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1 UTILIZACIÓN DE LOS SUBPRODUCTOS DEL BENEFICIO DEL CACAO: UNA REVISIÓN. Michael Steven Lozano Moreno UNIVERSIDAD DE BOGOTÁ JORGE TADEO LOZANO FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS BOGOTÁ D.C. 2020 2 UTILIZACIÓN DE LOS SUBPRODUCTOS DEL BENEFICIO DEL CACAO: UNA REVISIÓN. MICHAEL STEVEN LOZANO MORENO TRABAJO DE GRADO COMO REQUISITO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS Directora: MARTHA PATRICIA TARAZONA DÍAZ Ingeniera de alimentos, M.Sc., PhD UNIVERSIDAD DE BOGOTÁ JORGE TADEO LOZANO FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS BOGOTÁ D.C 2020 3 UTILIZACIÓN DE LOS SUBPRODUCTOS DEL BENEFICIO DEL CACAO: UNA REVISIÓN. USE OF COCOA BENEFIT BY-PRODUCTS: A REVIEW. Michael Steven Lozano Moreno 1 1michaels.lozanom@utadeo.edu.co,2 Programa de ingeniería de alimentos, Departamento de Ingeniería, Universidad Jorge Tadeo Lozano. Carrera 4 No. 22-61, Bogotá, Colombia. RESUMEN. En la actualidad, la producción de cacao ha ido en aumento en el país según la FAO se registra que del país proviene del 1,5 al 12,4% de la producción mundial, en donde el departamento que se destaca a nivel nacional es Santander que representa el 46,2 % de la producción respectivamente, de toda esa producción como se verá solo se usa eficientemente el 20 al 23 % del producto, el cual hace referencia a las almendras. Pero el resto del fruto es desechado, a pesar de que en muchos países ya se estén estudiando la utilización de estos subproductos, los cuales se generan principalmente en el campo, casi un 80% respectivamente. Por ello, en este trabajo se expondrá el potencial beneficio y uso que tiene el procesamiento de estos elementos esto se expuso a manera de artículo de revisión elaborado a partir de una metodología de meta- anánálisis. Palabras clave: Cacao, subproductos, bioactivos, valorización. ABSTRACT. Currently, cocoa production has been increasing in the country, according to the FAO, it is recorded that the country comes from 1.5 to 12.4% of world production, where the department that stands out at the national level is Santander which represents 46.2% of production respectively, of all that production, as will be seen, only 20 to 23% of the product is used efficiently, which refers to almonds. But the rest of the fruit is discarded, despite the fact that many countries are already studying the use of these by-products, which are generated mainly in the field, almost 80% respectively. Therefore, in this work the potential benefit and use of the processing of these elements will be exposed, this was presented as a review article elaborated from a meta-analysis methodology. Key Words: Cocoa, by-products, bioactivos, valorization. about:blank 4 TABLA DE CONTENIDO. 1. INTRODUCCIÓN. ..................................................................................................... 6 2. METODOLOGÍA........................................................................................................ 7 2.1. Planificación. ...................................................................................................... 8 2.2. Investigación. ..................................................................................................... 8 2.3. Filtrado de la información y reporte. .................................................................. 8 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. ................................................................................ 9 3.1. Generación de residuos en la etapa pos-cosecha del cacao. .......................... 9 3.2. Utilización actual que se le da a los subproductos del cacao........................... 9 3.3. Cantidad de subproductos generados en el beneficio de cacao. ................... 11 3.3.1. Cacao tipo CCN-51. ................................................................................. 11 3.3.2. Cacao tipo ICS-60. ................................................................................... 11 3.3.3. Cacao tipo EET-8. .................................................................................... 12 3.4. Compuestos de interés que componen los subproductos del cacao. ............ 13 3.5. Extracción de los compuestos bioactivos. ...................................................... 14 3.6. Posibles usos que se le puede dar a los subproductos del beneficio del cacao. 16 Cacao pod husks (Theobroma cacao L.): Composition and hot-water-soluble pectins . 2 3.7. Manejo de los subproductos en la cadena de producción del cacao. ............ 16 4. CONCLUSIONES.................................................................................................... 17 5. RECOMENDACIONES. .......................................................................................... 17 6. AGRADECIMIENTOS. ............................................................................................ 18 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ...................................................................... 18 Listado de Figuras. Figura 1. Partes del grano Theobroma cacao L ............................................................. 6 Figura 2.Distribución nacional de la producción de cacao en Colombia ........................ 7 Figura 3. Partes del grano de cacao con los porcentajes másicos de cada parte Estructura del fruto1 y residuos2 ..................................................................................... 10 5 Figura 4. Formas de manejar los subproductos del cacao a lo largo de la cadena productiva. ...................................................................................................................... 17 Listado de Tablas. Tabla 1. Materia producida aproximadamente en el año 2018 en Colombia. .............. 10 Tabla 2. Características físicas del clon CCN-51 .......................................................... 11 Tabla 3. Composición Química del clon CCN-51 .......................................................... 