Características funcionales y de calidad en granos de cacao (Theobroma cacao L.) producido en el Norte de Santander, Colombia

Abstract

El cacao es un alimento muy consumido con efectos beneficiosos para la salud humana y en Colombia, como estrategia para la sustitución de cultivos ilegales (cultivo de coca), tanto el Ministerio de Agricultura como el gremio cacaotero promueven la siembra de cacao, y lo consideran un producto que genera una alternativa ambiental, económica y social en zonas del posconflicto como el Catatumbo (Norte de Santander). La fermentación, el secado y el tostado del cacao, como operaciones del proceso de elaboración del chocolate, tienen una influencia importante en sus características sensoriales y nutricionales; por lo tanto, también podrían influir en la bioactividad del cacao (Hurst et al., 2011; Tonfack-Djikeng et al., 2018). De acuerdo a lo anterior, un objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de estas etapas y en especial las condiciones de tostado del cacao sobre su capacidad antioxidante y las modificaciones de la microbiota intestinal después de la digestión-fermentación in vitro. Se analizaron HMF y furfural, marcadores químicos de pardeamiento no enzimático, en cacao en polvo sin tostar y tostado a diferentes temperaturas. La capacidad antioxidante disminuyó con el tostado, probablemente debido a la pérdida de compuestos fenólicos durante el calentamiento. Por otro lado, el HMF y el furfural aumentaron durante el tostado debido al aumento de las temperaturas. Además, el cacao en polvo tostado y sin tostar tuvo diferentes efectos en las comunidades microbianas intestinales. El cacao tostado favoreció la producción de butirato mientras que el cacao sin tostar favoreció la producción de acetato y propionato de manera significativa. Además, el cacao tostado y sin tostar produjo comunidades microbianas intestinales significativamente diferentes en términos de composición. Aunque muchas bacterias se vieron afectada Veillonella y Faecalibacterium fueron algunas de las más discriminantes; mientras que el primero es un productor de propionato, el segundo es un productor de butirato que también se ha relacionado con efectos positivos sobre la salud inflamatoria del intestino y el sistema inmunológico. Por lo tanto, el cacao tostado y sin tostar (independientemente de la temperatura de tostado) estimula el crecimiento de bacterias benéficas con efecto prebiótico y una producción de diferentes AGCC. Para la incursión exitosa del cacao en el mercado europeo es requisito la calidad del producto y la adaptación a regulaciones tales como el Reglamento UE N.º 488 de 2014, en cuanto a los niveles máximos de cadmio para productos específicos de cacao y chocolate. De acuerdo a esto, se determinó el tipo de suelos y el contenido de metales pesados tanto en suelos como en hojas y granos de cacao en dos zonas productoras de los municipios del Zulia y Tibú mediante absorción atómica. En los suelos muestreados se realizaron también análisis físicos (textura) y químicos (pH, materia orgánica, CIC, elementos minerales). Los resultados mostraron que los suelos poseen condiciones acidas para el cultivo de cacao. En promedio, en las dos cosechas anuales, el 46% de las muestras de granos, 100% de las hojas y 50% de la cascarilla analizadas superaron el valor máximo de cadmio establecido en la resolución europea. Valores altos de Al, Ca, K, Mn y Zn en las hojas, fueron semejantes tanto en la zona del Zulia, como de Tibú. El pH, % de arcilla, Al, Mg, Mn y Zn fueron las variables que tuvieron mayor correlación con la concentración de metales pesados. Se planteó una alternativa con el uso de carbones bioactivos a partir de los subproductos del cacao para la remediación de los suelos contaminados y se encontró que el bio carbón (Cacaochar) obtenido a partir de un residuo orgánico de la producción de cacao (cáscara de la mazorca del cacao) presento buena capacidad de remediación de cadmio. El uso de los SCGchar, bioactivo rico en C, mostró un aumento importante en la concentración de CO en los suelos.

Cocoa is a widely consumed food with beneficial effects for human health and in Colombia, as a strategy for the substitution of illegal crops (coca cultivation), both the Ministry of Agriculture and the cocoa union promote the planting of cocoa, and consider it a product that generates an environmental, economic and social alternative in postconflict areas such as Catatumbo (Norte de Santander). The fermentation, drying and roasting of cocoa, as operations in the chocolate making process, have an important influence on its sensory and nutritional characteristics; therefore, they could also influence cocoa bioactivity (Hurst et al., 2011; Tonfack-Djikeng et al., 2018). According to the above, an objective of this work was to determine the effect of these stages and especially the cocoa roasting conditions on its antioxidant capacity and the changes in the intestinal microbiota after digestion-fermentation in vitro. HMF and furfural, chemical markers of non-enzymatic browning, were analyzed in unroasted and roasted cocoa powder at different temperatures. The antioxidant capacity decreased with roasting, probably due to the loss of phenolic compounds during heating. On the other hand, HMF and furfural increased during roasting due to increased temperatures. Additionally, roasted and unroasted cocoa powder had different effects on gut microbial communities. Roasted cocoa favored butyrate production while unroasted cocoa significantly favored acetate and propionate production. Furthermore, roasted and unroasted cocoa produced significantly different gut microbial communities in terms of composition. Although many bacteria were affected, Veillonella and Faecalibacterium were some of the most discriminating; while the former is a propionate producer, the latter is a butyrate producer which has also been linked to positive effects on inflammatory gut health and the immune system. Therefore, roasted and unroasted cocoa (regardless of the roasting temperature) stimulates the growth of beneficial bacteria with a prebiotic effect and the production of different SCFAs. For the successful incursion of cocoa in the European market, the quality of the product and the adaptation to regulations such as the EU Regulation No 488 of 2014, regarding the maximum levels of cadmium for specific cocoa and chocolate products, are required. According to this, the type of soils and the content of heavy metals were determined both in soils and in cocoa leaves and beans in two producing areas of the municipalities of Zulia and Tibú by atomic absorption. Physical (texture) and chemical (pH, organic matter, CEC, mineral elements) analyzes were also performed on the sampled soils. The results showed that the soils have acidic conditions for cocoa cultivation. On average, in the two annual harvests, 46% of the grain samples, 100% of the leaves and 50% of the husks analyzed exceeded the maximum value of cadmium established in the European resolution. High values of Al, Ca, K, Mn and Zn in the leaves were similar both in the Zulia and Tibú areas. The pH, % of clay, Al, Mg, Mn and Zn were the variables that had the highest correlation with the concentration of heavy metals. An alternative was proposed with the use of bioactive carbon from cocoa by-products for the remediation of contaminated soils and it was found that the biochar (Cacaochar) obtained from an organic residue of cocoa production (cocoa pod husk) presented good cadmium remediation capacity. The use of SCGchar, bioactive rich in C, showed a significant increase in the concentration of CO in soils.