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Nuevos resultados sobre el estudio y las recomendaciones sobre la adición de agua al molino 

Efecto de la adición de agua al molino sobre el rendimiento industrial del proceso y la calidad de los aceites oliva vírgenes

Abraham Gila*, Araceli Sánchez-Ortiz, Mari Paz Aguilera, Antonio Jiménez y Gabriel Beltrán

IFAPA Centro ‘Venta del Llano’, Parque Científico y Tecnológico Geolit, Ctra. Bailén-Motril, Km. 18,5, 23620 Mengíbar (Jaén).

*email: abrahanm.gila@juntadeandalucia.es

30/11/2022
En determinadas ocasiones, la adición de agua al molino es una práctica habitual en las almazaras, sobre todo cuando los frutos llegan con bajo contenido en humedad (o una relación pulpa-hueso baja) debido a condiciones agroclimáticas adversas, que generan pastas poco fluidas. En este trabajo se ha evaluado la influencia de la adición de diferentes dosis de agua al molino sobre el rendimiento del proceso y composición de los aceites de oliva vírgenes. En resumen, la adición de agua al molino se puede considerar una práctica no recomendable, ya que disminuye el rendimiento del proceso de extracción y reduce el contenido en compuestos minoritarios del aceite, tales como los pigmentos y los compuestos fenólicos, que repercuten en el color y las características sensoriales de los aceites obtenidos.
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En el proceso de extracción de los aceites de oliva vírgenes, las características del fruto procesado van a influir en la elección de las condiciones de molienda, que a su vez determinan tanto al rendimiento final del proceso (extractabilidad), como las características organolépticas presentes en los aceites obtenidos (Beltrán et al., 2010).

El principal objetivo de la molienda es romper las células vegetales de la aceituna, para liberar el aceite que hay retenido en su interior, y facilitar junto al batido su extracción en las posteriores etapas del proceso. Hoy en día en las almazaras, para romper los tejidos de las aceitunas, se emplean molinos metálicos de diferentes tipos (cilindros, discos dentados…), entre los cuales, el más extendido es el molino metálico de martillos. Estos molinos en su interior están compuestos por un eje de rotación (rotor), el cual arrastra una cruceta que lleva en sus extremos unas pastillas metálicas, denominados ‘martillos’, y una criba (fija o rotante) que puede ser de diferentes tipos (redonda, elíptica o ‘habichuela’, listello, etc). Estos martillos giran a una velocidad determinada golpeando las aceitunas, rompiendo su estructura e impulsando la pasta generada hacia la criba a través de la cual sale por sus orificios (Cárdenas y Marcos, 2013).

En estos equipos de molienda, son dos las principales variables que se pueden regular, el grado de molienda y la velocidad de giro de los martillos. La primera de estas, viene dada por el tamaño de la criba utilizada, es decir, por el diámetro de los orificios que ésta presenta (4-7 mm). Mientras que, la velocidad de giro, por lo general en estos equipos es fija (entorno 3.000 rpm), aunque pueden ir provistos de un variador que permite variar su régimen de giro entre 2.000 y 3.000 rpm. La elección de estas variables va a depender de las características del fruto, tales como: la variedad, el tamaño, el estado de maduración, el contenido en agua, etc. En general, en las almazaras, la elección de estas condiciones de molienda ha ido normalmente encaminada a la mejora del rendimiento de extracción del proceso, sin embargo, se tienen en cuenta cada vez más para su elección el efecto que tienen estas variables en las características finales de los aceites obtenidos (Beltrán et al., 2010).

Por otro lado, uno de los fenómenos más importantes a controlar en la atapa de la molienda, es la formación de emulsiones, las denominadas ‘pastas difíciles’, caracterizadas por presentar un aspecto de ‘papilla’ e incidir negativamente en el rendimiento final del proceso. La formación de estas ‘pastas difíciles’ se debe principalmente a las características del fruto (elevado contenido en agua) o inadecuadas condiciones de molienda, como molienda muy fina, excesiva velocidad de giro, etc. (Sánchez et al., 2007).

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Figura 1. Frutos con síntomas de estrés hídrico (Humedad ~ 40%).

Por el contrario, en determinadas ocasiones, el fruto puede llegar a la almazara con bajo contenido en agua (o con una baja relación pulpa-hueso), debido principalmente a condiciones climatológicas anormales o adversas, tales como sequias, heladas, etc. (Figura 1). Este tipo de frutos, generan ‘pastas terrosas’ o poco fluidas difíciles de procesar (Figura 2), no permitiendo el trasiego de la pasta obtenida en el molino hacia la siguiente etapa del proceso (el batido) debido a su baja fluidez. Ante estas circunstancias, los operarios de las almazaras, optan por añadir agua directamente al molino durante la molturación de las aceitunas (Figura 3), con el objetivo de fluidificar la masa y poder ser procesada. Sin embargo, por lo general, aunque esta práctica se está llevando a cabo en las almazaras, la cantidad de agua que se añade al molino se hace sin ningún tipo de criterio o de control.

