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Introducción
El árbol del cacao (Theobroma cacao L.) se cultiva en 10 millones de hectáreas en los países tropicales con una producción superior de los 4 millones de toneladas (Wood y Lass 2008, FAO 2017). Después del beneficio poscosecha, los granos son el principal producto comercial del cacao, los cuales son la materia prima del chocolate, alimento altamente consumido en el mundo, cuya demanda industrial aumenta cada año (ICCO 2012). Por lo que las inversiones e innovaciones tecnológicas en el cultivo del cacao tienen la intención de aumentar la productividad y la calidad del cacao (Araujo et al. 2014, Badrie et al. 2015).
La estrategia básica para incrementar la productividad del cacao en Brasil, es la multiplicación vegetativa o clonación de genotipos tolerantes a la enfermedad de la escoba de bruja (Monteiro y Ahnert 2012). Pero estos genotipos tienen diferentes demandas nutricionales, y son influenciados por la interacción entre el genotipo y el ambiente (Lopes et al. 2011, Muniz et al. 2013). En este contexto, el genotipo Porto Híbrido 16 (PH-16), tolerante a la escoba de bruja, se originó a partir de una población de plantas híbridas originadas de la cruza entre genotipos Forasteros y Trinitarios (Cruz et al. 2013). Por lo que es necesario caracterizar sus atributos físicos y químicos de los granos y conocer su calidad (Araujo et al. 2014, Badrie et al. 2015, Loureiro et al. 2016).
Factores ambientales, genéticos y tecnológicos como el manejo poscosecha, la fermentación, el secado y el tostado son fundamentales para la caracterización física y química de los granos de cacao (Afoakwa, 2010). Por lo que es importante controlar el pH, la acidez total, el contenido de sólidos solubles totales del mucílago durante las diferentes etapas de poscosecha. Por lo anterior, objetivo del presente trabajo fue evaluar la influencia de diferentes sitios de cultivo, en las propiedades físicas y químicas de la masa del cacao y de los granos antes y después del beneficio poscosecha.
Materiales y métodos
Área de estudio
Se evaluaron 12 sitios de cultivo de cacao localizados en la región cacaotera del sur de Bahía, Brasil (Tabla 1), zona húmeda con los tipos climáticos de Thornthwaite: B4r A’, B3r A’, B2r A’, B2r B’, B1r A’, B1r’ A’, B1w A’ (SEI 1998). En estos sitios, el clon PH-16 se cultiva bajo los sistemas cacao y caucho [Hevea brasiliensis (Willd. Ex Adr de Juss.)], cacao y erythrina (Erythrina fusca Lour.), y cabruca, con distintas densidades de árboles de sombra por hectárea y diferentes suelos (Tabla 1) de acuerdo con el Sistema Brasileño de Clasificación de Suelos (SiBCS) (Santos et al. 2013).
Tabla 1. Ubicación de los sitios evaluados.
1SiBCS - Sistema Brasileño de Clasificación de Suelos (Santos et al. 2013). 2Theobroma cacao L. 3Hevea brasiliensis (Willd. Ex Adr de Juss.) Muell. Arg. 4Erythrina fusca Lour. 5Cabruca es un sistema ecológico de cultivo agroforestal, donde los árboles del cacao se cultivan bajo los árboles nativos de la mata atlántica del Sur de Bahia (Lobão et al. 2007).
Muestreo de suelos y frutos del cacao
En el estudio, el suelo fue el factor que estratificó el sitio (origen) de la muestra y las unidades experimentales fueron los árboles del cacao injertados con el genotipo PH-16, de los que se cosecharon 50 mazorcas maduras dentro del perímetro de un área circular con un radio de aproximadamente 100 m de distancia entre los puntos de identificación de los suelos por el SiBCS (Santos et al. 2013), en cada sitio se tomaron tres repeticiones al azar. En cada sitio de estudio, una hectárea de cultivo se dividió en tres áreas de cosecha, que se caracterizaron por tener el mismo suelo y sistema de cultivo. Por lo que cada muestra corresponde a un suelo identificado y clasificado.
Fermentación del cacao
Los granos con mucílago se fermentaron por 168 h (7 d) en cajas de espuma de poliestireno de 30 x 20 x 30 cm con capacidad aproximada de 8 kg. Después de las 48 h de fermentación, la masa del cacao se volteó todos los días para oxigenarla y homogeneizarla. Después de la fermentación, los granos se secaron por 192 h (8 d), en un horno de ventilación forzada a temperatura de entre 36 y 38 °C. Para después pelarlos de forma manual con una pinza y separar la cáscara de la semilla y el endospermo, el endospermo (cotiledones y embriones) se molió para su posterior análisis químico.
