Valutazione della qualità di fave di cacao mediante spettroscopia nel vicino infrarosso, analisi chimiche e microbiologiche

Cocoa (Theobroma cacao) is a product that is appreciated and consumed all over the world. Its production is concentrated in tropical countries, such as in Africa and in Central and South America, with traditional and rudimentary methods. The cocoa beans are analyzed, before their marketing on the international market, through very long and sophisticated analytical techniques, destructive procedures where the use of chemicals is necessary. In addition, the availability of laboratory infrastructures and highly qualified personnel is required, which is difficult to obtain in cocoa-producing countries. These problems make quality control operations of cocoa beans extremely difficult. In addition, the global demand for cocoa has changed drastically, requiring higher sensory, functional and food safety standards. This study reports the application of near infrared spectroscopy (NIRS), combined with current advances in computer science and chemometry, to evaluate the compositional quality of cocoa beans. The prediction models tested and provided by the benchtop NIR spectrometer (850-2500 nm) and two portable spectrophotometers (NIR: 900-1680 nm and VIS-NIR: 700-1080 nm) were, in most cases, able to provide an estimate of multiple analytes at the same time. The parameters monitored in this work were moisture, pH, titratable acidity, shell, ash, lipids, proteins, total polyphenols contents and fermentation index. The procedure proved highly discriminatory for quantitative predictions regarding moisture and protein content. The ash content, pH and titratable acidity were partially predicted while the total polyphenols, fats and the fermentation index did not provide sufficient information with too low or no discriminatory power. Finally, microbiological analyzes were conducted to estimate the concentrations of molds and yeasts (CFU / g), isolating and characterizing them through genetic analyzes. Overall, both the portable and benchtop NIR spectrometer provided comparable results in terms of performance and prediction for most of the analyzed parameters, confirming the potential of these instruments. Microbiological analyzes were a source of interesting information on the microbiological population present in the sample. The isolated colonies were identified by molecular methods in order to confirm the estimated microbial counts and to list a panorama of the genera and microbial species resident in the samples examined.

Il cacao (Theobroma cacao) è un prodotto apprezzato e consumato in tutto il mondo. La sua produzione si concentra nei paesi tropicali, come in Africa e in America centrale e meridionale, con metodi tradizionali e rudimentali. Le fave di cacao vengono analizzate, prima della loro commercializzazione sul mercato internazionale, attraverso alcune tecniche analitiche piuttosto lunghe e sofisticate, procedimenti distruttivi dov’è necessario l'uso di sostanze chimiche. Inoltre, è richiesta la disponibilità d’infrastrutture di laboratorio e di personale altamente qualificato, difficilmente realizzabile nei paesi produttori di cacao. Queste problematiche rendono estremamente difficoltose tutte le operazioni di controllo qualità delle fave di cacao. Oltre a ciò, la domanda globale di cacao è fortemente cambiata, richiedendo standard sensoriali, funzionali e di sicurezza alimentare sempre più elevati. Il presente studio riporta le osservazioni registrate nell’applicazione della spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), unita agli attuali progressi nell'informatica e nella chemiometria, per valutare la qualità compositiva delle fave di cacao. I modelli di predizione testati e forniti dallo spettrometro NIR da banco (850-2500 nm) e da due spettrofotometri portatili (NIR: 900-1680 nm e VIS-NIR: 700-1080 nm) sono stati, nella maggior parte dei casi, in grado di fornire in modo soddisfacente la stima di più analiti. I parametri monitorati in questo lavoro sono stati l’umidità, il pH, l’acidità titolabile, la percentuale di buccia, le ceneri, i lipidi, le proteine, il contenuto totale di polifenoli e l’indice di fermentazione. La procedura si è rivelata altamente discriminatoria per le predizioni quantitative riguardanti il contenuto di umidità e di proteine. È stato parzialmente predetto il contenuto di ceneri, il pH e l’acidità titolabile mentre il contenuto totale di fenoli, di grassi e l’indice di fermentazione non ha fornito informazioni sufficienti con un potere discriminatorio troppo basso o nullo. Infine, sono state condotte delle analisi microbiologiche per stimare le concentrazioni di muffe e lieviti (UFC/g), isolandole e caratterizzandole attraverso le analisi genetiche. Nel complesso, sia lo spettrometro NIR portatile sia quello da banco hanno fornito risultati comparabili in termini di prestazione e di predizione per la maggior parte dei parametri analizzati, confermando le potenzialità di questi strumenti. Le analisi microbiologiche sono state fonte d’interessanti informazioni sulla popolazione microbiologica presente nel campione. Le colonie isolate sono state identificate mediante metodi molecolari allo scopo di confermare le conte microbiche stimate e tali da elencare un panorama dei generi e delle specie microbiche residenti nei campioni esaminati.