2.3 CLARIFICACIÓN DE LOS ACEITES DE OLIVA VÍRGENES

2.3.1 Importancia de la etapa de clarificación en la calidad de los aceites

Los aceites de oliva vírgenes obtenidos a la salida del decánter no salen completamente limpios, sino que llevan en suspensión impurezas orgánicas sólidas y agua de vegetación que no han podido separarse (Hermoso et al., 1991; Hermoso et al., 1998; Di Giovacchino et al., 2002a; Alba, 2008). 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. Para el caso de los sistemas continuos de dos salidas, el contenido descrito es de un 97- 99% de aceite y 1-3% de agua e impurezas orgánicas sólidas (Di Giovacchino et al., 2002a; Uceda et al. 2006). Hermoso et al. (1998), describieron un contenido en humedad de 1,85% y un contenido en impurezas de 0,45%, para una media de 72 muestras de aceites procedentes de decánter de 2 salidas.

El contenido en agua en los aceites, puede proceder del propio agua de vegetación de los frutos; o del agua que ha podido ser añadida en diferentes puntos del proceso de elaboración, bien en la limpieza del fruto o como coadyuvante para facilitar la extracción del aceite (Hermoso et al. 1991; Hermoso et al., 1998; Alba, 2008).

Por otra parte, las impurezas orgánicas sólidas, aún presentes tras extraer el aceite de la pasta, son por lo general fragmentos de aceituna que contienen proteínas, azúcares, fosfolípidos y componentes fenólicos (Koidis y Boskou, 2006; Papadimitriou et al., 2013), y que también contienen microorganismos, tales como bacterias, levaduras y mohos (Ciafardini y Zullo, 2002; Koidis et al., 2008; Papadimitriou et al., 2013). Estos microorganismos tienen enzimas que, en presencia de agua y determinadas condiciones de temperatura, contribuyen a la transformación y el deterioro de los componentes del aceite.

Las principales reacciones de degradación que pueden provocar estas enzimas son:

– Hidrólisis de los triglicéridos provocada por lipasas (Ciafardini et al., 2006).

– Oxidación de ácidos grasos a través de la enzima peroxidasa (Migliorini et al., 2012).

– Degradación de los compuestos fenólicos mediante 0-glucosidasa, esterasa y polifenol oxidasa (Cecchi et al., 2015).

Para intentar garantizar la continuidad de la calidad de los aceites de oliva vírgenes durante el almacenamiento, estos restos de humedad e impurezas orgánicas deben de ser eliminados mediante la clarificación. De hecho, una clarificación deficiente puede dar lugar a la aparición de fermentaciones indeseadas en los depósitos y en consecuencia, al deterioro de la calidad y las características sensoriales de los aceites almacenados (Ranalli, 1989; Boskou et al., 2006; Di Giovacchino, 2013; Papadimitriou et al., 2013).

Para eliminar estos restos de humedad e impurezas de los aceites, se puede emplear dos sistemas de clarificación: decantación natural o por gravedad (pozuelos y decantadores) y por centrifugación (Hermoso et al., 1991; Alba, 2008; Di Giovacchino et al., 2002a; Uceda et al., 2006).

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2.3.2 Decantación natural o por gravedad

La decantación es la operación que permite la separación de un sólido presente en un fluido o de dos fluidos inmiscibles por medio, tan solo, de la acción de la fuerza de la gravedad (Ordóñez et al., 1998). En el caso del aceite de oliva la separación se basa en la diferencia de densidad del aceite (0,915 g/cm³), fase acuosa (= 1,05 g/cm³) y los sólidos finos (= 1,2 g/cm³); basta dejar la mezcla en reposo durante cierto tiempo, para que el aceite, que es más ligero, sobrenade, y el líquido acuoso y los restos de sólidos, que son más densos, decanten y se vayan al fondo (Hermoso et al., 1991; Alba, 2008).

