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Recibido, 15/10/2021 Aceptado, 28/11/2021
Artículo original
DOI:10.25127/aps.20213.815
Comparación de prototipos innovadores para el secado de cacao nativo fino de aroma (Theobroma cacao
L.) y su posibilidad de adopción
Comparison of innovative prototypes for drying of fine native aroma cocoa (Theobroma cacao L.) and its
possibility of adoption
1* 2 2
Joseph Bardales , Miguel Angel Barrena Gurbillón , Manuel Oliva-Cruz
RESUMEN
El cacao nativo fino de aroma tiene mayor demanda por sus propiedades organolépticas y fisicoquímicas que
aseguran su calidad. El presente estudio realizó la comparación de prototipos innovadores para el secado de
Theobroma cacao L, mediante secadores solares por convección forzada, convección natural y tipo túnel en la
Cooperativa APROCAM, ubicada en la provincia de Bagua, Amazonas, Perú. Se determinó la cinética de secado,
características fisicoquímicas y organolépticas del cacao beneficiado en los tres tipos de secadores, utilizando 8 kg de
producto fermentado con una humedad del 55% en cada secador con tres repeticiones. El análisis de datos se realizó
en software SPSS 20.0 para obtener la cinética de secado. Para los análisis fisicoquímicos y organolépticos se utilizó
un DCA y DBCA, respectivamente, y el software Statistix 8. Los resultados experimentales indican que el secador
por convección natural necesitó un tiempo de 19 horas para alcanzar la humedad de equilibrio y/o comercial entre 7 y
8 %, es decir tres y cinco horas menos comparado con el secador por convección forzada y tipo túnel,
respectivamente. La cinética de secado, en los secadores, está representada por ecuaciones lineales y logarítmicas. El
análisis fisicoquímico se encontró dentro de los rangos establecidos en otros estudios; el porcentaje de grasa con
valores entre 36 y 42% y proteína de 10 a 15% mostrando diferencias significativas por tratamiento; sin embargo, el
secador forzado mostró mejores resultados. El análisis organoléptico de aroma y sabor arrojó niveles de aceptable a
bueno, en los tres tratamientos.
Palabras clave: cacao nativo fino de aroma, secador solar, sostenibilidad, energía solar.
ABSTRACT
The fine native aroma cocoa has a greater demand for its organoleptic and physicochemical properties that ensure its
quality. The present study carried out the comparison of innovative prototypes for drying Theobroma cacao L, by
means of solar dryers by forced convection, natural convection and tunnel type in the APROCAM Cooperative,
located in the province of Bagua, Amazonas, Peru. The drying kinetics, physicochemical and organoleptic
characteristics of the cocoa benefited in the three types of dryers were determined, using 8 kg of fermented product
with a humidity of 55% in each dryer with three repetitions. The data analysis was performed in SPSS 20.0 software
to obtain the drying kinetics. For the physicochemical and organoleptic analyzes, a DCA and DBCA were used,
respectively, and Statistix 8 software. The experimental results indicate that the natural convection dryer needed a
time of 19 hours to reach equilibrium and / or commercial humidity between 7 and 8%, ie three and five hours less
compared to the forced convection and tunnel type dryer, respectively. Drying kinetics, in dryers, are represented by
linear and logarithmic equations. The physicochemical analysis was within the ranges established in other studies,
the percentage of fat and protein showed significant differences by treatment; however, the forced dryer showed
better results. The organoleptic analysis showed acceptable to good levels in all three treatments.
Keywords: fine native aroma cocoa, solar dryer, sustainability, solar energy.
1
Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza, Instituto de Investigación en Ganadería y Biotecnología, Chachapoyas, Perú
2
Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza, Instituto de Investigación para el Desarrollo Sustentable de Ceja de Selva, Chachapoyas,
Perú
*Autor de correspondencia. E-mail: joseph.bardales@untrm.edu.pe
Rev. de investig. agroproducción sustentable 5(3): 20-34, 2021 2520-9760 ISSN:
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I. INTRODUCCIÓN
El cacao nativo fino y de aroma es valorado como
cacao de calidad superior, de sabores y aromas espe-
ciales y distintivos, cuyos atributos organolépticos,
químicos y físicos se pueden percibir e identificar
claramente. Estas características pertenecen a grupos
genéticos definidos y pueden ser comprobadas por
sistemas de trazabilidad en toda la cadena de valor del
cacao fino y de aroma. En términos de las propiedades
organolépticas de un cacao fino y de aroma, se busca
establecer específicamente la presencia de aromas
frutales y florales en el grano de cacao, característicos
de este tipo de cacao (Armijos, 2002)
La región Amazonas cuenta con condiciones edafocli-
máticas para ser una de las principales regiones produc-
toras de cacao en el Perú, alberga gran biodiversidad de
variedades nativas que se caracteriza por tener una gran
diversidad de clones promisorios. El cultivo de cacao
representa el segundo lugar de importancia dentro de la
categoría de cultivos permanentes con 13 416,83 ha
representando el 5,3% de la superficie agraria. Bagua,
Utcubamba y Condorcanqui, poseen la mayor propor-
ción de bosques remanentes que han sido conservados
y sobreviven en su estado natural, sin ninguna interven-
ción del hombre lo que está relacionado directamente
con mayores volúmenes de cacao nativo en donde
muchas de sus variedades están caracterizadas como
fino y de aroma (INEI, 2012).
Según Sánchez-Álamo (2017), el cultivo de cacao y
las prácticas de postcosecha influencian en gran
medida en la calidad del grano, lo cual resulta de espe-
cial importancia para el cacao fino que busca resaltar
las cualidades organolépticas. Una vez cosechados los
granos de cacao y separados de las mazorcas que las
contienen, éstas se someten al proceso de fermenta-
ción donde los taninos astringentes se oxidan, los
granos se oscurecen y el típico aroma del cacao se
percibe. El secado reduce el peso de los granos al 50%,
esta operación debe realizarse en forma rápida y uni-
forme hasta que logren un valor máximo de humedad
del 7%, que evita la formación de moho durante el
transporte y almacenamiento posterior; finalmente los
granos de cacao están listos para su comercialización.
