UNIVERSIDAD DE MURCIAFACULTAD DE VETERINARIA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS NUTRICION Y BROMATOLOGIA

El Aceite Esencial de limn producido en Espaa. Contribucin a su evaluacin por Organismos Internacionales.

Querubina Albaladejo Meroo Murcia 1999

INDICE

OBJETO CAPTULO I- INTRODUCCINI.1- PRODUCCIN E INDUSTRIALIZACIN EN ESPAA I.2- TRANSFORMACIN INDUSTRIAL DEL LIMN EN LA OBTENCIN DE ACEITE ESENCIAL I.2.1- Limn, materia prima para la industria ctrica I.2.2- Tratamiento del fruto I.2.3- Obtencin del aceite esencial I.2.4- Almacenamiento y conservacin del aceite esencial I.3- DETERPENADOS I.3.1- Destilacin fraccionada a vaco I.3.2- Extraccin con disolvente I.3.3- Cromatografa de adsorcin I.3.4- Nuevas tecnologas I.4- ALCOHOLATOS I.5- AROMAS EN POLVO I.6- ACEITE ESENCIAL OBTENIDO POR DESTILACIN I.7- ESENCIAS DEL ZUMO I.8- SISTEMAS INDUSTRIALES DE CONCENTRACIN DE AROMAS

1 7 12 16 16 19 21

39 40 41 42 43 43 46 47 48 49

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CAPTULO II- CARACTERSTICAS DEL ACEITE ESENCIAL DE LIMNII.1- FLAVOR II.1.1- Factores que afectan al aroma de frutos ctricos y sus productos II.1.2- Componentes voltiles importantes para el aroma de productos ctricos II.1.3- Alteraciones del aroma durante el almacenamiento II.2- ACEITE ESENCIAL DE LIMN II.2.1- Componentes caractersticos del aceite esencial II.2.2- Mtodos analticos utilizados en la caracterizacin del aceite esencial de limn II.2.2.1- ANLISIS FSICO-QUMICOS. II.2.2.2- ESPECTROFOTOMETRA DE ULTRAVIOLETA II.2.2.3- ESPECTROFOTOMETRA DE INFRARROJO II.2.2.4- DETERMINACIN DE LA FRACCIN VOLTIL POR CROMATOGRAFA DE GASES. II.2.2.4.1- Anlisis de componentes voltiles II.2.2.4.1.1- Inyeccin directa en cromatografa de gases II.2.2.4.1.2- Elucin en columnas de diferente polaridad II.2.2.4.3- Determinacin de componentes voltiles en de cabeza II.2.2.4.3.1- Espacio de cabeza esttico II.2.2.4.3.2-Espacio de cabeza dinmico II.2.2.5-ESPECTROMETRA DE MASAS II.2.2.6- DETERMINACIN DE LA FRACCIN NO VOLTIL HPLC II.3- ACTIVIDADES PARTICULARES II.3.1- ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE II.3.2- REACCIONES ALRGICAS

59 60 62 63 67 78 80 83 85 90 91 93 93 94 99 107 108 112 113 114 122 122 124

CAPTULO III- MATERIAL Y MTODOSIII.1- ACEITE ESENCIAL DE LIMN. III.1.1- Muestras de aceite esencial de limn III.1.1.1- CARACTERSTICAS ORGANOLPTICAS: ASPECTO Y OLOR III.2- ANLISIS FSICO-QUMICOS III.2.1- Determinacin de la Densidad III.2.2- Determinacin del ndice de refraccin III.2.3- Determinacin del Poder Rotatorio III.2.4- Solubilidad en etanol III.2.5- Residuo de evaporacin III.2.6- ndice de carbonilo expresado como citral III.3- ESPECTROFOTOMETRA DE UV. NDICE CD III.4- CROMATOGRAFA DE GASES-ESPECTROMETRA DE MASAS III.4.1- Anlisis cualitativo y cuantitativo de componentes voltiles en aceite esencial de limn III.4.1.1-CROMATOGRAFA DE GASES-MASAS III.4.1.2- ESPACIO DE CABEZA ESTTICO

127 129 130 131 131 131 136 137 138 140 140 144 148 148 155 155 157 159 159 160 164 164 166 169 172 176 179 180

CAPTULO IV- RESULTADOS Y DISCUSINIV.1- CARACTERSTICAS SENSORIALES IV.1.1- Determinacin del aroma IV.1.2- Determinacin de color en aceite esencial de limn IV.2- ANLISIS FSICO-QUMICOS IV.2.1- RESIDUO DE EVAPORACIN IV.2.2- NDICE DE REFRACCIN IV.2.3- ROTACIN PTICA IV.2.4- PESO ESPECFICO IV.2.5- NDICE DE CARBONILO IV.2.6- SOLUBILIDAD EN ETANOL IV.3- ESPECTROFOTOMETRA. NDICE CD

