ES2277516A1 - Proceso para preparar un extracto de cacao altamente soluble. - Google Patents
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Abstract
El objetivo de esta invención es obtener un extracto altamente soluble a partir de cascarilla y/o barquillo de cacao. El producto final, rico en fibra dietética, es ideal para su aplicación en chocolate, panificación, bebidas, snacks, lácteos, y productos de repostería.
Description
Proceso para preparar un extracto de cacao
altamente soluble.
El objeto de la presente invención tal y como se
expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva consiste en un
"Proceso para preparar un extracto de cacao altamente soluble"
del tipo empleado como complemento en alimentos, nutracéuticos,
suplementos dietéticos, y alimentos funcionales.
En el proceso de fabricación del polvo de cacao,
el grano es fermentado, secado y limpiado antes de separarlo en
cascarilla y granilla. La granilla continúa el proceso de
fabricación de polvo de cacao, mientras que la cascarilla es
separada para ser destinada a otros fines. La cascarilla representa
aproximadamente un 12,5% del grano de cacao.
La cascarilla contiene más de un 40% de fibra
dietética (20% de celulosa, 12% de hemicelulosa y 12% de ácidos
galacturónicos). La cascarilla también contiene proteína (15%),
lignina (13%, método de Klason), minerales (13%), lípidos (2%),
carbohidratos (2% como almidones y azúcares), teobromina (1%), y
otros compuestos tales como polifenoles, taninos y cafeína.
La cascarilla de cacao es un producto que es se
viene usando recientemente en varias aplicaciones alimentarias y
farmacéuticas.
En algunos procesos destinados sólo a la
producción de manteca de cacao, se utilizan sistemas de prensado
(hidráulicos o de expeller) para separar la manteca del grano
entero. En el proceso se obtiene manteca de cacao y además un
subproducto que es una mezcla de cascarilla y de granilla
parcialmente desgrasados, este subproducto se conoce comúnmente con
el nombre de barquillo.
El barquillo contiene aproximadamente un 45% de
fibra dietética (6% soluble y un 39% insoluble). Además, contiene
proteínas (24%), grasas (12%), y otros compuestos minoritarios como
polifenoles, teobromina y cafeína.
Se han protegido algunas aplicaciones de la
cascarilla y del barquillo para fabricar productos para uso
alimentario y farmacéutico, los cuales sin embargo no influyen en
la invención descrita en esta patente.
La patente ES 2099676B1 protege un ingrediente
para el consumo humano destinado a la alimentación y farmacia,
principalmente al área dietética. Este ingrediente está basado en la
tostado de la cascarilla, y además describe su composición
nutricional. Sin embargo, este documento no especifica si la
cascarilla ha sido previamente tratada o las condiciones de proceso
para obtener el ingrediente.
La patente US 0052910 explica el método de
obtención de una fibra soluble de cacao a partir de cascarilla,
utilizando una extracción acuosa. En este proceso, los inventores
utilizan agua caliente durante la extracción a una temperatura
entre 100ºC a 130ºC. En el proceso no se utilizan catalizadores de
ningún tipo. A continuación, la fibra soluble es purificada
utilizando tratamientos de carbón activado, tratamientos con
resina, concentración con UF, precipitación con solventes, y
finalmente separación de minerales a través de diálisis o con una
resina de intercambio de hierro. Este producto está destinado para
su aplicación con proteínas en alimentación, tales como bebidas
lácteas, estabilizantes para bebidas de cacao, agentes para
coberturas con un amplio rango de aplicaciones, reductor del
envejecimiento del almidón en alimentos, y extensor de la vida útil
de alimentos y bebidas.
La patente US 4948600 cubre un proceso para
elaborar un producto rico en fibra dietética a partir de polvo de
cacao convencional. En esta invención el producto se obtiene
retirando el almidón del polvo de cacao. El almidón es degradado
enzimáticamente, y después, es extraído con lavados continuos a
través de una operación de separación. Finalmente, el cacao bajo en
almidón es secado. Con este proceso, se obtiene un producto con un
contenido de fibra dietética entre el 35% al 75%. En este producto
la concentración de fibra insoluble es mayor que el contenido de
fibra soluble. El producto final es apropiado para producir por
ejemplo: chocolate enriquecido con fibra dietética, bebidas de
chocolate enriquecidas con fibra dietética, salsas de chocolate
enriquecidas con fibra dietética, y dulces enriquecidos con fibra
dietética.
