materiales, fermentados recién cosechados (AM1) y a los 5 días de almacenados (AM2) de cacao tipo criollo y tipo forastero de la localidad de Cumboto (Aragua). Esta zona, ubicada en la Región Central del municipio Costa de Oro, estado Aragua, presenta una precipitación anual de 467 a 988,5 mm anuales, con una marcada diferencia entre el período seco y lluvioso, una temperatura media anual de 25,76 ºC y una humedad relativa promedio de 68% (Monagas, 1995).

Los árboles fueron identificados sobre la base de algunos descriptores taxonómicos señalados por Bekele et al. (1994) y el grado de madurez de los frutos se estableció según los criterios utilizados por González et al. (1999), cosechándose al azar 300 mazorcas sanas y maduras de cada tipo de cacao.

La fermentación de los lotes de los 2 tipos de cacao fue realizada por 5 días en Cumboto, de acuerdo con el método señalado por Graziani de Fariñas et al. (2003a), aplicando las siguientes frecuencias en la remoción (FR) de la masa fermentante: cada 24 h, cada 48 horas y sin remover (SR).

El ensayo se estableció de acuerdo con un diseño completamente aleatorizado con 3 observaciones y un arreglo factorial mixto 22x3, en los cuales los factores evaluados fueron: almacenamiento de la mazorca (0 y 5 días) y frecuencia de remoción (0, cada 24 y cada 48 h) para ambos tipos de cacao (TC).

Los análisis químicos: Humedad (Nº 931,04), pH (Nº 970,21), acidez total titulable (Nº 942,15) y proteínas (Nº 970,20), este último con la realización de un desgrasado previo de las muestras con éter de petróleo por 4 horas (Graziani de Fariñas et al., 2003b), se efectuaron según los métodos de la AOAC (1997) y los taninos por el método Folin Ciocalteu (Singleton y Rossi, 1965). Todos los análisis se realizaron por triplicado en las fracciones (FG) pulpa y cotiledón del grano en fermentación y en el grano entero (GE).

A los resultados obtenidos se les hizo un análisis de varianza y una comparación de medias por la prueba de rangos múltiples de Duncan, mediante el paquete estadístico SAS (1998).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El análisis estadístico, de los resultados de las características químicas del grano en fermentación, reveló diferencias altamente significativas tanto para los efectos simples (AM y FR) como para las interacciones de los factores evaluados (AM x TC y FR x TC), siendo de mayor relevancia las interacciones, las cuales son presentadas en los Cuadros 1 y 2.

CUADRO 1. Promedios de las características químicas del grano entero durante la fermentación del cacao tipo criollo.

En cada factor letras distintas en columnas indican diferencias a un nivel de significación del 5%.

CUADRO 2. Promedios de las características químicas del grano entero durante la fermentación del cacao tipo forastero.

Almacenamiento del fruto

La prueba de rangos múltiples de Duncan indicó diferencias a un nivel de probabilidad del 5% entre los valores correspondientes a los análisis químicos de los cacaos AM1 y AM2 estudiados. El cacao AM2 presentó los menores contenidos de humedad y acidez, así como los mayores valores de pH y taninos, tanto en el tipo criollo (Cuadro 1) como en el forastero (Cuadro 2). En cambio, el contenido de proteínas fue inferior en el cacao AM2 del tipo criollo y superior en este mismo cacao del tipo forastero, variabilidad que podría haber sido ocasionada por posibles diferencias en el desarrollo microbiano durante el proceso. Además, se debe señalar que la diversidad genética tiene un papel resaltante en el contenido proteico.

Al almacenar el fruto antes del desgrane, el incremento de la temperatura en el proceso fermentativo es mayor y ocurre más rápidamente (Barel, 1987; Dias y Avila, 1993; Torres et al., 2004), lo que favorece el proceso al acelerar la descomposición de las células de los cotiledones (Rohan, 1964). La acción microbiana causa desprendimiento de jugos (Braudeau, 1970), lo que conlleva a una pérdida de humedad, que es mas alta en el cacao almacenado, debido a la mayor hidrólisis en la pulpa (Barel, 1987). Además, el rápido incremento de la temperatura, aunado a una ausencia de la fase anaeróbica, inhibe el desarrollo de las bacterias lácticas (Meyer et al., 1989), observándose una correlación directa entre la población microbiana relevante y los niveles de los ácidos acéticos y lácticos producidos al fermentar el cacao (Samah et al., 1993).