IV.4- CROMATOGRAFA DE GASES IV.4.1- Columna OV-101 IV.4.2- Columna CPWax-52CB IV.4.3- Columna HP-5 IV.4.4- Anlisis cuantitativo de componentes voltiles en aceite esencial de limn IV.4.4.1- ESTUDIO DE LOS PORCENTAJES OBTENIDOS EN LAS COLUMNAS OV-101, CPWAX-52CB Y HP-5 IV.4.4.2- EVOLUCIN DE LOS PORCENTAJES DURANTE LA CAMPAA DE ELABORACIN IV.4.4.3- VALORES LMITES IV.4.4.4- ESTUDIO DE COMPONENTES VOLTILES EN ESPACIO DE CABEZA ESTTICO

183 184 187 192 195 197 204 214 219

ANEXO I ANEXO II CONCLUSIONES BIBLIOGRAFA ABREVIATURAS RESUMEN/SUMMARY

225233

237

243

291

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OBJETO

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El cultivo de los ctricos en la cuenca del Mediterrneo tiene su principal exponente en las naranjas y los limones, cuya produccin adquiere especial importancia en Espaa e Italia fundamentalmente, como principales suministradores de frutos frescos a los pases comunitarios de la UE. A su vez la industrializacin de los frutos ctricos tiene una amplia tradicin en estos pases y constituye la nica va interesante de aprovechamiento y regulacin de excedentes. En nuestro pas y ms concretamente en la Regin de Murcia la transformacin industrial del limn se realiza desde hace tiempo, constituyendo desde el principio el aceite esencial de limn, por sus aplicaciones y extraordinario valor, el primer

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producto derivado, en contraste con la naranja para la que siempre el aceite esencial ha sido considerado un subproducto. Existen estudios anteriores sobre los aceites esenciales de limn elaborados en Espaa, pero hasta el momento no se haba desarrollado ninguna norma de las caractersticas y composicin del aceite esencial de limn espaol, que sirviese de referencia de su genuinidad y calidad con respecto al procedente de otros orgenes. Dado el aumento de su comercializacin y las variaciones producidas en las dos ltimas dcadas, tanto por la diversidad de las condiciones agrobiolgicas de desarrollo de los limones como por los cambios tecnolgicos en la elaboracin del propio aceite esencial, la actualizacin de los datos relativos a las caractersticas y composicin del aceite esencial de limn elaborado en Espaa resultan de incalculable valor. Los objetivos del trabajo que se presenta en esta memoria se orientan hacia la puesta al da del conocimiento de este aceite esencial y la consiguiente aportacin de datos a una posible propuesta de normalizacin del aceite esencial de limn Citrus limon (Linneo) N.L. Burman producido en Espaa. Hasta ahora, se vienen normalizando por parte de los organismos Normalizacin facilitar las oficiales y -AENOR (Asociacin ISO Espaola de Certificacin), a (International que Standard la

Organization)-, los distintos mtodos de trabajo con vistas a determinaciones realizar, garanticen autenticidad y pureza de los productos existentes en el mercado.

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Lgicamente alcanzar estas certificaciones supone un incremento del valor aadido de los productos incluidos en ellas. De aqu deriva la importancia de la realizacin de sta memoria de Tesis Doctoral en la que se pretende colaborar con la caracterizacin del aceite esencial de limn producido en Espaa. Para ello se llevan a cabo estudios de la composicin fsicoqumica, as como de su perfil cromatogrfico representativo de la fraccin voltil responsable de la calidad organolptica y de su valor comercial. Los objetivos establecidos para el desarrollo de este trabajo son: 1.- Estudio de las caractersticas organolpticas de muestras de aceites esenciales de limn espaol. 2.- Estudio de las caractersticas fsico-qumicas del aceite esencial de limn producido en Espaa. Para ello se consideran los siguientes parmetros: ndice de refraccin, rotacin ptica, peso especfico, ndice de carbonilo, solubilidad en etanol y residuo seco. 3.- Anlisis mediante espectrofotometra de ultravioleta, para la obtencin del espectro caracterstico y el valor del ndice CD. 4.- Anlisis por cromatografa de gases y espectrometra de masas, para la identificacin del mayor nmero posible de componentes de la fraccin voltil del aceite esencial. 5.Consideracin de datos para elaboracin de una

monografa de las caractersticas del aceite esencial de limn producido en Espaa.

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I- INTRODUCCIN

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El gnero Citrus parece que proviene de la zona este del Himalaya, Pakistn y Birmania. En Europa Teofrasto describe una especie de Citrus introducida en el S.III por los bizantinos; a continuacin aparecen el naranjo amargo, el limonero y el naranjo dulce (Drouet, 1982). A principios del s. XII el cultivo del limonero en Irn y Palestina, es descrito por IBOR JAMI, fsico de la corte de Saladino (1171-1193). Los rabes lo introducen por el norte de frica en Espaa e Italia hacia el 1150, de ello tenemos noticia a travs de los tratados de dos autores andaluces de la segunda mitad del siglo doce, Ibnal-Awam en su Libro de Agricultura describe de forma detallada

