TEC-18 APLICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE SUPERFICIE DE RESPUESTA AL BATIDO DE LA PASTA DE ACEITUNA PARA OPTIMIZAR RENDIMIENTOS Y CALIDAD

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1 TEC-18 APLICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE SUPERFICIE DE RESPUESTA AL BATIDO DE LA PASTA DE ACEITUNA PARA OPTIMIZAR RENDIMIENTOS Y CALIDAD Espínola Lozano, F.; Fernández Valdivia, DG.; Moreno Romero, MV.; Moya Vilar, M. Grupo de Investigación: Ingeniería Química y Ambiental (RNM-343). Departamento de Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales. Universidad de Jaén FORO DE LA TECNOLOGÍA OLEÍCOLA Y LA CALIDAD RESUMEN El objetivo del presente trabajo es la optimización del proceso de extracción del aceite de oliva virgen para mejorar los rendimientos y la calidad, para ello se han aplicado las técnicas estadísticas de diseño de experimentos con el objetivo de obtener superficies de respuesta que nos faciliten la interpretación de los resultados. Los resultados de análisis se han transformado para elegir una base de referencia que no se modifique durante el proceso de extracción. Para ello se han determinado los sólidos totales que contienen las aceitunas molturadas y a ellos se han referido los resultados de aceite extraído por centrifugación. Se ha empleado el sistema Abencor de análisis de rendimientos. El estudio se ha centrado en el batido de las pastas de aceituna para optimizar sus variables de operación. La temperatura de batido se ha modificado entre 28 y 42 ºC y se han estudiado tiempos desde 17,5 hasta 102,5 minutos, determinándose el rendimiento de aceite por unidad de masa de sólidos, el grado de acidez, el índice de peróxidos y el parámetro K 2. Se deduce que el mejor índice de calidad del aceite se obtiene a los menores tiempos y temperaturas de batido, en cambio, los mejores rendimientos se alcanzan a los mayores tiempos teniendo menor importancia la temperatura de operación. INTRODUCCIÓN El aceite de oliva virgen es el zumo de la aceituna obtenido única y exclusivamente por métodos físicos y debe cumplir con una serie de condiciones organolépticas y analíticas para ser considerado como tal. Por su composición acídica, en la proporción justa de ácidos grasos saturados, mono y poliinsaturados, el aceite de oliva es la mejor grasa, de consumo continuado, por sus características nutricionales y para la salud. Su contenido de componentes insaponificables es extraordinario como medio de aporte de vitaminas, proteínas, antioxidantes, etc. Es excelente para controlar el colesterol ya que incrementa la lipoproteína de alta densidad (HDL) o colesterol bueno y disminuye la de baja densidad (LDL) o colesterol malo. Desde el punto de vista culinario, el aceite de oliva es un producto característico de la buena mesa, presenta una variada gama de colores que oscila desde el verde intenso, de los aceites de principio de campaña, frutados, amargos y picantes; al amarillo verdoso de final de campaña característico de aceites dulces y suaves. Es muy apreciado por su flavor, ya que presenta una gama muy amplia de aromas y sabores característicos de las variedades de olivo de los que proceden. Por las bondades que presentan los aceites de oliva se explica que nos debamos volcar en su producción como producto de calidad, desde el mimo que debiéramos dar al propio olivo, la recogida, transporte y molturación de la aceituna, la extracción del aceite en las condiciones óptimas y su almacenado, envasado, distribución y consumo por el consumidor final. En todo este proceso, en serie, el aceite puede alterarse y por tanto perder cuantitativamente calidad en función de la degradación sufrida. Por otra parte, España es el primer país productor de aceite del mundo, Andalucía la primera región y Jaén la provincia que encabeza el ranking de zonas productoras con alrededor del 15-20% del aceite mundial. Actualmente, en esta provincia se están realizando proyectos encaminados a valorizar al aceite, a mejorar mercados y sobretodo a darlo a conocer y a 1

