WO2007138118A1 - Proceso de obtención de extractos de cacao con elevado contenido de polifenoles - Google Patents

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WO2007138118A1
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extract
cocoa powder
stage
polyphenol content
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María Angeles PASAMAR
Alvin Ibarra
Elena Cienfuegos-Jovellanos
Sara Laghi
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Natraceutical, S.A.
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    • A23V2002/00—Food compositions, function of food ingredients or processes for food or foodstuffs

Definitions

  • the invention relates to cocoa extracts, more specifically it relates to a process for obtaining cocoa extracts with high polyphenol content from unfermented cocoa seeds.
  • cocoa beans For centuries, the use of cocoa beans has evolved to what we now call chocolate (processed cocoa beans with different additional components such as sugars and milk among others). Studies of the components of chocolate have been done by means of liquid chromatography and it has been seen that the main purified monomeric compounds contained in chocolate are the catechin and epicatechin flavanols (JF Hammerstone et al., "Identification of procyanidins in cocoa (Theobroma cacao) ) and chocolate using high performance liquid chromatography / mass spectrometry ", J. Agrie. Food Chem., 47, 490-496 (1999)).
  • cocoa extracts are known.
  • US Patent 5,554,645 published on 10.09.1996, the preparation of cocoa extracts of various genotypes is described in which the cocoa beans are dried by freezing, once frozen they are pulsed and peeled and the resulting mass is defatted and extracted with a solvent, such as methanol, aqueous acetone, or ethyl acetate, from which the cocoa extract is obtained.
  • Cocoa extracts of various phenotypes as well as synthetic phenols have been tested in antioxidant, anti-tumor and anti-cancer compositions.
  • a kit that serves to treat tumors or cancer is also claimed.
  • cocoa beans that have a fermentation factor of 275 or less the shell is separated with the help of infrared rays, roasted to a temperature of 15 ° C, then ground to obtain a cocoa liquor.
  • a partially defatted solid is obtained which is used as a component in the manufacture of sticks and other food products.
  • US 6,627,232 published on 30.09.2003, by the same authors of the previous two, they use the processes of any of the methods described, with fermented and unfermented seeds, roasted and unroasted, alternatively, to obtain cocoa solids . From these solids they try different methods and solvents (the preferred method is the counter current) to extract the caffeine and theobromine from them.
  • WO 2005/115160 Al published on 08.12.2005, the authors of the present invention describe a process whereby a concentrate of polyphenols in cocoa is obtained, comprising the steps of: a) submitting the cocoa beans without ferment to a scald in water at a temperature of 85-100 0 C for a time of 3 to 15 minutes; b) dry the seeds at a temperature not exceeding 85 0 C obtaining seeds with a humidity of no more than 15%; c) grind the seeds obtained in the previous stage until at least 99% of the product has a particle size of 300 ⁇ m; d) subject the ground seeds to extraction; and e) concentrate said cocoa extract with polyphenols; whose process can optionally include a degreasing stage that is performed before stage (d).
  • cocoa powder rich in polyphenols and of low fat content that is characterized in that it consists of the following stages: 1) peeled; 2) pulped; 3) scalded; 4) drying; 5) defatted; 6) stabilized; 7) ground; and 8) micronized, whereby a cocoa powder is obtained that has a polyphenol content of more than 18% by weight of dry matter, a fat content of less than 1% by weight, a water content of 7 % by weight and a grain size of 99% less than 75 microns.
  • Another effect of polyphenols in mammals is that the antioxidant capacity of plasma is altered depending on the amount of flavonoids circulating in that plasma (JPE Spencer et al., "Bioavailability of flavan-3-ols and procyanidins: gastrointestinal tract influences and their relevance to be active forms in vivo ", Antioxid. Redox. Signal, 3, 1023-1039 (2000)). That is, the effect caused by polyphenols in the body depends on several factors, one of the most important being its bioavailability. This characteristic is closely related to the structure of the compound. Thus, the importance of catechin and epicatechin contents is based on the fact that, being monomeric structure compounds, they are more easily absorbed compared to larger molecular compounds, larger molecules need to be hydrolyzed to facilitate their absorption. For this reason the monomers have a greater bioavailability in the body.
  • the objective of the present invention is to obtain a cocoa product that not only has a high content of polyphenols but that these polyphenols have a high content of the Flavan-3-ol monomers (catechin and epicatechin), their dimers (Bl procyanidin and procyanidin B2) and the rest of procyanidins of greater molecular size (trimers, tetramers and polymeric procyanidins).
  • cocoa seeds are not fermented, since in several studies we have carried out the results they clearly indicate that unfermented cocoa seeds contain significantly higher levels than fermented ones because up to 70-80% of polyphenols can be degraded during fermentation (See for example [0008] of US 2004/0096566 Al) .
  • the cocoa obtained is low in fat since today it is known that a low fat diet is much more beneficial for health.
  • Figure 1 The first sheet represents the flow chart of the process of obtaining cocoa extracts rich in polyphenols from the collection of the cocoa cob to the stabilized ground cake / wafer.
  • the second sheet represents the continuation of the flowchart of the process of obtaining cocoa extracts rich in polyphenols: from the extraction of the cake / wafer to the obtaining of the hydroalcoholic, semi-purified and purified extracts.
  • the process corresponding to this invention to obtain cocoa extracts rich in polyphenols, from unfermented cocoa seeds consists of the following steps:
  • the cocoa cob is the fruit from which the raw material that will be used to develop the whole process of obtaining cocoa extracts with high polyphenol content is obtained.
  • This phase of the process consists in opening the cocoa cob and extracting the fresh seeds from its original pod, which is carried out manually maintaining the necessary hygiene conditions to avoid the contamination of the grains as much as possible of cocoa At this stage, fresh cocoa beans are obtained.
  • the fresh seeds can be cooled.
  • the cooling is carried out by immersing the seeds in water, which must be at a temperature not lower than I or C or higher than 25 ° C. With this procedure, a decrease in the internal temperature of the grain is achieved, reducing the risk of fermentation of cocoa beans during storage and avoiding the contact of cocoa beans with oxygen, which slows down the reactions of enzymatic browning.
  • the cocoa bean can remain in these conditions for a maximum time of 24 hours.
  • This phase of the process is intended to remove all or part of the pulp that covers the fresh cocoa beans in order to optimize the performance of the drying stage and prevent the caking of the seeds once dried.
  • the pulping is carried out, for example, with a stainless steel pulper, of the CI Talsa brand, model D500, adapted for this type of processing.
  • This type of machines pulp from 500 to 700 Kg / h, and are provided with a receiving hopper where the grain is discharged, which passes by gravity to a cylindrical sieve of mesh light between 3 and 5 mm.
  • This sieve has a concentric shaft with rubber finishing blades that propel the grain towards the sieve walls. The pulp passes through the screen mesh and the clean grain comes out of the mouth of the cylinder.
  • This phase of the process consists of scalding the seeds with water at an internal temperature of the seed not less than 85 0 C and not exceeding 100 0 C for a period of time not less than 3 minutes and not more than 15 minutes, preferably at a temperature of 95 0 C for 5 minutes.
  • This phase has as its main objectives a total or partial inactivation of the activity of the Polyphenoloxidase enzyme present in the cocoa bean, which helps to preserve the initial content of polyphenols present in the seed.
  • Polyphenoloxidase is an endogenous cocoa enzyme, its most important structural characteristic is the presence in its active center of two copper atoms, each linked to three histidines.
  • This enzyme has two enzymatic activities, one that hydroxylates the monophenols to diphenols (cresolase) and another that oxidizes the diphenols giving rise to quinones (catecholase), the quinones can be converted into triphenols and subsequently oxidized to hydroxyquinones, these compounds are very reactive so polymerization reactions may occur, leading to melanins. All this set of reactions causes the degradation and reduction of the phenolic compounds of cocoa, so the inactivation of polyphenoloxidase helps to preserve the content of these compounds.
  • the objective of this stage is to minimize the reduction of the total polyphenol content, as well as the catechin and epicatechin monomers and procyanidin BI and procyanidin B2 dimers.
  • Another objective achieved in this phase is the reduction of the possible microbial load of the grain.
  • a continuous scalding system is used.
  • the grain passes directly from the pulper to a cylindrical mesh where it is transported longitudinally through the cylinder by an endless thyme, during this process the grain is submerged in boiling water to achieve an internal grain temperature of 95 ° C, with a residence time of 5 minutes.
  • the water is heated by a steam jacket and the residence time of the grain is controlled by varying the speed of the auger.
  • a discontinuous scalding system can also be used, this system can consist of immersing limited quantities of cocoa beans in a stainless steel tank, equipped with resistors that heat the water.
  • a cylinder made of a stainless steel mesh is used that allows hot water to enter and prevents the grain from leaving. Once the residence time is completed, the cylinder with the grain is removed.
  • Seed moisture after drying should be between 1% and 12% expressed in weight / weight. Drying can be done at room temperature by drying the seeds in the sun or in dryers at a temperature not exceeding 8O 0 C.
  • the drying of the grain is carried out for example in a stage dryer with aeration system, in this dryer the humidity is removed by a process that involves several heating stages, which can be carried out in independent chambers. In each chamber heating parameters are applied that vary the drying speed of each of the stages, thus optimizing the drying of the grain and avoiding the closure of the pores thereof.
  • a cooling stage can be included, where the temperature of the seed is lowered to 30 0 C.
  • the air is heated at the entrance of the system and its temperature is controlled throughout the entire process. by arranging probes in each of the cameras.
  • the moisture contained in the air is removed by a condensation process, so that it can be recirculated. Drying can also be done in a batch dryer on drying platforms.
  • the pressing phase aims to partially remove the fat present in unfermented cocoa beans. This process is done by extrusion of cocoa beans. To carry out this phase of the process you can use a screw press (screw), also called eject (expeller) or extruder (extruder). This equipment consists of a continuous mechanical extractor where the beans are pressed and the cocoa butter is extracted by pressure.
  • These equipments are formed by a hopper where the cocoa beans are discharged, subsequently passing to a trough where it is heated to a temperature not lower than 35 0 C, this material is pressed by a helical screw that rotates inside a cylinder, so that the fat is issued and drained.
  • the product obtained in this phase can be called cake if It comes from husked grains or wafer if it comes from grains with husks.
  • the temperature of this product at the exit of the press must be below 8O 0 C.
  • the unfermented unfermented cocoa cake partially defatted is obtained.
  • the fat content of this cake must be between 8% and 30% expressed as a percentage of dry weight, for example 12%.
  • This phase of the process aims to reduce the temperature of the cake (or meal) obtained in the previous step to a temperature not exceeding 35 0 C, to facilitate subsequent milling step.
  • the stabilization process can be done with a cooler, equipped inside with vanes that stir the product.