El secado de alimentos utilizando energía solar es una
operación rentable que facilita el aprovechamiento de
fuentes renovables de energía, diferenciada por el
potencial económico, ecológico, energético y social,
por su contribución a la conservación del ambiente al
evitar emisiones de óxidos de nitrógeno, CO y azufre,
2
pues reemplaza al consumo de electricidad y de com-
bustibles fósiles (Bergues-Ricardo et al., 2013).
Siguencia-Avila (2013), realizó un estudio sobre el
secado del cacao, mencionando que esta operación, es
una parte importante en la comercialización, sin
embargo, por el difícil acceso que tienen los pequeños
productores a las tecnologías de secado, han tenido
que someterse al precio del grano establecido por los
intermediarios, por la dificultad de tener sistemas
controlados para el secado que muchas veces es costo-
so. Mediante energía renovable propone el secado de
cacao a través de secadores solares inclinados con
absorbedor de humedad, utilizando zeolita por con-
vección natural, para granos de cacao Colección Cas-
tro Naranjal (CCN51). Estableció escenarios compa-
rativos con el secado tradicional en tendal, inclinación
del secador solar (5 % y 15%); además, se realizó una
evaluación de la zeolita con presencia y ausencia de
ésta en un experimento adicional para observar su
incidencia en la operación. Los datos recogidos fueron
tiempos de secado (críticos y totales) en todos los
casos; afectados por variables como temperatura,
humedad relativa, radiación solar, etc. La tecnología
de secador con inclinación del 5% y con absorbedor de
zeolita resultó ser más eficiente que los demás, por la
reducción de los tiempos de secado como en el análisis
estadístico, además de ser viable económicamente.
López y Chávez (2018), realizaron un estudio sobre el
secado de cacao en Chontalpa, Tabasco, México;
encontrando que el secado lo realizan principalmente
al aire libre en patio de cemento o en secadores cons-
truidos con madera. Con este tipo de secado puede
haber contaminación con polvo, hongos y animales,
afectando la inocuidad del grano seco. Las beneficia-
doras de la región emplean gas como insumo para el
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secado artificial, lo cual incrementa el costo y la huella
ecológica del producto obtenido. Durante la tempora-
da seca, el secado requiere hasta 3,5 días y en tempora-
da de lluvias pocos productores la llevan a cabo. El
objetivo fue conocer la eficacia del tiempo de secado
de grano de cacao en un secador solar tipo túnel de
policarbonato y la satisfacción por parte del productor.
Se realizó una prueba en agosto de 2017, con medición
de las variables atmosféricas: temperatura y humedad
relativa, en una finca ubicada entre las coordenadas
18° 0'36'' latitud norte y 93°18' 18'' longitud oeste. En
24 h lograron cumplir con el porcentaje de humedad en
el grano requerido por la norma NMX-F-352-S-1980
y con las características de color interno y externo,
olor, sonido, peso final, separación de la cascarilla y
presencia de hongos en el grano seco de cacao.
Los secadores para alimentos actualmente son muy
variados, cada uno diferenciados y utilizados según
condiciones que favorezcan la operación de secado, la
elección del secador se relaciona con la economía y
eficiencia de la operación (Maureira, 2006). En el
transcurso del año 2015, se comercializaron más de
cuatro millones de toneladas de cacao en el mundo: 12
mil toneladas (0,3%) de cacaos finos exclusivos, 230
mil toneladas (5,7%) de cacaos finos, 600 mil toneladas
de cacao básico certificado (15,0%) y 3,2 millones de
toneladas de cacao básico o convencional (79,0%). Con
importantes diferenciales de precios estimados, durante
los últimos 5 años se han exportado en promedio más de
240 mil toneladas de cacao fino por o y más del
80,0% de ellas provienen de países productores de Amé-
rica Latina y el Caribe (Pipitone, 2014). Ecuador es el
principal exportador mundial de cacao fino y de aroma,
con el 55%; le siguen Papúa Nueva Guinea con el14 %,
República Dominicana con 11% y Perú con el 9%
(Arvelo et al., 2016).
Valera (2013), afirma que la adopción de tecnología
por los productores, además de las peculiaridades
propias de la innovación, tienen mucha importancia
factores sociales, económicos, culturales e inclusive
políticos y religiosos. Estos factores prevalecen en las
decisiones de los agricultores para aceptar o rechazar
cualquier tecnología. Menciona también que tanto
para los organismos de ciencia y tecnología agrope-
cuaria como para las empresas privadas proveedoras
de insumos y servicios para el agro, es muy importante
conocer el grado de adopción de las distintas prácticas
que se proponen o de las nuevas tecnologías y servi-
cios que los agricultores aplican en sus campos.
El objetivo de la presente investigación fue comparar
prototipos innovadores de secadores solares para el
secado de cacao nativo fino de aroma (Theobroma
cacao L.), para ello se desarrollaron dos prototipos:
convección forzada y convección natural que utilizó
zeolita como material absorbente de humedad y un
secador de túnel utilizado por la Cooperativa
APROCAM, lugar dónde se realizó el estudio. Se
determinó la eficiencia, se realizó el modelamiento de
la cinética de secado y se evaluó las características
fisicoquímicas y organolépticas del cacao en cada tipo
de secador, además de evaluar la sostenibilidad de los
secadores empleados.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
La región Amazonas, Perú, se localiza entre los parale-
los 59' 12'' y 59' 35'' de latitud sur y los meridianos
77º 09' 27'' y 78º 42' 06'' de longitud oeste, comprende
2
un área de 39 249,13 Km , constituida por un territorio
interandino de pequeña extensión (27%) y un territorio
de selva de mayor extensión (73%), en un rango altitu-
dinal de 230 a 3450 m.s.n.m. (IIAP y GRA, 2010).