2 extender su cultura a otras zonas geográficas mundiales. Simultáneamente, se está investigando para desarrollar tecnologías que mejoren los procesos de obtención con un incremento de la calidad sin detrimento del rendimiento. La calidad de un producto, y en este caso del aceite de oliva, se mide como el grado de satisfacción que experimenta el consumidor final al tomarlo. Por ello, la calidad está más dirigida a la percepción sensorial que a otras cuestiones que, aunque sí influyen en la calidad, no son directamente percibibles. Actualmente, la normativa legal recoge diferentes parámetros para determinar la calidad de los aceites y cada uno de ellos, individualmente, puede modificar la clasificación de un aceite. De todos, se emplean fundamentalmente 4 como los más representativos para establecer los criterios de calidad, estos son: el grado de acidez, el índice de peróxidos, el parámetro K 2 y la valoración organoléptica. La normativa clasifica los aceites en bloques independientes, por calidades similares, pero dentro de ellos no los ordena por mayor o menor calidad. A causa de esta discontinuidad y falta de ordenamiento en la clasificación se ha definido una ecuación con la que se obtiene un índice, denominado de calidad, que permite clasificar los aceites en una escala continua y creciente de calidad. Tomando como base los cuatro parámetros indicados anteriormente y considerando sus valores límite oficialmente establecidos se ha obtenido la expresión que se indica a continuación (Fiorino et al., 1996): IC = 2,55 + 0,91 VO - 0,78 AC - 0,066 PX - 7, K (1) Donde IC es el índice de calidad, VO la valoración organoléptica, AC el grado de acidez, PX el índice de peróxidos y K es el parámetro K 2. La calidad del aceite de oliva virgen depende de muchos factores relacionados con el cultivo del olivo y la recogida, el procesado de las aceitunas y el almacenamiento del aceite. Partiendo de aceitunas en buen estado es importante que la calidad del aceite no se deteriore durante la elaboración, por lo que se hace necesario un conocimiento profundo del proceso (Salvador et al., 2003; Jiménez et al., 1995; Di Giovacchino et al., 2002). En el presente trabajo se estudia el proceso de elaboración del aceite, centrándonos en las condiciones de batido de la pasta de aceituna, para mejorar el rendimiento y la calidad del aceite. Se utilizan técnicas de Superficie de Respuesta basadas en el diseño estadístico de experimentos y un tratamiento de datos diferente a los utilizados tradicionalmente. El batido de la pasta es quizás la operación más estudiada por su importancia en la calidad del aceite obtenido (Angerosa et al., 2001; Ranalli et al., 2003; Morales y Aparicio, 1999). La transmisión de calor en esta operación está muy influida por las características físicas de las pastas (Cantos et al., 1983). Se sabe que un aumento de la temperatura y del tiempo de batido incrementan el rendimiento en aceite, por disminución de la viscosidad de la pasta y su más fácil separación de las diferentes fases por centrifugación. Si solo interesara el rendimiento en aceite, y para nada la calidad de este, no habría que hacer ningún estudio del batido ya que con aumentar la temperatura y el tiempo se solucionaría el problema. En el caso del aceite de oliva, como la calidad es casi más importante que el rendimiento, sí es necesario optimizar la operación de batido ya que se debe mejorar el rendimiento pero no se debe perjudicar a la calidad, o al contrario. PROCEDIMIENTO OPERATORIO Y RESULTADOS La aceituna empleada en el presente trabajo corresponde a la variedad picual y pertenece a una finca de los alrededores de la ciudad de Jaén. Ha sido recogida siguiendo el método propuesto por Rodríguez de la Borbolla et al. (1959) y se ha transportado en una caja de poca altura con objeto de no dañar los frutos, únicamente se ha limpiado manualmente para eliminar cualquier presencia de hojas o pequeñas ramas y no se ha lavado. A una fracción de 100 aceitunas, tomadas aleatoriamente, se le ha determinado el índice de madurez (Uceda y Frías, 1985), dado que puede ser indicativo de la facilidad con que se puede extraer la grasa presente en el fruto. El valor obtenido ha sido de 5,38 característico de 2

