[spa] El sector agroalimentario se ha dedicado, desde siempre, a la obtención de
productos ligados a la tierra siguiendo las costumbres y las tradiciones que le son
propias. En este sentido, la elaboración del aceite de oliva es un claro ejemplo de este
tipo de productos. Las mejoras tecnológicas conjuntamente con los esfuerzos de las
personas implicadas, cada vez más cualificadas, así como el control y la difusión de los
Consejos Reguladores de las Denominaciones de Origen han dado como resultado una
importante mejora en la calidad del aceite de oliva que se comercializa como aceite de
oliva virgen extra.
En este contexto, en el presente trabajo se han propuesto varios objetivos. En
una primera etapa, se procedió a evaluar la influencia de la variedad y del grado de
madurez de las aceitunas, así como de los efectos agroclimáticos de suelo, clima y
paisaje, sobre la calidad del aceite de oliva virgen extra. En una segunda etapa, el
objetivo fue estudiar nuevas estrategias que permitan la mejora del proceso de
conservación del aceite de oliva. Para ello se determinaron los efectos de la temperatura,
la ausencia de luz y la utilización de una atmosfera modificada sobre la calidad del
aceite de oliva. Además, como propuesta innovadora, también se evaluó el efecto de la
eliminación parcial o total del oxígeno presente en la matriz del aceite de oliva mediante
la aplicación de ultrasonidos (US) de potencia. Finalmente, la tercera y última línea de
trabajo se centró en evaluar el posible aprovechamiento de los subproductos de
almazara, como fuente de compuestos bioactivos. En concreto, se estudió la aplicación
de los US de potencia como mecanismo para favorecer la extracción de compuestos
antioxidantes a partir del orujo de almazara El proceso de extracción se llevó a cabo
utilizando un disolvente no tóxico y a baja temperatura, potenciando de esta forma el
posible uso alimentario de los extractos como ingredientes funcionales.
En la primera fase del trabajo, se consideraron las variedades de aceituna
autorizadas por la DO "Olí de Mallorca" (arbequina, picual y empeltre) recogidas
manualmente en diferentes estados de madurez: verde (aceituna totalmente verde), en
envero (aceituna mitad verde, mitad morada) y madura (aceituna totalmente morada).
Se elaboraron los diferentes aceites mediante el sistema Abencor, y posteriormente se
analizaron los principales parámetros físico-químicos de calidad: grado de acidez (GA),
índice de peróxidos (IP) y coeficientes de extinción K2 3 2 y K2 7 0 , además de analizar el
perfil de ácidos grasos, el perfil fenólico y el contenido en fenólicos totales (FT), la capacidad antioxidante, la estabilidad oxidativa, y las coordenadas de color dentro del
espacio CieLab. Por último, y para terminar de definir la calidad global del aceite de
oliva también se llevó a cabo el análisis sensorial de todas las muestras. Mediante la
aplicación de un análisis multivariable de los diferentes parámetros analizados se pudo
visualizar la importancia tanto del efecto varietal como del estado de madurez de la
aceituna, sobre las propiedades físico-químicas y organolépticas del aceite de oliva.
Todos los aceites analizados, tomando en consideración los parámetros de
calidad que definen la categoría del aceite de oliva, independientemente del grado de
madurez de las aceitunas de procedencia, se clasificaron dentro de la categoría virgen
extra (de acuerdo con el Reglamento CEE 2568/91). No obstante, los parámetros GA y
K2 7 0 experimentaron un ligero incremento a medida que aumentó el grado de madurez
de las aceitunas. En cuanto al perfil de ácidos grasos de los diferentes aceites
analizados, para una misma variedad de aceituna, no se observaron diferencias
significativas (p < 0,05) en los porcentajes de ácidos grasos como el oleico, el esteárico,
el linolénico o el araquídico, presentes en los aceites obtenidos a partir de aceitunas de
diferente grado de maduración. En cambio, si hubo importantes diferencias en función
de la variedad, siendo el aceite de oliva de la variedad picual el que exhibió los
porcentajes más elevados de ácido oleico (~ 79%), seguido del aceite de la variedad
arbequina (~ 67%) y de la variedad empeltre (~ 65%). No obstante, para los aceites de
las distintas variedades analizadas, sí se apreció una ligera pero significativa
disminución del porcentaje de ácido palmítico, durante el proceso de maduración de las
aceitunas. En cambio, el ácido linoleico presentó una tendencia inversa al palmítico,
incrementando ligeramente su porcentaje a medida que el aceite de oliva provenía de
aceitunas más maduras. Como resultado de estos cambios en la composición de ácidos
grasos, se detectó un ligero descenso en la relación entre ácidos grasos mono- y poliinsaturados
(MUFA/PUFA) para todas las variedades de aceite analizadas.
Respecto a l os valores de FT, capacidad antioxidante (analizada mediante las
técnicas CUPRAC, ABTS y FRAP) y la estabilidad oxidativa, se observó como para las
variedades arbequina y picual, estos parámetros presentaron valores máximos en
aceites elaborados a p artir de aceitunas en envero. Sin embargo para la variedad
empeltre, se observó como el contenido en FT, así como la capacidad antioxidante y la
estabilidad oxidativa disminuyeron a medida que aumentó el grado de madurez de las
aceitunas. Las variedades estudiadas se caracterizaron por una elevada presencia de compuestos fenólicos, en particular oleuropeína aglicona, luteolina aglicona,
oleuropeína y pinoresinol, siendo en general, e independientemente del grado de
madurez, la variedad empeltre la que presentó los valores más elevados de estos
compuestos.
Por otra parte, el análisis sensorial mostró como los atributos frutado, amargo y
picante fueron los más característicos de los aceites de las variedades arbequina y
picual, mientras que para la variedad empeltre, el atributo amargo fue el más
representativo, en particular del aceite procedente de aceitunas en envero. En general,
no se observaron diferencias significativas (p < 0 ,05) para los diferentes atributos
positivos a medida que aumentó el grado de madurez de las aceitunas. También es
interesante destacar que no se detectara defecto alguno en ninguno de los aceites
analizados.
