Kitabı oku: «Obtención de aceites de orujo de oliva. INAK0109»

Capítulo 1

Proceso de obtención de aceites de orujo de oliva

1. Introducción

El proceso de molturación de las aceitunas para la elaboración de aceite de oliva virgen da como resultado un subproducto sólido conocido como orujo, del cual se puede extraer el aceite residual. Se van a ver los distintos tratamientos físicos y químicos que se pueden realizar.

Según el tipo de proceso de centrifugación de la pasta de aceituna, se van a poder distinguir los diferentes orujos resultantes así como las características determinadas de cada tipo. También, el diseño y los equipos que se van a utilizar, así como establecer los valores de los parámetros de procesado (temperatura, presión, tiempo, etc.).

Se van a estudiar las distintas operaciones que se llevan a cabo para la obtención de aceite de orujo, que van desde el secado, la extracción de la materia grasa residual con hexano o la recuperación del disolvente del aceite y del orujo mediante destilación y evaporación.

Asimismo, se conocerá el resultado final del procesamiento en una orujera, que es la producción tanto de aceite de orujo (no comestible), el cual es necesario llevar a refinación para que sea apto para el consumo, como hueso de aceituna y orujillo (orujo extractado), que se emplea como combustible o alimentación animal.

2. Fundamentos. Materia prima utilizada para la obtención de aceites de orujo

El aceite de orujo procede del hueso y de la pulpa de la masa de aceituna después de molerse y extraerle el aceite de oliva en la almazara.

Además, contiene una pequeña proporción de agua, la cual favorece la hidrólisis de los triglicéridos (ácidos grasos), es decir, el agua tiende a romper la molécula de estos ácidos grasos disminuyendo su número, por lo que se produce el enranciamiento del aceite, ya que son antioxidantes. La enzima responsable de este proceso es la lipasa contenida en las aceitunas o de los microorganismos que proliferan en el orujo.

Esto aumenta la acidez del aceite y el contenido de aldehídos y cetonas (indicadores de oxidación), lo que disminuye la calidad del aceite obtenido, por lo que es necesaria la refinación del aceite de orujo bruto para poder consumirlo.

Nota

Los aldehídos y las cetonas son compuestos orgánicos con un grupo carbonilo en su estructura. Este grupo carbonilo los convierte en polares, es decir, completamente solubles en agua.

Según los reglamentos CEE 356/92 y (CE) 1513/2001, los tipos de aceites de orujo de oliva se definen como:

1 Aceite de orujo de oliva crudo: aceite obtenido a partir de orujo de oliva mediante tratamiento con disolvente o por medios físicos, o lo que corresponda, con excepción de algunas características determinadas, a un aceite de oliva lampante; con exclusión de los aceites obtenidos por procedimientos de reesterificación y de cualquier mezcla con aceites de otra naturaleza y cuyas otras características son conformes a las establecidas para esta categoría. Nota: la reesterificación se produce cuando los ácidos grasos de un aceite pueden ser reutilizados para formar nuevos triglicéridos (ácidos grasos).

2 Aceite de orujo de oliva refinado: aceite obtenido mediante refino de aceite de orujo de oliva crudo cuya acidez libre, expresada en ácido oleico, no podrá ser superior a 0,3 g por 100 g y cuyas otras características son conformes a las establecidas para esta categoría.

3 Aceite de orujo de oliva: aceite constituido por una mezcla de aceite de orujo de oliva refinado y de aceites de oliva vírgenes distintos del lampante cuya acidez libre, expresada en ácido oleico, no podrá ser superior a 1 g por 100 g y cuyas otras características son conformes a las establecidas para esta categoría.

Nota

Para determinar la categoría de los aceites de orujo de oliva se tiene en cuenta la acidez, como cantidad de ácido oleico, y las características organolépticas.

Tanto los aceites de orujo como los de oliva tienen un alto contenido en ácido oleico (ácido graso monoinsaturado) y bajo en ácidos grasos saturados.

Además, contienen una pequeña proporción (0,5-1%) de componentes secundarios, tales como esteroles, tocoferoles, clorofilas, ceras, pigmentos, fosfolípidos, entre otros.

