1. Introducción
En la actualidad los residuos alimentarios han demostrado ser fuente de nutrientes y com-puestos de notable interés en la industria alimentaria como posibles ingredientes (Vargas et al 2022). Además, estudios realizados por Villabona et al. (2022) mencionan que la reducción del desperdicio de alimentos está creciendo exponencialmente como un importante proceso de bienestar ambiental y económico.
Entre ellos, los subproductos del cacao, los cuales se obtienen del proceso de transformación, han recibido una gran atención como una buena fuente de adsorción debido a su disponibilidad, capacidad de renovación y bajo costo (Soares & Oliveira, 2022). La cascarilla de los granos de cacao es el subproducto obtenido durante la producción de productos de cacao, generalmente desechado y considerado como desecho en la industria del cacao (Firmanto & Nurcholis, 2022). Corresponde entre el 10% a 17% del peso de un grano de cacao y del 12% al 14% del desperdicio del fruto (Vargas et al., 2022).
Barrios et al. (2022) en su investigación, demues-tran que la cáscara de los granos de cacao contribuye a la contaminación y la eutrofización, debido a la lixiviación del exceso de nutrientes de la cascarilla descompuesta. Por ello, San et al. (2022) proponen revalorizaciones para alimentos, piensos para ganado o usos agroindustriales. Baldera et al. (2021) estipulan que el consumo de cascarilla de cacao produce efectos beneficiosos para la salud debido a que posee propiedades terapéuticas y medicinales, siendo abundante en magnesio, vitaminas, pectinas, ácidos oleicos y linoleico, teobromina y cafeína, que pueden ser aprovechadas en el sector agroindustrial (Laaz & Zambrano, 2017).
Por otro lado, se hace referencia que el cultivo del cacao es uno de los más dinámicos dentro de la economía del país, en sus últimos años el cacao ha sido de gran contribución para el Producto Interno Bruto, mencionando que en Ecuador se cultivan distintas variedades de cacao entre ellas: forastero, trinitario (Cacao Nacional) y CCN-51 (Vivanco et al., 2017). De esta forma, situándose como el tercer productor de cacao en el mundo con una capacidad del 8% de la producción y como primer productor de cacao fino de aroma con el 65% (Ramos et al., 2020).
Según la Asociación Nacional de Exportadores de Cacao, desde el 2015 hasta la fecha el país exporta por año un volumen de 236 mil t de materia prima, volumen que posiciona al país como uno de los mayores exportadores de cacao, siendo reconocido a nivel mundial por sus ventajas competitivas en las características organolépticas del sabor y aroma (Vargas et al., 2020).
Por esta razón, el presente estudio tuvo como objetivo evaluar la incidencia del tostado sobre las características fisicoquímicas y alcaloides de la cascarilla de cacao (Theobroma cacao) y su efecto en las propiedades organolépticas de una infusión. Se promueve el aprovechamiento del desecho orgánico como alternativa en la elabora-ción de un producto sostenible y sustentable con excelentes características beneficiosas para el consumidor.
2. Material y métodos
2.1. Material
El cacao nacional, tipo forastero y trinitario se obtuvo en una finca ubicada en el Cantón Baba y el cacao CCN51 en una hacienda del Cantón Babahoyo. Durante la recolección del fruto se escogieron los que estaban en buenas condiciones. Los frutos seleccionados, fueron trasladados hasta las instalaciones de la micro-empresa “Santanero Cacao” para su procesa-miento.
2.2. Manejo experimental
La materia prima empleada para la investigación fue la cascarilla, que se obtuvo de los granos fermentados y secos de los tres tipos de cacao antes mencionados. El proceso de obtención se detalla a continuación.
