LibreOffice/5.4.7.2$Linux_X86_64 LibreOffice_project/c838ef25c16710f8838b1faec480ebba495259d0 0 0 14099 9999 true $(inst)/share/palette%3B$(user)/config/standard.sob 0 $(inst)/share/palette%3B$(user)/config/standard.soc $(inst)/share/palette%3B$(user)/config/standard.sod 1270 false $(inst)/share/palette%3B$(user)/config/standard.sog $(inst)/share/palette%3B$(user)/config/standard.soh false false true true false false true false false false $(inst)/share/palette%3B$(user)/config/standard.soe false 7 4 false 0 low-resolution false 1 1 true 55 | Campus | V. XXVIII | No. 35 | enero-junio | 2023 | | ISSN (impreso): 1812-6049 | ISSN (en línea): 2523-1820 | Estrategia de valorización para la biomasa residual en la producción y transformación del cacao. Cambio de paradigma para el sector r esumen La valorización de la biomasa residual (cáscara de la mazorca, exudado del mucílago y cáscara de la semilla) generada durante la producción y transformación del cacao representa una gran oportunidad en nuestro país, para mejorar la sostenibilidad de esta actividad productiva. Sin embargo, la falta de una estructura organizacional de la gestión productiva y administrativa pone en desventaja su viabilidad. Aquí, se ha identificado que los tres componentes de esta biomasa residual, además de ser fuente de nutrientes importantes son ricos en compuestos orgánicos (polifenoles, ácidos orgánicos, metilxantina…). En este sentido, el presente trabajo tiene como propósito sentar las bases de un enfoque ecosistémico basado en la composición química de la biomasa residual del cacao y como esto beneficia al usuario. Palabras clave: biomasa residual, cáscara de la mazorca de cacao, estrategias de valorización, compuestos bioactivos, desarrollo sostenible a bsTracT The valorization of residual biomass (cob husk, mucilage exudate and seed shell) generated during the production and processing of cocoa represents a great opportunity in our country to improve the sustainability of this productive activity. However, the lack of an organizational structure for the productive and administrative management puts its viability at a disadvantage. Here, it has been identified that the three components of this residual biomass, in addition to being a source of important nutrients, are rich in organic compounds (polyphenols, organic acids, methylxanthine...). In this sense, the purpose of this work is to lay the foundations of an ecosystem approach based on the chemical composition of cocoa residual biomass. Keywords: residual biomass, cocoa pod husk, valorization strategies, bioactive compounds, sustainable development Jesús Anthony Gutiérrez Chávez 1 Eddy Barnett Mendoza 2 Luis Celi Saavedra 3 1 Universidad de San Martín de Porres, Lima, Perú 2 Universidad de San Martín de Porres, Lima, Perú 2 Universidad de San Martín de Porres, Lima, Perú Autor para correspondencia E-mail: ebarnettm@usmp.pe Valorazation strategy for the residual biomass generated in cocoa production and processing. Paradigm shift for the sector Recibido: diciembre 11de 2022 | Revisado: enero 17 de 2023 | Aceptado: abril 15 de 2023 © Los autores. Este artículo es publicado por la Revista Campus de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad de San Martín de Porres. Este artículo se distribuye en los términos de la Licencia Creative Commons Atribución No-comercial – Compartir-Igual 4.0 Internacional (https://creativecommons.org/licenses/ CC-BY), que permite el uso no comercial, distribución y reproducción en cualquier medio siempre que la obra original sea debidamente citada. Para uso comercial contactar a: revistacampus@usmp.pe. https://doi.org/10.24265/campus.2023.v28n35.05 | Campus | V. XX VIII | N. 35 | PP.55-64 | enero-junio | 2023 | 56 | Campus | V. XXVIII | No. 35 | enero-junio | 2023 | | ISSN (impreso): 1812-6049 | ISSN (en línea): 2523-1820 | Introducción El término “cacao” (Theobroma cacao L.) se emplea comúnmente para referirse a las semillas de cacao fermentadas y secas; sin embargo, desde un punto de vista integral y botánico, la definición cacao hace referencia a los frutos que se producen en el árbol y a la misma planta. Con respecto al procesado y generación de la biomasa residual, se inicia con la recogida y abertura de las mazorcas que permiten la extracción de las semillas cubiertas con la pulpa mucilaginosa. La ejecución de este procesado tiene como resultado la cáscara de la mazorca, primer residuo generado a lo largo de la cadena de valor del cacao. Se estima que representa entre el 67–76% del fruto (Mariatti, Gunjević, Boffa & Cravotto, 2021). Posteriormente, el desarrollo de operaciones primarias (fermentación y secado) y secundarias (tostado, descascarillado, molienda, alcalinizado) permiten la transformación de las semillas en habas de cacao (semillas fermentadas y secas), y por tanto, resultan así las principales características fisicoquímicas que influyen en la elaboración de cada uno de los principales subproductos (manteca, nibs y cacao en polvo). En cuanto a la fermentación, es el proceso que se inicia por la actividad microbiana que se da en la masa mucilaginosa que recubre a las semillas, dando origen al segundo residuo denominado exudado del mucílago, que se puede definir como el hidrolizado del mucílago o pulpa que drena durante la fermentación. Aproximadamente entre 100-150 litros de pulpa por tonelada de masa empleada se genera durante esta operación (Soares & Oliveira, 2022). Durante el descascarillado, se puede separar la cáscara del haba tostada, (último residuo que forma parte de la biomasa residual). Esta representa aproximadamente entre el 12-20% del peso total del haba de cacao (Okiyama, Navarro & Rodrigues, 2017). En definitiva, podemos observar que grandes volúmenes de biomasa residual se generan en los distintos niveles de procesamiento del cacao. Valadez- Carmona et al. (2017) destacaron que por cada tonelada de producto (habas de cacao fermentadas y secas) se genera alrededor de 9-10 toneladas de biomasa residual equivalentes al 90% del fruto total. Para una mejor comprensión del procesado y generación de la biomasa residual del cacao, se incluye un esquema del mismo (Figura 1). Aunque a la fecha se vienen desarrollando múltiples iniciativas dirigidas a incentivar el aprovechamiento de esta biomasa residual, la falta de una sólida estructura organizacional de la gestión productiva, administrativa y la difusión de la misma, pone en desventaja al cacao frente a su acumulación y desecho durante los procesos productivos, generando contaminación, propagación de plagas y enfermedades que se mantienen cíclicamente en el cultivo (Yapo et al., 2013; Vriesmann et al., 2011; Hansen & Cheong, 2019). Por lo tanto, en sintonía con los Objetivos de Desarrollo Sostenible marcados en la Agenda 2030, el contenido de este artículo tiene como objetivo difundir la composición química de la Jesús Anthony Gutiérrez Chávez - Eddy Barnett Mendoza - Luis Celi Saavedra 57 | Campus | V. XXVIII | No. 35 | enero-junio | 2023 | | ISSN (impreso): 1812-6049 | ISSN (en línea): 2523-1820 | biomasa residual para sentar las bases de un cambio de paradigma en el sector del cacao. Conviene especificar que la información recogida no es una revisión exhaustiva de los diferentes reportes publicados hasta la fecha. Sin embargo, en este artículo se condensa de manera objetiva la composición química para las tres fracciones residuales del cacao. 