Los tres tipos de aceites de oliva elaborados a partir de las variedades arbequina,
picual y empeltre se distribuyeron en tres grupos diferenciados, como resultado de la
aplicación del análisis de componentes principales (ACP) sobre las características
físico-químicas y sensoriales de estos. Mediante el CP1, correlacionado positivamente
con el atributo positivo de dulce y de forma negativa con los FT, los atributos frutado,
picante y astringente y la coordenada de color a*, pudo explicarse un 45,8 % de la
variabilidad total. Por su parte el CP2, representando un 19,8 % de dicha variabilidad,
quedó definido positivamente por el GA y el parámetro K2 3 2 y negativamente por la
estabilidad oxidativa y el ratio MUFA/PUFA. Adicionalmente, gracias al tercer
componente principal (CP3) permitió recoger otro 12,8 % de la variabilidad total de la
base de datos de los aceites de oliva objeto de estudio, presentando una correlación
negativa con las variables de capacidad antioxidante (ABTS) y los FT y una correlación
positiva con el IP, las coordenadas de color L* y b* y el parámetro C*. Globalmente,
los resultados indican que la recolección en la etapa del envero parece ser la más idónea
para la elaboración del aceite de oliva, ya que en ella se llega a un mayor equilibrio
entre los diferentes parámetros que determinan la calidad del aceite de oliva.
En esta primera etapa, también se evaluó el efecto que ejercen las características
agroclimáticas del olivar sobre la calidad del aceite de oliva. Para este estudio, se
consideraron tres olivares de edad similar, situados en diferentes puntos de la Isla de
Mallorca, en los cuales predomina la variedad de aceituna arbequina. En cada uno de ellos se tomaron muestras de aceituna en diferentes estados de madurez, así como
muestras de suelo, y se registraron las condiciones climáticas y de paisaje.
Mediante la aplicación de un análisis multivarible, los tres primeros
componentes principales resultantes de la aplicación de ACP identificaron
conjuntamente los diferentes patrones de comportamiento de los olivares en base a sus
condiciones agroclimáticas, explicando el 71 % de la varianza total de los parámetros
analizados. Los resultados indicaron que los aceites de oliva elaborados en los olivares
menos lluviosos y de mayor elevación sobre el nivel del mar fueron los que presentaron
el contenido más alto en FT, mayor capacidad antioxidante y mayor estabilidad frente a
la oxidación. En cambio, para un mismo olivar-muestra no se observaron diferencias
significativas (p > 0,05) entre los aceites elaborados con aceitunas en diferente estado
de madurez.
Como resultado de esta primera fase de la investigación se ha propuesto una
metodología capaz de diferenciar entre aceites de oliva, elaborados a partir de una
misma variedad de aceituna, con diferente procedencia geográfica, en función de las
características físico-químicas de los aceites y de los atributos agroclimáticos de la
zona, sin incluir el factor humano.
En la segunda etapa de este trabajo, se evaluaron diferentes estrategias para la
conservación del aceite de oliva basadas en la utilización de una atmosfera inerte,
ausencia de luz y baja temperatura, incorporando una nueva técnica, innovadora en este
campo, basada en la aplicación de un pretratamiento con US de potencia, con el fin de
desplazar el oxígeno disuelto en la matriz del aceite de oliva.
Este estudio se llevó a cab o con dos tipos de aceite de oliva virgen extra; un
primer aceite caracterizado por su bajo GA bajo (0,15% ácido oleico), procedente de la
variedad arbequina, y un segundo tipo, procedente de la variedad empeltre,
caracterizado por un GA relativamente elevado (0,74% ácido oleico), próximo al límite
legislado para la categoría virgen extra. En el estudio se determinaron los principales
parámetros de calidad definidos en el Reglamento CEE 2568/91 (GA, IP y los
coeficientes de extinción K2 3 2 y K2 7 0 ) , así como el perfil de ácidos grasos, el contenido
en fenoles totales, la estabilidad oxidativa, y se llevó a ca bo un exhaustivo análisis
organoléptico tanto de los atributos positivos, como de los posibles atributos negativos,
durante un período de conservación de 16 meses. Antes de iniciar el estudio de conservación, se comprobó, a p artir del análisis
inicial de las muestras pretratadas con US de potencia, como dicho tratamiento no
modificó de forma significativa las propiedades físico-químicas y sensoriales del aceite
de oliva, lo cual permitió la incorporación de las muestras tratadas con esta nueva
metodología al estudio de conservación.
A partir del estudio basado en el seguimiento de los diferentes parámetros físicoquímicos
y sensoriales de las muestras, durante un periodo de conservación de 16
meses, pudo observarse como en el caso de trabajar con un aceite de oliva con valores
iniciales correspondientes a los parámetros de calidad muy por debajo de los límites
establecidos para la categoría virgen extra (en particular, un bajo GA: 0,1-0,2 % ácido
oleico), el hecho de conservar el aceite de oliva en condiciones que minimizan las
reacciones de oxidación (atmosfera inerte, ausencia de luz, baja temperatura y/o
mediante pretratameinto con US de potencia) no tuvo efectos significativos sobre la
calidad del mismo, durante al menos un período de 16 meses.
Sin embargo, cuando el aceite de oliva virgen extra desde un principio no es de
buena calidad (valores de los parámetros de calidad, sobretodo el GA, próximos al
límite establecido par la categoría virgen extra), los procesos de conservación en
atmosfera inerte o en ausencia de luz no fueron eficaces para el mantenimiento de la
calidad del aceite de oliva como virgen extra, más allá de los cuatro meses de
almacenamiento. En este caso, solo la conservación del aceite de oliva a baja
temperatura (con y sin pretratamiento con US) consiguió que el aceite de oliva se
mantuviera dentro de la categoría virgen extra, durante un período de como mínimo 12
meses.
