Agronomía Trop. 54(4): 481-495. 2004

1 Trabajo financiado por FUNDACITE
 Aragua y FONACIT.  

* Profesores. Universidad Central de Venezuela.
Facultad de Agronomía. Instituto de Química
 y Tecnología e ** Instituto de Agronomía, respectivamente.
 Apdo. 4579. Maracay 2101, estado Aragua.
 Venezuela.

RECIBIDO: abril 11, 2003.  

RESUMEN

En el ensayo se evaluó el efecto del tiempo transcurrido entre la cosecha y el desgrane de la mazorca sobre algunas características físicas y químicas del grano durante la fermentación del cacao, Theobroma cacao L. Para ello fueron cosechadas mazorcas maduras y sanas de cacao tipo forastero de la población de Cuyagua, estado Aragua. Un lote fue desgranado recién cosechado y el otro 5 días después y ambos fermentados en cajas de madera por 6 d. Durante la fermentación, la temperatura fue medida diariamente y el índice de fermentación (ÍF) a los 0, 3 y 6 d. En esos mismos días fueron realizados análisis de humedad, taninos, pH y acidez total (AT) titulable en la pulpa + testa y en el cotiledón del grano. Los resultados demostraron que al retardar el desgrane, la fermentación fue más rápida y se alcanzaron temperaturas más elevadas en la masa de cacao (MC) e ÍF superiores; así como menor contenido de taninos y pHs más elevados en la pulpa + testa y de acidez en el cotiledón. Igualmente, durante la fermentación se observó un incremento de la temperatura de la MC hasta el 3^er d y un aumento progresivo del ÍF. Además, en la pulpa + testa el pH aumentó y disminuyeron la humedad, los taninos y la AT y en el cotiledón se incrementó la AT y se redujo el pH. 

Palabras Clave: Theobroma cacao L.; características físicas: características químicas; grano fermentado.

INTRODUCCIÓN 

En el beneficio del cacao, Theobroma cacao L., una de las etapas más importantes es la fermentación, etapa en la que ocurren las transformaciones bioquímicas en el grano que originan los compuestos precursores del aroma y sabor a chocolate. El almacenamiento de las mazorcas antes de la apertura y el desgrane así como el sistema de fermentación usado en el proceso son factores que influyen sobre la calidad del producto final (Barel, 1987; Dias y Avila, 1993; Schwan et al., 1990). 

El retardo en el desgrane causa una fermentación acelerada, con incrementos más rápidos en la temperatura de la masa, la cual alcanza valores más altos a medida que aumenta el tiempo entre la cosecha y el desgrane del cacao (Barel, 1987), además promueve bajos niveles de ácido láctico, ácidos volátiles y ácidos totales libres (Dias y Ávila, 1993), así como también el incremento de los taninos en el cotiledón (Álvarez, 1997). 

Algunos investigadores consideran que el sabor se mejora al almacenar los frutos de cacao por varios días antes de desgranarlos (Samah et al., 1993). Barel (1987) también señala que al retrasar el desgrane la temperatura se eleva más rápidamente, se mejora la hidrólisis de la pulpa, se reduce la acidez del cacao y se logra una proporción del 60% de granos marrones, obteniéndose los mejores resultados después de un retardo de 6 d entre la cosecha y el desgrane. Sin embargo, Biehl et al. (1985) observaron que un ascenso lento de la temperatura es importante tanto para la descomposición de las proteínas como para el potencial del sabor, ya que se forma menor cantidad de ácido acético, el cual en concentraciones moderadas puede difundir lentamente dentro de los granos sin dar origen a una sobre acidificación, alcanzándose un mejor potencial del sabor. 

En Aragua, el manejo post cosecha del cacao es muy variable, dependiendo de la zona y de la experiencia del productor y es práctica generalizada en las localidades de Cuyagua y Cumboto, cosechar de lunes a jueves para acumular un número apropiado de mazorcas y proceder a desgranar y fermentar los viernes, proceso que realizan por 5 o 7 d sin considerar el tiempo de almacenamiento de los frutos (Graziani et al., 2002).  