5 la fecha. Sin embargo, en este artículo se condensa de manera objetiva la composición química para las tres fracciones residuales del cacao. COMPOSICIÓN QUÍMICA Conocer la composición química de esta biomasa es imprescindible para poder proponer futuras vías de aprovechamiento. En la Tabla 1 se recoge la información relativa a las tres fracciones residuales de los procesos mencionado en la sección de introducción. Figura 1 Biomasa residual generada durante el procesamiento del cacao Nota. Chávez, Baviera & Pérez-Esteve, 2022 Cosecha Abertura Fermentaci ón Secado Tostado Descascarillado Molienda Prensado Molienda Conchado CHOCOLATE HABAS DE CACAO CÁSCARA DE LA MAZORCA CÁSCARA DE LA SEMILLA /9j/4AAQSkZJRgABAQEAYABgAAD/2wBDAA0JCgsKCA0LCwsPDg0QFCEVFBISFCgdHhghMCoy MS8qLi00O0tANDhHOS0uQllCR05QVFVUMz9dY1xSYktTVFH/2wBDAQ4PDxQRFCcVFSdRNi42 UVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVFRUVH/wAAR CACEAJMDASIAAhEBAxEB/8QAHwAAAQUBAQEBAQEAAAAAAAAAAAECAwQFBgcICQoL/8QAtRAA AgEDAwIEAwUFBAQAAAF9AQIDAAQRBRIhMUEGE1FhByJxFDKBkaEII0KxwRVS0fAkM2JyggkK FhcYGRolJicoKSo0NTY3ODk6Q0RFRkdISUpTVFVWV1hZWmNkZWZnaGlqc3R1dnd4eXqDhIWG h4iJipKTlJWWl5iZmqKjpKWmp6ipqrKztLW2t7i5usLDxMXGx8jJytLT1NXW19jZ2uHi4+Tl 5ufo6erx8vP09fb3+Pn6/8QAHwEAAwEBAQEBAQEBAQAAAAAAAAECAwQFBgcICQoL/8QAtREA AgECBAQDBAcFBAQAAQJ3AAECAxEEBSExBhJBUQdhcRMiMoEIFEKRobHBCSMzUvAVYnLRChYk NOEl8RcYGRomJygpKjU2Nzg5OkNERUZHSElKU1RVVldYWVpjZGVmZ2hpanN0dXZ3eHl6goOE 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FaYWD1kyMVUVlFDq57W/CGnarI1wmbW6bkyRgYY+rDuffg10NFdjSe5xJtbHleq+DdYsYhOA t2g6rb5JHI7YyfwzXGvCDeSADb3I9K+hqhntba5z59vFLkbTvQNkenNTydiufufPbRSJJnHN Tw3flMrn5HU5Br2I+CfDpOf7POf+u8n/AMVTG8CeGm+9pxP/AG2k/wDiqXJfcfPbY84tPP1a SOGzhkuZ2HCoPu9uewGT1PFdLpfw6nmn8zWLhUhBBEMByW65BbHHbpnv0rudN0nT9Ji8qwtI 4FPXaOT9SeTV2lCkojnVcjh/E+l6ZpzWEESJbQpDKI1BwCcoTknrwPrWNOlpDaBkXfI4/dsH BH6V3fibRo9d0WazbIkHzwtuxiQA4z7c4Psa8iWe80KaSwv7Ygo2Njdj/h/Q0TWo6ctLCXFr chZI2OfMxkjk9a6u10WFNPYweUrKg3hmyT9e/euRbV5ZZg6FUQdhxn8a09Hkee4E0yP9mAPK nbk9setZyfKrs0j7zsizNYxSXUkUSPKy8fKOAfrToNMto5TJfF5G5AiQ4A+p/wAKvvdyRrsV Qqc4A7/41TinBlVQ67idqoAWZyegAHWuSVaUvhOuNKMdZGwt/GkPlQmK2jReAFGfwqa0lN4L eLT1LzYI9l9ST6DP9OpAqCLw3q2omN/LSziwMtOfnIPcIvT6Eg11WhaFb6NE+yR555AA8r+3 YAdBnJ/Hkmrp0JSd5GVSvGKtEl0bSYNItPKjPmSv80sxGC7f0HoP65J0KKK9BJJWRwNtu7Ci iimIKKKKACiiigAooooAKyNe8Oadr8aLeK6un3ZImw3fj3HPf/GteigDxLVvCV9olwzXqM1n uIWePow4xn+7nPf8M1tWUM98ALKMTkbVxGpITPTOB8o+vvXqdFYToKb1ZvCu4LRHCHwhqd7E gmnitf7xyZG/IYH610GheGLDRtsq7p7oDmeTqMjB2jsOvvyea26KuNKMNkRKrKe7CiiitDMK KKKAP//Z EXUDADO DEL MUCÍLAGO Cáscara de la semilla Cáscara de la mazorca Exudado del mucílago Composición química Conocer la composición química de esta biomasa es imprescindible para poder proponer futuras vías de aprovechamiento. En la Tabla 1 se recoge la información relativa a las tres fracciones residuales de los procesos mencionado en la sección de introducción. Figura 1 Biomasa residual generada durante el procesamiento del cacao Nota. Chávez, Baviera & Pérez-Esteve, 2022 Estrategia de valorización para la biomasa residual en la producción y transformación del cacao. Cambio de paradigma para el sector 58 | Campus | V. XXVIII | No. 35 | enero-junio | 2023 | | ISSN (impreso): 1812-6049 | ISSN (en línea): 2523-1820 | Tabla 1 Composición química de la biomasa residual del cacao (g/100 g de materia seca) Cáscara de la mazorca Exudado del mucílago Cáscara de la semilla Carbohidratos 29.04-32.30 10.70-68.35 17.80-23.17 Celulosa 24.24-35.00 20.80-57.50 15.10 Hemicelulosa 8.72-11.00 7.00-17.00 - Lignina 14.60-26.38 12.00-14.60 32.41 Proteína total 4.21-10.74 0.41-5.56 15.79-18.10 Lípidos 1.50-2.24 1.91-3.54 2.02-6.87 Pectina 6.10-9.20 0.57-1.50 4.7-6.0 Cenizas 6.70-10.02 3.70-7.68 5.96-11.42 Fibra dietética total 36.60-56.10 16.89 18.60-60.60 Ácidos orgánicos total - 17.52 - Fenólicos total 4.60-6.90 - 1.32-5.78 Antocianinas - - 0.40 Teobromina 0.34 - 1.30 