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1. Introducción
El fruto del cacao (Theobroma cacao L.) se compone por la semillas, placenta y cáscara, siendo esta última una parte considerable que a menudo se descarta como residuo agro-industrial, a pesar de su potencial no aprovechado [1]. La cáscara de cacao representa alrededor del 90 % de la masa del fruto fresco, teniendo un potencial de ser procesada en harina. Se caracteriza por su bajo contenido de grasas, alto contenido de fibra y una cantidad de compuestos fenólicos denominado bioactivos con beneficios para la salud humana [2]. Estudios sobre los componentes fisiológicos, químicos y morfológicos de las cáscaras de cacao han sido de considerable importancia en estos últimos años [3], destacando su papel como fuente de antioxidantes naturales [4]. es por ello que la creciente demanda por alimentos funcionales y saludables ha llevado a la industria alimentaria a buscar nuevas fuentes de ingredientes bioactivos [5]. En este contexto, los residuos agroindustriales, como las cáscaras de cacao, representan una oportunidad valiosa para desarrollar productos innovadores que no solo mejoren la salud del consumidor, sino que también promuevan prácticas sostenibles al reducir el desperdicio de alimentos [6]. El aprovechamiento de estos residuos puede contribuir a una economía circular, donde los subproductos de un proceso se convierten en materias primas para otro, mejorando así la sostenibilidad del sistema agro-alimentario. Las cáscaras de cacao han sido objeto de estudio debido a su alto contenido de compuestos fenólicos, que son conocidos por sus propiedades antioxidantes, los cuales juegan un papel crucial en la neutralización de los radicales libres, ayudando a prevenir diversas enfermedades crónicas como las enfermedades cardiovasculares, el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas [7]; además, los compuestos fenólicos estas presentan propiedades antiinflamatorias y antimicrobianas, lo que amplía su potencial aplicación en la industria alimentaria y farmacéutica [8]. Por otra parte, la temperatura y tiempo de procesado, pueden conllevar a la pérdida de compuestos bioactivos (polifenoles) por degradación debido a su termolabilidad. En este sentido se ha realizado estudios sobre la estabilidad de los compuestos bioactivos en los alimentos tratados térmicamente. En frutas como arándanos, fresas, frambuesas, grosellas y albaricoques tratadas con diferentes temperaturas y tiempos evidenciado perdidas de polifenoles entre el 45 y 88 % [9-13].
Con respecto al cacao se ha evidenciado que en las etapas de postcosecha se presenta degradación de polifenoles. Durante la fermentación del grano de cacao [14], indica que el contenido de polifenoles decrece de 7,05 a 5,05 equivalente AG/100 g. Mientras que, [15] encontró que, durante el proceso de secado del cacao con flujo de aire a 55°C por un tiempo de 60 horas, la perdida de polifenoles era del 29,9 % y cuando este grano era secado al sol durante 120 horas las perdidas aumentaban al 48,1 %. En este mismo sentido, [16], indica que la degradación de polifenoles durante el tostado del cacao la temperatura tiene mayor influencia que el tiempo de tostado. siendo que la temperatura es un factor determinante en el contenido de polifenoles, en donde si la temperatura aumenta, el contenido de polifenoles y la capacidad antioxidante disminuye [17]. En este contexto, el objetivo del presente estudio se centró en determinar la degradación fenólica de la cáscara de cacao del clon CCN 51 por la acción del secado por convección.
2. Materiales y métodos
2.1. Obtención y adecuación de la cáscara de cacao
Las cáscaras de cacao variedad CCN51 fueron obtenidas de la vereda Campo Alicia Sector El Recreo del municipio del Zulia, Norte de Santander; suministradas por Federación Nacional de Cacaoteros - FEDECACAO. Fueron seleccionadas en estado fresco, por color rojo intenso y con el índice de madurez óptimo de cosecha. Se procedió a realizar un lavado y desinfección con solución de hipoclorito de sodio a 200 ppm por 2 minutos en inmersión para la eliminación material no deseado y flora microbiana. Posteriormente, fueron reducidas de tamaño mecánicamente empleando un molino cortado rallador industrial en acero inoxidable (Imusa Splendor), obteniéndose láminas de 6,0 cm de longitud y 0,3 cm de espesor, para ser sumergidas en una solución de ácido cítrico (0.1 % p/v) y ácido ascórbico (0.1 % p/v), con el fin de inactivar la enzima polifenol-oxidasa (PPO).
2.2. Obtención de la harina de cáscara de cacao
El secado de la cáscara de cacao reducida en tamaño, se realizó empleando un secador de convección forzada (Memmer UN 460) por un tiempo de 28 h a temperatura de 60 °C, posteriormente la cáscara se molió en un molino eléctrico (Moongiantgo) y separada por tamaño de partícula (malla N°40) en un tamizador de columna AS40 Retsch giratorio durante 20 minutos, siguiendo la metodología propuesta por [18].