El estudio se realizó en la Cooperativa de Servicios
Múltiples-Asociación de Productores Cacaoteros y
Cafetaleros del Amazonas (APROCAM), que es una
organización sin fines de lucro, agrupa a pequeños
productores de café y cacao en el ámbito de los distri-
tos de La Peca, Copallín e Imaza en la provincia de
Bagua, de la región Amazonas, Perú.
APROCAM, cultiva cacao en las provincias de Bagua
y Utcubamba en la región Amazonas desde los 1200
hasta los 1500 m.s.n.m., en sus instalaciones cuenta
con áreas específicas para la fermentación y secado. El
secado lo realizan en secadores tipo túnel, donde
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según los directivos y socios tienen problemas al
momento de comercializar por presentar deficiencias
en calidad del cacao, generadas muchas veces en el
proceso de poscosecha.
El estudio se desarrolló entre octubre del 2018 hasta
mayo del 2019, presentando las siguientes condicio-
nes meteorológicas, tomadas con las estaciones
meteorológicas del Instituto de Investigaciones para el
Desarrollo de Ceja de Selva.
Temperatura máxima: 34,00 °C
Temperatura mínima: 21,94°C
Humedad relativa promedio: 76,7 %
Velocidad promedio del viento: 0,7 m/s
2
Radiación solar promedio: 3,8 kWh/m
Presión barométrica: 0,999 atm
Desarrollo de prototipos de secador solar
Prototipo de secador solar por convección forzada
Tiene un colector constituido por una caja térmica que
capta y almacena la radiación solar y la transforma en
energía térmica para calentar el aire que circula en su
interior, forzado por un ventilador centrífugo que
succiona el aire del medioambiente y lo hace circular
por el interior del colector para calentarlo y luego lo
envía a la cámara de secado tipo invernadero, en la que
se encuentra el cacao nativo fino de aroma, en una
bandeja rectangular. La cámara de secado es una
estructura de listones de madera con recubrimiento de
manta de polietileno de baja densidad (PEBD) con
aditivo anti UV (Figura 1S). La bandeja de secado tuvo
2
un área aproximada de 2 m , con capacidad para secar
30 kg de cacao nativo fino de aroma.
El prototipo de secador solar construido es de flujo de
aire forzado, alcanzó temperaturas entre 36 y 57 ºC en
la cámara de secado en los meses en que se realizó el
experimento, no genera altos gastos por consumo de
energía, ya que solo requiere un gasto mínimo de ener-
gía eléctrica para el funcionamiento del ventilador, en
comparación a secadores convencionales que utilizan
gas, kerosene, petróleo, etc., que tienen un alto costo
de operación. Al mismo tiempo, los costos de su cons-
trucción, operación y mantenimiento son relativamen-
te bajos.
Prototipo de secador solar por convección natural
con absorbedor de zeolita
El diseño, construcción e instalación de este prototipo
se realizó, siguiendo las instrucciones de Siguencia-
Avila (2013), donde la altura total de la pared del pro-
totipo es de 0,26 m, de los cuales 0,05 m ocupa la zeoli-
ta como doble fondo y 0,21 m constituye la zona de
apilamiento del producto (Figura 2S). Para crear un
efecto invernadero se colocó en la cubierta una placa
2
de vidrio de 2 m que también protegerá al producto de
posibles precipitaciones. La cubierta de 125 micras de
espesor, se fijó mediante una rejilla movible a la
superficie del secador. La estructura del secador solar
está a 1,40 m del suelo en la parte posterior y 1,30 m en
la parte anterior con una inclinación del 5%. La (Figu-
ra 3S) ilustra en detalle los componentes del secador
solar. Las paredes y la zona de apilamiento del secador
están construidas en madera debido a razones de cos-
tos como durabilidad del secador, además de facilitar
el manejo del producto.
Secador solar tipo túnel
Este tipo de secador es el utilizado por la Cooperativa
APROCAM, se basa en el aprovechamiento de la
radiación solar que suministra una temperatura satis-
factoria para la continuación de algunos cambios que
no han terminado en los granos de cacao durante la
fermentación. El secador solar tipo túnel de policarbo-
nato está basado en un diseño tailandés (Figura 4S)
propuesto por Janjai (2012), desarrollado para el seca-
do de alimentos en industrias a pequeña escala. Este
secador consiste en un techo parabólico cubierto con
planchas de policarbonato, estructura de acero galvani-
zado y piso de concreto. Las dimensiones de dicho
secador son 8 m de ancho, 20 m de largo y 3,5 m de alto,
con una capacidad de carga de 1000 kg de producto.
Material biológico
Se empleó cacao nativo fino de aroma sin considerar
híbridos, después del proceso de fermentación con una
humedad aproximada del 55% al 60 %. Se utilizaron
por cada ensayo 8 kg de cacao. Las muestras secas, se
sometieron al análisis fisicoquímico y organoléptico,
con el fin de determinar la calidad del producto, para lo
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cual se tomaron granos de cacao de manera aleatoria
de cada sistema de secado de 2 kg, con tres repeticio-
nes. Se consideró a cada secador como un tratamiento:
T1 = Secador solar por convección forzada
T2 = Secador solar por convección natural con
absorbedor de zeolita
T3 = Secador solar tipo túnel
Modelamiento de la cinética de secado de cacao
nativo fino de aroma
Para realizar el modelamiento de la cinética de secado
se tuvo como referencia a Barrena (2011). Para deter-
minar la cinética de secado se utilizó los datos recolec-
tados desde las 8:00 am hasta las 5:00 pm, los cuales
fueron procesados con el software estadístico SPSS
version 20.0, para obtener las ecuaciones correspon-
dientes a la parte lineal y a la parte no lineal de cada
una de las curvas de secado (humedad residual vs
tiempo), obtenidas en la presente investigación.
Contenido de humedad en %
La humedad comercial del cacao tiene que estar entre
7 a 8 % (Sánchez-Álamo, 2017). Para la determinación
de la humedad del cacao nativo fino de aroma se utilizó
un Medidor de Humedad Análogo para Granos de
Cacao (Aquaboy).
