Hombre, Ciencia y Tecnología ISSN: 1028-0871 Vol. 24, No. 1, enero-marzo pp. 69-77, 2020
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Fermentación en estado sólido de la cáscara de cacao, (Theobroma cacao. L).
Solid state fermentation of the cocoa husk, (Theobroma cacao. L).
Autores: M.V. Suset Hechavarría-Riviaux
1
, Dr. C. Abel Ortiz-Milán
2
, Dr. C. Arabel Elías-
Iglesias
2
,
Lic. Martha Gisela Toro-Pérez
1
Organismo: Universidad de Guantánamo. Cuba
1
. Instituto de Ciencia Animal. Mayabeque.
Cuba
2
.
Email: susethr@cug.co.cu
Resumen.
Con el objetivo de mejorar la composición
bromatológica de la cáscara de cacao para
la alimentación animal, se realizó un
experimento con diferentes variantes de
fermentación en estado sólido que
incluyeron niveles de urea (0, 1 y 1,5 %) y
tiempos de fermentación (24, 48 y 96 horas).
Se utilizó un diseño completamente
aleatorizado con arreglo factorial (3x3) con 3
repeticiones. Se evaluó la materia seca
(MS), ceniza (Cz), proteína bruta (PB), calcio
(Ca), fósforo (P), fibra ácida detergente
(FAD) y fibra neutra detergente (FDN). Al
final del proceso fermentativo hubo una
disminución de la MS, del componente
fibroso y un aumento de 9,49 y 10,19
unidades porcentuales de la PB a las 96
horas, al incluir 1 % y 1,5 % de urea, con
respecto a la cáscara sin fermentar (9,12).
Se concluye que la fermentación de este
subproducto con la incorporación de urea,
incrementa su concentración proteica.
Palabras clave: cáscara de cacao;
composición bromatológica; fermentación en
estado sólido,
Abstract.
In order to improve the bromatological
composition of the cocoa husk for animal
feed, an experiment was carried out with
different variants of solid state fermentation
that included urea levels (0, 1 and 1.5%) and
fermentation times (24, 48 and 96 hours) A
completely randomized design with factorial
arrangement (3x3) with 3 repetitions was
used. Dry matter (MS), ash (Cz), crude
protein (PB), calcium (Ca), phosphorus (P),
detergent acid fiber (FAD) and neutral
detergent fiber (FDN) were evaluated. At the
end of the fermentation process there was a
decrease in the DM, the fibrous component
and an increase of 9.49 and 10.19
percentage units of the PB at 96 hours,
including 1% and 1.5% urea, regarding the
unfermented husk (9,12). To conclude the
study, it was evident that the fermentation of
this by-product increases its protein
concentration with the incorporation of urea.
Keywords: Cocoa husk; bromatological
composition; solid state fermentation.
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Introducción.
La fermentación en estado sólido (FES), es un proceso microbiológico que ocurre comúnmente
en la superficie de materiales sólidos que absorben y contienen el agua, con o sin nutrientes
solubles. Este proceso puede llevarse a cabo a escalas industriales, siendo una alternativa
potencial para el uso económico de residuos agroindustriales, así como para disminuir el flujo de
contaminantes al ambiente y permite, además, la obtención de alimentos para la producción
animal, Pandey et al., (2001).
En el oriente cubano, provincia Guantánamo, se pueden aprovechar los beneficios que brinda
el cultivo del cacao (Theobroma cacao L.), donde el municipio de Baracoa resulta clave en el
desarrollo del cultivo, el cual se cosecha todo el año y alcanza una producción total en el país de
2 058 t., ONEI, (2017). Para la producción de chocolate se utiliza solamente la almendra, que
representa aproximadamente el 20 % del fruto de este cultivo, el resto lo constituye la cáscara,
principal subproducto de esta industria la cual no se utiliza para la alimentación animal pues
posee un bajo valor nutritivo.
En la actualidad se desarrollan diversas investigaciones para incrementar el valor nutricional
de diferentes productos a través de la fermentación, con la cual se pueden obtener alimentos
energético-proteicos biotransformados en sus diferentes variantes donde se incluyen fuentes
energéticas y proteicas para mejorar la calidad y digestibilidad del producto que se fermenta
así lo reconocen: Rodríguez, (2005); Becerra et al., (2008); Elías y Herrera, (2008); Díaz,
(2014) y Brea, (2016).
Esta tecnología permite el uso de residuos de subproductos agroindustriales y de cosechas en
las fincas como materia prima para alimentación animal, implicando disminución en los costos de
producción por reducción en la compra de alimentos comerciales que complementen la dieta,
control en el impacto medioambiental por desechos orgánicos y un gran beneficio a nivel
nutricional para los animales, Moyano, (2014).
