A new approach for cocoa bean fermentation based on inoculation of yeast, lactic acid and acetic acid bacteria

Cocoa bean fermentation is a key process in the development of chocolate aroma quality, even if it is characterized by high variability and limited standardization. This thesis proposes an approach based on the yeasts, lactic acid bacteria and acetic acid bacteria controlled inoculation, with the aim of improving both quality and reproducibility. Through an integrated approach combining microbiological analyses, controlled fermentations, multi-omics studies and sensory evaluations, the central role of microorganisms in the formation of aroma precursors is highlighted. First, it is shown how the fermentation method significantly influences the composition and dynamics of microbial communities. Subsequently, microbial strains with technological potential are selected and characterized and their interactions and performance are evaluated in controlled systems. The integration of microbiological, chemical and sensory data demonstrates how microbial consortia can shape the precursor landscape, which in turn determines the aromatic profile of the fermentations. This integrative framework may support the development of precision fermentation strategies aimed at reducing batch variability while preserving desirable aromatic complexity. Despite the potential of guided fermentations, their application at industrial scale remains constrained by environmental, economic and logistical limitations typical of tropical production systems. This work represents a step toward bridging the gap between research and industrial application, proposing strategies adaptable to real-world conditions and contributing to the development of innovative solutions currently under patent application.

La fermentazione delle fave di cacao è un processo fondamentale per lo sviluppo della qualità aromatica del cioccolato, ma è caratterizzata da elevata variabilità e limitata standardizzazione. Questa tesi propone un approccio basato sull’inoculo controllato di lieviti, batteri lattici e batteri acetici, con l’obiettivo di migliorarne qualità e riproducibilità. Attraverso un approccio integrato che combina analisi microbiologiche, fermentazioni controllate, studi multi-omici e valutazioni sensoriali, viene evidenziato il ruolo chiave dei microrganismi nella formazione dei precursori aromatici. In primo luogo, si riporta come il metodo di fermentazione influenzi significativamente la composizione e la dinamica delle comunità microbiche. Successivamente, vengono selezionati e caratterizzati ceppi con potenziale tecnologico, valutandone interazioni e prestazioni in sistemi controllati. L’integrazione di dati microbiologici, chimici e sensoriali evidenzia come consorzi microbici possano modellare il panorama dei precursori, che, a sua volta, determina il profilo aromatico delle fermentazioni. Questo quadro integrativo può favorire lo sviluppo di strategie di fermentazione di precisione volte a ridurre la variabilità dei lotti, preservando al contempo la complessità aromatica desiderabile. Nonostante il potenziale delle fermentazioni guidate, la loro applicazione su scala industriale resta limitata da vincoli ambientali, economici e logistici tipici dei sistemi produttivi tropicali. Questo lavoro rappresenta un passo verso il superamento del divario tra ricerca e applicazione industriale, proponendo strategie adattabili alle condizioni reali e contribuendo allo sviluppo di soluzioni innovative oggetto di deposito brevettuale.