RESUMEN

Empleo de ultrasonidos de potencia en el proceso deelaboracin del aceite de oliva virgen. Resultados a ni-vel de planta de laboratorio

Mediante aplicacin indirecta con bao ultrasnico de 25kHz, han sido analizados los efectos de la aplicacin de ul-trasonidos de potencia sobre la etapa de termobatido delproceso de elaboracin del aceite de oliva virgen a nivel deplanta de laboratorio.

Un rpido calentamiento de la pasta de aceituna molidadesde la temperatura ambiente a la temperatura ptima detrabajo (30C) y una mejora en la extractabilidad del proce-so han sido los dos hechos observados ms importantes ba-jo el punto de vista del rendimiento industrial.

Las caractersticas de los aceites, en cuanto a parme-tros de: ndice de acidez, ndice de perxidos, K270, K232 yamargor (K225), no se han visto afectadas, en las condicio-nes en que se han llevado a cabo los ensayos, por el trata-miento de la masa con ultrasonidos de potencia.

PALABRAS-CLAVE: Batido - Elaboracin de aceite deoliva virgen - Extractabilidad - Ultrasonidos de potencia.

SUMMARY

Use of high power ultrasounds in virgin olive oil ex-traction process. Results at laboratory scale

The effects of high-power ultrasound on olive paste, in alaboratory thermomixing operation for virgin olive oilextraction, have been studied. Indirect sonication in athermomixer with an ultrasound cleaning bath, at 25 kHz,has been applied.

A quick heating of olive paste, to optimal temperatureconditions and an extractability improvement of the extractionprocess were found with the sonication of olive paste.

The effects of high-power ultrasound on somecomponents of the oil obtained were studied. Free acidity,peroxide value, K270, K232, and bitterness (K225) weredetermined immediately and 4 months later.

KEY-WORDS: Extractability - High-power ultrasound -Mixing - Virgin olive oil elaboration.

Empleo de ultrasonidos de potencia en el proceso de elaboracin del aceite de oliva virgen. Resultados a nivel de planta de laboratorio

Por Antonio Jimnez Mrquez, Gabriel Beltrn Maza, Marino Uceda Ojeda y Mara Paz Aguilera Herrera

Estacin de Olivicultura y Elaiotecnia. CIFA Venta del Llano.Instituto Andaluz de Investigacin y Formacin Agraria, Pesquera, Alimentaria y de Produccin

Ecolgica. Junta de Andaluca.Ctra. Bailen-Motril Km. 18.5 - 23620 Mengbar, Jan.

Telefono:+34- 953370150. Email: antonio.jimenez.ext@juntadeandalucia.es

1. INTRODUCCIN

En los ltimos aos, el aceite de oliva virgen havisto incrementado su produccin y consumo aconsecuencia de su demanda como producto natu-ral, sano y nutritivo, siendo ste, prcticamente, elnico aceite de gran produccin que por su parti-cular forma de obtencin, puede ser consumido di-rectamente sin necesidad obligada de pasar por re-finacin.

El aceite de oliva virgen es obtenido empleandoexclusivamente procedimientos fsicos, en una se-rie de procesos concatenados empezando por lamolienda del fruto, para romper la estructura de lasclulas donde se aloja el aceite; seguido de un ter-mobatido a un tiempo y temperatura controlada, afin de obtener una fase oleosa continua y diferen-ciada lo mas posible del resto de los componentesde la masa; una separacin de fases mediante apli-cacin de presin o fuerza centrfuga, en la que seconsigue separar el aceite del agua de vegetaciny de los slidos; y una decantacin final, con o sincentrifugacin previa, para separar el resto de par-tculas en suspensin en el aceite. En definitiva, elproceso de obtencin del aceite de oliva virgen estodo un conjunto de operaciones bsicas de trans-ferencia de calor, transporte de masas, filtracionesy sedimentaciones que tiene como objetivo la ex-traccin de un fluido, el aceite, del interior de un en-tramado semislido formado por los restos de piel,pulpa y huesos (Martnez Moreno, 1972).

Recientemente, tcnicas emergentes como sonlos ultrasonidos de potencia, vienen siendo investi-gadas y aplicadas a estos tipos de operaciones,particularmente a la industria alimentaria.

Por ultrasonidos de potencia, se entienden aaquellas radiaciones acsticas con una frecuenciacomprendida entre 20 100 kHz y con intensidadesacsticas que varan entre 0.1 W cm-2 hasta varioskW cm-2, capaces de producir efectos permanentesen el medio utilizado (Povey and Mason, 1998).

