FERMENTACIÓN DEL CACAO

FERMENTACIÓN DEL CACAO EN DOS DISEÑOS DE CAJAS DE MADERA1

Lucía Graziani de Fariñas*, Ligia Ortiz de Bertorelli*, Naidely Alvarez* y América Trujillo de Leal**

1 Trabajo financiado por la Fundación para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología

del Estado Aragua (FUNDACITE Aragua) y por el

Fondo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación (Fonacit).

* Profesores. Universidad Central de Venezuela. Facultad de Agronomía.

Instituto de Química y Tecnología e **Instituto de Agronomía, respectivamente.

Maracay, estado Aragua. Venezuela. Apdo 4579. Maracay 2101.

E-mail: ticoet@net-uno.net .

Resumen

Mazorcas de cacao tipo criollo fueron cosechadas en la localidad de Cuyagua, desgranadas 5 días después de la recolección, fermentadas en cajas cuadradas y rectangulares de madera, con el fin de comparar el efecto de los dos diseños sobre las características físicas y químicas del grano. La duración de la fermentación fue de 5 d, volteándose los granos a las 24 y 48 h de iniciado el proceso. La temperatura se midió diariamente y el índice de fermentación (ÍF) a los 0, 2,4 y 5 d, durante los cuales también fueron determinados los contenidos de humedad, taninos, acidez total y el pH de la pulpa + testa y del cotiledón del grano en fermentación. Los resultados indican que el diseño del fermentador influyó sobre las características físicas y químicas, siendo mayor la temperatura alcanzada por la masa de cacao al fermentar con la caja cuadrada, con la cual los valores de taninos fueron más altos y los de pH más bajos, tanto en la pulpa + testa como en el cotiledón. Así mismo, con los dos fermentadores se obtuvieron temperaturas e ÍF que revelaron una buena fermentación, sin embargo, los valores de estas dos variables fueron superiores al usar la caja cuadrada, por lo que podría considerarse como el diseño más eficiente para el proceso fermentativo del cacao.

Palabras Clave: Theobroma cacao L.; índices físicos; características químicas; fermentador; diseño; caja de madera.

Summary

Pods of Criollo cocoa were harvested in the locality of Cuyagua, shelled 5 days after harvesting and fermented in square and rectangular wooden boxes with the purpose of comparing the effect of two designs on physical and chemical characteristics of grain. Duration of fermentation was 5 days and the grains were turned around at 24 and 48 hours after initiation of process. Temperature was

measured daily and the index of fermentation, humidity, tannins, total acidity and pH of the pulp + testa and cotyledon of the grain in fermentation were determined at 0, 2, 4 and 5 days. Results revealed that design affected fermentation index, such that temperatures reached by cacao mass were higher when fermenting in the square boxes, with higher values of tannins but lower pH in the pulp + testa and in the cotyledon. Also, with both boxes the values obtained for temperature and index of fermentation revealed a good fermentation, however, such values were superior when using square type boxes, thus it could be considered as the most efficient design for the fermentation process of cocoa.

Key Words: Theobroma cacao L.; physicals indexes; chemicals characteristics.

Recibido: agosto 21, 2002.

Introducción

La calidad de los granos de cacao, Theobroma cacao L., depende, entre otros factores, de la variedad y del proceso de fermentación (PF), etapa necesaria para inducir los cambios bioquímicos en el grano que producen los precursores del aroma y sabor a chocolate al beneficiar el cacao (Puziah et al., 1998).

La metodología aplicada en el proceso afecta la fermentación, bien sea por el tipo de fermentador empleado (Vargas et al., 1989), el volumen de la masa (Braudeau, 1970; Puziah et al., 1998; Portillo, 2000) y volteo de los granos (Puziah et al., 1998), variando el método entre los distintos países (Braudeau, 1970).

En algunas zonas de la región norte costera del estado Aragua, uno de los tipos de fermentadores más utilizados es la caja de madera en dos diseños, cuadrado y rectangular, cuyo uso depende de la experiencia o hábito del productor más que de la conveniencia para el PF, el cual, por lo general, no es realizado adecuadamente (Graziani et al., 2002).

