WO2021032899A1 - Método de alcalinización de cacao y producto de cacao obtenido mediante dicho método - Google Patents

Método de alcalinización de cacao y producto de cacao obtenido mediante dicho método Download PDF

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WO2021032899A1
WO2021032899A1 PCT/ES2020/070511 ES2020070511W WO2021032899A1 WO 2021032899 A1 WO2021032899 A1 WO 2021032899A1 ES 2020070511 W ES2020070511 W ES 2020070511W WO 2021032899 A1 WO2021032899 A1 WO 2021032899A1
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water
alkalization
alkalizing agent
hydroxide
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José Manuel BARAT BAVIERA
Edgar Pérez Esteve
Damián VALVERDE GARCÍA
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Universitat Politecnica De Valencia
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    • A23G1/002—Processes for preparing or treating cocoa beans or nibs

Definitions

  • the present invention relates to the field of the production of products derived from cocoa, and more specifically to an improved method of alkalizing cocoa.
  • Cocoa powder a product obtained from the cocoa bean (Theobroma cacao) after removing the fat and grinding to a very fine particle size, is a raw material of great importance in the food industry. Its applications include the production of cookies, cakes and other bakery and pastry products, where cocoa powder provides the flavor and aroma; the manufacture of chocolate drinks; the production of chocolates, toppings and chocolates; as well as the flavoring of ice creams, glazes and beverages.
  • cocoa powder stands out for a large number of functional components that are increasingly associated with benefits for cardiovascular health. These healthy properties are mainly conferred on the antioxidant polyphenols present in cocoa, which are related to a large number of beneficial effects on health.
  • Cocoa is rich in antioxidant compounds such as polyphenols, of which flavonoids are the main components, among which are proanthocyanidins (58-65%), catechins (29-38%) and anthocyanidins (1.7-4% ). These polyphenols are similar to those found in products such as wine, tea, or certain vegetables, and contribute to the formation of flavor precursors in cocoa and chocolate.
  • cocoa polyphenols Among the functional properties associated with the consumption of cocoa polyphenols is its antioxidant capacity, being capable of inhibiting the peroxidation of lipids and avoiding the presence of free radicals, which damage the body at the cellular level. This damage produced by free radicals can increase the risk of developing cancer, cardiovascular diseases and other degenerative diseases.
  • recent research links the consumption of cocoa polyphenols with the decrease in blood pressure, analgesic, antithrombotic, anti-inflammatory, immune, antimicrobial and vasodilator effects. Cocoa polyphenols have also been shown to have antimutagenic activity, in addition to reducing levels of 8-hydroxy-20-deoxyguanosine, a biomarker of oxidative damage to DNA.
  • the cocoa powder production process is complex. This begins with the collection of the pod or cocoa pod and the extraction of the 30-40 seeds it contains. The seeds are fermented with the aim of developing the precursors of the cocoa aroma, and reduce acidity and astringency.
  • the fermented seeds are subjected to drying whose objective is to reduce their moisture content, for which temperatures between 120 and 150 ° C are used depending on the product.
  • cocoa chips also known as "nibs”
  • nibs cocoa chips
  • These are subjected to a roasting process at high temperatures (120-150 ° C) that contributes, in addition to the reduction of the microbial load, the formation of aromas, flavors and colors typical of cocoa products.
  • cocoa liquor a mixture of lean and fatty components in liquid form known as cocoa liquor
  • cocoa butter that is used as vegetable fat
  • cocoa cake that is used to make cocoa products.
  • the cocoa cake is ground to a very fine particle size, which gives rise to natural cocoa powder.
  • the raw material chip, liquor, cake or cocoa powder
  • a treatment with an alkali NaOH, K2CO3 Certainly, the objective of this process is to improve its technological and sensory qualities.
  • cocoa neutralizes its pH by reducing its acidity, reduces its astringency due to the polymerization of flavonoids, increases its solubility and develops aromas and flavors. On the other hand, it develops colors that go from a soft light brown to a darker brown with reddish tones due to the reaction between cocoa pigments and alkali in the presence of oxygen.
  • different cocoa powders can be obtained: natural cocoa (not alkalized), mild alkaline, medium alkaline and strongly alkalized cocoa. Natural cocoa has a soft brown color and an acidic, somewhat astringent taste. Slightly alkalized cocoa has a darker color and a higher pH due to the alkalization process. By eliminating acidity and astringency, the mild chocolate flavors are enhanced. Finally, strongly alkalized cocoas have a very dark color and a more intense flavor.
  • Process conditions can vary considerably between different producers and / or products.
  • the main process variables are usually the type and amount of alkali used (generally potassium carbonate between 1.5 and 6%), the amount of water added to dissolve the alkali (15-40%), the reaction time (from 1 h to 24 h) and temperature (from 60-150 ° C).
  • the amounts of the added components are given in% by weight with respect to the weight of cocoa treated.
  • Alkalization is carried out in pressurized reactors, stirred by blades. After the alkalization treatment, the water added to the sample is removed by a process of drying. Finally, a grinding operation must be carried out to transform the raw material into powder, even when starting from powder, since during the treatment the different particles aggregate, forming compact and very hard spheres.
  • This alkalization treatment in traditional pressurized reactors has several limiting aspects.
  • Another limiting aspect is that the heating of the particle (chip, cake or powder) is superficial.