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los procedimientos de multiplicacin y cultivo del limonero; Ibn-elBeithar refleja las propiedades teraputicas del zumo de limn del que ofrece distintas frmulas de aplicacin (Laencina, 1970). Cristbal Coln tras su segundo viaje lo introduce en Amrica en 1493, e ingleses y holandeses en frica del Sur. El proceso de extraccin se resea en el 1700, en dos escritos del abad Domenico Sestini publicados en Florencia en 1780 (Di Giacomo y Mincione 1994). Dentro de la tribu botnica de las Aurantoideas, en la familia de las Rutceas, se encuentra el gnero Citrus, al que pertenece el limonero, que tras el acuerdo tomado en 1964 en Edimburgo en el X Congreso Internacional de Botnica con vistas a unificar la nomenclatura recibe el nombre de: Citrus limon (Linneo) N.L. Burman (Drouet, 1982). En la Tabla I.1, se describen las principales especies del gnero Citrus utilizadas en la obtencin de aceites esenciales. Si bien el fruto, en general, es la principal fuente de obtencin del aceite esencial de los ctricos, en algunos casos se elaboran esencias procedentes de otras partes vegetales especialmente de hojas, flores y tallos jvenes. La destilacin por arrastre con vapor de agua constituye el mtodo de extraccin ms generalizado en estos casos, junto con la extraccin por disolventes orgnicos. El extraordinario valor econmico de algunas de stas esencias junto a sus peculiaridades propicia las actuales investigaciones de aplicacin de nuevos mtodos de extraccin como el empleo de gases en condiciones supercrticas.

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TABLA I.1- PRINCIPALES ESPECIES DEL GNERO CITRUS UTILIZADAS EN LA INDUSTRIA DE ACEITES ESENCIALESESPECIE Limonero Citrus limon, (L) Burman. ORIGEN Birmania septentrional CARACTERISTICAS BOTNICAS rbol de talla media o Feminello: comn, sfusato, grande, ramas con espinas Continella, flor de naranjo, fuertes. Hojas de color verde plido. Flores de color rosa Sta. Teresa , Monachello , violceo. Frutos alargados o Lunario e Interdonato ms o menos redondeados de corteza ligeramente rugosa. Pulpa de tono amarillo rica en zumo de sabor cido. Presenta semillas. rbol de mediana talla, con Bouquetier ramas espinosas, hojas medianas, ovales y provistas de peciolo alado. Flores grandes blancas, hermafroditas y muy perfumadas. Frutos de piel espesa rugosa de intenso color naranja en la madurez con numerosas semillas y pulpa cida y amarga. rbol de altura media cima Pigmentadas: Moro, Taroco, redondeada, ramas con Sanguinela, Sangrina. espinas delgadas, flexibles Rubias: Comn, Belladona, Navelina, Oval, Valencia late, Salustiana y Navelate. Naranjo clementina Citrus clementine, Hort. Mandarino Citrus reticulata, Blanco. Pomelo Citrus paradisi, McFayden Lima dulce Citrus limetta, Risso. Cidra Citrus medica, L. Bergamoto Citrus bergamia, Risso. Canarias ? Fantstico, Castagnaro. Femminello, India Cedro de diamante Asia Avana y Tardo Duncan, Ruby, Thompson y Marsh seedless Dulce romana y Palestina Argelia Comn, Monreal y Oroval. CULTIVARES

Naranjo amargo Citrus aurantium, L.

Sureste asitico

Naranjo dulce Citrus sinensis, L.Osbeck.

Indochina

(Di Giacomo y Mincione, 1994)

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I.1- PRODUCCIN E INDUSTRIALIZACIN. A nivel mundial se cultivan ms de 1,5 millones de hectreas de limonero. Los mayores productores del mundo son Estados Unidos, Argentina, Italia, Espaa, Grecia, Israel, Costa de Marfil, ... En nuestro entorno prximo del rea de la cuenca mediterrnea destaca en primer lugar Italia cuyo limn proviene sobre todo de la zona de Sicilia, donde se cultivan muchas variedades. La ms importante es la de feminello sfusato con frutos parecidos a los de variedad lisboa. Otra variedad ms resistente al mal secco es la monachello, aunque es ms pobre en aceite esencial (Di Giacomo y Mincione, 1994). La superficie dedicada al cultivo de ctricos en Espaa supera en el ao 1994 las 250.000Ha, de las que el 20% se destinan al limn, lo que supone una produccin que supera las 500.000Tm; actualmente se considera que esta cifra puede rebasar las 700.000Tm. En el Levante y en concreto en Murcia se procesa limn durante casi todo el ao, casi el 40% del total de limn recogido en toda Espaa. (CMAAARM, 1998). La variedad Verna constituye el 70% del cultivo de limn y el resto corresponde casi enteramente a la variedad conocida como Fino o mesero. Se llama limn de invierno el que procede de la variedad Fino, que permite obtener frutos desde septiembre/octubre hasta casi febrero, siendo stos los ms interesantes para la obtencin del aceite esencial de limn adems de por su riqueza en cido ctrico. Los del tipo verdelli se recolectan durante el verano, dando un aceite esencial con ligeras variaciones respecto al de invierno.