También es interesante destacar, en el caso de las muestras almacenadas a baja
temperatura con y sin pretratamiento con US de potencia, el hecho que las muestras
pretratadas con pulsos ultrasónicos presentaran, en la parte final del periodo de
almacenamiento, unos valores inferiores para el índice de peróxidos, una mayor
estabilidad oxidativa y una mayor intensidad del atributo frutado.
La conservación del aceite de oliva a baja temperatura implica la aparición de un
proceso cristalización de los triglicéridos que va en detrimento de la calidad del mismo.
No obstante, en los estudios de conservación, llevados a ca bo con las variedades
arbequina y empeltre, se observó como las muestras pretratadas con US de potencia y conservadas a baja temperatura, presentaron una significativa reducción del proceso de
cristalización de los triglicéridos, durante el período de almecenamiento. Este
descubrimiento, de claro interés industrial, dio lugar a l a obtención de una patente
(P25827ES00) con el fin de proteger la propiedad intelectual de esta nueva
metodología.
Finalmente, en la tercera y última fase de la presente tesis doctoral, se evaluó el
proceso de obtención de extractos, a partir del orujo de almazara, con un alto contenido
en compuestos fenólicos y que presentaran una elevada capacidad antioxidante. La
metodología aplicada para la extracción se basó en la aplicación US de potencia con la
finalidad de mejorar la eficacia del proceso.
En un estudio inicial se comprobó como un aumento de la potencia de la sonda
de US utilizada, provocaba un s ignificativo aumento del contenido en compuestos
fenólicos extraídos a partir del orujo de almazara, utilizando una solución etanol:agua
(1:1, v/v), con un ratio disolvente/soluto de 15/1 (mL/g), un tiempo de extracción de 15
min y una temperatura de 20 °C.
Es interesante resaltar que la aplicación de los US de potencia permitió la
utilización de una mezcla de disolventes de extracción no tóxicos y aptos para su uso en
la industria alimentaria (mezcla etanol/agua (1:1, v/v)), obteniéndose porcentajes de
extracción similares a los descritos en la bibliografía utilizando disolventes de gran
poder extractor pero elevada toxicidad, como por ejemplo el metanol.
Con el fin de optimizar el proceso de extracción de compuestos bioactivos a
partir del orujo de almazara se aplicó la metodología de superficie de respuesta (RSM),
utilizando como variables la potencia de US, el ratio disolvente/soluto y el tiempo de
extracción. Todas las experiencias se llevaron a cabo a una temperatura controlada de
20 °C, utilizando una mezcla etanol:agua (1:1, v/v) como disolvente.
Se utilizó un diseño tipo Box-Behnken (BBD) para evaluar el efecto de las
variables independientes mencionadas: potencia de ultrasonidos (X1 = 175 - 375 W/L),
grado de ratio disolvente/soluto (X2 = 5 - 25 mL/g) y tiempo de extracción (X3 = 27 - 3
min).
Los datos experimentales obtenidos, mediante el BBD, relativos a la extracción
de compuestos fenólicos (FT), así como los correspondientes a la capacidad antioxidante de los extractos, determinada mediante las técnicas CUPRAC, y FRAP, se
ajustaron de forma significativa a u n modelo lineal (p < 0,05), capaz de explicar
satisfactoriamente el comportamiento del sistema y de predecir las respuestas en el
dominio experimental considerado. Por otra parte, para la capacidad antioxidante
evaluada mediante la técnica ABTS, los datos experimentales obtenidos se ajustaron de
forma significativa (p < 0,05) a un modelo cuadrático.
Las condiciones experimentales, resultantes de la aplicación de la RSM, que
permitieron obtener el máximo rendimiento en FT, así como extractos de orujo de
almazara que exhibieran la mayor capacidad antioxidante, fueron los siguientes: 375
W/L de potencia ultrasónica, 25 mL/g en la relación disolvente/soluto y un tiempo de
extracción de 27 min.
La metodología establecida para la extracción de compuestos bioactivos a partir
de orujo de almazara, mediante asistencia ultrasónica, permite la extracción de
compuestos termolábiles a baja temperatura, utilizando un disolvente no tóxico y con un
tiempo de extracción significativamente menor que el utilizado en los procesos de
extracción convencional realizados con agitación mecánica.
Globalmente, el trabajo realizado durante la elaboración de esta Tesis Doctoral
ha querido contribuir y apoyar, dentro de nuestras posibilidades, al sector oleícola de las
Islas Baleares, y en particular a los productores y elaboradores de aceite de la Isla de
Mallorca, mediante la caracterización del aceite de oliva procedente de las tres
variedades autorizadas por la DO 'Oli de Mallorca' (arbequina, picual y empeltre) en
función del grado de madurez de la aceituna y de los factores agroclimáticos propios de
los olivares de Mallorca. Además, se ha puesto a disposición de los productores
adscritos a la DO "Oli de Mallorca", la nueva metodología de conservación del aceite
de oliva, que permite el almacenamiento a baja temperatura preservando las propiedades
físico-químicas y sensoriales del aceite, reduciendo de forma significativa, el proceso de
cristalización de los triglicéridos. Finalmente, se ha intentado aportar un procedimiento,
basado en la aplicación de los US de potencia, que permita el aprovechamiento de los
residuos de almazara, contribuyendo de esta forma a la revalorización del producto.
[cat] El sector agroalimentari s'ha dedicat, des de sempre, a l 'obtenció de productes
lligats a la terra seguint els costums i les tradicions que li són pròpies. En aquest sentit,
l'elaboració de l'oli d'oliva és un clar exemple d'aquest tipus de productes. Les millores
tecnològiques conjuntament amb els esforços de les persones implicades, cada vegada
més qualificades, així com el control i la difusió dels Consells Reguladors de les
Denominacions d'Origen han donat com a resultat una important millora en la qualitat
de l'oli d'oliva que es comercialitza com oli d'oliva verge extra.
