Submitted:
21 May 2025
Posted:
22 May 2025
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Abstract
Cocoa fermentation is a multifaceted and essential biological process that directly influences the sensory quality and commercial value of the final product. This process involves a dynamic succession of microbial communities, mainly yeasts, lactic acid bacteria, and acetic acid bacteria, which transform the cocoa pulp and generate precursor compounds responsible for flavor and aroma. In the Dominican Republic, traditional fermentation is performed artisanally, with limitations in controlling critical variables such as temperature, pH, and time, resulting in high variability in cocoa quality and limiting its competitiveness in increasingly demanding international markets. This study proposes optimizing the fermentation process of Dominican cocoa by integrating electromagnetic fields (EMF) and native microbial strains selected for their efficiency in pulp degradation and production of aromatic metabolites. Electromagnetic fields serve as an emerging technology capable of modulating microbial metabolic activity, accelerating fermentation, and enhancing the release of key aromatic compounds. Simultaneously, inoculation with indigenous microorganisms ensures the preservation of the unique organoleptic characteristics of Dominican cocoa, contributing to process uniformity and reproducibility. Controlled trials comparing traditional fermentation with EMF-assisted fermentation combined with microbial inoculation demonstrated that the integrated treatments exhibited greater uniformity in fermentative parameters, a significant acceleration of the process, and an improved aromatic profile, evidenced by increased concentrations of desirable volatile compounds and enhanced sensory acceptance. These findings position the integration of EMF and native microorganisms as an innovative, efficient, and sustainable technological alternative for the Dominican cocoa industry, with potential to strengthen its competitiveness and contribute to the sector’s sustainable development.
Keywords:
cocoa fermentation
; electromagnetic fields
; native microorganisms
; sensory quality
; biotechnological optimization
Introducción
La fermentación del cacao (Theobroma cacao L.) constituye un proceso microbiológico complejo y fundamental que determina la calidad sensorial y comercial del producto final. Este proceso involucra una sucesión dinámica y coordinada de comunidades microbianas, principalmente levaduras, bacterias ácido lácticas y bacterias ácido acéticas, que actúan sobre la pulpa del cacao para degradarla y generar compuestos precursores esenciales para el desarrollo del aroma y sabor característicos del cacao fino (Moreno-Reyes, 2020; Schwan & Wheals, 2004). La interacción microbiana y las condiciones ambientales durante la fermentación influyen directamente en la formación de metabolitos volátiles, el perfil organoléptico y la calidad general del grano.
En la República Dominicana, la fermentación tradicional del cacao se realiza predominantemente de manera artesanal, con un control limitado sobre variables críticas como temperatura, pH, oxigenación y tiempo de fermentación. Esta falta de estandarización genera una alta variabilidad en la calidad del producto, afectando negativamente su competitividad en mercados internacionales cada vez más exigentes y especializados (CEDAF, 2021). La heterogeneidad en los procesos fermentativos limita la capacidad de los productores para garantizar un cacao con características organolépticas uniformes y de alta calidad, lo que representa un desafío para la sostenibilidad y el desarrollo del sector cacaotero nacional.
En este contexto, la aplicación de tecnologías emergentes como los campos electromagnéticos (CEM) ha mostrado un potencial prometedor para modular la actividad microbiana durante la fermentación. Estudios recientes han demostrado que la exposición controlada a CEM puede estimular la actividad metabólica de microorganismos beneficiosos, acelerando la fermentación y mejorando la producción de compuestos aromáticos clave (Gao et al., 2021). Paralelamente, la utilización de microorganismos nativos, adaptados a las condiciones locales, contribuye a mejorar la reproducibilidad y calidad del proceso fermentativo, preservando las propiedades únicas del cacao dominicano (Naranjo et al., 2021; González-Ríos et al., 2021).
La integración sinérgica de estas dos tecnologías —la bioestimulación mediante campos electromagnéticos y la inoculación con cepas microbianas autóctonas— representa una estrategia innovadora con el potencial de superar las limitaciones actuales del proceso fermentativo. Esta combinación tecnológica no solo optimiza la eficiencia y uniformidad de la fermentación, sino que también puede fortalecer la posición del cacao dominicano en mercados internacionales de alta exigencia, promoviendo la innovación, sostenibilidad y valorización del producto nacional.