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ISSN: 0017-3495

INVESTIGACININVESTIGACIN

Entre sus aplicaciones actuales cabe destacarlos estudios para su empleo en operaciones detransferencia trmica (Lima and Sastry, 1990;Sastry, Shen and Baisdell, 1989); en operacionesde transferencia de masa como salado de quesos(Sanchez et al., 1999) o deshidratacin de produc-tos alimenticios (Gallego, Rodrguez, Glvez andYang, 1999; Mulet, Crcel, Sanjuan and Bon,2003); en operaciones de filtracin (Lenart andAuslnder, 1980; Smythe and Wakeman, 2000),sedimentacin (Riera et al. 2000) o eliminacin deespumas (Gallego et al. 2000); as como en proce-sos de extraccin de aceites y principios activoscon disolventes (Li, Pordesimo and Weis, 2002;Romdhane and Gourdon, 2002; Vinatoru et al.,1997).

Teniendo en cuenta la naturaleza de las opera-ciones que se llevan a cabo durante el proceso deextraccin del aceite de oliva virgen, cabe pensaren la posibilidad de uso de los ultrasonidos de po-tencia como ayuda en determinadas etapas delproceso.

El objetivo de este trabajo es efectuar una seriede ensayos, a nivel de planta de laboratorio, paraanalizar la potencialidad de uso de esta tcnica enel proceso de elaboracin del aceite de oliva virgen,estudiando, inicialmente, una de las etapas clavesdel proceso, como es el batido, bajo criterios de ca-ractersticas del aceite obtenido y rendimiento in-dustrial.

2. MATERIAL Y MTODOS

2.1. Sistema de extraccin de aceite de oliva

Para simular en laboratorio el proceso de extrac-cin del aceite de oliva de la almazara, se utiliza elsistema ABENCOR (Martnez-Suarez, Muoz, Albaand Lanzn, 1975) mediante el cual, la aceituna esmolida con un molino de martillos y una cantidadpesada, de la pasta de aceituna originada, es bati-da en una termobatidora de temperatura regulable a30 C durante 30 minutos, con o sin adicin de co-adyuvante de extraccin (micro talco natural). Inme-diatamente, la masa batida es centrifugada en unbol vertical, durante 2 minutos, a la misma tempera-tura de batido, producindose la separacin de lasfases lquidas (agua de vegetacin y aceite) que sonrecogidas en una probeta, dejando reposar los l-quidos hasta la separacin del aceite sobre la faseacuosa y anotndose el volumen de aceite obteni-do. Finalmente, el aceite decantado es filtrado parala realizacin de los anlisis qumicos.

Se define el rendimiento industrial del procesocomo el porcentaje de masa de aceite obtenido, mul-tiplicando el volumen ledo en la probeta por la den-sidad (0.915 gr ml-1) respecto del peso de masa deaceituna tomada para la extraccin, expresada en gr.

Conociendo, mediante el anlisis de la aceituna, elcontenido graso total de sta, se define la extractabili-dad del proceso como el porcentaje de aceite extra-do respecto del total contenido (Beltrn et al., 2003).

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Figura 1Esquema del montaje para el batido y sonicacin indirecta de la pasta de aceituna molida.

2.2. Sistema de ultrasonidos

Para la sonicacin indirecta de la pasta de acei-tuna se utiliza un bao de ultrasonidos comerciali-zado por la casa Pacisa (Pacisa S.A. Espaa) de 5L.de capacidad y que trabaja a una frecuencia de 25kHz. Un agitador Eurostar Power Control-Visc (IKA-Werke, Alemania), proporciona el par a una varillaagitadora que trabaja a un rgimen similar al em-pleado en las varillas del Abencor, en torno a 60r.p.m.. En la Figura 1, se detalla como se ha dis-puesto este bao para su trabajo como termobati-dora. El cazo donde se realiza el batido es puestoen contacto directo con la carcasa del bao ultra-snico, de forma que las vibraciones acsticas deltrasducer sean transmitidas tanto a la carcasa delbao como al cazo que contiene la muestra.

2.3. Muestras de aceituna

Se han utilizado muestras de aceituna (Olea eu-ropaea L.) pertenecientes a la variedad Picual yprocedentes de los campos de experimentacin delInstituto, tomadas en varias pocas. Se han utiliza-do muestras tomadas directamente del rbol ymuestras recogidas del suelo. Se ha determinado lahumedad y contenido total en grasa para la carac-terizacin de la aceituna empleada.

La determinacin del contenido en humedad se ha efectuado mediante desecacin en estufa a105 C. Resultados expresados en % en peso.

El contenido total de aceite (RGT) se ha efec-tuado mediante equipo de resonancia magnticanuclear Minispec mq10 RMN (Bruker AnalytikGmbH, Alemania), calibrado y validado previamen-te con sistema de extraccin por Soxhlet. Resulta-dos en % en peso.