En aquest context, el present treball s'han proposat diversos objectius. En una
primera etapa es va procedir a avaluar la influencia de la varietat i del grau de maduresa
de les olives, així com dels efectes agro-climàtics de sòl, clima i paisatge, sobre la
qualitat de l'oli d'oliva verge extra. En una segona etapa, l'objectiu va ser el d'estudiar
noves estratègies que permetin la millora del procés de conservació de l'oli d'oliva. Per a
això es van determinar els efectes de la temperatura, l'absència de llum i la utilització
d'una atmosfera modificada sobre la qualitat de l'oli d'oliva. A més, com a proposta
innovadora, també es va avaluar l'efecte de l'eliminació parcial o total de l'oxigen
present dintre de la matriu de l'oli d'oliva mitjançant l'aplicació d'ultrasons (US) de
potencia. Finalment, la tercera i darrera línia de treball, es va centrar en avaluar el
possible aprofitament dels subproductes de la industria oleícola, com a font de composts
bioactius. En concret, es va estudiar l'aplicació d'US de potencia com a mecanisme per
afavorir l'extracció de compostos antioxidants a p artir de la piyolada. El procés
d'extracció es va dur a terme a baixa temperatura i utilitzant un d issolvent no tòxic,
potenciant d'aquesta forma el possible ús alimentari dels extractes com a i ngredients
funcionals.
En la primera fase del treball, es van considerar les varietats d'oliva autoritzades
per la DO " Oli de Mallorca" (arbequina , picual i empeltre) recollides manualment en
diferents estats de maduresa: verd (oliva totalment verda), semi madura (oliva meitat
verd, meitat morada) i madura (oliva totalment morada). Els olis es van elaborar
mitjançant el sistema Abencor, i, posteriorment, es van analitzar els principals
paràmetres fisicoquímics de qualitat: grau d'acidesa (GA), índex de peròxids (IP) i
coeficients d'extinció K2 3 2 i K2 7 0 , a més d'analitzar el perfil de àcids grassos , el perfil
fenòlic i el contingut en fenòlics totals (FT), la capacitat antioxidant, l'estabilitat
oxidativa, i les coordenades de color dins de l'espai CIELAB. Finalment, i per acabar de definir la qualitat global de l'oli d'oliva també es va dur a terme l'anàlisi sensorial de
totes les mostres. Mitjançant l'aplicació d'una anàlisi multivariable dels diferents
paràmetres analitzats es va poder visualitzar la importancia tant de l'efecte varietal com
de l'estat de maduresa de l'oliva, sobre les propietats fisicoquímiques i organolèptiques
de l'oli d'oliva.
Tots els olis analitzats, considerant els paràmetres de qualitat que defineixen la
categoria de l'oli d'oliva, independentment del grau de maduresa de les olives de
procedencia, es van classificar dintre de la categoria verge extra (d'acord amb el
Reglament CEE 2568/91). Malgrat això, en general els paràmetres GA i K2 7 0 van
augmentar a mesura que el grau de maduresa de les olives augmentava. En quant al
perfil d' àcids grassos dels diferents olis analitzats, per a una mateixa varietat d'oliva, no
es van observar diferencies significatives (p < 0,05) en els percentatges d'àcids grassos
com l'oleic , l'esteàric , el linolènic i l' araquídico presents en els olis obtinguts a partir
d'olives de diferent grau de maduració. En canvi, si hi va haver importants diferencies
varietals, sent l'oli d'oliva de la varietat picual el que va exhibir els percentatges més
elevats d'àcid oleic (~ 79%), seguit de l'oli de la varietat arbequina (~ 67%) i de la
varietat empeltre (~ 65%). No obstant, per als olis de les diferents varietats analitzades,
sí que es va apreciar una lleugera però significativa disminució del percentatge d'àcid
palmític, durant el procés de maduració de les olives. En canvi, l'àcid linoleic, va
presentar una tendència inversa al palmític, incrementant lleugerament el seu
percentatge a m esura que l'oli d'oliva provenia d'olives més madures. Com a r esultat
d'aquests canvis en la composició d'àcids grassos, es va detectar un lleuger descens en la
relació entre àcids grassos mono- i poli - insaturats (MUFA/PUFA ) per a totes les
varietats d'oli d'oliva analitzades.
Pel que fa als valors dels FT, capacitat antioxidant (analitzada mitjançant les
tècniques CUPRAC, ABTS i FRAP) i l'estabilitat oxidativa, es van observar com, per a
les varietats arbequina i picual, aquests paràmetres presentaren valors màxims en olis
elaborats a p artir d'olives semimadures. En canvi, per a la varietat empeltre, es va
observar una disminució del contingut en FT, així com de la capacitat antioxidant i de
l'estabilitat oxidativa mesura que va augmentar el grau de maduresa de les olives. Les
varietats estudiades es van caracteritzar per una elevada presència de compostos
fenòlics, en particular oleuropeïna aglicona, luteolina aglicona, oleuropeïna i
10 pinoresinol, essent en general, la varietat empeltre la que presenta els valors més elevats
d'aquests compostos, independentment del grau de maduresa de les olives.
D'altra banda, l'anàlisi sensorial va mostrar com els atributs fruitat d'oliva,
amarg i picant foren els més caracteristics dels olis de les varietats arbequina i picual,
mentre que per a la varietat empeltre, l'atribut amarg va ser el més representatiu,
concretament per a l'oli procedent d'olives semimadures. En general, no s'observaren
diferències significatives (p < 0,05) entre el diferents atributs positius a mesura que va
augmentar el grau de maduresa de les olives. També és interessant destacar el fet que no
es detectés cap defecte en cap dels olis analitzats.
