Recuperación de compuestos fenólicos a partir de subproductos olivícolas y valorización de fracciones resultantes

Abstract

Argentina es el décimo primer productor mundial de aceite de oliva, y principal productor y exportador de América del Sur. Actualmente, cuenta con 90.000 ha implantadas con olivos, 21% de las cuales se localizan en la provincia de San Juan (Canitrot y Méndez, 2018). En esta provincia, la extracción de aceite de oliva es la segunda actividad agroindustrial en importancia, generando aproximadamente 8.000 t de aceite de oliva durante la campaña 2018, lo cual correspondió al 40 % de la producción nacional de ese año (Plat et al., 2018). El proceso de extracción de aceite de oliva por sistemas continuos de dos fases genera, además del aceite, un subproducto semisólido denominado alperujo que representa el 80 % del peso de la materia prima. Está compuesto por hueso o carozo molido, pulpa, piel, y agua de vegetaciónde aceitunas. El contenido de humedad es variable, y puede llegar al 80 % del peso total, además presenta pH ligeramente ácido y alto contenido de materia orgánica (≈ 95 % del peso seco). La fracción orgánica está constituida principalmente por lignina, hemicelulosa y celulosa. Además, se observa la presencia de lípidos, carbohidratos hidrosolubles y un variado grupo de compuestos fenólicos (Nunes et al., 2016). Desde el punto de vista operativo, la generación de grandes volúmenes de alperujo en un período corto de tiempo dificulta la disponibilidad de recursos para su gestión. Desde un punto de vista ambiental, la alta carga orgánica y humedad pueden ocasionar contaminación de napas poco profundas y eutrofización de cursos de agua. En el mismo sentido, su almacenamiento en bateas puede dar lugar a procesos de fermentación anaeróbica con la consecuente emanación de olores. Además, puede causar fitotoxicidad sobre algunos cultivos anuales si se aplica en suelos agrícolas de manera no controlada. Considerando estos aspectos, y en sintonía con la creciente tendencia hacia la implementación industrial de tecnologías y procesos acordes con el desarrollo sustentable y la economía circular, desde hace décadas en el sector olivícola se vienen desarrollando e implementando distintas alternativas para valorizar parcial o integralmente el alperujo. Algunas de ellas son, la recuperación del carozo molido o alperujo seco como combustible sólido para generación de energía; la extracción secundaria de aceite mediante uso de solventes orgánicos; la producción de biogás por digestión anaeróbica; la utilización como sustrato para alimentación animal; la utilización como materia prima para el compostaje o como enmienda directa de suelos; y la recuperación de compuestos bioactivos con alto valor añadido, entre otras. Los compuestos bioactivos se encuentran en todos los productos y sub-productos derivados de la industria olivícola, como en hojas, aceite y derivados del olivo. Particularmente, las hojas y la aceituna contienen grandes cantidades de secoiridoides, los cuales son estructuras abiertas de átomos de carbono unidas a un anillo aromático. En el caso del aceite de oliva, son los derivados secoiridoides que se forman durante la fase de batido y molienda los principales componentes fenólicos. Se ha demostrado que los secoiridoides y sus derivados tienen actividad antimicrobiana, siendo el compuesto mayoritario conocido como oleuropeína, responsable de la actividad antioxidante de las hojas de esta planta. (Carreras et al., 2012). Este glucósido se hidroliza formando compuestos fenólicos hidrofílicos que representan los principales metabolitos secundarios bioactivos presentes en el subproducto resultante de la extracción del aceite de oliva (Romero et. al., 2004). Dentro de esta matriz, encontramos como los más relevantes por su concentración y actividad biológica al hidroxitirosol (3,4-dihidroxifeniletanol), seguido en menor concentración por tirosol (4,2- hidroxiethilfenol) y dihidroxifenilglicol (3,4- dihidroxifenilglicol). Estos compuestos presentan alta capacidad antioxidante, beneficios para la salud e importantes propiedades tecnológicas, por ello su recuperación representa una alternativa para la valorización de este subproducto (Obied et al., 2007a; Artajo et al., 2007; Allouche et al., 2004). A lo largo del presente trabajo se evaluaron tratamientos y condiciones tendientes a recuperar componentes bioactivos con alto valor añadido y a mejorar la aptitud de las fracciones resultantes para distintas aplicaciones agrícolas. En una primera etapa, a escala de laboratorio, se seleccionaron y optimizaron condiciones para obtener fracciones acuosas enriquecidas con compuestos fenólicos a partir de alperujo. Se realizaron ensayos combinando distintos niveles de temperatura (30 ºC a 90 ºC), tiempo (60 a 180 minutos), humedad (70 % a 90 %) y agregado de ácido sulfúrico (0, 0,5 % y 1,0 % p/p), seguidos de separación de fases por centrifugación (3500 g), y posterior análisis del contenido de fenoles hidrofílicos en las fracciones acuosas. En una segunda etapa, se utilizó una termo-amasadora y un decanter industrial de 200 kg/h para aplicar las condiciones establecidas en