Fermentación de granos de cacao

Theobroma cacao es un árbol pequeño que crece a menos de 20° de cada lado del ecuador. Sus frutos, las vainas de cacao, crecen a lo largo de su tronco y ramas más gruesas, ^{[ 1 ]} y se cortan con cuchillos y machetes cuando están maduras. Estas vainas se cortan o se abren con cuchillos o garrotes, dejando al descubierto entre 30 y 45 granos ovalados (la semilla de la planta) cubiertos de una pulpa blanca. Estos granos se extraen a mano y se separan de la placenta. ^{[ 2 ]}

En el proceso de fermentación, los granos de cacao maduros se almacenan muy juntos. ^{[ 3 ]} A medida que fermentan, las levaduras y bacterias de la pulpa se multiplican y descomponen los azúcares y el mucílago . Al descomponerse, gran parte de la pulpa se licúa y se drena. ^{[ 4 ]}

La forma en que se almacenan los granos depende de la región del mundo donde se fermentan. Los pequeños productores, como los que dominan la producción en África Occidental, generalmente almacenan los granos en pilas que pesan entre 25 y 2500 kilogramos (55 y 5512 lb) , las cuales luego se cubren con hojas de plátano . ^{[ 4 ]} La textura cerosa de las hojas retiene el calor generado por la fermentación. Los pequeños productores del sudeste asiático, América y algunas zonas de África Occidental también fermentan los granos en cubos y cestas. ^{[ 5 ]} 

En las plantaciones y grandes fermentadores, ^{[ 6 ] [ 4 ]} la mayor parte de la fermentación se lleva a cabo en grandes cajas de madera que contienen 1000–2000 kilogramos (2200–4400 lb) de granos de cacao. Algunas de estas están equipadas con aberturas para permitir el flujo de aire y permitir que la pulpa drene. ^{[ 4 ]} Durante una fermentación típica, los granos se mueven diariamente entre cajas para facilitar el flujo de aire y estandarizar la producción. Esta práctica de agitar los granos durante una fermentación ocurre en menor medida, y con menos frecuencia, entre los granos que se fermentan en pilas. Si bien las fermentaciones generalmente duran alrededor de cinco días, el punto final para los pequeños productores está determinado en última instancia por su experiencia. Es más probable que las plantaciones fermenten durante más de cinco días, y algunas extienden el proceso a seis o siete días. ^{[ 7 ]} Al determinar cuánto tiempo fermentar, los productores tratan de evitar la sobrefermentación, que hace que los granos adquieran un sabor desagradable a "hamburguesa". ^{[ 8 ]} El nivel de fermentación se evalúa utilizando un método generalmente subjetivo y poco fiable llamado "prueba de corte", en el que se divide un conjunto de granos y se cuentan las cantidades de diferentes colores. ^{[ 9 ]} 

Granos de cacao en etapas crecientes de fermentación.

Durante la fermentación, el embrión del grano muere por el calor y la acidez generados por los microbios, ^{[ 10 ] [ 11 ]} proporcionando un entorno donde pueden desarrollarse precursores del sabor . Cuando los granos se extraen de sus vainas, se exponen naturalmente a estos microbios del ambiente, principalmente levaduras anaeróbicas , bacterias lácticas y bacterias acéticas . Si bien todos están presentes desde el comienzo de la fermentación, el papel de cada uno tiene mayor importancia en diferentes etapas de la misma. ^{[ 11 ]} Las levaduras anaeróbicas son más prominentes durante las primeras 24–36 horas, donde convierten los azúcares de la pulpa en alcohol y dióxido de carbono en condiciones altamente ácidas y con bajo contenido de oxígeno. ^{[ 11 ] [ 3 ]} El dióxido de carbono producido desplaza el aire, manteniendo las condiciones de fermentación anaeróbicas. ^{[ 3 ]}