Análisis organoléptico
El análisis organoléptico fue realizado en Laboratorio,
por un panel entrenado de catadores de cacao del Insti-
tuto de Investigación para el Desarrollo Sustentable de
Ceja de Selva (INDES-CES), quienes mediante una
ficha de catacion brindaron los resultados.
Análisis fisicoquímico.
Se realizaron los siguientes análisis químicos según
los métodos de la AOAC (2000): pH (Nº 970.21),
acidez total titulable (Nº 942.15.), proteína (976.05) y
grasa (920.39). Para el análisis de capacidad antioxi-
dante se utili el todo 2,2-Difenil-1-Picrilhi-
drazilo (DPPH), tomado de Castañeda et al. (2008).
Para la determinación de polifenoles se utilizó el méto-
do Folin-Ciocalteu, tomado de García et al. (2015).
Análisis de datos
Para el análisis de las variables fisicoquímicas se
utilizó un Diseño Completamente al Azar (DCA) con
tres tratamientos (secador por convección forzada,
secador por convección natural y secador tipo túnel).
Para el análisis de las variables organolépticas se utili-
un Diseño en Bloques Completamente al Azar
(DBCA) con tres tratamientos (secador por convec-
ción forzada, secador por convección natural y seca-
dor tipo túnel). Para el análisis de estas variables se
utilizó el software estadístico Statistix 8 para Win-
dows. Por último, se usó una matriz de evaluación de
la sostenibilidad, la cual se procesó usando el software
EXCEL® (Tabla 1S).
III. RESULTADOS
Modelamiento de la cinética de secado de cacao
nativo fino de aroma
Al inicio del secado, los granos de cacao nativo fino de
aroma en los tres tipos de secadores se colocaron en la
cámara de secado a una temperatura menor a la de esta
cámara; por lo que, los datos iniciales se ajustan a una
curva por lo que se desprecian, los siguientes datos
recién se ajustan a una recta y son los que interesan
(Figura 5S). Esta primera etapa del secado se denomi-
na período de inducción donde se produce un calenta-
miento del producto, adecuándose el material a las
condiciones del secado y dado que su duración es muy
corta con respecto al tiempo total de secado, no se
toma en cuenta para el diseño de secadores industriales
(Ibarz et al., 2000). La característica que muestran las
curvas de secado, cuando se grafica la humedad resi-
dual vs tiempo, es una sección recta que corresponde a
la etapa de secado a velocidad constante y una sección
curva que corresponde a la etapa de secado a velocidad
decreciente. Cuando termina la sección recta y se
inicia la curva, se lee en la gráfica el tiempo crítico (tc)
y la humedad crítica (Yc). Al final, la curva tiene un
comportamiento asintótico con el eje de las abscisas
(tiempo) y permite leer en la gráfica la humedad de
equilibrio (Yeq).
Cinética de secado en secador solar por convección
forzada
Partiendo de 8 kg de cacao fermentado con 55% de
humedad, en el primer día de secado se alcanzó a las
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cuatro horas una humedad crítica de 0,67 g H O/g
2
cacao seco y a las ocho horas una humedad de equili-
brio de 0,43 g H O/g cacao seco. En el segundo día, a
2
las nueve horas de secado (contadas desde el día uno)
se observó una disminución de la humedad residual a
0,32 g H O/g cacao seco y una humedad de equilibrio
2
de 0,15 g H O/ g cacao seco alcanzadas a las 17 horas.
2
En el tercer día a las 18 horas totales de secado se
observó una disminución de la humedad residual a
0,14 g H O/ g cacao seco y una humedad de equilibrio
2
de 0,07 g H O/ g cacao seco, instante en que el cacao
2
llegó a una humedad comercial de 7 % (Figura 5Sa). El
tiempo total de secado fue de 22 horas, con un rango de
temperatura de la cámara de secado entre 37,0 y 56,0
°C, con un promedio de 42,7 °C. El cacao en las horas
sin radiación solar (noche y madrugada) continúo
perdiendo humedad debido probablemente a que la
cámara de secado aún mantenía temperaturas aproxi-
madas a las del día entre 36,0 y 39,0 °C, generados por
el efecto invernadero en la cámara de secado debido a
que se registró temperaturas ambientales entre 22,0 y
30,0 °C en horas no diurnas.
Cinética de secado en secador solar por convección
natural con absorbedor de zeolita
En el presente estudio, partiendo de 8 kg de cacao
fermentado con 55% de humedad, en el primer día de
secado se alcanzó a las cinco horas una humedad críti-
ca de 0,62 g H O/g cacao seco, dos horas más que en el
2
secador por convección forzada y a las ocho horas una
humedad de equilibrio de 0,39 g H O/g cacao seco. En
2
el segundo día, a las nueve horas de secado (contadas
desde el día uno) se observó una disminución de la
humedad residual a 0,31 g H O/g cacao seco y una hu-
2
medad de equilibrio de 0,12 g H O/g cacao seco alcan-
2
zadas a las 16 horas. En el tercer día a las 17 horas
totales de secado se observó una disminución de la
humedad residual a 0,11 g H O/g cacao seco y una
2
humedad de equilibrio de 0,07 g H O/g cacao seco,
2
instante en que el cacao llegó a una humedad final de
7% (Figura 5Sb). El tiempo total de secado fue de 19
horas, con un rango de temperatura de la cámara de
secado entre 38,0 y 59,0 °C, con un promedio de 46,2
°C, observando una diferencia de tres horas menos en
el tiempo de secado y tres grados más de temperatura
en la cámara de secado con respecto al secador de
convección forzada. El cacao en las horas sin radia-
ción solar (noche y madrugada) continuó perdiendo
humedad debido probablemente a que la cámara de
secado aún mantenía temperaturas promedio a las del
día entre 36,0 y 39,0 °C, generados por el efecto inver-
nadero de la cámara de secado donde se realizó el
experimento debido a que en el ambiente se registró
temperaturas ambientales entre 22,0 y 30,0 °C en
horas no diurnas, aspecto similar a lo ocurrido con el
secador por convección forzada.