Obtención del extracto del mucílago de los granos
Se pusieron 20 granos de cacao en un Becker de 50 ml, a los que se le adicionaron 200 ml de H2O destilada. Para luego homogeneizar y centrifugar por 10 min a 3 000 rpm. Para obtener una alícuota de mucílago de cacao de 25 ml.
pH y acidez total
En el mucílago de los granos y en los endospermos de los granos crudos y fermentados se determinó el potencial de hidrógeno (pH) y la acidez total por los métodos 970.21 y 942.15 de la AOAC (Horwitz y Latimer 2005).
Índice de pigmentos
El grado de fermentación se estimó en los endospermos de los granos crudos y fermentados por el método del índice de pigmentos (Gourieva y Tserevitinov 1979).
Contenido de sólidos solubles y temperatura
El contenido de sólidos solubles (°Brix) del mucílago de los granos se determinó con un refractómetro portátil Atago, modelo PAL-1, con corrección directa de la lectura de los grados brix. El control de la temperatura de la masa de cacao durante la fermentación se midió en grados Celsius con un termómetro digital, que se colocó a una profundidad de 15 cm.
Análisis estadístico
Se utilizó un diseño experimental completamente al azar con 12 sitios de estudio caracterizados por diferentes tipos de suelos y sistemas de cultivo con tres repeticiones por sitio. El análisis estadístico se realizó con en el programa R. La prueba de normalidad de Kolmogorov-Smirnov con la corrección de Lilliefors se llevó a cabo con el paquete ‘nortest’ (Gross y Ligges 2015); mientras que la transformación normalizadora se realizó con la función Normalize del paquete QuantPsyc (Fletcher 2015). El Análisis de Varianza y la prueba de Scott-Knott al 5 % de probabilidad se realizó con el paquete ExpDes (Ferreira et al. 2015) y los gráficos se realizaron con el paquete Lattice (Sarkar 2016).
Resultados y discusión
Por el bajo coeficiente de variación (CV = 1.4 %) del pH de la masa de granos de cacao sin fermentar se observa que la variable tuvo variación (Tabla 2). El mucílago del grano de cacao es ácido, con pH entre 3.0 y 3.5, debido al contenido de ácido cítrico (Penha y Matta 1998). Las reacciones de alta acidez en la fermentación pueden influir en la calidad final de los granos de cacao, lo que compromete el aroma del chocolate (Loureiro et al. 2016). Los valores promedio de pH de los granos de cacao sin fermentar están dentro del rango reportado por Penha y Matta (1998). Se observan los mayores valores de pH en los granos de cacao en los sitios de cultivo con suelos 6 - Argisol Rojo-Amarillo Eutrófico cambisólico, 7 - Cambisol Háplico Distrófico típico, 8 - Latosol Rojo-Amarillo Distrófico argisólico y 12 - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico-cohesivo abrúptico. Lo que indicar que los tipos de suelos donde se cultiva el cacao influye en la acidez de los granos de cacao. Se observó mayor variación de acidez en los granos de cacao sin fermentar que la observada en el pH; la acidificación de los granos permite una serie de reacciones enzimáticas que se asocian con las características finales del chocolate (Schwan y Wheals 2004, Loureiro et al. 2016). El exceso de acidez puede ser perjudicial para la calidad final de los granos de cacao, mientras que menores valores de acidez total se relacionan con la calidad del cacao. Los sitios de cultivo con los menores promedios de acidez total fueron el 9 - Argisol Amarillo Distrófico latosólico (10 ± 0.69 meq NaOH 100 g-1) y 12 - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico-cohesivo abrúptico (7.2 ± 0.50 meq NaOH 100 g-1) En los granos de cacao fermentado los valores de pH son aproximadamente dos veces mayor que en los granos de cacao sin fermentar. Mientras que los valores de acidez total de los granos de cacao fermentado son aproximadamente 14 veces menores que la presentada en los granos de cacao sin, lo que indica una reducción considerable de la acidez total en el proceso de fermentación que contribuye a la calidad del cacao.
Tabla 2. Análisis de varianza, prueba de Scott-Knott y análisis descriptivo de los granos de cacao sin fermentar y fermentados del genotipo PH-16.
1Sitios de cultivo caracterizados por tipos de suelos: 1 LAd cam - Latosol Rojo Distrófico cambisólico. 2 PVAd - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico típico. 3 PVAd - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico abrúptico. 4 LAd - Latosol Amarillo Distrófico típico. 5 LVAd - Latosol Rojo-Amarillo Distrófico típico. 6 PVAe cam - Argisol Rojo-Amarillo Eutrófico cambisólico. 7 Cxd - Cambisol Háplico Distrófico típico. 8 LVAd arg - Latosol Rojo-Amarillo Distrófico argisólico. 9 PAd lat - Argisol Amarillo Distrófico latosólico. 10 PVAd - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico. 11 PVA ali - Argisol Rojo-Amarillo Alítico típico. 12 PVAd coe - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico-cohesivo abrúptico. GL Grados de Libertad. CV Coeficiente de Variación. DE Desviación estándar. Los niveles de significación para el análisis de la prueba F: (**) Error del 1 %, (ns) No significativo.
