Relación en el proceso de fermentación de los genes expresados en la semilla del cacao (Theobroma cacao L.) y su microbioma con la calidad del chocolate
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Resumen
El cacao colombiano es reconocido como cacao fino y de aroma por la ICCO, una categoría que representa solo el 5% de la producción mundial. Sus características organolépticas dependen de la genética, el nicho agroecológico y los procesos de poscosecha como la fermentación, donde la actividad microbiana genera precursores de sabor. Aunque se han logrado avances en el conocimiento de la fermentación, existen vacíos sobre cómo la expresión de genes tanto de la semilla como de la microbiota influyen en la formación de compuestos relacionados con el perfil sensorial del chocolate. Esta investigación explora la interacción entre la expresión génica de la semilla de cacao y su microbioma durante la fermentación, así como la contribución de rutas metabólicas microbianas al perfil sensorial del chocolate. Se realizaron fermentaciones controladas con frutos de híbridos locales y variedades regionales de cuatro regiones agroecológicas de Arauca, Colombia. Se tomaron muestras de la fermentación a las 0, 24 y 48 horas de las semillas y microbioma de la pulpa, y se extrajo ARN para análisis de expresión génica mediante metatranscriptómica. Por medio del ARNr se identificaron los microorganismos activos en la semilla y en la pulpa del grano de cacao, encontrándose que los géneros más abundantes en semillas fueron Cutibacterium, Pseudomonas, Periweisella, Limosilactobacillus, y en la pulpa Enterobacter, Erwinia, Pantoea, Limosilactobacillus, Leuconostoc, Granulibacter y Acetobacter. También, se identificaron genes sobreexpresados en Theobroma cacao relacionados con la degradación de vicilina, biosintesis de terpenos y flavonoides, germinación y senescencia, cruciales en el desarrollo del sabor. Además, en el microbioma de la pulpa encontramos rutas metabólicas clave como la vía de Ehrlich, el metabolismo de fenilalanina, la fermentación de azúcares, la biosíntesis de aminoácidos y proteínas, el metabolismo del butanoato y la biosíntesis de ésteres. Estas rutas están involucradas en la producción de metabolitos asociados a notas finas de sabor y aroma, tales como el 3-metilbutanal, fenilacetaldehído, acetaldehído, etanol, acetato, precursores de pirazinas, furanonas, pirroles, lactato, acetato de etilo, acetato de butilo, acetato de hexilo, acetoína, 2,3-butanodiol y benzaldehído. En conclusión, nuestros resultados proporcionan información, por primera vez, clave sobre la dinámica microbiana y su impacto en la calidad sensorial del cacao. Adicionalmente, este estudio puede contribuir al diseño de estrategias para optimizar la fermentación y estandarizar la producción de cacao fino de aroma, beneficiando a los productores (Texto tomado de la fuente).
Abstract
Colombian cocoa is recognized as fine and aromatic cocoa by the ICCO, a category that represents only 5% of global production. Its organoleptic characteristics depend on genetics, the agroecological niche, and post-harvest processes such as fermentation, where microbial activity generates flavor precursors. Although progress has been made in understanding fermentation, knowledge gaps remain regarding how gene expression in both the seed and the microbiota influences the formation of compounds associated with the chocolate sensory profile. This study explores the interaction between cocoa seed gene expression and its microbiome during fermentation, as well as the contribution of microbial metabolic pathways to the chocolate sensory profile. Controlled fermentations were conducted using fruits from local hybrids and regional varieties from four agroecological regions of Arauca, Colombia. Samples were collected at 0, 24, and 48 hours from both the seeds and the pulp microbiome, and RNA was extracted for gene expression analysis through metatranscriptomics. Using rRNA, active microorganisms in the seed and pulp of the cocoa bean were identified. The most abundant genera in the seeds were Cutibacterium, Pseudomonas, Periweisella, and Limosilactobacillus, while in the pulp, Enterobacter, Erwinia, Pantoea, Limosilactobacillus, Leuconostoc, Granulibacter, and Acetobacter were predominant. Additionally, overexpressed genes in Theobroma cacao were identified, related to vicilin degradation, terpene and flavonoid biosynthesis, germination, and senescence-processes crucial to flavor development. Furthermore, key metabolic pathways were found in the pulp microbiome, including the Ehrlich pathway, phenylalanine metabolism, sugar fermentation, amino acid and protein biosynthesis, butanoate metabolism, and ester biosynthesis. These pathways are involved in the production of metabolites associated with fine flavor and aroma notes, such as 3-methylbutanal, phenylacetaldehyde, acetaldehyde, ethanol, acetate, pyrazine precursors, furanones, pyrroles, lactate, ethyl acetate, butyl acetate, hexyl acetate, acetoin, 2,3-butanediol, and benzaldehyde. In conclusion, our results provide, for the first time, key insights into microbial dynamics and their impact on cocoa's sensory quality. Furthermore, this study may contribute to the design of strategies to optimize fermentation and standardize fine flavor cocoa production, benefiting producers.
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