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As encontramos que en la campaa 1994/95 se producen 562.715Tm de limn en Espaa llegando a 742.032Tm, en la campaa 1997/98 (MAPA, 1999). La distribucin por comunidades autnomas se muestra en la Tabla I.1.1. Como se puede observar, es en la Regin de Murcia donde se produce la mayor parte, seguida de la Comunidad Valenciana, representada por Alicante sobre todo en la zona de Orihuela. La exportacin para el consumo en fresco, constituye el principal destino de la produccin, an as no resulta suficiente como para asumir el total de la produccin de la que se destinan a exportacin 380.103Tm (Tabla I.1.2). En la campaa 1994/95 de una produccin de limones de 662.800Tm, se destinan a exportacin 335.600Tm, 180.000Tm a transformacin industrial, 115.000Tm al mercado interior, con unas prdidas estimadas de 11.400Tm (INTERCITRUS, 1999). La saturacin de los mercados Comunitarios, la complicacin que el mercado de U.S.A. ofrece a la importacin, la dificultad de acceso al mercado Japons y los limitados mercados de los pases del Este propician como mejor salida posible la transformacin industrial del limn, en una amplia gama de elaborados de alto valor aadido que permitan el aprovechamiento integral de los frutos (Laencina y Carpena, 1974; Coll, 1992).

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TABLA I.1.1- DISTRIBUCIN POR COMUNIDADES AUTNOMAS DE LA PRODUCCIN DE LIMN EN LAS LTIMAS CAMPAAS

94/95 (Tm) Murcia Valencia Andaluca Catalua Baleares Otras TotalINTERCITRUS, 1999

95/96 (Tm) 214.970 120.133 88.375 1.200 3.500 8.736 436.914

96/97 (Tm) 239.410 152.578 73.524 900 3.200 13.000 482.612

97/98 (Tm) 396.651 231.479 97.202 1.200 3.400 12.100 742.032

229.140 203.475 114.000 1.400 2.700 12.000 562.715

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TABLA I.1.2- EXPORTACIN DE CTRICOS A PASES DE LA UNIN EUROPEA

Pas Francia Blgica-Luxemburgo Pases Bajos Alemania Italia Reino Unido Irlanda Dinamarca Grecia Portugal Suecia Finlandia Austria Total 97/98 Total 96/97 IncrementoINTERCITRUS, 1999

Limones (Tm) 89.744 16.010 66.747 109.375 41.885 32.275 1.048 3.868 4.559 2.509 5.317 1.986 4.780 380.103 296.790 28 %

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I.2- TRANSFORMACIN INDUSTRIAL DEL LIMN EN LA OBTENCIN DEL ACEITE ESENCIAL. Para comprender mejor el proceso al que se va a someter el limn para su transformacin industrial vamos a continuacin a detallar de forma somera las caractersticas principales del fruto. I.2.1- Limn, materia prima para la industria ctrica. La estructura del fruto ctrico se constituye de tres partes bien diferenciadas, como aparecen en la Figura I.2.1. El epicarpio o flavedo, el mesocarpio o albedo y el endocarpio constitudo por varios segmentos o gajos que contienen las vesculas repletas de zumo y donde estn tambin las semillas El tamao de los frutos es de mediano dimetro (54mm) y una altura media de 69mm; la corteza es muy adherente, delgada -espesor medio de 3.9mm- y representa el 30% del peso del fruto (Coll, 1992). La floracin principal o de primavera que da lugar a los limones llamados de cosecha, se extiende desde marzo a mayo, dependiendo de la climatologa del ao, edad, localizacin y estado fisiolgico de los rboles. Los limones que se cosechan de esta floracin se recolectan de febrero hasta casi el mes de julio-agosto, aunque los frutos de verano tienen menor consistencia, son muy irregulares y por lo tanto la calidad disminuye. Hacia septiembre tiene lugar una segunda floracin cuyos frutos llamados rodrejos se recolectan a finales del verano siguiente. Estos limones poseen una piel ms fina y se cosechan cuando el color de los frutos es de un verde claro. El tamao de los frutos es variable, el espesor de la corteza oscila entre los 3 y 11mm.

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POLO PEDUNCULARFlavedo Glndulas esenciales

Albedo Eje central Endocarpio Segmento Vescula de jugo Membrana carpelar

POLO ESTILAR SECCIN ECUATORIAL

FIG.I.2.1.1- ESTRUCTURA DEL FRUTO CTRICO

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El limonero Verna es la variedad ms extendida en la regin de Murcia. En zonas de buena climatologa no deja de florecer durante todo el ao, por lo que se puede disponer de frutos a lo largo del mismo, si bien es una variedad tpica de primaveraverano. La floracin que se produce entre la de primavera y verano da lugar a los frutos conocidos como limones segundos o Sanjuaneros ms rugosos y menos consistentes, por lo que son poco estimados en el mercado. El limn Fino se recolecta de octubre a enero; su ciclo es ms corto que el de limn Verna, y procede de la floracin de marzo, que es muy regular. A finales de verano se produce otra floracin, no tan intensa como la del Verna, que dar lugar a los rodrejos del verano siguiente.