11 Tabla 4. Características físicas del clon ICS-60 ............................................................ 12 Tabla 5. Composición Química del clon ICS-60............................................................ 12 Tabla 6. Características físicas del clon EET-8 ............................................................. 12 Tabla 7. Composición Química del clon EET-8. ............................................................ 12 Tabla 8. Compuestos de interés de los subproductos del cacao. ................................ 13 Tabla 9.Principales bio-compuestos obtenidos a partir de biomasa residual de cacao14 Tabla 10. Métodos para extracción de compuestos bioactivos. ................................... 15 Listado de Anexos. Anexos A. Subproductos que se pueden obtener del beneficio del cacao. ................... 1 6 1. INTRODUCCIÓN. Theobroma cacao L conocido comúnmente solo como cacao (figura 1) distinguido mundialmente por ser la materia prima en la producción de diversos productos alimenticios tales como chocolate, pasteles dulces o helados entre otros (Anvoh, Bi, & Gnakri, 2009). El comercio mundial de productos primarios como esté, es de suma importancia en la producción de muchos países subdesarrollados, además se ha visto que la tendencia en la producción de este producto ha sido ascendente (Quintero R & Díaz Morales, 2004). Según la FAO la producción de cacao en grano entre 1994-2018 se ha repartido en: 67.1% para África, 16.8% para Asia, 14.9% para América y 1.2 % para Oceanía (FAOSTAT, 2018) . Pero a pesar de todos estos hechos el cacao en algunos años ha disminuidosu productividad debido a las presencias de enfermedades, principalmente fúngicas que pueden ocasionar perdidas en promedio de 30% y es lo que más afecta a esta especie (Suárez & Hernández, 2010). Figura 1. Partes del grano Theobroma cacao L (Fuente: Autor, Imagen de (Kathia, 2019)). En la actualidad existen 3 variedades principales de cacao, de los cuales se conocen 18 especies distintas, de las principales son el criollo o nativo que es un cacao reconocido como de gran calidad de escaso contenido en taninos que se ha empleado en la elaboración de chocolates más finos, el cual representa como mucho el 10 % de la producción mundial, luego está el forastero o campesino con el contenido más elevado de taninos y este es producido más que todo en África y este es usado más que todo para dar cuerpo y amplitud al chocolate, al final se tiene a la variedad trinitaria que es un cruce entre el criollo y el forastero, el cual adquirió la robustez del cacao forastero y el delicado sabor del cacao criollo (Vega Beltrán, 2016). El cacao, como producto característico de las regiones tropicales se expone con unas importantes ventajas para Colombia, dado que todo el territorio nacional se encuentra ubicado en esta zona geográfica y el país presenta claras ventajas comparativas y competitivas para la producción de esta materia prima(Roa Ortiz, 2009). Además, el cacao se encuentre como uno de los primeros artículos básicos de los países productores y consumidores, en nuestro país se ha enfoca mayormente para la producción de chocolates, con lo que se ha logrado un producto con una excelente calidad por sus importantes propiedades organolépticas(Niño Bernal, 2015). 7 De Colombia proviene entre el 1,5 – 12,4% de la producción mundial de cacao, llegando a fabricar 52.743 toneladas para 2018, este es cultivado en 30 departamentos de los cuales el que más se ha destacado en su producción es el Santander con 46,2%, luego de este le siguen norte de Santander, Huila, Arauca, Tolima, Nariño, Antioquia y Cundinamarca con los porcentajes expuestos en la figura 2 , estos representan en conjunto un 45,4 % del total respectivamente y llegando a tener en 2018 un total de 145.471 hectáreas cultivadas en el país (Baena, Garcia Cardona, & Guerrero Álvarez, 2012; Baquero López, 2019; FAOSTAT, 2018). Figura 2.Distribución nacional de la producción de cacao en Colombia (Baena et al., 2012). Pero en la actualidad, lo que se aprovecha en su totalidad son solo las semillas del cacao, lo que corresponde tan solo al 20-23% del fruto, lo que significa el resto del material se pierde en muchos casos y tan solo en algunos casos es aprovechado, entre los principales subproductos de la industria del caco se tiene la mazorca, la cacota, la placenta y el mucilago, donde la cascara y cacota representan entre el 67-76% del peso del fruto del cacao, por lo general es desperdiciada y muchos estudios han demostrado que representa una gran oportunidad ambiental, ya que en el procesamiento del cacao se generan diez toneladas de este material húmedo por cada tonelada de grano de cacao seco, y además que puede ser representativa económicamente dado que muchos estudios han demostrado que este fruto posee compuestos bioactivos, como la fibra dietaría, pectina, antioxidantes, minerales y teobromina, lo cual simboliza una gran oportunidad para su procesamiento (Campos-Vega, Nieto-Figueroa, & Oomah, 2018). Pero en regiones como el Huila se ve como los subproductos más abundantes son las provenientes del procesamiento de la pulpa del café así como la cascara del cacao y la mayoría de familias campesinas lo que hace es desecharla, generando problemáticas ambientales (Henao, Gutiérrez, & Mauricio Oviedo, 2012) y como se podrá ver a lo largo de esta investigación, todos estos sub productos varios autores han reportado que pueden tener diferentes compuestos bioactivos los que se pueden encontrar en las diferentes partes, así como se puede procesar fácilmente por otras industrias, lo cual puede generaría ingresos extras para estas mismas familias campesinas. 