  • water, heat and alkali act mainly on the surface of the particle being treated, producing a temperature gradient from the outside to the inside of the particle. The larger the particle, the less the added water penetrates (carrying alkali) and the less the particle heats up. Therefore, less effective is the treatment.
  • the alkalization of powder causes the appearance of compact and very hard spheres, which implies the use of a lot of energy to grind.
  • alkalize powder previously ground cake.
  • an aggregation of the powder particles occurs, generating spheres of about 0.5 cm in diameter, which are very hard.
  • These spheres will have to be ground to obtain the commercial product again: powder. Due to its hardness, the amount of energy used in the grinding operation is very high. Furthermore, it is sometimes not possible to achieve particle size distributions similar to natural (non-alkalized) cocoa.
  • alkalization causes loss of vitamins, amino acids and polyphenols.
  • numerous and complicated chemical reactions take place that intervene in the development of flavor and color and that can lead to an alteration of the nutritional and functional profile of cocoa powders.
  • proteins can react with sugars through Maillard reactions.
  • alkalization favors the loss of antioxidant capacity due to the oxidation of polyphenols and their subsequent polymerization, which leads to the formation of insoluble quinones.
  • the percentage of losses depends very much on the type of sample that is analyzed. There is no correlation between the type of raw material and / or process variables and their influence on the nutritional and functional profile of the samples. All the interventions carried out in the industry to minimize the impact of the secondary processing variables on the raw material are based on the empirical approach.
  • the present invention aims to provide a method of alkalizing cocoa that solves at least one of the drawbacks of the prior art mentioned above.
  • the present invention discloses, according to a first aspect, a method of alkalizing cocoa, comprising the steps of: a) mixing cocoa with water and an alkalizing agent; b) subjecting the mixture from step a) to microwave treatment to make it alkaline and dry; c) grinding the mixture obtained in step b).
  • the cocoa product obtained at the end of step c) of the method according to the present invention preferably has a moisture content of less than 5%.
  • the method comprises the additional step of drying the alkalized mixture obtained in step b) until obtaining a moisture content equal to or less than 5%, when the mixture at the end of step b) has a moisture content greater than 5%.
  • the present invention provides a cocoa product obtained by an alkalization method according to the first aspect of the present invention.
  • Said cocoa product comprises a quantity of polyphenols and / or an antioxidant capacity at least equal to that of the cocoa used as raw material for said process.
  • Figure 1 is a graph that shows the maximum exposure time that can be given to a cocoa cake until burnt aromas begin to appear depending on the power of the equipment, the percentage of water and the application or not of pressure. Power is indicated as a percentage of power, 100% corresponding to 800 W. Samples are indicated as “NP” (no pressure, open container) and “WP” (with pressure, closed container), followed by the percentage of water added.
  • Figure 2 is a graph that shows the humidity of the raw material (control) and of the alkalized product after applying a treatment of 5 minutes at 720 W to samples that contained 0, 1, 3 and 6% of potassium carbonate dissolved in a 30% water.
  • Figure 3 is a graph showing the moisture reduction achieved by a 5 minute microwave treatment at 720 W to samples containing 0, 1, 3 and 6% potassium carbonate dissolved in 30% water.
  • Figure 4 shows the evolution of humidity according to the power of the microwave and the duration of the treatment.
  • Figure 5 shows the total polyphenol content of the raw material (control) and of samples treated with 0, 1, 3 and 6% sodium hydroxide in 30% water for 5 minutes at a power of 720 W.
  • Figure 6 shows the antioxidant capacity of the raw material (control) and of samples treated with 0, 1, 3 and 6% sodium hydroxide in 30% water for 5 minutes at a power of 720 W.
  • Figure 7 shows comparative graphs of total polyphenol content and antioxidant capacity between commercial (_C) and microwave-treated (_MO) samples of cocoas subjected to different levels of alkalization: N (natural, pH 5-6), AS (alkaline mild, pH 6, 0-7, 2), AM (medium alkaline, pH 7, 2-7, 6) and AF (strong alkaline, pH> 7.6).
  • N natural, pH 5-6
  • AS alkaline mild, pH 6, 0-7, 2
  • AM medium alkaline, pH 7, 2-7, 6
  • AF strong alkaline, pH> 7.6
  • N_MO cocoa + 20% water
  • AS_MO cocoa + 20% water + 1% K2CO3
  • AM_MO cocoa + 10% water + 3.5% K2CO3
  • AF_M01 cocoa + 20% water + 3.5% K2CO3
  • AF_M02 cocoa + 20% water + 6% K2CO3.
  • the present invention refers to a rapid method of alkalinization of cocoa that provides a product with sensory characteristics equivalent to the traditional but drier, not compacted and, above all, that does not decrease or even increase the content of polyphenols and the antioxidant capacity with respect to the starting cocoa.
  • the method of alkalizing cocoa comprises four steps: a) Mixing cocoa with water and an alkalizing agent.
  • the proportion of water ranges from 10 to 30% and alkali from 1% to 8%, the percentages being by weight with respect to the weight of cocoa to be treated. For example: to get a medium alkaline reddish cocoa it will be necessary to mix cocoa: water: alkali in a ratio of 100: 30: 3.5; To obtain a cocoa with the same pH but of a more brown color, it will be necessary to mix cocoa: water: alkali in a ratio of 100: 20: 3.5.