Cinética de secado en secador solar tipo túnel
Con la finalidad de uniformizar el área de secado entre
2
secadores, se utilizó un área de 2 m en el secador tipo
túnel para realizar los experimentos, partiendo de 8 kg
de cacao fermentado con 55 % de humedad, en el pri-
mer día de secado se alcanzó a las cinco horas una
humedad crítica de 0,55 g H O/g cacao seco, (similar al
2
de convección natural, pero dos horas más que en el
secador por convección forzada) y a las ocho horas una
humedad de equilibrio de 0,43 g H O/g cacao seco. En
2
el segundo día, a las nueve horas de secado (contadas
desde el día uno) se observó una disminución de la
humedad residual a 0,36 g H O/g caco seco y una hume-
2
dad de equilibrio de 0,23 g H O/ g cacao seco, alcanza-
2
das a las 17 horas. En el tercer día a las 18 horas totales
de secado se observó una disminución de la humedad
residual a 0,20 g H O/g cacao seco y una humedad de
2
equilibrio de 0,08 g H O/g cacao seco, instante en que
2
el cacao llegó a una humedad final de 8% (Figura 5Sc).
El tiempo total de secado fue de 24 horas, con un rango
de temperatura de la cámara de secado entre 32,0 y
54,0 °C, con un promedio de 38,8 °C, observando una
diferencia de dos y cinco horas más en el tiempo de
secado que en los secadores forzado y natural, respec-
tivamente; además, que la temperatura promedio en la
cámara de secado fue inferior a los dos primeros tipos
de secadores. El cacao en las horas sin radiación solar
(noche y madrugada) continúo perdiendo humedad
debido probablemente a que la cámara de secado aún
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mantenía temperaturas promedio a las del día entre
33,0 y 36,0 °C, generados por el efecto invernadero en
el secador por la temperatura del ambiente en la zona
donde se realizó el experimento que registró tempera-
turas ambientales entre 22,0 y 30,0 °C en horas no
diurnas, aspecto similar a lo ocurrido con los secadores
por convección forzada y natural.
Análisis de variables fisicoquímicas
Las características fisicoquímicas del cacao nativo
fino de aroma referente a acidez, pH, capacidad antio-
xidante y polifenoles no se encontró diferencia signifi-
cativa con los tres tipos de secadores solares, obser-
vando diferencias significativas en las variables grasa
y proteína. Sin embargo, los resultados obtenidos se
encuentran dentro de los
Análisis de variables organolépticas
Se observa diferencia significativa en acidez y amar-
gor del cacao en los tres tipos de secadores solares,
mostrando menor valor de acidez en el secado por
convección natural, aspecto importante en el cacao y
en amargor destaca el de túnel y de convección forza-
da. En las variables aroma, astringencia y sabor no se
encontró diferencia significativa; sin embargo, en los
tres tipos de secadores solares se obtuvo niveles entre
aceptables a bueno del cacao nativo fino de aroma
(Tabla 3S).
En la Figura 6S, se muestran los perfiles sensoriales de
las muestras de cacao evaluadas, en una escala de 0 a 8
puntos, observando que los secadores por convección
forzada y natural presentan mejores valores relaciona-
dos al sabor y aroma.
Evaluación de sostenibilidad de los secadores sola-
res empleados
Según los factores de evaluación considerados en el
presente estudio dado por construcción, operación,
tecnología empleada y calidad del producto obtenido,
en función al aspecto social, ambiental y económico;
se considera que el secador por convección forzada es
el que presenta mejores resultados desde el punto de
vista de sostenibilidad de la tecnología de secador
solar de cacao nativo fino de aroma.
IV. DISCUSIÓN
Cinética de secado del cacao nativo fino de aroma
El rendimiento promedio del secado de cacao nativo
fino de aroma fue de 53,8%, en el secador solar por
convección forzada, es decir de 8,0 kg de cacao fer-
mentado con una humedad promedio de 55,0% base
húmeda, se obtuvo 4,1 kg de cacao con un 7,0% de
humedad base seca. Con el secador solar de convec-
ción natural, el rendimiento promedio del secado de
cacao fue de 52,5%, y con el secador solar tipo túnel
fue de 55,0%. Los rendimientos obtenidos en la pre-
sente investigación fueron superiores al 48,0% repor-
tado por López y Chávez (2018), en secado de cacao
en México empleando secador solar tipo túnel.
Al respecto, Sánchez-Álamo (2017), afirma que el
secado reduce el peso de los granos aproximadamente
al 50,0%; además, Tinoco y Ospina (2013), mencio-
nan que al final de la fermentación el contenido de
humedad de los granos de cacao está alrededor del
55,0%, para ser almacenados con seguridad debe
reducirse a límites de 7,0% a 8 ,0%, el secado no cons-
tituye una simple reducción de humedad, sino que los
cambios químicos continúan mientras el contenido de
humedad desciende con lentitud hasta que se detienen
por la falta de humedad o la inactivación de las enzi-
mas por otros medios. Por este motivo, el secado no
debe ser muy rápido durante los dos primeros días, las
altas temperatura pueden inactivar las enzimas.
El tiempo de secado de 22 horas obtenido en la presen-
te investigación con el secador solar de convección
forzada, es similar al reportado por Maureira (2006), al
secar cacao en Ecuador y por Gonzáles (2008) al secar
café en Omia, Mendoza, Amazonas a 25,0 °C y 24,8
°C de temperatura ambiente, respectivamente. Sin
embargo, es superior al tiempo utilizado por Silva y
Malpica (2016), quienes emplearon 15 horas en seca-
do de cacao, en Venezuela a 28,0 °C de temperatura
ambiente.
El tiempo de secado con el secador solar de convec-
ción natural fue de 19 horas, siendo menor al reportado
por Siguencia-Avila (2013), en Ecuador quien utilizó
el mismo tipo de secador con 23,6 horas de secado y
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por Maureira (2006), al secar cacao en Ecuador y por
Gonzáles (2008), al secar café en Omia, Mendoza,
Amazonas. Sin embargo, es superior al tiempo utiliza-
do por Silva y Malpica (2016), quienes emplearon 15
horas en secado de cacao, en Venezuela.
