WO2007110452A1 - Proceso para la modificación del color y ph en la producción de un extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble y uso de ese extracto. - Google Patents

Proceso para la modificación del color y ph en la producción de un extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble y uso de ese extracto. Download PDF

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WO2007110452A1
WO2007110452A1 PCT/ES2006/000144 ES2006000144W WO2007110452A1 WO 2007110452 A1 WO2007110452 A1 WO 2007110452A1 ES 2006000144 W ES2006000144 W ES 2006000144W WO 2007110452 A1 WO2007110452 A1 WO 2007110452A1
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cocoa
extract
previous
fiber
husk
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PCT/ES2006/000144
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Leila Moulay
Alvin Ibarra
Olga Vilanova
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Natraceutical Industrial S.L.U.
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    • A23G2200/06—COCOA; COCOA PRODUCTS, e.g. CHOCOLATE; SUBSTITUTES FOR COCOA OR COCOA PRODUCTS; CONFECTIONERY; CHEWING GUM; ICE-CREAM; PREPARATION THEREOF containing organic compounds, e.g. synthetic flavouring agents containing beet sugar or cane sugar if specifically mentioned or containing other carbohydrates, e.g. starches, gums, alcohol sugar, polysaccharides, dextrin or containing high or low amount of carbohydrate

Definitions

  • the object of the present invention as expressed in the statement of this specification consists of a process for the modification of color and pH in the production of a
  • One of the main objectives of alkalizing the soluble cocoa extract is to increase its pH and be able to use it in dairy applications.
  • the pH of the normal milk is between 6.5 and 6.7, however, the decrease in the pH of the milk produced by the addition of a common acid affects the solubility of the casein. During the acidification,
  • the protective sub-unit of the protein is inactivated, which allows the micelles to be able to come together causing the coagulation / rennet of the milk.
  • the casein micelle is destabilized, producing its agglomeration due to the decrease in its charge until reaching the isoelectric point.
  • the acidity of the medium increases the solubility of the minerals, so that the organic calcium and phosphorus contained in the micelle gradually become soluble in the aqueous phase.
  • the micelles disintegrate and the casein precipitates, resulting in the formation of clots.
  • the cocoa extract is made alkaline to avoid that during the storage of milk shakes containing this product the milk protein precipitates.
  • This patent describes the process of obtaining a soluble cocoa extract rich in dietary fiber from cocoa husk, or cocoa husk and cocoa wafer, in which process, the raw material is subjected to a heat treatment to darken the color and change its organoleptic properties. , as well as the alkalization conditions of the soluble cocoa extract to increase its pH.
  • the extract obtained is ideal for use as an ingredient in food and pharmaceutical products.
  • Application PCT / ES2005 / 000377 describes a process in which a soluble cocoa extract is obtained from husk and / or unroasted cocoa wafer.
  • the process does not include roasting or alkalization in the manufacturing process.
  • the final color of the product according to CIE * Lab gives a color profile of L: 44.71; a: 6.54 and b: 12.33.
  • the final product has a pH between 4.5 and 5.0.
  • the cocoa industry usually uses alkalis for the purpose of producing darker products and intended for specific applications.
  • the American legislation allows the addition of compounds in order to alkalize the cocoa derivatives among which are the ammonium, potassium or sodium bicarbonates; ammonium, potassium or sodium carbonates; and the ammonium, potassium or sodium hydroxides.
  • the alkalization of cocoa derivatives, especially cocoa powder has two main purposes. On the one hand, it increases the pH of the product, which in normal conditions is around 5, up to values close to 9, this allows to use cocoa powder in applications such as milk drinks. On the other hand, the increase in pH causes a significant color change. Thus, the most alkalized cocoa powder allows its use in applications where it is sought to have a darker color, which is related to a chocolate appearance, an effect sought by many chocolate and confectionery manufacturers.
  • the product developed in this invention uses cocoa husk and wafer as the main raw materials.
  • the husk contains more than 40% of dietary fiber, approximately (20% cellulose, 12% hemicellulose and 12% galacturonic acids).
  • the husk also contains protein (15%), lignin (13%, Klason method), minerals (13%), lipids (2%), carbohydrates (2% such as starches and sugars), theobromine (1%), and others compounds such as polyphenols, tannins and caffeine.
  • Cocoa husk is a product that has been used recently in various food and pharmaceutical applications.
  • cocoa butter is obtained and also a by-product that is a mixture of partially defatted husks and granules, this by-product is commonly known as wafer.
  • the wafer contains approximately 45% dietary fiber
  • the ES 2099676B1 patent protects an ingredient for human consumption destined for food and pharmacy, mainly in the dietary area. This ingredient is based on the roasting of the husk, and also describes its nutritional composition. However, this document does not describe that the husk is previously treated and the process conditions for obtaining the ingredient.
  • US 0052910 explains the method of obtaining a soluble cocoa fiber from husks, using an aqueous extraction.
  • the inventors use hot water during the extraction at a temperature between 100 0 C to 130 0 C. In the process no catalysts of any kind are used.
  • the soluble fiber is purified using activated carbon treatments, resin treatments, concentration with UF, precipitation with solvents, and finally mineral separation through dialysis or with an iron exchange resin.
