Análisis de la composición química del cacao, extracción y estudio de compuestos antioxidantes en genotipos del banco de germoplasma de México

Resumen

El cacao, es un cultivo perenne ampliamente cultivado en regiones tropicales, entre las latitudes 10°N y 10°S a partir del Ecuador (ICCO, 2018). La producción de grano de cacao seco alcanzó en el año 2013 los 4,2 millones de toneladas, lo cual generó en valor 11,8 billones de dólares (FAOSTAT, 2018), y se prevé un crecimiento del 3,1 % hasta el 2019. En México, la producción de cacao presenta un gran potencial y también muestra una tendencia ascendente, ya que desde el año 1960 hasta el 2013 el crecimiento ha sido del 37 % y en los próximos años se prevé un incremento del 0,5% anual. En ambos casos este crecimiento en la producción de cacao responde al incremento de la demanda a nivel mundial de los productos derivados. El Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) inició en 1981 un programa de mejora genética del cacao, a través del cual se han establecido, en un Banco de Germoplasma, variedades de origen internacional así como híbridos nacionales. En la actualidad se dispone de algunas selecciones de genotipos en base al potencial productivo, rendimiento en grasa del cotiledón y calidad sensorial, todas con ciertos niveles de tolerancia a enfermedades que actualmente están afectando de forma negativa al cultivo, como son la mancha negra y la moniliasis. No obstante, los estudios relacionados con la calidad del cacao y el valor agregado de los mismos han sido escasos hasta la fecha. Factores como la variedad (genética), ambiente, técnicas de cultivo y el proceso de fermentación influyen en la composición del cotiledón y la cascarilla del cacao. Los parámetros de calidad son diversos: además del peso, el contenido en grasa, proteína y azúcares, el cacao y sus productos derivados destacan por la riqueza en diversos compuestos bioactivos, dentro de los cuales se pueden mencionar los compuestos fenólicos, como los flavanoles y las metilxantinas, que han sido asociados con numerosos beneficios para la salud en la prevención y tratamiento de enfermedades como el cáncer, la diabetes, la presión arterial y neurodegenerativas. Además, tanto los fenoles como las metilxantinas tienen también importancia en el desarrollo del sabor y aroma del cacao y sus productos derivados. La mayoría de estos estudios han sido realizados en muestras de cotiledón, sin embargo algunos trabajos recientes señalan también el potencial de la cascarilla, el principal sub-producto de la industria del cacao, a menudo considerado como un desecho, como una interesante fuente de fibra dietética y de compuestos bioactivos. El objetivo principal del presente trabajo ha sido poner a punto herramientas analíticas para la identificación, cuantificación y extracción de compuestos bioactivos en los componentes del grano de cacao fermentado y seco, el cotiledón y la cascarilla. Para el logro de este objetivo, se procedió a la determinación de la calidad de dichos componentes en 85 muestras de granos fermentados y secos. Dichas muestras se obtuvieron a partir de 62 genotipos de cacao establecidos en los campos experimentales del Banco de Germoplasma de cacao de México, y fueron cosechadas a lo largo de tres años (2014, 2015 y 2016). Además del peso de grano y su contenido de cascarilla, se han analizado los contenidos en grasa y proteína y se han identificado y cuantificado los azúcares totales, mediante el método de antrona, los fenoles totales, usando método de Folin-Ciocalteu, los fenoles individuales y la teobromina mediante HPLC-UV, y la actividad antioxidante, mediante el método de DPPH. Por otro lado, se compararon distintos métodos de extracción de compuestos bioactivos tanto en muestras de cotiledón seco desgrasado como en las de cascarilla, variando el tipo de solvente, el pH y la temperatura. De esta comparación se ha seleccionado una mezcla de metanol: agua 80:20 a pH 3 y temperatura de 70°C como el método más efectivo para la extracción y cuantificación de dichos compuestos. Dado el potencial de la cascarilla como fuente de compuestos bioactivos, así como la necesidad de revalorizar este subproducto de la industria del cacao, se ha puesto a punto un método que permite la obtención a nivel industrial de un extracto rico en azúcares, fenoles y teobromina. En concreto, el estudio de la extracción con agua con diferentes condiciones de tiempo y temperatura, ha permitido identificar la extracción a 170°C durante 30 minutos como el más efectivo y desarrollar un método para la obtención de un extracto rico en compuestos bioactivos a nivel industrial. Este tratamiento se aplicó a un lote de cascarilla suministrado por una industria con la finalidad de obtener el extracto con y sin ser posteriormente encapsulado con maltodextrina, el cual se adicionó a un alimento elaborado a partir de una mezcla de agua, aceite, azúcar y goma xantana. Se eligió un sistema heterogéneo al ser uno de los más usados industrialmente en la elaboración de nuevos alimentos, y como aceite el aceite de oliva virgen extra para estudiar sus propiedades en este tipo de matriz. De este experimento se determinó que el extracto adicionado mejoró la estabilidad y actividad antioxidante del alimento formulado a través de la solubilización de fenoles totales, teobromina y epicatequina tanto en la fase acuosa como en la fase oleosa. Finalmente, se ha explorado el potencial de la tecnología NIRS para la determinación de la calidad del grano de cacao, con especial énfasis en los compuestos bioactivos. Esta tecnología es cada vez más utilizada en los laboratorios y en la industria agroalimentaria por sus numerosas ventajas, entre otras la rapidez y bajo coste del análisis, fácil manejo y escasa o nula preparación de la muestra. Permite, además, analizar simultáneamente múltiples constituyentes de una misma muestra, y es una técnica no destructiva, limpia y respetuosa con el medio ambiente. En concreto, se han estudiado y comparado las correlaciones de los diferentes datos de laboratorio obtenidos en cotiledón y en cascarilla con los espectros recogidos previamente en un equipo Foss-NIR System 6500 en diferentes tipos de muestras: grano intacto, grano sin cascarilla (cotiledón), cotiledón molido y cascarilla intacta. Los modelos de calibración obtenidos para el estudio de la composición del cotiledón a partir de los espectros de grano sin cascarilla y cotiledón molido han dado mejores resultados que los obtenidos a partir de grano intacto. No obstante, los resultados permiten deducir el potencial de la tecnología NIRS para la clasificación rápida de granos intactos de cacao según el contenido de cascarilla y los contenidos de proteína y compuestos bioactivos como la teobromina, azúcares totales, fenoles totales, catequina y derivados de epicatequina. Se propone, por tanto, su aplicación para la evaluación de genotipos en un banco de germoplasma y/o programa de mejora. En la cascarilla, los contenidos en fenoles totales, azúcares totales y teobromina se pueden predecir con elevado grado de exactitud no solo a partir de los espectros de la cascarilla sino también de los espectros de grano intacto. Estos resultados convierten a la tecnología NIRS en una herramienta de análisis muy interesante para la revalorización de este subproducto en la industria.