  • This equipment can be equipped with a jacket through which cold water is circulated to facilitate the reduction of the temperature in the product.
  • This phase of the process is intended to reduce the particle size of the cake or wafer in order to improve the contact surface at the time of extraction.
  • a cocoa product of which at least 80%, preferably at least 95%, and still more preferably at least 99% of the cocoa particles having a particle size of less than 0.5 mm is obtained.
  • the grinding can be done with a hammer mill equipped with sieve, or with any other grinding system that allows to reach the desired particle size.
  • Solid-Liquid Extraction This phase aims to perform a selective extraction of the polyphenols present in the cake or cocoa wafer.
  • the migration of the polyphenols of the cake or cocoa wafer to the extraction solvent depends on a set of factors such as the solid-liquid ratio, the particle size of the material to be extracted, the extractive mixture, the extraction temperature and the time Extraction
  • the solid / liquid ratio must be greater than 1/3, for example 1/5.
  • This extraction is preferably carried out using cake or ground wafer since the decrease in particle size increases the contact surface and facilitates the extraction of the polyphenols.
  • This stage of the process is carried out using an extractive polar mixture composed of ethanol and water, the proportion of these solvents varying from 30% ethanol and 70% water (v / v), up to 100% ethanol, the preferred mixture being 70% ethanol and 30% water (v / v).
  • the extraction temperature can vary from 4O 0 C to 8O 0 C, for example 70 0 C.
  • the extraction time used is usually greater than 30 minutes, for example 1 hour and a half.
  • This step is preferably performed on stainless steel extractors provided with hot water or steam jackets to maintain the desired extraction temperature. Frequently, the mixture is stirred with stainless steel blades, which are driven by motors equipped with devices for varying the speed (mechanical or electrical) in order to optimize the extractive process.
  • This phase aims to separate the semi-depleted solid (solid phase) and the hydroalcoholic extract enriched in polyphenols (liquid phase).
  • the semi-depleted solid can be subjected to a new extraction stage or removed as a residue, this is done depending on the content of polyphenols remaining in it.
  • Usually up to two stages of extraction are usually carried out with the same raw material since in the third stage of extraction usually very low mass yields are obtained.
  • the mass yield corresponds to the percentage ratio between the amount of solids recovered in the hydroalcoholic extract and the amount of initial toita or wafer.
  • the hydroalcoholic extract obtained in the first extraction stage usually has a dry residue between 5 and 100 g / L, for example 25 g / L.
  • the dry residue expresses the solids content in the extract. This value may decrease if washing is performed during separation. In case of successive extractions, these are carried out under the same conditions described above.
  • the extract obtained in the second extraction stage can be combined with the extract obtained in the first stage.
  • the separation can be done using various equipment; for example using a decanter, a vacuum filtration system with optional addition of filtration lands, or through a plate filter.
  • This phase aims to remove ethanol and optionally part of the water from the hydroalcoholic extract.
  • the process is carried out for example in stainless steel concentrators that They can be one, two and up to three stages.
  • the concentration temperature can vary between 30 0 C and 70 0 C depending on the vacuum pressure reached in the equipment.
  • Solvents removed from the extract can be recovered and separated in a rectification tower to be reused in future extraction processes.
  • the ethanol is preferably completely eliminated from the hydroalcoholic extract and partially the water, so that the extract is in an aqueous medium.
  • This concentrate in aqueous medium can be used to obtain three final products. It can be dried directly to obtain the hydroalcoholic extract, or purified with ethyl acetate in order to obtain the purified extract and the semi-purified extract.
  • This phase aims to reduce the moisture content of the extract until it has the characteristics of a powder.
  • This stage can be carried out using for example a spray-dryer, or a dryer with an alternative vacuum system.
  • the drying temperatures should not be less than 4O 0 C and not more than 100 0 C.
  • the hydroalcoholic extract obtained must have a moisture content of less than 10% expressed by weight / weight, preferably less than 5%, for example 3%.
  • the hydroalcoholic extract should have a particle size of less than 500 microns, preferably less than 200 microns, for example less than 50 microns.
  • the total polyphenol content is between 35% and 55% expressed on a dry basis, for example 40%.
  • the total polyphenol content was measured according to the Folin-Ciocalteau method.
  • the hydroalcoholic extract has catechin levels between 10 and 70 mg / g; epicatechin between 80 and 350 mg / g; Procyanidin Bl between 1 and 10 mg / g; and procyanidin B2 between 30 and 125 mg / g.
  • the determination of the content of flavonols in each of the extracts has been carried out by column chromatography using an Alginet 1100 chromatograph with a Cl 8 column filler and eluting with Acidified Water and Acetonitrile with an Array Diode UV detector at a wavelength at 200 nm. The patterns were provided by Sigma Aldrich (catechin and epicatechin), and Extrasynthese (Procyanidins Bl and B2). Liquid-liquid extraction of the extract concentrated in (j) and separation of the aqueous and organic phases
  • Purification occurs by migration of a part of the polyphenols from the hydroalcoholic concentrate to ethyl acetate. Since the hydroalcoholic concentrate is in an aqueous medium, when ethyl acetate is added, by polarity difference both form two immiscible phases that correspond to an aqueous phase (semi-purified) and an organic phase of ethyl acetate (purified) .
  • the purification process is carried out in a counter-current system at a temperature preferably greater than 2O 0 C and less than 7O 0 C; for example at 50 0 C. Subsequently, the phases are separated by polarity difference. Once the phases are separated, they are concentrated and dried, obtaining two different products. These are the semi-purified extract obtained from the aqueous fraction, and the purified extract obtained from the organic fraction of ethyl acetate.
  • Concentration of the aqueous phase obtained in (1) This phase aims to remove water from the semi-purified extract.
  • the concentration can be carried out in stainless steel concentrators that can be one, two and even three stages.
  • the concentration temperature can vary between 3O 0 C and 70 0 C depending on the vacuum pressure reached by the system.
  • the extract may have a solids concentration preferably between 15% and 40% weight / weight; for example 20% weight / weight.
  • the drying phase aims to reduce the moisture content until the extract has the characteristics of a powder.
  • This stage can be carried out using for example a spray-dryer, or a dryer with an alternative vacuum system.
  • the drying temperatures should not be lower than 4O 0 C or higher than 8O 0 C.
  • the semi-purified extract should have a particle size of less than 500 microns, preferably less than 200 microns, for example less than 50 microns.
  • the semi-purified extract obtained must have a moisture content of less than 10% expressed by weight / weight, preferably less than 5%, for example 3%.
  • the total polyphenol content between 20% and 45% expressed on a dry basis, for example 35%. The total polyphenol content was measured according to the Folin-Ciocalteau method.
  • the semi-purified extract has catechin levels between 10 and 50 mg / g; epicatechin between
  • Procyanidin Bl between 1 and 8 mg / g
  • procyanidin B2 between 25 and 90 mg / g.
  • the analysis of the polyphenol profile is performed with the same one described for the hydroalcoholic extract.
  • This phase aims to remove the organic solvent, in this case ethyl acetate, from the purified extract.
  • the concentration can be carried out in stainless steel concentrators that can be one, two and even three stages.
  • the concentration temperature can vary between 3O 0 C and 70 0 C depending on the vacuum pressure reached by the system.
  • the extract may have a solids concentration preferably between 15% and 40% weight / weight; for example 20% weight / weight.
  • the drying phase aims to reduce the solvent content until the extract has the characteristics of a powder.
  • This stage can be carried out using for example a spray- ⁇ yer, or a dryer with an alternative vacuum system.
  • the drying temperatures should not be lower than 4O 0 C or higher than 8O 0 C.
  • the purified extract should have a particle size of less than 500 microns, preferably less than 200 microns, for example less than 50 microns.
  • the purified extract obtained must have a moisture content of less than 10% expressed by weight / weight, preferably less than 5%, for example 3%.
  • the total polyphenols content between 60% and 90% expressed on a dry basis, for example 85%.
  • the total polyphenol content was measured according to the Folin method.
  • the purified extract has catechin levels between 40 and 100 mg / g; epicatechin between 200 and 500 mg / g; Procyanidin Bl between 5 and 20 mg / g; and procyanidin B2 between 80 and 250 mg / g.
  • the analysis of the polyphenol profile is performed with the same described for the hydroalcoholic extract and for the semi-purified extract.
  • Optional phases
  • the cleaning phase is optional, and aims to eliminate traces of foreign substances that accompany cocoa beans.
  • This cleaning can be done using a Bulher device, which consists of a screening system, with mesh light between 2 and 10 mm, and equipped with an optional air intake system that allows the separation of foreign substances.
  • the husking phase is optional and aims to partially remove the shell that surrounds the cocoa beans. This process is carried out mechanically.
  • the dry unfermented cocoa seeds pass through an automated system where they are fragmented, the detached husk is removed by an aspiration process, thus obtaining the cocoa nibs (the term nib refers to the cocoa-free cocoa fragments).
  • nib refers to the cocoa-free cocoa fragments.
  • cocoa nibs are obtained with a residual husk content that must be less than 7%, and preferably less than 2%.
  • Example 1 Laboratory test: Comparison of Hydroalcoholic Extracts of polyphenols obtained using cocoa cake with different fat content as raw material.
  • Solid-liquid extraction 100 g of cocoa cake is subjected to a solid-liquid extraction with a mixture of ethanol: water in proportion (70:30), using a 2-liter glass flask-reactor equipped with a cooling system. Stirring is done mechanically using a Heidolph engine equipped with propeller blades. The extraction conditions are 7O 0 C for an hour and a half with a solid / liquid ratio of 1/5.
  • the extract is separated from the semi-depleted solid by a vacuum filtration process using a laboratory filtration system with a 15-25 micron filter ALBET n 0 411.
  • the semi-depleted solid is washed several times with water. Distilled and subsequently subjected to a second and third stage of solid-liquid extraction in order to study the mass yields and recovery of polyphenols obtained at each stage.
  • Extract concentration The obtained extract is concentrated at a temperature of 55 0 C and a pressure below 150 mbar vacuum, employing a rotary evaporation system laboratory model Heidolph V V2000 brand.
  • the concentrated extract is dried at 70 0 C in a laboratory oven Gallenkarn brand Model 5
  • the total polyphenol content of the extracts obtained is quantified according to the method of
  • Table 1 shows the total polyphenol contents of the hydroalcoholic extracts, the mass recovery yields and the recovery yields of polyphenols 5 obtained in the extraction processes, using cocoa cake with 30% and 12% of matter grease.
  • the yields of the second and third stage are referred to the initial contents of the raw material.
  • the process conditions are similar in all three tests, only the concentration of ethanol is varied.
  • the raw material used is cocoa cake from the processing of the Amazonian cocoa seed, clone CCN 51 unfermented, scalded, dried and husked.