  • alkalis used will also depend on the characteristics of the final product (sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonium hydroxide and magnesium hydroxide; sodium bicarbonate, potassium bicarbonate and ammonium bicarbonate; sodium carbonate, potassium carbonate and ammonium carbonate).
  • the mixing is carried out in two stages. First, a solution of the alkali is prepared at the desired concentration. Secondly, the alkali solution is progressively added to the powder while applying an orbital mixing movement to oxygenate the product.
  • Microwave treatment can be carried out discontinuously (the product contained in the mixing container is placed inside a sealed chamber where the microwaves are applied for a certain time) or continuously (the product enters a chamber for applying microwaves through a conduit or conveyor belt and the microwaves are applied during the residence time in the chamber).
  • the duration and power of the treatment will depend on the degree of alkalization to be achieved. In general, the range of times comprises from 0.5 to 10 minutes and the power ranges between 80 and 1800 W. For example, to achieve a reddish color it will be necessary to apply a power of 800 W for 4 minutes on a mixture of cocoa with NaOH (6%) and water (30%).
  • Figure 1 shows the time that the microwave treatment can be applied to the powder without burning, which depends on the added percentage of water, the power applied and the use of a sealed container or not.
  • the cocoa mass in the case of applying a water content of 30%, the cocoa mass can be heated to 800 W (100% power) in an open container (NP 30%) only for 4 minutes, while the time will increase to 5 minutes if a watertight container (WP 30%) is used.
  • WP 30% watertight container
  • the time increases up to 6 minutes (open container, NP 30%) and up to 7 minutes (closed container WP 30%).
  • step b) of the method according to the present invention performs simultaneously, as indicated above, the alkalinization and drying of the mixture of cocoa, water and alkalizing agent.
  • the humidity that the product has at the end of the alkalization process depends on several factors, among which the amount of water used, the use of a closed or open system, the alkali content, the power and the treatment time stand out.
  • Figure 2 shows the humidity of alkalized cocoa samples in microwaves using 30% water, and 5 minutes of treatment at a power of 720 W, varying the percentage of potassium carbonate between 0-6%, and both for an open and closed system.
  • alkalized cocoas in an open system lose much more water than alkalized cocoas in a closed system. For its part, the more alkali is used in the process, the lower the humidity of the final product after the alkalization operation.
  • the method according to the preferred embodiment of the present invention comprises also the optional step of drying the alkalized mixture obtained in step b) until obtaining said moisture content equal to or less than 5%.
  • This drying step is preferably carried out by a hot air drying post-treatment. c) Grinding the mixture obtained in step b) (or after the optional drying step)
  • the grinding of the product obtained is preferably carried out by means of a blades or a classifier mill until the desired particle size is achieved.
  • the present invention also relates to a cocoa product obtained by an alkalization method such as that described above.
  • Said cocoa powder product alkalized by microwave application has superior characteristics than commercial products.
  • the microwave treatment allows to obtain products similar to commercial ones, in the 4 product categories: natural (N, pH 5-6), alkaline mild (AS, pH 6, 0-7, 2), medium alkaline (AM, pH 7, 2-7, 6) and strong alkaline (AF, pH> 7.6).
  • natural N, pH 5-6)
  • AS alkaline mild
  • AM medium alkaline
  • AF strong alkaline
  • REF reference range determined by measuring these parameters in 5 commercial samples chosen at random.
  • cocoas produced by microwaves using the method according to the present invention have an antioxidant capacity and a content of total polyphenols significantly higher than those of the commercial product and even higher than those of the original cocoa itself (see Figures 5 , 6 and 7).
  • the latter makes microwave alkalization a process not only faster, but more respectful of the raw material being treated compared to the conventional method.
  • this increase in total polyphenol content and antioxidant capacity in the cocoa product according to the present invention is due to the release of non-extractable polyphenols.
  • the polyphenols in the raw material can be free or forming complexes with other compounds (proteins, fiber, other phenols ). These polyphenols are called non-extractable polyphenols. It seems that, after the microwave alkalization treatment, these polyphenols are released from the compound that has them retained, and they become bioavailable to exert the antioxidant function.
  • the method of alkalizing cocoa and cocoa product according to the preferred embodiments of the present invention have several advantages over the prior art.
  • the microwave treatment method (4-7 minutes) is much faster than the conventional method (20-80 minutes), which evidently results in a cheaper process and a higher production capacity.
  • microwave heating causes uniform heating throughout the particle (not just on the surface), resulting in a homogeneous product in terms of color and other properties.
  • the content of bioavailable polyphenols in the samples is increased, which increases the functional value of these cocoas compared to those alkalized by conventional techniques.
  • the total polyphenol content in the microwave-treated samples increases by at least 40%.
  • the increase of the antioxidant capacity in vitro of cocoas treated by microwaves is higher than that of commercial samples.

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Abstract

La invención se refiere a un método de alcalinización de cacao que comprende las etapas de a) mezclar cacao con agua y un agente alcalinizante; b) someter a tratamiento por microondas la mezcla de la etapa a) para realizar su alcalinización; y c) moler la mezcla obtenida en la etapa b). También se da a conocer un producto de cacao obtenido mediante dicho método.

Description

MÉTODO DE ALCALINIZACIÓN DE CACAO Y PRODUCTO DE CACAO OBTENIDO
MEDIANTE DICHO MÉTODO
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de la producción de productos derivados del cacao, y más concretamente a un método mejorado de alcalinización del cacao.