2.4. Coadyuvantes

Como coadyuvante de la extraccin se empleamicrotalco natural (MTN), con certificado de uso ali-mentario.

2.5. Caracterizacin de los aceites

La determinacin de los parmetros de calidaddel aceite: acidez, ndice de perxidos, K270 yK232, se han efectuado conforme al reglamentoUE 2568/91 (European Union Commission, 1991).

El amargor o K225 se ha efectuado mediantemedida de la absorbancia que presentan en la zo-na del ultravioleta, a 225 nm, los extractos hidroal-coholicos obtenidos del aceite de oliva medianteextraccin en fase slida con cartuchos de octa-decyl (C18). El aceite es disuelto en hexano y pa-sado por la columna, recuperando la fraccin depolifenoles mediante paso de metanol:agua (7:3) ymidiendo sta solucin en espectrmetro a 225 nm(Gutierrez Rosales, Perdiguero, Gutierrez and Olas, 1992).

2.6. Anlisis estadstico

Para analizar los efectos del sistema estudiado,los datos de extractabilidad y caractersticas delaceite son analizados aplicando el anlisis de la va-rianza de una va mediante el software Statistix 7.0(Analytical Software). Para determinar la significan-cia entre valores medios, a nivel de p

que se produce un efecto de transmisin de calor alresto de la masa.

Como se observa en dicha figura, la masa trata-da con USO alcanza la temperatura ptima de tra-bajo, de 301 C, en poco menos de 8 min, mien-tras que la termobatidora del Abencor necesita algoms de 20 min para alcanzar la misma temperatu-ra de masa. Para mantener esta temperatura en lamasa, la termobatidora necesita el agua del bao a31 C; en cambio, para el agua del bao del USO,tras su calentamiento inicial, ha sido necesarioefectuar un enfriamiento y mantenimiento posteriora 25 C.

Como consecuencia de este comportamiento, lamasa tratada con USO est ms tiempo batindo-se (35 min) a la temperatura ptima de trabajo quela masa tratada con la termobatidora (21 min) loque se ha contribuido a una ligera mejora en la ex-traccin del aceite obtenindose, en las condicio-nes de este ensayo, un rendimiento industrial del20.58%, para el tratamiento USO, frente al 19.93%del tratamiento con termobatidora ABENCOR.

El efecto de la extractabilidad puede ser diferen-te dependiendo de las caractersticas de la pastade aceituna. Para verificar esto, se llevan a cabouna serie de ensayos con distintos tipos de aceitu-nas de la variedad Picual.

En un primer ensayo, se realiza un estudio com-parativo de ambos sistema sobre aceitunas toma-

das directamente del rbol, con 52.98% de hume-dad y 23.32% de grasa y con aceitunas proceden-tes del suelo, con 46.80% de humedad y 24.93% degrasa, analizando la evolucin de la extractabilidada diferentes tiempos de batido. En el ensayo se in-cluye un tratamiento en termobatidora con coadyu-vante MTN al 1%, la utilizacin de MNT es habitualen este tipo de industria siendo utilizado para mejo-rar la capacidad extractiva del proceso, especial-mente con aquellas masas de aceituna con estruc-turas poco filtrantes debido a la formacin depapillas o estructuras poco consistentes (Alba, Mu-oz and Martnez, 1983). En la Figura 3, se exponenlos resultados de este ensayo.

Con aceituna fresca, del rbol, la extractabilidadfinal aplicando USO es ligeramente superior al tra-tamiento con termobatidora. Para tiempos de bati-do inferiores a 30 minutos el tratamiento con 1% deMTN en ABENCOR produce mejor extractabilidad.A 30 minutos de batido el tratamiento con ultraso-nidos y MNT presentan extractabilidad similar. A 40minutos de batido aparecen diferencias significati-vas entre el tratamiento con ultrasonidos y el resto.A medida que aumenta el tiempo de batido, el tra-tamiento con USO aumenta ms rpidamente laextractabilidad hasta superar ligeramente a losotros dos tratamientos.

Con aceituna del suelo, el tratamiento con ultra-sonidos proporciona una extractabilidad significati-

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Figura 2Evolucin de las temperaturas de la masa de aceituna y del agua del bao a diferentes tiempos de batido.

vamente mayor que el resto de los tratamientos. Elcomportamiento es ligeramente diferente al casoanterior. El tratamiento con ultrasonidos y con MNTpresentan la misma extractabilidad inicial. A medi-da que aumenta el tiempo de batido el tratamientocon USO sigue mejorando su extractibilidad. El tra-tamiento con MNT indica que no es adecuado paraeste tipo de pasta y a los 30 minutos de batido pre-senta la extractabilidad ms baja; no obstante hayuna ligera mejora si bien a los 40 minutos no pre-senta diferencias significativas con el tratamientoABENCOR.