Los orujos son un subproducto que se genera en cantidades elevadas en las almazaras durante la elaboración del aceite de oliva. Hasta hace relativamente poco tiempo era considerado como un residuo por los almazareros, pero no se le debe llamar residuo, ya que tiene un valor añadido si se le sabe dar un uso adecuado.

Actividades

1. Hacer un esquema de la clasificación de los aceites de oliva.

2. ¿Qué propiedades dan al aceite los componentes secundarios?

2.1. Materia prima utilizada para la obtención de aceites de orujo

El orujo es un producto sólido o semisólido formado por la pulpa y los huesos de las aceitunas una vez que se ha extraído el aceite de oliva de las mismas mediante procedimientos físicos o mecánicos. La composición de las aceitunas, en valores medios, es la siguiente:

1 Aceite: 18-28%.

2 Agua de vegetación: 40-50%.

3 Hueso y materia vegetal (orujo): 30-35%.

Los métodos que se emplean para la extracción del aceite de oliva dan lugar a orujos distintos, y son: prensado, sistema de tres fases y sistema de dos fases.

Nota

El proceso consiste en hacer girar la pasta a gran velocidad para conseguir la separación, por diferencia de densidad, de las distintas fases. En el prensado se introducen capas de pasta de aceituna separadas por capachos, y al aplicarle presión se extrae el aceite de oliva.

Mediante las prensas y la centrifugación en tres fases se obtiene a la salida, por cada 100 kg de aceituna molturada:

1 El aceite de oliva: que representa el 20% del peso de aceituna molturada.

2 La fase sólida, el orujo: es un 30% en peso con un 3% de aceite.

3 La fase acuosa, el alpechín: que es el agua de vegetación del fruto, en un 50%.

En cambio, con el sistema de dos fases se obtienen cantidades muy diferentes, ya que a la salida del decánter solo lo hace el aceite y el orujo, el cual contiene un 2,5% de aceite.

Características de la materia prima

Existen diferencias entre los orujos que se obtienen de la aceituna, y eso se debe a los cambios tecnológicos que se han producido en la extracción del aceite de oliva virgen extra en los últimos años. Esto da lugar a diferencias en sus características —como viene recogido en la siguiente tabla, en la que aparece el porcentaje de humedad y la cantidad de aceite (residuo graso) según el sistema de extracción de aceite de oliva utilizado—.

El abandono del sistema tradicional de prensas y el de tres fases se ha debido al coste de la mano de obra y al problema de producción de alpechines (efluente formado por agua de vegetación de la aceituna y la utilizada en la centrifugación).

En la actualidad, la mayoría de las almazaras utilizan la centrifugación en dos fases, por lo que se obtiene un orujo con una humedad máxima de hasta el 70% llamado alpeorujo.

El alpeorujo es el subproducto que se obtiene de la molienda y la extracción del aceite de oliva, el cual está formado por el hueso, la pulpa y el agua de vegetación de las aceitunas. Su principal característica es la elevada humedad que posee.

Sabía que...

La palabra almazara proviene del árabe y significa “lugar donde se exprime”.

Los orujos contienen una cantidad determinada de aceite que no puede extraerse en la almazara pero sí con los equipos adecuados en las extractoras de aceite de orujo.

Las extractoras de orujo, que en un principio no tenían los equipos adecuados, secaban los alpeorujos con los equipos existentes que se empleaban para los orujos de prensas o tres fases, que tenían mucha menos humedad.

Actividades

3. Realizar un diagrama de bloques completo de los tres sistemas de obtención de aceite de oliva en el que se incluya cantidad y porcentaje de humedad de productos a la entrada y la salida.

Las elevadas temperaturas que se producen durante el secado de los alpeorujos produjo la aparición de benzopirenos, que son sustancias químicas que no deben estar en los aceites ya que disminuyen la calidad. Esto se originó porque la industria orujera no tenía los equipos adaptados a estos nuevos orujos, pero hoy en día con las inversiones en maquinaria se ha conseguido que este problema desaparezca.

Diferencias visuales de textura para la identificación de los orujos obtenidos por distintos sistemas de extracción del aceite de oliva

Sabía que...

Por cada kilogramo de aceite de oliva se producen aproximadamente 5 kg de orujo. En España hay una producción anual media de 4.500.000 t de orujo.

