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Influencia de la extracción de manteca cacao por lixiviación y
prensado hidráulico sobre el perfil lipídico caracterizado por
cromatografía y espectroscopía vibracional
Influence of cocoa butter extraction by leaching and hydraulic pressing on the lipid profile
characterized by chromatography and vibrational spectroscopy
Antony Yourgen Palacios Hilario
Universidad Nacional del Santa, Perú
antony.529.58@hotmail.com
Elza Berta Aguirre Vargas
Universidad Nacional del Santa, Perú
eaguirre@uns.edu.pe
Beetthssy Zzussy Hurtado-Soria
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
beetthssy.hurtado@unat.edu.pe
Gino Prieto Rosales
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
ginoprieto@unat.edu.pe
Harold Pawel Johao Ore Quiroz
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
haroldore@unat.edu.pe
Lucia Ruth Pantoja Tirado
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
luciapantoja@unat.edu.pe
Richerson Harold Piscoche Chinchay
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
richerson.piscoche@unat.edu.pe
Eudes Villanueva López
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
eudesvillanueva@unat.edu.pe
RESUMEN
La manteca de cacao es ampliamente utilizada en el campo alimentario, especialmente en la producción de
chocolates, por lo que su obtención se da principalmente por métodos de prensado y solventes. El presente trabajo
de investigación tuvo como objetivo comparar ambos métodos de extracción con la finalidad de determinar el efecto
cualitativo y cuantitativo sobre el perfil de ácidos grasos. Los resultados cualitativos obtenidos por espectroscopía
infrarroja media (MIR) indicaron similar presencia de vibraciones de grupos funcionales a lo largo del rango de
longitud de onda estudiado. A nivel cuantitativo la cromatografía gaseosa indicó que los ácidos grasos mayoritarios
(palmítico, esteárico y oleico) no presentaron diferencia significativa (p<0,05). El uso del prensado hidráulico es un
método mucho más amigable con el cuidado del ambiente, aunque su gran desventaja se encontró en el rendimiento
de extracción.
Palabras clave: Manteca, nib, infrarrojo, ácidos grasos, prensado hidráulico.
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ABSTRACT
Cocoa butter is widely used in the food field, especially in the production of chocolates, so it is obtained mainly by
pressing and solvent methods. The present research work was aimed at comparing both extraction methods in order
to determine the qualitative and quantitative effect on the fatty acid profile. The qualitative results obtained by mid-
infrared spectroscopy (MIR) indicated similar presence of functional group vibrations throughout the wavelength
range studied. At the quantitative level, gas chromatography indicated that the major fatty acids (palmitic, stearic and
oleic) did not present significant differences (p<0.05). The use of hydraulic pressing is a much more environmentally
friendly method, although its great disadvantage was found in the extraction yield.
Keywords: Butter, nib, infrared, fatty acids, hydraulic pressing.