El contenido de sólidos solubles del extracto del mucílago de los granos de cacao sin fermentar presentó una variación mayor (CV = 8.1 %) que las observadas en el pH y la acidez total. La pulpa del cacao se puede clasificar como un producto de alto contenido de acidez (pH < 4.5) y alto contenido de sólidos solubles totales, con valores de alrededor de 18 °brix. Estos dos factores promueven el crecimiento de microorganismos que actúan en la fermentación (Penha y Matta 1998). El contenido de sólidos solubles en el mucílago de los granos cacao es casi cinco veces mayor que el contenido del extracto de la pulpa, con promedio general de 3.83 °Brix.
La temperatura máxima de 51 °C se tuvo en el tercer día de fermentación. Al final del séptimo día de fermentación, la temperatura alcanzó valores mínimos, medios y máximos de 18, 20 y 25 °C, respectivamente. Los granos de cacao fermentado no deben tener valores altos de ácidez (Schwan y Wheals 2004, Loureiro et al. 2016), por lo que sobresale el sitio 9 - Argisol Amarillo Distrófico latosólico (7.59 ± 0.22) con el mayor promedio de pH en los granos de cacao fermentado (Tabla 3).
Tabla 3. Análisis de varianza, prueba de Scott-Knott y análisis descriptivo de las variables de los granos de cacao crudos y fermentados del genotipo PH-16.
1Sitios de cultivo caracterizados por tipos de suelos: 1 LAd cam - Latosol Rojo Distrófico cambisólico. 2 PVAd Argisol Rojo-Amarillo Distrófico típico. 3 PVAd - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico abrúptico. 4 LAd - Latosol Amarillo Distrófico típico. 5 LVAd - Latosol Rojo-Amarillo Distrófico típico. 6 PVAe cam - Argisol Rojo-Amarillo Eutrófico cambisólico. 7 Cxd - Cambisol Háplico Distrófico típico. 8 LVAd arg - Latosol Rojo-Amarillo Distrófico argisólico. 9 PAd lat - Argisol Amarillo Distrófico latosólico. 10 PVAd - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico. 11 PVA ali - Argisol RojoAmarillo Alítico típico. 12 PVAd coe - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico-cohesivo abrúptico. GL Grados de Libertad. CV Coeficiente de Variación. DE Desviación estándar. Los niveles de significación para el análisis de la prueba F: (**) Error del 1 %.
La acidez total de los granos de cacao fermentado tuvo valores promedio de 0.88 meq NaOH 100 g−1, valor que es 14 veces menor que el encontrado en los granos sin fermentar. Esta reducción de la acidez de los granos de cacao durante el proceso de fermentación se ha reportado por Schwan y Wheals (2004). Presentando los menores promedios de acidez los granos de cacao fermentado de los sitios 8 - Latosol Rojo-Amarillo Distrófico argisólico (0.46 ± 0.08 meq NaOH 100 g−1) y 9 - PAd lat Argisol Amarillo Distrófico latosólico (0.41 ± 0.05 meq NaOH 100 g−1). No se observaron diferencias estadísticas entre los promedios del contenido de sólidos solubles de los granos de cacao fermentados, pero el valor promedio de 1.22 es casi tres veces menor que el promedio del extracto de los granos sin fermentar. Lo que se debe a la disminución del contenido de sólidos solubles durante la fermentación debido al consumo de metabolitos primarios, como los azúcares por los microorganismos.
En la fermentación aeróbica, el mucílago que rodea el grano de cacao se degrada por la acción de microorganismos del medio ambiente natural, con la producción de metabolitos tales como etanol y ácidos orgánicos como el acético, cítrico, láctico, y oxálico, subiendo la temperatura hasta los 50 °C (Schwan y Wheals 2004). Al final del proceso fermentativo muchas reacciones ocurren facilitando la entrada de substancias ácidas en los cotiledones de los granos. Al mismo tiempo algunos ácidos son degradados en compuestos volátiles, que ocasionan que disminuyen la acidez total, además de que se ha reportado una correlación inversa entre pH y acidez total (Loureiro et al. 2016) de los granos de cacao fermentado (Figura 1a).