La patente US 4156030 cubre un proceso para
obtener un extracto a partir de cascarilla utilizando etanol
acidificado. En este proceso, la cascarilla es molida y la
extracción se lleva a cabo a temperatura de reflujo, en la cual la
solución contiene entre el 80% al 90% de etanol y el 10 al 15% de
ácido (clorhídrico, fosfórico, cítrico o tartárico). Después de la
extracción el etanol es evaporado y el concentrado es secado.
La patente WO 004619A3 se refiere a un proceso
para obtener un polvo de cacao a partir de barquillo. En este
proceso, el grano entero de cacao es parcialmente desgrasado por
presión para obtener un barquillo con un 10 a 12% de grasa.
Opcionalmente, el barquillo puede ser desgrasado completamente
utilizando solventes orgánicos o a través de una extracción
supercrítica con CO_{2}. Finalmente, el barquillo es molido para
obtener un polvo de grano de cacao.
En la presente invención, se propone un proceso
innovador para obtener un extracto altamente soluble utilizando
cascarilla o barquillo (grano desgrasado) de cacao, o una mezcla de
ambos. En este proceso, la carga microbiana es reducida en la
materia prima utilizando vapor sobresaturado. A continuación, la
materia prima es mezclada con agua y tratada enzimáticamente. El
tratamiento enzimático tiene como finalidad favorecer la hidrólisis
de la fracción insoluble con un consecuente incremento de los
componentes solubles durante la extracción acuosa. La temperatura de
reacción enzimática y de la extracción está por debajo de 100ºC.
Después del proceso de extracción, los sólidos son separados de la
fracción altamente soluble utilizando tecnologías de centrifugación
(decanter y clarificadores). El extracto de cascarilla/barquillo de
cacao altamente soluble es entonces secado y opcionalmente
molido.
El producto tiene por finalidad ser aplicado en
alimentos, nutracéuticos, suplementos dietéticos, y alimentos
funcionales. La principal característica de este producto es su
alta solubilidad, y su perfil nutricional y sensorial. Los
principales compuestos nutricionales son fibra soluble, minerales,
proteínas, polifenoles y teobromina. El perfil sensorial del
producto recuerda al cacao. Este producto es ideal para su
aplicación en chocolate, panificación, bebidas, snacks, lácteos y
repostería.
La invención es un proceso en el cual se obtiene
un extracto altamente soluble a partir de cascarilla y/o de
barquillo de cacao como fuentes de materia prima.
En la invención, la materia prima es
esterilizada en reactores diseñados para soportar temperaturas y
presiones altas. Como medio de calor se puede utilizar vapor
sobresaturado directo o indirecto para alcanzar temperaturas
mayores a 100ºC y presiones altas en el reactor; por ejemplo 140ºC y
1,5 bares. El tiempo de esterilización es preferiblemente mayor a 5
minutos, por ejemplo 30 minutos.
Después de la etapa de esterilización, el
producto es sometido a un proceso de hidrólisis enzimática. Para
llevar a cabo este proceso, la materia prima esterilizada se mezcla
con agua. La relación de materia prima:agua apropiada se encuentra
entre 1:5 y 1:15, por ejemplo 1:7. A continuación, la temperatura
de proceso se estabiliza entre 50°C y 70°C. A estas condiciones, el
pH de la mezcla se encuentra entre 4.5 y 5.6. Una vez que la mezcla
se haya homogeneizado, se añade una enzima con actividad
predominantemente beta-glucanasa. La enzima se
adiciona a la mezcla con una concentración aproximada de 0.01
Unidades de Beta-Glucanasa Fúngica (UBF) o más por
kilogramo de materia prima de cacao. El tiempo de reacción de la
enzima es de 1 a 3 horas de proceso, por ejemplo 2 horas de
proceso. El tiempo de reacción está directamente relacionado con la
cantidad de enzima añadida, a más cantidad de enzima adicionada el
tiempo de reacción será menor. Un exceso o una disminución excesiva
de la agitación puede perjudicar a la reacción; por lo tanto, la
velocidad de agitación se debe graduar para que la reacción se
desarrolle en las mejores condiciones de proceso. Adicionalmente,
es preferible inactivar la enzima después de concluida la operación
de reacción enzimática, esta inactivación se puede realizar al
concluir la operación de hidrólisis o en una etapa posterior de
producción.