Fermentación. Se realizó en cajones en cascada, utilizando 5 kg de cada tipo de cacao, donde el día 1, se colocó el material en el primer cajón, a fin de realizar el proceso de escurrido, por un periodo de 24 horas. Posteriormente a ello, se removió y volteo, para iniciar la fase de fermentación anaerobia que tiene una duración de 48 horas (Día 2 y 3), una vez transcurrido los dos días, se realizó una segunda remoción, esta debe ser rápida a fin de evitar que la masa pierda temperatura, se voltea al siguiente cajón de fermentación por 24 h (Día 4), al finalizar el cuarto día se remueve por tercera vez y se coloca por 24 h adicionales para culminar con el proceso. Esta operación es la más importante según Sangronis et al. (2020) en la elaboración de chocolate y derivados, ya que se forman los precursores químicos del sabor, los que se expresan en el tostado como componentes de aroma y sabor típico a chocolate y otras notas sensoriales.
Secado. Se empleó una marquesina para el secado de manera natural, se realizó remociones cada 2 h, hasta obtener una humedad de 7%.
Clasificación. Consistió en limpiar el cacao de materias extrañas tales: residuos de las mazorcas de cacao, maguey y granos en mal estado con la finalidad de asegurar la calidad.
Tostado y descascarillado. Se realizó con el propósito de facilitar la eliminación de la cascarilla, en este estudio se aplicó diferentes temperaturas (120, 130, 140 °C) por medio de un tostador de convección con circulación de aire caliente, cabe destacar que durante proceso las almendras de cacao desarrollan las cualidades aromáticas y sabor
2.3. Diseño experimental
Se usó un diseño experimental con arreglo bifactorial A*B, factor A [Variedades de cascarilla de cacao] y factor B [Temperatura de tostado] con 3 niveles y 3 repeticiones, un total de 27 unidades experimentales. Para determinar diferencia signi-ficativa se empleó la prueba de Tukey (p > 0,05) mediante Statgraphics e InfoStat. Los factores y niveles se encuentran descritos en la Tabla 1.
Tabla 1
Combinación de tratamientos para la fase experimental de la investigación
Tratamientos | Descripción |
T1 | Forastero + 120 °C |
T2 | Forastero + 130 °C |
T3 | Forastero + 140 °C |
T4 | Trinitario + 120 °C |
T5 | Trinitario + 130 °C |
T6 | Trinitario + 140 °C |
T7 | CCN51 + 120 °C |
T8 | CCN51 + 130 °C |
T9 | CCN51 + 140 °C |
2.3. Caracterización fisicoquímica de la casca-rilla de cacao
Determinación humedad. De acuerdo la norma “NTE INEN 1676:2013, se pesaron 10 g de muestra de cascarilla triturada, las muestras se colocaron en una estufa a 130 °C por un periodo de 24 h.
Determinación de pH. Se determinó según la norma “NTE INEN-ISO 1842:2013. Productos vegetales y de frutas”. Donde se licuo 5 g de cascarilla o testa con 100 ml de agua destilada, luego se procedió a filtrar y finalmente con un potenciómetro se realizó la lectura del pH, en un lapso de 2 – 3 min.
Determinación de acidez titulable. Se efectúo conforme a la norma “INEN 381. Conservas Vegetales”. Para ello se mezclaron 5 g de muestra de cascarilla con 10 ml de etanol y 90 ml de agua destilada, una vez filtrada la solución, se agregó 3 gotas de fenolftaleína. Posteriormente se tituló con NaOH al 0,1N, agitando constante, hasta que la muestra tome una coloración marrón con rosado (INEN, 381).
Contenido de alcaloides (teobromina y cafeí-na). Se realizó según el método de referencia AOAC 980.14-1998 en INIAP “Estación Experi-mental Santa Catalina.
2.4. Caracterización organoléptica de la infusión de cascarilla de cacao
Prueba hedónica de 9 puntos. Para el análisis organoléptico se organizó un panel de jueces aleatorios no entrenados, utilizando el test de preferencia por ordenamiento para evaluar la aceptabilidad y seleccionar el tratamiento con mejores características según las categorías evaluadas. Al panel se le solicitó, que después de la catación respondieran cuanto le gusto o disgusto cada uno de los tratamientos. Siendo 1 = me disgusta extremadamente y 9 = me gusta extremadamente.