En general se observa, pues, que el tratamientocon USO mejora la extractabilidad de la masa y quedependiendo de las caractersticas de sta puedeser ms o menos significativa. Mulet et al. (2003) in-dican efectos diferentes en la transferencia de ma-sa dependiendo de las caractersticas del producto.En aceitunas fresca, procedentes del rbol, la es-tructura de la pasta de aceituna es menos rgidaque la masa procedente de la aceituna del suelo. Elalto contenido en agua (> 50 %) proporciona unaestructura elstica que origina la absorcin de lasondas ultrasnicas, por lo que la influencia de losultrasonidos en este tipo de pasta es menor que enla pasta procedente de la aceituna del suelo la cual,con menor contenido en agua (46.80 %), presentaun mayor contenido en materia slida seca (23.7%y 28.27 % para rbol y suelo respectivamente) ypor tanto una mejor transmisin de las ondas acs-ticas.

Para verificar que estas diferencias son debidasal tratamiento y no a las diferencias mecnicas en-tre los sistemas de batido, un segundo ensayo,efectuado a un tiempo de batido de 30 min y 30 Cde la masa, compara la extractabilidad entre la ter-mobatidora del sistema Abencor, con 1% de MTN ysin MTN, frente a la extractabilidad de la termobati-dora del sistema USO, con empleo y sin empleo deultrasonidos. El ensayo se realiza por triplicado ylos resultados son los que se reflejan en la Figura4, donde se observa que no existen diferencias sig-nificativas, p

4. CONCLUSIONES

A la vista de estos resultados y en las condicio-nes de laboratorio ensayadas, se puede concluir di-ciendo que el empleo de ultrasonidos de potenciaha sido efectivo en dos cuestiones importante: elcalentamiento rpido de la masa de aceituna, loque ha permitido batir la masa durante ms tiempoa la temperatura ptima de trabajo y en la mejorade la extractabilidad del proceso, siendo, incluso, li-geramente superior al empleo de MTN. Esto hacepensar en la viabilidad de la aplicacin de esta tc-

nica dentro del proceso de elaboracin del aceitede oliva, si bien estos hechos han de ser estudia-dos con ms profundidad analizando otros siste-mas y formas de aplicacin de los ultrasonidos depotencia, as como su aplicabilidad a otras fasesdel proceso de elaboracin, tanto a nivel de labora-torio como a nivel industrial.

Estos resultados abren, pues, una lnea de in-vestigacin sobre aplicacin de tecnologa emer-gentes en el proceso de elaboracin del aceite deoliva, como es el caso de los ultrasonidos de po-tencia aqu ensayados.

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Figura 4Comparacin entre equipos Abencor vs Ultrasonidos en la extractabilidad de pasta de aceituna molida para 30 minutos y 30 C detemperatura de la masa. Aceituna original con un 47.5% de humedad y 22.3 % de grasa en hmedo. Media de tres repeticiones.

Letras diferentes indican diferencias significativas a p=0.05

Tabla 1Parmetros de calidad del aceite de oliva virgen obtenido con los diferentes tratamientos y analizados endos momentos diferentes. 1: inmediatamente al ensayo; 2: despus de tres meses a 25 C, en oscuridad.

MediaSTD, para dos repeticiones.

Aceite procedente Aceite ABENCOR + Aceite de tratamiento de ABENCOR 1% MTN con Ultrasonidos

1 2 1 2 1 2

Indice de acidez (% a. Oleico) 2.930.08 3.140.05 2.830.04 2.980.06 2.850.08 3.080.03Indice de perxidos (meqO/kg) 9.960.41 18.540.23 8.010.50 19.340.32 8.110.45 19.050.48K270 0.130.05 0.140.02 0.130.02 0.140.02 0.150.03 0.150.02K232 1.490.15 1.650.10 1.480.12 1.770.21 1.490.15 1.720.16Amargor (K225) 0.190.05 0 0.190.05 0 0.170.02 0

AGRADECIMIENTOS

A Pedro Quesada por su ayuda en el laborato-rio. Trabajo financiado por FAGA-FEOGA: Progra-ma para la mejora de la calidad del aceite de oliva.Proyecto CAO01- 019.

BIBLIOGRAFA

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Recibido: Julio 2005Aceptado: Enero 2006

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EMPLEO DE ULTRASONIDOS DE POTENCIA EN EL PROCESO DE ELABORACIN DEL ACEITE DE OLIVA VIRGEN