Después de la hidrólisis enzimática, la mezcla
pasa a través de operaciones de centrifugación con la finalidad de
separar la fracción soluble.
Los sólidos totales son definidos como la suma
de los sólidos en suspensión y los sólidos solubles. Los sólidos
solubles, tecnológicamente son definidos como aquellas partículas
con un tamaño de partícula menor a 5 micras. Por lo tanto, para
obtener un producto soluble, se deben separar todas las partículas
en suspensión mayores a 5 micras.
La operación de separación puede ser realizada
en dos etapas: una centrifugación y una etapa opcional de
clarificación. En la etapa de centrifugación son separados todos
los sólidos mayores a 20 micras, mientras que en la clarificación
se separan los sólidos en suspensión remanentes mayores a 5
micras.
Previa a la separación, se recomienda enfriar la
mezcla por debajo de 55ºC, por ejemplo 40ºC para ayudar a la
separación. A continuación, la mezcla fría es centrifugada para
obtener una fase sólida y una fase líquida. La fase sólida es
desechada. En el proceso de centrifugación se pueden utilizar
decanters industriales, como por ejemplo los del tipo de la serie FP
de Pieralisi (i.e. FP600 2RS).
En la etapa de clarificación opcional, se pueden
utilizar clarificadores verticales de platos, como por ejemplo
aquellos suministrados por Alfa Laval o Westfalia Separator.
Además, también es posible clarificar la fase líquida que sale del
decanter utilizando sistemas de microfiltración, tales como aquellos
suministrados por GEA.
La fase líquida resultante después de las
operaciones de centrifugación tiene un contenido de sólidos totales
entre 1 y 5%.
Después de la etapa de separación, la fase
líquida es concentrada. Durante la concentración, la fase líquida
se concentrada hasta alcanzar una concentración de sólidos totales
superiores al 10%, por ejemplo 30%. Esta operación puede ser
completada utilizando concentradores de fases simples, dobles o
triples, a unas temperaturas entre 60ºC y 100ºC, y preferiblemente
bajo vacío.
A continuación, el concentrado pasa a una etapa
de secado. El objetivo de esta etapa es obtener un producto con un
contenido de humedad menor al 10%, por ejemplo 5% de humedad.
\newpage
\global\parskip0.950000\baselineskip
El producto puede ser secado utilizando un
secador de spray, a temperaturas mayores a 75ºC, por ejemplo 130ºC.
Si es necesario se puede utilizar vacío durante la operación. Si se
utiliza un secadero de spray no es necesario molturar el producto.
Sin embargo, si se utiliza otro sistema de secado, como por ejemplo
secaderos de bandas, horizontales o verticales, es necesario
aplicar una molienda final del producto. Estos secaderos pueden
trabajar a condiciones normales o bajo vacío. En esta operación la
enzima también puede ser inactivada sometiendo el producto a
temperaturas mayores a 90°C por 10 minutos.
El producto final es un extracto en polvo de
cascarilla y/o barquillo de cacao altamente soluble, cuyo tamaño de
partícula estará preferiblemente en un 99% por debajo de 100
micras.
Ejemplo
1
En este ejemplo, la cascarilla de cacao fue
tratada con vapor sobresaturado con el fin de reducir la carga
microbiana. La materia prima fue analizada para determinar el
contenido enterobacterias y hongos y levaduras, los valores para
ambos indicadores fueron mayores a 300.000 ufc/g. El tratamiento
térmico se llevó a cabo en un reactor aplicando el vapor
directamente sobre la materia prima. Las condiciones de proceso
fueron 1,5 bares y 140ºC por 30 minutos. Después del tratamiento
térmico, se volvió a analizar el contenido microbiológico de a
materia prima. Los resultados se muestran en la tabla 1; como se
aprecia, la reducción microbiológica fue significativa.