2. METODOLOGÍA. Esta investigación se centra en determinar los subproductos provenientes del beneficio del cacao, donde se pueda identificar cuáles son las principales componentes que se 8 desperdician durante el procesamiento, pero que ya muchos estudios les han visto un enfoque más favorable, los cuales pueden ser rentables en la industria. Por ende, se llevó a cabo un enfoque adecuado para poder gestionar y filtrar una gran cantidad de información (Mengist, Soromessa, & Legese, 2020; Popay, Arai, & Britten, 2006). Esto nos ayuda a reducir toda la literatura que se encuentre y focalizarla a la pregunta que se está trata en cuestión que lo que quiere es identificar las partes que no se aprovechan actualmente en la industria del cacao exponiendo procesos que ya en otros estudios se han evaluado para el procesamiento de esta materia en cuestión. Para una adecuada percepción y filtrado de la revisión se siguió la metodología propuesta por (Tranfield, Denyer, & Smart, 2003) la cual se basa en 4 pasos fundamentales en los que esta la planeación, investigación, filtrado de la información y reporte (Chen et al., 2020). 2.1. Planificación. Este paso se centra en focalizar la búsqueda, para ello se empieza con una revisión enfocada en discutir las principales preguntas que se quiere dar a aclarar con esta investigación, donde además se nos exponga como la necesidad de tener una revisión. Con esto las principales preguntas que se expusieron fueron P1: ¿Cuáles son los principales subproductos del cacao y que uso se les está dando en la actualidad? P2: ¿Existe alguna diferencia significativa entre los subproductos generados por las diferentes especies de cacao? P3: ¿Los subproductos que se desechan en el beneficio del cacao pueden tener algún compuesto de interés que pueda ser aprovechado por la industria? P4: ¿Qué posibles usos tendrían los subproductos del cacao que hoy no están siendo aprovechados? 2.2. Investigación. Para esta investigación se escogió una brecha temporal de publicaciones hechas entre 2000 y 2020. Las bases de datos que se usaron para la búsqueda de los artículos fue Science Direct, Google Académico, Scielo. Además, que se escogieron las siguientes palabras claves para poder identificar los artículos que se usaron, así como evitar el sesgo en la información. Estas palabras claves debieron detallar cuatro aspectos clave, a) subproducto del cacao, b) Compuestos de interés en el cacao, c) Material genético CCN-51, ICS-60 y EET-8, d) Usos alternativos de los subproductos del cacao. Con esto los términos: “Subproductos”, “desechos”, “Compuestos de interés”, “CCN-51”, “ICS- 60”, “EET-8” fueron usados muchas veces a lo largo de la búsqueda de la información, además se tomó estas mismas palabras, pero traducidas al idioma ingles para tener un panorama más amplio y evitar sesgos por solo centrar la búsqueda en español, con esto se tomaron también en consideración palabras como “cocoa”, “by-products”.Con esto 310 artículos fueron escogidos por su potencial aporte a esta investigación. 2.3. Filtrado de la información y reporte. Para asegurar la completa fidelidad y veracidad de esta revisión, del total de artículos revisados con el filtrado anterior. Se pasó a revisar los títulos y resúmenes de 310 publicaciones las que se analizaron, evaluaron y juzgaron antes de poder ser seleccionados como artículos relevantes. Para poder realizar este último filtrado se siguieron los siguientes criterios tanto para la lectura minuciosa, como para la extracción de información de los documentos. 1) El articulo tendrá mayor relevancia si en su título posee una de las palabras clave para su búsqueda, 2) Se eliminó la literatura que sea 9 muy parecida dejando aquella que sea más reciente, 3) Se seleccionaran los artículos que más se acoplen con el tema y objetivo de larevisión, 4) Se priorizara la selección de estudios que traten de evaluar el producto fabricados a un nivel nacional. Y se excluyó todo artículo que trate de enfocarse más en las materias que actualmente se le sacan más provecho como las semillas como en la búsqueda de compuestos bioactivos que se dan en el proceso de fermentación de las semillas. En total, se llegó a un total de 92 los cuales ya se les extrajo información para la elaboración del documento, analizándolo críticamente (Chen et al., 2020). 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 3.1. Generación de residuos en la etapa pos-cosecha del cacao. La cadena de procesamiento del cacao ha permanecido inalterada durante estos 150 año, en donde los pasos principales han sido la recolección, fermentación, tostado, descascarado, molido y pulverizado (Martínez Covaleda, Espinal, & Ortiz Hermida, 2005), las cuales generaran un residuo especifico. En el campo se tiene primero La Recolección, aquí los frutos sanos y ya madurados son cortados directamente del árbol con el cuidado de no dañar el fruto, generalmente con un machete haciendo un corte longitudinal esto expone los granos de cacao y la pulpa, luego de esto los granos en baba son dispuestos al siguiente paso, El desgranado, aquí se extraen las semillas deslizando los dedos a lo largo de la placenta dado que esta parte se considera una impureza y puede afectar la calidad del producto en estas dos etapas los principales subproductos que se producen son la mazorca, la cacota y la placenta (Aguilar, 2017; Fedecacao, 2005; Lema Naula, 2016). Seguida de esta las semillas pasan a la Fermentación que es una etapa crucial que aquí se producen los cambios bioquímicos, que son los precursores de las principales características organolépticas tales de aroma y sabor (Graziani de Fariñas, Portillo, & Cros, 2006; Rivera Fernández et al., 2012), en esta las semillas del cacao en baba son puestas en cajas de madera, en esta etapa se drena a través de las fisuras un conjunto de jugos que resulta de la degradación de la pectina de la pulpa por el pH bajo y en una presión negativa (Osorio Espinoza, Doris, 2011; Vásquez et al., 2019) produciendo el mucilago o exudado y el lixiviado como desecho(Balladares Grazzo, 2015). Ya en la industria las semillas del cacao, pasaran primero por un proceso de secado lo que permitirá retirar humedad del producto, lo que facilitara la remoción de la cascarilla en el proceso el de descascarillado, en donde se extrae el ultimo subproducto del cacao. Luego de esto la industria de finaliza el proceso para la obtención de chocolate, mantequilla y licor de cacao (Biehl & Ziegleder, 2003), donde ya no se producen muchos residuos significativos. 