El objetivo de la investigación fue mejorar la composición bromatológica de la cáscara de cacao
para su uso como alimento animal, a través de la fermentación en estado sólido.
Desarrollo.
Materiales y métodos
Elaboración de la harina: las cáscaras se recolectaron en el municipio Baracoa, provincia
Guantánamo, donde hay una temperatura promedio de 25 °C y precipitación media anual de
2701 mm. En los meses de marzo – abril de 2019 estas se rebanaron, en trozos pequeños no
mayores a 5 cm de largo y 1 cm de ancho para exponer al aire la mayor superficie posible. El
secado se realizó de forma natural, las rebanadas se esparcieron en bandejas de aluminio de tal
manera que quedaron expuestas a la acción directa de la energía solar y al aire circundante, al
llegar la noche el material se apiló en la parte más alta del plato de secado y se cubrió con una
lona impermeable para protegerla de la lluvia o el rocío en las horas tempranas del día. El volteo
se realizó cada 2 horas (hrs), (6 veces al día), fundamentalmente durante las primeras horas de
secado, cuando pierde mayor cantidad de humedad. Todo este proceso de secado duró 72 hrs
aproximadamente, (3 días soleados), tiempo suficiente para que el producto esté seco
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(crujiente). Una vez secas se procedió al molinaje que se realizó en un molino de martillo hasta
convertirlo en harina, con criba de 1 mm.
Para el proceso de fermentación se montaron 9 tratamientos que consistieron en la inclusión de
3 niveles de urea (0; 1 y 1,5) y los tiempos de fermentación (24; 48; y 96 hrs). La urea se diluyó
en agua destilada y se ajustó la cantidad de líquido que se introdujo, para que todos los
tratamientos tuvieran entre el 60 y el 70 % de humedad inicial. Se mezclaron 100 g de muestra y
se depositaron en nylon, sellados con calor y se incubaron a temperatura ambiente (28±2 ºC)
durante 24; 48 y 96 hrs, cada nylon constituyó una unidad experimental, ver Tabla 1.
Tabla 1. Tratamientos para la fermentación en estado sólido (FES), niveles de urea y tiempos de
fermentación.
Tiempo
(horas)
Niveles de urea %
0
1,0
1,5
24
T1
T4
T7
48
T2
T5
T8
96
T3
T6
T9
Después de la incubación, el contenido de los nylon se recolectó en su totalidad, se
homogeneizó individualmente y se secó en una estufa a 60 ºC hasta obtener peso constante,
para el análisis bromatológico se enviaron las muestras al Laboratorio de Bromatología del
Instituto de Ciencia Animal (ICA) para determinar: materia seca (MS), ceniza (Cz), proteína bruta
(PB), fósforo (P) y calcio (Ca), según la metodología descrita por AOAC, (2000), fibra neutra
detergente (FDN) y fibra ácida detergente (FDA) según Van Soest, et al., (1991).
Una vez identificada la mejor variante de fermentación según su composición bromatológica, se
comparó estadísticamente con la harina de cáscara de cacao sin fermentar como tratamiento
control.
Se utilizó un diseño completamente aleatorizado con arreglo factorial (3x3) con 3 repeticiones,
siendo los factores o tratamientos, niveles de urea (0, 1.0, 1.5 %) y los tiempos de fermentación
(24, 48 y 96 hrs). Se realizó un análisis de varianza simple para todas las variables y la diferencia
entre las medias se calculó mediante la décima de comparación múltiple de Duncan (1955) para
P<0,05. Los datos fueron procesados en el paquete estadístico SPSS 15.0.
Resultados y discusión
La composición bromatológica de la harina de la cáscara de cacao (HCC) sin fermentar,
presentó un bajo contenido proteico, típico de los subproductos agrícolas, (Tabla 2). Los
componentes bromatológicos obtenidos, se encuentran en rangos determinados en otras
investigaciones, Salazar, (2016); Chafla, (2016) y Villamizar et al., (2017).
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Tabla 2. Composición bromatológica de la harina de cáscara de cacao sin fermentar.
Nutrientes
% BS
MS (materia seca)
91,00
Cz (ceniza)
11,40
PB (proteína bruta)
9,12
FDN (fibra detergente neutra)
68,10
FDA (fibra detergente ácida)
52,72
Ca (calcio)
0,78
P (fósforo)
0,13
Aunque las cáscaras del fruto del cacao se tratan de utilizar para la alimentación animal, por su
alto contenido en sustancias asimilables, Redgwell et al., (2012), su inconveniente principal es el
escaso contenido de proteína, los niveles de metabolitos secundarios y la baja digestibilidad de
la fibra debido a que sus paredes celulares tienen alto contenido de hemicelulosa, celulosa y
lignina, Abarca et al., (2010).