Indicador microbiológico | Recuento |
Recuento total^{1} | 730 ufc/g |
Hongos y Levaduras^{2} | \leq 100 ufc/g |
Referencias y métodos: | |
(1) AOAC Internationl. Official Mthods of Anlysis, 17^{th} ed., AOAC International, Arlington, VA, 2003 | |
(2) AOAC Internationl. Official Mthods of Anlysis, 17^{th} ed., AOAC International, Arlington, VA, 2003. |
Ejemplo
2
900 Kg de cascarilla fue tratada según las
condiciones explicadas en el ejemplo 1. A continuación se mezcló
con agua a una concentración de 1:11 cascarilla:agua, la
temperatura final de la mezcla fue de 20ºC. A continuación, se
calentó la mezcla hasta 55ºC y se agregó 360 g de la enzima
comercial Ultraflo L (novozyme). La mezcla fue agitada suavemente
durante 1,5 horas. Una vez terminada la hidrólisis, la mezcla se
enfrió hasta 40ºC para obtener la fase sólida tras una separación
por centrifugación y clarificación. Después la fracción líquida fue
concentrada a 60ºC en un concentrador de triple efecto, y secada en
un secadero de spray con una temperatura de entrada del concentrado
de 140ºC y una salida del producto seco de 90ºC. Finalmente, se
obtuvo un extracto en polvo con una alta solubilidad. En la tabla 2
se puede observar el balance de materia durante el proceso.
Operación | Kg | % |
Cascarillal | 900 | 100 |
Agua | 10100 | |
Separación | ||
\hskip0.5cm Fase líquida | 9504 | 86.4 |
\hskip0.5cm Fase sólida | 1495.27 | 13.6 |
Producto final | 188 | 20.8 |
\global\parskip0.990000\baselineskip
Ejemplo
3
La tabla 3 muestra algunos de los compuestos
analizados en el extracto de cascarilla de cacao. La tabla 4
muestra la carga microbiológica en el producto final.
Compuesto | g/100 g de muestra |
Humedad^{a} | 3,51 |
Fibra dietética total^{b} | 46.50 |
\hskip0.5cm Fibra soluble | 42.80 |
\hskip0.5cm Fibra insoluble | 3.70 |
Grasa^{c} | 1.40 |
Azúcares totales^{d} | 1.91 |
Minerales^{e} | 15,00 |
Proteínas^{f} | 13.10 |
Teobromina^{9} | 3.40 |
Cafeína^{9} | 0.19 |
Polifenoles^{h} | 2.24 |
Referencias y métodos | |
(a) Farmacopea Española 1997; Farmacopea Europea 2ª Ed. | |
(b) AOAC Método 991.43, 17ª Ed., 2000, método enziático-gravimétrico | |
(c) AOAC Método 963.15, 17th Ed., 2000 | |
(d) Método oficial de la comunidad Europea CONSLEG; 1971L0250-26/05/1999 | |
(e) Farmacopea Española 1997; Farmacopea Europea 2ª Ed. | |
(f) AOAC Método Oficial 970.22, 17ª Ed. | |
(g) AOAC Método Oficial 980.14, 17ª Ed | |
(h) \begin{minipage}[t]{150mm} Analysis of Total Phenolic and Other Oxidation Substrates and Antioxidants by Means of Folin-Ciocalteu Reagent. Methods in Enzymology, Oxidants and Antioxidants, Part A, Lesler Packer (ed) (199), 299, 152-178 (ISBN 0121822001). Academic Press, San Diego. \end{minipage} | |
Recuento total | 1500 ufc/g |
Mohos y Levaduras | < 10 ufc/g |
Enterobacterias | < 10 ufc/g |
Coliformes | < 3NMP |
E. coli | Ausencia en 1 g |
Salmonella | Ausencia en 25 g |
Establecido el concepto expresado, se redacta a
continuación la nota de reivindicaciones, sintetizando así las
novedades que se desean reivindicar.
Claims (34)
1. Proceso para preparar un extracto de cacao
altamente soluble del tipo aplicado en alimentos, nutracéuticos,
suplementos dietéticos, y alimentos funcionales,
caracterizado esencialmente porque comprende seis pasos a
saber:
- a.
- Esterilización de la materia prima de cacao.
- b.
- Mezcla de materia prima de cacao ya esterilizada con agua.
- c.
- Tratamiento enzimático con el fin de favorecer la extracción de los componentes solubles, generando una parte sólida y otra líquida.
- d.
- Separación de la fase sólida y fase líquida.
- e.
- Concentrado de la fase líquida.
- f.