  • This product is intended for application with protein in food, such as dairy drinks, stabilizers for cocoa drinks, agents for coverage with a wide range of applications, reducing starch aging in food, and extending the shelf life of food and drinks.
  • US 4948600 covers a process for making a product rich in dietary fiber from conventional cocoa powder.
  • the product is obtained by removing the starch from the powder of cocoa.
  • the starch is degraded enzymatically, and then, it is extracted with continuous washing through a separation operation. Finally, the low starch cocoa is dried.
  • a product with a dietary fiber content between 35% to 75% is obtained.
  • the concentration of soluble fiber is greater than the soluble fiber content.
  • the final product is suitable for producing, for example: chocolate enriched with dietary fiber, chocolate beverages enriched with dietary fiber, chocolate sauces enriched with dietary fiber, and sweets enriched with dietary fiber.
  • US 4156030 covers a process to obtain an extract from husks using acidified ethanol.
  • the husk is ground and the extraction is carried out at reflux temperature, in which the solution contains between 80% to 90% ethanol and 10 to 15% acid (hydrochloric, phosphoric, citric or tartaric).
  • the ethanol is evaporated and the concentrate is dried.
  • the invention describes the processes for varying the color and pH of a highly soluble cocoa extract.
  • the raw materials that can be used in the process of obtaining a highly soluble cocoa extract can be the husk or a mixture of cocoa husk and wafer.
  • the new process comprises eight phases or stages in total, some of which are optional, and then all the possible stages are related: - Grinding of the scale (optional).
  • This stage is optional since the rest of the process can be developed with the conventional particle size of the husk and its object is to achieve an additional darkening of the final product, the fiber extract rich in fiber and highly soluble.
  • the particles of the raw material originally have a very large variation in their sizes.
  • 91% of the scale is between 15 and 6 mm in size.
  • the scale is subjected to the action of a suitable mill until a particle size of less than 1 mm is reached. and preferably less than 0.2 mm.
  • This stage is also optional since the whole process can be developed without the presence of cocoa wafer.
  • This mixture is made in the same extractor where the enzymatic treatment will be carried out.
  • the proportion of this mixture is in parts of husks per wafer parts of approximately (7: 3) to (9: 1), and preferably (8: 2), 80% of husks per 20% of wafer.
  • the sterilization step can be carried out in a reactor equipped with a heat exchange chamber and a stirring system. Specifically through moist heat, by steam at a temperature between 100 0 C and 125 0 C, for a time between 15 minutes and one hour, preferably at a temperature of 121 0 C for 30 minutes. -Toasted
  • roasting of the raw material is carried out in order to preferably generate compounds derived from the Maillard reaction. These reactions positively affect the sensory profile of the final product because they improve the aroma and taste, as well as improve the color making it darker.
  • Roasting is preferably carried out dry, at temperatures between 120 ° and 180 ° C, and for a period of time greater than 30 minutes, but preferably less than 4 hours. For example, 160 0 C for 1 hour.
  • the sterile raw material by roasting or by direct sterilization is diluted with water in a proportion (1: 7) in an extractor and brought to a temperature between 75 0 C and 5 0 0 C, preferably 55 0 C.
  • the enzyme is added for hydrolysis, preferably a beta-glucanase, and the mixture is stirred for a time between 1 to 3 hours, preferably 1.5 hours. After that time, the stage is considered completed.
  • This stage is optional and is related to the alkalization of the acidic compounds present in the raw material.
  • the main responsible for the acidity of the final product are galacturonic acids.
  • the pH of the product obtained in the process described in the patent application PCT / ES2005 / 000377 ranges between 4.5 and 5.0. This is an ideal product for many applications; However, in some such as milk drinks it is preferable to increase the pH and place it close to neutrality, since it facilitates the stability of the casein.
  • the final pH of the product must be between a value greater than 5 and less than 9; preferably between 6.5 and 7.
  • alkaline reagents approved for use in cocoa must be used by the corresponding legislation, because the final product must be suitable for human consumption.
  • ammonium bicarbonate, potassium bicarbonate, sodium bicarbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate, sodium carbonate, ammonium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, magnesium carbonate, or oxide can be used. magnesium.
  • the alkali is added once the enzyme treatment stage is finished.
  • This alkali can be added directly to the extraction tank, or it can be previously diluted in order to facilitate its dissolution, preferably diluting it in water.
  • the liquid phase obtained contains approximately 2% of total solids. However, it is necessary to carry out a concentration until obtaining at least 20% of total solids in the concentrate, this being an optimal value to proceed to the drying phase.
  • the concentration preferably is carried out as a triple effect concentrator at a temperature of about 60 0 C to 75 0 C preferably 7O 0 C.
  • the concentrated liquid containing at least 20% solid extract is dried in a drier spray drier until a cocoa extract moisture reaches between 2 to 7%.
  • the final finished product is cocoa extract rich in fiber and highly soluble in a color that is substantially darker than a conventional extract (being darker by virtue of the more optional stages that have been carried out) and with a less acidic pH (if The optional alkalization phase has been executed)
  • Example 1 Change in brightness according to the particle size of the raw material.
  • three tests have been carried out to obtain the cocoa extract rich in fiber and highly soluble, varying in each of them the particle size of the raw material, that is, of the cocoa husk. It begins with a roasting of the husk at 120 0 C for one hour and subsequently said husk has been ground and sieved until a particle size is obtained (99% ⁇ lmm).