Sin embargo, estas características bromatológicas posibilitan su uso como fuente de energía en
procesos de fermentación en estado sólido para el enriquecimiento de alimentos con proteína
unicelular, Bermúdez et al., (2002).
Según Blandino, (2001), los desechos agroindustriales poseen características fisicoquímicas
adecuadas para utilizarse como sustratos en los bioprocesos de FES. Su composición química
caracterizada por la presencia de polisacáridos como celulosa y hemicelulosa, es de importancia
fundamental como fuente de carbono para los microorganismos.
Las tablas 3 y 4 muestran la composición bromatológica de las variantes de FES, como se
observa, no hubo interacción entre el nivel de urea añadido y el tiempo de fermentación para los
siguientes indicadores: Cz, Ca, FAD pero sí para la PB, MS, FDN y P.
Tabla 3. Efecto de niveles de urea y el tiempo de fermentación en la concentración de FAD, Cz,
Ca, y MO durante la FES de la HCC.
Factor
Cz%
Ca%
FAD%
Tiempo, hrs
24
11,77
a
0,74
a
52,29
b
48
12,59
c
0,76
ab
53,21
c
96
12,09
b
0,78
b
50,76
a
EE±
0,12
0,001
0,27
Sig
p<0.001
P=0,012
p<0.001
Niveles de urea,
%
0
13,07
c
0,87
c
57,35
c
1,0
12,14
b
0,73
b
47,66
a
1,5
11,24
a
0,67
a
51,24
b
EE±
0,12
0,001
0,27
Sig
p<0.001
P=0,012
p<0.001
abc
Medias con letras distintas en cada columna difieren a P<0,05 según Duncan (1955)
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El contenido de ceniza aumentó, a las 48 hrs de fermentación alcanza su máximo valor (12,59
%) para luego mostrar una ligera disminución a las 96 hrs, mientras que los niveles de urea
manifestaron una disminución a medida que incrementó este factor. Las cenizas indican el
contenido mineral de un alimento y es necesario para el metabolismo microbiano o animal. En
FES de desechos de guayaba (Psidium guajava), Jauregui, (1992), obtuvo incrementos de 0,8
unidades, sin adición de premezcla minerales, durante los primeros 7 días de fermentación. La
disminución del indicador sería el resultado de la utilización por parte de los microorganismos en
su metabolismo, Por su parte, Pérez, (1996), en FES del mijo de perla (Pennisetum glaucum)
obtuvo un incremento de 0,5 unidades a las 72 hrs como consecuencia del metabolismo celular,
de igual forma Espinosa, (2018), en FES de la yuca, encontró incrementos en 3,2 unidades
porcentuales durante el proceso.
La disminución del contenido de ceniza en los procesos fermentativos, puede además ser causa
de la lixiviación de elementos minerales solubles que podría haber dado lugar a la
descomposición de los componentes del sustrato en sus formas absorbibles, Igbabul, (2014).
La elevación en los valores de cenizas con el tiempo de fermentación también fue reportada por
Brea, (2016), en la FES de la harina de frutos del árbol del pan (Artocalpus Altilis. L) donde el
contenido de cenizas (P<0,001), aumentó en 0,82 unidades porcentuales a las 48 hrs con
respecto a las cero horas.
El calcio mantuvo un comportamiento similar, pues este indicador aumentó proporcionalmente
con el tiempo de fermentación y disminuyó con la inclusión de urea. Posiblemente se deba a la
presencia de minerales de forma natural en la cáscara de cacao.
La fibra ácida detergente mostró un aumento a las 48 hrs de fermentación para luego disminuir a
las 96 hrs, respecto a los niveles de urea añadidos se observó una disminución de este indicador
y de forma marcada con la inclusión de 1,0 % (47,66) la disminución en el contenido celular,
pudiera atribuirse a la utilización de los azúcares solubles de la harina de cáscara de cacao por
la microbiota que se establece en el sistema. Sin embargo, en la literatura aparecen numerosos
trabajos donde ocurren modificaciones significativas en los porcentajes de la fibra durante
procesos de FES, Elías et al., (1990) al elaborar Saccharina; Ramos, (2005), al combinar la caña
de azúcar con otros subproductos y Moyano, (2014), en la FES de la papa.