La carencia de un tratamiento post cosecha apropiado reduce la calidad y en consecuencia el precio, a pesar de que el cacao venezolano reúne, genéticamente, las características necesarias para desarrollar un buen producto. El objetivo de este estudio consistió en comparar el efecto de los dos diseños de la caja de madera, utilizada en la fermentación del cacao por productores de Cuyagua, sobre las características físicas y químicas del grano con el propósito de escoger el más conveniente para el PF en la zona.

Materiales y métodos

Se utilizaron poblaciones de cacao tipo criollo provenientes de la hacienda Cuyagua, municipio Costa de Oro del estado Aragua, la cual presenta precipitaciones que oscilan entre 467 y 988,7 mm anuales, temperatura promedio anual de 25,65 °C, evaporación alrededor de 900 mm y una humedad relativa (HR) promedio de 66% (Galviz, 1994).

Los árboles de cacao fueron identificados según algunos descriptores taxonómicos sugeridos por Bekele et al. (1994). Los frutos o mazorcas sanos y maduros fueron cosechados, en forma aleatoria, el mismo día durante los meses de septiembre y octubre de 1999, en un número de 80 y desgranados 5 días después de recolectadas, práctica que es usual en la zona. La masa de cacao (semillas y pulpa) fue mezclada y separada en dos lotes para su fermentación por triplicado en los dos diseños del fermentador. El estado de madurez fue detectado mediante el criterio señalado por González et al. (1999).

En la fermentación se usaron dos diseños de la caja de madera:

Cuadrado: caja de dimensiones 15 x 15 x 15 cm

Rectangular: caja de dimensiones 10 x 15 x 20 cm (ancho x largo x alto).

Ambas cajas fueron construidas con madera saqui-saqui, Bombacopsi quinata (Jacq) Dugan, con 5 perforaciones de 0,8 cm de diámetro en el fondo para facilitar la salida del exudado y suspendidas 2 cm sobre el piso con listones de madera. Cada fermentador fue llenado con 3 kg de la masa de cacao y cubiertos con un plástico de polietileno de 1 mm de espesor y luego con una lona para evitar pérdidas de calor y desecación de la superficie de la masa durante la fermentación. La remoción de los granos se efectuó a las 24 y 48 h de iniciado el PF, el cual tuvo una duración de 5 d.

En el ensayo se aplicó un diseño completamente aleatorizado con 3 repeticiones y un arreglo factorial mixto de 2 x 4, donde los factores considerados fueron: el diseño del fermentador (cuadrado y rectangular) y el período de tiempo durante la fermentación (0, 2, 4 y 5 d). La unidad experimental estuvo conformada por 3 kg.

La temperatura fue medida diariamente y a la misma hora en 3 puntos a 7 cm de la superficie de la masa de cacao, con un termómetro calibrado de 0 a 100 °C y apreciación de ± 0, 1 °C. El índice de fermentación (ÍF) fue determinado a los 0, 2, 4 y 5 d de transcurrido el PF, utilizando la norma N° 442-78 COVENIN (1978) y los granos fueron clasificados según el criterio utilizado por Tomlins et al. (1993), considerando como granos completamente fermentados aquellos que presentaron un agrietamiento pronunciado y color castaño en la radícula y parcialmente fermentados los granos con agrietamiento moderado y color crema o castaño de la radícula. Un valor mayor o igual al 60% fue tomado como índice óptimo de fermentación (Barel, 1987).

De acuerdo con la AOAC (1997) fueron realizados análisis de humedad (método 931.04); pH (método N' 970,21); acidez total titulable (método N° 942,15) en el cotiledón y en la pulpa + testa a los 0, 2, 4 y 5 d de la fermentación. Además fueron determinados los taninos usando el método Folin Ciocalteu (Singleton y Rossi, 1965). Todos los análisis fueron realizados por triplicado y a los resultados obtenidos se les aplicó un análisis de varianza complementado con una comparación de medias por la prueba de rangos múltiples de Duncan (SAS, 1998).

Resultados y discusión

Temperatura ambiente y humedad relativa

Durante el PF del cacao, la temperatura ambiente varió entre 30 y 32 °C y la HR entre 62 y 67%, siendo los valores más frecuentes de ambas variables 31 °C y 62%. En el día 5 fue alcanzada la menor temperatura ambiental (30 °C) y la mayor HR (67%), lo que pudo ser ocasionado por la lluvia ocurrida en horas de la mañana de ese día.

