Mejora de la extracción del aceite de oliva mediante la aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje

La tecnología de pulsos eléctricos de alto voltaje consiste en la aplicación de campos eléctricos de alta intensidad (0,5- 30 kV/cm) de forma intermitente durante un breve periodo de tiempo (microsegundos) a un material colocado entre dos electrodos. Este tratamiento provoca un fenómeno llamado electroporación que consiste en el incremento de la permeabilidad de las membranas celulares debido a la formación de poros. Este fenómeno se produce tanto en las membranas de los microorganismos como en las de las células de tejidos vegetales o animales. La electroporación de las membranas de los microorganismos los inactiva a temperaturas inferiores a las utilizadas en el procesado térmico, lo que permite pasteurizar alimentos líquidos sensibles al calor como los zumos de frutas sin afectar a sus propiedades sensoriales y nutritivas.

Por otro lado, la formación de poros en las membranas celulares facilita diferentes operaciones de la industria alimentaria cuyo objetivo es la extracción de componentes localizados en el interior de las células. Se han demostrado beneficios de estos tratamientos en la extracción de compuestos fenólicos en el proceso de elaboración del vino tinto, en la extracción de azúcar de la remolacha azucarera o en la extracción de pigmentos como betaninas y antocianos de la remolacha roja y patata morada respectivamente (Martínez-Rodríguez et al., 2018). Todo ello sin incrementar la temperatura del producto tratado.

Finalmente, la electroporación provoca un ablandamiento de los tejidos vegetales favoreciendo su corte, aplicación que se utiliza en la actualidad en las empresas fabricantes de patatas fritas congeladas, y facilita el pelado de frutas y hortalizas como el tomate.

Una instalación de pulsos eléctricos de alto voltaje consta básicamente de un generador y una cámara de tratamiento. El generador convierte la energía alterna de la red eléctrica en corriente continua con la que carga unos condensadores donde se almacena la energía eléctrica. La descarga de la energía eléctrica en la cámara de tratamiento se hace de manera intermitente mediante pulsos de una duración de la milésima parte de un segundo mediante un interruptor. La cámara de tratamiento consta de dos electrodos. Uno de los electrodos está conectado al generador de alto voltaje y el otro a tierra. Los dos electrodos delimitan la zona donde el producto recibe el tratamiento. Estas cámaras de tratamiento se pueden colocar en las conducciones de las industrias alimentarias por donde se transportan los productos por lo que la instalación del equipo resulta muy sencilla (Figura 1), siendo el tiempo de tratamiento aplicado al producto menor a 1 segundo.

Para evaluar la viabilidad de la aplicación de los pulsos eléctricos de alto voltaje en la extracción del aceite de oliva, se realizaron inicialmente estudios a escala de laboratorio. Se comprobó que la aplicación de esta tecnología a la pasta de aceituna tras la molienda podría reducir la temperatura de batido de 26 a 15°C sin afectar al rendimiento de la extracción.

A la vista de los prometedores resultados obtenidos, se llevaron a cabo estudios en una almazara industrial. La figura 1 muestra un esquema de la instalación. Las aceitunas se molieron y la pasta fue tratada por pulsos eléctricos de alto voltaje (2,5 kV/cm) a un caudal de 4 tn/h previamente al batido y, posteriormente, la pasta se centrifugó en el decánter.

Considerando que tanto el rendimiento de la extracción como la calidad del aceite de oliva dependen del grado de maduración de la aceituna, se realizaron pruebas con aceitunas recolectadas en distintas fechas durante la campaña 2017. La Figura 2 muestra los rendimientos de la extracción de aceite tanto para el proceso control como para el proceso en el que la pasta de aceituna se trató con pulsos eléctricos de alto voltaje tras batidos de 1 y 2 horas. Con tiempos de batido más cortos, se observó que el rendimiento de la extracción aumentó (a excepción del test realizado el 30 de noviembre) cuando la pasta de aceituna fue sometida al tratamiento de pulsos eléctricos de alto voltaje antes del batido. El aumento del rendimiento fue en el rango de 0,5-1,7 kg de aceite/100 kg de aceitunas. Cuando el batido se realizó durante dos horas, el tratamiento de pulsos eléctricos aumentó ligeramente el rendimiento de la extracción en 0,46, 0,64 y 0,56 en los tests realizados el 2 y 30 de noviembre y el 12 de diciembre respectivamente. En ambos casos, el rendimiento de la extracción aumentó al avanzar la maduración de las aceitunas.

Como era esperable, la reducción del tiempo de batido de 2 horas a 1 hora causó una reducción del rendimiento de la extracción. Sin embargo, esta reducción fue menor cuando el aceite se obtuvo mediante el tratamiento de pulsos eléctricos de alto voltaje. El rendimiento medio de extracción de todos los experimentos realizados con un batido de dos horas fue de 22,9 kg de aceite/100 kg de aceitunas y con el de 1 hora de 20,7 y 21,8 kg de aceite/100 kg de aceitunas para la pasta control y tratada respectivamente. Estos resultados demuestran que la aplicación de esta tecnología es más beneficiosa en aumentar el rendimiento de la extracción a tiempos de batido más cortos.

Si bien el aumento del rendimiento de la extracción es clave en las almazaras para mejorar su rentabilidad, no lo es menos la obtención de aceites de oliva con parámetros adecuados de calidad.

Una vez demostrado el efecto de los tratamientos de pulsos eléctricos de alto voltaje sobre la extracción de aceite de oliva, resultaba necesario evaluar si la aplicación de esta tecnología afectaba a los parámetros de calidad físico-químicos, nutricionales y sensoriales de los aceites. En este sentido, de forma prioritaria, era preciso saber si como consecuencia de la aplicación de la tecnología no se superaban los límites máximos establecidos por la legislación para la categoría de aceite de oliva virgen extra.