3 aceitunas con piel negra y pulpa parcialmente morada, lo que es indicativo de un avanzado estado de maduración como podría deducirse, aproximadamente, por la fecha de recogida 11 de enero. El resto de las aceitunas se molturaron en el molino de martillos del Analizador de Rendimientos Abencor (Martínez et al., 1975), empleado para la determinación del rendimiento graso que podría obtenerse por un proceso industrial. Dos fracciones, pesadas, de la masa de aceitunas molturadas se analizaron en humedad (H I ) y en contenido graso total (G T ), por el método Soxhlet, obteniéndose los resultados que se muestran en la Tabla 1. Tabla 1.- Análisis de las muestras de aceituna Muestra H I, % G T, % peso seco 1 53,72 43, ,58 43,37 La pasta de aceituna restante se procesó con el analizador Abencor para determinar el rendimiento en grasa, extraída por centrifugación, según la serie experimental que se indica a continuación. Se ha estudiado exclusivamente la influencia que sobre el rendimiento en la extracción y sobre la calidad del aceite tiene la operación de batido de la pasta, para ello se han modificado la temperatura y el tiempo de batido. La elección de las condiciones de operación se fijaron mediante un diseño estadístico de experimentos denominado Diseño Central Compuesto Rotable para dos factores (Montgomery, 2002), que está basado en la superficie de respuesta que se obtiene tras determinar la variable independiente. En la Tabla 2 se muestran los valores de las variables experimentales estudiadas, tiempo (t B ) y temperatura (T B ) de batido, y los resultados obtenidos de aceite recuperado (R), acidez (AC), índice de peróxidos (PX) y K 2 (K). Al residuo de la extracción por centrifugación se le determina contenido graso (G R ) y humedad (H R ). Tabla 2.- Variables fijadas por el diseño estadístico de experimentos y resultados obtenidos T B, ºC t B, min R, cm 3 AC PX K H R, % G R, % seco 27,9 42,1 102,4 17, ,125 0,152 0,119 0,125 0,120 0,134 0,089 0,113 0,099 0,099 0,105 0,094 0,098 12,08 13,89 12,54 10,86 9,71 12,39 11,71 14,00 11,86 10,88 12,96 12,92 13,12 0,078 0,072 0,071 0,069 0,076 0,067 0,068 0,079 0,0 0,074 0,074 0,076 0,080 63,97 64,33 66,83 67,31 66,23 66,50 61,87 65,86 65,42 63,31 63,87 61,36 62,28 16,29 19,53 23,62 21,33 24,34 17, 22,62 17,62 16,97 26,26 15,59 18,96 19,95 DISCUSIÓN DE RESULTADOS Considerando que la pasta de aceituna está constituida por tres fracciones, humedad, aceite y sólidos, conociendo dos de ellas por análisis podemos calcular la tercera mediante un balance de materia. Como la humedad se ha expresado como los gramos de agua que hay en 100 g de pasta y el contenido graso total como los gramos de aceite que contienen 100 g de pasta seca determinamos el contenido en sólidos (m S ) y en grasa (m G ) de la pasta (m T ) por las siguientes ecuaciones: ( ) m 1-H G m S = m = ms 1+ G G (2) T I T G T T Que permiten determinar la relación entre la grasa y los sólidos que contiene la aceituna (M SI ), resultando ser de 77,1 g de aceite por 100 g de sólidos. De forma similar, se puede determinar la cantidad de aceite por cada 100 g de sólidos que queda retenido en los orujos de centrifugación (M SR ) y por diferencia con los 77,1 de la aceituna 3

4 de partida se obtiene el aceite que se recupera por centrifugación (M S ), transformarlo para referirlo a la masa húmeda de la pasta de partida es simple ya que se conoce la fracción de sólidos que contiene (R R ), Tabla 3. Tabla 3.- Contenido graso en los orujos, aceite recuperado por 100 g de sólidos y porcentaje sobre húmedo T B, ºC t B, min M SR M S R R, % 27,9 42,1 102,4 17,6 19,5 24,3,9 27,1 32,2 20,9 29,2 21,4 20,4,6 18,5 23,4 24,9 57,6 52,8 46,2 50,0 44,9 56,2 47,9 55,7 56,6 41,5 58,6 53,7 52,2 15,1 13,8 12,1 13,1 11,8 14,7 12,5 14,6 14,8 10,9 15,3 14,1 13,7 En la Figura 1 se ha representado el porcentaje, sobre húmedo, de aceite recuperado obtenido a partir de los orujos (R R ) y el determinado por medida directa del volumen al transformarlo (R C ) suponiéndole una densidad de 0,915 kg/l. En ella puede observarse la aceptable coincidencia que existe entre las dos formas de obtener el rendimiento de la extracción. De los valores mostrados creemos que son más correctos los determinadazos a partir de orujos que los obtenidos por medida directa ya que se han empleado probetas graduadas con 2 ml de error, mientras en el otro caso se han empleado balanzas de precisión. Véase Figura 1. Con los valores obtenidos de R R (Tabla 3), grado de acidez, índice de peróxidos y K 2 (Tabla 2) se han determinado las superficies de respuesta del diseño estadístico aplicado, ajustando los valores a la Ecuación (3), cuyos coeficientes se muestran en la Tabla 4. Esta ecuación considera los efectos individuales de cada variable operación e incluso la interacción que pueda existir entre ellas. 2 2 f =a 0 +a 1 T +a 2 T +a 3 t+a 4 t +a 5 T t (3) Tabla 4.- Coeficientes de las superficies de respuesta Coeficientes R R, % AC PX K 2 IC R a 0 a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 0,719-0,0232 3, , , , ,213-3, , , , , ,6 1,01-1, ,158-8, , ,156-3, , , , , ,07-0,041 6, , , , Como puede observarse en la Tabla 4, también aparece una columna con el título índice de calidad reducido (IC R ), que se corresponde con la ecuación (1) pero sin considerar el sumando de la valoración organoléptica ya que no ha habido forma material de poder realizarla. En la Figura 2 se muestra la superficie correspondiente a los gramos de aceite que se obtienen, por centrifugación, por gramo de sólido frente a las variables de operación en el batido de la pasta. Puede observarse como a las temperaturas de operación el efecto de esta variable es pequeño y, en cambio, el tiempo de batido sí es muy importante. Por la figura se deduce que es mejor batir a tiempos elevados y a baja temperatura. Véase Figura 2. En la Figura 3, correspondiente a la superficie de respuesta del grado de acidez del aceite extraído, se observa una influencia similar, aunque opuesta, de la temperatura y el tiempo de batido deduciéndose que es mejor batir a tiempos pequeños aunque ello conlleve un incremento de temperatura. Véase Figura 3. 4