Els tres tipus d'olis d'oliva elaborats a partir de les varietats arbequina, picual i
empeltre es van distribuir en tres grups diferenciats, com a r esultat de l'aplicació de
l'anàlisi de components principals (ACP) sobre les caracteristiques fisicoquimiques i
sensorials dels diferents olis. Mitjançant el CP1, correlacionat positivament amb
l'atribut positiu de dolç i de forma negativa amb els FT, els atributs fruitat d'oliva,
picant i astringent i la coordenada de color a*, va poder explicar el 45,8 % de la
variabilitat total. Per la seva banda el CP2, representant un 19,8 % d'aquesta variabilitat,
quedà definit positivament pel GA i pel paràmetre K2 3 2 i negativament per l'estabilitat
oxidativa i la relació MUFA/PUFA. Addicionalment, gràcies al tercer component
principal (CP3) va permetre recollir un altre 12,8% de la variabilitat total de la base de
dades dels olis d'oliva objecte d'estudi, presentant una correlació negativa amb les
variables de capacitat antioxidant (ABTS) i els FT, i una correlació positiva amb l'IP,
les coordenades de color L* i b*, i el paràmetre C*. Globalment, els resultats indiquen
que l'elaboració de l'oli d'oliva procedent d'olives semimadures sembla ser la més
idònia, ja que en ella s'arriba a un major equilibri entre els diferents paràmetres que
defineixen la qualitat de l'oli d'oliva.
En aquesta primera etapa, també es va avaluar l'efecte que exerceixen les
caracteristiques agroclimàtiques de l'olivarà sobre la qualitat de l'oli d'oliva. En aquest
estudi, es van considerar 3 oliverars d'edat similar, situats en diferents punts de l'Illa de
Mallorca, en els quals predomina la varietat d'oliva arbequina. En cada un d'ells es van
prendre mostres d'oliva en diferents estats de maduresa, aixi com mostres de sòl, i es
van registrar les condicions climàtiques i de paisatge. Mitjançant l'aplicació d'una anàlisi multivarible, els tres primers components
principals resultants de l'aplicació de ACP identificaren conjuntament els diferents trets
diferenciadors dels oliverars en base a les seves condicions agroclimàtiques, explicant el
71% de la variància total dels paràmetres analitzats. Els resultats van indicar que els olis
d'oliva elaborats a partir d'oliverars menys plujosos i de major elevació sobre el nivell
del mar van ser els que presentaren el contingut més alt en FT, major capacitat
antioxidant i major estabilitat davant l'oxidació. En canvi, per a un mateix oliverarmostra
no es van observar diferències significatives (p > 0,05) entre els olis elaborats
amb olives en diferent estat de maduresa.
Com a r esultat d'aquesta primera fase de la investigació s'ha proposat una
metodologia capaç de diferenciar entre olis d'oliva, elaborats a p artir d'una mateixa
varietat d'oliva, en funció de les caracteristiques fisicoquimiques dels olis i dels atributs
agroclimàtiques de la zona, sense incloure-hi el factor humà .
Dins la segona etapa d'aquest treball, es van avaluar diferents estratègies per a la
conservació de l'oli d'oliva basades en la utilització d'una atmosfera inert, absència de
llum i b aixa temperatura, a més d'incorporar una nova tècnica, innovadora en aquest
camp, basada en l'aplicació d'un pretractament amb US de potència, per tal de desplaçar
l'oxigen dissolt en la matriu de l'oli d'oliva i aixi minimitzar, encara més les reaccions
d'oxidació.
Aquest estudi es va dur a terme amb dos tipus d'oli d'oliva verge extra, un primer
oli caracteritzat pel seu baix GA (0,15% àcid oleic), procedent de la varietat arbequina,
i un segon tipus, procedent de la varietat empeltre, caracteritzat per un GA relativament
elevat (0,74% àcid oleic), el qual es troba pròxim al limit legislat per a la categoria
verge extra. En l'estudi es van determinar els principals paràmetres de qualitat definits
en el Reglament CEE 2568/91, (GA, IP i els coeficients d'extinció K232 i K270) , aixi
com el perfil d'àcids grassos, el contingut en fenols totals, l'estabilitat oxidativa, aixi
com un exhaustiu anàlisi organolèptic tant dels atributs positius, com dels possibles
atributs negatius, durant un periode de conservació de 16 mesos.
Abans d'iniciar l'estudi de conservació, es va comprovar, a partir de l'anàlisi
inicial de les mostres pretractades amb US de potència, com aquest tractament no va
modificar de manera significativa les propietats fisicoquimiques i sensorials de l'oli d'oliva, la qual cosa va permetre la incorporació de les mostres tractades amb aquesta
nova metodologia a l'estudi de conservació .
A partir de l'estudi basat en el seguiment dels diferents paràmetres fisicoquimics
i sensorials de les mostres, durant un periode de conservació de 16 mesos, es va poder
observar com en el fet de treballar amb un oli d'oliva amb valors inicials corresponents
als paràmetres de qualitat molt per sota dels limits establerts per a l a categoria verge
extra (en particular un baix grau d'acidesa: 0,1-0,2 % àcid oleic), el fet de conservar l'oli
d'oliva en condicions que minimitzin les reaccions d'oxidació (atmosfera inert, absència
de llum, baixa temperatura i/o mitjancant un pretractament amb US de potència) no va
tenir efectes significatius sobre la qualitat del mateix, durant almenys un periode de 16
mesos .
Malgrat això, quan l'oli d'oliva verge extra des d'un principi no es de tan bona
qualitat (valors dels paràmetres de qualitat, sobretot del grau d'acidesa, pròxim la limit
establert per aquesta categoria), les metodologies de conservació en atmosfera inert o en
absència de llum no van ser eficaces per al manteniment de la qualitat de l'oli d'oliva
com verge extra, més enllà dels quatre mesos d'emmagatzematge. En aquest cas, només
la conservació a baixa temperatura (amb i sense pretractament amb US) va aconseguir
que l'oli d'oliva es mantingués dins de la categoria verge extra, almenys fins als 12
mesos.
També és interessant destacar, que en el cas de les mostres emmagatzemades a
baixa temperatura amb i sense pretractament amb US, les mostres en les quals s'havia
fet un pretractament amb polsos ultrasònics presentaren, al final del periode
d'emmagatzematge, uns valors inferiors per a l'index de peròxids, una major estabilitat
oxidativa, aixi com una major intensitat de l'atribut fruitat d'oliva.