Antecedentes de la invención
El cacao en polvo, producto obtenido del haba de cacao ( Theobroma cacao ) tras eliminar la grasa y moler hasta un tamaño de partícula muy fino, es una materia prima de gran importancia en la industria alimentaria. Entre sus aplicaciones se encuentra la elaboración de galletas, tortas y otros productos de panadería y repostería, donde el cacao en polvo aporta el sabor y el aroma; la fabricación de bebidas de chocolate; la elaboración de chocolates, coberturas y bombones; así como la aromatización de helados, glaseados y bebidas.
Además de sus propiedades sensoriales, el cacao natural en polvo destaca por un gran número de componentes funcionales que cada vez más se asocian con beneficios para la salud cardiovascular. Estas propiedades saludables se le confieren principalmente a los polifenoles antioxidantes presentes en el cacao los cuales están relacionados con un gran número de efectos beneficiosos para la salud. El cacao es rico en compuestos antioxidantes como los polifenoles, de los que los flavonoides son los componentes mayoritarios, entre los que se encuentran proantocianidinas (58-65%), catequinas (29-38%) y antocianidinas (1,7-4%). Estos polifenoles son similares a los que se pueden encontrar en productos como el vino, el té o ciertos vegetales, y contribuyen a la formación de precursores del sabor en el cacao y en el chocolate.
Entre las propiedades funcionales asociadas al consumo de polifenoles del cacao se encuentra su capacidad antioxidante, siendo capaces de inhibir la peroxidación de los lípidos y evitar la presencia de radicales libres, los cuales dañan el organismo a nivel celular. Este daño producido por los radicales libres puede aumentar el riesgo del desarrollo de cáncer, enfermedades cardiovasculares y otras enfermedades degenerativas. Por otra parte, investigaciones recientes relacionan el consumo de polifenoles del cacao con la disminución de la presión arterial, efectos analgésicos, antitrombóticos, antiinflamatorios, inmunitarios, antimicrobianos y vasodilatadores. Los polifenoles del cacao han demostrado tener también actividad antimutagénica, además de reducir los niveles de 8-hidroxi-20-desoxiguanosina, un biomarcador de daño oxidativo al ADN.
El proceso de producción del cacao en polvo es complejo. Éste se inicia con la recolección de la vaina o mazorca de cacao y la extracción de las 30-40 semillas que contiene. Las semillas se fermentan con el objetivo de desarrollar los precursores del aroma a cacao, y reducir la acidez y la astringencia.
Posteriormente, las semillas fermentadas se someten a un secado cuyo objetivo es reducir su contenido en humedad, para lo que se emplean temperaturas comprendidas entre 120 y 150°C dependiendo del producto.
Tras el secado, las semillas se descascarillan mediante un proceso físico que da lugar a las virutas de cacao (también conocidas como “nibs"). Éstas se someten a un proceso de tostado a altas temperaturas (120-150°C) que contribuye, además de a la reducción de la carga microbiana, a la formación de aromas, sabores y colores típicos de los productos de cacao.
El proceso continúa con la molturación y refinado de las virutas de cacao dando lugar a una mezcla de componentes magros y grasos en forma líquida conocida como licor de cacao, que tras un proceso de prensado da lugar a dos productos: la manteca de cacao que se utiliza como grasa vegetal y la torta de cacao que se utiliza para la elaboración de productos de cacao. Posteriormente se muele la torta de cacao hasta un tamaño de partícula muy fino, que da lugar al cacao natural en polvo.
En diferentes partes de este proceso, la materia prima (viruta, licor, torta o cacao en polvo) puede someterse a un tratamiento con un álcali (NaOH, K2CO3...) a alta temperatura conocido como alcalinización. Este proceso tiene por objetivo mejorar sus cualidades tecnológicas y sensoriales.
Durante la alcalinización el cacao neutraliza su pH reduciendo su acidez, reduce su astringencia debido a la polimerización de flavonoides, aumenta su solubilidad y desarrolla aromas y sabores. Por otra parte, desarrolla colores que van de un marrón claro suave a un marrón más oscuro con tonos rojizos a causa de la reacción entre los pigmentos del cacao y el álcali en presencia de oxígeno. Dependiendo del grado de alcalinización se pueden obtener diferentes polvos de cacao: cacao natural (no alcalinizado), alcalino suave, alcalino medio y cacao fuertemente alcalinizado. El cacao natural tiene un color marrón suave y un sabor ácido, algo astringente. El cacao ligeramente alcalinizado presenta un color más oscuro y un pH más alto debido al proceso de alcalinización. Al eliminar la acidez y la astringencia se realzan los sabores suaves a chocolate. Por último, los cacaos fuertemente alcalinizados poseen un color muy oscuro y un sabor más intenso.
Las condiciones del proceso pueden variar considerablemente entre diferentes productores y/o productos. No obstante, las principales variables de proceso suelen ser el tipo y la cantidad de álcali utilizado (generalmente carbonato potásico entre el 1,5 y el 6%), la cantidad de agua añadida para disolver el álcali (15-40%), el tiempo de reacción (desde 1 h hasta 24 h) y la temperatura (desde 60-150°C). Las cantidades de los componentes añadidos (en concreto álcali y agua) vienen dadas en % en peso con respecto al peso de cacao tratado. La alcalinización se realiza en reactores presurizados, agitados mediante palas. Tras el tratamiento de alcalinización, el agua añadida a la muestra se elimina mediante un proceso de secado. Finalmente, se debe realizar una operación de molturación para transformar la materia prima en polvo, incluso cuando se parte de polvo, ya que durante el tratamiento las diferentes partículas se agregan formando esferas compactas y muy duras.