El tiempo de secado de 24 horas obtenido en la presen-
te investigación con el secador solar tipo túnel es
menor al reportado por López y Chávez (2018), en
México quien utilizó el mismo tipo de secador con 35
horas de secado. Sin embargo, es superior a lo reporta-
do por Maureira (2006), al secar cacao en Ecuador y
por Gonzáles (2008), al secar café en Omia, Mendoza,
Amazonas.
En la Figura 5, para el secador solar de convección
forzada, el tramo recto de la curva de secado corres-
ponde al período de velocidad constante de secado,
entre las 1,5 y 4 horas (primer día) y está asociado a la
eliminación del agua no ligada a las semillas de cacao,
en el que el agua se comporta como si el sólido no
estuviera presente. Para los secadores solares de con-
vección natural y tipo túnel, el tramo recto se dio entre
las 2,5 y 5 horas (primer día).
Al inicio, la superficie del cacao se encuentra muy
húmeda, el agua eliminada de la superficie es compen-
sada por el flujo de agua desde el interior de la semilla.
El periodo de velocidad constante continúa mientras el
agua evaporada en la superficie pueda ser compensada
por la que se encuentra en el interior, al respecto Vega y
Lemus (2006), manifiestan que las curvas de secado
tienen función lineal en el periodo de velocidad cons-
tante. El periodo de velocidad decreciente se da cuan-
do la velocidad de secado no se mantiene constante y
empieza a disminuir, en la presente investigación fue
desde las cuatro horas de secado hasta el final del
primer día; en esta etapa, la velocidad de secado está
gobernada por el flujo interno del agua y vapor, se
representa por la línea curva que baja hasta tener un
comportamiento asintótico con el eje de las abscisas,
al respecto Ocón y Tojo (1980), afirman que el periodo
de velocidad decreciente se extiende desde la hume-
dad crítica Yc hasta la humedad final del sólido Yf,
cuyo valor límite es la humedad de equilibrio Y*.
El período de velocidad decreciente de secado se
puede dividir en dos partes: la primera se da cuando los
puntos húmedos en la superficie del cacao disminuyen
continuamente hasta que la superficie está completa-
mente seca, luego ocurre una inflexión que representa
la segunda parte de este periodo donde el plano de
evaporación se traslada al interior del producto; el
calor requerido para eliminar la humedad es transferi-
do a través del cacao hasta la superficie de evapora-
ción, y el vapor de agua producido se mueve a través
de las semillas en la corriente de aire que va hacia la
superficie (Barrena, 2011). A veces no hay diferencias
remarcables entre estas dos partes del periodo de velo-
cidad decreciente (Ibarz et al., 2005).
Con respecto al uso de la zeolita en el secador solar por
convección natural, en la presente investigación no
mostró los resultados esperados, es decir la contribu-
ción para absorber la humedad desprendida del pro-
ducto fue nula; contrario a lo reportado por Siguencia-
Avila (2013), en secado de cacao en Ecuador, encon-
trando que el secador solar inclinado con absorbedor
de zeolita resulta eficiente debido a que la zeolita
redujo el tiempo total de secado en 5 horas y además la
zeolita aumentó su humedad relativa a lo largo de la
noche como también lo hizo la humedad exterior y la
del cacao; sin embargo, existió una mayor hidratación
de la zeolita respecto a la humedad del cacao a partir de
las 22:30 horas. En la presente investigación como la
zeolita no atrapaba la humedad del producto, generan-
do el cocinado del mismo y en consecuencia su dete-
rioro, en los siguientes experimentos se generó una
abertura en el vidrio del secador para permitir la salida
de la humedad, permitiendo un secado adecuado del
cacao y por lo tanto se pudo lograr la humedad comer-
cial de 7%.
Con respecto al modelo matemático de la cinética de
secado del cacao nativo fino de aroma, se encontró en
la presente investigación que, para los tres tipos de
secadores solares empleados, en el periodo de veloci-
dad constante, al inicio del secado, en los tres días, la
ecuación fue lineal y para la velocidad decreciente la
ecuación fue logarítmica (Figura 5). Esto concuerda
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con lo obtenido por Gonzáles (2008) y Barrena (2011).
Análisis de variables fisicoquímicas
Los niveles de acidez titulable encontrados en la pre-
sente investigación son similares a los reportados por
Albia et al. (2016) en secado de cacao nativo fino de
aroma en Colombia, y por Nazaruddin et al. (2006),
quienes evaluaron cacao originario de Malasia. Al
respecto Albia et al. (2016), mencionan que, en la
etapa de fermentación, los ácidos láctico y acético
producto de la degradación microbiana de la pulpa son
difundidos hacia el interior del cotiledón incrementa-
do de esta manera los niveles de acidez los cuales dis-
minuyen durante la etapa del secado. Sin embargo, una
alta producción de estos ácidos conlleva a la produc-
ción de granos con sabor ácido, lo cual interfiere en la
buena calidad del cacao (Schwan y Fleet, 2015).
Los valores de pH encontrados en este estudio son
inferiores a los reportados por Albia et al. (2016), en
cacao nativo fino de aroma con 6,03 y 6,34 para el
menor y mayor valor respectivamente. Al respecto,
Armijos (2002), menciona que el pH óptimo para un
cacao de calidad debe encontrarse en un rango de 5,1 a
5,4 cualquier cacao con un pH menor a 5,0 indica pre-
sencia de ácidos no volátiles indeseables que dan al
producto aromas desagradables, que perjudican a la
producción del chocolate. Jinap et al. (1995), demos-
traron que un pH bajo (rango 4,8-5,2) indica que los
granos de cacao fermentados y secos son de inferior
calidad aromática; en tanto que Portillo et al. (2007),
encontraron que el pH inferior a 4,5 es asociado con la
disminución del potencial aromático del grano. La
variación en el nivel del pH es un parámetro determi-
nante y relacionado con las condiciones del secado
(López y Ramírez, 2001).