Cafeína - - 0.10 Taninos 5.20 - 3.30-4.46 Flavonoles - - 1.50 Minerales (mg/100g) 3230.85 1297.07 56.75-312.57 Nota. Vásquez et al., 2019 Método Revisamos la información necesaria que contribuyó a contextualizar el motivo de la investigación, y por otro lado fortalecer el progreso de nuevas estrategias de valorización para la cáscara de la mazorca como nuevo modelo de desarrollo sostenible. Resultados Producción nacional Por lo que refiere el Ministerio de Agricultura y Riego (MIDAGRI), el cultivo y producción de las plantaciones de cacao tienen un buen comportamiento productivo en diversas zonas geográficas del Perú. Además, su cadena de suministro representa una variante influyente en los indicadores económicos y sociales del país. Es decir, constituye una actividad fundamental para el desarrollo e incremento de la calidad de vida de la población de las principales zonas productoras. Prueba de ello son los registros de la producción a nivel nacional, donde se ha identificado que durante el 2019 su actividad agrícola generó alrededor de 11 millones de jornales y ha beneficiado de manera directa a más de 90 mil familias, e indirecta a 450,000 mil personas en las zonas altamente productoras que se encuentran, principalmente, en la selva peruana (MIDAGRI, 2020). Jesús Anthony Gutiérrez Chávez - Eddy Barnett Mendoza - Luis Celi Saavedra 59 | Campus | V. XXVIII | No. 35 | enero-junio | 2023 | | ISSN (impreso): 1812-6049 | ISSN (en línea): 2523-1820 | Composición química La matriz alimentaria de la cáscara de la mazorca está constituida principalmente, por fibra dietética. Yapo, Besson, Koubala & Koffi (2013) precisaron que alrededor del 59% de su composición es fibra dietética, la cual incluye fibra dietética soluble y fibra dietética insoluble, 11 y 48% respectivamente. Esta a su vez está formada por oligosacáridos, β -glucano, hemicelulosa, lignina, pectina y celulosa. Para la caracterización de los metabolitos primarios presentes en la cáscara de la mazorca, Nieto-Figueroa et al. (2020) identificaron el contenido de carbohidratos, proteínas y lípidos, reportando valores que oscilan entre 74.7-78.9%, 6.3-7.2% y 0.2-0.7%, respectivamente. Por otra parte, la cáscara de la mazorca también es una fuente rica de minerales esenciales, como el K (2.8- 3.8%), Ca (II) (0.25-0.46%), Mg (II) (0.11-0.25%) y P (III) (0.19%) (Lu et al., 2018). Beneficios para salud Se describe a continuación, de manera muy objetiva el estado de la información que asocia los componentes más representativos con sus potenciales beneficios para la salud. Para la cáscara de la mazorca se ha estudiado que debido a su alto contenido de fibra posee un gran potencial para prevenir enfermedades cardíacas y respiratorias, posee una fuerte actividad inhibidora contra el cáncer y conserva las principales funciones vitales de las matrices celulares (Campos-Vega et al., 2018; Mariatti et al., 2021). Del mismo modo, la presencia de compuestos fenólicos le otorga fuertes propiedades antioxidantes y antinflamatorias. Bondia- Pons et al. (2009) y Rojo-Poveda et al. (2020) precisaron en sus estudios que estas propiedades juegan un rol importante en la prevención de muchas enfermedades crónicas. Mercado global De acuerdo con el portal Markets and Markets (2021a), el mercado de fibra dietética (soluble e insoluble) viene en constante crecimiento. Se ha reportado que en el año 2020 su mercado generó USD 5.3 billones y se proyecta que para el 2025 su demanda aumentará hasta los USD 9.6 billones. Para el mercado global de polifenoles se ha estimado que para el 2025 generará transacciones por USD 2.08 billones. Análogamente, su tasa de crecimiento anual fue de 7.2 %. Su demanda confirma la biodisponibilidad de este componente para el tratamiento de enfermedades