Prueba de Kruskal Wallis. Una vez obtenidos los resultados del análisis organoléptico, se aplicó la prueba de Kruskal Wallis, para datos no paramétricos, la cual se basa en el rango que puede emplearse para corroborar si existe diferencia significativa entre dos o más grupos. De esta forma, calculó un estadístico de prueba y se lo comparó con un punto de corte de la distribución aceptando o rechazando la H0 o H1 (Barrientos, 2004).
Análisis de componentes principales. Es uno de los métodos de análisis de datos multivariantes más utilizados que permite investigar conjuntos de datos multidimensionales con variables cuantitativa. En este estudio, se utilizó el software Matlab versión 7.11.0. con el cual se realizó un análisis de componentes principales de cada uno de los tratamientos con la finalidad de determinar las categorías organolépticas predominantes en cada muestra.
3. Resultados y discusión
3.1. Caracterización física química de la cascarilla de cacao
Los resultados de la diferencia de medias de las características bromatológicas, como humedad, pH y acidez titulable fueron evaluadas a partir de la cascarilla obtenida de los tres tipos de cacao (Forastero, Trinitario y CCN51) y temperaturas de tostado (120, 130 y 140 °C).
En la Figura 1 se muestran los porcentajes de humedad para cada uno de los tratamientos. Demostrando que el mayor contenido de humedad se obtuvo en el T7 con un valor de 2,66%, siendo significativamente diferente (p < 0,05) en comparación al T3 cuyo valor fue el más bajo (0,55%). Donde se demuestra que la humedad a temperaturas de 120 y 130 °C se mantienen estables, en cambio, a 140 °C disminuye significativamente (p < 0,05). Se hace referencia que las muestras estudiadas se encuentran dentro de lo determinado por Lares et al. (2018) quienes obtuvieron una humedad de 4,76% en cascarilla de cacao. Así como también, los valores de humedad reportados en este trabajo de investigación se encuentran dentro del límite permisible para la comercialización de filtrantes que es del 12%, cabe mencionar que el contenido de humedad es un parámetro importante de calidad (INEN 2392:2013).
Figura 1. Resultados de humedad.
Según la variable pH (Figura 2) el mayor rango observado fue en el T3 (5,46) con una temperatura de tostado de 140 ºC, este valor de pH fue significativamente diferente (p < 0,05) en comparación al T7 que presentó el menor rango con un pH de 4,69. Se observó que, al incrementar la temperatura de tostado, el pH de la cascarilla aumenta considerablemente. Los valores antes mencionados guardan relación con Garay et al. (2020) quienes determinaron pH de 6,79 para la cascarilla del clon CCN51 obtenido a una temperatura de 140 °C. Se menciona que, el aumento del pH por la influencia la temperatura se debe a la volatilización de los ácidos predomi-nantes (Rosas et al., 2021). Otra teoría reportada por Aldave (2016) expone que, los valores de pH están relacionado con el genotipo y lugar de procedencia de los granos. Como se observa en esta investigación, los valores de pH difieren significativamente entre variedades de cacao.
Figura 2. Resultados de pH.
En la Figura 3 se representan los valores obtenidos de los análisis de acidez titulable. Se observó que el T7 presentó los valores más altos de porcentaje (1,61%) que fue significativamente diferente (p < 0,05) a la T6 que presentó el valor más bajo (0,49%). Todos los tratamientos de estudio se encuentran dentro del rango reportado por Andrade et al. (2019) quienes determinaron valores de acidez que oscilan entre 0,14% a 1,20%, a excepción del T8 que presentó un valor superior a lo estipulado. Además, se hace énfasis a lo mencionado por Vivanco et al. (2017) quienes describieron que el tostado a alta temperatura y un menor tiempo disminuye la acidez e incrementa los olores y sabor a chocolate. También señalan que, durante el proceso del tostado, se originan reacciones de cambios en la composición de los ácidos orgánicos (acético, láctico y cítrico). Estos antecedentes concuerdan con los resultados obtenidos en esta investiga-ción, donde se constató que a mayor temperatura de tostado se presenta una tendencia descen-dente de acidez.