  • the roasted and sifted raw material was mixed with water at a concentration of 1: 7 raw material: water. Then, said mixture was heated in the extractor to 55 ° C, 0.05% of a commercial enzyme Ultraflo L (Novozyme) was added. The mixture was stirred continuously for 1.5 hours. After the enzymatic treatment time, the mixture was centrifuged and clarified until a liquid phase was obtained, which was then concentrated at 60 ° C in a triple effect concentrator, and stored in an auxiliary tank and dried in a drier spray dryer. The luminosity of the final product was determined according to the CIE * Lab method. Table 1 shows the results obtained.
  • Table 1 Color of the final product according to the particle size of the raw material roasted at 12O 0 C - 1 hour.
  • Example 2 Modification of the luminosity of the highly soluble cocoa extract depending on the roasting temperature of the raw material.
  • the raw material was roasted; cocoa husk at different temperatures and different times in order to obtain a reduction in the luminosity of the final product.
  • the cocoa husk was roasted at 120, 150 and 180 ° C for one and three hours and mixed with wafer in a proportion (8: 2).
  • the roasted raw material was mixed with water at a concentration of 1: 7 raw material: water.
  • said mixture was heated in the extractor to 55 ° C, 0.05% of a commercial enzyme Ultraflo L (Novozyme) was added.
  • Ultraflo L Novozyme
  • the mixture was stirred continuously for 1.5 hours.
  • the mixture was centrifuged and clarified until a liquid phase was obtained, which was then concentrated at 60 ° C in a triple effect concentrator, and stored in an auxiliary tank and dried in a drier spray dryer.
  • the luminosity of the final product was determined according to the CIE * Lab method. Table 2 shows the results obtained.
  • husk and wafer As raw material for the three processes, husk and wafer (80% and 20%) were used, which were sterilized with direct steam in the reactor in order to reduce the microbial load. After the heat treatment, the raw material was mixed in the extractor with water at a 1: 7 ratio. Then, the mixture in the extractor was heated to 55 ° C and 0.05% the commercial enzyme Ultraflo L (Novozyme) was added. The mixture was stirred for 1.5 hours.
  • Ultraflo L Novozyme
  • alkali sodium carbonate, Na2CO3 at 75g / L
  • alkali sodium carbonate, Na2CO3 at 75g / L
  • Table 3 Amount of Na 2 CO 3 consumed and pH in final product.
  • husk and wafer As raw material for the three processes, husk and wafer (80% and 20%) were used, which were sterilized with direct steam in the reactor in order to reduce the microbial load. After the heat treatment, the raw material was mixed in the extractor with water at a 1: 7 ratio. Then, the mixture in the extractor was heated to 55 ° C and 0.05% the commercial enzyme Ultraflo L (Novozyme) was added. The mixture was stirred for 1.5 hours. Once the enzymatic treatment was completed, the alkali (potassium carbonate, K 2 CO 3 at 50%) was added in the extractor in order to adjust the pH. The pH was determined with the AOAC method (1990).
  • the three mixtures were centrifuged and clarified to obtain a liquid phase that was concentrated at 60 ° C in a triple effect concentrator, and dried in a drier spray dryer.
  • Table 4 Amount of K2CO3 consumed and pH of the final product.

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Abstract

Proceso para la modificación del color y el pH en la producción de un extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble, del tipo empleado como complemento de fibra en alimentación, caracterizado esencialmente porque comprende seis fases o etapas obligadas y tres opcionales, a saber: Obligadas: - Esterilización o tostado de la materia prima, siendo ambas excluyentes entre sí - Tratamiento enzimático para favorecer la extracción de los componentes solubles - Separación de la fase sólida - Concentración de la fase líquida - Secado del concentrado anterior Opcionales: - Molienda de la cascarilla - Adición de barquillo - Alcalinización

Description

Proceso para Ia modificación del color y pH en Ia producción de un extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble y uso de ese extracto. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de Ia presente invención tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva consiste en un proceso para Ia modificación del color y pH en Ia producción de u
Un extracto de cacao altamente soluble en cualquier líquido, y especialmente en lácteos. Para ello es necesaria una alcalinización.
Uno de los principales objetivos de alcalinizar el extracto soluble de cacao, es para incrementar su pH y poder utilizarlo en aplicaciones lácteas.
El pH de Ia leche normal se encuentra entre 6.5 y 6.7 sin embargo, Ia disminución del pH de Ia leche producida por Ia adición de un ácido común, afecta Ia solubilidad de Ia caseína. Durante Ia acidificación,
Ia sub-unidad protectora de Ia proteína, es inactivada, Io que permite que las micelas puedan juntarse originando la coagulación / cuajo de Ia leche.
Químicamente, Ia micela de caseína es desestabilizada, produciéndose su aglomeración debido a Ia disminución de su carga hasta llegar a Ia del punto isoeléctrico. Al mismo tiempo, Ia acidez del medio aumenta Ia solubilidad de los minerales, por Io que el calcio y el fósforo orgánicos contenidos en Ia micela gradualmente se van volviendo solubles en Ia fase acuosa. Finalmente, las micelas se desintegran y Ia caseína precipita, resultando en Ia formación de coágulos.