INTRODUCCIÓN
El cacao (Theobroma Cacao L.) es un fruto oriundo de
la región tropical de América del sur, ampliamente
producido en pses africanos y ubicando al Perú en el
octavo lugar con una producción anual aproximada de
107 mil toneladas (Beg et al. 2017; Campos Vega et
al. 2018; ICCO, 2019). La manteca de cacao es
utilizada en la industria alimentaria, cosmética y
farmacéutica, se obtiene mediante prensado mecánico
y extracción por solvente con hexano (Vega & Kwik,
2012). La creciente conciencia de los peligros para la
salud y la seguridad asociados con el uso de
disolventes orgánicos, debido a su posible
contaminación de los productos extraídos, ha
impuesto nuevas demandas a la industria alimentaria
para desarrollar tecnologías nuevas y limpias para el
procesamiento de productos alimenticios. El hexano
es el solvente por excelencia que se aplica a diversas
matrices alimentarias (semillas, carnes, plantas, entre
otros) para extraer fracciones lipídicas, sin embargo,
este solvente en el Perú como en diversos países del
mundo es un reactivo controlado, por otro lado,
presenta un elevado poder de toxicidad cuyos residuos
pueden quedar presentes en la fracción libre de grasa
y un impacto sobre el ambiente. Los granos de cacao
especialmente los nibs, se ha extraído con tecnologías
de fluidos supercríticos utilizando al CO2 como
disolvente, sin embargo, esta tecnología, aunque
altamente eficiente es costosa. El etanol también ha
servido para extraer la grasa de la cascara de cacao
logrando rendimientos hasta del 90% (Okiyama et al.,
2019). La extracción mecánica, como el prensado
hidráulico, puede llegar a extraer manteca de cacao
hasta lograr rendimientos del 50%, realizando
sinergias entre la temperatura (70°- 130°C) y presión
(8 - 40 MPa) (Indarti, 2007; Chatib et al., 2015);
Anoraga et al., 2019). Los diferentes métodos basados
en la extracción por lixiviación y extracción mecánica
pueden influir sobre el perfil lipídico (ácidos grasos)
de la manteca de cacao, tecnologías como la
espectroscopia vibracional permiten visualizar
cualitativamente la influencia energética sobre los
enlaces de grupos funcionales característicos de
matrices alimentarias (Skoog et al., 2015). La
cromatografía gaseosa es el método por excelencia
para cuantificar los ácidos grasos de manteca de cacao
en el que se identifican a los ácidos grasos saturados
(SFA), monoinsaturados (MUFAS) e insaturados
(PUFAS) entre los que se destacan el ácido palmítico,
esteárico, araquídico, oleico y linoleico (Lipp et al.,
2001; Naik & Kumar, 2014; Berg, et al., 2002;
Mustiga et al., 2019). La presente investigación tuvo
como objetivo extraer la manteca de cacao utilizando
los métodos de lixiviación y prensado hidráulico con
la finalidad de determinar el efecto cualitativo y
cuantitativo sobre el perfil de ácidos grasos.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materia prima
Se utilizaron 5 kg de granos de cacao seco y
fermentado obtenidos de los campos de cultivo del
Distrito de Bellavista, provincia de Jaén en el
Departamento de Cajamarca Perú (5°39′47″S
78°40′45″O).
Métodos de extracción y rendimiento de manteca
de cacao
La extracción de manteca de cacao se realizó por
prensado hidráulico en un equipo hechizo cuya presión
estuvo ubicada en el rango de 8-10 US-TONS (Perú),
muestras de 100 g de nibs de cacao (entero) fueron
previamente acondicionadas en calentamiento hasta
los 80 °C por 5 min en un baño maría (Memmert,
WNB-22, Alemania), luego las muestras fueron
llevadas a la prensa hidráulica para someter a
compresión mecánica accionada por un pistón a 8, 10,
12 y 15 US-TONS, la manteca de cacao fue recogida
en frascos ámbar de 50 mL. Por otro lado, se realizó la
extracción de la manteca de cacao por lixiviación,
haciendo uso del aparato soxhlet (TOPT.SOFHLET
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FOSS, Soxtec TM 2043, China) y con el uso de
solvente éter de petróleo (250 mL), 5 g de nibs de
cacao se colocaron en un cartucho de papel filtro y
durante 4 h de recirculación bajo ebullición, la
manteca de cacao fue colectada en la zona del balón
de vidrio del soxhlet y se almacenaron en frascos
ámbar de 50 mL. Todos los tratamientos fueron
almacenados en refrigeración (5±0.5°C) y se
realizaron por triplicado. Finalmente, se determinó el
rendimiento de extracción en base seca con la
siguiente formula:
Rendimiento (%) = Peso de manteca de cacao (g)
Peso de nib de cacao (g)100%
Análisis de cromatografía gaseosa
El análisis cuantitativo de las muestras de la manteca
de cacao se llevó a cabo por cromatografía de gases en
un cromatógrafo SHIMADZU GC2010, equipado con
un detector de ionización por llama y un auto inyector
AOC-20I utilizando helio como gas de arrastre.