Este tratamiento de alcalinización en reactores presurizados tradicional presenta varios aspectos limitantes. En primer lugar, la adición de agua a la materia prima que debe eliminarse en el producto final. En efecto, el proceso de alcalinización requiere la adición de una gran cantidad de agua (generalmente entre el 20-30%) al cacao. Tras la operación de alcalinización, ésta agua debe eliminarse mediante secado por aire caliente, de manera que el producto final alcance una humedad por debajo del 5%. Por encima de este valor se producen proliferaciones microbianas y reacciones enzimáticas. La operación de secado supone un gran coste energético y por tanto económico.
Otro aspecto limitante es que el calentamiento de la partícula (viruta, torta o polvo) es superficial. Durante la alcalinización, el agua, el calor y el álcali actúan principalmente sobre la superficie de la partícula que se está tratando, produciéndose un gradiente de temperaturas desde el exterior hasta el interior de la partícula. Cuanto más grande es la partícula, menos penetra el agua añadida (arrastrando al álcali) y menos se calienta la partícula. Por tanto, menos efectivo es el tratamiento.
Por otro lado, la alcalinización de polvo provoca la aparición de esferas compactas y muy duras, lo cual implica la utilización de mucha energía para molturar. Una opción para mejorar la penetración del álcali, del agua y del calor, para incrementar la eficacia del proceso de alcalinización, es alcalinizar polvo (torta previamente molturada). Durante la alcalinización del cacao en polvo se produce una agregación de las partículas del polvo, generando esferas de unos 0,5 cm de diámetro, las cuales son muy duras. Estas esferas deberán molerse para obtener de nuevo el producto comercial: polvo. Debido a su dureza, la cantidad de energía utilizada en la operación de molienda es muy elevada. Además, en ocasiones, no es posible lograr distribuciones de tamaños de partícula similares a las del cacao natural (no alcalinizado).
Por último, la alcalinización provoca pérdidas de vitaminas, aminoácidos y polifenoles. Durante la alcalinización tienen lugar numerosas y complicadas reacciones químicas que intervienen en el desarrollo del sabor y color y que pueden derivar en una alteración del perfil nutricional y funcional de los polvos de cacao. Por una parte, las proteínas pueden reaccionar con los azúcares a través de reacciones de Maillard. Por otra, la alcalinización favorece la pérdida de la capacidad antioxidante a causa de la oxidación de los polifenoles y su posterior polimerización, la cual da lugar a la formación de quinonas insolubles.
El porcentaje de pérdidas depende mucho del tipo de muestra que se analice. No existe una correlación entre el tipo de materia prima y/o variables de proceso y su influencia en el perfil nutricional y funcional de las muestras. Todas las intervenciones realizadas en la industria para minimizar el impacto de las variables del procesado secundario en la materia prima se basan en la aproximación empírica.
Sumario de la invención
Según un primer aspecto, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un método de alcalinización de cacao que resuelva al menos uno de los inconvenientes de la técnica anterior mencionados anteriormente.
En concreto, la presente invención da a conocer, según un primer aspecto, un método de alcalinización de cacao, que comprende las etapas de: a ) mezclar cacao con agua y un agente alcalinizante; b ) someter a tratamiento por microondas la mezcla de la etapa a) para realizar su alcalinización y secado; c ) moler la mezcla obtenida en la etapa b).
El producto de cacao obtenido al final de la etapa c) del método según la presente invención tiene preferiblemente un contenido en humedad inferior al 5%. Para ello, según una realización preferida, el método comprende la etapa adicional de secar la mezcla alcalinizada obtenida en la etapa b) hasta obtener un contenido en humedad igual o inferior al 5%, cuando la mezcla al final de la etapa b) tiene un contenido en humedad superior al 5%.
Según un segundo aspecto, la presente invención da a conocer un producto de cacao obtenido mediante un método de alcalinización según el primer aspecto de la presente invención. Dicho producto de cacao comprende una cantidad de polifenoles y/o una capacidad antioxidante al menos igual a la del cacao empleado como materia prima para dicho procedimiento.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran realizaciones preferidas de la presente invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera:
La figura 1 es un gráfico que muestra el tiempo máximo de exposición que puede darse a una torta de cacao hasta que empiezan a aparecer aromas a quemado en función de la potencia del equipo, del porcentaje de agua y de la aplicación o no de presión. La potencia viene indicada en porcentaje de potencia, correspondiendo el 100% a 800 W. Las muestras se indican como “NP” (sin presión, recipiente abierto) y “WP” (con presión, recipiente cerrado), seguido por el porcentaje de agua añadido.
La figura 2 es un gráfico que muestra la humedad de la materia prima (control) y del producto alcalinizado tras aplicar un tratamiento de 5 minutos a 720 W a muestras que contenían el 0, 1 , 3 y 6% de carbonato potásico disuelto en un 30% de agua.
La figura 3 es un gráfico que muestra la reducción de la humedad conseguida mediante un tratamiento por microondas de 5 minutos a 720 W a muestras que contenían el 0, 1, 3 y 6% de carbonato potásico disuelto en un 30% de agua.