Por lo antes expuesto el objetivo de este estudio consistió en determinar el efecto del tiempo transcurrido entre la cosecha y el desgrane, usado por los productores de Cuyagua, sobre características físicas y químicas del grano de cacao tipo forastero durante el proceso fermentativo (PF), con el propósito de obtener información que permita la consecución de un producto de alta calidad, mediante la aplicación adecuada del proceso del cacao de la zona.  

MATERIALES Y MÉTODOS

Se utilizaron poblaciones de cacao tipo forastero de la hacienda Cuyagua, municipio Costa de Oro del estado Aragua, zona con precipitaciones entre 467 y 988,7 mm anuales, temperatura media anual 25, 66 °C, evaporación alrededor de 900 mm y humedad relativa de 66% (Galviz, 1994). 

Los frutos fueron cosechados al azar sanos y maduros, usando como criterio de madurez el señalado por González et al. (1999) Y en la identificación de los árboles de cacao fueron utilizados algunos descriptores taxonómicos recomendados por Bekele et al. (1994).  

Para el proceso, 120 mazorcas fueron divididas en dos lotes de 60 cada uno. El primer lote fue desgranado el día de la cosecha y el segundo 5 días después de recolectado. La masa de cacao (MC; semillas y pulpa) de cada lote fue colocada en forma equitativa en tres fermentadores (aproximadamente 2 kg en cada uno) de dimensiones 15x15x15cm, construidos con madera saqui-saqui, bombacopsi guinala (Jacq) Dugan, y varias perforaciones de 0,8 cm de diámetro en el fondo. La MC fue tapada con bolsas plásticas y removida con una paleta de madera a las 24 y 48 horas de iniciado el PF, cuya duración fue de 6 d.  

El ensayo se realizó utilizando un diseño completamente aleatorizado con 3 observaciones y un arreglo factorial mixto 2x7, donde los factores a evaluar fueron el desgrane de la mazorca a dos niveles (0 y 5 días después de la cosecha; DDC) y los días de fermentación a 7 niveles (0, 1,2,3,4,5 y 6 d).  

Análisis físicos 

La temperatura fue medida diariamente a 10 cm de la superficie de la MC en 3 puntos (centro y alrededores), utilizando un termómetro calibrado de 0 a 100 °C con apreciación de ± 0,1 °C.  

El índice de fermentación (ÍF) fue determinado de acuerdo con la norma N° 442 COVENIN (1995) a los 0, 3 y 6 d de transcurrido el PF y la clasificación de los granos fue realizada mediante 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 (Graziani et al. 2003). Un valor mayor o igual al 60% de granos completamente fermentados fue establecido como índice óptimo de fermentación (Barel, 1987).

Análisis químicos 

De la masa de cacao en fermentación fueron tomadas muestras del cotiledón y de la pulpa + testa a los 0, 2, 4 Y 6 d del proceso para efectuar los siguientes análisis químicos según la AOAC (1997): Humedad, método N° 931.04; pH, método N° 970.21; acidez total titulable, método N° 942.15. 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 Ouncan, mediante el paquete estadístico SAS (1998) versión 6.12.  

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Características físicas  

El análisis de varianza de los resultados de la temperatura, reveló diferencias altamente significativas (P<1 %) en la interacción (TFxDD) entre el tiempo de fermentación (TF) y los días transcurridos entre la cosecha y el desgrane de la mazorca (DO). Igualmente, la prueba de comparación de medias de Duncan indicó diferencias, a un nivel de probabilidad del 5%, entre las temperaturas alcanzadas, a partir del 3^er d del proceso, por las MC desgranado a los 0 y 5 DDC (Cuadro 1), presentando el cacao con retardo en el desgrane temperaturas más elevadas. 