Figura 3. Resultados de acidez titulable.
Contenido de alcaloides (teobromina y cafeí-na)
En la Figura 4 se observa el contenido de teobromina en los tratamientos. Se determinó que, en la cuantificación de teobromina existió diferencia significativa (p < 0,05), obteniendo mayor concentración en el T7 con 1,33% mientras que la menor concentración en los T3 y T6 con valores de 0,56% y 0,57% respectivamente; guardando relación a lo reporta-do por González et al. (2019) quienes obtuvieron valores de 0,15 g TB/100g y 0,17 g TB/100g en cascarilla de cacao tostado, determinado por el método de extracción con CO2. Además, Tolentino (2019) indica que el contenido de teobromina en las almendras de cacao disminuye en función del genotipo, nivel de fermentación, tiempo y temperatura de tostado.
Figura 4. Resultados del contenido de teobromina.
En cafeína (Figura 5) existió diferencia significa-tiva (p < 0,05) entre las muestras, situando el valor más alto en el T9 con 0,09% y el menor contenido con 0,01 en el T1. Los resultados obtenidos se encuentran por debajo de lo encontrado por Ortiz et al. (2019), los cuales determinaron 0,074 mg/g en cascarilla de cacao. Ellos mencionan que en el proceso de beneficiado se reduce alrededor del 20% a 50%. En cambio, Tacuri (2022) determinó valores nulos (0) después del tostado y destaca que valores superiores a 1,5% de teobromina y cafeína en almendras secas evidencia intensida-des altas de sabor amargo y astringente, dismi-nuyendo la calidad de las mismas.
Figura 5. Resultados del análisis de cafeína.
En la Tabla 2 se detallan los promedios asignados por los catadores no entrenados a las categorías sensoriales, donde se aplicó la prueba de rangos múltiples Tukey (p < 0,05) para establecer grupos homogéneos y finalmente la prueba de Kruskal Wallis para determinar diferencia significativa entre las medias de los tratamientos.
Los resultados de la prueba de Kruskal Wallis para el parámetro sensorial Aroma presentó un P-value de 0,0024 demostrando que existió diferencia significativa entre los tratamientos. Se identificó que la mayor valoración con 7,97 ± 0,72 fue el T1, el segundo puntaje más alto de la escala hedónica con la categoría “Me gusta mucho”; mientras que la menor valoración con 4,90 ± 1,03 se determinó en T9 denominándose como “Ni me gusta, ni me disgusta”.
El tipo de cacao y la temperatura de tostado influye significativamente en el aroma de la infusión de cascarilla. De acuerdo con Freire & Díaz (2022) temperaturas mayores a 130 °C incide en la carencia o poca intensidad del aroma característico a cacao, presentando notas a café tostado. Cabe destacar que la temperatura fermentación y tostado, se deben controlar adecuadamente, a fin de no eliminar los atributos aromáticos del cacao. Según Jiménez et al. (2014) el cacao nacional posee características particulares, con aromas florales muy perceptibles.
3.2. Caracterización organoléptica de la infu-sión de cascarilla de cacao
Referente al Color (Figura 5) se puede observar que no existió diferencia significativa entre los tratamientos al presentar un p-value de 0,4631. Sin embargo, la prueba de múltiple rangos Tukey muestra que T4 posee una mayor valoración para este atributo sensorial con una media de 7,53 ± 1,17 teniendo una tonalidad agradable ante al catador, mientras que el T9 con 4,83 ± 1,18 sitúo el menor valor, presentando una tonalidad marrón oscuro. Cabe indicar que, los tratamientos con mayores temperaturas de tostado obtuvieron las puntuaciones más bajas en las dos variedades estudiadas. Según Iglesias et al. (2022) describen que la testa o cascarilla de color café, marrón, olor característico al cacao y de naturaleza crujiente. Por otro lado, Steinau et al. (2018) hacen referencia que el color ámbar es idóneo para infusiones, cabe mencionar que su investigación emplearon nibs de cacao, cascarilla de cacao y hierbas aromáticas.