An analytical characterisation of cocoa beans: aiming at clustering samples by origins and post-harvest treatments

Properly conducted cocoa fermentation is an important step in the production of high-quality chocolate. This study aims to evaluate the chemical and sensorial characteristics of cocoa beans produced from two different countries (Colombia and Honduras), underlining differences and similarities in content of precursors of aroma compounds by HPLC; moreover, the microbial communities and the effect of anti-fungal or starter cultures during the fermentation process were assessed by the culture-independent methods, using the most modern technologies of qPCR and NGS. With these purposes, samples of cocoa beans from Colombia and Honduras were fermented; one anti-fungal co-culture (containing Lactobacillus fermentum and Saccharomyces cerevisiae), one starter culture (Wickerhamomyces pijperi) and one co-culture with anti-fungal and pectinolytic strains (Lactobacillus fermentum, Saccharomyces cerevisiae and Wickerhamomyces pijperi) were applied to 200-kg box to assess their influence on cocoa bean fermentation and drying processes and on final cocoa bean quality. Samples were analysed by High-Performance Liquid Chromatography (or HPLC) to monitor pH, sugars and organic acids content, as well as two culture-independent methods: qPCR and NGS to determine microbial fluctuations during fermentation. The results suggest that the cocoa origins as well as co-cultures used during fermentation may have an influence on the chocolate's quality; thus this aspect should be considered to obtain chocolate with different sensory characteristics or for better standardization of the process, even when using yeasts and bacteria as an anti-fungal or starter culture.

La fermentazione del cacao è una fase importante nella produzione di cioccolato di alta qualità, per questo motivo è necessario venga condotta correttamente. Questo studio si propone di valutare le caratteristiche chimiche e sensoriali delle fave di cacao prodotte da due diversi Paesi (Colombia e Honduras), sottolineando le differenze e le somiglianze nel contenuto di precursori dei composti aromatici mediante l’utilizzo di HPLC; in aggiunta sono state valutate con metodi coltura-indipendenti, utilizzando le più moderne tecnologie di qPCR e NGS, le comunità microbiche e l'effetto di colture antifungine o starter durante il processo di fermentazione. A tal fine, sono stati fermentati campioni di fave di cacao provenienti dalla Colombia e dall'Honduras con una co-cultura antifungina (composta da Lactobacillus fermentum e Saccharomyces cerevisiae), una coltura starter (composta unicamente da Wickerhamomyces pijperi) e una co-cultura con ceppi antifungini e pectinolitici (costituita da Lactobacillus fermentum, Saccharomyces cerevisiae e Wickerhamomyces pijperi). Tali colture sono stati applicate a cassette da 200 kg per valutare la loro influenza sui processi di fermentazione ed essiccazione delle fave di cacao e sulla loro qualità finale. I campioni sono stati analizzati mediante cromatografia liquida ad alta prestazione (o HPLC) per monitorare il pH, gli zuccheri e il contenuto di acidi organici, oltre a due metodi coltura-indipendenti: qPCR e NGS per determinare le fluttuazioni microbiche durante la fermentazione. I risultati suggeriscono che le origini del cacao e le co-culture utilizzate durante la fermentazione possono avere un'influenza sulla qualità del cioccolato; pertanto questo aspetto dovrebbe essere preso in considerazione per ottenere un cioccolato con caratteristiche sensoriali diverse o per una migliore standardizzazione del processo, anche quando si utilizzano lieviti e batteri come colture antifungine o starter.