Debido a todo Io anterior, se alcaliniza el extracto del cacao para evitar que durante el almacenado de los batidos lácteos que contengan este producto precipite Ia proteína de Ia leche.
Por otro lado, los efectos beneficiosos de Ia fibra dietética son varios, influyendo principalmente en Ia digestión y metabolismo de ciertas sustancias. En años recientes, también ha surgido evidencia científica de que un consumo adecuado de fibra puede tener efectos preventivos contra enfermedades crónicas, tales como distintos tipos de cáncer, la diabetes, el estreñimiento, las enfermedades cardiovasculares y Ia obesidad.
El consumo regular de fibra reduce el contenido de colesterol en Ia sangre, Io que significa menor riesgo de trastornos cardiovasculares. Los beneficios de Ia fibra soluble son más amplios. Equilibra el nivel de colesterol, combate las subidas de glucosa en sangre y también ayuda a regular el tránsito intestinal.
La FDA aconseja un ingesta de fibra dietética entre 30 y 40 g/día distribuida en un 30% de fibra insoluble y 70% de soluble para personas adultas.
La divulgación de los efectos positivos de Ia fibra ha propiciado el desarrollo industrial de numerosos alimentos y suplementos dietéticos enriquecidos en fibra.
Esta patente describe el proceso de obtención de un extracto soluble de cacao rico en fibra dietética a partir de cascarilla de cacao, o cascarilla de cacao y barquillo de cacao, en cuyo proceso, Ia materia prima es sometida a un tratamiento térmico para oscurecer el color y cambiar sus propiedades organolépticas. , así como las condiciones de alcalinización del extracto soluble de cacao para aumentar su pH. El extracto obtenido es ideal para su uso como ingrediente en productos alimentarios y farmacéuticos.
ESTADO DE LA TÉCNICA
La solicitud PCT/ES2005/000377 describe un proceso en el cual se obtiene un extracto soluble de cacao a partir de cascarilla y/o barquillo de cacao no tostado. En dicha patente, el proceso no contempla ni el tostado, ni Ia alcalinización en el proceso de fabricación. Por ejemplo, en el extracto soluble de cacao obtenido por el método de la patente, el color final del producto según CIE* Lab da un perfil de color de L: 44,71; a: 6,54 y b: 12,33. Además, el producto final tiene un pH entre 4,5 y 5,0. Durante el proceso del tostado se produce una reacción característica denominada reacción de Maillard, que se da a partir de los 1000C, entre los grupos carbonilos (-C = O) de algunos azúcares y los grupos aminos libres (- NH2), que puedan existir en las proteínas o aminoácidos libres de Ia cascarilla. Esta reacción va a conducir al pardeamiento y caramelización de Ia capa superficial, con el aporte de unas cualidades sensoriales muy particulares y apreciadas. La reacción de Maillard afecta positivamente al valor sensorial del alimento debido a los cambios de color y sabor.
La industria del cacao utiliza habitualmente álcalis con Ia finalidad de producir productos más oscuros y destinados a aplicaciones específicas. Así por ejemplo, Ia legislación norteamericana permite Ia adición de compuestos con el fin de alcalinizar los derivados del cacao entre los que se encuentran los bicarbonatos de amonio, potasio o sodio; carbonatos de amonio, potasio o sodio; y los hidróxidos de amonio, potasio o sodio.
La alcalinización de los derivados de cacao, sobre todo del cacao en polvo, tiene dos finalidades principales. Por un lado, incrementa el pH del producto, que en condiciones normales se encuentra alrededor de 5, hasta valores cercanos a 9, esto permite poder utilizar el cacao en polvo en aplicaciones tales como bebidas lácteas. Por otro lado, el incremento de pH origina un cambio de color significativo. Así, los polvos de cacao más alcalinizados permiten su uso en aplicaciones donde se busca tener un color más oscuro, el cual se relaciona con una apariencia a chocolate, un efecto buscado por muchos fabricantes de chocolate y confitería.
El producto desarrollado en esta invención utiliza como principales materias primas cascarilla y barquillo de cacao.
La cascarilla contiene más de un 40% de fibra dietética, aproximadamente (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 se viene usando recientemente en varias aplicaciones alimentarías y farmacéuticas.
En algunos procesos destinados sólo a Ia producción de manteca de cacao, se utilizan sistemas de prensado (hidráulicos o de expeller) para separar Ia manteca del grano entero. En el proceso se obtiene manteca de cacao y además un subproducto que es una mezcla de cascarilla y de granula parcialmente desgrasados, este subproducto se conoce comúnmente con el nombre de barquillo. El barquillo contiene aproximadamente un 45% de fibra dietética
(6% soluble y 39% insoluble). Además, contiene proteínas (24%), grasas (12%), y otros compuestos minoritarios como polifenoles, teobromina y cafeína.
Se han protegido algunas aplicaciones de Ia cascarilla y del barquillo para fabricar productos para uso alimentario y farmacéutico, los cuales sin embargo no influyen en Ia invención descrita en esta patente.