I.2.2- Tratamiento del fruto. La recoleccin de los frutos debe ser sumamente cuidadosa ya que la integridad del pericarpio va a influir en el rendimiento y la calidad del aceite esencial obtenido. Tras la recoleccin, el fruto es transportado a las industrias transformadoras; all se recibe generalmente en balsas de agua y a continuacin se eliminan las partes sobrantes -restos de hojas y peciolos- y se procede al lavado de los frutos que a continuacin pasarn a ser procesados. La seleccin de los frutos es especialmente importante ya que el coste de la materia prima corresponde a ms del 80% del coste industrial, y la calidad del producto final est ntimamente ligada con la calidad de la fruta. Por tanto se debe adquirir la variedad, calidad y cantidad necesarias de frutos, con un estado de

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maduracin adecuado. Las empresas acostumbran a mantener un registro del rendimiento y calidad obtenidos con los frutos de distintos orgenes y distintas condiciones, que les sirve de orientacin para la adquisicin de las frutas en las nuevas temporadas (Viegas, 1990). Los limones destinados a industria deben estar limpios, sanos, con buen aspecto externo, de madurez y tamao uniforme. La falta de uniformidad en el tamao y la maduracin causa serios problemas en el rendimiento y en la calidad de los productos obtenidos (FMC, 1981). El aspecto exterior de la fruta es un buen indicador de los cuidados que el agricultor brinda a la plantacin. Los frutos bien cultivados soportan mejor la manipulacin a que son sometidos en las diversas fases del proceso, permitiendo que la fbrica trabaje con mayor eficiencia al presentar mayor rendimiento, menores prdidas, menos mano de obra para separar frutos de mala calidad en las cintas transportadoras, y permiten la obtencin de mayor cantidad de subproductos. La manipulacin de la fruta desde su recoleccin ha de efectuarse con el mximo cuidado, ya que los golpes pueden, al romper las clulas, producir transformaciones fsico-qumicas indeseables o favorecer el desarrollo de hongos que contaminen el producto y por supuesto prdidas de aceite esencial. Si hubieran de almacenarse se hara en un lugar ventilado a la sombra, manteniendo la fruta seca y procurando procesarla lo antes posible. El transporte por el mismo motivo se har procurando evitar el dao del pericarpio ya que se pueden lacerar los utrculos. Las condiciones ideales de transporte estn ms o menos lejos de la

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realidad, ya que es imposible eliminar totalmente las magulladuras en los frutos cuando estamos hablando en trminos de toneladas mtricas. Se descarga el limn sobre lechos acuosos para minimizar los golpes. El tratamiento preliminar pasa por la inspeccin de los frutos por parte de personal cualificado. La seleccin se realiza en una cinta transportadora de rodillos que hace girar a la fruta durante el transporte permitiendo inspeccionar visualmente toda la superficie de la misma, se retiran los frutos no aptos, con golpes en la corteza, cortes o picaduras de insectos y caros, o aquellos que presenten claros sntomas de envejecimiento. Los restos de tierra y hojas y la suciedad adherida a la corteza se eliminan mediante lavadoras con cepillos rotativos. Si se observan evidentes imperfecciones se deber proceder a la retirada de la cinta de la fruta no adecuada para ser procesada. La humedad se elimina posteriormente mediante ventilacin, ya que el fruto debe estar seco para su procesado.

I.2.3- Obtencin del aceite esencial. Para la extraccin de aceites esenciales la tecnologa opta por uno de los ciclos descritos en las siguientes Figuras I.2.3.1, ciclo de elaboracin por el mtodo de raspadura y I.2.3.2 ciclo de elaboracin por el mtodo de esfumadura o espumadora.

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Fruta Seleccin Raspadura Fraccin lquida Refinado Estocaje Centrifugacin primaria Fruto raspado Extraccin de zumo

Fraccin acuosa Recirculacin

Fraccin oleosa Centrifugacin secundaria Emulsin

Aceite esencial

Fraccin acuosa Destilacin Aceite esencial destilado

FIGURA I.2.3.1- CICLO LLEVADO A CABO EN LA TCNICA DE RASPADURA. (Di Giacomo y Mincione, 1994)

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Fruta Seleccin Extraccin de zumo Cortezas Esfumadura Corteza esfumada Fase lquida Filtracin Detritos Prensa en continuo Corteza agotada Emulsin Fase lquida Centrifugacin primaria Fase oleosa Fase acuosa Zumo

Centrifugacin secundaria Recirculacin Fase acuosa Destilacin Aceite esencial destiladoFIGURA I.2.3.2- CICLO LLEVADO A CABO EN LA TCNICA DE ESFUMADURA. (Di Giacomo y Mincione, 1994)

