Εξερευνώντας Βιώσιμες Λύσεις Αξιοποίησης των κελυφών του κακάο

HeTa Food Research Centre for Excellence

Εισαγωγή

Το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς προϊόντων κακάο έφτασε τα 24,5 δισεκατομμύρια δολάρια το 2019 και αναμένεται να αυξηθεί με Δείκτη Μέτρησης Απόδοσης (Compound Annual Growth Rate, CAGR) 3,1% αγγίζοντας τα 30,2 δισεκατομμύρια δολάρια το 2026 (1). Ωστόσο, η επεξεργασία του κακάο παράγει μεγάλο αριθμό παραπροϊόντων. Μόνο το 10% της ποσότητας κακάο που είσερχεται στην παραγωγική διαδικασία μπορεί να μετατραπεί σε τελικό προϊόν που μπορεί να πωληθεί, και το υπόλοιπο 90% απορρίπτεται επειδή δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί (2). Τα κελύφη των κόκκων κακάο αντιπροσωπεύουν περίπου το 10%-17% του συνολικού βάρους των κόκκων κακάο και αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα παραπροϊόντα της παραγωγής κακάο (3). Αυτή η μαζική απόρριψη (σε χώρους υγειονομικής ταφής) δημιουργεί σοβαρά οικονομικά και περιβαλλοντικά προβλήματα. Ο λόγος είναι ότι τα κελύφη των κόκκων κακάο περιέχουν μεγάλη ποσότητα θεοβρωμίνης και διάφορες πολυφαινόλες με φυτοτοξική δράση. 

Τα τελευταία χρόνια, λόγω της ανεπάρκειας των φυσικών πόρων και των σοβαρών περιβαλλοντικών επιπτώσεων, η αξία των γεωργικών παραπροϊόντων, όπως το κέλυφος των κόκκων κακάο, έχει προσελκύσει όλο και μεγαλύτερη προσοχή. 

Τα κελύφη αυτά περιέχουν παρόμοια θρεπτικά συστατικά με τους κόκκους κακάο, αν και συχνά θεωρούνται υποπροϊόντα ή απόβλητα (4). Σύμφωνα με έρευνες, τα κελύφη κόκκων κακάο είναι πλούσια σε θρεπτικά συστατικά, έχουν ιδιαίτερα υψηλή περιεκτικότητα σε διαιτητικές ίνες και βιοδραστικές ενώσεις όπως πολυφαινόλες παρόμοιες με του τσαγιού (5). Τα κελύφη των κόκκων κακάο περιέχουν επίσης πρωτεΐνες και λιπαρά οξέα. Οι βιοδραστικές ενώσεις έχουν τη δυνατότητα να επηρεάζουν συγκεκριμένες λειτουργίες του ανθρώπινου οργανισμού. Πολλές φαινολικές ενώσεις έχουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες και μπορούν να αποτρέψουν αποτελεσματικά το σχηματισμό θρόμβων στο αίμα (6). Έχουν επίσης καλή αντιφλεγμονώδη δράση, η οποία συμβάλλει στην παρεμπόδιση της ανάπτυξης όγκων και μπορεί να συμβάλλει επίσης στην αναστολή του καρκίνου (7).

Θρεπτικά συστατικά στα κελύφη κακάο 

Φυτικές ίνες 

Οι διαιτητικές ίνες διακρίνονται γενικά σε διαλυτές και αδιάλυτες ίνες. Η ιδανική αναλογία διαλυτών προς αδιάλυτες φυτικές ίνες είναι 3:7. Η αναλογία διαλυτών προς αδιάλυτες φυτικές ίνες στο κέλυφος του κακάο είναι κοντά στην ιδανική (8). Οι διαιτητικές ίνες μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά τον κίνδυνο ορισμένων ασθενειών, όπως η Ιδιοπαθής Φλεγμονώδης Εντερική Νόσος, η Παχυσαρκία, ο Διαβήτης, Καρδιαγγειακές παθήσεις και ο Καρκίνος, ρυθμίζοντας τον ανθρώπινο μεταβολισμό. Τα κελύφη κακάο μπορούν να αποτελέσουν μια εναλλακτική φθηνή πηγή διαιτητικών ινών, με το επιπλέον πλεονέκτημα ότι μπορούν να ενσωματωθούν σε δίαιτες με υψηλή περιεκτικότητα σε φυτικές ίνες ως συστατικό χαμηλών θερμίδων. Στόχος είναι η μείωση των προσλαμβανόμενων θερμίδων και χοληστερόλης και ο έλεγχος των επιπέδων σακχάρου στο αίμα (9).

