CARACTERIZACIÓN FÍSICA Y QUÍMICA DE GRANOS DE CACAO FERMENTADOS, SECOS Y TOSTADOS DE LA REGIÓN DE CHUAO Elevina Pérez*, Pérez*, Clímaco Álvarez* Álvarez* y Mary Lares* Lares* *Profesores. Universidad Central de Venezuela. Instituto de Ciencia y Tecnología. Caracas. Venezuela. Venezuela. RECIBIDO: julio 09, 2001.
RESUMEN El estudio tuvo como finalidad comparar las características físicas y químicas de los granos fermentados, secos y tostados de cacao, Theobroma cacao L., L., provenientes de seis genotipos que forman parte de la Colección 1995 del Banco de Germoplasma del INIA con una muestra comercial (MC), para tal fin, 500 g de las almendras previamente fermentadas y secadas al sol en el campo, se tostaron a 150 °C por 30 min en el laboratorio. La composición proximal y algunos índices fisicoquímicos se determinaron sobre las muestras, según las metodologías descritas por varios autores, evaluándose el perfil de ácidos grasos de la manteca extraída de las almendras según el método de Folch et al. al. Todos los índices evaluados fueron comparados con c on una MC de cacao proveniente de la región usada como patrón de referencia. Los análisis estadísticos mostraron diferencias significativas entre los valores de humedad, proteína cruda, cenizas y grasa cruda entre los distintos genotipos evaluados. Al compararlos con la MC, las diferencias fueron significativas en el contenido de fibra cruda, azúcares reductores y azúcares totales, polifenoles, ácidos grasos saturados (palmítico, C16:0 y esteárico, CIS:O) e insaturados (oleico, C18:1). Palabras Clave: Acidez; Clave: Acidez; ácidos grasos; proteína cruda; fibra cruda; Chuao; Venezuela. INTRODUCCIÓN El cacao, Theobroma cacao L., pertenece a la familia Sterculiaceae y es la única especie del género Theobroma que se explota comercialmente. Lo que se comercializa del árbol de cacao son sus almendras o granos y lo que determina su "calidad" son las características físicas del grano y su sabor (Manual de Productos Básicos, 1991). Cros, en 1997, señala que la calidad aromática de un chocolate está relacionada con el origen de las almendras, su fermentación, secado seca do y tostado, siendo aún desconocidos hasta ahora, la influencia de cada uno de ellos sobre la misma. El autor afirma que el efecto de las condiciones edafo-climáticas, aunque poco estudiado, parece ser muy bajo al compararlo con la influencia del genotipo, siendo éste y el beneficio post-cosecha, los más determinantes en la calidad de las almendras. El desarrollo del aroma del cacao de origen térmico es un fenómeno complejo que depende de los parámetros de tostadura y de la composición química del grano (Cross (Cros s y Jeanjean 1997). Cualquiera que sea la técnica empleada para el tostado, los precursores de aroma desarrollados durante la fermentación y el secado participan en la formación del aroma del cacao tostado, por reacciones de Maillard, la caramelización de las proteínas y síntesis de compuestos azufrados (Mermet et al ., ., 1992).
Las operaciones posteriores a la fabricación del chocolate sólo conducen a la eliminación de una parte de la fracción de compuestos volátiles. El sabor es la característica más importante para los fabricantes de chocolate, considerando, además, los aspectos físicos del grano: su tamaño, porcentaje de cascarilla, el contenido y la pureza de la manteca y; los que originan sabores extraños: el moho, el humo, la acidez y el amargor de los granos comerciales. Estas cualidades han hecho del cacao de Chuao un producto referencial de excelente calidad en los mercados internacionales y como un cultivo que se explota con particularidades ecológicas propias de la región (Sánchez et al ., 1996). Con el propósito de establecer un perfil de calidad, el trabajo consistió en evaluar las características físicas y químicas de los granos de cacao fermentados, secos y tostados cosechados en la región de Chuao, comparándolas con los mismos parámetros de una muestra comercial (MC). MATERIALES Y MÉTODOS Fueron recolectadas 500 g de granos de mazorcas en estado de madurez de árboles de las plantaciones de Chuao, los cuales eran provenientes de seis genotipos que forman parte del Banco de Germoplasma del INIA, ubicado en Ocumare de la Costa, estado Aragua (Colección 1995). Estos árboles se seleccionaron con características deseables de producción, productividad y calidad intrínseca aparente. Los genotipos fueron identificados con un código y número que definen las iniciales del nombre del sector