Aceite esencial

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La tecnologa utilizada, se encuentra ligada de una forma u otra a la de extraccin de zumo. El tratamiento del fruto completo se considera idneo, segn Di Giacomo y Mincione (1994), para la transformacin en continuo de grandes cantidades de fruto, mientras el proceso de sfumatura se prefiere en empresas de tipo medio o artesanales especializadas en producir aceites esenciales de calidad exquisita. En el primero los frutos se someten a raspado liberndose el aceite esencial de los utrculos, junto con restos de corteza, bajo la accin de una fina lluvia de agua que arrastra al aceite y los detritus hacia una refinadora que filtra y separa la emulsin oleosa de las partculas en suspensin, obtenindose mediante la centrifugacin de dicha emulsin una fase acuosa que se somete a recirculacin, otra emulsin que se somete a destilacin y una fase oleosa que tras una nueva centrifugacin produce un efluente acuoso que es enviado a destilacin, y el aceite esencial. En el mtodo de sfumatura se acta sobre la corteza una vez se ha extrado el zumo, presionndola y comprimindola repetidamente para lograr la salida del aceite esencial de los utrculos que es arrastrado por una fina lluvia de agua, dispuesta oportunamente en el interior de la mquina. La fase lquida se filtra para separarla de los restos de corteza y se somete a una primera centrifugacin en la que se obtiene una emulsin enriquecida en aceite esencial -cerca de un 80%- y una fase acuosa que se recircula tras decantacin. La fase oleosa sometida a una segunda centrifugacin permite obtener el aceite esencial y una fraccin acuosa con un elevado contenido en ceras. Los restos de corteza se prensan

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aadiendo agua -siempre en forma de fina lluvia- lquido que a continuacin se somete a destilacin en corriente de vapor y bajo condiciones de vaco. En cuanto a maquinaria se refiere, se pueden mencionar las siguientes: Pickin Roll, Screw press, Fraser-Brace excoriator, AMC scarifier, Brown peel shaver, etc. que recuperan el aceite del fruto en un paso previo a la extraccin de zumo (Holbrook y Bushman, 1981). En la patente para la Brown International Corporation, se describe el sistema como una cama de rodillos con superficies punzantes o abrasivas. Los frutos avanzan en una sola capa y se van rompiendo las glndulas oleferas del pericarpio, quedando el aceite recogido en el agua de arrastre formando una emulsin que se descarga sobre una prensa y pasa posteriormente a travs de un separador de partculas y centrifugacin para separar el aceite esencial. Los aceites as obtenidos cumplen las especificaciones de la USP, excepto lo referente a los residuos de evaporacin (Kesterson et al., 1979). En este tipo de maquinaria se opera sobre el fruto entero por abrasin como en los primeros sistemas manuales (Di Giacomo y Mincione, 1994) siguen tambin ste sistema las mquinas Pelatrice (peladora) que producen el raspado del fruto completo mediante varios pares de rodillos -entre tres y seis- de superficie punzante dispuestos trapezoidalmente con el eje longitudinal paralelo al sentido de avance de los frutos, los que rotan hacia el exterior impiden que los frutos sean aplastados, haciendo que resbalen sobre s, cambiando continuamente su posicin ofreciendo toda la superficie a la accin abrasiva de las puntas de

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los rodillos, al mismo tiempo que el aceite es arrastrado mediante agua fuera de la mquina. La velocidad de carga y la de rotacin de los rodillos depende del ctrico que se trate, de su estado de maduracin; la forma del fruto condiciona el tiempo de procesado de los mismos, siendo necesarios tiempos ms prolongados en el caso del limn que en la naranja y frutas no ovaladas por ejemplo el modelo de seis pares de rodillos, procesa entre doce y catorce toneladas de naranja en una hora (Di Giacomo y Mincione, 1994). Otros tipos de maquinaria como Torchio (prensa) y Sfumatrice (esfumadora) -Speciale e Indelicato- obtienen el aceite esencial de un fruto al cual ya se ha extrado el zumo. El tipo Torchio produce el prensado de la corteza mediante dos hlices que giran en sentidos opuestos, hlices situadas en jaulas que hacen de filtro y abrasivo al estar surcadas por fresas longitudinalmente y talladas con fisuras calibradas para permitir la salida de la esencia. El primer prensado se realiza a presin no muy elevada y el lquido obtenido atraviesa, con ayuda de agua a presin, un cedazo giratorio del que se recupera el aceite tras centrifugacin. Los restos de corteza se someten a un segundo prensado de mayor intensidad consiguiendo una pasta densa que diluda con la fase acuosa procedente de la centrfuga atraviesa el filtro y se destina a la destilacin. En la figura I.2.3.3 se muestran los esquemas de los dos modelos ms usuales Indelicato y Speciale (Di Giacomo y Mincione, 1994).

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A: Modelo Indelicato

B: Modelo Speciale

FIGURA I.2.3.3- MQUINAS TIPO SFUMATRICE. A) MODELO INDELICATO, B) MODELO SPECIALE (Di Giacomo y Mincione,1994).

