Estudio del proceso de cristalización y polimorfismo de la manteca de cacao en la cadena de fabricación de chocolate oscuro a partir de cacao (Theobroma cacao L.) variedad Criollo

Abstract

El objetivo general de la presente tesis fue estudiar el proceso de cristalización y polimorfismo de la manteca de cacao (MC) en la cadena de fabricación de chocolate oscuro a partir de cacao (Theobroma cacao L.) variedad Criollo. La revisión de la literatura demostró que en la cadena de fabricación de chocolates, la fermentación del cacao es la etapa más importante porque genera el perfil aromático; pero, puede influir en la cristalización y polimorfismo de la MC y por tanto en la cadena de fabricación del chocolate, hipótesis que fue establecida a partir del análisis bibliométrico. Para la evaluación de la cristalización, polimorfismo y miscibilidad de la MC se usó Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y Microscopía Confocal Raman (CRM). Durante la fermentación espontánea se pudo notar que el cacao alcanzó su temperatura más alta (45,35 °C) a los siete días, periodo durante el cual pudo determinarse los parámetros cinéticos de cristalización de la MC en el interior del grano usando DSC y la teoría de Avrami. Se encontró que durante el proceso de fermentación se produjeron núcleos de cristales metaestables (B1’ y B2’) de MC, los cuales crecieron de manera espontánea o esporádica, en forma de plato, varillas o agujas. La técnica multivariada k-means identificó patrones que dividieron la fermentación en dos etapas: en la primera (0 – 3 días), la MC cristalizó en 15,78 minutos y en la segunda (4 – 7 días) cristalizó en 17,88 minutos, por ello se propuso un proceso de fermentación de solo tres días para cacao Criollo. Para la fabricación de chocolate fue necesario implementar una etapa previa que consistió en analizar la miscibilidad de la MC con aceite de coco (CNO) y aceite de sacha inchi (SIO). Entonces, se preparó equivalentes de manteca de cacao (CBE) mezclando la MC con cada uno de los aceites vegetales en diferentes concentraciones. Los espectros Raman mostraron que SIO se diferenció de CNO y MC por su alta proporción de insaturación, evidenciado por la alta intensidad del pico a 1662,7 cm-1. Los picos a 1745,4 cm-1 y 1733,8 cm-1 en la MC evidenciaron la existencia de las formas B2’ y B1’. Las imágenes químicas Raman y la técnica Resolución de Curva Multivariada-Mínimos Cuadrados Alternantes generaron mapas de distribución e histogramas para determinar cualitativamente la miscibilidad del aceite vegetal con la MC, mientras que con estudio se calculó la desviación estándar relativa para determinar la miscibilidad de manera cuantitativa. Ambas técnicas mostraron que mezclar MC con CNO en proporciones de 55/45 y MC con SIO en proporciones de 65/35 pueden generar CBE con alta miscibilidad, la cual se reduce al incrementar la proporción de MC. La cinética de cristalización isotérmica develó que SIO cristaliza a temperaturas inferiores a cero grados y al igual que CNO, sus propiedades térmicas se modificaron cuando fueron mezclados con la MC para formar su correspondiente CBE. CNO cristalizó más rápido que la MC, pero al mezclarse con ésta, su velocidad de cristalización y entalpía de fusión se redujeron. Finalmente, estos CBEs fueron utilizados en combinación con el régimen de temperado para producir dos tipos de chocolates oscuros (Ch-SIO y Ch-CNO), evaluando su cinética de cristalización, polimorfismo, propiedades físicas y térmicas del producto final. La velocidad de cristalización de la MC incrementó como consecuencia de los CBE y temperado, obteniendo una cristalización más rápida en el Ch-SIO (7,08 ± 0,15 min) que en el Ch-CNO (7,25 ± 0,18 min). Ambos factores produjeron chocolates con altos porcentajes de forma B2 (92,56 ± 1,49% en Ch-SIO y 90,3 ± 1,18% en Ch-CNO) que superan los valores establecidos en literatura. La presencia de esta forma polimórfica fue corroborada con los bajos valores del índice de blancura (27,55 ± 0,22 – 28,73 ± 0,54). Las propiedades físicas y térmicas de los chocolates cambiaron dentro de valores aceptables.