La principal dificultad que presentan es su manejo debido al contenido en azúcares, polialcoholes, etc. que se encuentran disueltos en el agua, los cuales le dan una textura viscosa parecida a los lodos de la depuradora. Esto hace que se adhiera a las paredes del equipo de secado, provocando que se atasque o incluso que pueda quemarse en exceso.

Composición química de los orujos de dos fases a la salida del decánter

Nota

Un decánter es el equipo de centrifugación horizontal que se emplea para la separación del aceite del alpeorujo y así realizar la extracción del aceite de oliva.

Aplicación práctica

Llegan a la orujera dos camiones con dos tipos distintos de orujos, pero no se sabe a qué sistema de extracción de aceite pertenece cada uno. ¿Qué haría?

SOLUCIÓN

En primer lugar, se puede hacer una estimación bastante aproximada, fijándose en el aspecto de cada uno. El que resulte menos pastoso será el procedente de un sistema de tres fases.

Esto no resulta ningún problema en la entrada del secadero, ya que la mezcla de orujos de distinta humedad en el almacenamiento favorece su acondicionamiento previo, rebajando la humedad del orujo que tenga un porcentaje elevado.

3. Líneas de extracción. Equipos específicos. Equipos genéricos

El aceite de orujo de oliva crudo se obtiene mediante la extracción de orujo/ alpeorujo por los siguientes procedimientos:

1 Físico: se realiza mediante centrífugas horizontales o decánteres. El mecanismo consiste en un tambor cilíndrico-cónico de eje horizontal que gira a gran velocidad, sometiendo al orujo a centrifugación. La separación del aceite de orujo se produce por diferencia de densidad, extractando así entre el 40-60% del aceite que contiene el orujo.

2 Químico: se basa en una extracción sólido-líquido en la que el aceite de orujo es extraído utilizando un disolvente orgánico (hexano). La extracción del aceite de orujo tiene una fase previa de remolido y otras dos fases que son el secado del orujo y la extracción.

Para la extracción química existen dos sistemas: discontinuo y continuo. En ambos se carga el extractor con el orujo desecado y se añade hexano, que se macera con el orujo y actúa como solvente.

Nota

En España hay operativas 63 extractoras que producen 56.000 toneladas de aceite por campaña: 77% por medios químicos y 23% por medios físicos.

En el diseño de un proceso se establece la secuencia de operaciones fisicoquímicas, las condiciones de operación, los suministros y los materiales de construcción de todos los equipos. Las áreas más importantes en una industria son:

1 Unidades de procesos.

2 Instalaciones auxiliares.

3 Instalaciones complementarias.

4 Almacenamiento y manipulación.

Actividades

4. Investigar el número de extractoras/orujeras existentes en España y en su comunidad autónoma, indicando la cantidad de orujo que procesan al año.

5. ¿Qué diferencia hay entre un procedimiento químico y uno físico?

3.1. Equipos específicos

Los equipos que se utilizan en procesado del aceite de orujo se dividen según la etapa en:

1 Equipos de secado.

2 Equipos de extracción.

3 Equipos de destilación de la miscela y recuperación del disolvente.

A continuación se explica de forma detallada cada uno de ellos:

Equipos de secado del orujo

La fase de secado se realiza en secaderos continuos por los que se hace circular una corriente de aire caliente. El calor se obtiene de la combustión de los subproductos generados en las extractoras, orujillo y hueso de aceituna, o mediante sistemas de cogeneración con gas natural.

Un secadero consta de tres partes: el horno, el equipo de secado y la salida de gases (ciclón) y orujo seco.

El horno está formado por una tolva de combustible (hueso u orujillo) que mediante un tornillo sinfín (accionado por un motor) alimenta a la cámara de combustión, así como por ventiladores para la alimentación primaria del horno.

Nota

El orujillo es el orujo extractado, agotado en aceite, y sin contenido en disolventes. Se obtiene en las orujeras.

Debido a las características del combustible empleado, las temperaturas de los gases que se generan serán variables, ya que influirá su composición, humedad y granulometría, por lo que se deberá utilizar un controlador de temperatura.

Siempre tiene que haber un sistema de depuración de gases, por lo que se coloca un aspirador que arrastra la materia fina y el aire caliente del horno. Si no se hace bien la combustión (con oxígeno suficiente) puede haber contaminación atmosférica por dióxido de carbono (CO₂).