A més, la conservació de l'oli d'oliva a baixa temperatura implica la
cristal-lització dels triglicèrids, fet que va en detriment de la qualitat del mateix. En els
estudis de conservació, duts a terme amb les varietats arbequina i empeltre, es va
observar com les mostres pretractades amb US de potència i emmagatzemades a baixa
temperatura, van presentar un menor grau de cristal- lització dels triglicèrids, al llarg del
periode de conservació. Aquest descobriment, de clar interès industrial, va donar lloc a
l'obtenció d'una patent (P25827ES00) per tal de protegir la propietat intel-lectual
d'aquesta nova metodologia. Finalment, dins la darrera fase de la present tesi doctoral, es va avaluar el procés
d'obtenció d'extractes, amb un alt contingut en compostos fenòlics i elevada capacitat
antioxidant, a partir de la pinyolada, residu sòlid procedent de obtenció de l'oli d'oliva.
La metodologia aplicada per a l'extracció es basà en l'aplicació US de potència amb la
finalitat de millorar l'eficàcia del procés .
En un estudi inicial es va comprovar com un augment de la potència d'US,
aplicat mitjançant una sonda d'ultrasons, provocava un augment significatiu del
contingut en compostos fenòlics extrets a p artir de la pinyolada, utilitzant com a
dissolvent una solució etanol:aigua (1:1 , v/v) , amb una relació dissolvent/solut de 15/1
(mL/g), un temps d'extracció de 15 min i una temperatura controlada de 20 ° C.
És interessant remarcar que l'aplicació dels US de potència va permetre la
utilització d'una barreja de dissolvents d'extracció no tòxics i aptes per al seu ûs en la
industria alimentària, obtenint percentatges d'extracció semblants als descrits en la
bibliografia utilitzant dissolvents de gran poder extractor, però elevada toxicitat, com el
metanol.
Per tal d'optimitzar el procés d'extracció de compostos bioactius a partir d'aquest
subproducte de tafona es va aplicar la metodologia de superficie de resposta (RSM),
utilitzant com a variables la potència d'US, la relació dissolvent/solut i el temps
d'extracció. Totes les experiències es van dur a terme a una temperatura controlada de
20 ° C , utilitzant una barreja etanol:aigua (1:1, v/v) com a dissolvent.
Es va aplicar un disseny tipus Box-Behnken ( BBD ) per avaluar l'efecte de les
variables independents esmentades: potència d'ultrasons ( X1 = 175-375 W / L), grau de
dilució dissolvent/solut (X2 = 5-25 mL/g) i temps d'extracció ( X3 = 3-27 min) .
Les dades experimentals obtingudes, mitjançant el BBD, relatives a l'extracció
de compostos fenòlics (FT) , aixi com les corresponents a la capacitat antioxidant dels
extractes, determinada mitjançant les tècniques CUPRAC i FRAP, es van ajustar de
forma significativa amb un model lineal (p < 0,05), capaç d'explicar satisfactòriament el
comportament del sistema i de preveure les respostes dins del domini experimental
considerat. D'altra banda, per a la capacitat antioxidant avaluada mitjançant la tècnica
ABTS, els valors experimentals obtinguts es van ajustar de forma significativa (p <
0,05) a un model quadràtic. Les condicions experimentáis, extretes de l'aplicació de la RSM, que
maximitzaren el rendiment d'extracció de composts fenólics, així com d'extractes que
exhibissin la major capacitat antioxidant a partir de la pinyolada, van ser els següents:
375 W/L de potencia ultrasònica , 25 ml/g en la relació dissolvent/solut i un temps
d'extracció de 27 min .
La metodologia establerta per a l'extracció de compostos bioactius a partir de la
residu sòlid de tafona, mitjançant assistència d'US de potencia, permet l'extracció de
compostos termolàbils a baixa temperatura, utilitzant un dissolvent no tòxic i amb un
temps d'extracció significativament menor que l'utilitzat en processos de extracció
convencional realitzats amb agitació mecànica .
Globalment, el treball realitzat durant l'elaboració d'aquesta Tesi Doctoral ha
volgut contribuir i donar suport, dintre de les nostres possibilitats, al sector oleícola de
les Illes Balears, i en particular als productors i elaboradors d'oli de l'illa de Mallorca,
mitjançant la caracterització de l'oli d'oliva procedent de les tres varietats autoritzades
per la DO "Oli de Mallorca" (arbequina, picual i empeltre) en funció del grau de
maduresa de l'oliva i dels factors agroclimàtiques propis dels olivaras de Mallorca. A
més, s'ha posat a disposició dels productors adscrits a la DO "Oli de Mallorca", la nova
metodologia de conservació de l'oli d'oliva, que permet l'emmagatzematge a baixa
temperatura preservant les propietats fisicoquímiques i sensorials de l'oli, i reduint, de
manera significativa, el procès de cristal-lització dels triglicèrids. Finalment, s'ha
intentat aportar un procediment, basat en l'aplicació dels US de potència, que permeti
l'aprofitament dels residus d'aquesta industria, contribuint d'aquesta manera a la
revalorització del producte.
[eng] Historically, the food-processing sector has been focused on the development of
products linked to the land, following their own customs and traditions. In this sense,
the elaboration of the olive oil is a clear example of such products. The technological
improvements, together with the efforts of the implied people, increasingly qualified, as
well as the control and the diffusion of the Regulatory Councils of the Appellation of
Origin (AO) have achieved an important improvement of the overall quality of the olive
oil commercialized as extra virgin olive oil.
