La adición de agua durante el proceso de extracción puede afectar a la disponibilidad de etanol para la síntesis de ésteres etílicos durante el almacenamiento

Los ésteres etílicos se forman a partir de un ácido graso libre (responsables de la acidez) y etanol. A pesar de la importancia de este parámetro para discriminar la categoría virgen extra de los aceites de oliva, la información sobre cómo se forman los esteres etílicos y el origen del etanol su precursor alcohólico es escasa. El etanol se genera en la propia aceituna durante su permanencia en el árbol, su concentración aumenta durante la maduración y varía en función de la variedad de olivo (Beltrán et al., 2015). Asimismo, se ha descrito por el equipo del IFAPA Centro Venta del Llano cómo los frutos recolectados del suelo muestran una mayor concentración de etanol asi como los correspondientes aceites. A nivel de patio de almazara, el lavado y el tiempo de almacenamiento del fruto da lugar a la formación de etanol, tanto en fruto como en el aceite, lo que se traduce en un incremento de los esteres etílicos (Beltrán et al., 2016). Massela y colaboradores (2002) estudiaron el efecto de batido de la pasta en el contenido de etanol del espacio de cabeza de la batidora observando que se produce tanto la liberación del etanol de la pasta como la formación de nuevo de etanol durante el batido. Esta síntesis de etanol durante el batido es más importante bajo condiciones de baja disponibilidad de oxígeno. Durante el almacenamiento se ha descrito la formación de esteres etílicos que estaría fuertemente relacionada con la concentración de etanol en el aceite almacenado. Por tanto, los niveles de etanol del aceite determinan su contenido de esteres etílicos.

Por sus características químicas el etanol es miscible con agua y por tanto, podría ser ‘lavado’ del aceite si se añade agua durante el proceso de extracción. Las dos etapas que incluyen la adición de agua son la separación sólido-líquido y la separación líquido-líquido o clarificación.

La separación sólido-liquido es llevada cabo en las centrífugas horizontales, existen dos sistemas de centrifugación: sistema de ‘dos fases’ y sistema de ‘tres fases’. El sistema de tres fases necesita de la adición de agua en cantidades variables para mejorar el rendimiento del proceso, mientras que el de dos fases no necesita la adición de agua aunque en determinadas situaciones su uso permite ayudar al proceso de extracción. En España, el principal sistema de extracción es el de 2 fases mientras que en Italia, Grecia y otros países mediterráneos el sistema de 3 fases es todavía el predominante.

La otra etapa que requiere de la adición de agua, es la etapa de clarificación mediante centrifugación vertical. A la salida de la centrifuga horizontal, el aceite contiene todavía una cantidad variable de agua y partículas sólidas que tienen que ser eliminadas. El método más extendido para la clarificación del aceite es la centrífuga vertical que requiere la adición de una cantidad variable de agua a una temperatura variable de entre 20 y 40 °C. La cantidad de agua adicionada se suele expresar como la relación entre aceite y agua adicionada, que en general varía entre 1:1,5 y 1:0,01. Debido a la escasez de agua y a la difícil eliminación de los efluentes líquidos, el consumo de agua en la centrífuga vertical tiende a reducirse.

En definitiva, la adición de agua en estas fases del proceso de extracción podría tener gran importancia en el contenido en etanol del aceite y, en consecuencia, en sus niveles de ésteres etílicos. Disponer de esta información es de gran importancia ya que podría explicar la diferencia en el contenido de ésteres etílicos del aceite observada entre diferentes países y áreas de producción y su síntesis durante el almacenamiento. Además, los resultados podrían ser usados como herramienta para la regulación del contenido de lo de esteres etílicos del aceite de oliva virgen.

Por tanto, el objetivo de este trabajo fue estudiar la adición de agua en dos sistemas de extracción diferentes, dos fases y 3 fases, y en la centrífuga vertical y establecer cómo afecta al contenido de etanol, de ésteres etílicos y otros parámetros de calidad del aceite de oliva virgen.

Material vegetal

Se han empleado frutos de la variedad ‘Picual’ de olivos adultos cultivados en la finca experimental del IFAPA Centro Venta de Llano, Mengibar, Jaén. Los experimentos se llevaron a cabo durante la campaña 2014/15 en dos épocas: para los experimentos de adición de agua en centrífuga horizontal de dos y tres fases el 18 de noviembre y el 18 de diciembre, mientras que para los ensayos con la centrífuga vertical el 20 de noviembre y el 18 de diciembre. Para cada ensayo, se recolectaron unos 6000 kg de fruto del árbol mediante vibrador mecánico autopropulsado. Los frutos fueron transportados a la almazara y procesados inmediatamente, se eliminaron pequeñas ramas y hojas y no fueron lavados. Para cada ensayo se emplearon lotes de 1000 kg aprox para para el llenado de dos cuerpos de batidora, de 500 kg cada uno. Las características de los frutos se muestran en la Tabla 1.