Las partículas en suspensión hay que eliminarlas con un ciclón para su salida a la atmósfera, y para eliminar los olores se necesita un lavador de gases (torre).

Los equipos que se emplean en la extractora para el secado del orujo húmedo son:

Secadero rotatorio

Se utiliza para el secado de material granular o pulverulento. El trómel consta de un cilindro horizontal que va rotando, ligeramente inclinado desde la entrada hacia la salida para facilitar el movimiento del producto. En su interior se produce el contacto con una corriente de aire caliente que puede circular de forma paralela o en contracorriente al orujohúmedo. El contacto con el aire caliente se produce a alta temperatura (400-800 ºC), por lo que se produce una transferencia de energía con el fin de calentar el orujo húmedo y evaporar el exceso de agua.

Con unas dimensiones aproximadas de 30 m de longitud y 2,5-3 m de diámetro, gira sobre su eje movido por un motor con una potencia superior a 100 kW y una velocidad angular de aproximadamente 6 rpm.

Usualmente se colocan dos unidades seguidas de un molino en cada una de ellas. En el primer trómel entra el aire a 500 ºC y el orujo con un 60% de humedad, sale el sólido presecado a 30% de humedad, pasa a un molino y entra en el siguiente trómel. El aire sale del segundo trómel a 80 ºC y el sólido a un 8-10% de humedad.

Importante

El número de unidades de transferencia se calcula: temperatura gases entrada – temperatura gases salida / ΔT_media.

La diferencia entre los distintos tipos de secaderos rotatorios está en cómo se encuentran distribuidos los tabiques dentro del cilindro. La colocación óptima sería aquella que logre una agitación suave del alpeorujo y un mayor contacto entre los gases calientes y el material húmedo.

Según la colocación de las paletas del secadero rotatorio se determina la efectividad del mismo. En el dibujo (a) se genera una mayor superficie de contacto entre el sólido y el gas, mientras que el dibujo (b) muestra la distribución más usual para el secado de orujos de dos y tres fases, ya que permite el avance del producto por el interior dadas las características especiales del orujo.

Los secaderos que no tienen dispositivos internos se llaman hornos rotatorios, y trabajan a temperaturas más elevadas (interior de ladrillo refractario).

Las aspas cogen el orujo, lo levantan y lo dejan caer pasando a través del orujo el aire caliente. El trómel tiene una pequeña pendiente para que avance el orujo en el interior, produciéndose la descarga del orujo seco en la parte final del mismo.

Actividades

6. Realizar un croquis de un secadero, indicando las partes y los flujos de entrada y salida de gases y materiales.

7. Buscar una fotografía del interior de un secadero rotatorio y comparar la distribución de las aspas.

La temperatura a la salida del secadero depende de la cantidad de aire que se use, la temperatura y humedad del orujo a la entrada, el tamaño del secadero y el tiempo de permanencia del producto en el interior de este.

Los gases de salida del secadero pueden arrastrar partículas sólidas en suspensión que son necesarias recuperar con un dispositivo (ciclón), evitando así pérdidas de material.

Secadero neumático

El orujo húmedo se mantiene en suspensión mediante una corriente de aire caliente que lo transporta. Los sólidos se trasladan a través de conductos con una longitud suficiente para mantener el tiempo de residencia necesario.

El aire que sale lo hace a través de un separador sólido-gas (ciclón) que recoge el producto seco.

El aire caliente que se emplea está a una temperatura de 750 ºC, pero al ser el tiempo de contacto corto no se produce la descomposición del producto. El caudal de gas tiene una velocidad de unos 25 m/s.

El material necesita ser disgregado para que se pueda transportar, mediante un molino o disgregador, y así mejorar la superficie de contacto sólido-gas, consiguiendo el 70% del secado.

Los conductos de desecación se pueden orientar vertical u horizontalmente.

Estos secaderos también se conocen como secaderos con dispersión o relámpago.

Nota

Los secaderos neumáticos tienen el nombre de trump vertex.

Secadero en lecho fluidizado/móvil

El aire caliente es forzado a pasar por un lecho de sólidos para que los sólidos queden fluidizados, suspendidos por el gas caliente.