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El tipo de mquinas -de implantacin casi exclusiva en Sicilia- denominadas sfumatrice, poseen una cinta sin fin, modelada a propsito con salientes orientados hacia una superficie fija, provista a su vez de protuberancias. La distancia entre stas y las de la cinta sin fin se regula de modo que se consigue la escarificacin de la corteza, procurando que no se rompa la corteza totalmente y sea rentable la proporcin de aceite esencial obtenida. Por ltimo nos encontramos con maquinaria que realiza simultneamente la separacin de zumo y aceite esencial. Entre stos se puede citar la Unidad mondadora-esfumadora (Indelicato), el extractor FMC In-Line (Food Machine Corporation) y el extractor pelatrice Speciale que es capaz de procesar entre 5.000 y 15.000Kg de limn por hora y que junto con el anterior son los sistemas ms utilizados en la cuenca Mediterrnea. De stas ltimas se muestran los esquemas en las Figuras I.2.3.4 y 5 respectivamente. La FMC In line, consiste fundamentalmente en dos copas dentadas que intercalan sus dientes cuando se cierran a presin. Se clasifican los frutos por tamaos, a continuacin se colocan en el centro de la copa inferior, la presin generada por la bajada progresiva de la copa superior produce la ruptura de las glndulas oleferas, el diseo de los perfiles de las copas impiden que la corteza se rompa. Un potente chorro de agua micronizada arrastra el aceite, se consigue as una primera emulsin con cuatro componentes: agua, aceite, restos de corteza y slidos en suspensin.

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FIGURA I.2.3.4- MQUINAS FMC IN-LINE

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FIGURA 1.2.3.5- ESQUEMA DE UNA PLANTA DE ELABORACIN CON MAQUINARIA F. SPECIALE31

Al mismo tiempo que se ejerce la presin sobre el fruto, se fuerza la introduccin del tubo pre-refinador (prefinishing strainer tube) a travs de la apertura efectuada por la cortadora inferior. Cuando las copas estn totalmente cerradas, las cortadoras superior e inferior se engranan, cerrndose as la apertura superior del tubo pre-refinador, construdo de malla perforada que retiene parte de la pulpa y dems fracciones slidas, impidiendo que se mezclen con el jugo. Un tubo (orifice tube) comienza a subir por el interior, ejerce presin sobre la masa del fruto expulsando el jugo a travs de las perforaciones hacia el recipiente que lo recoge (juice manifold). La corteza es expulsada a travs de la apertura anular existente entre el dimetro exterior de la cortadora superior y el final de los dedos de la copa superior. Cualquier resto de zumo en el pre-refinador es extrado por la presin ejercida por el tubo de orificio cuando completa el golpe. Los desperdicios son expulsados a travs de la apertura diseada en la parte inferior del tubo de orificio. La seleccin del tamao de las copas se realiza en funcin del rango de tamaos de la fruta a procesar. Las extractoras In line presentan muy buena eficiencia para los rangos de tamaos de frutos recomendados. Sin embargo pueden ocurrir prdidas en los rendimientos de zumo y aceite esencial debido a la rotura de los frutos cuando piezas demasiado grandes o pequeas alimentan una determinada copa. Este problema se reduce mediante la seleccin por calibrado del tamao de fruto adecuado antes de la extraccin (FMC, 1980). En la extraccin del aceite esencial, la direccin del chorro micronizado producido por el aro atomizador spray ring

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representa un factor crtico. Por lo tanto los aros, as como el resto de la lnea, deben ser limpiados peridicamente para evitar el taponamiento que impida el correcto flujo del chorro de agua. La forma de los agujeros es fundamental para asegurar un flujo de agua uniforme y lineal desde los aros atomizadores. La cantidad de agua tambin es muy importante en el proceso de recuperacin del aceite, pudindose obtener las cantidades necesarias de agua por tonelada de fruto para un ptimo de recuperacin, de forma que cantidades menores de agua producirn prdidas, mientras que cantidades superiores no mejoran el rendimiento. FMC recomienda determinados consumos de agua

dependiendo del tipo de aro atomizador, tamao de copa y modelo del extractor; as mismo recomienda el uso de aros de 0,063 pulgadas en las aplicaciones de mayor velocidad, y el de 0,049 en las de menor velocidad. El uso de agujeros mayores en los anillos de las mquinas de alta velocidad se debe a que es necesaria ms agua en stas mquinas, ya que est siendo procesada ms fruta por minuto, y para poder mantener el chorro micronizado de agua con la direccin y presin adecuadas es necesario incrementar el tamao de los agujeros. La presin del agua tambin es importante. Si es demasiado alta, parte del agua que ha arrastrado aceite podra escapar produciendo prdidas. Por el contrario una presin baja indica falta de agua en el sistema, y no conseguira arrastrar correctamente el aceite de la corteza.