y la secuencia a la que corresponde en la hacienda de Chuao, como se describe a continuación: AT-1: Ana Teresa; TA-3: Tamaira; PAS-1: Pasaguaca; SA-S: San Antonio y LV-1 y LV-3: La Vega. Las almendras frescas fueron recolectadas en el mismo día de cosecha y sometidas a las prácticas de beneficio (fermentación y secado al sol) de la región. Así mismo, la muestra correspondiente a los granos comerciales fueron recolectadas de los sacos de almacenamiento que se comercializan en la región de Chuao. La MC se considera como muestra control, debido a que ésta es el resultado de la mezcla recolectada y seleccionada de todos los genotipos que se cosechan en la región y es la que los agricultores denominan como "fino de primera". Las muestras de granos de cada genotipo fueron envasadas herméticamente en frascos de vidrio y llevadas al laboratorio para ser tostadas a 150 °C por 30 min, se descascararon manualmente, pesándose y pulverizándose hasta una granulometría de 60 mesh. Las muestras fueron pesadas antes y después de descascaradas con la finalidad de establecer el peso y porcentaje de la testa. El contenido de humedad, cenizas, proteína cruda (porcentaje N x 6,25), grasa cruda, fibra cruda y pH se determinó de acuerdo a los métodos descritos por el A.O.A.C.I. (2000). Los contenidos de azúcares reductores (Ar) y totales (At) fueron obtenidos por el método espectrofotométrico de Nelson (1944). Los azúcares no reductores se calcularon por diferencia usando el factor de inversión de la sacarosa (0,95). La acidez total titulable y la determinación de polifenoles totales se realizaron de acuerdo a la Norma Covenin No. 1151 (1977) y por el método espectrofotométrico de Price y Butler (1977). La composición de ácidos grasos (ÁG) de los lípidos totales (Lt) de la manteca de cacao fue realizado según el método de Folch et al . (1957). La cuantificación de los ÁG de los Lt
se realizó en un cromatógrafo de gases (CG) marca Hawlett Packard, modelo 5880 - A, previa extracción de los Lt y preparación de los ésteres metilicos de los ÁG. Los resultados de los promedios de tres repeticiones (n = 3) en base seca fueron analizados por ANOVA de una vía según STATGRAPHICS versión 6,0 y la prueba a posteriori del rango múltiple de Duncan a un nivel de probabilidad de P≤0,05. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En el Cuadro 1 se observan diferencias estadísticamente significativas en los valores de peso y porcentaje de testa entre genotipos al ser estos comparados con la MC. Observándose de esta manera que los granos curados y tostados de la MC pesaron 1,23±0,01 g, correspondiéndole el mayor porcentaje de testa (15,33±0,37%). CUADRO 1 Peso y porcentaje de testa de los granos curados y tostados de cacao de la región de Chuao. Código del Genotipo AT-1 LV-3 TA-3 SA-8 PAS-1 LV-1 Muestra Comercial
Peso (g)*
Testa (%)*
1,05±0,06 a
13,98±0,04 b 14,31±0,46 c 13,28±2,13 b 14,97±0,37 c 14,61±2,92 c 12,64±0,86 a 15,33±0,37 d
1,09±0,07 a
1,16±0,02 b 1,18±0,05 b 1,26±0,01 c 1,26±0,01 c 1,23±0,01 c
*La desviación estándar seguida de letras distintas en la misma columna es significativamente diferente (P<0,05).
La diferencia observada en estos dos parámetros con respecto a la MC, se debe a que la MC esta compuesta de mezclas de granos de diferentes tamaño procedentes de las distintas variedades que se cosechan en la zona, los cuales rinden altos porcentajes de testa. La homogeneidad y selección de los granos fermentados y secos según su tamaño resultan de suma importancia para la industria procesadora, ya que afecta la proporción de cáscara o testa, contenido de grasa y la efectividad del proceso de tostado (Powell, 1981; Manual de Productos Básicos, 1991). El Cuadro 2 registra los valores del análisis químico proximal (porcentaje base seca) de los genotipos estudiados de la región de Chuao observándose diferencias estadísticamente significativas (P<0,05) en todos los parámetros evaluados entre los genotipos y entre los genotipos y la MC. Con respecto al contenido de humedad es evidente que los valores de este parámetro, están en un rango de variabilidad muy cerrado comprendido entre 2,66±0,11% y 3,11±0,18% para los genotipos y de 2,88±0,08% para la MC. Así mismo, se observa la misma tendencia para las cenizas totales con un rango de variabilidad de 3,32±0,02% a 3,93±0,03% para los genotipos y de 3,23±0,08% para la MC. CUADRO 2. Composición química proximal (porcentaje base seca) de granos curados y tostados de cacao de la región de Chuao.