  • the cake has a fat content of 12% and a polyphenol content of 18% expressed on a dry basis.
  • the humidity of this cake is 6.77%.
  • cocoa cake 100 g is subjected to a solid-liquid extraction in a single extraction stage.
  • the extraction is carried out in a 2-liter glass reactor-flask equipped with a cooling system. Stirring is done mechanically using a Heidolph engine equipped with propeller blades.
  • the extraction conditions are 7O 0 C for an hour and a half with a solid / liquid ratio of 1/5.
  • the extraction mixtures used in each of the processes are:
  • Process 1 etanohagua (50:50)
  • Process 2 ethanol: water (70:30)
  • the extract is separated from the semi-depleted solid by a vacuum filtration process using a laboratory filtration system with a 15-25 micron ALBET nMI l filter.
  • the solid residue obtained after filtration is removed.
  • Extract concentration The obtained extract is concentrated at a temperature of 55 0 C and a pressure below 150 mbar vacuum, employing a rotary evaporation system laboratory model Heidolph V V2000 brand.
  • the concentrated extract is dried at 70 0 C in a laboratory oven Gallenkam brand Model 5 A-5799 OVL-570010J equipped with a vacuum system.
  • the total polyphenol content of the extracts obtained is quantified according to the modified Folin-Ciocalteu method, in which the polyphenols are expressed as catechin equivalents (Singleton, V .; Rossi, J. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. Am. J. Enol. Vitic. 16 ,, 144-158, 1965)
  • Table 2 shows the contents of polyphenols, the mass and recovery yields of polyphenols obtained at different concentrations of ethanol.
  • Graph 1 shows the increase in the concentration of polyphenols as a function of the concentration of ethanol in the extractive mixture.
  • This test is carried out using cocoa cake raw material from the processing of the Amazonian cocoa seed, clone CCN 51 unfermented, scalded, dried and husked.
  • the cake has a fat content of 12% and a polyphenol content of 18% expressed on a dry basis.
  • the humidity of this cake is 6.77%.
  • cocoa cake 100 g is subjected to a solid-liquid extraction in a single extraction stage.
  • the extraction is carried out in a 2-liter glass flask-reactor equipped with a cooling system. Stirring is done mechanically using a Heidolph engine equipped with propeller blades.
  • the extraction conditions are 7O 0 C for an hour and a half with a solid / liquid ratio of 1/5.
  • the extract is separated from the serni-depleted solid by a vacuum filtration process using a laboratory filtration system with a 15-25 micron filter ALBET brand n 0 411.
  • the obtained extract is concentrated until complete elimination of ethanol, at a temperature of 55 0 C and a pressure below 150 mbar vacuum, employing a rotary evaporation system laboratory.
  • the concentrated extract is subjected to a purification process by means of a liquid-liquid extraction with ethyl acetate.
  • a liquid-liquid extraction with ethyl acetate To this concentrated extract is taken and diluted twice with water, then is added a proportional volume of ethyl acetate and the mixture was vigorously stirred at a temperature of 50 0 C for 30 minutes in a reactor glass flask two liters Stirring is done mechanically, using a Heidolph stirring motor. Subsequently, the mixture is separated in a separatory funnel and the fraction corresponding to ethyl acetate is recovered.
  • the extract obtained is concentrated until the complete elimination of ethanol, at a temperature of 40 0 C and with a vacuum pressure of less than 150 mbar, using a laboratory rotary evaporation system brand Heidolph model V V2000.
  • the concentrated extract is dried in an aeration oven with an external ventilation system to a humidity of 5.4%.
  • the total polyphenol content of the extracts obtained is quantified according to the method of
  • Example 4 Industrial test: Obtaining cocoa extracts rich in polyphenols at the industrial level
  • the process is carried out with 10,000 Kg of fresh cocoa seeds in drool, the contents of the seed on a wet basis are approximately 65% moisture, which includes the moisture corresponding to the pulp, 17% fat, 4% husk, 3.5% of total polyphenols. These seeds were subjected to a pulping treatment using a stainless steel puller CI Talsa model D500 adapted for this type of processing.
  • the grain is discharged into the hopper and by gravity passes to a cylindrical sieve, this sieve has a mesh light between 3 and 5 mm, inside it shovels propel the grain towards the walls of the sieve, thus achieving the separation of 90 % of the pulp present in the grain and obtaining 7,210 kg of pulped grain with a residual pulp content of 3%, 47% moisture, 23.5% fat and 5.5% husk, 4, 8% of total polyphenols.
  • the grain passes directly from the pulper to a cylindrical mesh where it is transported longitudinally through the cylinder by an endless thyme, during this process the grain is submerged in boiling water to achieve an internal temperature of the grain of 95 0 C, with a residence time of 5 minutes.
  • the water is heated by a steam jacket and the residence time of the grain is controlled by varying the speed of the auger.
  • the grain obtained in the scalding stage with a humidity close to 50%, is dried at 70 0 C until its humidity is reduced to approximately 6%, for this a stage dryer with an aeration system specially designed for this process is used.
  • the cocoa bean is subjected to different drying conditions in each of the stages, varying the drying rate in each of them. After this process, 3,805 kg of dry grain are obtained with a residual humidity of 6%, 44% fat, 10.5% husk and 9.1% of total polyphenols, all the contents expressed in a wet base.
  • the dried grain is subjected to a cleaning treatment in which the remains of foreign particles such as ropes, stones etc. are removed, this cleaning is done in a Buhler brand cleaner.
  • a cleaning treatment in which the remains of foreign particles such as ropes, stones etc. are removed, this cleaning is done in a Buhler brand cleaner.
  • the grain goes to a stage of fragmentation and husking, in which the grains are fragmented, obtaining a granule that is classified by size.
  • the husk is removed by aspiration, removing at least 90% of the husk present in the grain. This process is carried out in a DK 100 Martin Lloverás type husking machine, and from it 3,475 kg of husked cocoa nibs are obtained with a residual husk content of 2%, 6.5% humidity, 48% of fat and 10% total polyphenols.
  • the beans obtained in this stage are subjected to a defatting process by pressing in expeller, this process is carried out by extrusion of the cocoa nibs, thus being able to remove part of the fat fraction.
  • a continuous press KP Harburguer Einsem Bronzewerke was used to carry out the pressing. From this process, 1,910 kg of cocoa cake with a fat content of 9%, 18% of polyphenols expressed on a wet basis, are obtained, the cake moisture being 10%.
  • the cake obtained at this stage leaves at a temperature> 35 0 C and to be ground it is necessary to subject it to a cooling and stabilization process. This is done using a rotary vane cooler. The temperature of the cake at the outlet of the cooler is approximately 15 0 C. Once stabilized, the cake is subjected to a grinding process, which is carried out in a hammer mill equipped with a sieve (MS-33-M1 ) Gruber Hnos. SA obtaining 1,890 kg of ground cake with a particle size of less than 500 microns in 99% of the cake and a humidity of 10%. In order to obtain the extracts with a high content of polyphenols, 1,850 kg of this cake in dry weight are subjected to a solid-liquid extraction process.
  • the extraction is carried out with a mixture of Ethanol: Water (70:30) at 70 0 C under constant stirring for an hour and a half. After this time, the extract is separated from the spent solid by a vacuum filtration process. The obtained extract is concentrated at 55 0 C in a concentrator with a vacuum pressure of 150 mbar, until eliminating all the ethanol, thus obtaining a concentrate Hidroalcohólico with a mass yield of 23% and 64% recovery of polyphenols. Half of this concentrated extract is dried in a spray- ⁇ ing system 70 0 C to reduce the moisture to about 10%. In this stage, 190 kg of Hydroalcoholic Extract are obtained, with a total polyphenol content of 50% expressed on a dry basis, with a mass yield of 11% and a recovery yield of polyphenols of 32% with respect to the cake.
  • the rest of the concentrated extract is subjected to a liquid-liquid extraction in an extractor at 50 ° C. From this stage two aqueous and one ethyl acetate phases are obtained.
  • the aqueous phase is concentrated in a concentrator at 55 0 C and dried with a spray system- ⁇ ing at a temperature of 70 0 C, obtaining 142 kg of Extract Semi-Purified containing polyphenol 40% expressed in a dry base , at this stage a mass yield of 9% and a recovery yield of 20% polyphenols with respect to the initial cake is obtained.
  • phase of ethyl acetate is concentrated at a temperature of 40 0 C and dried in a spray system- ⁇ ying obtaining 38 kg of purified extract containing polyphenols 85% expressed in a dry base, at this stage yields a 2.5% mass yield and 11.9% polyphenol recovery yield with respect to the initial cake.

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Abstract

Proceso de obtención de extractos de cacao en polvo con un elevado contenido en polifenoles: catequina, epicatequina, procianidina B1 y B2, no fermentado, cuyas etapas principales son: pelado o desengrullado de la semilla, enfriamiento, despulpado, escaldado, secado, desgrasado, estabilización y molido, pudiendo intercalarse una fase de limpieza y/o otra de descascarillado entre las de secado y desgrasado. A continuación se realiza una extracción hidroalcohólica, tras la cual se separan las fases sólida y líquida. El extracto líquido se concentra y: - se seca, obteniéndose un extracto hidroalcohólico en polvo con un contenido en polifenoles totales de 35-55%, todos los porcentajes expresados como base seca. - se realiza una extracción líquido-líquido, separándose el extracto obtenido en: - una fracción acuosa, a partir de la cual, tras su concentración y secado, se obtiene un extracto semipurificado en polvo, con un contenido en polifenoles totales de 20-45%, y - una fracción orgánica, a partir de la cual, tras su concentración y secado, se obtiene un extracto purificado en polvo, con un contenido en polifenoles totales de 60-90%.

Description

PROCESO DE OBTENCIÓNDE EXTRACTOS DE CACAO CONELEVADO CONTEMDODEPOLD7ENOLES
Sector de la técnica
La invención se refiere a extractos de cacao, más concretamente se refiere a un proceso de obtención de extractos de cacao con elevado contenido en polifenoles a partir de semillas de cacao sin fermentar.
Estado de Ia técnica
En los últimos años se ha desarrollado un creciente interés en productos alimentarios tales como el té verde, la manzana, las aceitunas, el vino y el cacao como fuente de polifenoles debido al carácter antioxidante de estos compuestos. La utilización del cacao y el chocolate en medicina y la idea de sus posibles beneficios para la salud viene de antiguo. Ya los indígenas del "nuevo mundo" dejaron evidencia de su utilización en su vida diaria, siendo Hernán Cortés el primero de los conquistadores españoles que mencionó los términos "cacao" y "chocolate". Sin embargo, fue el sueco naturalista Karl von Linné (conocido como Carolus Linnaeus) el que publicó un estudio taxonómico donde los ligaba con su genero y especie, Theobroma Cacao, que significa, "alimento de los dioses". En el pasado, el Theobroma Cacao se utilizó para curar enfermedades varias pero desapareció progresivamente hasta que estudios recientes han demostrado de forma inesperada que el cacao posee un gran potencial para "aumentar la salud" (T.L. Dillinger et al., "Food of the Gods: Cure for the Humanity? A cultural history of the medicinal and ritual use of chocolate", J.Nutr., 130, 2057S-2072S (2000)).