2.3. Determinaciones químicas
Obtenidas las muestras y adecuada la cáscara de cacao en fresco y obtenida su harina se procedió a realizar las siguientes determinaciones teniendo en cuanta el método AOAC:
2.3.1. Determinación del contenido de humedad
El contenido de la humedad se determinó por gravimetría utilizando 3,0 gramos de la muestra, la cual se sometió a secado en el horno a 105°C por un tempo de 24 horas, posteriormente, se pesó la muestra seca y se determinó el contenido de humedad según la ecuación 1. Ecuación 1. Determinación del contenido de humedad.
2.3.2. Determinación del contenido de minerales
Los contenidos de minerales fueron determinados tomando 2 gramos de la muestra que fueron llevados a calcinación mediante una mufla Slect-Horn TFT (Selecta) a 600°C por dos horas. La muestra calcinada fue pesada, determinándose el contenido de minerales.
2.3.3. Determinación del contenido de grasa
El contenido de grasa fue determinado usando un extractor Soxhlet, tomando 3 gramos de la muestra, la cual se depositaron en un cartucho filtrante para el contacto sólido - líquido. Utilizando hexano como solvente en una relación 1:60 (muestra: solvente) por un tiempo de 4 horas. La solución de la extracción se llevó a destilación simple a 60°C con el fin de retirar trazas del solvente presente y se calculó el contenido de grasa.
2.4. Extracción y cuantificación de los polifenoles y capacidad antioxidante
2.4.1. Extracción de los compuestos polifenólicos
La extracción de compuestos fenólicos se realizó mezclando 1 g de la muestra con 6 mL de una disolución de etanol: agua (50:50, v/v) siguiendo la metodología propuesta por [19, 20, 21]. La mezcla se mantuvo en agitación magnética durante 20 minutos a temperatura de 20°C el sobrenadante obtenido se filtró y se llevó refrigeración a 4°C.
2.4.2. Cuantificación del contenido polifenólico de los extractos de cacao
La determinación de los fenoles totales se llevó a cabo, siguiendo el método de Folín-Ciocalteu, en el cual se empleó ácido gálico (C7H6O5) como estándar, elaborándose una curva de calibración con ácido gálico de 0 a 200 mg/mL. Para cada solución de ácido gálico se mezclaron 450 ,μL del reactivo de Folín (10 % v/v) con 90 μL de solución, seguidamente la mezcla se sometió a una agitación por 30 segundos y se dejó reposar a una temperatura 20°C durante 10 minutos, se adicionaron 450 ,μL de una solución de carbonato de sodio (Na2CO3) al 20 %, se agitó durante 30 segundos y se llevó a oscuridad a una temperatura de 20°C por 90 minutos. Finalmente, los patrones fueron medidas mediante un espectrofotómetro (Spectroquant ® Pharon 300 M) determinando su absorbancia a 760 nm. La cuantificación de polifenoles en los extractos obtenidos de cáscara de cacao fresca y su harina, fueron sometidos al mismo procedimiento anteriormente mencionado, expresando el contenido polifenólico en mgEq-ácido gálico/gramo de muestra.
2.4.3. Cuantificación de la actividad antioxidante de los extractos por el método DPPH
Se evaluó la capacidad de captación del radical libre DPPH con algunas modificaciones, en la cual se preparó una solución del radical libre DPPH a concentración de 100 mM en metanol midiendo su absorbancia a 517 nm. seguidamente se tomó 0,1 mL de la solución de cada extracto y se añadió a 2.9 mL de la solución metanólica de DPPH. Se agito en vórtex, la mezcla se dejando en reposo en oscuridad por 30 minutos. Se utilizó como muestra control la solución de DPPH midiendo su absorbancia a 517 nm. El cálculo del porcentaje de inhibición de la absorbancia del radical DPPH se realizó teniendo en cuenta la ecuación 2.
3. Resultados y discusiones
3.1. Características químicas de la cáscara de cacao fresca y harina de cacao
De las características químicas analizadas a continuación en la tabla 1, se presentan los resultados obtenidos.