Mediante la derivatización de la manteca de cacao se
procederá obtener los esteres metílicos de ácidos
grasos (FAMES), AOAC 991.39.
Brevemente, se tomarán muestras de 0.025 g en tubos
de vidrio (volumen máximo de 20 mL con tapa) que
se disolvieran en 1.5 mL de NaOH (0.5N en metanol),
posteriormente serán cubiertos con nitrógeno y se
colocaran en baño maría por 5 minutos a 100°C. Se
añadirán 2 mL de Trifloruro de Boro (BF3) al 12% en
metanol, nuevamente se cubrirán con nitrógeno y se
colocaran en baño maría a 100°C por 30 minutos,
luego se enfriará y se añadirá 5mL de solución de
NaCl saturado y 1mL de isooctano, bajo agitación
luego se extraerá la fase superficial (incoloro) al vial
en un volumen máximo de 1.5 mL.
Finalmente, los viales se cubrirán nuevamente con
nitrógeno y se almacenarán en refrigeración para su
posterior inyección en el auto-muestreador del equipo
cromatográfico y la cuantificación de los FAMES
proporcionalmente calculados como el contenido total
de ácidos grasos.
La temperatura del horno donde está ubicada la
columna de separación será de 100°C una velocidad
de 1.20 mL/min, el gas de arrastre utilizado será helio
bajo el uso de un flujo constante de 124 mL/min a una
temperatura de 225°C y una presión de 261.5 kPa.
El equipo está contiene un detector de índice de flama
(FID) cuya temperatura de trabajo será de 250°C.
Análisis de espectroscopia vibracional
Los espectros fueron obtenidos usando un Sistema
FTIR (PerkinElmer, Waltham, MA, USA) con un área
de muestreo de reflectancia total atenuada (ATR) de 2
mm de diámetro (200 µm de área activa).
Aproximadamente se dispuso una mínima cantidad de
muestra de manteca de cacao (0.5 mL). El espectro fue
escaneado a temperatura ambiente en un rango de
número de onda de 4000 650 cm−1, con una
resolución 4 cm−1 y 32 scans. Debido a que la
manteca de cacao es altamente lipofílica la limpieza de
la superficie del ATR se realizó con acetona al 95% y
se secó con papel tissue.
Análisis estadístico
Los datos fueron procesados utilizando el software
estadístico Minitab® 18.1 (USA). Se realizó el análisis
de varianza (ANOVA) a un 95% de confiabilidad
(p<0,05) y la comparación de medias de determinó
mediante la prueba de diferencia mínima significativa
(LSD).
RESULTADOS
Rendimiento de extracción
En la figura 1, se muestra el rendimiento de extracción
obtenido por prensado hidráulico desde 8 15 US-
TONS, se puede ver claramente como a mayor presión
los rendimientos son superiores, estos rendimientos
son similares a los 32 34% obtenidos por Indarti
(2007) quien aplicó presiones hidráulicas entre 30 40
MPa usando temperaturas de 50 90°C. Chatib et al.
(2015) demostró que la extracción de manteca de
cacao con presiones hidráulicas (8.05 MPa) pueden
generar un rendimiento de 51.57 % usando un
incremento de la temperatura en la materia prima de
hasta 130 °C. Anoraga et al. (2019) confirmó que la
temperatura (70°C) en el proceso de extracción por
prensado con un tiempo de 30 min tiene una influencia
significativa en el rendimiento de obtención de
manteca (40-47%), además indicó que el rendimiento
de la manteca de cacao depende de factores como de
humedad de los granos de cacao (tostado de cacao),
tamaño de las partículas y el tiempo de prensado. Sin
embargo, Rahma & Ahmad (2017) señalan que la
influencia de la temperatura durante el proceso de
extracción puede provocar cambios sobre el color
(brillo) del cacao en polvo. Widayat (2013) indica que
el prensado hidráulico sirve para extraer la manteca
residual del cacao en polvo, ya que estos contenidos
después de una primera extracción siguen siendo
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grandes. Se necesitan prensas cuya presión sean
superiores a 40 MPa para eliminar este tipo de grasa y
cumplir con los estándares para el polvo de cacao.