La capacidad antioxidante obtenida en esta investiga-
ción osciló entre 89,7% en secador tipo túnel y 90,8%
en secador por convección forzada, estos resultados
son superiores a los encontrados por Gonzáles et al.
(2013), en México al evaluar la actividad antioxidante
de 34 extractos metanólicos de cacao, la cual osciló
entre 57,0 % y 71,1 % de inhibición y además son
superiores a los encontrados por Granato et al. (2011),
quienes realizaron un trabajo en 73 vinos tintos produ-
cidos en Brasil, Chile y Argentina reconocidos como
importante fuente de antioxidantes, cuya actividad
antioxidante osciló entre 47,9 y 66,7% de inhibición
del DPPH. Al respecto Rivera et al., (2012), manifies-
tan que, desde la perspectiva de salud humana, la acti-
vidad antioxidante produce efectos benéficos, en
aquellos alimentos y bebidas ricas en polifenoles,
porque protegen al organismo de los radicales libres,
moléculas altamente reactivas causantes de daños en
el organismo a nivel celular que tienden a incrementar
el riesgo al desarrollo de cáncer, enfermedades cardio-
vasculares y algunas degenerativas.
El contenido de polifenoles expresados en equivalente
de ácido gálico (EAG) obtenidos en la presente investi-
gación con valores entre 4,9 y 7,12 g EAG/ 100 g, son
similares a lo reportado por Gonzáles et al. (2013), en
México al evaluar clones de cacao finos y aromáticos,
en promedio de 6,4 g EAG/100 g. Sin embargo, fueron
superiores a los encontrados por Nazario et al., (2018),
quienes cuantificaron polifenoles totales en granos de
cacao criollo y siete clones, con rangos entre 3,338 y
5,721 g EAG/100g. Nogales (2006), indica que duran-
te la etapa de secado se reduce el contenido de polife-
noles, esto se atribuye al pardeamiento enzimático
causado por la enzima polifenoloxidasa; así mismo,
cuanto mayor sea la humedad, aumenta la oxidación de
los polifenoles presentes en el cacao; Ortiz et al.,
(2009), dicen que el contenido de polifenoles totales de
los granos de cacao disminuyen aún más después del
secado. Las catequinas y procianidinas aisladas del
cacao tienen fuertes propiedades antioxidantes in vitro.
El contenido de grasa encontrado en la presente inves-
tigación fue superior en el secador por convección
forzada con 42%, similar al secador tipo túnel con
39,59%; sin embargo, el secador por convección natu-
ral presentó diferencia significativa con menor valor
de 36,51 %, según la prueba de Tukey. Estos resultados
son similares a los encontrados por Gonzáles et al.,
(2013), en México con promedio general en las 34
muestras de cacao de 35,1 ± 7,1 % de grasas. Sin
embargo, son inferiores a los encontrados por Llambo
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(2014), en Ecuador con rangos entre 47,0% a 50,0% en
cacao nativo fino de aroma y por Albia et al. (2016),
con rangos entre 43,4% al 47,0 % en cacao criollo. La
manteca de cacao es una materia prima importante
para la industria chocolatera, farmacéutica y cosméti-
ca. El contenido y calidad de la manteca en el grano de
cacao son características controladas genéticamente y
afectan su valor comercial e industrial (Araújo et al.,
2009).
La prueba Tukey indica que el secador por convección
natural, presentó mayor porcentaje de proteína con
14,3% sin mostrar diferencia significativa con el
secador por convección forzada, pero si mostró dife-
rencia significativa con el secador tipo túnel que
presentó menor nivel de proteína. Estos resultados son
similares a los encontrados por Bedoya (2016), al
evaluar las características bromatológicas de cacao
fermentado y seco en promedio 12,5% de proteína y
por Álvarez, (2007), quien encontró para los diferen-
tes genotipos de cacao, un rango de proteína entre
12,3% a 14,0%. Al respecto Bertazo et al., (2011),
afirman que los granos de cacao contienen entre 10,0%
a 15,0% de proteína, que se compone de 52,0% y
43,0% de albúmina y globulina respectivamente. La
degradación de las proteínas de los cotiledones en
péptidos, produce los precursores específicos del
aroma y sabor del cacao (González et al., 2012).
Durante el secado y el tostado, péptidos y aminoácidos
libres, junto a azúcares reductores también presentes
en granos fermentados de cacao, producen la reacción
de Maillard, responsable del típico aroma a cacao. Así
la fermentación y el tostado junto con el tipo de suelo,
clima, condiciones de cosecha y secado, afectan en
gran medida las características del cacao.
Análisis de variables organolépticas
En el análisis sensorial de acidez construido por gráfi-
cas radiales (Figura 6), se observa que para el secador
tipo túnel se encuentra en un valor de 6 en su mayoría,
para el forzado entre 5 y 6 y para convección natural
con valor de 5; estos datos son similares a lo reportado
por la prueba Tukey donde se encontró diferencia sig-
nificativa para el secador por convección natural quien
presentó el menor valor. Estos resultados son superio-
res a los encontrados por Albia et al. (2016), quienes
evaluaron cacao nativo fino de aroma con valores de
acidez sensorial entre 2 y 5, y lo reportado por Solórza-
no et al. (2015), con valores entre 1,1 y 5,2. Al respecto
Albia et al. (2016), mencionan que una de las posibili-
dades que se incrementara la acidez sensorial en varias
muestras puede estar atribuido a una sobre fermenta-
ción y otra sería que varias de las muestras sufrieron un
secado violento al inicio, ocasionando la retención de
ácidos volátiles en las almendras elevando los niveles
de acidez, este último aspecto pudo haber sucedido en
el presente estudio. Sin embargo, de acuerdo a la escala
de calificación utilizada en el presente estudio un valor
entre 5 y 6 es de calidad aceptable.