Materiales y Métodos
Materiales
- Campos electromagnéticos: Generadores de baja frecuencia (50-1000 Hz) con bobinas Helmholtz para aplicación homogénea de CEM durante la fermentación (Guzmán Armenteros et al., 2020[6]).
- Microorganismos nativos: Cepas puras de Lactobacillus plantarum y Saccharomyces cerevisiae aisladas y caracterizadas molecularmente (Naranjo et al., 2021[3]).
- Software: R y SPSS para análisis estadístico.
Métodos
Fermentación experimental: Se establecieron tres tratamientos: fermentación tradicional (control), fermentación con CEM, y fermentación con CEM + inoculación microbiana. Cada tratamiento se replicó tres veces en cámaras controladas a 37°C y 85% humedad relativa durante 168 horas.
- Monitoreo: Se registraron temperatura, pH, acidez y concentración de metabolitos clave en intervalos regulares.
- Evaluación microbiológica: Se realizó caracterización metagenómica para identificar y cuantificar las comunidades microbianas predominantes.
- Análisis sensorial: Panel entrenado evaluó aroma, sabor, textura y aceptación general.
- Análisis estadístico: ANOVA y pruebas post-hoc para determinar diferencias significativas entre tratamientos.
Resultados
Dinámica fermentativa
El análisis de la dinámica fermentativa mostró que el tratamiento que combinó la aplicación de campos electromagnéticos (CEM) con la inoculación de microorganismos nativos aceleró significativamente la acidificación del medio fermentativo. El pH descendió de 6.0 a 4.5 en un periodo de 48 horas, mientras que en la fermentación tradicional este descenso se alcanzó a las 72 horas (Figure 1).
Esta reducción más rápida del pH indica una actividad microbiana más eficiente, que favorece la producción de metabolitos aromáticos y la inhibición de microorganismos indeseables. Además, la temperatura en el tratamiento integrado se elevó de manera controlada hasta 48°C, manteniéndose estable durante la fermentación, a diferencia de la fermentación tradicional, que presentó fluctuaciones térmicas más amplias. La estabilidad térmica es esencial para optimizar la actividad de bacterias ácido lácticas y levaduras, favoreciendo una fermentación homogénea y reproducible.
La influencia positiva de los CEM sobre la actividad metabólica microbiana puede atribuirse a mecanismos de bioestimulación celular, como la modulación de la permeabilidad de membrana y la activación de rutas metabólicas, lo que coincide con estudios previos que reportan efectos similares en fermentaciones alimentarias (Gao et al., 2021; Pereira et al., 2022).
Perfil aromático
El análisis mediante cromatografía de gases-masas (GC-MS) evidenció un aumento significativo en la concentración de compuestos volátiles deseables en el tratamiento con CEM y microorganismos nativos (Figure 2).
Se observó un incremento de hasta un 25% en alcoholes (etanol, feniletanol), ésteres (acetato de etilo, acetato de isoamilo) y aldehídos (benzaldehído), compuestos que contribuyen a las notas florales y frutales características del cacao fino y de aroma. Este aumento sugiere que la combinación tecnológica potencia la biosíntesis de metabolitos aromáticos, mejorando la calidad sensorial del cacao.
Composición microbiana
El análisis metagenómico reveló que en el tratamiento con inoculación predominaban las especies Lactobacillus plantarum y Saccharomyces cerevisiae, reconocidas por su papel fundamental en la fermentación del cacao y la generación de compuestos aromáticos (Naranjo et al., 2021). En contraste, la fermentación tradicional mostró mayor presencia relativa de microorganismos contaminantes, como Bacillus spp., asociados con sabores no deseados y deterioro de la calidad.
La predominancia de cepas beneficiosas en el tratamiento integrado indica que los CEM favorecen la actividad y competitividad de microorganismos deseables, posiblemente mediante la bioestimulación de su metabolismo y la inhibición indirecta de contaminantes, lo que contribuye a una fermentación controlada y reproducible.
Evaluación sensorial
La evaluación sensorial realizada por un panel entrenado mostró que el cacao fermentado con CEM y microorganismos nativos obtuvo puntuaciones significativamente superiores (p < 0.05) en aroma, sabor y aceptación general (Figure 3). Los panelistas destacaron la intensidad aromática, la complejidad de sabores y la ausencia de defectos, aspectos clave para la calidad percibida y la aceptación en mercados exigentes.