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Figura 2. Aspecto pasta poco fluida obtenida en sistemas ABENCOR procedentes de frutos con baja humedad.

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Figura 3. Detalle adición agua molino.

Como es conocido, el agua es usada habitualmente en otros puntos del proceso de elaboración de los aceites de oliva vírgenes, tales como: el lavado del fruto en patio, la inyección de masa al decánter o la clarificación en la centrífuga vertical (Jiménez et al., 1995; Hermoso et al., 1998; Gila et al., 2017; Gila et al., 2018). Sin embargo, sin dejar de lado las consecuencias sobre el medio ambiente, también se sabe que es necesario la racionalización el uso y adición de agua en las diferentes etapas del proceso, ya que afecta directamente a su optimización y también a las características de los aceites obtenidos. En este sentido, a día de hoy, no existen datos referentes de la influencia de la adición de agua en la molienda sobre el rendimiento del proceso o el efecto que pueda tener sobre las características de los aceites de oliva vírgenes obtenidos en estas condiciones.

Por lo que, en este trabajo, se analiza la influencia de la adición directa de diferentes dosis de agua al molino durante la molturación del fruto sobre el rendimiento industrial del proceso, las características físico-químicas y de composición de los aceites obtenidos.

Material y métodos

Material vegetal

Se utilizaron en torno a 5.000 kg de fruto de la variedad ‘Picual’, procedentes de la finca experimental del Centro IFAPA ‘Venta del Llano’ de Mengíbar (Jaén) en la campaña 2021-2022.

Extracción del aceite

La extracción del aceite se realizó a escala industrial en la almazara experimental del mismo Centro IFAPA, empleando una línea continua Pieralisi (España) equipada con: molino metálico de martillos (Pieralisi) con una velocidad de giro de 2200 rpm y criba rotante de 6 mm, termobatidora con 3 cuerpos en línea MOLINOVA (Pieralisi) de una capacidad de 600 kg cada uno y decánter centrífugo horizontal de 2 salidas mod. SPI111 (Pieralisi) con un régimen de giro de 3500 rpm. Las condiciones de elaboración fueron: 45 min de tiempo de batido a una temperatura de 20±1°C y un ritmo de inyección de masa al decánter 1100 kg/h sin adición de agua.

Diseño experimental y toma de muestras

Se ensayaron tres dosis de agua (caudales) diferentes adicionadas al molino durante la molienda del fruto (D1=1,2 L/min, D2=2,4 L/min y D3=3,6 L/min), además del testigo sin adición de agua (S/A). Las muestras de aceite y orujos fueron tomadas por triplicado en los últimos 15 min de cada tratamiento directamente a la salida del decánter.

Métodos de análisis

Muestras de fruto y orujo: Se determinó peso medio y el índice de madurez de los frutos (Beltrán et al., 2008). También se analizó tanto para el fruto como para los orujos el contenido en humedad (UNE:55020), contenido graso tanto en base húmeda y contenido graso tanto en base seca con un equipo RMN (Minispec mq10, Bruker Analytik) previamente calibrado con extractor Soxhlet (UNE:55030).

Muestras de aceite. Sin filtrar: Se determinó el contenido en humedad y materias volátiles (UNE:55020) y el contenido en impurezas insolubles (UNE:55002). Filtrado: Se determinó los parámetros de calidad (acidez, índice de peróxidos, K232 y K270) de acuerdo al Reglamento UE (EUC, 2019), los parámetros de color CIELAB (L*, a* y b*) con un colorímetro (CR-410 Chroma Meter; Konika Minolta), contenido en pigmentos clorofílicos y carotenoides (Mínguez-Mosquera et al., 1991), índice K225 de amargor (Gutiérrez et al., 1992), contenido en fenoles totales (Vázquez-Roncero, 1973) y tocoferoles (IUPAC, 1992).

Análisis estadístico

Análisis ANOVA se ha utilizado para establecer diferencias entre tratamientos estudiados (test de Tukey) con el programa Statistix 9.0, para un nivel de significancia inferior o igual a 0,05.