Hoy día existe bastante literatura patente y no patente que respalda los posibles beneficios de incluir cacao en la dieta debido a sus contenido de polifenoles, concretamente los fiavonoides y su clase específica los flavanoles, que proporcionan un efecto beneficioso en la circulación (L.I. Meneen et al., "Consumption of foods rich in flavonoids is related to a decreased cardiovascular risk in apparently healthy French women", J.Nutr. K3, 923-926 (2004)), para el corazón (M.G. Hertog et al., "Dietary antioxidant flavonoids and risk of coronary desease: the Zutphen Elderly Study", Lancet 342, 1007-1011 (1993)), contra el cáncer (M.G. Hertog et al., "Flavonoid intake and long-term risk of coronary heart desease and cáncer in the seven countries study", Arch. ínter. Med. 155, 381-386 (1995)), y contribuyen a Ia prevención de enfeπnedades neurodegenerativas y de la diabetes mellitus (A. Scalbert et al., "Dietary polyphenols and the prevention of deseases", Crit. Rev. Food ScL Nutr. 45, 287-306 (2005))
Durante siglos la utilización de los granos de cacao ha evolucionado a lo que hoy día llamamos chocolate (granos de caco procesado con distintos componentes adicionales como azúcares y leche entre otros). Se han hecho estudios de los componentes del chocolate por medio de cromatografía líquida y se ha visto que los compuestos monómericos purificados principales contenidos en el chocolate son los flavanoles catequina y epicatequina (J.F. Hammerstone et al., "Identification of procyanidins in cocoa (Theobroma cacao) and chocolate using hígh- performance liquid chromatography/mass spectrometry", J. Agrie. Food Chem., 47, 490-496 (1999)).
Se conocen varios procesos para obtener extractos de cacao. En la patente US 5,554,645, publicada el 10.09.1996, se describe la preparación de extractos de cacao de varios genotipos en la que los granos de cacao se secan por congelación, una vez congelados se despulpan y descascarillan y la masa resultante se desgrasa y extrae con un disolvente, tal como metanol, acetona acuosa, o acetato de etilo, de donde se obtiene el extracto de cacao. Se han ensayado los extractos de cacao de varios fenotipos así como fenoles sintéticos en composiciones antioxidantes, antitumorales y anticancerígenos. También se reivindica un kit que sirva para tratar tumores o cáncer.
En la patente US 6,015,913, publicada el 18.01.2000, las semillas de cacao se calientan a 100- HO0C por medio de rayos infrarrojos, sin que lleguen a tostarse, separándose la cascara. Las semillas descascarilladas se pasan por una prensa para desgrasarlas obteniéndose un sólido de cacao que contiene procianidinas.
En la patente US 6,312,753, publicada el 06.11.2001, semillas de cacao que tienen un factor de fermentación de 275 o menor, se separa la cascara con ayuda de rayos infrarrojos, se tuestan hasta una temperatura de 15O0C, moliéndose después para obtener un licor de cacao. Opcionalmente, de las semillas tostadas se obtiene un sólido parcialmente desgrasado que se utiliza como componente en la fabricación de barritas y otros productos alimenticios. En la patente US 6,627,232, publicada el 30.09.2003, de los mismos autores de las dos anteriores, utilizan los procesos de cualquiera de los métodos descritos, con semillas fermentadas y sin fermentar, tostadas y sin tostar, alternativamente, para obtener sólidos de cacao. De dichos sólidos prueban distintos métodos y disolventes (el método preferido es el de contra corriente) para extraer la cafeína y la teobromina de los mismos.
Así, hay que tener en cuenta que el contenido de polifenoles en los granos de cacao depende en gran medida del origen de dichos granos, su tipo, la zona geográfica donde se han desarrollado, con qué tipo de agricultura han sido cuidados, como se han recolectado y como se han procesado (fermentación, secado, tostado, desgrasado, etc) las plantas y sus granos hasta obtener los productos finales que contienen los flavonoies (J. Wollgast, E. Anklam, "Review on polyphenols in Theobroma cacao: changes in composition during the manufacture of chocolate and methodology for identification and quantification", Food Research International, 33_, 423- 447 (2000)).
En la patente WO 2005/115160 Al, publicada el 08.12.2005, los autores de la presente invención describen un proceso por el que se obtiene un concentrado de polifenoles en cacao, que comprende las etapas de: a) someter las semillas de cacao sin fermentar a un escaldado en agua a una temperatura de 85-1000C durante un tiempo de 3 a 15 minutos; b) secar las semillas a una temperatura no mayor de 850C obteniéndose unas semillas con una humedad de no más de 15%; c) moler las semillas obtenidas en la etapa anterior hasta que al menos un 99% del producto tenga un tamaño de partícula de 300 μm; d) someter las semillas molidas a una extracción; y e) concentrar dicho extracto de cacao con polifenoles; en cuyo proceso opcionalmente se puede incluir una etapa de desgrasado que se realiza antes de la etapa (d).
Además, en la solicitud de patente española P 200600462, los mismos autores describen un proceso para la obtención de polvo de cacao rico en polifenoles y de bajo contenido en materia grasa que se caracteriza porque consta de las siguientes etapas: 1) pelado; 2) despulpado; 3) escaldado; 4) secado; 5) desgrasado; 6) estabilizado; 7) molido; y 8) micronizado, por el que se obtiene un polvo de cacao que presenta un contenido de polifenoles superior al 18% en peso de materia seca, un contenido de materia grasa inferior a un 1% en peso, un contenido de agua de un 7% en peso y un tamaño de grano en un 99% inferior a 75 mieras. Otro efecto de los polifenoles en los mamíferos es que la capacidad antioxidante del plasma se altera dependiendo de la cantidad de flavonoides que circulan en dicho plasma (J.P.E. Spencer et al., "Bioavailability of flavan-3-ols and procyanidins: gastrointestinal tract influences and their relevance to be active forms in vivo", Antioxid. Redox. Signal, 3, 1023-1039 (2000)). Es decir, el efecto causado por los polifenoles en el organismo depende de varios factores, siendo uno de los más importantes su biodisponibilidad. Esta característica está estrechamente relacionada con la estructura del compuesto. Así la importancia de los contenidos de catequina y epicatequina se basa en que al ser compuestos de estructura monomérica, estos se absorben con mayor facilidad en comparación a compuestos de mayor tamaño molecular, las moléculas de mayor tamaño necesitan ser hidrolizadas para facilitar su absorción. Por este motivo los monómeros presentan una mayor biodisponibilidad en el organismo.
Por todo lo expuesto sería muy beneficioso para la salud obtener unos productos a partir de granos de cacao, mejores que los que ya existen en el estado de la técnica, que tengan unas características especiales no solo de selección, crecimiento, recogida y almacenamiento, sino también que se obtengan mediante un proceso que cuide especialmente de que no se dañen ni se eliminen los polifenoles, es decir, los flavonoides presentes en dichos granos.
Así, el objetivo de la presente invención es obtener un producto de cacao que no solo tenga un alto contenido en polifenoles sino que esos polifenoles posean un alto contenido de los monómeros Flavan-3-ol (catequina y epicatequina), sus dímeros (procianidina Bl y procianidina B2) y el resto de procianidinas de mayor tamaño molecular (trímeros, tetrámeros y procianidinas poliméricas).
Para alcanzar este objetivo se ha empezado por la selección del producto de partida ya que éste tendrá una influencia significativa no solo en el contenido final y total de polifenoles sino en el contenido de monómeros y dímeros de los productos obtenidos.
También con objeto de obtener cacao con los más altos niveles de catequina, epicatequina y procianidinas Bl y B2 se ha llevado a cabo un proceso en el que las semillas de cacao no se fermentan, ya que en varios estudios que hemos llevado a cabo los resultados claramente indican que las semillas de cacao no fermentadas contienen unos niveles significativamente superiores que las fermentadas ya que durante la fermentación se puede degradar hasta un 70- 80% de los polifenoles (Véase por ejemplo [0008] de la patente US 2004/0096566 Al). Además, el cacao obtenido es de bajo contenido en grasa ya que hoy día se sabe que una dieta baja en grasa es mucho más beneficiosa para la salud.
Descripción de las figuras
Figura 1: la prünera hoja representa el diagrama de flujo del proceso de obtención de extractos de cacao ricos en polifenoles desde la recogida de la mazorca de cacao hasta la torta/barquillo molida estabilizada.
La segunda hoja representa la continuación del diagrama de flujo del proceso de obtención de extractos de cacao ricos en polifenoles: desde la extracción de la torta/barquillo hasta la obtención de los extractos hidroalcohólico, semi-purifϊcado y purificado.
Descripción de la invención
El proceso correspondiente a esta invención para obtener extractos de cacao ricos en polifenoles, a partir de semillas de cacao sin fermentar, consta de las etapas siguientes:
a) Pelado del fruto (desengrullado) b) Despulpado de las semillas c) Escaldado de las semillas d) Secado de las semillas e) Desgrasado por prensado f) Estabilización del producto desgrasado g) Molienda h) Extracción sólido-líquido i) Separación sólido-líquido j) Concentración del extracto líquido k) Obtención del extracto hidroalcohólico obtenido por secado del concentrado obtenido en (j)
1) Extracción líquido-líquido del extracto concentrado en (j) y separación de las fases acuosa y orgánica m) Concentración de la fase acuosa obtenida en (1) n) Obtención del extracto semi-purificado por secado del concentrado obtenido en (m) o) Concentración de la fase orgánica obtenida en (1) p) Obtención del extracto purificado por secado del concentrado obtenido en (o) A continuación se describen de forma detallada cada una de las fases del proceso de producción de los extractos de cacao.
a) Pelado del fruto o desengrullado
La mazorca de cacao es el fruto a partir del cual se obtiene la materia prima que se empleará para desarrollar todo el proceso de obtención de los extractos de cacao con elevado contenido en polifenoles.
Esta fase del proceso consiste en abrir la mazorca de cacao y extraer las semillas frescas de su vaina original, la cual se lleva a cabo de forma manual manteniendo las condiciones de higiene necesarias para evitar la en la medida de lo posible la contaminación de los granos de cacao. En esta etapa se obtienen las semillas frescas de cacao.