Por otra parte, se observó que la temperatura se incrementó hasta el 2^do d del proceso en la MC desgranado al cosecharlo y hasta el 3^er d en la del cacao desgranado al 5^to d de la recolección, temperatura que posteriormente descendió en las dos muestras. Cuando el retraso del desgrane fue de 5 d, el descenso de la temperatura prosiguió hasta el final de la fermentación, en cambio en el cacao desgranado recién cosechado, la temperatura se mantuvo constante los 2 últimos días del proceso.  

El aumento de esta variable es causado por el calor generado por las reacciones exotérmicas y la actividad microbiana que ocurren en el PF, proviniendo la mayor cantidad de calor de la oxidación del etanol a acetato y de la conversión del acetato a CO₂ y agua (Cros y Jeanjean, 1995; Samah et al., 1993; Senanayake et al., 1995), mientras que el descenso es ocasionado por la inactivación de la microflora predominante al alcanzar la temperatura valores cercanos a 40°C (Senanayake et al., 1995). 

En cuanto al mayor incremento y a la temperatura más elevada de la MC, obtenidos al desgranar las mazorcas 5 DDC, podrían ser atribuidos a una prefermentación de las mazorcas durante et almacenamiento, como lo suscita la presencia de granos marrones en dicho cacao antes de fermentarlo. Rohan (1964) y Barel (1987) también observaron que la demora en el desgrane de la mazorca, origina aumentos más bruscos y temperaturas más altas en la fermentación del cacao, en cambio Álvarez (1997) detectó temperaturas mayores (40,9 ºC) en el 2^do d de la fermentación del cacao tipo criollo desgranado recién cosechado.  

Los máximos de temperatura obtenidos fueron inferiores al rango 44-47 °C considerado como satisfactorio para la fermentación (Braudeau, 1970) y a los 45°C encontrados por Barel (1987) a las 48 horas en cacao forastero de Costa de Marfil, desgranado a los 6 DDC, diferencias debidas probablemente al menor volumen de MC usado en esta investigación.

Sin embargo, la temperatura más alta del cacao con 5 d de retardo en el desgrane se aproxima a las máximas señaladas (41-44,6 °C) por Senanayake et al. (1995) para cacao trinitario y forastero de Sri Lanka desgranado 24 horas después de la recolección y fermentado en pequeña escala. 

En el ÍF se notó que el porcentaje de granos fermentados se incrementó a medida que transcurrió el PF, alcanzándose un mayor valor cuando el desgrane del cacao se realizó a los 5 DDC (Cuadro 2), lo que podría imputarse a la temperatura más alta alcanzada en la MC, ya que la elevación de esta variable en la fermentación está correlacionada con la velocidad de la muerte de las semillas, la cual es indispensable para que se produzcan las reacciones bioquímicas en el interior del grano que causan el oscurecimiento del cotiledón (Rohan, 1964; Braudeau, 1970).  

Además, el cacao desgranado después de 5 d de almacenamiento, presentó granos color pardo al inicio del PF con un ÍF de 5,02%, granos que no se encontraron en el cacao desgranado al cosechado, lo cual sugirió que al almacenar las mazorcas posiblemente ocurrió un cierto grado de prefermentación.  

Barel (1987) y Álvarez (1997) también encontraron que el porcentaje de granos fermentados aumenta con el TF, tanto en las muestras almacenadas previamente al desgrane como en las que no se almacenaron, siendo mayor el incremento en las primeras. Igualmente, Dias y Ávila (1993) notaron una fermentación mas acelerada en el cacao con 5 d de retardo en el desgrane. Por su parte, Senanayake et al. (1995) observaron que el ÍF se incrementó progresivamente hasta el6to d y luego descendió debido a una sobre fermentación en la cual los granos toman un color negro o pardo oscuro (Rohan, 1964). 