3.2. Utilización actual que se le da a los subproductos del cacao. En la actualidad, la industria del procesamiento del cacao se ha concentrado primordialmente en el procesamiento las almendras las cuales corresponden a las semillas de este fruto. En su fase de transformamiento en la industriase utiliza está parte para producir los productos tradicionales provenientes de este producto como polvo, licor, manteca y cobertura de cacao (Plasencia, 2016). Las demás partes tales como la mazorca, mucilago y cascarilla son desperdiciadas a lo largo de toda la cadena productiva, lo cual genera inmensos desperdicios como se puede ver, según las relaciones másicas que nos expone la figura 3, y así mismo viéndolo en base a la producción nacional de Colombia 2018 expuesto en la tabla 1, nos muestra como 41.403 toneladas o un casi 80% de la producción no son usados eficientemente, tan solo los 11.340 toneladas de almendras que se producen son usados en su totalidad . 10 Figura 3. Partes del grano de cacao con los porcentajes másicos de cada parte Estructura del fruto1 y residuos2 (Campos-Vega et al., 2018; Ortiz-Valbuena & Álvarez-León, 2015; Parra, Henriquez, & Villanueva, 2018; Teneda, 2016; Umaña Calderón, 2013; Vallejo Torres et al., 2016; Yagual Calderon & Rubio Noriega, 2017). Se tiene la cascarilla que corresponde de 12-20% de las semillas fermentadas, la cual ha sido desechada principalmente y en tan solo en algunos casos se han usado principalmente para alimentación del ganado (Gavilanes Jennifer, 2015; Okiyama, Navarro, & Rodrigues, 2017). Pero si se enfoca esta materia para este fin, se debería tener un procesado intermedio, en donde se extraiga los compuestos activos como la teobromina la cual, aunque es buna para las personas no es muy bien asimilada por algunos animales presentado cierta toxicidad, por ejemplo, en algunos animales domésticos como perros y gatos, este compuesto puede tener una vida media de 17.5 h y una dosis letal de 300 mg /kg para perros y 200 mg/kg para gatos (Adamafio, 2013; Carranza & Velazquez Ordoñez, 2004; Carvajal López, 2019). Por otro lado, se tiene el lixiviado y el mucilago o pulpa que son necesarios para la producción de alcoholes y ácido acético durante la fermentación y por lo general, es desperdiciado cayéndose en la zona de fermentación, lo que produce contaminación siendo una fuente para el crecimiento de microorganismos, la cantidad de lixiviado que se produce varia de un 40 a 50 % de las semillas secas (Balladares Grazzo, 2015; Ortiz-Valbuena & Álvarez-León, 2015; Teneda, 2016; Vallejo Torres et al., 2016). Otra parte es la placenta, la que en el fruto sirve para el transporte de sustancias para el crecimiento de las almendras pero en el proceso previo al secado se retira y se desecha (Umaña Calderón, 2013). Para finalizar se tiene la mazorca y cacota que como se puede ver es el principal desecho que como se describió al principio del documento este no se emplea en otra industria simplemente se desecha, pero esto se podría remediar dado que, ya en muchos países se ha innovado en la producción de diferentes productos como se puede ver en el anexo A (Parra et al., 2018). Tabla 1. Materia producida aproximadamente en el año 2018 en Colombia. Parte Cantidad según producción en Colombia Almendras 11.340 [Toneladas /año] Mazorca 37.711 [Toneladas/año] Mucilago 3.165 [ m3/año] 11 Placenta 2.110 [Toneladas /año] Cascarilla 1.582 [Toneladas /año] 3.3. Cantidad de subproductos generados en el beneficio de cacao. 3.3.1. Cacao tipo CCN-51. Esta variedad de cacao tipo Colección Castro Naranjal originario de Ecuador, ha presentado un gran interés e, porque se ha probado que, con una adecuada utilización, puede ser un cultivo que presente una buena resistencia a plagas y enfermedades, además que presenta buenas características físicas como se ve en la tabla 2 y químicas expuestas en la tabla 3. Esta variedad de cacao se puede cultivar en varias partes del territorio nacional como en las Montañosas, en los bosques lloviosos tropicales, en las áreas del valle secos interandino y en las zonas andinas o zonas cafeteras marginales bajas(García-Cáceres, Perdomo, Ortiz, Beltrán, & López, 2014). Tabla 2. Características físicas del clon CCN-51 (Fedecacao, 2005). Departamento en Colombia Índice de Mazorca Índice de Grano Porcentaje [%] Cascarilla Almendra Grano bien fermentado Santander 14 1.73 15.2 84.8 70 Arauca 14 1.58 12.6 87.4 90 Huila 14 1.40 14.7 85.3 60 Tabla 3. Composición Química del clon CCN-51 Composición Cantidad Cita Grasa 53,9 % (Perea, Ramirez, & Villamizar, 2011) Proteína 14,0 % Fibra 2,2 % Teobromina 10,89 mg/g MS (En las semillas sin fermentar) (Sierra Prada & Peñaranda Herrera, 2013) Polifenoles Totales 67,16 mg GAE/gMS (En las semillas sin fermentar) Catequina 1,86 mg/g MS (En las semillas sin fermentar) Epicatequina 1,09 mg/gMS (En las semillas sin fermentar) • GAE (Equivalentes de ácido galáctico), MS (Materia seca) 3.3.2. Cacao tipo ICS-60. Esta variedad de cacao tipo Imperial College Selection de tipo genético hibrido trinitario, originario de Trinidad, este presenta el mayor índice de mazorca, así como el mayoríndice de grano superior a 1.7 g, por lo tanto, presenta mayor productividad(Quintana Fuentes, Gómez Castelblanco, García Jerez, & Martínez Guerrero, 2015). Pero una desventaja de este espécimen solo es que es que comparado con otros clones tales como el KW 641 y Sulawesi1 no es un buen espécimen para resistir periodos largos de sequía (Zakariyya & Indradewa, 2019). Esta variedad de cacao se puede cultivar en varias partes del territorio nacional como en las Montañosas, en los bosques lloviosos tropicales, en las áreas del valle secos interandino y en las zonas andinas o zonas cafeteras marginales bajas(García-Cáceres et al., 2014) además las producidas a nivel 12 nacional presenta buenas características físicas como se ve en la tabla 4 y químicas expuestas en la tabla 5. Tabla 4. Características físicas del clon ICS-60 (Fedecacao, 2005). Departamento