Con la finalidad de preservar los polifenoles presentes en las semillas frescas de cacao, así como la eliminación parcial de la pulpa que las recubre, las semillas frescas se pueden enfriar. El enfriamiento se lleva a cabo por inmersión de las semillas en agua, la cual debe estar a una temperatura no inferior a Io C ni superior a 25° C. Con este procedimiento se consigue un descenso de la temperatura interna del grano, reduciéndose el riesgo de fermentación de los granos de cacao durante su almacenamiento y evitándose el contacto de los granos de cacao con el oxígeno, lo que ralentiza las reacciones de pardeamiento enzimático. El grano de cacao puede permanecer en estas condiciones por un tiempo máximo de 24 horas.
b) Despulpado de las semillas
Esta fase del proceso tiene como objeto retirar total o parcialmente la pulpa que recubre las semillas frescas de cacao con el fin de optimizar el rendimiento de la etapa de secado y evitar el apelmazamiento de las semillas una vez secas. El despulpado se realiza por ejemplo con una despulpadora de acero inoxidable, de marca CI Talsa, modelo D500, adaptado para este tipo de procesado. Este tipo de máquinas despulpan de 500 a 700 Kg/h, y están provistas de una tolva de recepción donde se descarga el grano, el cual pasa por gravedad a un tamiz cilindrico de luz de malla comprendida entre 3 y 5 mm. Este tamiz tiene un eje concéntrico con unas palas de acabado de caucho que impulsan el grano hacia las paredes del tamiz. La pulpa pasa a través de la malla del tamiz y el grano limpio sale por la boca del cilindro.
c) Escaldado de las semillas Esta fase del proceso consiste en realizar un escaldado de las semillas con agua a una temperatura interna de la semilla no inferior a 850C y no superior a los 100 0C durante un periodo de tiempo no inferior a 3 minutos y no superior a 15 minutos, preferentemente a una temperatura de 950C durante 5 minutos. Esta fase tiene como principales objetivos realizar una inactivación total o parcial de la actividad de la enzima Polifenoloxidasa presente en el grano de cacao, lo que ayuda a preservar el contenido inicial de polifenoles presentes en la semilla.
La Polifenoloxidasa es una enzima endógena del cacao, su característica estructural más importante es la presencia en su centro activo de dos átomos de cobre, unidos cada uno de ellos a tres histidinas. Esta enzima posee dos actividades enzimáticas, una que hidroxila los monofenoles a difenoles (cresolasa) y otra que oxida los difenoles dando lugar a quinonas (catecolasa), las quinonas pueden convertirse en trifenoles y posteriormente oxidarse a hidroxiquinonas, estos compuestos son muy reactivos por lo que pueden dar lugar reacciones de polimerización, dando lugar a las melaninas. Todo este conjunto de reacciones ocasiona la degradación y reducción de los compuestos fenólicos del cacao, por lo que la inactivación de la polifenoloxidasa ayuda a preservar el contenido de estos compuestos. Por tanto el objetivo de esta etapa es minimizar la reducción del contenido de polifenoles totales, así como de los monómeros catequina y epicatequina y de los dímeros procianidina BI y procianidina B2. Otro de los objetivos alcanzados en esta fase es la reducción de la posible carga microbiana del grano. " " ~ "" ~ " ~ —
Para realizar esta etapa se utiliza por ejemplo un sistema de escaldado continuo. En este caso, el grano pasa directamente de la despulpadora a una malla cilindrica donde es trasportado longitudinalmente a través del cilindro por un tomillo sinfín, durante este proceso el grano es sumergido en agua hirviendo para conseguir una temperatura interna del grano de 95°C, con un tiempo de residencia de 5 minutos. El calentamiento del agua se realiza mediante una camisa de vapor y el tiempo de residencia del grano se controla variando la velocidad del tornillo sinfín. También se puede emplear un sistema de escaldado discontinuo, este sistema puede consistir en sumergir cantidades limitadas de grano de cacao en un depósito de acero inoxidable, equipado con unas resistencias que calientan el agua. Para sumergir el grano, se emplea un cilindro fabricado con una malla de acero inoxidable que permite la entrada de agua caliente e impide la salida del grano. Una vez que se completa el tiempo de residencia, se retira el cilindro con el grano.
d) Secado de las semillas Esta fase del proceso tiene como finalidad reducir el contenido de humedad de la semilla no fermentada escaldada para minimizar la proliferación microbiana en la misma. La humedad de las semillas tras el secado debe estar comprendida entre el 1% y el 12% expresado en peso/peso. El secado se puede realizar a temperatura ambiente secando las semillas al sol o en secaderos a una temperatura no superior a 8O0C.
En esta etapa se obtiene una semilla de cacao seca, con un contenido de polifenoles totales usualmente mayor de 5%, llegándose a alcanzar valores de 15 % expresado en porcentaje de peso seco y medido según el método de Folin-Ciocalteu modificado, en el que se expresan los polifenoles como equivalentes de catequina (Singleton, V.; Rossi,J. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. Am. J. Enol. Vitic. 16, 144- 158, (1965);
El secado del grano se realiza por ejemplo en un secadero de etapas con sistema de aireación, en este secadero la humedad es retirada mediante un proceso que conlleva varias etapas de calentamiento, las cuales se pueden realizar en cámaras independientes. En cada cámara se aplican unos parámetros de calentamiento que varían la velocidad de secado de cada una de las etapas, optimizándose así el secado del grano y evitándose el cierre de los poros del mismo. Tras la última etapa de secado, se puede incluir una etapa de enfriamiento, donde se baja la temperatura de la semilla hasta alcanzar los 30 0C. El aire se calienta a la entrada del sistema y su temperatura se controla a través de todo el proceso mediante la disposición de sondas en cada una de las cámaras. A la salida del secadero, la humedad contenida en el aire es retirada mediante un proceso de condensación, de manera que éste puede ser recirculado. El secado también puede hacerse en un secadero discontinuo en plataformas de secado.
e) Desgrasado por prensado La fase de prensado tiene como objetivo retirar parcialmente la grasa presente en los granos de cacao no fermentados. Este proceso se realiza mediante extrusión de los granos de cacao. Para llevar a cabo esta fase del proceso se puede emplear una prensa de tornillo (screw), también llamada de expulsión (expeller) o extrusor (extruser). Este equipo consiste en un extractor mecánico continuo donde los granos son prensados y la manteca de cacao es extraída por presión.
Estos equipos están formados por una tolva donde se descargan los granos de cacao, pasando posteriormente a una artesa donde se caliéntala a una temperatura no inferior a 350C, este material es prensado por un tornillo helicoidal que gira dentro de un cilindro, de forma que la grasa es expedida y drenada. El producto obtenido en esta fase puede denominarse torta si proviene de granos descascarillados o barquillo si proviene de granos con cascarilla. La temperatura de este producto a la salida de la prensa debe ser inferior a 8O0C. En esta fase del proceso se obtiene la torta de cacao no fermentado inactivado parcialmente desgrasada. El contenido de grasa de esta torta debe estar comprendido entre un 8% y un 30 % expresado en porcentaje de peso seco, por ejemplo un 12 %.
f) Estabilización del producto desgrasado
Esta fase del proceso tiene como objeto disminuir la temperatura de la torta (o barquillo) obtenida en la etapa anterior hasta una temperatura no superior a los 350C, para facilitar la posterior etapa de molienda. El proceso de estabilización se puede realizar con un enfriador, equipado en su interior con unas paletas que van agitando el producto. Este equipo puede estar dotado de una camisa por la que se hace circular agua fría para facilitar la reducción de la temperatura en el producto.
g) Molienda
Esta fase del proceso tiene como objeto reducir el tamaño de partícula de la torta o barquillo con el fin de mejorar la superficie de contacto en el momento de realizar la extracción. En esta etapa se obtiene un producto de cacao del cual al menos un 80%, preferiblemente al menos un 95%, y todavía más preferiblemente al menos un 99% de las partículas de cacao tienen un tamaño de partícula inferior a 0.5 mm.
El molido se puede realizar con un molino de martillos equipado con tamiz, o con cualquier otro sistema de molienda que permita llegar a alcanzar el tamaño de partícula deseado.
h) Extracción Sólido-Líquido Esta fase tiene como finalidad realizar una extracción selectiva de los polifenoles presentes en la torta o barquillo de cacao. La migración de los polifenoles de la torta o barquillo de cacao al solvente de extracción depende de un conjunto de factores como son la relación sólido-líquido, el tamaño de partícula del material a extraer, la mezcla extractiva, la temperatura de extracción y el tiempo de extracción. La relación sólido/líquido debe ser mayor de 1/3, por ejemplo 1/5. Esta extracción se realiza preferiblemente empleando torta o barquillo molido ya que la disminución del tamaño de partícula aumenta la superficie de contacto y facilita la extracción de los polifenoles. Esta etapa del proceso se realiza empleando una mezcla extractiva de carácter polar compuesta de etanol y agua, pudiendo variar la proporción de estos disolventes un 30 % de etanol y 70% de agua (v/v), hasta un 100% de etanol, siendo la mezcla preferida de un 70% de etanol y un 30% de agua (v/v).
La temperatura de extracción puede variar desde los 4O0C hasta los 8O0C, por ejemplo 700C. El tiempo de extracción empleado suele ser mayor a 30 minutos, por ejemplo 1 hora y media.
Esta etapa se realiza preferiblemente en extractores de acero inoxidable provistos de camisas con agua caliente o vapor para mantener la temperatura deseada de extracción. Frecuentemente, la mezcla se agita con palas de acero inoxidable, las cuales son accionadas mediante motores provistos de dispositivos para variar la velocidad (mecánicos o eléctricos) con el fin de optimizar el proceso extractivo.
i) Separación Sólido - Líquido
Esta fase tiene como finalidad separar el sólido semi-agotado (fase sólida) y el extracto hidroalcohólico enriquecido en polifenoles (fase líquida). El sólido semi-agotado puede ser sometido a una nueva etapa de extracción o ser eliminado como residuo, esto se realiza en función del contenido de polifenoles remanente en el mismo. Usualmente se suelen realizar hasta dos etapas de extracción con la misma materia prima ya que por lo general en la tercera etapa de extracción se suelen obtener unos rendimientos másicos muy bajos. El rendimiento másico corresponde a la relación porcentual entre la cantidad de sólidos recuperados en el extracto hidroalcohólico y la cantidad de toita o barquillo iniciales.
El extracto hidroalcohólico obtenido en la primera etapa de extracción suele tener un residuo seco comprendido entre 5 y 100 g/L, por ejemplo 25 g/L. El residuo seco expresa el contenido de sólidos en el extracto. Este valor puede disminuir si se realiza un lavado durante la separación. En caso sucesivas extracciones, estas se realizan en las mismas condiciones descritas anteriormente. El extracto obtenido en la segunda etapa de extracción se puede combinar con el extracto obtenido en la primera etapa.