A medida que las levaduras descomponen más pulpa, los granos se exponen cada vez más al aire, lo que permite que las bacterias del ácido acético se vuelvan más activas. Estas bacterias consumen el alcohol producido por las levaduras, generando ácido acético y aumentando la temperatura, en algunas reacciones a más de 50 °C (122 °F) . Estas condiciones ácidas y calientes matan el grano. ^{[ 10 ] [ 12 ]} Después de 4 a 5 días, ^{[ 10 ]} se forma ácido láctico a medida que las bacterias del ácido láctico consumen azúcares y ácidos orgánicos . ^{[ 11 ]} A medida que la temperatura disminuye alrededor del cuarto día y la producción de ácido acético se ralentiza, el oxígeno entra al ambiente, fluyendo sobre los granos. Esto permite que ocurran reacciones aeróbicas , incluida la conversión de polifenoles en polímeros insolubles . ^{[ 10 ]}  

En 2013, la complejidad del proceso implicaba que se desconocía el número de reacciones que se producían durante la fermentación. ^{[ 13 ]}

El ambiente cálido de parte del proceso de fermentación permite el crecimiento de bacterias termófilas , principalmente del género Bacillus . La contaminación durante y antes del proceso de fermentación puede introducir Salmonella . ^{[ 14 ]} Esto se controla mediante el tostado y/o la desbacterización. ^{[ 15 ]} La sobrefermentación ocurre cuando los microbios que proliferan en condiciones aeróbicas, presentes al final de la fermentación, aumentan el contenido ácido y ennegrecen los granos. ^{[ 8 ]}

La fermentación deficiente se puede observar visualmente, ya que la mayoría del cacao es púrpura ^{[ 6 ]} y se torna cada vez más marrón a medida que fermenta. ^{[ 4 ]} El color de los granos está determinado por su contenido polifenólico , que experimenta cambios durante la fermentación. La conversión de antocianinas en cianidinas y azúcares aclara el color púrpura típico de algunas variedades de cacao, mientras que la conversión de flavan-3-oles en quinonas es responsable del desarrollo de una coloración marrón/marrón púrpura. ^{[ 29 ]}

El chocolate producido a partir de granos secados sin fermentación tiene un sabor amargo y un sabor a cacao tenue. ^{[ 4 ]} Diferentes grados de fermentación crean granos con sabores ácidos, a vino o afrutados, ^{[ 30 ]} y diferentes métodos de fermentación producen distintos sabores. Esto se puede observar en la práctica en Brasil de fermentar en cajas de madera, lo que produce granos más ácidos que los producidos en África Occidental. ^{[ 31 ]} Los precursores del sabor que se desarrollan durante la fermentación se transforman posteriormente en sabor a chocolate durante el proceso de tostado. ^{[ 32 ]}

Los granos de cacao constan de cotiledones rodeados por una cáscara. ^{[ 33 ]} Los cotiledones contienen dos tipos principales de células: células de almacenamiento y células pigmentarias. Es dentro de los cotiledones donde se desarrollan los precursores del sabor durante la fermentación, después de que el grano germina y muere. Durante la germinación, las vacuolas proteicas dentro de las células de almacenamiento absorben agua. A medida que la célula muere y las paredes y membranas celulares se deterioran, los componentes celulares pueden interactuar y reaccionar entre sí. Estas reacciones producen los precursores del sabor. ^{[ 12 ]}

Hay algunos grupos de moléculas responsables de los diferentes sabores. Dentro de las células pigmentarias, los polifenoles y las metilxantinas ( cafeína y teobromina ) le dan al producto amargor y astringencia , respectivamente. A medida que avanza la fermentación, la concentración de polifenoles disminuye. ^{[ 29 ]} Los precursores de la reacción de Maillard se desarrollan a partir de proteínas de las células de almacenamiento y sacarosa, hidrolizando las primeras en oligopéptidos y aminoácidos , y la segunda en azúcares reductores . ^{[ 34 ]}