Los valores de los parámetros físico-químicos (acidez, índice de peróxidos y coeficientes de extinción en el ultravioleta- K232 y K270) establecidos por la legislación (Reglamento 2568/1991- y sus modificaciones- relativo a las características de los aceites de oliva y de los aceites de orujo de oliva y sobre sus métodos de análisis) fueron similares para los aceites control y los obtenidos mediante el tratamiento de pulsos eléctricos de alto voltaje. Dichos parámetros fueron inferiores a los parámetros máximos establecidos por la legislación para la categoría comercial de aceite de oliva virgen extra (0.8% acidez, 20 meqv O2/ Kg índice de peróxidos, 2,5 y 0,2 para K232 y K270) (Tabla 1).

En lo que respecta al contenido de fenoles totales, fue superior en los aceites obtenidos sin tratamiento de pulsos eléctricos de alto voltaje y en general disminuyó con la maduración. Esta diferencia entre los aceites tratados y control podría ser debida a que la electroporación que producen los pulsos eléctricos de alto voltaje favorece la descompartimentalización de los enzimas polifenoloxidasa y peroxidasa que catalizan las reacciones de oxidación de los fenoles. En cualquier caso, los aceites obtenidos en las condiciones donde la aplicación de la tecnología resultó más beneficiosa (1 hora de batido) presentaban siempre un contenido elevado de fenoles e incluso superior al del aceite obtenido tras 2 horas de batido sin tratamiento de pulsos eléctricos de alto voltaje. Considerando que tanto los fenoles como el contenido en α-tocoferol contribuyen a la estabilidad oxidativa del aceite, no se observaron diferencias significativas en este parámetro entre los aceites control y los obtenidos con el tratamiento de pulsos eléctricos de alto voltaje independientemente del tiempo de batido..

El análisis sensorial de los aceites obtenidos mostró que la aplicación de PEAV en la pasta de aceituna no generó sabores o aromas extraños en los aceites de oliva. Así, el panel de catadores no detectó ningún defecto sensorial en los aceites, lo que confirmaría que los aceites obtenidos utilizando esta tecnología conservarían la categoría comercial de aceite de oliva virgen extra. No se observaron diferencias significativas en los atributos frutado, amargo y picante entre los aceites de oliva control y los obtenidos tras la aplicación de la tecnología.

Los resultados obtenidos muestran que, si bien la reducción del tiempo de batido tiene como consecuencia una disminución en el rendimiento de extracción, ésta es menor cuando los aceites se han obtenido mediante la aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje. Por otra parte, tiempos de batido más cortos, además de un menor consumo energético, permiten obtener aceites de oliva con un contenido más elevado en fenoles, compuestos antioxidantes y, por tanto, de mayor calidad nutricional y sensorial.

Una limitación para la implantación de la tecnología de PEAV en la industria alimentaria, especialmente en aquellos sectores donde la disponibilidad de la materia prima es estacional como el de la obtención del aceite de oliva, ha sido el coste de los equipos. Durante el desarrollo del proyecto europeo FieldFOOD (635632-FieldFOOD-H2020-https://www.fieldfood.eu) se desarrollaron equipos de pulsos eléctricos de alto voltaje de potencia suficiente para ser utilizados en almazaras con una línea de procesado de entre 1500 a 3000 toneladas/año con precios más reducidos. La tabla 2 muestra los costes de instalación del equipo en una almazara por tonelada de aceituna procesada. Para el cálculo de la amortización se ha considerado la reposición del equipo tras 10 años de funcionamiento aunque probablemente, al utilizarse solamente unos meses al año, este periodo de tiempo podría ser mucho mayor.

Los pulsos eléctricos de alto voltaje son una tecnología de procesado de alimentos con muchas aplicaciones industriales. En la industria oleícola podría utilizarse con objeto de aumentar el rendimiento de la extracción y/ o permitir una etapa de batido a tiempo/ temperatura inferior a las normalmente utilizadas en las almazaras.

Habitualmente las estrategias de las almazaras se centran en obtener elevados rendimientos y/o obtener aceites de calidad ‘Premium’, tanto desde el punto de vista organoléptico como nutricional. Esta tecnología sería especialmente interesante para conseguir mayores rendimientos de extracción en aquellas almazaras cuyo objetivo es mejorar la calidad del aceite mediante la reducción del tiempo y/o temperatura de batido.

Al poderse utilizar la tecnología en otros sectores como en las bodegas, la facilidad de instalación del equipo en las líneas de procesado podría permitir a las empresas alquilar el generador de pulsos eléctricos de alto voltaje durante los meses de producción en lugar de su adquisición.

Referencias bibliográficas

• Abenoza, M.; Benito, M.; Saldaña, G.; Alvarez, I.; Raso, J. y Sánchez- Gimeno, A.C. (2013) Effects of pulsed electric field on yield extraction and quality of olive oil. Food Bioprocess Technol 6, 1367- 1373.
• Clodoveo, M.L.; Dipalmo, T.; Schiano, C.; La Notte, D.; Pati, S. (2014) What’s now, What’s new and what’s next in virgin olive oil elaboration systems? A perspective on current knowledge and future trends. J. Agric. Engin. Vol 45(No 2): 49-59.
• Martínez-Rodríguez, J.M., Delso, C., Maza, M., Raso, J. (2018). Utilising Pulsed Electric Field Processing to Enhance Extraction Processes. In: Reference Module in Food Science. DOI: 10.1016/B978-0-08-100596-5.22435-9
• Reglamento 2568/1991 relativo a las características de los aceites de oliva y de los aceites de orujo de oliva y sobre sus métodos de análisis (DOCE L 248, de 05.09.1991).