Influencia del procesado sobre el perfil volátil y su impacto en la calidad de variedades comerciales de cacao (Theobroma cacao L.) procedentes de Ecuador

Abstract

El cacao es apetecido a nivel mundial por su alta calidad normalmente asociada a un sabor y aroma exquisito. Sin embargo, la calidad está determinada por factores como el lugar de origen, la variedad genética, las prácticas agrícolas antes de la cosecha, el porcentaje de humedad, el contenido graso, el tamaño y color, así como las técnicas de procesamiento poscosecha e industrial, entre otros factores. Existen técnicas de procesamiento tanto primarias en finca como secundarias a nivel de la industria. Entre las labores en finca se pueden citar el preacondicionamiento del grano (cosecha, limpieza y desinfección, apertura de mazorcas y opcionalmente presecado), fermentación y secado. Posteriormente, en la industria se procede al tostado y elaboración de productos derivados. El preacondicionamiento, particularmente el presecado, se presenta como una alternativa que influye en la calidad del grano (formación o transformación de compuestos responsables del perfil de sabores y aromas). Esta técnica implica la exposición al sol de las almendras, lo que conduce a disminuir el porcentaje de humedad de la almendra, azúcares, contenido de pulpa y por consiguiente la reducción del tiempo de fermentación. Además, el presecado ha demostrado mejoría en los compuestos volátiles favorables al aroma del grano. La etapa de fermentación de las semillas de cacao desempeña un papel fundamental en la producción de chocolate de excelencia al convertir las semillas inicialmente amargas y astringentes en granos con las cualidades sensoriales deseadas. Este proceso implica una serie de transformaciones bioquímicas influenciadas por la acción de levaduras y bacterias ácido lácticas (BAL) presentes en la pulpa y el mucílago del cacao. El estudio proporcionó información sobre cómo evolucionan los compuestos volátiles a lo largo de todo el proceso de fermentación primaria, mostrando una disminución de cetonas y un aumento de aldehídos, ésteres y ácidos durante la fermentación. Seguido de una disminución generalizada de compuestos durante el secado, y un aumento notable de ácidos y acetatos tipo bencilo. Otro aspecto fundamental para considerar es el secado, que sigue a los cambios bioquímicos iniciados durante la fermentación, y el cuál también afecta la calidad de los granos. Se estudió uno de los mecanismos más antiguos utilizados por los agricultores en campo para llevar a cabo esta etapa, que es la exposición de los granos al sol y dos alternativas aplicables a pequeña y gran escala como es el secado con la utilización de una lona de plástico negro sobre suelo de cemento y secado artificial en horno. Con la ayuda de herramientas quimiométricas se determinó que las muestras secas tuvieron variaciones enmarcadas tanto por su variedad como por la técnica de secado aplicada. La investigación denotó que la modificación de la técnica de secado tradicional utilizando una lona de plástico negro presentó perfiles volátiles diferenciados con menor contenido de acidez y conservación de ciertos compuestos beneficiosos como alcoholes y ésteres, siendo una alternativa rentable para los agricultores ya que minimiza el tiempo de secado, bajo costo de producción y proporciona calidad a las variedades de cacao al granel. Esta tesis doctoral proporciona un análisis detallado de la influencia de la aplicación de la técnica de presecado, así como cada etapa de procesamiento en finca, como son el proceso de fermentación y de secado de los granos tanto de manera tradicional como con modificaciones, sobre el perfil de compuestos volátiles en variedades de cacao ecuatoriano fino de aroma y ordinario (granel). Estos hallazgos permitirán a productores y procesadores tomar decisiones más informadas con el fin de elevar la calidad del cacao y cumplir con la creciente necesidad de productos alimenticios de calidad superiores.

Cocoa is coveted worldwide due to its high quality, usually associated with an exquisite flavor and aroma. However, the quality is determined by different factors including the place of origin, genetic variety, pre-harvest farming practices, moisture percentage, fat content, size, and color, as well as post-harvest and industrial processing techniques, among others. These parameters influence its sensory, aroma profile and nutritional, functional and commercial value. There are both primary on-farm and secondary processing techniques at the industry level. Among the tasks on the farm are the preconditioning of the grain (harvesting, cleaning, and disinfection, opening of the ears and optionally pre-drying), fermentation and drying. Subsequently, the industry proceeds to roasting and processing derived products. Preconditioning, particularly pre-drying, is presented as an alternative that influences the quality of the bean (formation or transformation of compounds responsible for the flavor profile). This technique involves the sun exposure of the almonds, which leads to a decrease in the percentage of moisture in the almond, sugars, pulp content and consequently the reduction of the fermentation time. In addition, pre-drying has demonstrated improvements in grain-friendly volatile compounds. The fermentation stage of cocoa nibs plays a critical role in the production of excellent chocolate by turning the initially bitter and astringent seeds into beans with the desired sensory qualities. This process involves a series of biochemical transformations influenced by the action of yeasts and lactic acid bacteria (LAB) present in the pulp and mucilage of cocoa. The study provided insight into how volatile compounds evolve throughout the primary fermentation process, showing a decrease in ketones and an increase in aldehydes, esters, and acids during fermentation. This was followed by a general decrease in compounds during drying, and a noticeable increase in benzyl-like acids and acetates. Another fundamental aspect to consider is drying, which follows the biochemical changes initiated during fermentation. This processing step also affects the quality of the beans. One of the oldest mechanisms used by farmers in the field to carry out this stage was studied, which is the exposure of the grains to the sun. Also, two alternative techniques applicable on a small and large scale, such as drying with the use of black plastic on concrete floor and artificial drying in an oven, were employed. With the help of chemometric tools, it was determined that dried samples had variations framed by both their variety and the drying technique applied. The research denoted that the modification of the traditional drying technique using black plastic presented differentiated volatile profiles with lower acidity content and preservation of certain beneficial compounds such as alcohols and esters, being a profitable alternative for farmers since it minimizes drying time low production cost and provides quality to bulk cocoa varieties. This PhD thesis provides a detailed analysis regarding the application of the pre-drying technique, as well as each stage of on-farm processing (fermentation and drying methods, the latter both traditionally and with modifications) of the beans to observe the changes in the volatile profile of Ecuadorian fine-flavor and ordinary (bulk) cocoa cultivars. These findings will enable producers and processors to make more informed decisions in order to raise cocoa quality and meet the growing need for superior food products.