Resultados y discusión

La composición de la aceituna va a depender principalmente de la variedad, estado de madurez y las condiciones climáticas. Por ejemplo, se ha descrito que para la variedad ‘Picual’ el contenido en humedad puede ir desde un 35% (frutos recolectados del suelo con síntomas de deshidratación) a más de un 55% (aceitunas de árbol de principio de campaña recolectada del árbol). Mientras que el contenido graso para esta variedad en frutos ya maduros y normalmente desarrollados, puede oscilar entre 20 a 30% en base humedad y de 43 a 45% en base seca (Frías et al., 1998). En este trabajo, las características de los frutos de la variedad ‘Picual’ empleados fueron un peso medio de 2,1 g, índice de madurez de 4,0, contenido medio en humedad de 48,5%, contenido graso sobre materia húmeda de 20,8% y sobre base seca de 39,8%, valores que son acordes al estado de madurez en la que se recolectó el fruto para dicha variedad (Beltrán et al., 2008). En este sentido, aunque los resultados preliminares que se muestran a continuación en este trabajo son relevantes, nuevas pruebas deberían hacerse con frutos con un menor contenido en agua (o una relación pulpa-hueso baja), como es el caso de los frutos mostrados en la Figura 1, aceitunas con evidentes síntomas de estrés hídrico debido a la sequía, como puede ser los frutos (sobre todo en olivar de secano) de gran parte de la cosecha de esta Campaña 2022-2023.

En el proceso de extracción, la adición de las diferentes dosis de agua durante la molienda del fruto tuvo influencia en la composición de los orujos obtenidos. Como se puede observar en la Figura 4, un aumento de dosis de agua al molino, incrementa el contenido en humedad en los orujos. Estas diferencias de agua, influyen en el contenido graso en húmedo de los orujos de los diferentes tratamientos estudiados, por lo que estos valores no pueden considerarse representativos al rendimiento industrial del proceso. Sin embargo, con respecto al contenido graso sobre seco de los orujos, en general, se observa un mayor contenido graso en los tratamientos de molienda en los que se añadió agua, aunque no se puede establecer una respuesta lineal al aumento de dosis de agua. Este menor rendimiento de extractabilidad de aceite en el proceso, puede deberse a la formación de emulsiones en el molino debido al aporte de agua durante la molienda, lo que dificulta su separación en las posteriores etapas del proceso.

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Figura 4. Influencia de la adición de diferentes dosis de agua al molino sobre el contenido en agua, contenido graso sobre materia húmeda y contenido graso sobre materia seca de los orujos obtenidos a la salida del decánter.

El contenido en humedad e impurezas sólidas de los aceites a la salida del decánter también han sido evaluados en este trabajo (Figura 5). Como se sabe, los aceites extraídos en el decánter suelen estar acompañados en mayor o menor grado por una cantidad de agua de vegetación e impurezas sólidas que no han podido separarse. La composición y las características de estos mostos oleosos, van a variar en función de las características del fruto y de los ajustes realizados en la línea de procesado. En la Figura 5, se puede observar como el aumento de la dosis de agua añadida al molino generó aceites con más humedad e impurezas, sobre todo en las dosis de mayor caudal de agua (D2 y D3). La composición de los aceites a la salida del decánter, va a afectar las condiciones de procesado de las posteriores etapas del proceso, como la etapa de clarificación (frecuencia de descargas de las centrífugas verticales, tiempos y purgas de decantación, etc.) y a las características de los aceites resultantes (Gila et al., 2017; Gila et al., 2018). Por lo que la aplicación de agua al molino podría disminuir la eficiencia de la etapa de clarificación.

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Figura 5. Influencia de la adición de diferentes dosis de agua al molino sobre el contenido en humedad e impurezas de los aceites obtenidos a la salida del decánter.

El contenido en agua del fruto, la presencia de proteínas y pectinas (que pueden actuar como agentes emulsionantes) y la energía mecánica liberada por la elevada velocidad con la que giran los martillos, pueden formar emulsiones o ‘complejos coloidales’ junto al aceite presente en el fruto (Beltrán et al., 2017). Estas emulsiones se pueden ver favorecidas por adición de agua al molino y afectar negativamente al rendimiento de extracción. Como se ha observado, por un lado incrementa el contenido graso en los orujos obtenidos, es decir, disminuye la extractabilidad, y por otro lado, genera aceites más sucios a la salida del decánter, lo que dificulta su posterior clarificación antes de llevar el aceite a bodega. Por lo que desde el punto de vista de rendimiento del proceso, la adición de agua al molino se puede considerar una práctica no recomendable.