en Colombia Índice de Mazorca Índice de Grano Porcentaje [%] Cascarilla Almendra Grano bien fermentado Santander 12 2,38 13,9 86,0 65 Arauca 14 2,04 12,8 87,2 77 Huila 14 2,00 13,8 86,2 67 Tabla 5. Composición Química del clon ICS-60. Composición Cantidad Cita Grasa 55,8 % (Fedecacao, 2005) Proteína 13,2 % Fibra 2,8 % Teobromina 11,10 mg/g MS (En las semillas sin fermentar) (Sierra Prada & Peñaranda Herrera, 2013) Polifenoles Totales 69,88 mg GAE/gMS (En las semillas sin fermentar) Catequina 1,99 mg/g MS (En las semillas sin fermentar) Epicatequina 1,15 mg/gMS (En las semillas sin fermentar) • GAE (Equivalentes de ácido galáctico), MS (Materia seca) 3.3.3. Cacao tipo EET-8. Esta variedad de cacao tipo Estación Experimental Tropical, originario de Ecuador(Quintana Fuentes et al., 2015), en conjunto con el ICS 60 poseen un buen índice de grano por encima de 2 g en promedio (Fedecacao, 2005). Por otro lado Vallejo y colaboradores analizaron este tipo de cacao pero en su versión 103 durante el proceso de fermentación, en especial la que ocurre en el mucilago, dado que esta parte fue vista como un potencial fuente de cultivo de bacterias ácido lácticas que podrían servir como precursores de conservantes naturales de alimentos mínimamente procesados (Vallejo et al., 2018). Esta variedad de cacao solo es recomendable cultivarla en la montañosa como las que están en Santander(García-Cáceres et al., 2014), pero a pesar de esto presenta buenas características físicas como se ve en la tabla 6 y químicas expuestas en la tabla 7. Tabla 6. Características físicas del clon EET-8 (Fedecacao, 2005). Departamento en Colombia Índice de Mazorca Índice de Grano Porcentaje [%] Cascarilla Almendra Grano bien fermentado Santander 14 2.2 9,8 90,1 73 Tabla 7. Composición Química del clon EET-8. Composición Cantidad Cita Grasa 55,2 % (Fedecacao, 2005) Proteína 15.3 % Fibra 3.23 % 13 Teobromina 10,62 mg/g MS (En las semillas sin fermentar) (Sierra Prada & Peñaranda Herrera, 2013) Polifenoles Totales 60.25 mg GAE/gMS (En las semillas sin fermentar) Catequina 1,88 mg/g MS (En las semillas sin fermentar) Epicatequina 0,87 mg/gMS (En las semillas sin fermentar) • GAE (Equivalentes de ácido galáctico), MS (Materia seca) Como se puede ver en las anteriores tablas podemos decir que las variedades de cacao presentan características físicas muy parecidas, mirando el índice de mazorca que es un valor adimensional que nos dice cuántas mazorcas se necesita para completar 1 Kg de cacao seco y fermentado, es igual en las 3 variedades,(Chang & Torres, 2014) además según el estudio de cubillos y colaboradores, una de las cosas que se concluyo es que no hay diferencia significativa entre el porcentaje de semilla y mazorca que se puede obtener por grano de estas especies (Cubillos Bojacá, García Muñoz, Calvo Salamanca, Carvajal Rojas, & Tarazona-Díaz, 2019). 3.4. Compuestos de interés que componen los subproductos del cacao. Varios estudios han reportado la existencia de moléculas con características bioactivos en los subproductos del cacao como lo podemos en la tabla 8. De los diferentes tipos de genotipos se destaca el ICS 60, el que contiene la mayor cantidad de flavonoides comparados con otras especies de cacao, por eso este es el que tiene un gran potencial para desarrollarse en el mercado (Febrianto & Zhu, 2019). Además, esta especie comparada con otras especies como la CCN-51 es la que presenta más contenido de fenoles, taninos, antocianinas y epicatequinas, pero en su estado sin madurar porque en el estudio de Zapata Bustamante y colaboradores se evidencio como el proceso de fermentación disminuye la cantidad de estos compuestos en esta especie(S. Zapata Bustamante, Tamayo Tenorio, & Alberto Rojano, 2013) . Tabla 8. Compuestos de interés de los subproductos del cacao. Subproducto del cacao Compuesto de interés Cantidad Cita Cascarilla del Cacao. Fibra dietética 56,8 - 40,14 % (Villamizar-Jaimes & López-Giraldo, 2017; Vivanco Carpio, Matute Castro, & Campo Fernández, 2018) Proteínas 6,30 - 8,48 % Polifenoles 6,1-20,28 mg GAE/g Vitamina C 0.03 mg/100g Teobromina 1 % (Murillo Crespo & Quilambaqui Jara, 2008) Mucílago Azucares 10-15,9 % (Braudeau, 2001) Pectina 0,9-1,19 % (Ortiz-Valbuena & Álvarez-León, 2015) Ácido cítrico 0,77-1,52 % Placenta (Después de la fermentación) Fibra dietética 42,66% (Goude, Adingra, Gbotognon, & Kouadio, 2019). Proteínas 8,4% Polifenoles 37,5 mg GAE/100g MS Taninos 10,86 mg TAE/100g MS Flavonoides 3,05 mg QE/100g MS 14 Mazorca del cacao y cacota. Epicatequinas 1,405-3,78 mg/g (Carrillo, Londoño- Londoño, & Gil, 2014) Cafeína 0,724-1,879 mg/g Teobromina 7,67-9,679 mg/g Polifenoles 16,4-23,0 mg GAE/g (Sotelo C., Alvis B., & Arrázola P., 2015) • GAE (Equivalentes de ácido galáctico), TAE (Equivalentes en ácido tánico), QE (Equivalentes de quercetina), MS (Materia seca) La cantidad de estos compuestos bioactivos dependen mucho de la parte del proceso en donde se extraiga, porque etapas como la fermentación y el tostado cambian mucho la bioquímica del producto (Horta-Téllez, Sandoval-Aldana, Garcia-Muñoz, & Cerón- Salazar, 2019; C. Zapata Bustamante, Tenorio, & Alberto, 2015), Pero sin embargo estos compuestos pueden servir como aditivos de alimentos para mejorar el aporte nutricional que ofrecen estos bio-compuestos de los cuales algunos pueden ser esenciales para el ser humano (Biesalski et al., 2009) o pueden ser usados en otras industrias como la pectina. 3.5. Extracción de los compuestos bioactivos. Estos compuestos pueden ser extraídos ya sea por una extracción química o bioconversión que es lo que se puede ver en la siguiente tabla. Tabla 9.Principales bio-compuestos obtenidos a partir de biomasa residual de cacao (Vásquez et al., 2019). Residuo Bioconversión Extracción Química Cascara y cascarilla del frijol - • Extractos con actividad antimicrobiana y actividad antiglucosiltransferasa. • Precursor de monolitos de carbono sin aglutinantes. • Fibra dietaría. • Extractos para aplicaciones dentales. Pulpa descartada después de la fermentación. • Lipasas. • Vino de cacao. • Vino de frutas. • Bebidas de cacao. • Bebidas alcohólicas • Fibra dietaría. • Gel de pectina altamente acetilado. • Fibra dietética con actividad antioxidante. • Fertilizante potásico. • Antivirales, antibacteriales y captores de radicales. • Comida para ganado. • Goma Xantana. • Fructosiltransferasa. 