tales como la diabetes, cáncer, colesterol y sus diversas aplicaciones en la industria de alimentos y bebidas. Estrategias de valorización Mencionaremos aquí las estrategias más viables con el propósito de sensibilizar tanto a los productores como a las industrias sobre la diversidad de alternativas existentes, de manera que la cáscara de la mazorca deje de ser considerada un subproducto sin valor. En ese sentido, para comprender mejor las diferentes alternativas, las vías de aprovechamiento se dividieron en tres grupos: uso directo después de una transformación física o química mínima; biotransformación en otros productos; materia prima para la extracción de compuestos de interés nutricional, funcional o tecnológico (Figura 2). Estrategia de valorización para la biomasa residual en la producción y transformación del cacao. Cambio de paradigma para el sector 60 | Campus | V. XXVIII | No. 35 | enero-junio | 2023 | | ISSN (impreso): 1812-6049 | ISSN (en línea): 2523-1820 | Es importante mencionar que, con el fin de obtener los mejores rendimientos, la técnica empleada se debe adaptar a las peculiaridades de la matriz alimentaria. Incluso cuando se sabe que se puede emplear una técnica para extraer un componente químico en particular de cualquier otro residuo vegetal, las condiciones de extracción para la cáscara de la mazorca deben optimizarse para obtener la mayor cantidad, calidad y pureza del componente químico a extraer. Figura 2 Categorías industriales para su implementación 9 Estrategias de valorización Mencionaremos aquí las estrategias más viables con el propósito de sensibilizar tanto a los productores como a las industrias sobre la diversidad de alternativas existentes, de manera que la cáscara de la mazorca deje de ser considerado un subproducto sin valor. En ese sentido, para comprender mejor las diferentes alternativas, las vías de aprovechamiento se dividieron en tres grupos: uso directo después de una transformación física o química mínima; biotransformación en otros productos; materia prima para la extracción de compuestos de interés nutricional, funcional o tecnológico (Figura 2). Es importante mencionar que, con el fin de obtener los mejores rendimientos, la técnica empleada se debe adaptar a las peculiaridades de la matriz alimentaria. Incluso cuando se sabe que se puede emplear una técnica para extraer un componente químico en particular de cualquier otro residuo vegetal, las condiciones de extracción para la cáscara de la mazorca deben optimizarse para obtener la mayor cantidad, calidad y pureza del componente químico a extraer. Figura 2 Categorías industriales para su implementación Alimentación animal Bioenergía Industria alimentaria Industria química Mayor valor agregado Discusión La cáscara de la mazorca de cacao está considerada como un residuo con potenciales características tecnológicas y comerciales que permiten su aplicación en distintos niveles y categorías industriales. Sin embargo, en la actualidad, la falta de un manejo adecuado y el alto grado de contaminación que representa para el medio ambiente están generando graves problemas y limitaciones para la mejora de la industria del cacao a nivel nacional y mundial. En la composición química de la cáscara de la mazorca, se aprecia que su matriz está constituida principalmente por fibra dietética y compuestos fenólicos. Este resultado parece, particularmente, interesante para la industria de alimentos. Prueba de ello, se destaca en el desarrollo de alimentos potenciados con fibra dietética obtenida a partir de la cáscara de la mazorca, ya que resulta una excelente alternativa para aquellos consumidores que lo requieran, su consumo brinda potenciales beneficios para la salud, como reducir la absorción de la glucosa