- Secado del concentrado de la fase líquida.
2. Proceso según reivindicación anterior,
caracterizado por presentar un séptimo paso opcional
consistente en el molido del concentrado seco generado a partir de
la fase líquida.
3. Proceso según reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque la materia prima de cacao está
constituida por cascarilla de cacao obtenida tras su separación de
la semilla de cacao.
4. Proceso según reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque la materia prima de cacao está
constituida por barquillo de cacao.
5. Proceso según reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque la materia prima de cacao está
constituida por barquillo de cacao esterilizado y molido a un
tamaño de partícula en 99% menor a 300 micras.
6. Proceso según reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque la materia prima de cacao está
constituida por una mezcla de dos de los productos descritos en las
reivindicaciones 3, 4 y 5.
7. Proceso según reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque la materia prima de cacao está
constituida por una mezcla de los tres productos descritos en las
reivindicaciones 3, 4 y 5.
8. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la esterilización de la materia prima
de cacao se realiza a través de vapor supersaturado a temperaturas
superiores a 100ºC y durante una exposición superior a 5
minutos.
9. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la esterilización de la materia prima
de cacao se realiza a través de vapor supersaturado a 150ºC,
durante una exposición de 30 minutos.
10. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la materia prima de cacao sea mezclada
en una proporción de entre 1:5 partes a 1:15 partes de materia
prima de cacao: agua realizándose esta mezcla a una temperatura
estabilizada de entre 50 y 70ºC.
11. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la materia prima de cacao es mezclada
en una proporción de 1 parte cacao por 7 partes de agua.
12. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque a la mezcla cacao:agua se añade una
enzima en un concentración de cómo mínimo 0,005 Unidades de
Beta-Glucanasa Fúngica (UBF) por Kg. de materia
prima de cacao.
13. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque a la mezcla cacao:agua se añade una
enzima en un concentración de 0,01 Unidades de
Beta-Glucanasa Fúngica (UBF) por Kg. de materia
prima de cacao.
14. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la reacción enzimática tiene lugar
durante un periodo de entre 1 a 3 horas.
15. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la reacción enzimática tiene lugar
durante un periodo de 2 horas.
16. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la separación de la mezcla de cacao y
agua para obtener una fase líquida y otra sólida se efectúa
mediante técnica de centrifugado.
\newpage
17. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque los sólidos en suspensión de hasta 20
micrones presentes en la fase líquida son retirados mediante un
decanter.
18. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque los sólidos en suspensión de hasta 5
micrones presentes en la fase líquida son retirados mediante un
clarificador.
19. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la fase líquida obtenida después del
centrifugado se concentra hasta alcanzar un valor de entre un 10 a
un 50% de los sólidos totales.
20. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la fase líquida obtenida después del
centrifugado se concentra hasta alcanzar un valor de un 16% de los
sólidos totales.
21. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la concentración de la fase líquida se
realiza mediante concentradores a un rango de temperaturas de entre
60ºC y 100ºC.
22. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la concentración de la fase líquida se
realiza mediante concentradores a una temperatura de 75ºC.
23. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la concentración de la fase líquida
puede realizarse en condiciones de vacío a presiones inferiores a
200 mbar.
24. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la fase líquida concentrada se seca a
menos de un 10% de humedad.
25. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la fase líquida concentrada se seca
preferiblemente a menos de un 5% de humedad.
26. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la fase líquida concentrada se seca
hasta un 3% de humedad.
27. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el secado se realiza a presión normal o
vacío, y a una temperatura superior a 60ºC e inferior a 150°C.
28. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el secado se realiza a presión normal o
vacío, y a una temperatura de 100ºC.
29. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el secado del producto se realiza
mediante un secante en aerosol.
30. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el secado del producto se realiza
mediante un secador vertical, horizontal o de vacío.
31. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el producto seco es prensado hasta
obtener un producto con partículas en un 99% menores a 300 micras
como máximo.
32. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el producto seco es prensado hasta
obtener un producto con partículas en un 99% menores a 100
micras.
33. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la desactivación de la enzima se realiza
a temperaturas superiores a 90ºC.
34. Proceso según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el producto final es un extracto de
cacao rico en fibras dietéticas solubles ideal para complemento de
chocolate, productos de panadería, bebidas, snacks, productos
lácteos, y postres.
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