Análisis integral
La integración de datos microbiológicos, físico-químicos y sensoriales evidencia que la aplicación conjunta de campos electromagnéticos y cepas nativas optimiza la fermentación del cacao dominicano. La aceleración del descenso del pH y la estabilidad térmica crean un ambiente propicio para la actividad microbiana beneficiosa, mientras que el aumento en la producción de compuestos aromáticos mejora la calidad sensorial y comercial del producto.
Comparado con antecedentes nacionales donde la fermentación tradicional presenta alta variabilidad y falta de control (CEDAF, 2021; Moreno-Reyes, 2020), esta tecnología representa un avance significativo en reproducibilidad y calidad. A nivel internacional, aunque el uso de cultivos iniciadores es común (González-Ríos et al., 2021), la incorporación de CEM es una innovación que puede posicionar a la República Dominicana como líder en innovación tecnológica en el sector cacaotero.
Discusión
Los resultados corroboran la hipótesis de que la integración de CEM y cepas microbianas nativas optimiza la fermentación del cacao dominicano. La aceleración del descenso del pH y el control térmico favorecen la actividad metabólica de microorganismos beneficiosos, alineándose con estudios previos que describen la sucesión microbiana y su impacto en la calidad (Moreno-Reyes, 2020[1]; Schwan & Wheals, 2004).
La mejora en el perfil aromático y la reducción de microorganismos indeseables sugieren que la bioestimulación electromagnética modula favorablemente el ecosistema microbiano, efecto reportado en fermentaciones alimentarias (Gao et al., 2021). La inoculación con cepas nativas garantiza la preservación de características organolépticas propias del cacao dominicano, lo que es fundamental para su posicionamiento en mercados internacionales (Naranjo et al., 2021[3]).
Comparado con experiencias en otros países latinoamericanos que emplean cultivos iniciadores (González-Ríos et al., 2021), la adición de CEM representa una innovación tecnológica que mejora la reproducibilidad y calidad del proceso fermentativo, contribuyendo a la sostenibilidad y competitividad del sector.
Conclusiones
La integración de campos electromagnéticos (CEM) con la inoculación de microorganismos nativos representa una estrategia innovadora que mejora de manera significativa la eficiencia y calidad del proceso de fermentación del cacao (Theobroma cacao L.) en la República Dominicana. Esta combinación tecnológica optimiza las condiciones microambientales y bioestimula la actividad metabólica de las comunidades microbianas beneficiosas, resultando en una fermentación más homogénea y reproducible.
El proceso fermentativo optimizado mediante CEM y cepas autóctonas reduce notablemente el tiempo requerido para alcanzar parámetros críticos como el pH y la temperatura, acelerando la degradación de la pulpa y favoreciendo la generación de compuestos aromáticos deseables. Este incremento en la producción de metabolitos volátiles mejora sustancialmente el perfil organoléptico del cacao, lo que se traduce en una mayor calidad sensorial y valor comercial del producto final.
La viabilidad de esta tecnología para su escalamiento industrial posiciona al sector cacaotero dominicano en la vanguardia de la innovación biotecnológica aplicada a la agroindustria, aportando una solución sostenible y eficiente que fortalece la competitividad internacional del cacao nacional. La adopción masiva de esta metodología requiere, sin embargo, un enfoque integral de transferencia tecnológica y capacitación dirigida a productores y técnicos, para garantizar su implementación efectiva y el aprovechamiento pleno de sus beneficios.
En suma, este estudio contribuye con un avance científico y tecnológico relevante, alineado con las políticas nacionales de innovación y desarrollo sostenible, y abre nuevas perspectivas para la modernización y valorización del cacao dominicano en mercados globales exigentes.
References
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Figure 1.
Evolución del pH y temperatura durante la fermentación en los tratamientos tradicional, CEM y CEM + microorganismos nativos.
Figure 1.
Evolución del pH y temperatura durante la fermentación en los tratamientos tradicional, CEM y CEM + microorganismos nativos.
Figure 2.
Concentración relativa de compuestos volátiles aromáticos (alcoholes, ésteres, aldehídos) en los diferentes tratamientos.
Figure 2.
Concentración relativa de compuestos volátiles aromáticos (alcoholes, ésteres, aldehídos) en los diferentes tratamientos.
Figure 3.
Resultados de evaluación sensorial: puntuaciones promedio de aroma, sabor y aceptación general para cada tratamiento.
Figure 3.
Resultados de evaluación sensorial: puntuaciones promedio de aroma, sabor y aceptación general para cada tratamiento.
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