Además, la extracción de grasa de cacao también
puede utilizar solventes para reducir la grasa que no ha
podido ser liberada por las prensas (grasa residual). La
extracción de manteca de cacao utilizando el método
lixiviación en el aparato soxhlet obtuvo un
rendimiento de 46.283 ± 0.751%, el cual fue superior
y estadísticamente diferente a los rendimientos
obtenidos en el prensado hidráulico (p<0,05). El
prensado hidráulico a pesar de ser un método amigable
con el ambiente y de costos relativamente inferiores en
comparación a los métodos sofisticados como la
extracción supercrítica, en este trabajo no permitió la
extracción completa de la manteca de los nibs de cacao
como el obtenido en el soxhlet.
Figura 1
Manteca de cacao obtenido con prensado hidráulico
Nota. Letras iguales no presentan diferencia significativa en el rendimiento (%) de extracción de manteca de cacao
(p<0,05).
Espectroscopia vibracional
El espectro infrarrojo medio (MIR) de la manteca de
cacao extraído con prensado hidráulico, éter de
petróleo y etanol se muestran en la Figura 2, se
evidenció una gran similitud entre las principales
bandas espectrales características correspondientes a
ácidos grasos (saturados, monoinsaturados y
poliinsaturados), por ejemplo: las bandas detectadas
entre los 2918 y 2850 cm-1 asociadas a la vibración de
estiramiento de CH2 asimétrico y simétrico
respectivamente, ligadas a la presencia de lípidos,
fueron similares a las bandas de 2858 y 2850 cm−1
que indican el estiramiento simétrico de CH2 y las
bandas entre 2924 y 2916 cm−1 indican el
estiramiento asimétrico de CH2, determinadas por
Veselá et al. (2007) y Mandrile et al. (2019). La banda
detectada en 1731 cm−1 está asociada al movimiento
de estiramiento del enlace C=O típica de los esteres de
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triglicéridos no conjugados, ácidos carboxílicos,
aldehídos y cetonas (Grillo et al., 2019). La banda en
1471 cm-1 está asociada a la presencia de vibraciones
de flexión de C-H en CH2 y CH3, y la banda en 1249
cm-1 es característica de las vibraciones de
estiramiento C-O. Por último, la banda centrada a 721
cm−1 vibración de flexión de cadena larga en ácidos
grasos insaturados, es también confirmada por la
banda de 717 cm−1 vibración de flexión asimétrica en
el plano o balanceo del C=C reportada por Rubio-Diaz
& Rodríguez-Saona (2010). Esta similitud de bandas
espectrales demostró que de forma cualitativa los
métodos tradicionales de extracción (Prensado
hidráulico y solvente éter) no se diferencian en la
extracción de manteca de cacao, ya que las vibraciones
moleculares de las muestras estudiadas siguieron
similar tendencia a lo largo de todo el barrido
infrarrojo, indicando que estos aceites comparten los
mismos grupos funcionales.
Figura 2
Espectro infrarrojo medio (MIR) de manteca de cacao extraída con (a) prensa hidráulica y (b) lixiviación
Perfil de ácidos grasos
El perfil cuantitativo de ácidos grasos se presentó en
la Tabla 1.
En general existió la presencia de ácidos grasos
saturados (palmítico, esteárico y araquídico),
monoinsaturado (oleico) e poliinsaturado (linoleico).