El contenido de grasa cruda osciló de 51,75±0,32% a 56,29±0,54% entre genotipos y de 52,25±0,51% en la MC. Se ha presentado para granos finos aromáticos descascarados de diferentes orígenes rendimientos promedio en el porcentaje de grasa cruda en un rango de 53% a 56% dependiendo de la variedad (Manual de Productos Básicos, 1991). Las diferencias en el tamaño del grano y el inadecuado proceso de beneficio se señalan como los factores más directos en las variaciones del contenido graso en granos de cacao (Cross, 1997). Las diferencias observadas en el contenido de los precursores de la reacción de Maillard (Ar) y de los polifenoles totales son atribuibles a la influencia combinada del genotipo de cacao y de los tratamientos post- cosecha empleados para su beneficio (Cross, 1997). Los valores de Ar oscilan desde 0,10±0,03% a 0,52±0,04% entre genotipos, comparado a un valor de 0,2±10,13% para la MC. Estos resultados permiten establecer un posible perfil de calidad de los granos curados y tostados de cacao de las variedades predominantes de la región de Chuao en relación con el alto potencial aromático determinado por la calidad de sus almendras. La calidad aromática de un chocolate es una cualidad que estaría relacionada (aunque poco estudiados) con el origen de los granos, con el tratamiento post-cosecha (fermentación y secado) y con el tratamiento de tostado (Cross, 1997). La estimación de la influencia de la variedad sobre el aroma final del cacao curado y tostado al someterse tecnológicamente bajo las mismas condiciones de tratamiento, no ha sido bien establecida, hecho formulado por Clapperton (1993) quien encontró destacabas diferencias aromáticas entre variedades del tipo Forastero, Trinitario y variedades híbridas aún bajo un mismo protocolo de preparación y tratamiento de los granos. La composición de ácidos grasos saturados (ÁGS) e insaturados (ÁGI) de la manteca extraída de las muestras estudiadas se registran en el Cuadro 3. Se observan variaciones en los niveles ÁGS que oscila de 59,20% a 63,81% entre genotipos y de 62,81% en la MC. Los niveles de los ÁGI mostraron diferencias significativas entre genotipos y al compararlos con los valores mostrados para la MC, presentaron los niveles más altos para AT-1, PAS-1, LV-3, SA-8 y MC, respectivamente. CUADRO 3. Porcentaje de ácidos grasos saturados e insaturados de los granos tostados de la zona de Chuao. Código del Genotipo AT-1 LV-3 TA-3 SA-8 PAS-1 LV-1 Muestra Comercial
cidos Grasos Saturados* (%) 59,81 a 60,87 b 61,75 c 60,27 a 59,20 a 63,81 e 62,81 d
cidos Grasos Insaturados* (%) 39,50 d 37,22 c 36,77 b 37,67 c 39,33 c 35,18 a 37,49 c
*Promedios seguido de letras distintas en la misma columna son significativamente diferentes (P<0,05).
Los triglicéridos de la manteca de cacao son una combinación de ÁGS (palmítico y esteárico) y de ÁGI (oleico y linoléico) los cuales se encuentran en niveles significativos y bajo la forma de triglicéridos monoinsaturados, tales como: POP, POS y SOS; donde P, O y S corresponden a las abreviaciones de los residuos de los ÁG palmito¡l, estearil y oleil sin considerar su posición en la molécula del triglicérido (Chaiseri et al ., 1989). Los niveles elevados de triglicéridos monoinsaturados en correlación con el grado de dureza de la manteca de cacao se relacionan con el grado de madurez de los frutos en épocas de cosecha (Lehrian y Keeney, 1980 ). Las características de dureza de la manteca de cacao están relacionadas con los altos niveles de ÁGS, razón por la cual estas mantecas son más duras o firmes (Chaiseri et al ., 1989). En el Cuadro 4, señalan los valores de la composición de ÁG de los Lt extraídos de la manteca de cacao de la región de Chuao. Los valores indicados para cada uno de los genotipos de la zona de Chuao y para la MC revelan altos niveles de ácido palmítico (C16:0) y ácido esteárico (C18:0), evidenciándose diferencias significativas (P<0,05) entre genotipos y la MC. Los niveles de ácido oleico (C18:1) también fueron significativos entre genotipos y la MC, siendo los niveles más altos para AT-1, LV-3 y PAS 33,69%, respectivamente. CUADRO 4. Composición de ácidos grasos de la manteca extraída de los granos tostados de la zona de Chuao. Genotipo AT-1 LV-3 TA-3 SA-8 PAS-1 LV-1 Muestra Comercial
C16:0*
C18:0*
C18:1*
C18:2*
Otros
30,69 a 32,71 b 32,28 b 32,33 b 30,50 a 29,15 a 29,44 a
29,12 c 28,16 b 28,25 b 27,95 a 28,70 b 34,66 e 31,51 d
34,60 c 34,31 c 33,79 b 32,72 a 34,67 c 32,05 a 33,37 b
4,90 c 2,91 a 2,98 a 4,95 c 4,66 c 3,13 b 4,12 c
0,69 a 1,91 c 1,70 c 1,05 b 1,47 c 1,01 b 1,06 b
*Promedio seguido de letras distintas en la misma columna son s ignificativamente diferentes (P< 0,05). C16:0= Ácido palmítico; C18:0 = ácido esteárico; C18:1=ácido oleico; C18:2=ácido linoléico.