Πρωτεΐνες

Η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη των κελυφών των κόκκων κακάο είναι πολύ παρόμοια με εκείνη των κόκκων κακάο, αλλά μόνο το 1% περίπου της πρωτεΐνης υπάρχει σε ελεύθερη και αξιοποιήσιμη μορφή (10). Όλες οι σημαντικές λειτουργίες του οργανισμού απαιτούν τη συμμετοχή πρωτεϊνικών μορίων. Η ανάπτυξη του ανθρώπινου σώματος καθώς και η επιδιόρθωση και ανανέωση των κατεστραμμένων κυττάρων είναι άρρηκτα συνδεδεμένες με τις πρωτεΐνες. Η διάσπαση των πρωτεϊνών μπορεί επίσης να παρέχει ενέργεια για τις διάφορες δραστηριότητες του οργανισμού (11).

Λιπαρά οξέα

Τα λιπαρά οξέα που βρίσκονται στη λιποδιαλυτή φάση του κελύφους των κόκκων κακάο είναι κυρίως παλμιτικό και ελαϊκό οξύ. Η περιεκτικότητα σε λινολεϊκό οξύ στο κελύφους των κόκκων κακάο είναι περίπου διπλάσια από εκείνη στο βουτύρου του κακάο (12). Το παλμιτικό οξύ, ένα από τα πιο κοινά κορεσμένα λιπαρά οξέα, αποτελεί το 20-30% των συνολικών λιπαρών οξέων του οργανισμού και η πρόσληψη του γίνεται με τη διατροφή. Η δομή του παλμιτικού οξέος είναι σχετικά κοντά σε εκείνη του λίπους του μητρικού γάλακτος, και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο του λίπους του μητρικού γάλακτος (13). Το παλμιτικό οξύ μπορεί να μειώσει τα επίπεδα χοληστερόλης στον ορό του αίματος. Μελέτες έχουν υποδείξει ότι η αντικατάσταση άλλων λιπαρών οξέων στη διατροφή με παλμιτικό οξύ μπορεί να είναι ευεργετική στη θεραπεία των θρομβώσεων (14).

Πολυφαινόλες

Μια από τις ομάδες των πολυφαινολών στο κέλυφος του κακάο είναι τα φλαβονοειδή. Τα φλαβονοειδή συμμετέχουν σε διάφορες βιολογικές δραστηριότητες και έχουν αντιαλλεργικές, αντιιικές, αντιφλεγμονώδεις και αγγειοδιασταλτικές ιδιότητες. Τα φλαβονοειδή έχουν αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες και μπορούν να αναστείλουν μεταγραφικούς παράγοντες ρυθμίζοντας την αύξηση των κυτταρικών πληθυσμών που εμπλέκονται στη φλεγμονή (15). Άλλες πολυφαινόλες, όπως οι κατεχίνες, η κερκετίνη και το καφεϊκό οξύ, βρίσκονται επίσης στο κέλυφος των κόκκων κακάο. Οι κατεχίνες έχουν πολλά οφέλη για την υγεία. Οι κατεχίνες δρουν αποτελεσματικά κατά των δραστικών ριζών οξυγόνου in vitro, και μπορούν να βελτιώσουν την αντιοξειδωτική ικανότητα του πλάσματος απομακρύνοντας των ελεύθερες ρίζες και προάγοντας τον μεταβολισμό (16). Η καφεΐνη στα κελύφη του κακάο επηρεάζει το κεντρικό νευρικό σύστημα και αυξάνει την δραστηριότητα των νευροδιαβιβαστών της ντοπαμίνης. Ως εκ τούτου, η σωστή ποσότητα καφεΐνης μπορεί να διεγείρει τους ανθρώπους και να δημιουργήσει ευχάριστη διάθεση. Οι μέτριες ποσότητες καφεΐνης μπορούν να αυξήσουν την εγρήγορση και να σας κάνουν να νιώθετε πιο ξυπνητοί (17).

Εφαρμογές για τη Διαχείριση του Κελύφους Κακάο – Πώς και Πού Μπορούν να Χρησιμοποιηθούν;

Βιομηχανία επεξεργασίας

Τα κελύφη κακάο είναι πηγή πηκτίνης, με περιεκτικότητα περίπου 9%. (18) Το γεγονός ότι τα πλαστικά προϊόντα δεν διασπασπόνται αποτελεί μεγάλο περιβαλλοντικό πρόβλημα, αλλά ταυτόχρονα η ζήτηση και η εξάρτηση των ανθρώπων από τα πλαστικά προϊόντα είναι εξαιρετικά υψηλή. Ως εκ τούτου, η πηκτίνη που περιέχεται στα κελύφη του κακάο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή προϊόντων με βάση την πηκτίνη και να αντικαταστήσει τα προϊόντα με βάση το πλαστικό. Η πηκτίνη μπορεί να χρησιμεύσει ως ένα πολλά υποσχόμενο βιοϋλικό για την παρασκευή βιολογικών και βιώσιμων μεμβρανών και επιστρώσεων συσκευασίας. 