Figura 1. Correlación entre el pH y la acidez total: (a) masa de granos de cacao fermentada; (b) endospermos de los granos del cacao fermentados. Clon de cacao PH-16. (r = Coeficiente de correlación lineal de Pearson; ** Nivel de significación del 1 % de error; n = 36).
El pH y la acidez de los granos son atributos importantes de los genotipos de cacao que sufren alteración durante la fermentación, por lo que no se evalúa en los granos crudos (Schwan y Wheals 2004). Después de la fermentación, el endospermo presentó un pH promedio de 5.6 (Tabla 3). El pH es un atributo importante de calidad, debido a que puede indicar exceso de acidez en los granos fermentados, lo que reduce la calidad sensorial (Loureiro et al. 2016). Valores de pH entre 4.0 y 5.0 pueden reflejar una acidez excesiva, con granos cacao con bajo potencial de sabor y exceso de ácido latico (Lopez 1986). Durante la fermentación, ocurre una disminución del pH, con valores de pH al final de la fermentación de 5.5 (Wood 1978), considerándose como ideales para los granos de cacao permentados valores de pH entre 5.0 y 5.5 (Amin et al. 2002). Mientas que el pH óptimo para cacao de calidad debe encontrarse entre 5.0 y 5.4, lo que indica que pH menores de 5.0 indican la presencia de ácidos volátiles indeseables para el desarrollo del aroma y sabor del cacao (Loureiro et al. 2016). El pH promedio de granos de cacao fermentados tuvo valores mayores de 5.0, lo que indica que los valores de los granos de cacao evaluados se encuentran en los valores Optimos de calidad (Loureiro et al. 2016). Por lo que destacan los valores de pH de los sitios 9 - Argisol Amarillo Distrófico latosólico (6.3 ± 0.2) y 2 - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico típico (5.8 ± 0.1).
El índice de pigmentos de los granos es un atributo que evalúa el grado de fermentación a partir del cambio de coloración por la degradación de los fenoles y las antocianinas. La persistencia del color violeta indica una fermentación incompleta de los granos. Valores superiores a 1 indican que los granos no fueron bien fermentados (Gourieva y Tserevitinov 1979). El promedio general del índice de pigmentos de los granos fermentados fue de 0.8 (Tabla 3), por lo que valores menores del índice de pigmentos representan muestras de grano adecuadamente fermentados, como en los sitios: 8 - Latosol Rojo-Amarillo Distrófico argisólico (0.4 ± < 0.1), 11 - Argisol Rojo-Amarillo Alítico típico (0.5 ± 0.1), 9 - Argisol Amarillo Distrófico latosólico (0.5 ± 0.2), 6 - Argisol Rojo-Amarillo Eutrófico cambisólico (0.6 ± < 0.1), 7 - Cambisol Háplico Distrófico típico (0.6 ± 0.1), 5 - Latosol Rojo-Amarillo Distrófico típico (0.8 ± 0.1), 10 - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico (0.8 ± 0.3), 12 - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico-cohesivo abrúptico (0.8 ± 0.3). Se observa que estos sitios están geográficamente localizados al sur con coeficientes de variación del 20.9 %, lo que indica que la localización geográfica afecta el índice de pigmentos. Así como el pH, indica la concentración total de ácidos libres (Efraim et al. 2010). La industria del chocolate espera un rango de acidez total entre 12 y 15 meq NaOH por 100 g de granos secos (Loureiro et al. 2016). Al respecto se sabe que la acidez total titulada en los granos del cacao aumenta con los días de fermentación (Efraim et al. 2010). Los sitios de cultivo con los menores promedios de acidez total fueron: 2 - Argisol Rojo-Amarillo Distrófico típico (6.1 ± 1.1 meq NaOH 100 g−1) y 9 - Argisol Amarillo Distrófico latosólico (4.2 ± 0.5 meq NaOH 100 g−1). Pero se observa que los endospermos del genotipo de cacao PH-16 fermentado presentan poca variación en su contenido de acidez total (CV = 10.4 %) con promedio de 7.1 meq NaOH 100 g−1. Se observaron bajos coeficientes de variación del pH de los endospermos de los granos crudos y fermentados. La correlación significativa negativa entre el pH y la acidez total (Figura 1b) de los endospermos de los granos fermentados (r = -0.88; p 0.05), coincide con lo reportado por Efraim et al. (2010) y Loureiro et al. (2016).
Las características químicas que más reflejan la influencia del medio ambiente sobre el beneficio del cacao son el pH y la acidez total de los granos de cacao, y el pH, acidez total e índice de pigmentos del endospermo de los granos fermentados. El sitio Argisol Amarillo Distrófico latosólico con el sistema Cabruca y densidad media de 35 árboles de sombra por hectárea, presentó las mejores características químicas de calidad de cacao.