Extracción de aceite

La extracción del aceite fue llevada a cabo en la almazara del IFAPA Venta del Llano equipada con sistema continuo de extracción Pieralisi formado por un molino de martillos, una centrífuga horizontal 2/3 fases SC 90 con una capacidad teórica de 45.000 kg por día y una centrífuga vertical P 1200. El proceso fue monitorizado y controlado por el software de automatización Procioleo (Procisa). Las condiciones comunes de extracción para el conjunto de experimentos fueron el diámetro de criba de 6 mm, un batido a 20 °C durante 60 minutos y el caudal de alimentación de la pasta a la centrífuga horizontal de 750 kg/h.

Ensayos de adición de agua a centrifugas horizontales sistemas 2 fases-3 fases. Los experimentos consistieron en la adición de diferentes dosis de agua a la centrífuga horizontal trabajando en condiciones de 2 fases y 3 fases. Las dosis de agua adicionadas a cada sistema de extracción para cada época se muestran en la Tabla 2. Para estos experimentos la condiciones de trabajo de la centrífuga vertical fueron fijadas a una relación aceite:agua 1:1 y una temperatura de agua de 20 °C.

Tabla 2. Diseño experimental de los ensayos de adición de agua en sistemas de 2-3 fases.

Ensayos de adición de agua a la centrífuga vertical. Para estos experimentos la centrífuga horizontal estuvo trabajando en modo de 2 fases. El agua se adicionó a dos temperaturas 20 y 30 °C, para cada temperatura se ensayaron 3 relaciones aceite:agua siguiendo el diseño factorial mostrado en la Tabla 3.

Toma de muestras

Se tomaron muestras de fruto en cada uno de los ensayos caracterizar el material de partida. Las muestras de aceite se tomaron de la centrífuga horizontal, después del tamiz vibratorio, y de la centrífuga vertical. Las muestras fueron tomadas al final del segundo cuerpo de batidora con objeto de garantizar la estabilización de las condiciones del proceso. Las muestras de aceites fueron filtradas de forma inmediata. Las muestras de aceite de la centrifuga horizontal se emplearon par la determinación de etanol mientras que las muestras de centrifuga vertical fueron usadas para determinar el contenido de etanol y el resto de las determinaciones analíticas y caracterización sensorial.

Determinaciones analíticas

• Fruto: Humedad (%), Contenido graso sobre materia seca y húmeda (%).
• Aceite: Parámetros de calidad reglamentada (Acidez libre, Índice de peróxidos, Absorbancia en el ultravioleta a K232 y K270, Ésteres etílicos, Panel test) (UE, 2016), Etanol mediante SPME-GC (Sánchez-Ortiz et al., 2012), Polifenoles totales (Vázquez-Roncero et al.,1973) y Tocoferoles (IUPAC, 1992).

Análisis estadístico

Los datos se expresaron como valores medios ± desviación estándar. Se llevó a cabo un análisis de la varianza (ANOVA) mediante el software Statistix 8.0. Las diferencias entre tratamientos fueron determinadas aplicando el test de Tukey para un nivel de significación P. 0,05.

Experimentos de adición de agua sistemas de 2 fases- 3 fases. En general, los parámetros de calidad (acidez, índice peróxidos, K232 y K270, ésteres etílicos y análisis sensorial) del conjunto de aceites obtenidos permitieron su clasificación como vírgenes extra (UE, 2019). Los resultados se muestran en la Tabla 4. Tanto el sistema de extracción como la adición de agua no afectaron a estos parámetros de calidad reglamentada. La concentración de ésteres etílicos para los aceites analizados mostró valores por debajo de 35 mg/kg, límite actual para la categoría virgen extra, no viéndose afectados por el sistema de extracción y la adición de agua. En cuanto a las características sensoriales, las intensidades del frutado y del amargor fueron más bajas para los aceites de 3 fases y para aquellos obtenidos con adición de agua, lo que coincide con los resultados descritos por Hermoso et al. (1998).

Tabla 4. Efecto de la adición de agua a los sistemas de 2 y 3 Fases sobre los parámetros de calidad del aceite de oliva virgen.

La concentración de etanol de los aceites de la centrífuga horizontal y sus correspondientes de la centrifugación vertical se muestran en la Figura 1. En general, cuando los sistemas de 2 y 3 fases fueron comparados los aceites extraídos por el sistema de 2 fases mostraron un contenido de etanol más elevado (significativo p:0,05), esta tendencia fue similar para los aceites de centrífuga horizontal y centrífuga vertical. Esta mayor concentración de etanol está de acuerdo con aquellos resultados descritos De Giovacchino et al. (2002) que describieron un descenso del contenido de etanol cuando se empleaba el sistema de 3 fases. Para ambos sistemas de extracción, la adición de agua a la centrífuga horizontal dió lugar a una reducción del etanol del aceite alcanzando el mayor descenso para los aceites de tres fases. La reducción del etanol presente en el aceite cuando se añade agua podría ser explicado por su miscibilidad con el agua y por tanto, por un posible efecto ‘lavado’.