La Tabla 1 muestra el efecto de la adición de agua al molino durante la molienda del fruto sobre los parámetros de calidad (acidez, índice de peróxidos, K232 y K270) de los aceites obtenidos. Como se puede observar, en general, la adición de las diferentes dosis de agua no tuvo efecto sobre estos parámetros de calidad, excepto para el caso del parámetro de oxidación primaria K232, que presentó un ligero descenso en las dosis de mayor caudal de agua añadida al molino. En general, independientemente del tratamiento de agua empleado, todos los aceites obtenidos fueron clasificados dentro de la categoría ‘virgen extra’ de acuerdo a estos parámetros de calidad analizados (EUC, 2019).

En este trabajo, también se ha estudiado el efecto de la adición de agua sobre algunos de los principales compuestos minoritarios (tocoferoles, pigmentos y compuestos fenólicos) presentes en los aceites de oliva vírgenes. En el caso de los tocoferoles (Tabla 1), compuestos con un alto poder antioxidante, con actividad vitamina E (α-tocoferol), aunque estadísticamente se observan diferencias significativas, no se puede atribuir un efecto claro de la adición de agua al molino sobre el contenido en estos compuestos.

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Tabla 1. Efecto de la adición de diferentes dosis de agua al molino sobre los parámetros de calidad, colorimetría y composición de los aceites de oliva vírgenes.

Con respecto a los pigmentos, la adición de agua al molino tiene un claro efecto en el contenido de estos compuestos en los aceites (Figura 6). Los principales pigmentos presentes en los aceites de oliva son los carotenos y las clorofilas. Estos pigmentos están relacionados directamente con el color de los aceites, los clorofílicos son responsables de los tonos verdes y los carotenoides del color amarillento. En ambos casos, el aumento de la dosis de agua adicionada al molino originó una disminución de estos compuestos en los aceites obtenidos. Se puede observar, un descenso del 33% del contenido en carotenos y del 39% en clorofilas, en los aceites obtenidos con la mayor de las dosis de agua aplicada (D3) al molino con respecto al aceite obtenido sin aporte agua (Figura 6). La disminución de estos pigmentos debido a la adición de agua al molino, se vio reflejado en el color de los aceites, afectando a los parámetros de colorimetría del espacio CIELAB analizados (Tabla 1). Por un lado, el aumento de la dosis de agua, generó aceites con mayor luminosidad (L*), debido a que la menor presencia de pigmentos permite un mayor paso de luz a través del aceite, es decir, una mayor transparencia. Por otro lado, disminuyó los valores de la coordenada de color a* (relacionado con los tonos de color verde), a consecuencia del descenso de las clorofilas. Por último, la adición de agua aumento los valores de la coordenada de color b*, que representa las tonalidades amarillas en el espacio CIELAB. Aunque existe un descenso de los carotenos (responsables del color amarillo), este incremento de b* se puede deber a que la disminución de clorofilas (de color verde) permite tener una mayor apreciación de las tonalidades amarillas en los aceites. Por lo tanto, el aumento de dosis de agua disminuye el contenido en pigmentos, que genera aceites menos verdes y tonalidades más amarillas.

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Figura 6. Efecto de la adición de diferentes dosis de agua al molino sobre el contenido en pigmentos (carotenoides y clorofílicos) de los aceites de oliva vírgenes.

Por último, hay que hacer mención especial a los compuestos fenólicos en este trabajo. Por un lado, por las propiedades nutricionales, saludables y organolépticas que aporta a los aceites de oliva vírgenes, y por otro, por su especial carácter hidrófilo, es decir, preferencia por el agua. Como se puede observar en la Figura 7, la adición de agua en la molienda también disminuye el contenido de compuestos fenólicos de los aceites obtenidos. En las condiciones estudiadas, se puede llegar a disminuir hasta un 26% el contenido de estos compuestos (con la mayor de las dosis de agua adicionadas, D3) por llevar a cabo esta práctica durante la molienda. Esto coincide con los resultados mostrados en la Tabla 1, donde se observa una disminución de los valores del parámetro amargor (K225) con el aumento de la dosis de agua al molino. Como se sabe, los compuestos fenólicos son los responsables del amargor y picor de los aceites, por lo que la adición de agua al molino también afecta al perfil sensorial de los aceites obtenidos.

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Figura 7. Efecto de la adición de diferentes dosis de agua al molino sobre el contenido en fenoles totales de los aceites de oliva vírgenes.

Conclusiones

En definitiva, de acuerdo con los resultados mostrados en este trabajo, la adición de agua al molino se puede considerar una práctica no recomendable, tanto desde el punto de vista de rendimiento del proceso, como desde el punto de vista composicional y nutricional. Por un lado disminuye la extractabilidad del proceso, y por otro, genera aceites con un menor contenido en pigmentos y compuestos fenólicos, que van a repercutir en el color y en las características nutricionales y sensoriales finales de los aceites de oliva vírgenes obtenidos.

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