La decantación por gravedad está basada en la teoría de sedimentación descrita por la ley de Stokes, que establece los aspectos básicos del movimiento de un sólido en un líquido, o dos líquidos inmiscibles, cuando existe un gradiente de densidad (Calleja et al., 1999; Rodríguez et al., 2002).

Una partícula sumergida en un fluido estará sometida a tres fuerzas (Figura 1.5): fuerza de flotación o ascendente (F_f), que es igual al peso del volumen del líquido desplazado por la partícula (Principio de Arquímedes), fuerza gravitacional o descendente (F_G) y fuerza de fricción o rozamiento (F_R).

De la acción de ambas fuerzas resulta la fuerza de impulsión (F_I), que será igual a la diferencia de estos dos valores,

Arrastrada por esta fuerza (FI), la partícula desciende (o asciende) con velocidad creciente, pero a medida que baja (o sube), la fricción que el líquido genera en ella crea una fuerza de rozamiento (F_R) definida por la ecuación de Newton (1.4) (Vian, 1969):

dónde,

FR = fuerza de rozamiento

A_P = área de la sección de la partícula normal a la dirección de caída

vs = velocidad de sedimentación

Re = número de Reynolds

Después de un corto periodo, el valor de la fuerza de fricción (F_R) iguala a la de impulsión (F_I), momento en que la aceleración pasa a ser nula y la partícula adquiere una velocidad constante, conocida como velocidad de asentamiento o sedimentación. En ese momento se cumple que (1.3) y (1.4) son iguales; por lo tanto:

Despejando el valor de v_S se obtiene,

Si se considera que se trata de una partícula esférica,

Siendo d el diámetro de la partícula

Sustituyendo (1.8) en (1.6) quedaría:

Para poder operar con esta ecuación se necesita conocer los valores de f (Re).

Si consideramos un flujo laminar (caída con pequeños valores del Reynolds), el valor de la función del Reynolds viene dado por la ecuación (1.10), de acuerdo con lo expresado por Vian (1969).

siendo,

μ = viscosidad absoluta del fluido.

al reemplazar en la ecuación (1.9), se origina la ecuación de Stokes (1.11), considerando la relación entre viscosidad cinemática (v) y absoluta (v = μ/p):

La decantación natural o por gravedad puede llevarse a cabo en discontinuo (decantación estática) o en continuo (decantación dinámica):

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• Decantación estática, se lleva a cabo en equipos individuales donde la mezcla a separar es introducida, y tras un tiempo en reposo, se obtiene la separación de las diferentes fases por diferencia de densidad y solo por efecto de la gravedad.
• Decantación dinámica, se lleva a cabo en varios equipos dispuestos en serie, donde la entrada de uno es la salida del anterior, de manera que el flujo de la mezcla a separar y la salida de la fase clarificada se realiza en flujo continuo. Además del efecto de la gravedad, en este proceso, interviene la fuerza generada por el flujo del fluido.

Los sistemas de decantación por gravedad empleados en la elaboración de aceites de oliva vírgenes son los pozuelos de decantación, que actualmente han derivado en los depósitos de decantación:

– Pozuelos, eran usados en los antiguos sistemas de prensa (actualmente en desudo). Son vasos excavados en el suelo a un nivel inferior al de las prensas con forma de prisma rectangular y que están comunicados entre sí de forma encadenada. Los primeros pozuelos estaban construidos en hormigón y azulejo refractario. Posteriormente, debido al precio elevado de construcción y la poca higiene que presentaban estos tipos de pozuelos, se empezaron a construir en poliéster de fibra y acero inoxidable (Hermoso et al., 1991). Una batería de pozuelos está compuesta por dos series de depósitos, una de clarificación del aceite y otra de agotamiento de la fase acuosa (Figura 1.6), que normalmente funcionan en continuo (Hermoso et al., 1991; Arambarri et al., 1992).