La figura 4 muestra la evolución de la humedad de acuerdo a la potencia del microondas y la duración del tratamiento.
La figura 5 muestra el contenido en polifenoles totales de la materia prima (control) y de muestras tratadas con hidróxido sódico al 0, 1 , 3 y 6% en un 30% de agua durante 5 minutos a una potencia de 720 W.
La figura 6 muestra la capacidad antioxidante de la materia prima (control) y de muestras tratadas con hidróxido sódico al 0, 1 , 3 y 6% en un 30% de agua durante 5 minutos a una potencia de 720 W.
La figura 7 muestra gráficos comparativos del contenido en polifenoles totales y la capacidad antioxidante entre muestras comerciales (_C) y tratadas por microondas (_MO) de cacaos sometidos a diferentes niveles de alcalinización: N (natural, pH 5-6), AS (alcalino suave, pH 6, 0-7, 2), AM (alcalino medio, pH 7, 2-7, 6) y AF (alcalino fuerte, pH > 7,6). Las muestras tratadas mediante un método según la presente invención mostradas en estos gráficos se sometieron a alcalinización por microondas durante 4 minutos, al 90% de potencia en un sistema con presión. N_MO = cacao + 20% de agua; AS_MO = cacao + 20% de agua + 1% de K2CO3; AM_MO = cacao + 10% de agua + 3,5% de K2CO3; AF_M01 = cacao + 20% de agua + 3,5% de K2CO3; AF_M02 = cacao + 20% de agua + 6% de K2CO3. Las muestras comerciales utilizadas como referencia fueron las siguientes: N_C1 = N55 (Macao); N_C2 = N11N (De Zaan); N_C3 = SN (De Zaan); N_C4 = N11D (De Zaan); AS_C1 = S7 (De Zaan; AS_C2 = L68 (Macao); AS_C3 = D11DQ; AM_C1 = M75 (Macao); AM_C2 = S75 (De Zaan); AM_C3 = D11MR (De Zaan); AF_C1 = S81 (Macao); AF_C2 = S82 (Macao); AF_C3 = S83 (Macao).
Figure imgf000007_0001
Según una realización preferida, la presente invención se refiere a un método rápido de alcalinización de cacao que proporciona un producto de características sensoriales equivalentes al tradicional pero más seco, no compactado y, sobre todo, que no disminuye o incluso incrementa el contenido en polifenoles y la capacidad antioxidante respecto al cacao de partida.
El método de alcalinización de cacao según la realización preferida de la presente invención comprende cuatro etapas: a) Mezclar cacao con agua y un agente alcalinizante.
Se realiza a las proporciones adecuadas para conseguir el pH y el grado de oscurecimiento deseado. Dependiendo del grado de alcalinización que se desee alcanzar, la proporción de agua va del 10 al 30% y de álcali del 1% al 8%, siendo los porcentajes en peso con respecto al peso de cacao que va a tratarse. Por ejemplo: para conseguir un cacao alcalino medio de color rojizo será necesario mezclar cacao:agua:álcali en una relación 100:30:3,5; para conseguir un cacao con el mismo pH pero de un color más marrón será necesario mezclar cacao:agua:álcali en una relación 100:20:3,5. Los tipos de álcalis empleados dependerán también de las características del producto final (hidróxido sódico, hidróxido potásico, hidróxido cálcico, hidróxido amónico e hidróxido magnésico; bicarbonato sódico, bicarbonato potásico y bicarbonato amónico; carbonato sódico, carbonato potásico y carbonato amónico).
Según una realización preferida, el mezclado se realiza en dos etapas. En primer lugar se prepara una disolución del álcali a la concentración deseada. En segundo lugar se añade progresivamente la disolución de álcali sobre el polvo a la vez que se aplica un movimiento orbital de mezclado para oxigenar el producto.
El mezclado se realiza mediante energía mecánica en contenedores abiertos (permiten la entrada de oxígeno) o cerrados herméticamente (no permiten la entrada de oxígeno, pero consiguen elevar la presión del sistema una vez se apliquen los microondas). b) Someter a tratamiento por microondas la mezcla de la etapa a) para realizar su alcalinización y secado.
El tratamiento en microondas se puede realizar de manera discontinua (el producto contenido en el envase de mezclado se coloca en el interior de una cámara estanca donde se aplican las microondas durante un tiempo determinado) o continua (el producto entra en una cámara de aplicación de microondas a través de un conducto o cinta transportadora y se aplican las microondas durante el tiempo de residencia en la cámara). La duración y la potencia del tratamiento dependerán del grado de alcalinización que se desee alcanzar. En general, el rango de tiempos comprende desde 0,5 hasta 10 minutos y la potencia oscila entre 80 y 1800 W. Por ejemplo, para lograr un color rojizo será necesario aplicar una potencia de 800 W durante 4 minutos sobre una mezcla de cacao con NaOH (6%) y agua (30%).