La patente ES 2099676B1 protege un ingrediente para el consumo humano destinado a Ia alimentación y farmacia, principalmente en el área dietética. Este ingrediente está basado en el tostado de Ia cascarilla, y además describe su composición nutricional. Sin embargo, este documento no describe que Ia cascarilla sea previamente tratada y 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 Ia extracción a una temperatura entre 100 0C a 130 0C. En el proceso no se utilizan catalizadores de ningún tipo. A continuación, Ia 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 Ia concentración de fibra ¡nsoluble 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, Ia cascarilla es molida y Ia extracción se lleva a cabo a temperatura de reflujo, en Ia cual Ia solución contiene entre el 80% al 90% de etanol y el 10 al 15% de ácido (clorhídrico, fosfórico, cítrico o tartárico). Después de Ia extracción el etanol es evaporado y el concentrado es secado.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención describe los procesos para variar el color y el pH de un extracto de cacao altamente soluble.
Las materias primas que se pueden utilizar en el proceso de obtención de un extracto de cacao altamente soluble pueden ser Ia cascarilla o una mezcla de cascarilla y barquillo de cacao.
El novedoso proceso comprende ocho fases o etapas en total, algunas de las cuales son opcionales, relacionándose a continuación Ia totalidad de etapas posibles: - Molienda de Ia cascarilla (opcional).
- Adición de barquillo a Ia cascarilla (opcional).
- Esterilización o Tostado (fases excluyentes).
-Tratamiento enzimático con el fin de favorecer Ia extracción de los componentes solubles. - Alcalinización (opcional).
- Separación de Ia fase sólida y prosecución del proceso con Ia fase líquida.
- Concentración de Ia fase líquida. - Secado del concentrado de Ia fase líquida.
MOLIENDA DE LA CASCARILLA:
Esta etapa es opcional dado que el resto de proceso puede desarrollarse con el tamaño de partícula convencional de Ia cascarilla y tiene como objeto el conseguir un oscurecimiento adicional del producto final, el extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble.
Se ha demostrado que el tamaño de partícula de Ia materia prima está directamente correlacionado con Ia luminosidad del producto final (medida por CIE*Lab). Así, cuanto más pequeña sea Ia partícula menor será Ia luminosidad, y por Io tanto el color del extracto soluble será más oscuro.
Este efecto de oscurecimiento del producto final es deseable debido a que así el extracto soluble de cacao mejora sus propiedades sensoriales acercándose más al perfil de un cacao convencional.
Las partículas de Ia materia prima poseen en origen una variación muy grande en sus tamaños. Así por ejemplo, el 91% de Ia cascarilla se encuentra con un tamaño entre 15 y 6 mm. Durante Ia etapa de molienda, Ia cascarilla es sometida a Ia acción de un molino adecuado hasta alcanzar un tamaño de partícula menor a 1 mm. y preferiblemente menor a 0.2 mm.
ADICIÓN DE BARQUILLO A LA CASCARILLA:
Esta etapa también es opcional dado que todo el proceso puede desarrollarse sin presencia de barquillo de cacao. Esta mezcla se realiza en el mismo extractor donde se realizará el tratamiento enzimático. La proporción de esta mezcla es en partes de cascarilla por partes de barquillo de aproximadamente (7:3) a (9: 1), y preferiblemente de (8:2), 80% de cascarilla por 20% de barquillo.
ESTERILIZACIÓN O TOSTADO:
Estas etapas son excluyentes por Io que o se efectúa una o Ia otra pero nunca las dos. En cualquier caso, siempre es necesario rebajar Ia carga microbiana de Ia materia prima a tratar siendo el tratamiento adecuado a este fin Ia esterilización. Por otro lado, con el tostado persigue en si un oscurecimiento de Ia de Ia materia, sin embargo, el tratamiento térmico que implica el tostado tiene también como efecto el rebajar Ia carga microbiana, por Io que en los casos donde se ejecute un tostado, no es necesario un proceso independiente de esterilizado.
-Esterilización
La etapa de esterilización se puede realizar en un reactor dotado de una cámara de intercambio de calor y de un sistema de agitación. Concretamente a través de calor húmedo, mediante vapor a una temperatura de entre 1000C y 1250C, durante un tiempo comprendido entre 15 minutos y una hora, preferiblemente a una temperatura de 1210C durante 30 minutos. -Tostado
Esta etapa, como se ha mencionado anteriormente implica dos efecto uno sobre el color y otro sobre Ia carga microbiana.
El tostado de Ia materia prima se realiza con el fin de generar preferiblemente compuestos derivados de Ia reacción de Maillard. Estas reacciones afectan positivamente el perfil sensorial del producto final debido a que mejoran el aroma y el sabor, así como mejora el color haciéndolo más oscuro. La tostación se realiza preferiblemente por vía seca, a temperaturas de entre 120° y 180° C, y durante un periodo de tiempo mayor a 30 minutos, pero preferiblemente menor a 4 horas. Por ejemplo, 160 0C durante 1 hora.
Las condiciones del tratamiento térmico descrito implican a Ia vez un descenso de Ia carga microbiana equivalente a una esterilización convencional.
TRATAMIENTO ENZIMÁTICO:
Durante esta etapa, Ia materia prima estéril por tostado o por esterilización directa se diluye con agua en una proporción (1:7) en un extractor y se lleva a una temperatura de entre 750C y 5O0C, preferiblemente 550C. Cuando se alcanza Ia temperatura idónea, se añade Ia enzima para Ia hidrólisis, preferiblemente una beta-glucanasa, y se agita Ia mezcla durante un tiempo de entre 1 a 3 horas, preferiblemente 1,5 horas. Trascurrido ese tiempo se considera concluida Ia etapa.