Ιατρική βιομηχανία

Τα φλαβονοειδή είναι ισχυρά αντιοξειδωτικά που απομακρύνουν τις ελεύθερες ρίζες, μειώνουν τον σχηματισμό τους και καθυστερούν την απόπτωση των φυσιολογικών κυττάρων των ιστών. Ως εκ τούτου, τα φλαβονοειδή χρησιμοποιούνται συχνά στον τομέα της ιατρικής (19). Επίσης, δρουν ως ισχυρά αντιοξειδωτικά και αντιαλλεργικά συστατικά και μπορούν να συμβάλλουν  θετικά σε προβηματα που σχετίζονται με το άσθμα (20).

Οι κατεχίνες μπορούν επίσης να αναστείλουν την κυτταρική ανάπτυξη, ιδίως την ανάπτυξη των αγγειακών κυττάρων που εμπλέκονται στο σχηματισμό της αρτηριοσκλήρυνσης, αναστέλλοντας έτσι τον πολλαπλασιασμό των αγγειακών λείων μυϊκών κυττάρων. Ως εκ τούτου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία της αρτηριοσκλήρωσης. Επίσης, αναστέλλουν την προσκόλληση των αιμοπεταλίων, παρεμποδίζοντας έτσι τον σχηματισμό θρόμβων. Οι κατεχίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών, όπως η παχυσαρκία και οι καρδιαγγειακές παθήσεις (21).

Βιομηχανία εκτροφής ζώων

Οι βιοδραστικές ουσίες στα κελύφη του κακάο έχουν αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην κτηνοτροφία. Η χρήση των κελυφών κακάο στις ζωοτροφές μπορεί να έχει θετικό αντίκτυπο στην ισορροπία της εντερικής μικροβιακής χλωρίδας. Διάφορες βιοδραστικές ουσίες στα κελύφη κακάο έχουν αντιφλεγμονώδη δράση και επηρεάζουν θετικά την ανάπτυξη και τη διαφοροποίηση των εντερικών κυττάρων των ζώων, μειώνοντας έτσι τη συχνότητα εμφάνισης διαφόρων εντερικών φλεγμονωδών ασθενειών. Η προσθήκη κελυφών κακάο στις ζωοτροφές συμβάλλει στη μείωση του κινδύνου υπερπάχυνσης.

Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας της πρώτης ύλης του κακάο, παράγεται ένας μεγάλος αριθμός παραπροϊόντων. Αυτά τα παραπροϊόντα έχουν εξαιρετικά υψηλή αξία επαναξιοποίησης και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων προϊόντων ή να χρησιμεύσουν ως πρώτες ύλες υψηλής αξίας. Τα κελύφη κακάο είναι πλούσια σε διαιτητικές ίνες, πρωτεΐνες και διάφορες πολύτιμες βιοδραστικές ενώσεις (φλαβονοειδή, κατεχίνες, καφεΐνη κ.λπ.). Αυτά τα θρεπτικά συστατικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φαρμακευτικές, κτηνοτροφικές ή μεταποιητικές βιομηχανίες. Επιπλέον, η ανακύκλωση των κελυφών κακάο μπορεί να μειώσει σημαντικά το περιβαλλοντικό αποτύπωμα και να αποφέρει υψηλά οικονομικά οφέλη.

Για περισσότερες πληροφορίες σας προτείνουμε να διαβάσετε τα παρακάτω άρθρα:

Αξιοποίηση των φλούδων φρούτων και λαχανικών

Σπατάλη τροφίμων – ένας πολύτιμος πόρος στην κυκλική οικονομία

Βιβλιογραφία

1. Beg, M. S., Ahmad, S., Jan, K. And Bashir, K. 2017. Status, Supply Chain And Processing Of Cocoa – A Review. Trends In Food Science And Technology, 66, 108-116.Https://Doi.Org/10.1016/j.Tifs.2017.06.007 
2. Soares, T. F. And Oliveira, M. 2022. Cocoa By-Products: Characterization Of Bioactive Compounds And Beneficial Health Effects. Molecules, 27.Https://Doi.Org/10.3390/Molecules27051625 
3. Rojo-Poveda, O., Barbosa-Pereira, L., Zeppa, G. And Stevigny, C. 2020. Cocoa Bean Shell-A By-Product With Nutritional Properties And Biofunctional Potential. Nutrients, 12.Https://Doi.Org/10.3390/Nu12041123 
4. Nsor-Atindana, J., Zhong, F. And Mothibe, K. J. 2012. In Vitro Hypoglycemic And Cholesterol Lowering Effects Of Dietary Fiber Prepared From Cocoa (Theobroma Cacao L.) Shells. Food And Function, 3, 1044-1050.Https://Doi.Org/10.1039/c2fo30091e 
5. Balentic, J. P., Ackar, D., Jokic, S., Jozinovic, A., Babic, J., Milicevic, B., Subaric, D. And Pavlovic, N. 2018. Cocoa Shell: A By-Product With Great Potential For Wide Application. Molecules, 23.Https://Doi.Org/10.3390/Molecules23061404 
6. Rice-Evans, C., Miller, N. And Paganga, G. 1997. Antioxidant Properties Of Phenolic Compounds. Trends In Plant Science, 2, 152-159.Https://Doi.Org/10.1016/S1360-1385(97)01018-2 
7. Anantharaju, P. G., Gowda, P. C., Vimalambike, M. G. And Madhunapantula, S. V. 2016. An Overview On The Role Of Dietary Phenolics For The Treatment Of Cancers. Nutrition Journal, 15.Https://Doi.Org/10.1186/s12937-016-0217-2 
8. Barisic, V., Jozinovic, A., Flanjak, I., Subaric, D., Babic, J., Milicevic, B., Doko, K. And Ackar, D. 2020. Difficulties With Use Of Cocoa Bean Shell In Food Production And High Voltage Electrical Discharge As a Possible Solution. Sustainability, 12.Https://Doi.Org/10.3390/Su12103981 
9. Handojo, L., Triharyogi, H. & Indarto, A. Cocoa bean shell waste as potential raw material for dietary fiber powder. Int J Recycl Org Waste Agricult 8 (Suppl 1), 485–491 (2019). Https://Doi.Org/10.1007/S40093-019-0271-9
10. Martincabrejas, M. A., Valiente, C., Esteban, R. M., Molla, E. And Waldron, K. 1994. Cocoa Hull – A Potential Source Of Dietary Fiber. Journal Of The Science Of Food And Agriculture, 66, 307-311.Https://Doi.Org/10.1002/Jsfa.2740660307 
11. Szklarczyk, D. And Jensen, L. J. 2015. Protein-Protein Interaction Databases. In: Meyerkord, C. L. And Fu, H. (Eds.) Protein-Protein Interactions: Methods And Applications, 2nd Edition
12. Elsaied, H. M., Morsi, M. K. And Amer, M. M. A. 1981. Composition Of Cocoa Shell Fat As Related To Cocoa Butter. Zeitschrift Fur Ernahrungswissenschaft, 20, 145-151.Https://Doi.Org/10.1007/Bf02021260 
13. Innis, S. M. 2016. Palmitic Acid In Early Human Development. Critical Reviews In Food Science And Nutrition, 56, 1952-1959.Https://Doi.Org/10.1080/10408398.2015.1018045 
14. Sundram, K., Hayes, K. C. And Siru, O. H. 1994. Dietary Palmitic Acid Results In Lower Serum-Cholesterol Than Does a Lauric-Myristic Acid Combination In Normolipemic Humans. American Journal Of Clinical Nutrition, 59, 841-846.Https://Doi.Org/10.1093/Ajcn/59.4.841 
15. Spagnuolo, C., Moccia, S. And Russo, G. L. 2018. Anti-Inflammatory Effects Of Flavonoids In Neurodegenerative Disorders. European Journal Of Medicinal Chemistry, 153, 105-115.Https://Doi.Org/10.1016/j.Ejmech.2017.09.001 
16. Higdon, J. V. And Frei, B. 2003. Tea Catechins And Polyphenols: Health Effects, Metabolism, And Antioxidant Functions. Critical Reviews In Food Science And Nutrition, 43, 89-143.Https://Doi.Org/10.1080/10408690390826464 
17. Smith, A. 2002. Effects Of Caffeine On Human Behavior. Food And Chemical Toxicology, 40, 1243-1255.Https://Doi.Org/10.1016/s0278-6915(02)00096-0 
18. Mollea C, Chiampo F, Conti R. Extraction and characterization of pectins from cocoa husks: A preliminary study[J]. Food Chemistry, 2008, 107(3): 1353-1356.
19. Abotaleb, M., Samuel, S. M., Varghese, E., Varghese, S., Kubatka, P., Liskova, A. And Busselberg, D. 2019. Flavonoids In Cancer And Apoptosis. Cancers, 11.Https://Doi.Org/10.3390/Cancers11010028 
20. Tanaka, T. And Takahashi, R. 2013. Flavonoids And Asthma. Nutrients, 5, 2128-2143.Https://Doi.Org/10.3390/Nu5062128  
21. Velayutham, P., Babu, A. And Liu, D. M. 2008. Green Tea Catechins And Cardiovascular Health: An Update. Current Medicinal Chemistry, 15, 1840-1850.