La separación puede realizarse utilizando varios equipos; por ejemplo empleando un decantador, un sistema de filtración a vacío con adición opcional de tierras de filtración, o a través de un filtro de placas.
j) Concentración del extracto líquido
Esta fase tiene como objetivo retirar el etanol y opcionalmente parte del agua del extracto hidroalcohólico. El proceso se realiza por ejemplo en concentradores de acero inoxidable que pueden ser de una, dos y hasta tres etapas. La temperatura de concentración puede variar entre los 30 0C y los 70 0C en función de la presión de vacío alcanzada en el equipo. Los disolventes retirados del extracto pueden ser recuperados y separados en una torre de rectificación para ser reutilizados en futuros procesos de extracción. En esta etapa se elimina preferentemente de forma completa el etanol del extracto hidroalcohólico y de manera parcial el agua, de forma que el extracto queda en medio acuoso.
Este concentrado en medio acuoso, puede ser destinado para obtener tres productos finales. Puede ser secado directamente para obtener el extracto hidroalcohólico, o purificado con acetato de etilo con el fin de obtener el extracto purificado y el extracto semi-purificado.
k) Obtención del extracto hidroalcohólico obtenido por secado del concentrado obtenido en Q)
Esta fase tiene como objetivo reducir el contenido de humedad del extracto hasta que este posea las características de un polvo. Esta etapa se puede realizar empleando por ejemplo un spray-dryer, o un secadero con sistema alternativo de vacío. Preferentemente las temperaturas de secado no deben ser inferiores a 4O0C y no superiores a 1000C.
Opcionalmente se pueden utilizar otros equipos con la finalidad de alcanzar el tamaño de partícula deseado en el producto final, como por ejemplo molinos. El extracto hidroalcohólico obtenido debe tener un contenido de humedad inferior a 10% expresado en peso/peso, preferentemente menor al 5 %, por ejemplo 3%.
El extracto hidroalcohólico debe tener un tamaño de partícula menor a 500 mieras, preferentemente menor a 200 mieras, por ejemplo menor a 50 mieras.
El contenido de polifenoles totales está comprendido entre el 35% y el 55% expresado en base seca, por ejemplo un 40%. El contenido de polifenoles totales se midió según el método de Folin-Ciocalteau.
Este extracto es significativamente diferente a otros extractos en cuanto a su contenido de Flavan-3-ol y procianidinas. Así, el extracto hidroalcohólico presenta niveles de catequina entre 10 y 70 mg/g; epicatequina entre 80 y 350 mg/g; procianidina Bl entre 1 y 10 mg/g; y procianidína B2 entre 30 y 125 mg/g. La determinación del contenido de flavonoles en cada uno de los extractos se ha llevado a cabo por cromatografía en columna utilizando un cromatógrafo Alginet 1100 con un relleno de columna de Cl 8 y eluyendo con Agua Acidificada y Acetonitrilo con un detector de UV Diodo Array a una longitud de onda a 200 nm. Los patrones fueron proporcionados por Sigma Aldrich (catequina y epicatequina), y Extrasynthese (Procianidinas Bl y B2). Extracción líquido-líquido del extracto concentrado en (j) y separación de las fases acuosa y orgánica
Purificación del concentrado hidroalcohólico por extracción líquido-líquido. Esta fase tiene como finalidad obtener el extracto purificado y el extracto semi-purificado a partir del concentrado hidroalcohólico.
Para llevar a cabo la purificación se realiza una extracción líquido-líquido con acetato de etilo.
La purificación se produce por migración de una parte de los polifenoles del concentrado hidroalcohólico al acetato de etilo. Dado que el concentrado hidroalcohólico se encuentra en medio acuoso, al añadir el acetato de etilo, por diferencia de polaridad ambos forman dos fases no miscibles que corresponden a una fase acuosa (semi-purificado) y una fase orgánica de acetato de etilo (purificado).
El proceso de purificación se realiza en un sistema de contra-corriente a una temperatura preferiblemente mayor de 2O0C y menor de 7O0C; por ejemplo a 50 0C. Posterioπnente se separan las fases por diferencia de polaridad. Una vez separadas las fases, estas se concentran y se secan obteniéndose dos productos distintos. Estos son el extracto semi-purifícado obtenido de la fracción acuosa, y el extracto purificado obtenido de la fracción orgánica del acetato de etilo.
m) Concentración de la fase acuosa obtenida en (1) Esta fase tiene como objetivo retirar el agua del extracto semi-purificado. La concentración se puede realizar en concentradores de acero inoxidable que pueden ser de una, dos y hasta tres etapas. La temperatura de concentración puede variar entre los 3O0C y los 70 0C en función de la presión de vacío alcanzada por el sistema. El extracto puede tener una concentración de sólidos preferiblemente entre 15 % y 40 % peso/peso; por ejemplo 20% peso/peso.
n) Obtención del extracto semi-purificado por secado del concentrado obtenido en (m) La fase de secado tiene como objetivo reducir el contenido de humedad hasta que el extracto posea las características de un polvo. Esta etapa se puede realizar empleando por ejemplo un spray-dryer, o un secadero con sistema alternativo de vacío. Preferentemente las temperaturas de secado no deben ser inferiores a 4O0C ni superiores a 8O0C.
Opcionalmente se pueden utilizar otros equipos con la finalidad de alcanzar el tamaño de partícula deseado en el producto final, como por ejemplo molinos. El extracto semi-purificado debe tener un tamaño de partícula menor a 500 mieras, preferentemente menor a 200 mieras, por ejemplo menor a 50 mieras. El extracto semi-purificado obtenido debe tener un contenido de humedad inferior a 10% expresado en peso/peso, preferentemente menor al 5 %, por ejemplo 3%. El contenido de polifenoles totales comprendido entre el 20% y el 45% expresado en base seca, por ejemplo un 35%. El contenido de polifenoles totales se midió según el método de Folin- Ciocalteau.
El extracto semi-purificado presenta niveles de catequina entre 10 y 50 mg/g; epicatequina entre
50 y 250 mg/g; procianidina Bl entre 1 y 8 mg/g; y procianidina B2 entre 25 y 90 mg/g.
El análisis del perfil de polifenoles se realiza con el mismo descrito para el extracto hidroalcohólico.
o) Concentración de la fase orgánica obtenida en (1)
Esta fase tiene como objetivo retirar el disolvente orgánico, en este caso el acetato de etilo, del extracto purificado. La concentración se puede realizar en concentradores de acero inoxidable que pueden ser de una, dos y hasta tres etapas. La temperatura de concentración puede variar entre los 3O0C y los 70 0C en función de la presión de vacío alcanzada por el sistema. El extracto puede tener una concentración de sólidos preferiblemente entre 15 % y 40 % peso/peso; por ejemplo 20% peso/peso.
p) Obtención del extracto purificado por secado del concentrado obtenido en (o) La fase de secado tiene como objetivo reducir el contenido de disolvente hasta que el extracto posea las características de un polvo. Esta etapa se puede realizar empleando por ejemplo un spray-ώyer, o un secadero con sistema alternativo de vacío. Preferentemente las temperaturas de secado no deben ser inferiores a 4O0C ni superiores a 8O0C.
Opcionalmente se pueden utilizar otros equipos con la finalidad de alcanzar el tamaño de partícula deseado en el producto final, como por ejemplo molinos. El extracto purificado debe tener un tamaño de partícula menor a 500 mieras, preferentemente menor a 200 mieras, por ejemplo menor a 50 mieras.
El extracto purificado obtenido debe tener un contenido de humedad inferior a 10% expresado en peso/peso, preferentemente menor al 5 %, por ejemplo 3%. El contenido de polifenoles totales comprendido entre el 60% y el 90% expresado en base seca, por ejemplo un 85%. El contenido de polifenoles totales se midió según el método de Folin-
Ciocalteau.
El extracto purificado presenta niveles de catequina entre 40 y 100 mg/g; epicatequina entre 200 y 500 mg/g; procianidina Bl entre 5 y 20 mg/g; y procianidina B2 entre 80 y 250 mg/g. El análisis del perfil de polifenoles se realiza con el mismo descrito para el extracto hidroalcohólico y para el extracto semi-purificado. Fases opcionales
- Limpieza
La fase de limpieza es opcional, y tiene como objetivo eliminar restos de sustancias extrañas que acompañan a las semillas de cacao. Esta limpieza se puede realizar empleando un equipo Bulher, que consiste en un sistema de tamizado, con luz de malla comprendida entre 2 y 10 mm, y provista de un sistema opcional de aspiración de aire que permite la separación de sustancias extrañas.
- Descascarillado
La fase de descascarillado es opcional y tiene como objetivo retirar parcialmente la cascara que envuelve las semillas de cacao. Este proceso se lleva a cabo de forma mecánica. Las semillas de cacao no fermentadas secas pasan por un sistema automatizado donde son fragmentadas, la cascarilla desprendida es retirada por un proceso de aspiración, obteniéndose así los nibs de cacao (el término nib hace referencia a los fragmentos de cacao libres de cascarilla). Para llevar a cabo este proceso se pueden emplear equipos como los fabricados por Martin Lloverás, Bauermeister, Lehmann y otros, llegándose a alcanzar unos rendimientos del 2% en peso de cascara residual sobre nib.
En esta fase se obtienen nibs de cacao con un contenido de cascarilla residual que debe ser inferior al 7%, y preferiblemente menor al 2%.
Ejemplo 1. Ensayo de laboratorio: Comparación de los Extractos Hidroalcohólicos de polifenoles obtenidos empleando como materia prima torta de cacao con distinto contenido graso.
En este ensayo se realiza una comparación de los diferentes extractos de cacao que pueden ser obtenidos, según el proceso descrito en la invención, en función de la materia prima empleada en la extracción. Para ello se realizaron dos procesos de extracción con tres etapas de extracción consecutivas, empleando como materia prima torta de cacao con diferente contenido graso y diferente contenido de polifenoles.
Las condiciones de proceso para ambos extractos son similares variando únicamente la torta de cacao empleada para la extracción. Descripción de las materias primas empleadas en los ensayos de extracción: En ambos casos la torta de cacao empleada proviene de la semilla de cacao procedente de Ecuador de variedad Amazónica, clon CCN51 no fermentada, escaldada, seca y descascarillada, siendo la única variación entre ambas las condiciones del proceso de prensado.
1. En el proceso de extracción 1 se empleó una torta de cacao con un contenido graso del 30% y un contenido de polifenoles del 10 % expresado en base seca con una humedad del 5.82 %.
2. En el proceso de extracción 2 se empleó una torta de cacao con un contenido graso del 12% y un contenido de polifenoles del 18 % expresado en base seca con una humedad del 6.77%.