Las dos series tienen un origen común, un pozuelo denominado vaso separador o contra (Figura 1.7), que recibe el mosto oleoso de prensa después de pasar por el tamiz, y donde se hace una primera separación del aceite del agua y de las partículas. Después de una primera decantación, por la parte superior del ‘contra’ sale el aceite por rebose, y va a parar a otro pozuelo denominado vaso lavador (Figura 1.7). Este segundo pozuelo está preparado para la posibilidad de dar una ducha con agua templada, que cae de forma suave y pulverizada, arrastrando las partículas sólidas presentes en el aceite que escapan a la decantación.

El aceite prosigue su recorrido pasando a otros pozuelos donde se repite el mismo proceso de clarificación. Las tomas de aceite de un pozuelo a otro irán descendiendo, originando así la corriente del aceite e impidiendo el retroceso de aceites limpios. El último pozuelo del recorrido es conocido como vaso de reposo, que normalmente es de mayor tamaño al resto, con el fin de lograr que el aceite se clarifique bien y esté dispuesto para ser almacenado en bodega.

Por otra parte, la fracción rica en agua, sale del ‘contra’ por medio de un sifón, agotándose en la batería de pozuelos de la fase acuosa. Durante la separación, el aceite que sobrenada en las alpechineras, denominado ‘castra’, se retira periódicamente. El recorrido de la fase acuosa continúa en las ‘alpechineras’, otra zona que debe estar separada de los pozuelos de decantación ya que podría transmitir olores indeseables al aceite clarificado.

El número de pozuelos, vendrá determinado por la producción diaria de aceite, normalmente se disponía de una capacidad de decantación suficientemente para 48 a 72 h de producción de aceite.

– Depósitos de decantación o aclaradores. Consisten en depósitos cilíndricos de fondo cónico (Figura 1.8), normalmente, construidos en acero inoxidable, con un ángulo de cono pronunciado (entre 45 y 60°), y capacidades entre 0,4 y 10 m³. Estos depósitos de decantación van provistos de un sistema de purga en la parte inferior del cono, que consiste en una válvula de bola de apertura manual, o en algunos casos automático, mediante sistemas neumáticos.

Estos depósitos pueden trabajar de forma individual, decantación estática, o en serie, decantación dinámica (Humanes y Humanes, 2011).

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• Estático, el aceite es introducido por una tubería al nivel inferior del tanque, que tras un tiempo de reposo (24 a 48 h), se separa en las diferentes fases por acción de la fuerza de la gravedad. Durante el tiempo de decantación, sucesivas purgas son realizadas por la parte inferior del tanque, con el objetivo de eliminar los sedimentos precipitados. Una vez transcurrido el tiempo de decantación, el aceite clarificado es trasegado a un depósito donde permanecerá almacenado.
• Dinámico, la separación se lleva en una batería de depósitos decantadores conectados entre sí por la parte superior (Figura 1.9). El aceite es introducido, al igual que en la decantación estática, a través de una tubería en el nivel medio bajo del depósito. Cuando el depósito se llena, la salida del aceite se realiza por la parte superior mediante rebose. El aceite prosigue su recorrido pasando a otros depósitos donde se repite el mismo proceso de clarificación. Al igual que en la decantación estática las purgas son realizadas durante el operación con el fin de eliminar la mayor parte de los sedimentos de la parte inferior del cono del depósito. Finalmente, el aceite procedente del último depósito de decantación es enviado a la bodega.

Los principales factores que afectan, según la ley de Stokes (Ec. 1.11), a la separación por gravedad en estos sistemas de decantación son (Ordóñez et al., 1998):

• Tamaño de partícula. La velocidad de decantación aumenta con el diámetro de partícula.
• Diferencia de densidades entre fases. La separación sólo tendrá lugar si las distintas fases difieren en cuanto a su densidad, siendo mayor la velocidad de decantación cuanto más elevada es la diferencia entre ambas fases.
• Viscosidad de la fase líquida. La velocidad de decantación es menor cuanto mayor sea la viscosidad absoluta del medio donde se mueva la partícula. En general, la viscosidad del aceite se ve fuertemente influenciada por la temperatura, donde un incremento de esta se trasforma en un descenso de la viscosidad (Bonnet et al., 2011).