Adicionalmente, se notó que el ÍF aumentó en mayor proporción durante los dos primeros días del PF, superando el 60%, lo cual podría ser atribuido a que entre el 2^do y 4^to d ocurren las principales modificaciones del color, por la inversión de la relación antocianinas monómeros/polímeros amarillos o pardos (Cros et al., 1982). Al6to d del PF, los ÍF superaron el 80% en ambas muestras, presentando el cacao con 5 d de retardo un valor de 88,51 %, el cual se aproxima a los resultados (84- 94%) hallados por Senanayake et al. (1995) en el 610 d de la fermentación del cacao forastero y es inferior al obtenido (92,67%) por Álvarez (1997) al fermentar por 5 d el cacao tipo criollo de Cuyagua desgranado 5 DDC.  

Es importante destacar que a medida que se incrementa el tiempo entre la cosecha y el desgrane aumenta la posibilidad de una sobre fermentación, por lo cual se debe reducir el TF cuando la proporción de mazorcas desgranadas tardíamente sea alta.  

Características químicas  

En los valores correspondientes a los componentes químicos de la pulpa + testa, el análisis de varianza indicó diferencias altamente significativas (P< 1%) para la interacción TFXDD en el pH y taninos; diferencias significativas (P<5%) en la humedad y no significativas en la acidez, en tanto que en el cotiledón la interacción fue altamente significativa para la humedad, acidez y taninos y no significativa para el pH.  

En la humedad de la pulpa + testa, la prueba de Duncan no mostró diferencias entre los cacaos desgranados los 0 y 5 d. Durante el proceso se notó un descenso en ambas muestras, con una pérdida de agua de 7,71 % en la primera y de 14,71% en la segunda (Cuadro 3), en cambio en el cotiledón el comportamiento de este componente fue variable. En el cacao desgranado a los 0 d, la humedad disminuyó 15,52% al final del secado y en el desgranado a los 5 d incrementó 8,09%, difiriendo entre las muestras a un nivel de probabilidad del 5%. En esta fracción, la humedad del cacao desgranado con un retraso de 5 d fue menor desde el inicio de la fermentación, igualándose estadísticamente los valores a los de las muestras sin retardo en el desgrane a los 6 d del proceso. 

En la fermentación del cacao, la pulpa es descompuesta por acción microbiana, lo que ocasiona ruptura de las células y desprendimiento de jugos (Braudeau, 1970). Al ser eliminada parte del agua en el exudado, se establece un equilibrio osmótico entre la pulpa y los cotiledones con difusión de los productos de la fermentación hacia el cotiledón a través de la testa (Rohan, 1964), lo que causa una disminución de la humedad en la pulpa y un aumento en el cotiledón. Sin embargo, varios investigadores (Álvarez, 1997; Graziani et al., 2003) han detectado un descenso de la humedad del cotiledón en esta etapa del beneficio del cacao almacenado antes del desgrane, lo cual fue observado en este estudio sólo en el cacao que fue desgranado al cosecharlo. 

En relación con los taninos, la prueba de medias reveló diferencias significativas (P<5%) entre los valores correspondientes tanto a la pulpa + testa como al cotiledón de las dos muestras de cacao (Cuadro 3), presentando el cacao almacenado antes del desgrane menor contenido de estos compuestos en la pulpa + testa y mayor en el cotiledón al 4^to y 6^to d del PF. 

En el PF, los taninos se redujeron un 11,18% en la pulpa + testa de los granos sin retardo en el desgrane, notándose un comportamiento oscilante durante la fermentación, mientras que en los granos con 5 d de retraso, los taninos presentaron un comportamiento mas uniforme, con una reducción del 30,92%. En el cotiledón, la tendencia fue distinta entre las muestras. En el cacao desgranado el mismo día de la cosecha disminuyeron 36,05% y en el desgranado a los 5 DDC aumentaron 51,09%, tendencias que pudiesen estar ligadas con la relación que se establece entre la velocidad de pérdida de taninos en el cotiledón y la velocidad de difusión de dichos compuestos de la cutícula hacia el cotiledón (Braudeau, 1970). 