El análisis sensorial de amargor construido por gráfi-
cas radiales (Figura 6), se observa que los valores en
los tres secadores fluctúan entre 5 y 6, mostrando
diferencia significativa según Tukey el tipo túnel con
menor valor seguido por convección forzada, de
acuerdo a la escala de calificación utilizada en el
presente estudio un valor entre 5 y 6 es de calidad acep-
table. Estos resultados son similares a los encontrados
por Reynel et al. (2016), en Ecuador al evaluar el efec-
to del tipo de secado en la calidad organoléptica del
cacao. El amargor, se define como un sabor fuerte,
generalmente debido a la falta de fermentación, se
percibe en la parte posterior del paladar o en la gargan-
ta, se lo relaciona con el café, cerveza caliente y la
toronja (Albia et al., 2016). Para Cedeño (2010), a
mayor cantidad de amargor existente en la muestra,
mayor es la cantidad de astringencia, por lo que se
deduce que una buena fermentación es el punto clave
para la formación de sabores específicos y reducción
de sabores básicos.
El análisis sensorial de aroma construido por gráficas
radiales (Figura 6), se observa que los valores en los
tres secadores fluctúan alrededor de 7, de acuerdo a la
escala de calificación utilizada en el presente estudio,
es de buena calidad. Además, se encontró un aroma a
chocolate característico del cacao nativo fino de
aroma.
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El análisis sensorial de sabor construido por graficas
radiales (Figura 6), se observa que los valores en los
tres secadores fluctúan alrededor de 6 y 8, de acuerdo a
la escala de calificación utilizada en el presente estudio
es de buena calidad, además la prueba Tukey muestra
que no existe diferencia significativa entre tratamien-
tos con una media general de 6,6. Sin embargo, en el
gráfico radial se observa que los secadores por convec-
ción forzada y natural obtuvieron valores de 8 con
mayor presencia en las muestras del forzado, el menor
valor lo registró el secador tipo túnel con 5. Estos
resultados son similares a los obtenidos por Albia et al.
(2016). Al respecto González et al. (2012), mencionan
que la degradación de las proteínas de los cotiledones
en péptidos, produce los precursores específicos del
aroma y sabor del cacao, durante el secado y el tostado,
péptidos y aminoácidos libres, junto a la reducción de
azúcares también presentes en granos fermentados de
cacao, son sometidos a la reacción de Maillard, res-
ponsable del típico aroma y sabor a cacao.
Análisis de sostenibilidad de los secadores solares
empleados
En base a los resultados favorables para mantener la
calidad del cacao nativo fino de aroma obtenidos en la
presente investigación, se recomienda a los producto-
res cacaoteros adoptar la tecnología del secador solar
de convección forzada, la cual es de bajo costo, fácil
construcción y operación con una capacitación mínima
y de uso amigable con el medio ambiente por no gene-
rar gases de efecto invernadero durante su operación.
La adopción tecnológica se considera un factor estra-
tégico de la competitividad de los sistemas de produc-
ción agropecuaria, donde la implementación de diver-
sos factores innovadores puede generar cambios
importantes en la calidad del sistema asociados con el
incremento de la producción (Romero, 2009). Con
esta visión, la adopción tecnológica es propuesta como
un mecanismo importante de promoción para el desa-
rrollo productivo y económico de países en desarrollo,
especialmente con el aprovechamiento de energías
renovables que permitan el desarrollo sostenible en la
producción y conservación de alimentos.
V. CONCLUSIONES
El tiempo total de secado del cacao nativo fino de
aroma hasta alcanzar la humedad de equilibrio y/o
comercial entre 7 y 8 %, con el secador solar tipo túnel
que utiliza la Cooperativa APROCAM fue de 24
horas; mientras que en los prototipos de secador solar
planteados en la presente investigación por convec-
ción forzada y convección natural fue de 22 y 19 horas
respectivamente. Sin embargo, la calidad del cacao es
conservada de mejor manera por el secador solar de
convección forzada, según la evaluación realizada en
la presente investigación.
El uso de zeolita, en el secador solar por convección
natural no mostró los resultados esperados, es decir la
contribución para absorber la humedad desprendida
del producto fue nula. La zeolita no atrapaba la hume-
dad del producto y generaba el cocinado del mismo y
en consecuencia su deterioro, para los demás experi-
mentos se abrió la cobertura de vidrio del secador para
permitir la salida de la humedad, logrando realizar el
secado de manera óptima hasta la humedad de 7%.
Las características fisicoquímicas del cacao nativo
fino de aroma referente a acidez, pH, capacidad antio-
xidante y polifenoles no se encontró diferencia signifi-
cativa con los tres tipos de secadores solares, sin
embargo, los resultados obtenidos se encuentran den-
tro de los parámetros normales comparados con otros
estudios y estándares establecidos. A pesar de ello,
debido a la forma de operación es más recomendable
el secador solar de convección forzada.
Referente al análisis organoléptico, se encontró dife-
rencia significativa en acidez y amargor del cacao en
los tres tipos de secadores solares, mostrando menor
valor de acidez en el secado por convección natural,
aspecto importante en el cacao y en amargor destaca el
de túnel y de convección forzada. En las variables
aroma, astringencia y sabor no se encontró diferencia
significativa; sin embargo, en los tres tipos de secado-
res solares se obtuvo niveles entre aceptables a bueno
del cacao nativo fino de aroma.
En relación a la energía solar aplicada al secado, este
estudio tiene como finalidad dar una alternativa viable
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al secado solar artesanal, y en base a los resultados se
recomienda la adopción de la tecnología del secador
solar por convección forzada que aporta a mejorar la
rentabilidad y eficiencia de la operación de secado que
puede ser realizada por los pequeños productores que
no tienen mayores recursos económicos pero que
empleando materiales para construir este tipo de seca-
dores que se encuentran disponibles en la zona reduci-
rán costos y conservarían la calidad del cacao nativo
fino de aroma, para mejorar sus ingresos económicos.
VI. CONTRIBUCIÓN DE LOS AUTORES
Todos los autores participaron en la conceptualiza-
ción, metodología, investigación, redacción del
manuscrito inicial, revisión bibliográfica, y en la
revisión y aprobación del manuscrito final.
VII. CONFLICTO DE INTERESES
Los autores declaran no tener conflicto de intereses.
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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