La ruptura de las paredes celulares permite el contacto entre las enzimas y sus respectivos sustratos (Cros y Jeanjean, 1995), ocasionando cambios en las proteínas, las cuales son degradadas, por acción enzimática, en aminoácidos y péptidos que difunden hacia la pulpa y testa (Braudeau, 1970).

La endoproteinasa aspártica y la carboxipeptidasa, al actuar sobre las proteínas, ocasionan una disminución de la concentración de las globulinas (Amin et al., 1998; Ortiz de Bertorelli et al., 2006; Voigt et al., 1994), generándose oligopéptidos hidrofílicos y amino ácidos hidrofóbicos libres, compuestos considerados como precursores del aroma específico del cacao fermentado (Voigt et al., 1994).

En cuanto a los taninos, estos compuestos participan en reacciones de polimerización oxidativa y de oscurecimiento (Cros y Jeanjean, 1995), reacciones que son afectadas positivamente por las temperaturas más elevadas que se alcanzan al fermentar mazorcas almacenadas (Rohan, 1964; Braudeau, 1970).

Los resultados de este estudio son concordantes con los de varios autores, quienes han observado que la demora en el desgrane de la mazorca causa una reducción de la humedad (Graziani de Fariñas et al., 2003a) y un aumento de los taninos en el cotiledón (Torres et al., 2004). Además, ocasiona una baja acidez al disminuir la formación de los ácidos acético y láctico en la pulpa y su absorción por el grano durante la fermentación del cacao (Meyer et al., 1989), y también al reducir la producción de ácidos volátiles y totales libres (Dias y Avila, 1993), presentando mayor pH los granos de los cacaos almacenados antes de la fermentación (Meyer et al., 1989).

Frecuencia de remoción de la masa

Al aplicar la prueba de Duncan a los resultados de las características químicas del cacao tipo criollo (Cuadro 1) y tipo forastero (Cuadro 2) se observaron diferencias significativas (P≤0,05) entre los valores, al variar la frecuencia de remoción. En ambos tipos de cacao, la humedad, la acidez y los taninos disminuyeron al remover la masa en el proceso, mientras que el pH y las proteínas aumentaron. Sin embargo, no se observaron variaciones entre las características al incrementar la frecuencia de remoción de cada 48 h a cada 24 h, lo que podría deberse al volumen de masa usado.

Varios autores han observado que el volumen de masa y la frecuencia de remoción influyen significativamente sobre los precursores del sabor. De forma que una alta cantidad de masa y alta frecuencia de remoción incrementan la concentración de las trimetil y tetrametil pirazinas, así como de las pirazinas totales (Puziah et al., 1998). Además, ha sido detectada una disminución de la acidez (Schwan et al., 1990; Dias y Avila, 1993; Senanayake et al., 1997) y un aumento de la actividad proteolítica (Puziah et al., 1998) al remover la masa durante la fermentación.

La remoción incrementa la aireación de la masa, lo cual afecta la temperatura de fermentación y la acidez del producto (Rohan, 1964; Schwan et al., 1990; Dias y Avila, 1993 Senanayake et al., 1997). Al remover la masa fermentante la temperatura se eleva, siendo menor dicha elevación cuando se aumentan los intervalos con que se remueve la masa (Senanayake et al., 1997). Así mismo, la concentración de ácidos libres totales disminuye con el aumento de la frecuencia de la remoción (Dias y Avila, 1993). El incremento de la temperatura y la aireación favorecen el desarrollo y la actividad de las bacterias acéticas, las cuales son responsables de la oxidación del etanol a ácido acético y de la ulterior formación de dióxido de carbono y agua (Senanayake et al., 1997). Además, la aireación, al controlar la acidez del medio y elevar la temperatura, influye sobre la actividad enzimática necesaria para el desarrollo del sabor y aroma a chocolate, obteniéndose un producto con buenas características organolépticas cuando se fermenta el cacao con remociones frecuentes (Schwan et al., 1990), ya que propicia la actividad proteolítica (Puziah et al., 1998).