Descripción de las condiciones del proceso:
Las condiciones de procesado se describen a continuación, siendo estas similares para los dos ensayos
• Extracción sólido-líquido 100 g de torta de cacao se someten a una extracción sólido-líquido con una mezcla de etanol:agua en proporción (70:30), empleando un matraz-reactor de vidrio de 2 litros equipado con sistema de refrigeración. La agitación se realiza de forma mecánica empleando para ello un motor Heidolph equipado con palas en forma de hélice. Las condiciones de extracción son 7O0C durante una hora y media con una relación sólido/líquido de 1/5.
• Separación sólido-líquido
El extracto se separa del sólido semi-agotado mediante un proceso de filtración a vacío empleando para ello un sistema de filtración de laboratorio con un filtro de 15-25 mieras marca ALBET n0411. El sólido semi-agotado se lava varias veces con agua destilada y posteriormente se somete de nuevo a una segunda y tercera etapa de extracción sólido-líquido con el fin de estudiar los rendimientos másicos y la recuperación de polifenoles obtenidos en cada etapa.
• Concentración del extracto El extracto obtenido se concentra a una temperatura de 55 0C y con una presión de vacío inferior a 150 mbar, empleando para ello un sistema de evaporación rotatorio de laboratorio marca Heidolph modelo V V2000.
• Secado del extracto
El extracto concentrado se seca a 70 0C en una estufa de laboratorio marca Gallenkarn Modelo 5
A-5799 OVL-570010J equipada con un sistema de vacío.
El contenido de polifenoles totales de los extractos obtenidos se cuantifica según el método de
Folin-Ciocalteu modificado, en el que se expresan los polifenoles como equivalentes de 0 catequina (Singleton, V.; RossLJ. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic- phosphotungstic acid reagents. Am. J. Enol Vitic. 16, 144-158, 1965)
En la tabla 1 se muestran los contenidos de polifenoles totales de los extractos hidroalcohólicos, los rendimientos de recuperación másica y los rendimientos de recuperación de polifenoles 5 obtenidos en los procesos de extracción, empleando torta de cacao con un 30 % y un 12% de materia grasa. Los rendimientos de la segunda y tercera etapa están referidos a los contenidos iniciales de la materia prima.
Tabla 1. Comparación de los contenidos de polifenoles, rendimiento másico y de recuperación 0 de polifenoles de los ensayos con diferente materia prima
Figure imgf000017_0001
(*) Rendimientos referidos a la materia prima inicial Ejemplo 2. Ensayo de laboratorio: Comparación de los Extractos Hidroalcohólicos de polifenoles obtenidos variando la concentración de etanol en la mezcla extractiva.
En este ensayo se realiza una comparación de los diferentes extractos de cacao que pueden ser obtenidos en función de la concentración de etanol de la mezcla extractiva. Se realizan tres procesos de extracción a nivel de laboratorio a tres concentraciones de etanol distintas. Las concentraciones empleadas son 50 %, 70 % y 90 % (v/v).
Las condiciones de proceso son similares en los tres ensayos, únicamente se varía la concentración de etanol. La materia prima empleada es la torta de cacao procedente del procesado de la semilla de cacao de variedad Amazónica, clon CCN 51 no fermentada, escaldada, seca y descascarillada. La torta tiene un contenido graso del 12 % y un contenido de polifenoles del 18 % expresado en base seca. La humedad de esta torta es del 6.77 %.
Descripción de las condiciones del proceso de obtención de los extractos hidroalcohólicos:
• Extracción Sólido-Líquido
100 g de torta de cacao se someten a una extracción sólido-líquido en una única etapa de extracción. La extracción se realiza en un matraz-reactor de vidrio de 2 litros equipado con sistema de refrigeración. La agitación se realiza de forma mecánica empleando para ello un motor Heidolph equipado con palas en forma de hélice. Las condiciones de extracción son 7O0C durante una hora y media con una relación sólido/líquido de 1/5.
Las mezclas de extracción empleadas en cada uno de los procesos son:
Proceso 1: etanohagua (50:50) Proceso 2: etanol:agua (70:30)
Proceso 3: etanol:agua (90:10)
• Separación sólido-líquido
El extracto se separa del sólido semi-agotado mediante un proceso de filtración a vacío empleando para ello un sistema de filtración de laboratorio con un filtro de 15-25 mieras marca ALBET nMI l. El residuo sólido obtenido tras la filtración se elimina.
• Concentración del extracto El extracto obtenido se concentra a una temperatura de 55 0C y con una presión de vacío inferior a 150 mbar, empleando para ello un sistema de evaporación rotatorio de laboratorio marca Heidolph modelo V V2000.
• Secado del extracto
El extracto concentrado se seca a 70 0C en una estufa de laboratorio marca Gallenkam Modelo 5 A-5799 OVL-570010J equipada con un sistema de vacío.
El contenido de polifenoles totales de los extractos obtenidos se cuantifϊca según el método de Folin-Ciocalteu modificado, en el que se expresan los polifenoles como equivalentes de catequina (Singleton, V.; Rossi,J. Colorímetry of total phenolics with phosphomolybdic- phosphotungstic acid reagents. Am. J. Enol. Vitic. 16,, 144-158, 1965)
En la tabla 2 se muestran los contenidos de polifenoles, los rendimientos másicos y de recuperación de polifenoles obtenidos a distintas concentraciones de etanol.
Tabla 2. Resultados de los ensayos de extracción empleando distintas concentraciones de Etanol
Figure imgf000019_0001
Los resultados muestran que un incremento de la concentración de etanol favorece la concentración de polifenoles totales obtenida en el extracto. Consecuentemente al aumentar la concentración de polifenoles en el extracto, disminuye el rendimiento másico y la recuperación de polifenoles.
La gráfica 1 muestra el aumento de la concentración de polifenoles en función de la concentración de etanol de la mezcla extractiva.
Gráfica 1. % Polifenoles en el extracto en función de la concentración de etanol Extracción de Polifenoles con Etanol:Agua
Figure imgf000020_0001
40 50 60 70 80 90 100 % Banol y = 0,0823x + 44,583 R2 = 0,9802
En la gráfica 2 se muestra como un incremento de la concentración de etanol disminuye los rendimientos másicos de extracción
Gráfica 2. % Rendimiento másico en función de la concentración de Etanol
Rendimientos másicos de extracción
Figure imgf000020_0002
En la gráfica 3 se muestra como disminuye la recuperación de polifenoles al aumentar la concentración de etanol Gráfica 3. % Rendimiento de recuperación de polifenoles en el extracto en función de la concentración de Etanol
% Recuperación de polifenoles en el extracto
Figure imgf000021_0001
Ejemplo 3. Ensayo de laboratorio: Obtención del Extracto Purificado
Este ensayo se realiza empleando corno materia prima torta de cacao procedente del procesado de la semilla de cacao de variedad Amazónica, clon CCN 51 no fermentada, escaldada, seca y descascarillada. La torta tiene un contenido graso del 12 % y un contenido de polifenoles del 18 % expresado en base seca. La humedad de esta torta es del 6.77 %.
Descripción de las condiciones del proceso de obtención del extracto purificado:
• Extracción Sólido-Líquido
100 g de torta de cacao se someten a una extracción sólido-líquido en una única etapa de extracción. La extracción se realiza en un matraz-reactor de vidrio de 2 Litros equipado con sistema de refrigeración. La agitación se realiza de forma mecánica empleando para ello un motor Heidolph equipado con palas en forma de hélice. Las condiciones de extracción son 7O0C durante una hora y media con una relación sólido/líquido de 1/5.
Separación sólido-líquido El extracto se separa del sólido serni-agotado mediante un proceso de filtración a vacío empleando para ello un sistema de filtración de laboratorio con un filtro de 15-25 mieras marca ALBET n0411.
El residuo sólido obtenido tras la separación se elimina.
• Concentración del extracto hidroalcohólico
El extracto obtenido se concentra hasta la completa eliminación del etanol, a una temperatura de 55 0C y con una presión de vacío inferior a 150 mbar, empleando para ello un sistema de evaporación rotatorio de laboratorio.
• Extracción líquido-líquido
En esta etapa el extracto concentrado y se somete a un proceso de purificación mediante una extracción líquido-líquido con acetato de etilo. Para ello se toma el extracto concentrado y se diluye dos veces con agua, seguidamente se le añade un volumen proporcional de acetato de etilo y la mezcla se agita vigorosamente a una temperatura de 50 0C durante 30 minutos en un matraz reactor de vidrio de dos litros. La agitación se realiza de forma mecánica, empleando para ello un motor de agitación Heidolph. Posteriormente, la mezcla se separa en un embudo de decantación y se recupera la fracción correspondiente al acetato de etilo.
• Concentración del extracto purificado
El extracto obtenido se concentra hasta la completa eliminación del etanol, a una temperatura de 40 0C y con una presión de vacío inferior a 150 mbar, empleando para ello un sistema de evaporación rotatorio de laboratorio marca Heidolph modelo V V2000.
• Secado del extracto purificado
El extracto concentrado se seca en una estufa de aireación con sistema de ventilación exterior hasta una humedad del 5.4 %.
Tras esta etapa se obtuvieron 2.43 g de extracto purificado con un contenido de polifenoles totales del 87 %.
El contenido de polifenoles totales de los extractos obtenidos se cuantifica según el método de
Folin-Ciocalteu modificado, en el que se expresan los polifenoles como equivalentes de catequina (Singleton, V.; Rossi,J. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic- phosphotungstic acid reagents. Am. J. Enol. Vitic. 16, 144-158, 1965) En la tabla 3 se muestran los contenidos de polifenoles totales, el rendimiento de recuperación másica y el rendimiento de recuperación de polifenoles obtenido en este ensayo.
Tabla 3. Porcentaje de polifenoles y rendimientos del ensayo de obtención del extracto purificado
Figure imgf000023_0001
Ejemplo 4. Ensayo industrial: Obtención de los extractos de cacao ricos en polifenoles a nivel industrial
Para llevar a cabo el proceso se utilizó un genotipo de cacao, el clon CCN51 de la variedad
Amazónica, procedente de la región de Quevedo en Ecuador.