la etapa anterior que pudieran adaptarse a esta escala. A partir de un análisis teórico se estudió la aptitud de las fracciones sólidas resultantes de la centrifugación para su empleo como enmienda orgánica de suelos, como sustrato para compostaje y como suplemento para la alimentación animal. En paralelo, las fracciones acuosas obtenidas se destinaron a ensayos de extracción selectiva de compuestos fenólicos mediante tres sistemas de purificación: 1- Columnas de adsorción con resina no iónica, 2- Columna de adsorción con resina iónica y 3- Extracción líquido/líquido con acetato de etilo (AE). De este proceso se obtuvieron, por un lado, fracciones ricas en compuestos fenólicos que se concentraron en evaporador rotatorio. Se caracterizó su composición y actividad antioxidante in vitro y se evaluó su capacidad para prolongar la estabilidad oxidativa de aceites de maíz. Por el otro, las fracciones acuosas reducidas en compuesto fenólicos, resultantes del proceso de purificación, se caracterizaron químicamente y evaluaron como abono orgánico líquido para la producción de plantines de tomate (Solanum lycopersicum) en etapa de vivero. Por último, se analizó el perfil fenólico de alperujos procedentes de distintas variedades de olivo implantadas en San Juan y su comportamiento, referido a la composición fenólica, ante las condiciones de tratamiento óptimas establecidas. Los resultados de la etapa inicial indicaron que mediante la aplicación de las condiciones óptimas (90 °C, 87 min, 78 % humedad) fue posible obtener fracciones acuosas con niveles de compuestos fenólicos solubles totales e hidroxitirosol 2,4 y 3,4 veces superiores al alperujo inicial, respectivamente. También, se observó que la incorporación de ácido sulfúrico en los niveles mencionados incrementó significativamente la concentración final de fenoles solubles totales, hidroxitirosol y tirosol. Luego de la implementación de las condiciones optimizadas a escala industrial se confirmó que el tiempo de exposición y la adición de ácido favorecieron la separación de fases por centrifugación. Las fracciones sólidas obtenidas bajos las condiciones óptimas definidas presentaron menor contenido de humedad, menor concentración de fenoles solubles totales, igual contenido graso y fueron más susceptibles a procesos de degradación en condiciones aeróbicas. Estos resultados indicaron una mejor aptitud de estas fracciones, respecto al alperujo sin tratar, para su inclusión en dietas animales, su uso como enmienda orgánica de suelos o bien su incorporación en procesos de compostaje. En cuanto a las fracciones líquidas obtenidas, se observó mayor concentración de fenoles totales e hidroxitirosol en las obtenidas a mayores tiempos de exposición térmica y en ausencia de ácido sulfúrico. Los ensayos de extracción selectiva de compuestos fenólicos mostraron que el sistema de columnas de adsorción con resinas no iónicas fue el más eficiente para la recuperación de fenoles solubles totales, hidroxitirosol, tirosol y 3,4-dihidroxifenilglicol, observando incrementos de 2,9; 2,5; 1,8 y 5,4, respectivamente. Más allá de las diferencias, a través de los tres sistemas evaluados se obtuvieron concentrados con elevada actividad antioxidante que fueron efectivos para prolongar la estabilidad oxidativa de aceites de maíz. Por otro lado, los percolados obtenidos de la carga del sistema de purificación de fenoles mediante columnas con resinas de adsorción mostraron gran aptitud de uso como fertilizante orgánico líquido para plantines de tomate en etapa de crecimiento y desarrollo en invernadero, obteniendo una respuesta comparable al formulado químico comercial (tratamiento control de producto) utilizado por la industria. Por último, el análisis de composición fenólica en alperujos locales mostró alta variabilidad en la concentración y perfil de fenoles encontrados. Asimismo, se observó también que la implementación de las condiciones establecidas disminuyó dicha variabilidad, y en todos los casos incrementó considerablemente la concentración y perfil de fenoles hidrofílicos, especialmente de hidroxitirosol. En conjunto, los resultados obtenidos a partir de este trabajo confirman que mediante la aplicación de tratamientos térmicos al alperujo es posible facilitar la separación de fases e incrementar la concentración de fenoles hidrosolubles en la fase acuosa. Que la recuperación de dichos fenoles permite obtener un concentrado con capacidad antioxidante con potencialidad de uso en industrias agroalimentarias y que, a su vez, las fracciones resultantes del proceso, mejoran su aptitud de uso con diversos fines agrícolas y pecuarios. De esta manera, el proceso evaluado se constituye como una opción atractiva para posibilitar el aprovechamiento integral del alperujo, aportando a la sustentabilidad y economía circular de la industria extractiva de aceite de oliva. Por último, a partir del presente trabajo también se demostró que las estrategias propuestas fueron factibles de ser aplicadas utilizando principalmente la maquinaria existente en una industria olivícola estándar, un aspecto importante para la adopción de esta tecnología por parte del sector productivo.