Según Aranda et al., (2012), el incremento de la fibra durante el tiempo de fermentación, puede
deberse a que los microorganismos, que se desarrollan en el sistema, utilizan los azúcares
simples que se encuentra en el contenido celular, lo que provoca un incremento en la
concentración de paredes celulares.
El comportamiento del indicador pudiera atribuirse a que, en todo proceso de FES, los
microorganismos utilizan casi la totalidad de los carbohidratos fermentables para su crecimiento
y multiplicación, Carrasco et al., (1997); Van Soest et al., (1991), mencionaron que, en procesos
como el ensilado, las alteraciones más apreciables son el aumento en las fracciones fibrosas:
FDN y FDA. Este mismo autor refiere el posible ataque de la fracción fibrosa que ejercen
algunos grupos microbianos celulolíticos, los cuales son capaces de degradar la celulosa hasta
azúcares simples como la glucosa y esta hasta CO
2
y H
2
O. Esto ocurre mediante complejos
procesos enzimáticos; a pesar de la fuerte resistencia que estos ofrecen a la degradación
microbiana, dado por la complejidad estructural del sustrato.
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Tabla 4. Efecto de niveles de urea y el tiempo de fermentación en la concentración de PB, MS,
FND y P durante la FES de la HCC.
a, b, c, d, e, f, g,h,i
Medias con letras distintas indican diferencias a P<0,05 según Duncan (1955).
En el estudio se observó una disminución de la MS con la inclusión de 0 y 1 % de urea, sin
embargo, este indicador mostró un aumento al incluir 1,5 % de este factor a medida que
transcurrió el tiempo de fermentación, lo que pudo deberse a que parte del agua contenida
pudiera evaporarse por el calor metabólico que se genera durante el proceso de FES, lo que
provocó concentraciones relativas a este indicador, Mitchell et al., (2002); Pandey et al., (2001).
Durante el curso de las fermentaciones, se ocasionan reducciones del nivel de humedad debido
tanto a pérdidas por evaporación como a la propia actividad metabólica de los microorganismos,
Pastrana, (1996). Las reducciones de MS en el proceso de FES de la HCC pueden deberse,
fundamentalmente, a la utilización de los carbohidratos solubles (sacarosa, glucosa, fructosa)
como fuentes energéticas de los procesos metabólicos, aunque, pudo producirse una pérdida de
los metabolitos intermediarios que son volátiles a la temperatura (60
o
C), a las que se someten
las muestras durante el proceso de secado para este análisis.
En otras investigaciones, se obtuvieron resultados similares a este, empleando la caña de
azúcar durante el proceso de la FES. La MS final disminuyó en 2,0 y 2,01 unidades percentiles
con relación a la MS inicial para el Sacchasorgo y Sacchapulido, respectivamente, Ramos,
(2005). Por otra parte, Rodríguez, (2005), encontró que la materia seca en Sacchaboniato
disminuyó conforme se prolongó el tiempo de fermentación. También, se halló disminución de la
materia seca en Saccharina en el tiempo de fermentación (0 y 24 hrs) Elías et al., (1990) y en la
FES de la harina del árbol del fruto del pan, Brea, (2016).
La reducción de la materia seca pudo provocar un efecto de concentración relativa del resto de
los indicadores que se expresaron en valores porcentuales respecto a ella, como la PB, este
indicador aumentó con la inclusión de urea y el tiempo de fermentación, aunque manifestó una
disminución a las 48 hrs. independientemente de los niveles de urea, para luego aumentar las 96
hrs., con valores de 18,61 % y 19,31 % con la inclusión de 1 y 1,5 % respectivamente.
Indicador
Tiempo
Niveles de urea %
E±
(h)
0
1,0
1,5
Signif.
24
87,06
bc
88,45
e
86,86
b
0,63
MS
48
87,70
d
86,68
b
87,43
cd
P<0,001
96
85,90
a
85,65
a
88,65
e
24
10,67
c
16,33
f
17,20
g
0,13
PB
48
10,13
a
16,10
e
15,75
i
P<0,001
96
10,43
b
18,61
h
19,31
g
24
66,79
e
64,75
b
63,56ª
0,31
FDN
48
73,28
i
65,45
c
70,03
h
P<0,001
96
66,43
d
67,30
f
66,56
de
24
0,14
c
0,12
abc
0,11
ab
0,00
P
48
0,13
bc
0,13
bc
0,10ª
NS
96
0,12
abc
0,14
c
0,13
bc
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Otros investigadores emplearon urea en la fermentación de diferentes sustratos. Rodríguez-
Muela et al., (2010), al determinar el efecto del nivel de urea y pasta de soya en los desechos de
manzana (Malus domestica), encontró que la proteína bruta aumentó con la adición de urea a la
mezcla (P < 0.01), de 61,90 a 69,85 %, para los niveles de 1,5 y 2 % de urea, respectivamente,
Moyano (2014), en la fermentación de la papa (Solanum tuberosum); Brea, (2016), en la harina
de frutos del árbol del pan (Artocarpus altilis) y Chafla, (2016), en la cáscara de cacao
(Theobroma cacao.L)
El crecimiento de microorganismos en la FES está ligado a la incorporación de la urea existente
en los sustratos, por su parte Elías et al., (1990), demostraron el efecto positivo que tenía la
adición de una fuente de nitrógeno no proteico como la urea, en la síntesis de proteína, y en las
modificaciones de la bromatología de la caña durante su enriquecimiento proteico. Durante la
fermentación en estado sólido la PB del sustrato se incrementa con la adición de nitrógeno no
proteico, Becerra et al., (2008) y Rodríguez-Muela et al., (2010).