Además hay que tener en cuenta que:

• La geometría y las dimensiones de los depósitos de decantación. Estas características influyen directamente en la separación, de forma que la decantación será más rápida, cuanto menor es el espacio a recorrer (altura de decantación).
• En la decantación dinámica, las partículas se mueven en dos direcciones, hacia abajo debido a la acción de la gravedad, y hacia la dirección de la corriente generada por la entrada y salida de líquido del depósito. Por lo que un flujo de alimentación elevado, significa menos tiempo de sedimentación para las partículas sólidas, y por tanto la eficiencia de clarificación será menor (Svarovsky, 2000; Zeki, 2009).
• Por las características del producto a separar, puede surgir otra fuerza, presente en mayor o menor medida, que mantiene asociadas las fases líquidas, como es el grado de emulsión, que existe entre la fase oleosa y el agua residual (Koidis et al., 2008; Giovacchino et al., 2013).
• Además, por las características de los sólidos a separar, fragmentos de materia orgánica, se pueden producir floculación, por el cual las partículas durante la sedimentación se unen para formar partículas más grandes o aglomerados. Este aumento de tamaño de los flóculos, conlleva un aumento de la velocidad de sedimentación (Aguilar et al., 2002).
• Aunque se llevan a cabo purgas para eliminar los sedimentos, gran parte de estos restos no llegan a ser eliminados y, por su composición y en ciertas condiciones pueden llevar a cabo un detrimento de la calidad de los aceites. En decantación discontinua, como la separación se hace por lotes independientes permite distinguir y clasificar diferentes tipos de aceites; esta limpieza se puede llevar a cabo cada vez que se vacíen los depósitos de decantación. En el caso de la decantación continua, la limpieza de los depósitos se puede llevar a cabo cada jornada de trabajo, cada vez que se haga una parada de larga duración de la línea de extracción, o bien cuando sea necesario por posibles cambios en la variedad o calidad del aceite. Después de vaciar totalmente los depósitos, esta limpieza consiste en la aplicación de abundante agua, normalmente a presión, y en caso necesario, también de productos desengrasantes alimentarios.

La clarificación de los aceites de oliva vírgenes es un proceso que se realiza para eliminar impurezas y sedimentos presentes en el aceite, mejorando así su aspecto y estabilidad:

1. Métodos de Clarificación:
   • Hay varios métodos utilizados para clarificar los aceites de oliva vírgenes. Algunos de los métodos más comunes incluyen la sedimentación natural, la filtración y la centrifugación.
2. Sedimentación Natural:
   • Después de la extracción del aceite de oliva, se permite que repose en tanques o recipientes durante un período de tiempo. Durante este tiempo, las partículas sólidas más grandes se sedimentan hacia el fondo del recipiente, y el aceite más claro se encuentra en la parte superior. Posteriormente, el aceite se extrae cuidadosamente de la capa superior, dejando atrás las impurezas.
3. Filtración:
   • La filtración implica pasar el aceite a través de un medio filtrante, como papel de filtro o material especializado. Este proceso elimina partículas más pequeñas y sedimentos suspendidos en el aceite, mejorando su claridad. La filtración puede realizarse en frío o en caliente.
4. Centrifugación:
   • La centrifugación es un método que utiliza fuerzas centrífugas para separar las partículas sólidas del aceite. Al someter el aceite a altas velocidades de rotación en una centrífuga, las partículas sólidas se separan y se depositan en el fondo del equipo, permitiendo que el aceite clarificado se recoja en la parte superior.
5. Uso de Aditivos:
   • Algunos productores de aceite de oliva utilizan aditivos clarificantes, como bentonita o tierras de diatomeas, para acelerar el proceso de clarificación. Estos aditivos ayudan a absorber las impurezas y facilitan su separación del aceite.
6. Importancia de la Clarificación:
   • La clarificación no solo mejora la apariencia del aceite de oliva, sino que también contribuye a su estabilidad y calidad. Los aceites de oliva clarificados son menos propensos a la formación de sedimentos y turbidez durante el almacenamiento.