Chaiseri et al . (1989); Chaiseri y Dimick (1989); Sotelo et al . (1990) y Carpenter et al . (1994) han observado que los principales ácidos constituyentes de la manteca de cacao son el ácido palmítico, esteárico y oleico, además de pequeñas proporciones de ácido linoléico y linolénico. Con respecto a los valores de pH-1 y de acidez total titulable en los granos tostados de cacao (Cuadro 5) se observa un rango limitado de los valores de acidez entre los genotipos estudiados, encontrándose diferencias significativas (P<0,05) entre los valores de cada genotipo y la MC con respecto al índice de acidez. El rango de variación entre los genotipos estuvo comprendido entre 1,10 a 1,51 (±0,15) de meq de NaOH/ g de muestra. CUADRO 5. Comparación del pH y la acidez total titulable de los granos tostado de cacao de la zona de Chuao. Genotipo AT-1
Acidez (meq. de NaOH/g de muestra)
pH*
1,20±0,07 b
4,81±0,03 a
LV-3 TA-3 SA-8 PAS-1 LV-1 Muestra Comercial
1,51±0,15 d 1,24±0,01 b 1,26±0,03 b 1,52±0,00 d 1,10±0,15 a 1,27±0,01 c
5,06 ±0,06 b 5,22±0,01 c 5,22±0,01 c 4,98±0,01 a 5,55 ±0,05 d 5,11±0,01 c
*Promedio de tres repeticiones ± la desviación estándar seguido de letras distintas en la misma columna son significativamente diferentes (P<0,05).
Los valores de pH entre los genotipos evaluados estuvieron comprendido entre 4,81-0,03 a 5,55±0,05 encontrándose diferencias significativas (P<0,05) entre los valores de cada uno y la MC. Jinap y Dimick (1990a) evaluaron el efecto del tostado sobre el pH y la acidez de granos curados comerciales provenientes de 13 países productores concluyendo que un efecto prolongado en el tostado produce una disminución de la fracción volátil de los ácidos, con ligeros incrementos en los valores de pH. Los índices de acidez y pH presentadas en granos curados y tostados a 150 °C por 30 min en este estudio fueron de 1,33 miliequivalentes de NaOH/g de muestra y de 5,32, respectivamente. De acuerdo a las investigaciones de Jinap y Dimick (1990b), los granos procedentes de Chuao podrían clasificarse como ligeramente ácidos y con valores de pH intermedio, el rango propuesto por estos autores para esta clasificación con respecto al índice de acidez sería de 1,20 a 1,50 miliequivalente. NaOH/g muestra con un pH comprendido de 5,19 a 5,49. SUMMARY The objective of this study was to characterize physically and chemically, fermented, dried and roasted beans of six cocoa, Theobroma cacao L., varieties with different genotypes from the INIA Collection. Five-hundred g of beans obtained from mature fruits were fermented and sun dried in the plantation. Dried and fermented beans were roasted at 150 °C for 30 minutes in the laboratory. Proximal composition and certain physicochemical indexes of samples were determined according to methods described by Nelson, Price and Buttler, Normas Covenin, A.O.A.C.I. Fatty acid profiles of cocoa shortenings were evaluated using the methodology describes by Folch et al . All parameters evaluated were compared with commercial samples obtained from Chuao region, which was used as a control. Moisture, crude protein, crude fat and ash content showed significant statistical differences among genotypes. When compared with the commercial sample, they showed significant statistical differences on crude fiber, reducing and total sugars, polyphenols, saturated fatty acid contents (as palmitic and stearic) and insaturated acid contents (oleic). Key Words: Acidity; fatty acids; crude protein; crude fiber. BIBLIOGRAFÍA ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS (A.O.A.C.I.). 2000. Official Methods of Analysis of the A.O.A.C. Ed. K. Helrich, USA, Washington. XV edición. s/n.
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