Las variaciones observadas en la FDN coinciden con otros procesos fermentativos, Cándido et
al., (1999) mencionan que el efecto benéfico de la adición de urea en los contenidos de FDN se
atribuye principalmente a la solubilización de la hemicelulosa, compuesto que es abundante en
la cáscara del fruto del cacao, Abarca et al., (2010).
Según Loures et al., (2015), La reducción de FDN puede atribuirse a las pérdidas por efluentes,
especialmente de los componentes del contenido celular o a su vez puede ser atribuido al efecto
de la urea, que, al formar puentes de hidrógeno, entre las moléculas de celulosa se quiebran,
solubilizando parte de este componente de la pared celular, reflejando en consecuencia la
reducción de la FDN. En el caso del P, este indicador no presentó variaciones en el proceso
fermentativo.
A partir de los resultados bromatológicos obtenidos en la fermentación en estado sólido de la
harina de cáscara de cacao, se realiza una comparación, el T9 (96 hrs. de fermentación con
inclusión de 1,5 % de urea), con la harina sin fermentar (tratamiento control), como se observa
en la tabla 5.
La incorporación de niveles de urea y el aumento del tiempo de fermentación, trajo consigo, un
incremento en la PB de 10,19 unidades porcentuales con respecto a la harina sin fermentar,
alcanzando un valor de 19,31 %. Según Chafla, (2016). La fermentación de la cáscara de cacao
con una solución de 0,5 % sales minerales, 1,5 % de urea y 2 % de miel, produce aumentos de
la concentración de hongos y levaduras que conllevan a incrementos notables de la proteína,
modificaciones en la fibra y reducción de los polifenoles presentes, en un período de 48 hrs.
Por su parte Bermúdez, (2002), realizó la fermentación en estado sólido de la cáscara de cacao
procedente del municipio Baracoa, provincia Guantánamo, mediante el hongo de pudrición
blanca Pleurotus ostreatus var. Florida., y obtuvo un sustrato remanente con características
promisorias para ser utilizado como alimento animal, donde hubo en el proceso de fermentación
una disminución de la MS y un aumento de la PB en 7,08 unidades porcentuales con respecto al
valor de la cáscara sin fermentar.
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Tabla 5. Composición bromatológica de la harina sin fermentar y la HCC-FES (1,5 urea
fermentada en 96 hrs.).
Indicadores
Harina sin
Fermentar
HCC-
FES
EE
Sign.
MS
91,03
88,65
0,63
P<0.001
PB
9,12
19,31
0,13
P<0.001
Cz
11,40
11,85
0,12
P=0.007
FDN
68,10
66,53
0,31
P<0.000
FDA
52,74
52,27
0,27
P=0.025
Ca
0,78
0,75
0,01
NS
P
0,12
0,13
0,00
NS
P<0,05* P<0,01** P<0,001*** Duncan (1955)
La elaboración de la harina de cáscara de cacao fermentada en estado sólido (HCC-FES),
constituye un proceso poco complejo realizable por campesinos y empresas agropecuarias
estatales, quienes con una mínima inversión pueden conservar gran cantidad de este alimento
alternativo, que nutricionalmente brinda características aceptables para su uso en la
alimentación de especies animales económicamente útiles al hombre, al mismo tiempo que
disminuye el efecto negativo de este residual para el medio ambiente y contribuye a la
sustitución de importaciones.
Conclusiones.
La FES de la harina de cáscara de cacao con la incorporación de 1,5 % de urea, mejora las
características bromatológicas a las 96 horas, con incrementos en la concentración proteica.
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Cuaderno Activa N°9.
Fecha de recibido: 9 oct. 2019
Fecha de aprobado: 8 dic. 2019