En la figura 1 se muestra el tiempo que se puede aplicar el tratamiento por microondas al polvo sin que llegue a quemarse, el cual depende del porcentaje añadido de agua, de la potencia aplicada y del uso de un contenedor estanco o no. Por ejemplo, tal como puede observarse en la figura 1, en el caso de aplicar un contenido de agua de un 30% se podrá calentar la masa de cacao a 800 W (potencia del 100%) en un contendor abierto (NP 30%) únicamente durante 4 minutos, mientras que el tiempo se incrementará a 5 minutos si se utiliza un recipiente estanco (WP 30%). Al reducir la potencia a 600 W (potencia del 80%), el tiempo se incrementa hasta 6 minutos (recipiente abierto, NP 30%) y hasta 7 minutos (recipiente cerrado WP 30%).
Tras el tratamiento por microondas, el cacao podría poseer una humedad entre el 0- 35%, según se haya evaporado más o menos agua de la contenida por el cacao al inicio del tratamiento (original (es decir, cacao antes del tratamiento) + añadida en la etapa de mezclado de componentes). Es decir, la etapa b) del método según la presente invención realiza simultáneamente, tal como se indicó anteriormente, la alcalinización y el secado de la mezcla de cacao, agua y agente alcalinizante.
La humedad que posee el producto al finalizar el proceso de alcalinización depende de varios factores, entre los que destaca la cantidad de agua utilizada, el uso de un sistema cerrado o abierto, el contenido en álcali, la potencia y el tiempo de tratamiento.
En la figura 2 se muestra la humedad de muestras de cacao alcalinizado en microondas utilizando el 30% de agua, y 5 minutos de tratamiento a una potencia de 720 W, variando el porcentaje de carbonato potásico entre el 0-6%, y tanto para un sistema abierto como cerrado. Como se puede apreciar, los cacaos alcalinizados en un sistema abierto pierden mucha más agua que los alcalinizados en un sistema cerrado. Por su parte, cuanto más álcali se utiliza en el proceso, menor es la humedad del producto final tras la operación de alcalinización.
A partir de estos datos, se puede calcular el porcentaje de humedad que pierde la muestra durante el tratamiento por microondas, el cual para este ensayo oscila entre un 62 y un 82% (véase la figura 3).
A través de un ensayo de superficie-respuesta utilizando como variables fijas el porcentaje de agua (30%) y la cantidad de álcali (6%) (figura 4) se estudió el tiempo de tratamiento y la potencia que debe aplicarse al producto para que se consiguiera un secado total. A través del estudio se pudo determinar que las condiciones que consiguen secar el producto hasta una humedad inferior al 5% son una potencia superior al 80% y un tiempo superior a 6 minutos. Tal como puede observarse en la figura 1, en estas condiciones no se llega a quemar el producto.
Por tanto, se ha concluido que la aplicación de microondas consigue eliminar entre un 60 y un 100% el contenido en humedad de la muestra sin llegar a quemarla.
Etapa opcional de secado.
En los casos en los que el tratamiento por microondas no logra eliminar la humedad por debajo de un 5% (porcentaje considerado por la industria del cacao como límite seguro para evitar la proliferación microbiana), el método según la realización preferida de la presente invención comprende además la etapa opcional de secar la mezcla alcalinizada obtenida en la etapa b) hasta obtener dicho contenido en humedad igual o inferior al 5%. Esta etapa de secado se realiza preferiblemente mediante un tratamiento posterior de secado por aire caliente. c) Moler la mezcla obtenida en la etapa b) (o tras la etapa opcional de secado)
La molienda del producto obtenido se realiza preferiblemente mediante un molino de cuchillas o un molino clasificador hasta conseguir el tamaño de partícula deseado.
Tal como se indicó anteriormente, la presente invención también se refiere a un producto de cacao obtenido mediante un método de alcalinización tal como el descrito anteriormente. Dicho producto de cacao en polvo alcalinizado mediante la aplicación por microondas presenta unas características superiores a las de los productos comerciales.
En cuanto a las componentes del espacio de color CIE-Lab (L, C* y h), el tratamiento por microondas permite obtener productos similares a los comerciales, en las 4 categorías de productos: naturales (N, pH 5-6), alcalinos suaves (AS, pH 6, 0-7, 2), alcalinos medios (AM, pH 7, 2-7, 6) y alcalinos fuertes (AF, pH > 7,6). Los resultados se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 1. Coordenadas de color y pH de las muestras obtenidas en un experimento trabajando a diferentes condiciones de tratamiento en función del grado de alcalinización y rango habitual en muestras comerciales.
Muestra L* C* h pH
N1 21,8±0,2 20,1±0,6 50,3±0,3 5,5±0,0
N2 20,8±0,4 20,2±0,7 50,4±0,6 5,5±0,0
N3 22,7±0,7 21,1 ±0,4 50,8±0,9 5,5±0,0
N4 20,6±0,3 18,9±0,2 48,8±0,6 5,6±0,1
Figure imgf000010_0001
AF1 13,2±0,6 11 ,7±0,5 42,9±1,4 8,2±0,2
AF2 11,7±0,7 11,2±0,6 42,0±1,3 8,6±0,1
AF3 9,4±0,2 6,9±0,6 36,5±0,3 9,1±0,0
AF4 9,0±0,2 6,0±0,5 37,6±0,2 9,3±0,0
AF5 9,9±0,9 6,0±0,6 36,0±0,5 9,4±0,0
AF6 9,3±0,4 6,7±0,6 37,7±0,2 9,5±0,0
AF-ref 8-13 6-13 31-42 >7.6 Naturales (N), alcalinos suaves (AS), alcalinos medios (AM) y alcalinos fuertes (AF). REF: rango de referencia determinado por la medición de dichos parámetros en 5 muestras comerciales elegidas al azar.