ALCALINIZACIÓN:
Esta etapa es opcional y está relacionada con Ia alcalinización de los compuestos ácidos presentes en Ia materia prima. Los mayores responsables de Ia acidez del producto final son los ácidos galacturónicos.
El pH del producto obtenido en el proceso descrito en Ia solicitud de patente PCT/ES2005/000377 oscila entre 4,5 y 5,0. Este es un producto ideal para muchas aplicaciones; sin embargo, en algunas tales como las bebidas lácteas es preferible incrementar el pH y situarlo cercano a Ia neutralidad, ya que facilita Ia estabilidad de Ia caseína.
El pH final del producto ha de estar comprendido entre un valor mayor a 5 y menor a 9; preferiblemente entre 6,5 y 7.
Para Ia alcalinización de este producto se han de utilizar reactivos alcalinos aprobados para su uso en cacao por Ia legislación correspondiente, en virtud de que el producto final ha de ser apto para el consumo humano. Así por ejemplo, se pueden utilizar bicarbonato de amonio, bicarbonato de potasio, bicarbonato de sodio, carbonato de amonio, carbonato de potasio, carbonato de sodio, hidróxido de amonio, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, carbonato de magnesio, u óxido de magnesio.
El álcali se añade una vez finalizada Ia etapa de tratamiento enzimático. Este álcali se puede añadir directamente al deposito de extracción, o se puede diluir previamente con Ia finalidad de facilitar su disolución, efectuándose preferiblemente su dilución en agua.
La cantidad de álcali añadido, Ia concentración, así como el tiempo de reacción deben ser tomados en cuenta durante el proceso con el fin de obtener el pH deseado en el producto final. SEPARACIÓN:
En esta etapa, se efectúa una separación de sólidos utilizando una centrifugadora. Se consigue así una fase sólida que es retirada y una fase líquida, con Ia que se prosigue el proceso.
CONCENTRACIÓN:
Después de Ia etapa de separación de sólidos, Ia fase líquida obtenida contiene aproximadamente un 2% de sólidos totales. Sin embargo es necesario realizar una concentración hasta obtener al menos un 20% de sólidos totales en el concentrado, siendo este un valor óptimo para proceder a Ia fase de secado.
La concentración se lleva a término preferiblemente en un concentrador de triple efecto, a una temperatura de aproximadamente 600C a 750C preferiblemente 7O0C.
SECADO:
En esta etapa, el líquido concentrado conteniendo como mínimo un 20% de extracto sólido, es secado en un secadero tipo spray drier hasta alcanzar una humedad en el extracto de cacao de entre 2 a 7%.
Tras esta etapa el producto final terminado es extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble de color sensiblemente más oscuro al de un extracto convencional (siendo más oscuro en virtud de cuantas más etapas opcionales se hayan efectuado) y con un pH menos ácido (si Ia fase opcional de alcalinización se ha ejecutado)
EJEMPLOS
Ejemplo 1. Cambio de Ia luminosidad en función del tamaño de partícula de Ia materia prima. En dicho ejemplo, se ha realizado tres ensayos para obtener el extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble variando en cada uno de ellos el tamaño de partícula de Ia materia prima, es decir de Ia cascarilla de cacao. Se comienza con un tostado de Ia cascarilla a 1200C durante una hora y posteriormente se ha molido y tamizado dicha cascarilla hasta obtener un tamaño de partícula (99% < lmm).
La materia prima tostada y tamizada se mezcló con agua a una concentración de 1:7 materia prima: agua. A continuación, se calentó dicha mezcla en el extractor hasta 55° C, se añadió un 0.05% de una enzima comercial Ultraflo L (Novozyme). La mezcla fue agitada continuamente durante 1.5 horas. Pasado el tiempo de tratamiento enzimático, Ia mezcla fue centrifugada y clarificada hasta obtener una fase líquida que después fue concentrada a 60° C en un concentrador de triple efecto, y fue almacenada en un deposito auxiliar y secada en un secadero de spray drier. La luminosidad del producto final fue determinada según el método de CIE* Lab. La tabla 1 muestra los resultados obtenidos.
Tabla 1: Color del producto final según el tamaño de partícula de Ia materia prima tostada a 12O0C - 1 hora.
Figure imgf000011_0001
Ejemplo 2. Modificación de Ia Luminosidad del extracto de cacao altamente soluble dependiendo de Ia temperatura de tostado de Ia materia prima. En este ejemplo, se realizó un tostado de Ia materia prima; cascarilla de cacao a distintas temperaturas y diferentes tiempos con el fin de obtener una reducción de Ia luminosidad del producto final.