Tabla 1: Caracterización química de cáscara fresca y de harina de cáscara de cacao CCN51 (g/100 g de materia seca)
El contenido de humedad de la harina fue de 6,55 %, cifra que se encuentra en línea con los datos presentados por [22] y [23] en investigaciones realizadas con harinas de cáscara de cacao. Por otro lado, la cáscara fresca presentó un contenido de humedad de 74.87%, cifra inferior al 85 % reportado por [24]. Esta diferencia puede deberse a la frescura, calidad y madurez de la cáscara, así como al tamaño y espesor de las julianas, y a factores como la exposición a la deshidratación y a la temperatura ambiente durante el proceso de reducción de tamaño. En cuanto al contenido de minerales, se registró un valor de 8,09 % en la cáscara fresca de cacao en base seca, cifra menor que el 11,4% reportado en la investigación de [23]. En la harina de cáscara de cacao, el contenido de ceniza fue de 8,69 %, valor que se encuentra dentro del rango reportado por [25]. Esta variación podría estar influenciada por la composición y calidad del suelo, los fertilizantes utilizados u otros factores ambientales. Estos resultados indican que tanto la cáscara fresca como la harina de cáscara de cacao de la variedad CCN51 tienen un buen contenido de sustancias minerales, lo que las convierte en una materia prima con nutrientes importantes para el suelo. En cuanto al contenido de grasa, la cáscara de cacao fresca presentó un valor de 0,90 %, ligeramente mayor al reportado por [26], mientras que, en la harina de cacao, fue de 8,82 %, superior al 2,34 % y 2,01 % a lo mencionado por [27] y [28], respectivamente, lo cual podría ser beneficioso para su utilización en la producción de alimentos ricos en grasas. Por otra parte, la reducción del contenido de agua de la muestra fresca por la acción del secado aumenta el contenido de materia seca, pasando de un contenido de materia seca del 16,14 % en la cáscara fresca a un 84,06 % en la harina, estos valores son de gran interés para determinar el contenido de polifenoles en porcentaje y así definir realmente el efecto del secado en la degradación los polifenoles. Los valores de pH de la cáscara fresca y la harina de cáscara de cacao de la variedad CCN51 fueron de 5,64 y 5,26 respectivamente, mostrando una ligera acidez, de acuerdo con [28] en sus investigaciones reportaron valores similares en muestras de cáscara de cacao CCN-51 con un pH de 5,65, lo que sugiere que las muestras utilizadas presentaban un pH ligeramente más alcalino, por lo que de acuerdo con [29], el pH podría influir en la capacidad antioxidante.
3.2. Contenido de polifenoles y capacidad antioxidante
Los resultados de la cuantificación de los polifenoles totales mediante el método de Folin-Ciocalteu se presentan en la Tabla 2, así como la capacidad antioxidante medida por el método DPPH, presentados como porcentaje de la cáscara de cacao fresca y su harina de la variedad CCN-51.
La cantidad de polifenoles totales encontrados en el extracto de la cáscara de cacao fresca y en su harina fue de 62,95 y 57,37 gEAG/100 g respectivamente. Estos valores son ligeramente más altos que los informados por [25] de 46,43 mgEAG/gMS en cáscara de cacao [30] de 61.05 y 60.01 mgEAG/gMS respectivamente en cáscara de cacao seca. En la evaluación de polifenoles en los extractos (con una mezcla de etanol: agua 50:50 v/v y un pH entre 4.0 y 5.0, no se observaron cambios significativos causados en el proceso de secado de la cáscara de cacao del clon CCN-51 aparentemente debido a que los resultados se muestran como mgEAG/g de muestra. Esto es debido a que en la cáscara fresca se reportan los polifenoles con base a gramo materia húmeda (BH) y en la haría con base a materia seca (MS). La diferencia entre los resultados de los extractos de polifenoles de la cáscara de cacao húmeda (CCH) trabajada a temperatura ambiente durante 20 minutos y la obtención de la harina de cáscara de cacao (HCC) sometida a un proceso de reducción de tamaño y secado a 60°C durante 28 horas lo cual podría haberse favorecida por los pocos cambios experimentados por la estructura vegetal durante el proceso de CCH en comparación con HCC. Según [31], durante el proceso de secado de matrices vegetales se producen cambios físicos y químicos debido al estrés térmico e hídrico, como el encogimiento y daño celular, la solubilizarían de pectinas, la desnaturalización de proteínas, cambios en los sólidos solubles y daños irreversibles que hacen que el material vegetal sea permeable a los solutos, lo que disminuye su extracción. En términos de reducción de costos podría estar asociado a la disminución de los tiempos y temperaturas de extracción. Por otra parte, la cantidad de polifenoles calculados según la ecuación 3, fue de 248.4 mgEAG/gMS, como se observa en la tabla 2, a diferencia de la harina de cáscara de cacao este fue del 61.4 mgEAG/gMS de polifenoles, siendo de mayor contenido la cascara fresca de cacao, demostrando una reducción de polifenoles en la harina de cascara de cacao, lo cual se debió al largo tiempo de exposición de la cáscara al secado. En cuanto a la capacidad antioxidante, se encontró que la cáscara de cacao húmeda y la harina de cáscara de cacao presentaron una capacidad antioxidante de 64.67 y 50.63 respectivamente, lo que demuestra que dicho comportamiento presenta una dependencia inversa con la temperatura [32], pues su deterioro se puede presentar en temperaturas entre los 110 y 160 °C [33], sin embargo [34], establece que los resultados de la capacidad antioxidante puede ser variable en cuanto, los procedimientos de evaluación utilizados en las investigaciones.
4. Conclusiones
La cáscara de cacao fresca del clon CCN51 presentó un mayor contenido de humedad en comparación con la harina de cáscara, lo cual es coherente con los procesos de deshidratación aplicados, presento un contenido de minerales y de grasa cruda, en cuanto al contenido polifenoles totales presento niveles significativos que demuestran alta capacidad antioxidante, por lo que se puede indicar que la cascara de cacao es una fuente importante de estos, sin embargo, se puede establecer que los procesos de secado afectan significativamente la cantidad de polifenoles, ocasionando su degradación, por lo cual es importante realizar la extracción de polifenoles en cáscara fresca de cacao para obtener mejores rendimientos en el proceso de degradación.