EL proceso se realiza con 10.000 Kg de semillas frescas de cacao en baba, los contenidos de la semilla en base húmeda son aproximadamente un 65 % de humedad donde se comprende la humedad correspondiente a la pulpa, un 17% de grasa, un 4% de cascarilla, un 3,5% de polifenoles totales. Estas semillas se sometieron a un tratamiento de despulpado empleando para ello una despulpadora de acero inoxidable marca CI Talsa modelo D500 adaptada para este tipo de procesado. El grano se descarga en la tolva y por gravedad pasa a un tamiz cilindrico, este tamiz tiene una luz de malla comprendida entre 3 y 5 mm, en su interior unas palas impulsan el grano hacia las paredes del tamiz, consiguiéndose así la separación del 90 % de la pulpa presente en el grano y obteniéndose 7.210 Kg de grano despulpado con un contenido residual de pulpa del 3 %, un 47 % de humedad, un 23,5 % de grasa y un 5,5 % de cascarilla, un 4,8 % de polifenoles totales. Una vez eliminada la mayor parte de la pulpa del grano, este es sometido a un tratamiento de escaldado, para ello el grano pasa directamente de la despulpadora a una malla cilindrica donde es trasportado longitudinalmente a través del cilindro por un tomillo sinfín, durante este proceso el grano es sumergido en agua hirviendo para conseguir una temperatura interna del grano de 950C, con un tiempo de residencia de 5 minutos. El calentamiento del agua se realiza mediante una camisa de vapor y el tiempo de residencia del grano se controla variando la velocidad del tornillo sinfín. El grano obtenido en la etapa de escaldado, con una humedad próxima al 50 %, se seca a 70 0C hasta reducir su humedad al 6 % aproximadamente, para ello se utiliza un secadero de etapas con sistema de aireación diseñado especialmente para este proceso. En este secadero el grano de cacao es sometido a unas condiciones de secado diferentes en cada una de las etapas variándose la velocidad de secado en cada una de ellas. Tras este proceso se obtienen 3.805 Kg de grano seco con una humedad residual del 6 %, un 44 % de grasa, un 10,5 % de cascarilla y un 9,1% de polifenoles totales, todos los contenidos expresados en base húmeda.
El grano seco es sometido a un tratamiento de limpieza en el que se eliminan los restos de partículas extrañas como cuerdas, piedras etc, esta limpieza se realiza en una limpiadora marca Buhler. Una vez limpio, el grano pasa a una etapa de fragmentado y descascarillado, en la que los granos se fragmentan, obteniéndose una granula que se clasifica por tamaño. La cascarilla es retirada por aspiración, retirándose al menos un 90 % de la cascarilla presente en el grano. Este proceso se lleva a cabo en una descascarilladora del tipo DK 100 Martin Lloverás, y de el se obtienen 3.475 Kg de nibs de cacao descascarillados con un contenido de cascarilla residual del 2 %, un 6,5 % de humedad, un 48 % de grasa y un 10 % de polifenoles totales. Los granos obtenidos en esta etapa son sometidos a un proceso de desgrasado por prensado en expeller, este proceso se realiza mediante extrusión de los nibs de cacao, consiguiéndose así retirar parte de la fracción grasa. Para realizar el prensado se empleó una prensa en continuo KP Harburguer Einsem Bronzewerke. De este proceso se obtienen 1.910 Kg de torta de cacao con un contenido graso del 9 %, un 18 % de polifenoles expresados en base húmeda, siendo la humedad de la torta del 10 %.
La torta obtenida en esta etapa sale a una temperatura> 35 0C y para realizar su molienda es necesario someterla a un proceso de enfriamiento y estabilización. Esto se lleva a cabo empleando un enfriador rotatorio de paletas. La temperatura de la torta a la salida del enfriador es aproximadamente de 15 0C. Una vez estabilizada, la torta se somete a un proceso de molienda, el cual se realiza en un molino de martillos dotado de un tamiz (MS-33-M1) Gruber Hnos. S.A. obteniéndose 1.890 Kg de torta molida con un tamaño de partícula menor de 500 mieras en un 99 % de la torta y una humedad del 10 %. Para poder obtener los extractos con elevado contenido en polifenoles, 1.850 Kg de esta torta en peso seco son sometidos a un proceso de extracción sólido-liquido. La extracción se realiza con una mezcla de Etanol: Agua (70:30) a 70 0C en agitación constante durante una hora y media. Trascurrido este tiempo el extracto es separado del sólido agotado mediante un proceso de filtración a vacío. El extracto obtenido se concentra a 55 0C en un concentrador con una presión de vacío de 150 mbar, hasta eliminar la totalidad del etanol, obteniéndose así un Concentrado Hidroalcohólico con un rendimiento másico del 23 % y un 64 % de recuperación de polifenoles. La mitad de este extracto concentrado se seca en un sistema de spray-ώγing a 70 0C hasta reducir la humedad al 10 % aproximadamente. En esta etapa se obtienen 190 Kg de Extracto Hidroalcohólico, con un contenido de polifenoles totales del 50 % expresado en base seca, con un rendimiento másico del 11% y un rendimiento de recuperación de polifenoles del 32 % con respecto a la torta.
El resto de extracto concentrado se somete a una extracción líquido-líquido en un extractor a 50 0C. De esta etapa se obtienen dos fases una acuosa y otra de acetato de etilo. La fase acuosa se concentra en un concentrador a 55 0C y se seca con un sistema de spray-ώγing a una temperatura de 70 0C, obteniéndose 142 Kg de Extracto Semi-Purificado con un contenido de polifenoles del 40% expresados en base seca, en esta etapa se obtiene un rendimiento másico del 9 % y un rendimiento de recuperación de polifenoles del 20 % con respecto a la torta inicial. La fase de acetato de etilo se concentra a una temperatura de 40 0C y se seca en un sistema de spray-ώying obteniéndose 38 Kg de Extracto Purificado con un contenido de polifenoles del 85 % expresados en base seca, en esta etapa se obtiene un rendimiento másico del 2.5 % y un rendimiento de recuperación de polifenoles del 11.9 % con respecto a la torta inicial.

Claims

Reivindicaciones
1. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles caracterizado porque se obtiene por el proceso siguiente: a) Pelado del fruto (desengranado) b) Despulpado de las semillas c) Escaldado de las semillas d) Secado de las semillas e) Desgrasado por prensado f) Estabilización del producto desgrasado g) Molienda h) Extracción sólido-líquido i) Separación sólido-líquido j) Concentración del extracto líquido k) Obtención del extracto hidroalcohólico obtenido por secado del concentrado obtenido en G)
1) Extracción líquido-líquido del extracto concentrado en (j) y separación de las fases acuosa y orgánica m) Concentración de la fase acuosa obtenida en (1) n) Obtención del extracto semi-purifϊcado por secado del concentrado obtenido en (m) o) Concentración de la fase orgánica obtenida en (1) p) Obtención del extracto purificado por secado del concentrado obtenido en (o)
2. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque además incluye una etapa de enfriamiento de las semillas a continuación de la etapa (a) de pelado del fruto a una temperatura no inferior a Io C ni superior a 25° C con el fin de retrasar la fermentación.
3. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque durante el escaldado de la semilla (c) la temperatura interior del grano está entre 85 0C y 100 0C durante un periodo de tiempo no inferior a 3 minutos y no superior a 15 minutos.
4. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de la reivindicación 3, caracterizado porque el escaldado (c) se realiza hasta que la temperatura interior del grano alcanza los 950C durante 5 minutos.
5. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque en la etapa de secado (d) la temperatura del grano es inferior a 80 0C.
6. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de la reivindicación 5, caracterizado porque el contenido de humedad final del grano tras el secado (d) está entre 1 y 12% en base seca.
7. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque además incluye una etapa de limpieza del grano ya seco a continuación de la etapa (d).
8. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque además incluye una etapa de descascarillado de las semillas a continuación de la etapa de secado (d) o de la etapa de limpieza.
9. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque la etapa de desgrasado por prensado (e) se realiza a una temperatura menor a 80 0C, obteniéndose un contenido de grasa en la torta o barquillo de cacao entre 8 y 30% en base seca.
10. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque la etapa de molienda (g) permite obtener un tamaño de partícula inferior a 0.5 mm.
11. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenidos por el proceso de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque en la etapa de extracción sólido-líquido (h) la relación sólido-líquido es mayor de 1/3; la mezcla de los disolventes de extracción es etanol y agua; la temperatura de extracción es de 4O0C a 8O0C, y el tiempo de extracción es mayor de 30 minutos.
12. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de la reivindicación 11, caracterizado porque en la etapa de extracción sólido-líquido el disolvente es una mezcla de 70% de etanol y 30% de agua.
13. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de las reivindicación 1-12, caracterizado porque en la etapa de concentración del extracto líquido (J) las temperaturas de proceso son inferiores a 70 0C.
14. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque en la etapa de secado del concentrado líquido se obtiene un polvo (extracto hidroalcohólico) (k) con un contenido de humedad inferior a 10% expresado en peso/peso, preferentemente menor al 5 %, por ejemplo 3%; y un tamaño de partícula menor a 500 mieras, preferentemente menor a 200 mieras, por ejemplo menor a 50 mieras; y con un contenido de polifenoles totales del extracto hidroalcohólico comprendido entre el 35% y el 55% expresado en base seca.
15. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de la reivindicación 14, caracterizado porque contiene entre 10 y 70 mg/g de catequina; 80 y 350 mg/g de epicatequina; 1 y 10 mg/g de procianidina Bl; y entre 30 y 125 mg/g de procianidina B2.
16. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque en la etapa de extracción líquido-líquido el disolvente orgánico es acetato de etilo.
17. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de las reivindicación 1-13 y 16, caracterizado porque en la etapa de concentración de las fases orgánica y acuosa (1) las temperaturas de proceso son inferiores a 70 0C.
18. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de las reivindicaciones 1-13 y 16-17, caracterizado porque en la etapa de secado del concentrado de la fase acuosa se obtiene un polvo (extracto semi-purifϊcado) (n) con un contenido de humedad inferior a 10% expresado en peso/peso, preferentemente menor al 5 %, por ejemplo 3%; y un tamaño de partícula menor a 500 mieras, preferentemente menor a 200 mieras, por ejemplo menor a 50 mieras.
19. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de la reivindicación 18, caracterizado porque el contenido de polifenoles totales del extracto serni- purifϊcado está comprendido entre el 20% y el 45% expresado en base seca.
20. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de la reivindicación 18, caracterizado porque contiene ente 10 y 50 mg/g de catequina; 50 y 250 mg/g de epicatequina; 1 y 8 mg/g de procianidina Bl; y ente 25 y 90 mg/g de procianidina B2.
21. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de las reivindicaciones 1-13 y 16-17, caracterizado porque en la etapa de secado del concentrado de la fase orgánica se obtiene un polvo (extracto purificado) (o) con un contenido de humedad inferior a 10% expresado en peso/peso, preferentemente menor al 5 %, por ejemplo 3%; y un tamaño de partícula menor a 500 mieras, preferentemente menor a 200 mieras, por ejemplo menor a 50 mieras.
22. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de la reivindicación 21, caracterizado porque el contenido de polifenoles totales del extracto purificado está comprendido ente el 60% y el 90% expresado en base seca.
23. Extractos de cacao en polvo con alto contenido en polifenoles obtenido por el proceso de la reivindicación 21, caracterizado porque contiene ente 40 y 100 mg/g de catequina; 200 y 500 mg/g de epicatequina; 5 y 20 mg/g de procianidina Bl; y ente 80 y 250 mg/g de procianidina B2.
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