In this context, the present work has different objectives. Thus, on a first stage, the
aim was to evaluate the influence of the olive's variety and ripening degree, as well as
the influence of the agroclimatic conditions, including soil, climate and landscape, on
the quality of the extra virgin olive oil. On a second stage, the objective was to develop
new strategies in order to maintain the quality of the olive oil during the conservation
process. Thus, the effects of different parameters such as low temperature, darkness and
modified atmospheres on the quality of the olive oil were determined. In addition, as
part of an innovative strategy, the effect of the partial or total elimination of the oxygen
from the olive oil counterfoil by means of the application of power ultrasounds (US)
was evaluated. Finally, the third objective was focused on the evaluation of the possible
revalorization of by-products from olive oil mill waste, as a s ource of bioactive
compounds. In particular, the application of power US to improve the extraction process
of antioxidant compounds from the olive oil mill waste was investigated. The extraction
process was carried out using a non-toxic solvent and at low temperature, promoting the
possible use of the extracts as functional ingredients.
In the first phase of this work, the olive varieties authorized by the AOP "Oli de
Mallorca" (arbequina, picual and empeltre), gathered manually at different states of
maturity: green (green olives), in "envero" (half green and half purple olives) and
mature (completely purple olive), were considered. The different oils were elaborated
using the Abencor system, and the main physicochemical parameters were analyzed:
free acidity (GA), peroxide index (IP) and extinction coefficients K2 3 2 and K2 7 (0
Moreover, the fatty acids profile, the total phenolic content (FT) and the phenolic
profile, the antioxidant capacity, the oxidative stability, and the color coordinates
(CieLab*) were also determined. Finally, in order to assess the global quality of the
olive oil, a sensory analysis was also carried out. By means of a multivariable analysis including all the analyzed parameters, the relative importance and the influence of, both,
the olive variety as well as its maturity state, on the physicochemical and sensory
properties of the olive oils could be established.
All the oils analyzed, considering the quality parameters that define the olive oil
category, regardless of the maturity of the olives, were classified within the category of
extra virgin (according to EEC Regulation 2568/91). However, the parameters GA and
K270 underwent a slight increase as the maturity of the olives augmented. Regarding
the fatty acids profile of the different oils analyzed, for the same olive variety, there
were significant differences (p < 0.05) in the percentage of fatty acids such as oleic,
stearic, linolenic and arachidic acids, present in the oils obtained from olives at different
stages of maturation. In addition, there were important varietal differences, the picual
olive oil exhibited the highest percentage of oleic acid (~ 79 % ), followed by arbequina
(~ 67 %) and empeltre (~ 65 %) varieties. Also, for oils of the same variety, a slight but
significant decrease in the percentages of palmitic acid was observed during the
maturation process of the olives. In contrast, the linoleic acid, presented a reverse trend,
increasing slightly as the olive oil was produced from riper olives. As a result of these
changes in the fatty acid profile, a s mall but significant decrease was detected in the
relationship between mono- and poly- unsaturated (MUFA/PUFA) fatty acids for all the
olive oil samples.
Regarding to the results of FT, antioxidant capacity (analyzed by means of the
CUPRAC, ABTS and FRAP methods) and the oxidative stability, the arbequina and
picual varieties exhibited the maximum values for oils elaborated from olives in the
"envero" ripening stage. However, the empeltre variety, showed a decrease on FT
content, as well as on the antioxidant capacity and oxidative stability, as the olives
ripening degree increased. All the studied varieties were characterized by a large
presence of phenolic compounds, in particular, oleuropein aglycone, luteolin aglycone,
oleuropein and pinoresinol, being, in general, the empeltre variety, the one that
presented the highest values, regardless the olives ripening degree.
On the other hand, the sensory analysis showed as the fruity, bitter and piquant
attributes were the most characteristics for the oils from arbequina and picual varieties,
whereas for the empeltre variety, the bitter attribute was the most representative,
especially in the oil produced from olives in "envero". In general, no significant
differences (p < 0.05) were observed for the different positive attributes as the olive ripening degree increased. It is also interesting to highlight that no defects were detected
in any of the analyzed oils.
The three types of olive oils elaborated from arbequina, picual and empeltre
varieties were distributed in three differentiated groups, as a result of the application of
the principal components analysis (ACP) on the physicochemical and sensory
characteristics of the different oils. By means of the CP1, correlated positively with the
sweet attribute and negatively with the FT, the fruity, piquant and astringent attributes,
and the a* color coordinate, it could be explained the 45.8 % of the total variability. The
CP2, representing 19.8 % of the above mentioned variability, was defined positively by
the GA and the K2 3 2 parameter and, negatively by the oxidative stability and the ratio
MUFA/PUFA. In addition, the third principal component (CP3) could explain another
12.8 % of the total database variability of the studied oils, presenting a negative
correlation with the antioxidant capacity (ABTS) and the FT variables and a positive
correlation with the IP, the color coordinates L* and b* and the color parameter C*.
Globally, these results indicate that the olives should be picked at the "envero" ripening
stage, since a better balance among the different quality parameters is achieved.
At this first stage, the effect of the agroclimatic characteristics of the olive cultivar
on the olive oil was also evaluated. For this study, three different olive cultivars of
similar age, placed in different locations of Majorca Island, in which the arbequina
variety was predominant, were considered. For each cultivar, olive samples were
collected at different ripening stage, and, also, soil samples were taken. Finally, the
climatic and landscape conditions were also registered.
By means of multivariable analysis, the three principal components, resulting
from ACP's application, identified together the different standards of behavior of the
olive cultivars on the basis of its agroclimatic conditions, explaining 71 % of the total
variance of the analyzed parameters. The results indicated that olive oils elaborated
from olives from cultivars with little rain and relatively high elevation over the sea
level, were those which presented the highest FT content, antioxidant capacity and
oxidation stability. On the other hand, for the same cultivar, no significant differences
(p > 0.05) between the oils elaborated with olives at different ripening degrees were
observed.
As a r esult of this first phase, a methodology was proposed, being capable to
differentiate between olive oils elaborated from the same olive variety, with different geographical origin, depending on the oil physicochemical characteristics and on the
agro-climatic attributes of each geographical zone (excluding the human factor).
At the second stage of this research, different strategies were evaluated in order to
improve the conservation process of olive oil. These strategies were based on: the
utilization of an inert atmosphere, the absence of light and the use of low temperature.