A nivel sensorial, mediante un panel de cata formado por catadores expertos se ha determinado que las muestras tratadas por microondas poseen un perfil similar al de cacaos procesados en reactores tradicionales.
De manera particularmente interesante e inesperada, los cacaos producidos por microondas mediante el método según la presente invención presentan una capacidad antioxidante y un contenido en polifenoles totales significativamente superiores a los del producto comercial e incluso superiores a los del propio cacao original (véanse las figuras 5, 6 y 7). Esto último convierte a la alcalinización por microondas en un procedimiento no sólo más rápido, sino más respetuoso con la materia prima que está tratándose con respecto al método convencional.
Sin desear limitarse a ninguna teoría particular, se cree que este aumento del contenido en polifenoles totales y de la capacidad antioxidante en el producto de cacao según la presente invención se debe a la liberación de polifenoles no extractables. En efecto, los polifenoles en la materia prima (el cacao de partida) pueden estar libres o formando complejos con otros compuestos (proteínas, fibra, otros fenoles...). A estos polifenoles se les denomina polifenoles no extractables. Parece ser que, tras el tratamiento de alcalinización por microondas, estos polifenoles se liberan del compuesto que los tiene retenidos, y pasan a ser biodisponibles para ejercer la función antioxidante.
Por tanto, tal como se desprende a partir de la descripción anterior, el método de alcalinización de cacao y el producto de cacao según las realizaciones preferidas de la presente invención presentan varias ventajas con respecto a la técnica anterior.
En primer lugar, el método de tratamiento por microondas (4-7 minutos) es mucho más rápido que el método convencional (20-80 minutos), lo cual repercute evidentemente en un abaratamiento del procedimiento y una mayor capacidad de producción.
Por otro lado, a diferencia del calentamiento habitual por vapor, el calentamiento por microondas provoca un calentamiento uniforme por toda la partícula (no sólo en la superficie), dando lugar a un producto homogéneo en cuanto al color y otras propiedades.
En la alcalinización en polvo por microondas, debido al bajo tiempo de tratamiento, no se producen aglomeraciones de partículas, las cuales dan lugar a esferas compactas de gran dureza. Al no generarse estas esferas apelmazadas, la cantidad de energía aplicada para molturar el producto es mucho menor, repercutiendo también en un abaratamiento del procedimiento. Además, el tamaño de partícula que se consigue es mucho menor y la distribución de tamaños de partícula es más homogénea. Dependiendo de la potencia y del tiempo de tratamiento, se logra una reducción de la humedad en el propio microondas superior al 70-90%, lo que reduce el tiempo de secado (o incluso elimina la etapa de secado) antes de moler la torta o el cacao en polvo. Esta reducción de la humedad durante la propia alcalinización conlleva que el proceso global se acelere y que se reduzcan los costes de proceso.
Se incrementa el contenido en polifenoles biodisponibles en las muestras, lo que acrecienta el valor funcional de estos cacaos frente a los alcalinizados por técnicas convencionales. El contenido en polifenoles totales en las muestras tratadas por microondas llega a incrementarse como mínimo un 40%. El incremento de la capacidad antioxidante in vitro de los cacaos tratados por microondas es superior al de las muestras comerciales.
El coste energético del proceso disminuye drásticamente al acortarse el tiempo del proceso de alcalinización, la energía necesaria para secar el producto y la energía necesaria para moler el producto. Al reducir el coste energético, se reduce el coste global de la operación. Aunque se ha descrito la presente invención con referencia a realizaciones preferidas de la misma, el experto en la técnica entenderá que pueden aplicarse modificaciones y variaciones a dichas realizaciones sin por ello alejarse del alcance de protección conferido por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Método de alcalinización de cacao, que comprende las etapas de: a ) mezclar cacao con agua y un agente alcalinizante; b ) someter a tratamiento por microondas la mezcla de la etapa a) para realizar su alcalinización y secado; c ) moler la mezcla obtenida en la etapa b).
2. Método según la reivindicación anterior, caracterizado por que en la etapa a) se emplean del 10 al 30% de agua y del 1 al 8% de agente alcalinizante, siendo los porcentajes en peso con respecto al peso del cacao.
3. Método según la reivindicación 2, caracterizado por que el agente alcalinizante se elige del grupo constituido por hidróxido sódico, hidróxido potásico, hidróxido cálcico, hidróxido amónico, hidróxido magnésico, carbonato sódico, carbonato potásico y carbonato amónico.
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa a) comprende preparar una disolución de agente alcalinizante en agua y después añadir progresivamente la disolución de agente alcalinizante al cacao.
5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa a) se realiza con mezclado orbital.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa b) se realiza mediante una de aplicación de microondas continua o discontinua.
7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa b) tiene duración desde 0,5 a 10 minutos.
8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende además una etapa de secar la mezcla alcalinizada obtenida en la etapa b) hasta obtener un contenido en humedad igual o inferior al 5%, cuando la mezcla al final de la etapa b) tiene un contenido en humedad superior al 5%.
9. Método según la reivindicación 8, caracterizado por que la etapa de secado se realiza por aire caliente.
10. Producto de cacao obtenido mediante un método de alcalinización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que comprende una cantidad de polifenoles y/o una capacidad antioxidante al menos igual a la del cacao empleado como materia prima para dicho procedimiento.
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