5 Finalmente, en la Figura 4 se muestra la superficie de respuesta correspondiente al índice de calidad reducido obtenida por aplicación de la Ecuación (1) pero sin considerar la valoración organoléptica. En ella se observa como a tiempos de batido elevados la mejor calidad se corresponde con temperaturas bajas mientas que si los tiempos son bajos parece no influir mucho le temperatura de batido. De todas formas, se observa que la mejor calidad se corresponde con los valores inferiores de ambas variables de operación. Véase Figura 4. BIBLIOGRAFÍA AMGEROSA, F., MOSTALLINO, R., BASTI, C., VITO, R. (2001). Influence of malaxation temperature and time on the quality of virgin olive oils. Food Chemistry CANTOS, E.; CANO, G.; HERMIDA, J.R. (1983). Transferencia de calor en la operación de batido de pasta de aceituna. Ecuaciones básicas adimensionales. Grasas y Aceites 34 (4) DI GIOVACCHINO, L., SESTILLI, S. Y DI VINCENZO, D. (2002). Influence of olive processing on virgin olive oil quality. Eur. J. Lipid Sci. Technol FIORINO, P.; ALESSANDRI, S.; CERT, A.; DIKMEN, I. M.; RAHMANI, M. (1996). Técnicas agronómicas y características del aceite de oliva en La Enciclopedia Mundial del Olivo. COI. Plaza y Janés. Barcelona JIMÉNEZ, A.; HERMOSO, M.; UCEDA, M. (1995). Elaboración de aceite de oliva virgen mediante sistema continuo en dos fases. Influencia de diferentes variables del proceso en algunos parámetros relacionados con la calidad del aceite. Grasas y Aceites 46 (4-5) MARTÍNEZ, J.M.; MUÑOZ, E.; ALBA, J.; LANZÓN, A. (1975). Informe sobre utilización del Analizador de Rendimientos Abencor. Grasas y Aceites 26 (6) MONTGOMERY, D.C. (2002). Diseño y Análisis de Experimentos. Limusa Wiley. Mexico MORALES, M.T.; APARICIO, R. (1999). Effect of Extraction Conditions on Sensory Quality of Virgin Olive Oil. J. Am.Oil Chem. Soc RANALLI, A., POLLASTRI, L. CONTENTO, S. LANNUCCI, E. LUCERA, L. (2003). Effect of olive paste kneading process time on the overall quality of virgin olive oil. Eur. J. Lipid Sci. Technol RODRÍGUEZ DE LA BORBOLLA, J.M.; GÓMEZ HERRERA, C.; GÓMEZ CAUCHO, F.; FERNÁNDEZ DÍEZ, M.J. (1959). Conservación de aceitunas de molino. Sindicato Nacional del Olivo. Madrid SALVADOR, M. D.; ARANDA, F.; GÓMEZ-ALONSO, S.; FREGAPANE, G. (2003). Influence of extraction system, production year and area on Cornicabra virgin olive oil: a study of five crop seasons. Food Chemistry UCEDA, M.; FRÍAS, L. (1985). Épocas de recolección. Evolución del contenido graso del fruto y de la composición y calidad del aceite en La mecanización de la recolección. FAO-PNUD. Córdoba

6 50 R C R R R C R R, % nº de experimento Figura 1.- Porcentaje, en base húmeda, de aceite extraído por centrifugación. Obtenido por medida directa ( ) y a partir del contenido graso en los orujos ( ) 0,65 0, M S, g aceite/g sólidos 0,55 0,50 0,45 0, 80 t, min T, ºC Figura 2.- Superficie de respuesta del aceite extraído 6

7 0,15 0,14 0,13 0,12 Acidez 0,11 0,10 0,09 0,08 0, T, ºC t, min Figura 3.- Superficie de respuesta para el grado de acidez del aceite 1,4 1,3 1,2 IC R 1,1 1,0 0, t, min T, ºC Figura 4.- Dependencia del índice de calidad reducido con las variables de operación