Moreover, a n ew strategy, innovative in this field, based on the application of a
pretreatment with US power to remove the oxygen dissolved in the olive oil counterfoil
was also considered.
This study was carried out with two types of extra virgin olive oil. The first oil
was characterized by its low acidity degree (0.15 % oleic acid), produced from the
arbequina variety; and the second one, produced from empeltre variety and
characterized by a relatively high acidity degree (0.74 % oleic acid), close to the limit
established for the extra virgin category. In this study, the main quality parameters
defined on the European Regulation CEE 2568/91 (GA, IP and the extinction
coefficients K232 and K270), as well as the fatty acids profile, the total phenols content
and the oxidative stability were monitored for 16 months. Also, a co mplete sensory
analysis, for both positive and negative attributes, was also carried out during a
conservation period of 16 months.
Previous to the conservation study, it was verified, from the initial analysis of the
samples pretreated with power US, that this treatment did not significantly modify the
physicochemical and/or sensory properties of the olive oil. This fact allowed the
incorporation of the samples, treated with this new methodology, within the
conservation study.
From the study based on the characterization of the physicochemical and sensory
parameters of the samples during a conservation period of 16 months, it could be
observed that, when considering an olive oil with initial values for the quality
parameters far below the established limits for the extra virgin olive oil (i.e. with a low
acidity degree of 0.1-0.2 % oleic acid), the different strategies used for preserving olive
oil by minimizing the oxidation reactions (inert atmosphere, absence of light, low
temperature and/or by applying a US of power pretreatment) did not show significant
effects on the oil quality during at least a period of 16 months. On the contrary, when the initial extra virgin olive oil was of lower quality (with
quality parameter values, in particular the GA value close to the limit for this category),
the methods of preservation based on the use of an inert atmosphere or the absence of
light were not effective in maintaining the quality of extra virgin olive oil beyond four
months of storage. In fact, only the strategies based on the application of low
temperature (with and without US pretreatment) maintained the extra virgin category
for at least a conservation period of 12 months.
It is also interesting to emphasize that in the case of the samples stored at low
temperature, with and without US pretreatment, the samples pretreated with ultrasonic
pulses presented, at the end of the storage period, lower values for the peroxide index, a
higher oxidative stability and higher intensity for the fruity attribute.
It is well known that the conservation of the olive oil at low temperature implies
the appearance of a cr ystallization process of the triglycerides, reducing the overall
quality of the olive oil. In this study, carried out with arbequina and empeltre varieties,
samples pretreated by US power and stored at low temperature, presented a significant
reduction of the crystallization process during the storage period. This discovery, of
clear industrial interest, gave place to a patent (P25827ES00), in order to protect the
intellectual property of this new methodology.
Finally, in the third and last phase of the present doctoral thesis, the extraction
process of olive oil mill waste extracts, with a high phenolic content and elevated
antioxidant capacity, was evaluated. The methodology applied for the extraction was
based on the application of power US with the aim of improving the process efficiency.
In an initial study, it was observed that an increase on the power of the US probe
promoted a significant increase on the phenolic content extracted from the olive oil mill
waste, using a solution of ethanol:water (1:1, v/v), with a dissolvent/solute ratio of 15/1
(mL/g), an extraction time of 15 min and a temperature of 20 °C.
It is interesting to note that the application of the power US allowed the utilization
of non-toxic and suitable solvents for the food processing industry, such as an
ethanol/water mix (1:1, v/v)), obtaining similar extraction percentages to those
described in the bibliography using solvents with a high extractor power but also with
high toxicity, as for example, methanol. In order to optimize the extraction process of bioactive compounds proceeding
from olive oil mill waste, the response surface methodology (RSM) technique was
applied, using as independent variables: the power of the US probe, the solvent/solute
ratio and the extraction time. All the experiences were carried out at a c ontrolled
temperature of 20 °C, using a mixture of ethanol:water (1: 1, v/v) as a solvent.
A Box-Behnken design (BBD) was used to evaluate the effect of the independent
variables: power of US (X1 = 175 - 375 W/L), solvent/solute ratio (X2 = 5 - 25 mL/g)
and extraction time (X3 = 3 - 27 min).
The information obtained by means of the BBD, relative to the extraction of
phenolic compounds (FT), as well as the antioxidant capacity of the extracts, measured
with the methods CUPRAC and FRAP, could be adjusted to a linear model (p < 0.05),
and was capable to explain satisfactorily the system behavior and to predict the answers
in the experimental domain considered. On the other hand, the antioxidant capacity
evaluated by means of the ABTS method, could be significantly adjusted (p < 0.05) to a
quadratic model.
The experimental conditions, resulting from the RSM application, that allowed to
obtain the maximum FT yield, as well as extracts from olive oil mill waste that
exhibited the highest antioxidant capacity, were the following: 375 W/L of ultrasonic
power, 25 mL/g in the solvent/solute ratio and extraction time of 27 min.
The methodology established for the extraction of bioactive compounds from
olive oil mill waste, with ultrasonic assistance, allowed the extraction of thermo labile
compounds at low temperature, using a non-toxic solvent and with a minimum
extraction time, significantly lower to that used in conventional extraction processes
with mechanical stirring.
Globally, the research carried out for this Doctoral Thesis pretended to contribute
and to support, inside our possibilities, the olive oil sector of the Balearic Islands, and in
particular, the olive oil producers from the Majorca Island, by means of the
characterization of the olive oil proceeding from the three authorized varieties by the
AOP "Oli de Mallorca" (arbequina, picual and empeltre), depending on the olive
ripening degree and on the agroclimatic factors from Majorca olive cultivars. In
addition, a new methodology of olive oil conservation, which allows the storage at low
temperature, preserving the physicochemical and sensory properties and reducing significantly the crystallization process of the triglycerides, have been placed at the
disposal of the producers assigned to the AOP "Oli de Mallorca". Finally, a procedure
based on the application of US, which allows the utilization of the olive oil mill waste,
contributing in this way, to take advantage of the product, has also been included in this
work.