Trabaja de forma discontinua o continua. La rejilla que soporta el lecho puede ser una placa perforada o chorros de aire, cápsulas de borboteo, etc. También puede tener bases vibratorias para el movimiento del producto.

Según la colocación de los ventiladores se puede operar a presión superior o inferior a la atmosférica.

Actividades

8. Hacer una comparativa entre los secaderos neumáticos y los de lecho fluidizado/móvil.

Complementando a los equipos de secado, y formando parte de los secaderos, se encuentran los equipos de centrifugación en vertical:

Ciclón

La corriente de aire que procede del trómel está cargada de partículas, por lo que hay que eliminarlas antes de expulsarlas a la atmósfera.

No hacen falta filtros, ya que el tamaño de partícula arrastrado, al ser grande, se recoge en los ciclones. Salen unos 115-120 mg/Nm³ de sólidos por la chimenea (el máximo legal es 150 mg/Nm³, aunque el límite real es inferior; se autorizan esas cantidades en orujeras españolas que usan alpeorujo, ya que antes la mayoría de sólidos finos se iban con el alpechín).

Un ciclón consiste en un cilindro con una entrada lateral y acabado en un cono por la parte inferior del mismo. El aire entra formando una espiral hacia abajo y sale por la parte superior mediante otra espiral interna. Interesan ciclones de diámetro pequeño (Dc).

La limitación del aumento de velocidad está en el vórtice, ya que puede levantar las partículas depositadas en el cono (v = 15−20 m/s). Las partículas que entran a velocidad alta pueden dañar el equipo, por lo que disminuye la eficacia.

El tamaño de partículas que elimina es de aproximadamente 5 µm en orujeras.

El ciclón trabaja en continuo, y puede ponerse en serie o en paralelo.

Aplicación práctica

¿Qué tipo de secadero se utilizaría para secar unos orujos procedentes de un sistema de dos fases que se han mojado en las balsas de acumulación porque ha sido una temporada lluviosa?

SOLUCIÓN

Se estima que la humedad de los alpeorujos, si normalmente están próximos al 65-70%, al lloverle en las balsas ha subido por encima del 80%.

Lo primero que hay que hacer es, si no es posible protegerlos de las inclemencias atmosféricas, disminuirle la humedad ambientalmente, esperando al periodo estival para que evapore una parte del agua.

Si no es posible, hay que emplear dos secaderos en continuo si son rotatorios (tipo trómel); y, si no ha sido posible rebajarle hasta un 8-10% la humedad, volver a pasarlos por los secaderos.

En el caso de emplear uno neumático o de lecho fluidizado/móvil, el proceso a realizar es el mismo. Si no se ha conseguido de una vez reducir la humedad, hay que volver a pasar por el secadero el orujo.

Nota

El diámetro crítico de partículas es el diámetro de las partículas eliminadas en un 50%.

Equipos de extracción

Los equipos para la extracción de aceite de orujo trabajan preferentemente en discontinuo. El método más empleado es el sistema de contacto múltiple en batería por enriquecimiento progresivo.

Una vez lleno el primer extractor se pone en contacto con el disolvente y se deja macerar de 15 a 30 minutos. El aceite pasa del orujo al disolvente en forma de miscela, la cual pasa al segundo extractor, el cual tiene también disolvente, y así progresivamente.

La miscela se va enriqueciendo, hasta un máximo del 30%. En el último contacto, el orujo que contiene disolvente hay que limpiarlo mediante inyección con vapor de agua para recuperar dicho disolvente. Así se le podrá dar otros usos a este orujo sin grasa.

Recuerde

La miscela es la mezcla de aceite con hexano.

El orujo húmedo suele descargarse por sobrepresión. Se corta la salida de vapor y se sobrepresiona vapor por arriba hasta que se abre por abajo al sacar el orujillo.

Actividades

9. Realizar un diagrama de la extracción química del aceite de orujo.

10. Identificar y señalar en la fotografía de un extractor las entradas y las salidas de productos.

El número de extractores varía de tres a siete según la cantidad de orujo a procesar. El más común es de cuatro para <60 t/día; si se usan cinco es hasta 120 t/día, y para >120 t/día se emplean seis extractores.