La cascarilla de cacao fue tostada a 120, 150 y 180° C durante una y tres horas y se mezclo con barquillo en una proporción (8:2). La materia prima tostada se mezcló con agua a una concentración de 1:7 materia prima: agua. A continuación, se calentó dicha mezcla en el extractor hasta 55° C, se añadió un 0.05% de una enzima comercial Ultraflo L (Novozyme). La mezcla fue agitada continuamente durante 1.5 horas. Pasado el tiempo del tratamiento enzimático, Ia mezcla fue centrifugada y clarificada hasta obtener una fase liquida que después fue concentrada a 60° C en un concentrador de triple efecto, y fue almacenada en un deposito auxiliar y secada en un secadero de spray drier. La luminosidad del producto final fue determinada según el método de CIE* Lab. La tabla 2 muestra los resultados obtenidos.
Tabla 2: Color del producto final según Ia temperatura del tostado de Ia materia prima
Figure imgf000012_0001
Ejemplo 3. Alcalinización con carbonato sódicoCNa^CO^) .
En este ejemplo, se realizaron tres procesos con el fin de obtener un extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble alcalinizado.
Como materia prima para los tres procesos, se utilizó cascarilla y barquillo (80% y 20%), los que se esterilizaron con vapor directo en el reactor con el fin de reducir Ia carga microbiana. Después el tratamiento térmico, se mezclo en el extractor Ia materia prima con agua a una relación 1:7. A continuación, se calentó Ia mezcla en el extractor hasta 55° C y se añadió un 0.05% Ia enzima comercial Ultraflo L (Novozyme). La mezcla fue agitada durante 1.5 horas.
Una vez concluido el tratamiento enzimático, se añadió álcali (carbonato sódico, Na2CO3 a 75g/L) en el extractor con Ia finalidad de ajustar el pH.
Después de Ia neutralización, las tres mezclas fueron centrifugadas y clarificadas para obtener una fase liquida que se concentró a 60° C en un concentrador de triple efecto, y secadas en un secadero de spray drier. La medición del pH en el producto final se realizó según el método (AOAC 1990).
La tabla 3 muestra los resultados obtenidos.
Tabla 3: Cantidad de Na2CO3 consumida y pH en producto final.
Figure imgf000013_0001
Ejemplo 4. Alcalinización con carbonato de potasio (K2CO3).
En este ejemplo, se realizaron tres procesos con el fin de optimizar el uso de carbonato de potasio como reactivo, y finalmente se ensayó un cuarto proceso para comprobar Ia efectividad del modelo.
Como materia prima para los tres procesos, se utilizó cascarilla y barquillo (80% y 20%), los que se esterilizaron con vapor directo en el reactor con el fin de reducir Ia carga microbiana. Después el tratamiento térmico, se mezclo en el extractor Ia materia prima con agua a una relación 1 :7. A continuación, se calentó Ia mezcla en el extractor hasta 55° C y se añadió un 0.05% Ia enzima comercial Ultraflo L (Novozyme). La mezcla fue agitada durante 1.5 horas. Una vez concluido el tratamiento enzimático, se añadió el álcali (carbonato potasio, K2CO3 a 50%) en el extractor con Ia finalidad de ajustar el pH. El pH fue determinado con el método AOAC (1990).
Después de Ia alcalinización, las tres mezclas fueron centrifugadas y clarificadas para obtener una fase liquida que se concentró a 60° C en un concentrador de triple efecto, y secadas en un secadero de spray drier.
Con los datos obtenidos se construyó una recta que relaciona Ia cantidad de álcali añadida en el extractor, y el pH del producto final. La gráfica y Ia ecuación se presentan a continuación en Ia figura 4. Además se presenta Ia tabla 4 que describe los valores de pH y las cantidades de álcali consumidas.
Tabla 4: Cantidad de K2CO3 consumida y pH del producto final.
Figure imgf000014_0001
A pH del cuarto ensayo
— Unea de tendencia
Figure imgf000015_0001
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 Carbonato de potasio (mL)
Figura 4. Alcalinización con carbonato de potasio (K2CO3)
Con Ia finalidad de comprobar el modelo de optimización, se realizó un experimento adicional con el objetivo de alcanzar un valor teórico final de pH 6,50, alcanzándose un valor en el producto real de 6,60. Por Io tanto, el modelo pudo predecir el pH en el producto final con una diferencia de 1,5%.

Claims

REIVINDICACIONES
1. -"Proceso para Ia modificación del color y pH en Ia producción de un extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble" del tipo empleado como complemento de fibra en alimentación, caracterizado esencialmente porque comprende seis fases o etapas obligadas y tres adicionales a saber:
Obligas
- Esterilización o Tostado de Ia materia prima, siendo estas etapas excluyentes.
- Tratamiento enzimático con el fin de favorecer Ia extracción de los componentes solubles.
- Separación de Ia fase sólida y prosecución con Ia fase líquida.
- Concentración de Ia fase líquida. - Secado del concentrado de Ia fase líquida.
Adicionales
- Molienda de Cascarilla.
- Adición de barquillo.
- Alcalinización.
2.- "Proceso" según reivindicación 1, caracterizado porque Ia etapa de esterilización se realiza en un reactor dotado de una cámara de intercambio de calor y de un sistema de agitación, a través de calor húmedo a una temperatura de entre 1000C y 1250C, durante un tiempo comprendido entre 15 minutos y una hora, preferiblemente a una temperatura de 1210C durante 30 minutos.
