Aproximación quimiométrica del balance entre los compuestos neoformados y los responsables de la calidad desarrollados durante las etapas de poscosecha de cacaos especiales (Theobroma cacao L.) cultivados en Antioquia

Abstract

La estandarización de los procesos de poscosecha del cacao es uno de los retos prioritarios para ser competitivos en el sector productivo. Por tal razón, el objetivo de este estudio fue determinar el balance entre los compuestos de calidad desarrollados durante las etapas de poscosecha de cacaos especiales (Theobroma cacao L.), cultivados en Antioquia, mediante una aproximación quimiométrica. El estudio se dividió en dos etapas; la primera partió de la fermentación espontánea de una mezcla de dos clones de cacao Universales y dos regionales provenientes de tres subregiones de Antioquia (Bajo Cauca-BC, Urabá-U y Magdalena Medio-M) con una duración de 168 h en M y 132 h tanto en BC como en U. El perfil bromatológico, físico y químico se determinó bajo métodos estandarizados y validados como base para la identificación de indicadores de calidad al inicio y final del proceso. El estudio quimiométrico de esta etapa estuvo basado en el Análisis de Componentes Principales (ACP) en el cual se observó que el cacao crudo de BC fue diferente de U y M, pero después de la fermentación se definieron variables comunes en las tres subregiones a partir principalmente de aminoácidos libres, ácido acético, manitol y fibra. La segunda etapa consistió en el desarrollo de un método de secado para el cacao fermentado por Lecho Fluidizado (LF), con el fin de reducir los tiempos y estandarizar esta etapa de forma que se reflejara en la calidad del cacao seco. Las condiciones de secado óptimas fueron: temperatura de 45 °C (resultante de un estudio previo a 50, 45 y 40 °C), velocidad del aire en m/s de 6.1 (120 min), 5.1 (260 min) y 4.3 (aprox. 120 min) hasta alcanzar una humedad 7 %. Doce modelos matemáticos empíricos fueron empleados para el estudio de la cinética de secado y el modelo seleccionado fue Aproximación de Difusión (R2:0.9954). El perfil quimiométrico permitió analizar el secado por LF comparado con el solar, donde las dos primeras componentes fueron explicadas por una serie de compuestos volátiles, pero sin una afectación mayor de la acidez volátil. El contenido de acrilamida, considerado un contaminante térmico neoformado relacionado con la inocuidad del cacao, solo se presentó en BC en los dos métodos de secado evaluados pero a niveles inferiores a los recomendados. La propuesta de un secado artificial por lecho fluidizado permitió la reducción del tiempo al pasar de 72 a 7.2±0.6 h para BC, de 132 a 7.5±1 h para U y de182 a 8.3±0.8 h para M. Para evidenciar los factores concluyentes que permitieran el análisis quimiométrico a partir de esas variables de mayor relevancia identificadas en el ACP para las dos etapas de poscosecha estudiadas se realizó el Análisis de Factores Comunes; del cual se extrajeron una serie de variables no observables pero deducibles de la importancia de las variables seleccionadas. Estas observaciones consistieron primordialmente en tres factores, el primero asociado a la identificación de la calidad del cacao al finalizar la fermentación y el secado, el segundo a su propiedades funcionales de interés para la industria por su valor comercial; y, finalmente, al cumplimiento de estándares establecidos por la normativa para grano de cacao seco

Abstract: The standardization of cocoa postharvest processes is one of the priority challenges to be competitive in the productive sector. For this reason, the objective of this study was to determine the balance between the quality compounds developed during the postharvest stages of special cocoas (Theobroma cacao L.), cultivated in Antioquia, through a chemometric approach. The study was divided into two stages, the first was the spontaneous fermentation of a mixture of two Universal and two regional cocoa clones from three subregions of Antioquia (Bajo Cauca-BC, Urabá-U and Magdalena Medio-M) with a duration of 168 h in M and 132 h in both BC and U. The bromatological, physical and chemical profile was determined under standardized and validated methods as a basis for the identification of quality indicators at the beginning and end of the process. The chemometric study of this stage was based on the principal components analysis (PCA) in which it was observed that the BC raw cocoa was different from U and M, but after the fermentation, common variables were defined in the three subregions based mainly in free amino acids, acetic acid, mannitol and fiber. The second stage consisted in the development of a drying method for the cocoa fermented by Fluidized Bed (LF), in order to reduce the times and standardize this stage so that it would be reflected in the quality of the dry cocoa. The optimal drying conditions were: 45 ° C (resulting from a previous study at 50, 45 and 40 ° C), air velocity in m / s was: 6.1 (120 min), 5.1 (260 min) and 4.3 (approx. 120 min) until reaching a humidity 7%. 12 empirical mathematical models were used for the study of drying kinetics and the model selected was Diffusion Approach (R2: 0.9954). The chemometric profile allowed to analyze the drying by LF compared to the solar, where the first two PCs were explained by a series of volatile compounds, but without noticing greater affectation of the volatile acidity. The content of acrylamide considered a neoformed thermal contaminant-related to the safety of cocoa was only presented in BC by the two drying methods evaluated but at levels lower than those recommended. The proposal of an artificial drying by fluidized bed allowed the achievement of the reduction of time from 72 to 7.2 ± 0.6 h in BC, from 132 to 7.5 ± 1 h for U and in M it went from 182 to 8.3 ± 0.8 h. To demonstrate the conclusive factors that allowed the chemometric analysis from those variables of greater relevance identified in the PCA for the two postharvest stages studied, the Common Factors Analysis was carried out; from which a series of nonobservable variables were extracted, but deducible from the importance of the selected variables. These observations consisted primarily of three factors, the first associated with the identification of the quality of cocoa at the end of fermentation and drying, the second with its functional properties of interest to the industry for its commercial value; and, finally, to compliance with standards established by the regulations for dry cocoa bean.