Características físicas

Al usar los diseños cuadrado y rectangular de la caja de madera se observó el mismo comportamiento de la temperatura durante la fermentación (Cuadro 1). Esta variable se incremento durante el proceso hasta el día 3 (41,3 °C) en el cuadrado y hasta el día 4 (40,0 °C) en el rectangular y en el día 5 descendió en ambos fermentadores, ubicándose los máximos por debajo de los rangos 48-50 °C (Moreno, 1980) y 44-47 °C (Braudeau, 1970) considerados como satisfactorios para la fermentación. En cambio coincidieron con los valores obtenidos (41,0-44,6 °C) por Senanayake et al. (1995) en sus estudios sobre la fermentación del cacao en pequeña escala y fueron superiores, a la máxima temperatura (3 8,0 °C) encontrada por Álvarez (1997) en su ensayo de fermentación en cacao criollo de Cuyagua, desgranado 5 días después de la cosecha. La elevación de la temperatura de la masa de cacao es ocasionada por las reacciones exotémicas y el aumento de la actividad microbiana que ocurren en el PF (Samah et al., 1993a; Senanayake et al., 1995). Este aumento es muy importante en el PF, ya que es responsable, en parte, de la muerte de los granos y del inicio de las reacciones enzimáticas en los tejidos del cotiledón que dan origen a los precursores del sabor y aroma a chocolate (Braudeau, 1970).

CUADRO 1. Temperatura y porcentaje de fermentación de la masa de cacao en dos diseños de caja de madera.

Diseño del Fermentador Días de Fermentación Temperatura °C Porcentaje índice de Fermentación

0 28,0 0,00

1 36,0

2 39,3 78,66

Cuadrado 3 41,3

4 41,0 89,67

5 33,7 93,25

Media 38,3a

0 28,0 0,00

1 31,7

Rectangular 2 39,0 74,85

3 38,3

4 40,0 87,35

5 34,3 91,68

Media 36,7a

Medias con letras distintas diferentes a un nivel de significación del 5% según Duncan.

Las temperaturas obtenidas en los dos fermentadores difirieron a un nivel de significación del 5%, siendo el valor de esta variable más alto en la caja cuadrada, en la cual, a su vez, la temperatura máxima fue alcanzada antes que en la caja rectangular, lo cual posiblemente se deba a que a pesar de que el volumen de la masa de cacao fue igual en ambas cajas, el aislamiento logrado en la cuadrada fue mayor, como consecuencia de la mayor altura de los granos, así como por la menor superficie de exposición que se obtiene, puesto que se ha demostrado que es más importante la altura que el peso de la masa de cacao (Rohan, 1964). La rápida elevación de la temperatura favorece el PF al acelerar la descomposición de las células de los cotiledones, debido a su efecto sobre la viabilidad de los granos (Rohan, 1964).

En cuanto al ÍF, se observó que la variación fue similar en los dos diseños del fermentador, en los cuales este parámetro aumentó a medida que transcurrió el PF, aumento producido por las reacciones que ocurren en el interior del grano en fermentación y que causan la aparición de un color pardo característico en el cotiledón (Braudeau, 1970).

Dicho incremento fue ligeramente mayor en la caja de madera cuadrada, posiblemente por la temperatura más alta alcanzada en este fermentador, ya que la elevación de la temperatura en la masa de cacao está correlacionada con la velocidad de la muerte de las semillas, condición necesaria para que se lleven a cabo las reacciones internas en los tejidos de los cotiledones (Rohan, 1964; Braudeau, 1970).

La cantidad de granos agrietados y con color pardo de la radícula aumentó en mayor proporción durante los 2 primeros días del PF, obteniéndose un ÍF de 78,66% en la caja cuadrada y 74,85% en la rectangular, atribuible a que las principales modificaciones del color ocurren entre el 2do, y 4to d del PF, debido a la inversión de la relación antocianinas monómeros/polímeros amarillos o pardos (Cros et al., 1982). Al 5to d de la fermentación, los valores superaron el 90% en ambos fermentadores, revelando una posible sobrefermentación, en la cual los granos toman un color pardo oscuro o negro (Rohan, 1964; Senanayake et al, 1995). Resultados parecidos (92,67% de granos fermentados) fueron encontrados por Álvarez (1997) en cacao criollo con características iguales a las de este estudio.