3. "Proceso" según reivindicación 1, caracterizado porque Ia etapa de tostado se realiza en un reactor preferiblemente por vía seca, a temperaturas de entre 120° y 180° C, y durante un periodo de tiempo de entre 30 minutos a 4 horas,
4. -"Proceso" según reivindicación anterior, caracterizado porque el tostado se realiza a 160 0C durante 1 hora.
5.- "Proceso" según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en Ia etapa de tratamiento enzimático Ia materia prima estéril por tostado o por esterilización directa se diluye con agua en una proporción (1:7) en un extractor y se lleva a una temperatura de entre 750C y 500C, momento en que se añade Ia enzima para Ia hidrólisis y se agita Ia mezcla durante un tiempo de entre 1 a 3 horas.
6. -"Proceso" reivindicación anterior, caracterizado porque Ia materia prima estéril diluida en agua es calentada hasta alcanzar 550C.
7.-"PrOCeSo" según reivindicación 6 caracterizado porque Ia enzima empleada es preferiblemente una beta-glucanasa.
8.-"Proceso"según reivindicación 6 caracterizado porque Ia agitación de Ia mezcla se realiza durante 1,5 horas.
9. -"Proceso" según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque Ia etapa de separación se realiza preferiblemente en una centrifugadora, retirándose Ia fase sólida con y prosiguiendo el proceso con Ia fase líquida que contiene aproximadamente un 2% de sólidos totales.
10. -"Proceso" según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque Ia etapa de concentración se lleva a término preferiblemente en un concentrador de triple efecto, a una temperatura de entre 6O0C y
750C hasta alcanzar una concentración de cómo mínimo 20% de sólidos totales en líquido.
11. -"Proceso según reivindicación anterior, caracterizada porque Ia concentración se efectúa a una temperatura de 7O0C.
12-"Proceso" según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en Ia tapa de secado, el líquido concentrado conteniendo como mínimo un 20% de extracto sólido es sometido a Ia acción de un secadero tipo spray drier hasta alcanzar una humedad en el extracto de cacao de entre 2 a 7%.
13. -"Proceso" según reivindicación 1, caracterizado porque antes de Ia de Ia etapa de esterilización o Ia de tostado, según se ejecute una vía u otra, se ejecuta una fase adicional consistente en Ia molienda de Ia cascarilla de cacao hasta alcanzar un tamaño de partícula menor a 1 mm en un 99% del producto molido.
14.- "Proceso" según reivindicación anterior, caracterizado porque el tamaño de partícula de Ia cascarilla molida es preferiblemente menor a 0.2 mm. En un 99% de Ia materia molida.
15.- "Proceso" según reivindicaciones anteriores caracterizado porque antes de Ia de Ia etapa de esterilización o Ia de tostado, según se ejecute una vía u otra, y después de Ia posible molienda de Ia cascarilla, se ejecuta una fase adicional consistente en Ia adición de barquillo en una proporción de (7:3) 70% de cascarilla por 30% de barquillo a (9: 1) 90% de cascarilla por 10% de barquillo.
16.- "Proceso" según reivindicación anterior, caracterizado porque Ia proporción entre cascarilla de cacao y barquillo preferiblemente de (8:2), 80% de cascarilla por 20% de barquillo.
17.- "Proceso" según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tras el tratamiento enzimático y antes de Ia separación, se efectúa una fase adicional consistente en una alcalinización en Ia que se añade un álcali en una cantidad y concentración apropiadas para conseguir un producto final con un pH superior a 5,0 e inferior a 9,0.
18.- "Proceso" según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tras el tratamiento enzimático y antes de Ia separación, se efectúa una fase adicional consistente en una alcalinización en Ia que se añade un álcali en una cantidad o concentración apropiadas para conseguir un producto final con un pH de 6,5.
19,- "Proceso" según reivindicaciones 1, 17, y 18 donde los compuestos a utilizar en Ia alcalinización pueden ser: bicarbonato de amonio, bicarbonato de potasio, bicarbonato de sodio, carbonato de amonio, carbonato de potasio, carbonato de sodio, hidróxido de amonio, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, carbonato de magnesio, u óxido de magnesio.
20.- "Proceso" según reivindicación anterior donde los compuestos a utilizar son añadidos disueltos preferentemente en agua.
21.- "Uso" del extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble obtenido según reivindicaciones 1, 17, 18,19 y 20 para formar parte de Ia formulación de bebidas lácteas tales como batidos de cacao, en cuyo caso las proteínas lácteas no se desestabilizan a causa del pH.
22.- "Uso" del extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble obtenido según reivindicaciones 1 a 20 para formar parte de Ia formulación de productos de panificación, bollería y pastelería.
23.- "Uso" del "extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble" obtenido según reivindicaciones 1 a 20 para formar parte de Ia formulación de productos de dulces, chocolates y barritas de chocolate.
24. "Uso" del "extracto de cacao rico en fibra y altamente soluble" en las categorías de productos descritos en las reivindicaciones 21, 22 y
23, donde dicho extracto aporta una mejora en el perfil sensorial de las aplicaciones que influyen directamente sobre el color, aroma y sabor de las aplicaciones.
25.- "Uso" del "extracto de cacao altamente soluble" en las categorías de productos descritos en las reivindicaciones 21, 22, 23 y 24, donde dicho extracto incrementa el contenido de fibra dietética soluble de las aplicaciones.
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