en el sistema digestivo e incremento de los niveles de satisfacción después de comer (Quiles et al., 2018). Del mismo modo, para los polifenoles se reconoce que actualmente es un compuesto bioactivo que forma una parte esencial de la dieta humana. Los resultados documentados ratificaron que la cáscara de la mazorca es fuente de polifenoles con relevantes efectos beneficiosos para salud y que puede ser empleada tanto a nivel alimentario, farmacéutico y cosmético (De Filippis, 2015). En cuanto al mercado global de sus principales componentes químicos, se confirma que la extracción química Jesús Anthony Gutiérrez Chávez - Eddy Barnett Mendoza - Luis Celi Saavedra 61 | Campus | V. XXVIII | No. 35 | enero-junio | 2023 | | ISSN (impreso): 1812-6049 | ISSN (en línea): 2523-1820 | es la vía de aprovechamiento más factible a nivel técnico, económico y social-ambiental. Este resultado muestra similitudes con lo encontrado por Villamizar-Jaimes & López- Giraldo (2017) quienes sostienen que comercialmente es factible construir una planta para la extracción y comercialización de polifenoles y fibra total, registrando márgenes brutos de 68,84% y un retorno de la inversión de 22,16%, en un tiempo de recuperación de cinco años. Es importante destacar que nuestro país cuenta con la materia prima y el conocimiento para su implantación en la cadena de valor del cacao; por contrapartida, el equipamiento tecnológico para poner en marcha los métodos, procedimientos y fabricación de los productos finales requiere de una gestión más eficiente. Respecto al funcionamiento ambiental del proceso se reportan estudios que la implementación de las PML redujo el consumo de electricidad, agua y residuos generado con valores de 13,2%, 18% y 99,7%, respectivamente. Este contexto pone en evidencia que pequeñas modificaciones pueden convertir a los procesos más ecoeficientes. En este contexto, las distintas estrategias propuestas cumplen con los principios de la sostenibilidad. Sin embargo, existe un gran vacío en términos de factibilidad a nivel industrial, regulaciones legales y efectos ecológicos generados en los procesos que limitan la fabricación de productos con mayor valor añadido. conclusiones Se reporta que en nuestro país se generan volúmenes considerables de biomasa residual en fase de producción y transformación de cacao que no son tratados adecuadamente, y que constituyen en un problema medio ambiental en las áreas de producción. Estudios en la composición química de la cáscara de la mazorca de cacao reportan que su matriz está constituida, principalmente, por fibra dietética y compuestos fenólicos, que podrían ser orientados para su uso tanto a nivel alimentario, farmacéutico como cosmético. Respecto al mercado global de sus principales componentes químicos, se reporta que la extracción química es la vía de aprovechamiento más factible a nivel técnico, económico y social-ambiental. Con referencia al funcionamiento ambiental del proceso, se obtiene evidencia que pequeñas modificaciones pueden convertir a estos en procesos más coeficientes. referencias Bondia-Pons, I., Aura, A. M., Vuorela, S., Kolehmainen, M., Mykkänen, H., & Poutanen, K. (2009). Rye phenolics in nutrition and health. Journal of cereal science, 49(3), 323-336. Campos-Vega, R., Nieto-Figueroa, K. H., & Oomah, B. D. (2018). Cocoa (Theobroma cacao L.) pod husk: Renewable source of bioactive compounds. Trends in Food Science & Technology, 81, 172-184. Estrategia de valorización para la biomasa residual en la producción y transformación del cacao. Cambio de paradigma para el sector 62 | Campus | V. XXVIII | No. 35 | enero-junio | 2023 | | ISSN (impreso): 1812-6049 | ISSN (en línea): 2523-1820 | Chávez, J. A. 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