Barel (1987) considera como un índice óptimo de fermentación, un porcentaje mayor o igual al 60% de granos color pardo en la masa fermentante, valor que fue superado a partir del 2do d del PF con ambos fermentadores, a pesar de que la temperatura aún no había alcanzado el máximo valor y que por lo tanto la fermentación no había concluido.

El color de los granos es una característica del grado de fermentación, de forma que el color violeta revela una fermentación incompleta, mientras que el color pardo indica que la fermentación se ha completado (Barel, 1987). Sin embargo, la observación visual de los cambios de color del grano es una medida subjetiva que depende de la experiencia del analista, lo que aunado al posible desarrollo de colores oscuros en la oxidación natural de los tejidos, que puede causar confusión en los resultados, resta precisión a esta prueba, por lo que no es conveniente considerarla como un indicador de que la fermentación ha finalizado, sino que es necesario complementarla con otros análisis.

Características químicas

El contenido de humedad en el cotiledón y en la pulpa + testa disminuyó en el transcurso de la fermentación al utilizar tanto la caja cuadrada como la rectangular (Cuadro 2).

Resultados coincidentes con los obtenidos por Álvarez (1997), quien detectó una pérdida de 10,22% de la humedad de la pulpa + testa y de 8,88% en el cotiledón del cacao criollo fermentado en condiciones semejantes. El descenso de la humedad de la pulpa + testa fue mayor en los dos primeros días del PF con ambos fermentadores, lo que pudo ser producto del atraso en el desgrane de la mazorca, el cual propicia una mayor hidrólisis de la pulpa (Barel, 1987).

CUADRO 2. Humedad y taninos en granos de cacao tipo

criollo durante la fermentación en dos diseños de caja de madera.

% Humedad % Taninos (bs)

Diseño de Días Pulpa + testa Cotiledón Pulpa + testa Cotiledón

Fermentador

0 81,57 45,73 1,76 1,91

Cuadrado 2 73,60 44,15 1,18 1,36

4 73,73 41,20 0,68 1,23

5 71,58 35,70 0,58 1,04

Media 75,120 a 41,69 1,05 a 1,38 a

0 82,04 45,41 1,31 1,38

Rectangular 2 73,52 44,64 0,97 1,20

4 75,37 42,43 0,62 1,12

5 75,10 40,24 0,60 0,86

Media 76,51 a 43,18 a 0,87 b 1,14 b

Medias con letras distintas difieren a un nivel de significación del 5% según Duncan.

Durante la fermentación del cacao ocurre la descomposición microbiana de la pulpa que causa ruptura de las células y desprendimiento de jugos (Braudeau, 1970). Parte del agua es eliminada en el exudado y se establece un equilibrio osmótico entre la pulpa y los cotiledones, de forma que los productos de la fermentación se difunden a través de la testa hacia el cotiledón (Rohan, 1964). Esta disminución de la humedad en las dos fracciones es independiente del diseño del fermentador, cuyos valores no presentaron diferencias significativas entre sí (Cuadro 2).

La concentración de taninos también varió durante la fermentación en los dos fermentadores, reduciéndose en ambas fracciones (Cuadro 2), posiblemente debido a la difusión de los polifenoles y a las reacciones de polimerización oxidativa y oscurecimiento (Cros y Jeanjean, 1995).

En la fermentación, las antocianinas son hidrolizadas y las agliconas resultantes, oxidadas a compuestos quinónicos que contribuyen al color pardo característico del cacao fermentado (Serra Bonvehí y Ventura Coll, 1997). Las antocianinas son las responsables del color púrpura de los cotiledones, y los productos de condensación de los flavonoides del color pardo o marrón, siendo el grado de fermentación función de la cantidad de estos últimos compuestos, de forma que a mayor contenido de los productos de condensación, mayor será el grado de fermentación (Schwan et al., 1990).

El contenido de taninos de las dos fracciones difirió significativamente (P<0,05) entre las muestras fermentadas en los dos diseños de los fermentadores, correspondiéndole los valores más altos, 1,05% en la pulpa + testa y 1,38% en el cotiledón, al cacao del fermentador cuadrado, cacao que desde el inicio presentó mayor cantidad de estos compuestos.