El retardo en el desgrane de la mazorca promovió la reducción de los taninos en la fracción pulpa + testa, en tanto que en el cotiledón ocurrió lo contrario, incrementándose el contenido en la fermentación, resultados distintos a los obtenidos por Graziani et al. (2003) quienes observaron un descenso en ambas fracciones y por Álvarez (1997) al encontrar un aumento en la pulpa + testa y un descenso en el cotiledón.  

La reducción de los taninos es también ocasionada por las reacciones de polimerización oxidativa y oscurecimiento que se producen en el PF (Cros y Jeanjean, 1995), las cuales son afectadas por el retardo en el desgrane (Barel, 1987), siendo el grado de fermentación función de la concentración de los productos de condensación de los flavonoides, los cuales son los responsables del color pardo o marrón que se desarrolla en el grano (Schwan et al., 1990). 

Para el pH de la pulpa + testa, la prueba de medias señaló diferencias a un nivel de probabilidad del 5% entre las muestras (Cuadro 4), presentando el cacao desgranado a los 5 días valores más altos a partir del 2^do d, con un pH mayor a 7 al final del PE Además, en ambas muestras se observó un descenso a los 2 d de iniciado el PF, seguido de un incremento con el transcurso de la fermentación, de 32,85% en el cacao desgranado el día 0 y 69,05% en el 6^to d. Es importante destacar que el pH final superior a 7 se debe a la formación de nitrógeno amoniacal producto de una fermentación butírica (Cros y Jeanjean, 1995). 

La elevación del pH en la pulpa + testa durante el PF es atribuida a la desasimilación del ácido cítrico por las levaduras y las bacterias lácticas y su sustitución por los ácidos láctico y acético menos disociados (Rohan, 1964; Dougan, 1981), así como a la formación de amoníaco producto de la desaminación de las proteínas (Cros y Jeanjean, 1995). Biehl et al. (1985) señalan que el aumento del pH, causado por la reducción de ácidos orgánicos o por algún tipo de neutralización, generalmente ocurre cuando se desarrollan las bacterias aerofificas al finalizar el metabolismo de los organismos acidofílicos, indicando el incremento continuo del pH una sobre fermentación, por lo tanto, el pH obtenido al retardar el desgrane sugiere reducir la duración del PF para evitar este defecto. 

En el cotiledón, el pH no difirió entre las muestras de cacao y mostró un descenso en el 2^do d del PF y un aumento posterior (Cuadro 3), siendo el pH final inferior al inicial, por lo que el efecto neto fue un descenso de esta variable, con una reducción de 6,40% para el cacao sin retraso en el desgrane y de 13,47% para el cacao con 5 d de retraso.

Las variaciones observadas en el pH de la pulpa + testa y del cotiledón coinciden con las detectadas por Senanayake et al. (1995). Sin embargo, los valores del pH de las 2 fracciones fueron superiores a los obtenidos por dichos investigadores en la pulpa (5,10-5,32) y en el cotiledón (5,21-5,30) al 7^mo d de la fermentación del cacao y en el 5^to d por Álvarez (1997) en la pulpa + testa (4,81 y 5,87) y en el cotiledón (5,67 y 4,98) de los cacaos con y sin retardo en el desgrane, respectivamente, diferencias que podrían ser ocasionadas por el uso de materiales distintos a los de este estudio. 

La acidez en la fracción pulpa + testa no se diferenció entre las 2 muestras, como lo indicó la prueba de Duncan y el porcentaje se incrementó en el 2<10 d para luego descender con el transcurso de la fermentación (Cuadro 4); en cambio en el cotiledón los valores variaron entre las muestras a un nivel de significación del 5%, correspondiendo la mayor acidez al final del proceso, al cacao desgranado 5 DDC. 

En este cacao la concentración de ácidos aumentó hasta el 4^to d y descendió levemente en el 6^to d, mientras que en el desgranado al recolectarlo, el comportamiento de estos compuestos fue igual al de la pulpa + testa, aumentó en el 2^do d y luego descendió, lo que indicó que el retraso en el desgrane favoreció el incremento en el cotiledón; tendencias similares a las observadas por Schwan et al. (1990) y Álvarez (1997).