La composición de ácidos grasos de la manteca de
cacao es aproximadamente en partes iguales ácidos
palmítico (C16: 0), esteárico (C18: 0) y oleico (C18:
1) (Lipp et al., 2001; Naik & Kumar, 2014). Los ácidos
grasos saturados, el ácido palmítico y el ácido
esteárico tienen puntos de fusión relativamente altos
de 62°C y 68°C, respectivamente, mientras que el
ácido oleico insaturado funde a solo 16°C (Berg, et al.,
2002). Una pequeña fracción de la composición de
ácidos grasos de la manteca de cacao contiene el ácido
araquídico saturado (C20: 0), el ácido palmitoleico
insaturado (C16: 0) y trazas de los otros ácidos grasos
(Mustiga et al., 2019).
Respecto a la composición de ácidos grasos, se ha
determinado que no existió diferencia significativa
entre los contenidos de ácidos grasos (palmítico,
esteárico, oleico) de la manteca de cacao extraído con
los diferentes tratamientos (prensado hidráulico y
extracción por lixiviación con solvente de éter de
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petróleo) a un 95% de confiabilidad (p<0,05). En
general, la manteca de cacao estuvo compuesta
principalmente de ácidos grasos saturados (SFA) y
dentro de esta familia el ácido esteárico fue el
predominante (35.47 36.29%), otro acido saturado
representativo fue el ácido oleico (31.15 32.08%) y
en menor medida el ácido araquídico (<1.4%). Por
otro lado, por parte de la familia de los ácidos grasos
monoinsaturados (MUFA) solo se cuantificó la
presencia del ácido oleico (31.2 32.1%), respecto a
la familia de ácidos grasos poliinsaturados (PUFAS)
en una baja proporción se ubicó al ácido linoleico
(2.27 2.43%). Estos resultados fueron
proporcionalmente similares al contenido de ácidos
grasos de la manteca de cacao extraído por presión
hidráulica en el estudio realizado por Indarti (2007), el
cual reportó 26,24% de ácido palmítico, 42,23% de
ácido esteárico y 26,53% de ácido oleico. Respecto al
contenido promedio de ácido palmítico ~28%.
Ostrowska-Ligeza et al. (2021) identificó
efectivamente que en el cacao peruano (criollo) la
presencia de ácido palmítico es 28.03%, además
indicó que este ácido graso es ligeramente inferior al
de cacao ecuatoriano (forastero) ubicado en 30.02%.
Las diferencias en el perfil de ácidos grasos se
explican principalmente como un efecto del origen
geográfico (Torres-Moreno et al., 2015).
Tabla 1
Cuantificación de ácidos grasos en manteca de cacao extraído con diferentes métodos
Ácidos grasos
Método de extracción*
Prensado hidráulico
Lixiviación
Ácido palmítico (C16:0)
28.985 ± 0.133a
28.635 ± 0.040b
Ácido esteárico (C18:0)
36.286 ± 0.115a
35.477 ± 0.164b
Ácido oleico (C18:1)
31.152 ± 0.134b
32.080 ± 0.082a
Ácido linoleico (C18:2)
2.266 ± 0.055a
2.411 ± 0.080a
Ácido araquídico (C20:0)
1.311 ± 0.097a
1.397 ± 0.050a
CONCLUSIONES
La extracción de manteca de cacao utilizando el
método de prensado hidráulico en comparación al
método de lixiviación por intermedio del aparato
soxhlet no presentaron grandes diferencias.
A nivel cualitativo, en el FTIR-MIR se evidenciaron
que ambos métodos presentaron similares
intensidades para vibraciones moleculares de los
grupos funcionales de los ácidos grasos. Por otro lado,
a nivel cuantitativo la cromatografía gaseosa
determinó que el ácido palmítico, esteárico y oleico
presentaron diferencias significativas entre ambos
métodos (p<0,05), aunque estas diferencias estuvieron
en un rango muy pequeño. Aunque, la temperatura es
un factor determinante para la degradación de ácidos
grasos, la naturaleza saturada de los mismos
posiblemente ofrezca una gran resistencia a su
deterioro. Aunque el prensado hidráulico es un método
de extracción estático, se recomienda realizar estudios
de comparación de prensado en frío continuo versus la
extracción por lixiviación donde los rendimientos sean
muy similares.
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