En ambos fermentadores hubo un incremento del pH de la pulpa + testa y un descenso de la acidez, mientras que en el cotiledón, el pH disminuyó hasta el día 4, a partir del cual se incremento levemente y la acidez aumentó hasta el 41,1 d y disminuyó ligeramente en el 51 (Cuadro 3). Estos resultados coinciden con los obtenidos por Torres (2000), quien encontró un elevado pH (7, 1 0) en la pulpa + testa al fermentar por 5 d el cacao tipo forastero desgranado 5 días después de la cosecha, en tanto que Álvarez (1997) observó las mismas tendencias, pero encontró valores inferiores del pH final, 4,81 en la pulpa + testa y 5,67 en el cotiledón, al fermentar el cacao criollo.

CUADR0 3. El pH y acidez en granos de cacao tipo criollo

durante la fermentación en dos diseños de caja de madera.

pH % Acidez Total

Diseño de Días Pulpa + testa Cotiledón Pulpa + testa Cotiledón

Fermentador

0 3,64 6,13 3,48 0,45

Cuadrado 2 4,19 5,24 2,73 0,89

4 6,37 5,20 0,47 1,18

5 6,63 5,34 0,38 0,93

Media 5,21 b 5b49 b 1,76 b 0,86 a

0 4,15 6,40 4,91 0,55

Rectangular 2 4,32 6,33 4,57 0,55

4 6,29 5,14 0,70 1,55

5 7,11 5,48 0,39 1,15

Media 5,47 a 5,84 a 2,64 a 0,45 a

Medias con letras distintas difieren a un nivel de significación del 5% según Duncan.

El nivel alto de pH en esta fracción indica una sobrefermentación, la que conduce a la formación de ácidos carboxílicos y aminas biogénicas por descarboxilación enzimática de los correspondientes aminoácidos (Cros y Jeanjean, 1995). El descenso de la acidez en la pulpa + testa ha sido atribuido al metabolismo del ácido cítrico por acción de las levaduras y el aumento en el cotiledón a la difusión de los ácidos de la pulpa hacia esta fracción (Schwan et al, 1990). Durante la fermentación, los ácidos acético y láctico producidos por la degradación microbiana de la pulpa, son difundidos hacia el cotiledón aumentando la acidez de esta fracción (Meyer et al, 1989).

Durante los primeros días del PF el descenso del pH del cotiledón fue menor en el fermentador rectangular que en el cuadrado y la acidez permaneció constante, lo cual probablemente esté relacionado con un retraso en la pérdida de la viabilidad del grano y en consecuencia de un retardo en la ruptura de las células de la pulpa y en la liberación de los jugos, lo que ocasiona un menor desarrollo de las bacterias acéticas (Braudeau, 1970).

Al 4to d del proceso el pH del cotiledón del cacao fue 5,20 en la caja cuadrada y 5,14 en la rectangular, valores cercanos a 5, considerado como indicativo de una buena calidad del grano

fermentado (Samah et al., 1993b). Además, los valores del pH y de la acidez mostraron diferencias a un nivel del 5% entre los diseños de los fermentadores, en la caja rectangular el pH de la pulpa + testa (5,47) y del cotiledón (5,84) fueron mayores, al igual que la acidez en la pulpa + testa (2,64%), en cambio en el cotiledón los valores de esta última variable fueron similares (Cuadro 3).

En conclusión, el diseño del fermentador influyó sobre las características físicas y químicas, de manera que al usar la caja cuadrada se obtuvieron temperaturas más altas en la masa de cacao, las cuales fueron alcanzadas en menor tiempo que en la caja rectangular, así mismo, mayor porcentaje de granos fermentados. Además, en el fermentador cuadrado los valores de taninos fueron más altos y los de pH más bajos, tanto en la pulpa + testa como en el cotiledón. Las temperaturas e ÍF de la masa de cacao revelaron que con los dos fermentadores se logró una buena fermentación, sin embargo, los valores de estas dos variables fueron superiores al usar la caja cuadrada, por lo cual podría ser considerada como el diseño más eficiente para el PP del cacao.

Agradecimiento

Los autores agradecen a la técnico Boni Escorche y a los señores Rafael Osorio y Venancio Martínez la colaboración prestada.