La disminución de la acidez en la pulpa y la elevación en el cotiledón ha sido atribuida a la absorción de los ácidos producidos por la degradación microbiana de la pulpa, los cuales son difundidos hacia el cotiledón, provocando reacciones de hidrólisis y oxidación de pigmentos (Schwan et al., 1990). La combinación del calor con la acidez en el cotiledón causa la muerte del embrión y una lisis parcial de las paredes celulares, lo que permite a las enzimas entrar en contacto con sus respectivos sustratos, produciendo distintas reacciones bioquímicas (Cros y Jeanjean, 1995).

Durante la fermentación, los principales ácidos producidos son el acético y el láctico (Samah et al., 1993), los cuales se incrementan en el cotiledón, en tanto que en la pulpa los niveles de ácido láctico muestran una leve tendencia a disminuir después de un incremento inicial, mientras que los del acético varían muy poco, lo que revela que la acetificación det alcohol ocurre a mayor velocidad que la oxidación del ácido (Dougan, 1981).

Una fuerte acidificación acompañada de rápidos incrementos de temperatura en la pulpa estimula la fermentación, la destrucción de la estructura subcelular del cotiledón y la liberación proteolítica de los aminoácidos, pero el potencial del sabor es obviamente reducido por la alta acidez.

Este efecto adverso, del ácido acético sobre el sabor, también ha sido detectado en el procesamiento (Biehl et al., 1985). Además, se ha observado que la descomposición de las proteínas y el potencial del sabor se benefician cuando la elevación de la temperatura es lenta, ya que se forma menor cantidad de ácido acético, el cual difunde moderadamente en el cotiledón sin riesgo de una sobre acidificación (Biehl et al., 1985), por lo tanto no es conveniente retardar el desgrane por mucho tiempo.  

En conclusión, el retardo en el desgrane afectó las característic.as físicas durante el PF, ocasionando aumentos más bruscos y mayores temperaturas de la MC, así como una fermentación más acelerada e ÍF superiores. Igualmente, influyó sobre las características químicas, obteniéndose menor contenido de taninos y un pH más elevado en la pulpa + testa y un contenido más alto de taninos y acidez total en el cotiledón. Además, se observó que a medida que se incrementa el tiempo entre la cosecha y el desgrane aumenta la posibilidad de una sobre fermentación, por lo cual es conveniente reducir el TF cuando la proporción de mazorcas desgranadas tardíamente sea alta. 

AGRADECIMIENTO

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

SUMMARY

This study was carried out to evaluate the effect of the time period, elapsed between harvesting and shelling of cocoa, Theobroma cacao L., bean, on some physicals and chemicals characteristics during fermentation. For this purpose, ripe and healthy cocoa beans, of forastero type, were harvested in the area of Cuyagua,Aragua State: a first lot was shelled just after the beans were harvésted, and another lot of beans were shelled 5 days after they were harvested. Both lots were fermented in wood boxes for 6 days. Temperature was measured in a daily base, and the fermentation indexat 0, 3 and 6 days during fermentation. Analyses of moisture, tannins, pH and total titratable acidity in pulp + testa and cotyledon there were also measured. The results showed that, by delaying cocoa bean shelling, the fermentation process was developed more rapidly, and higher temperatures for cocoa mass as well as superior fermentation indexes were reached. Also, by delaying the shelling, low tannin contents, higher pHs in pulp + testa, as well as an increase in acidity in the cotyledon were observed. During the fermentation process the temperature of the cocoa mas s was increased until the third day, and there was a progressive increase of the fermentation index. There was an increase in pH level as well as a reduction of moisture, tannins and total acidity in pulp + testa. Total acidity increased, and levels of pH decreased in cotyledon.

Key Words: Theobroma cacao L.; physical characteristics; chemical characteristics; fermented grain.

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