15 Mazorca y cacota del cacao • Extractos con potencial antioxidante. • Absorbentes para descontaminación ambiental. • Teobromina y cafeína. Además, en la extracción química el método con el que se extraigan los compuestos bioactivos pueden hacer variar en gran medida la cantidad del compuesto que se obtenga, por ello la selección adecuada del solvente ayudara a extraer la mayor cantidad de los compuestosbioactivos. Como se pudo ver en la tabla 10, la cantidad de compuestos bioactivos que se pueden extraer de los subproductos con los diferentes solventes varía mucho, en donde los que se ven que tienen mayor eficiencia son los que involucran solventes agua acetona, pero aquellos como el CO2 supercrítico aunque son eficiente para la extracción de grasa y algo de cafeína, para la extracción de polifenoles o teobromina no son los más efectivos (González-Alejo, Barajas-Fernández, Olán-Acosta, Lagunes-Gálvez, & García-Alamilla, 2019). Tabla 10. Métodos para extracción de compuestos bioactivos. Compuesto Parte del cacao Método de extracción Cantidad Cita Antioxidantes Naturales Mazorca de cacao Extracción química con solución etanol: acetona 365,33 mg GAE/100g de muestra (Martínez et al., 2012) * Antioxidantes. *Teobromina. *Epicatequina Cascarill a de cacao Extracción con pulsos eléctricos 24,93-32,3 mg GAE /g 4,64-10,92 mg /g 0,21-2,12 mg/g (Barbosa- Pereira, Guglielmetti, & Zeppa, 2018) * Antioxidantes. *Teobromina. *Epicatequina Cascarill a de Cacao Agua supercrítica 75,25 mg GAE /g 3,88 % 0,94% (Jokić, Gagić, Knez, Šubarić, & Škerget, 2018) Antioxidantes Naturales Mazorca de cacao Acetona: Agua (7:3) 94,92 mg GAE/g de muestra (Rachmawat y et al., 2018) * Antioxidantes. *Teobromina. *Epicatequina Cascarill a de cacao Etanol : Agua (70:30) a pH:3 (HCl) 49,46 mg GAE /g 11,00 mg /g 9,00 mg/g (Hernández H., Viera A., Morales S., Fernández B., & Rodríguez G., 2018) 16 * Antioxidantes. *Teobromina. *Epicatequina Cascarill a de cacao Solventes Eutécticos profundos asistidos por microondas 0,043 -0,463 mg GAE /g 2,502- 5,004 mg /g 0,014-0,137 mg/g (Pavlović, Jokić, Jakovljević, Blažić, & Molnar, 2020) Antioxidantes Naturales Mazorca de cacao CO2 supercrítico en solución con Etanol 35,11 mg GAE / g de extracto liofilizado (Hernández, Estévez, Giraldo, & Méndez, 2019) Antioxidantes Naturales Cascarill a de cacao CO2 supercrítico en solución con Etanol 12,97 mg GAE/g de extracto (Valadez Carmona, Ortiz Moreno, Ceballos Reyes, Mendiola, & Ibáñez, 2018) Antioxidantes Naturales Cascarill a de cacao Extracción con solventes asistida por enzimas 38,180 mg GAE/ g (Botero, Londoño, & Rojas, 2016) Antioxidantes Naturales Cascarill a de cacao Extracción asistida por microondas 35,9 mg GAE/ g (Mellinas, Jiménez, & Garrigós, 2020) 3.6. Posibles usos que se le puede dar a los subproductos del beneficio del cacao. Con lo anterior se puede ver como hay mucho potencial en los subproductos del cacao, lo cual con procesos medianamente sencillos y además pensando en la inmensa cantidad de materia que se procesa y así mismo se desperdicia. Se puede pensar en otras alternativas para esta materia, que es lo que se expone en el anexo A, en donde se ve que existen varias maneras de procesar varios subproductos del cacao para poder generar un valor agregado, los que puede generar una ganancia mayor a la de los productos tradicionales (Salazar & Rossana, 2020). 3.7. Manejo de los subproductos en la cadena de producción del cacao. Como se pudo ver en los anteriores ítems, hay muchas formas de procesar los subproductos del cacao y en figura 4, se puede ver en síntesis como se debería procesar cada una de las partes que a lo largo de la cadena productiva se van desechando. En donde en la agricultura se pueden aprovechar todos los desechos que se produzcan en el campo, tales como granos que se haya caído de las plantas y hayan comenzado un proceso de senescencia se pueden recolectar para producir compost, el cual con aditivos y análisis previos que demuestren que no hay metales pesados en el producto, 17 se pude llegar a tener un compostaje de alta calidad (Matamoros Blacio, 2016; Vila, Martel Pariona, & Gutiérrez Rodríguez, 2019), en la ganadería se puede utilizar en la alimentación animal, y los demás subproductos se pueden enfocar en muchas industrias por ejemplo viendo la extracción de los poli-fenoles, los cuales pueden llegar a ser vendido por 18,15 USD/Kg (Villamizar-Jaimes & López-Giraldo, 2017) se ve como hay mucho potencial en el casi 80% de fruto que se pierde con cada cosecha. Figura 4. Formas de manejar los subproductos del cacao a lo largo de la cadena productiva. 4. CONCLUSIONES. • Se determinó, que la mayor cantidad de desechos durante el beneficio del cacao se producen durante el procesamiento en campo. • Se pudo determinar que los subproductos tienen un enorme potencial porque se pudo ver como estos presentan una gran variedad de compuestos bioactivos. • Se pudo evidenciar como algunos autores reportaron que la generación de subproductos no es significativamente diferente según las variedades genéricas CCN-51, ICS-60 y EET-8. • Se pudo evidenciar como de los subproductos del cacao se pueden elaborar diferentes subproductos que pueden destinarse ya sea a la industria alimentaria tanto para personas como animales, así mismo para la industria cosmética o en problemas ambientales como la remoción de contaminantes del agua. 5. RECOMENDACIONES. • Analizar si la zona de cultivo es una variable significativa, en la determinación cuantitativa de los compuestos bioactivos de los diferentes subproductos del cacao. • Evaluar a nivel económico, la viabilidad del uso de alguno de los subproductos a nivel industrias. • Realizar estudios en el campo que ayuden a determinar cuál es la calidad de los subproductos provenientes de este sector a nivel nacional 18 6. AGRADECIMIENTOS. El autor del trabajo agradece en primer lugar a la profesora Martha Patricia Tarazona Díaz, por su seguimiento y dedicación para la revisión y corrección de este trabajo, así mismo a la Universidad Jorge Tadeo Lozano por la disponibilidad de las bases de datos que ayudaron a la elaboración de este documento. 