Además de los parámetros de calidad reglamentada y el contenido de etanol, se han estudiado otros componentes importantes del aceite debido a su impacto sobre las propiedades bioactivas y su inclusión en las alegaciones nutricionales dentro de la Unión Europea como son los tocoferoles y polifenoles.

Los compuestos fenólicos (Tabla 5) mostraron una mayor concentración en los aceites procedentes del sistema de 2 fases. El contenido de polifenoles mostró un descenso al aumentar la cantidad de agua adicionada ala centrifuga horizontal, esta reducción es más importante cuando se lleva a cabo el procesado con el sistema de 3 fases. El descenso de compuestos fenólicos del aceite puede ser explicado por los coeficientes de reparto de estos componentes entre el agua y el aceite ya que muestran una importante solubilidad en el agua.

Los tocoferoles son antioxidantes naturales con actividad vitamina E, su concentración en los aceites obtenidos en este trabajo se muestra en la Tabla 5. En general, los tocoferoles no se vieron afectados por el sistema de extracción o por la adición de agua.

Adición de agua a la centrífuga vertical

Los aceites obtenidos de la centrífuga vertical fueron clasificados dentro de la categoría virgen extra (UE, 2019) para los parámetros de calidad analizados (Tabla 6). En otros trabajos se describió una oxigenación durante la centrifugación vertical, sin embargo no se ha observado en este trabajo un incremento de los parámetros relacionados con los procesos oxidativos: índice de peróxidos, K232 y K270.

Los ésteres etílicos mostraron valores por debajo del límite establecido para los aceites de estos ensayos. La adición de agua a diferentes dosis y temperaturas dio lugar a un ligero incremento en los niveles de ésteres etílicos aunque siempre por debajo del límite establecido por la Comisión Europea (UE, 2019). La caracterización sensorial permitió catalogar a los aceites obtenidos en todos los experimentos y épocas de recolección como vírgenes extra, si bien se observó una fuerte reducción en la intensidad de frutado y amargo cuando el agua se adicionó en dosis y temperaturas más elevadas.

La concentración de etanol del aceite se vio afectada por la adición de agua a la centrífuga vertical. En la Figura 2 se muestra la variación del contenido de etanol del aceite entre la centrífuga horizontal y la centrífuga vertical para las dos relaciones aceite:agua y temperaturas analizadas. Para los aceites de la centrífuga vertical, aumentar la dosis de agua dio lugar a un descenso en el contenido de etanol. Un incremento de la temperatura adicionada a la centrifuga vertical dio lugar a una reducción del contenido de etanol en el aceite. Es de destacar la reducción del contenido de etanol de los aceites para la segunda época ya que el descenso fue mucho más importante. Para una temperatura de 20 °C la reducción de etanol cuando la relación aceite: agua varió de 1: 0,1 a 1:1 fue del 42% mientras que a 30 °C el descenso fue del 72%.

La Tabla 7 muestra el contenido en fenoles de los aceites procedentes de los experimentos llevados a cabo con centrífuga vertical. La adición de dosis elevadas de agua a la centrífuga producen una pérdida de compuestos fenólicos del aceite, este descenso fue más importante para la segunda época. La temperatura del agua adicionada a las centrífuga vertical mostró un efecto significativo en el contenido de polifenoles, conforme aumentó la temperatura del agua el contenido de polifenoles del aceite fue más bajo. Esta respuesta frente a la temperatura del agua es similar para ambas épocas de recolección aunque la reducción fue mayor para la segunda. El descenso del compuesto fenólico al incrementar la temperatura del agua ya fue descrito por Jiménez et al. (1995).

La variación de los tocoferoles durante los experimentos se muestra en la Tabla 7. Como se esperaba su concentración no se vio afectada por la adición de agua y su temperatura.

Conclusiones

• La adición de agua no afecta a los parámetros de calidad reglamenta de los aceites que son clasificados como vírgenes extra.
• El contenido de etanol es menor en los aceites obtenidos con el sistema de 3 fases.
• La adición de agua a la centrifuga horizontal redujo el contenido de etanol del aceite, tanto para el sistema de dos como de tres fases.
• Al aumentar la dosis de agua añadida a la centrífuga vertical y su temperatura se reduce la concentración de etanol del aceite.
• Los compuestos fenólicos y las intensidades de frutado y amargo se reducen con la adición de agua en ambas etapas del proceso de extracción.

En definitiva, la adición de agua durante el proceso de extracción redujo la concentración de etanol del aceite y por tanto, puede afectar a su disponibilidad para la síntesis de ésteres etílicos durante el almacenamiento.

Agradecimientos

Este trabajo se llevó a cabo con la financiación de la Encomienda CAD13-134 de la Consejería de Agricultura, Pesca y Medio Ambiente de la Junta de Andalucía y el Proyecto del IFAPA PP.PEI.IDF2014.01.3 ambos cofinanciados al 80% por Fondos FEDER. Nuestro agradecimiento a nuestros maestros de almazara Juan Torres y Justo Cárdenas.

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