La aireación favorece la hidrólisis de la pulpa y el desprendimiento de jugos, lo que ocasiona una mayor pérdida de humedad. Igualmente, propicia la reducción de los taninos al promover la oxidación de los polifenoles por la acción de la polifenol oxidasa, reacción que requiere oxígeno externo (Senanayake et al., 1997).

Fracciones de los granos

El análisis estadístico, realizado a los valores promedios correspondientes a las características químicas de las fracciones de los granos de los dos tipos de cacao en fermentación, determinó la existencia de diferencias altamente significativas para la interacción TC x FG en la mayoría de las variables analizadas.

Al comparar las medias de los análisis químicos, se detectaron variaciones a un 5% de probabilidad entre las dos fracciones de los cacaos tipo criollo y forastero (Cuadro 3), presentando los mayores contenidos de humedad y pH la pulpa de ambos cacaos. En el criollo, los taninos y las proteínas no difirieron entre las dos fracciones y la acidez fue más baja en la pulpa, en cambio en el forastero la mayor cantidad de taninos y la menor acidez le correspondieron al cotiledón.

CUADRO 3. Promedios de las características químicas de las fracciones del grano durante la fermentación del cacao.

Tipo de cacao	Fracción	Humedad %			Características Químicas pH Acidez % Taninos %			Proteínas %
Criollo	Pulpa + testa Cotiledón		70,21a 43,96b	6,61a 5,75b		0,89b 1,16a	0,79a 0,77a	17,61a 17,19a
Forastero	Pulpa + testa Cotiledón		74,27a 42,63b	6,29a 6,16b		0,88a 0,60b	0,76b 0,95a	17,63a 17,77a

Para cada tipo de cacao, letras distintas en columnas indican diferencias a un nivel de significación del 5%.

Se ha señalado que la pulpa, constituida principalmente por agua, presenta un contenido promedio de humedad de 79% en estado fresco, mientras que el cotiledón sólo tiene un 36% (Graziani de Fariñas, et al., 2003b). La diferencia en este componente se mantiene entre las fracciones del cacao en fermentación, con un descenso del contenido de humedad en la pulpa y un aumento en el cotiledón (Graziani de Fariñas et al., 2002; Torres et al., 2004), causado por la difusión de los productos de la descomposición microbiana de la pulpa (Rohan, 1964), que produce una fuerte emisión de líquidos (Dougan, 1981), los cuales son eliminados, en parte, en el exudado (Rohan, 1964).

En la pulpa mucilaginosa, ácida y azucarada del cacao sin fermentar, se ha obtenido una acidez total de 3,40% y en el cotiledón 0,31% (Graziani de Fariñas et al., 2003b). En el proceso fermentativo, esta acidez disminuye en la pulpa y aumenta en el cotiledón (Graziani de Fariñas et al., 2003a; Torres et al., 2004), debido a la absorción de los ácidos producidos por la degradación microbiana de la pulpa (Schwan et al., 1990), difiriendo la variación entre los tipos de cacaos (Graziani de Fariñas et al., 2002).

En el cacao fresco, se ha encontrado un contenido de taninos de 0,84% en la pulpa y en el cotiledón 0,68% en el tipo criollo y 0,80% en el forastero (Graziani de Fariñas et al., 2003b), concentraciones que varían en la fermentación por su participación en las reacciones que ocurren en el proceso, siendo el comportamiento distinto entre los tipos de cacao (Graziani de Fariñas et al., 2002; Graziani de Fariñas et al., 2003a; Torres et al., 2004).

Para finalizar se puede señalar que el almacenamiento del fruto antes del desgrane y fermentación y la frecuencia de remoción de la masa fermentante afectaron las características químicas del grano en fermentación. El almacenamiento, previo al desgrane, ocasionó una disminución de la humedad y de la acidez y un incremento de los taninos en los cacaos analizados, en cambio el efecto sobre las proteínas fue variable. La frecuencia de remoción también influyó sobre las características químicas de los granos, en el criollo afectó sólo a la humedad, mientras que en el forastero al pH y a la acidez. La composición de las dos fracciones de los granos difirió significativamente (P≤0,05), presentando la pulpa de ambos cacaos los mayores valores de humedad y pH, en tanto que al cotiledón del forastero le correspondió la menor acidez y el mayor contenido de taninos.

AGRADECIMIENTO

Los autores agradecen a la técnico Boni Escorche y al señor Rafael Osorio, la colaboración prestada.

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