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Abdul Karim, A., Azlan, A., Ismail, A., Hashim, P., Abd Gani, S. S., Zainudin, B. H., & Abdullah, N. A. (2014). 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Estudio Parte del cacao País Resultados Subproductos Cita Uso del exudado y placenta del cacao para la obtención de subproductos Placenta y exudado Ecuador A partir de estos subproductos se pudo obtener un néctar que tenía 15°Brix, 0,32% ácido cítrico y que poseía un pH de 3,83, A si mismo se obtuvo una bebida alcohólica que poseía 12°Brix, 0.8 % ácido cítrico, con una densidad de 1036 g/ml y un grado alcohólico de 3.7 - Néctar - Bebida alcohólica (Quimbita, Rodriguez, & Vera, 2013) Elaboración de alimento balanceado para pollo broiler a base de subproductos de cacao. cáscara, cascarilla y placenta Ecuador Se pudo ver como los pollos alimentados con un alimento hecho con un 10% de cascara un 5% de cascarilla y un 5% de placenta que se le adiciono a la comida tradicional dirigida para estos animales, mejoro la puntuación de las caracterizarías organolépticas de la carne proveniente de estos animales. Alimento balanceado para pollos (Prieto Víctor et al., 2018) Obtención de harina baja en gluten a partir de la cascarilla de cacao de las variedades ccn-51 y nacional Cascarilla del cacao Ecuador Se ve la fabricación de una harina a partir de la cascarilla de cacao para la fabricación de una harina que no tuviera gluten y que pueda ser apta para celiacos, en donde la mayoría de la composición de esta harina correspondió a una formada por almidones digestibles Harina para celiacos (Carrasco Ángel, 2015). Estudio de comportamiento mecánico a tracción de un material compuesto a partir de polietileno de baja densidad (reciclado) cargado con bagazo de cáscara de cacao Bagazo de cáscara de cacao Colombia Se preparó un material compuesto de matriz polimérica termoplástica, compuesta por polietileno de baja densidad como matriz y fibras de bagazo de cacao como refuerzo, estas se unieron por un mezclado mecánico y compresión a 190°C con una fuerza de 50 Kg/cm2 esto para Material compuesto entre PEBD y fibras de bagazo (Laguado Villamizar & Díaz Ramírez, 2020) 2 conseguir un material que pueda generar un muy bajo impacto ambiental, dado que se concluyó que el agregado de bagazo decremento las propiedades mecánicas del compuesto. Chocolate Disinfectant: Effectiveness of Cocoa Bean Husk Extract on Streptococcus mutans in Used Toothbrushes Cascara y cascarilla de frijol - Se trataron las cascaras de cacao con celulosa en agua a 50°C por 4 H que luego se mezclaron con etanol luego esta solución se le evaporo el etanol y se liofilizo para producir un polvo este polvo se dispuso en agua destilada para obtener un enjuague bucal con una concentración final de 1mg/ml con la capacidad de reducir 32,25% la aparición de S.mutans en la boca de 60 participantes. Antimicrobiano con potencial de ser usado en enjugue bucal (Badiyani, Kumar, K Bhat, & Sarkar, 2013) Cacao pod husks (Theobroma cacao L.): Composition and hot- water-soluble pectins Mazorca de cacao Brasil Se analizó la composición de la Mazorca del cacao donde se encontró y se extrajo de 7,5-12,6% de pectina de este material, en donde la pectina tiene una alta concentración de acetilo lo cual mostro unas interesantes propiedades reológicas en las muestras. Extracción de Pectina (Vriesmann, de Mello Castanho Amboni, & De Oliveira Petkowicz, 2011) Alkaline-treated cocoa pod husk as adsorbent for removing methylene blue from aqueous solutions Mazorca de cacao Malasia Se analizó la capacidad de absorción de la Mazorca de cacao para eliminar Azul de metileno de soluciones acuosas después de pasar estos residuos por un proceso de NaOH para al final descubrir que este material tiene la capacidad de absorber 263,9 mg/g del contamínate. Absorbente para la remoción de contaminantes emergentes. (Pua et al., 2013) Utilización del mucílago de cacao, tipo nacional y trinitario, en la obtención de jalea Mucilago del cacao Ecuador Se elaboró una jalea a partir de este subproducto del cacao, la cual al final del estudio posee un pH entre 3,27 y 3,47 una acidez entre 0,52-1,18% y unos grados Brix entre 64-67 Brix, al final el producto Jalea (Vallejo Torres et al., 2016) 3 presentaba un ligero olor a cacao, un gusto dulce y ácido ligero. Natural Skin-care Products: The Case of Soap Made from Cocoa Pod Husk Potash Mazorca del cacao Ghana Se elaboró un jabón a partir de compuesto naturales tales como la mazorca del cacao y aceites vegetales sin refinar como lo es el aceite de palmiste, este jabón resulto suave para la piel tiene un valor de formación de espuma entre 200 a 300 ml y un pH de 10 Jabón natural (Gyedu-Akoto, Yabani, Sefa, & Owusu, 2015) Antioxidative Effects of Extracts of Cocoa Shell, Roselle Seeds and a Combination of Both Extracts on the Susceptibility of Cooked Beef to Lipid Oxidation Cascarilla del cacao Malasia A partir de la cascarilla del cacao se elabora un antioxidante sintético el cual puede ser usado para evitar la oxidación de lípidos en carne de res cocida almacenada bajo 4°C por hasta 14 días. Antioxidante capaz de mantener las propiedades organolépticas de la carne (Amin & Yee, 2006) Thermochemical conversion and characterization of cocoa pod husks a potential agricultural waste from Ghana Mazorca de cacao Ghana Se produjo un bio-aceite a partir de la pirolisis de la mazorca de cacao el cual está constituido en su mayoría por acido 9,12-octadecadienoico y el ácido hexadecanoico, lo que lo hizo poseer un alto valor calorífico que llega a ser de 8,64 MJ/Kg, además se obtuvo un material carbonoso que puede ser usado como absorbente Bio-acetite con alto poder calorífico. Carbón absorbente (Adjin-Tetteh, Asiedu, Dodoo- Arhin, Karam, & Amaniampong, 2018) Extracción de compuestos con actividad antimicrobiana a partir de subproductos del cacao. Mazorca de cacao Colombia Se obtuvo un extracto de la mazorca de cacao que mostro efectos bactericidas y bacteriostáticos para el Staphylococcus aureus y solo bacteriostático para el caso de Escharichia Coli. Agente antimicrobiano. (Sotelo Coronado & Alivis Bermudez, 2018) Optimización de una bebida a base del Mucílago del Cacao (Theobroma cacao), como aprovechamiento de uno de sus subproductos Mucilago de cacao Ecuador Se elaboró un néctar que consistía de 62.5 % del mucilago del cacao y el restante de agua, con lo que se logró una bebida con el 99 % del rendimiento, y fue puntudo con 1.67 en una escala hedónica de 7 puntos de 3 a -3. Néctar (Arciniega-Alvarado & Espinoza-León, 2020) 4 Metodología para la elaboración de Pellets con subproductos de Café y Cacao Cascara de cacao Colombia El procedimiento para la elaboración de este producto, se realizó de manera artesanal, el cual no presento impedimento para el consumo por conejos, el cual al final con el agregado de 50% en cascara de cacao se puede tener un producto con mayor rendimiento Alimento para conejos (Gutiérrez Guzmán, Henao Cuéllar, & Oviedo Ramírez, 2014) Una tecnología sostenible, aporte a la seguridad alimentaria Cascara del cacao Cuba Se evaluó el potencial de usar este subproducto en la producción de setas comestible (P. ostreatus vas, cepa CCEBI 3024), y este organismo mostro una alta bioconversión de un compuesto lignocelulósico en proteína. Compost para Setas Pleurotus ostreatus (Bermúdez Savòn, García Oduardo, & Serrano Alberni, 2013) Phenolic composition,antioxidant, anti-wrinkles and tyrosinase inhibitory activities of cocoa pod extract Mazorca del cacao Malasia La composición del extractos de cacao usando soluciones de etanol 80%, el cual mostro un efecto inhibitorio sobre las enzimas de degradación de la piel elastasa y colagenasa, además de que mostro un potencial como protector solar UVB pero bajo rendimiento con la radiación UVA. Potencial como agente de protección solar y ayuda de la piel. (Abdul Karim et al., 2014) Food comprising alkalized cocoa shells and method therefor Cascarilla de cacao Estados Unidos Se elaboró un aditivo que se puede implementar en la industria de productos lácteos acidificados para aumentar la viscosidad de estos tales como Yogurt o queso creo, el cual además ayuda a reforzar el sabor del chocolate en los productos que llevan este sabor. Aditivo alimentario (Chronopoulos, Zuurbier, Brandstetter, & Jung, 2011; Okiyama et al., 2017) Mucílago de cacao (theobroma cacao l.), nacional y trinitario para la obtención de una bebida hidratante Mucilago del cacao Ecuador Se elaboró una bebida hecha a partir de 45% del mucilago del cacao de la variedad trinitario el cual fue el que tuvo la mejor característica sensorial, con valores de 0,44 de acidez así como 43.98 mg/100cm^3. Bebida Hidratante. (Santana Macías, 2017) 5 Cascarilla de cacao (theobroma cacao l.) De líneas híbridas para la elaboración de rehiletes de chocolate Cascarilla de cacao Ecuador Se evidencio como una galleta con 18,37 de porcentaje de cascarilla, tuvo unas buenas características sensoriales, con un contenido de humedad de 6.48%, 26.77% de fibra y 4,6 % de grasa Rehiletes de chocolate. (Ordoñez Choez, Vera Chang, & Tigselema Zambrano, 2019) Valorization strategies for cocoa pod husk and its fractions Mazorca del cacao Indonesia De este subproducto se puede extraer 2 tipos de fibra tanto soluble como insoluble, en donde en la soluble se destaca la pectina y en la insoluble un conjunto de celulosas y hemicelulosas, en donde se han analizado en la adición de formulación de harinas para muffin donde las principales ventajas que se tuvo fue un muffin con mayor humedad y textura más tierna. Fibra dietaría añadida a muffins (Lu et al., 2018; Martínez-Cervera, Salvador, Muguerza, Moulay, & Fiszman, 2011) Caracterización físico-química de los lixiviados del cacao y café del litoral ecuatoriano, como potenciales fuentes de producción de bioetanol Lixiviado Ecuador Se determinó que el lixiviado tiene en promedio 19,6°Brix y 3,58 pH, de estos el 8,7 % en peso del lixiviado corresponde a azucares reductores como monosacáridos y disacáridos los cuales son fácilmente fermentables. Potencial para producir Bioetanol (Vallejo Torres et al., 2016) Evaluación de Trichoderma spp como Control Biológico en una Plantación a Pequeña Escala de Cacao Lixiviado Colombia Se elaboró un tratamiento a base del lixiviado del cacao mezclado con TrIchoderma SPP, para analizar si este podía reemplazar el actual tratamiento químico K3PO3 el cual ayuda a inducir la resistencia en la planta, al final aunque no se encontró una diferencia significativa entre las mazorcas sanas y el rendimiento se evidenciaron mejoras, lo cual se concluyó que podría tener un potencial uso en plantaciones pequeñas dado que es un tratamiento de menor costo Inductor de resistencia en plantas (Acosta Rojas & Villa, 2016) 1. INTRODUCCIÓN. 2. METODOLOGÍA. 2.1. Planificación. 2.2. Investigación. 2.3. Filtrado de la información y reporte. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 3.1. Generación de residuos en la etapa pos-cosecha del cacao. 3.2. Utilización actual que se le da a los subproductos del cacao. 3.3. Cantidad de subproductos generados en el beneficio de cacao. 3.3.1. Cacao tipo CCN-51. 3.3.2. Cacao tipo ICS-60. 3.3.3. Cacao tipo EET-8. 3.4. Compuestos de interés que componen los subproductos del cacao. 3.5. Extracción de los compuestos bioactivos. 3.6. Posibles usos que se le puede dar a los subproductos del beneficio del cacao. 3.7. Manejo de los subproductos en la cadena de producción del cacao. 4. CONCLUSIONES. 5. RECOMENDACIONES. 6. AGRADECIMIENTOS. 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
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