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La eficacia en la alimentacin del fruto a las extractoras es tambin un factor importante en su correcto funcionamiento. Si sta no es continua el porcentaje de aceite en la emulsin puede disminuir de forma significativa. Cotroneo et al.(1986) realizan un estudio comparativo de las caractersticas de los aceites obtenidos de limones originarios de Sicilia con distintos tipos de maquinas extractoras, concluyendo que el contenido en hidrocarburos totales, monoterpenos y compuestos oxigenados de los aceites esenciales obtenidos por los sistemas Pelatrice e In line son muy similares. El mtodo Sfumatrice produce aceites con mayor contenido en hidrocarburos y menor contenido en compuestos oxigenados, aldehdos y alcoholes que mediante In line. El contenido en steres apenas presenta diferencias entre los tres sistemas. Los valores CD eran similares para In line y Pelatrice siendo siempre menores para Sfumatrice. El siguiente paso en el proceso corresponde a la separacin de las partculas grandes de pulpa y raspaduras de la piel que acompaan a la emulsin aceite-agua generada por las extractoras. Para ello se hace pasar la mezcla a travs de un sistema separador de partculas, que consiste en un tambor tamizador finisher con un dimetro comprendido entre 0,20 y 0,27 pulgadas. Las partculas de la corteza (raspaduras o frit), son separadas resultando una emulsin aceitosa, con tres componentes: agua, gotas de aceite esencial y slidos finos que han atravesado el finisher. Para que ste funcione correctamente se deben tener en cuenta el caudal de alimentacin y el grado de funcionalidad; se

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debe asegurar que el finisher empleado tenga capacidad para procesar la mezcla con que es alimentado y retenga los slidos particulados. La presin del mismo ser cuidadosamente controlada, de forma que se consiga una presin intermedia, ya que si es alta muchos slidos y pectinas pueden ser forzados a pasar a la emulsin, con lo que aumentara la viscosidad y dificultara la separacin en las centrfugas, y si es muy baja se perdera gran cantidad de agua y aceite esencial expulsados fuera del sistema a travs de la corriente de raspaduras. Usando cabezas de aire o mecnicas se consigue una presin media que permite que la emulsin que va a la primera centrfuga tenga en torno a un 2-4% de slidos que se pueden separar mediante centrifugacin a 4500rpm. Acoplando dos centrfugas se recupera la prctica totalidad del aceite esencial contenida en la emulsin ligera procedente del finisher como aceite esencial puro. El paso por la primera centrfuga se conoce como concentracin o deslodado o desludging y el paso por la segunda como refinado o polishing. La capacidad de separacin de una centrfuga (Vs) viene dada por la siguiente expresin:

K

x

D2

x

(1-2)x

Vs =

R

x

2

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Siendo: D - dimetro de la partcula. (1-2) - Diferencia de densidad de los medios a separar.

- Viscosidad de la emulsin.R - Radio efectivo de la centrfuga. - Velocidad angular de rotacin. K - Constante que depende de la centrfuga empleada. Los parmetros que determinan la capacidad de separacin de una centrfuga son R y . As el funcionamiento de la centrfuga depende del diseo de la carga permisible del bolo (bowl) cuando est girando y la capacidad del bolo depende de la presin debida a la rotacin de su propia masa, y la debida a la presin del lquido. En los bolos pequeos la presin debida a la rotacin supone aproximadamente la mitad de la presin total, pero se incrementa significativamente con el aumento del tamao. La presin del lquido depende del radio del bolo, que puede alcanzar presiones de 100bar en las centrfugas actuales. Por lo tanto, la forma y dimetro de la cubeta, la velocidad de rotacin y eleccin del material del bolo son parmetros fundamentales en el diseo (Dickenson, 1987). Cuando una mezcla de lquidos y partculas con distintas densidades se introduce en el bolo de una centrfuga, la mezcla entra en una serie de discos empaquetados disc stack, que reducen la velocidad de flujo, facilitando de esa forma la separacin. La capacidad de separacin de la centrfuga puede ser expresada como funcin de la velocidad angular y de las dimensiones de los discos apilados.

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La fase lquida pesada y las partculas de mayor densidad se sitan en la periferia, y pueden ser descargadas de forma rpida y automtica a travs de un dispositivo de pistn corredizo sliding piston, que cuando se desplaza hacia abajo abre un orificio en la pared exterior del rotor; los slidos acumulados se expulsan por el efecto de la fuerza centrfuga. El pistn regresa a su posicin de cerrado en una fraccin de segundo, mientras la mquina sigue girando a gran velocidad. Este sistema est automatizado y puede ser iniciado por un sensor hidrulico del nivel de slidos en el rotor. La fase oleosa acumulada en el centro fluye hacia su salida por la parte superior, y segn los tipos de centrfuga la fase acuosa puede ser expulsada bajo presin de una bomba centrpeta o por gravedad. En la etapa del deslodado, la emulsin procedente del finisher, es sometida a una centrifugacin de alta intensidad, ( entre 800-1000rpm), provocando la separacin en tres fases de la emulsin (Kesterson et al., 1971): - fase acuosa: con muy bajo contenido en aceite. - fangos: contienen la mayora de partculas slidas. - crema: emulsin con el 70-80% de aceite esencial. En esta fase pues, se consigue obtener de la primera centrfuga una emulsin con un alto porcentaje de aceite esencial. Utilizando un tanque de alimentacin, se asegura que la entrada de emulsin a esta primera centrfuga mantenga

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condiciones de presin y flujo correctos, y se eliminan los volmenes de aire que pudieran incorporarse desde el finisher. El ltimo paso del proceso de recuperacin del aceite en frutos ctricos es el refinado polisher. Consiste en pasar la emulsin enriquecida a travs de una centrfuga de alta velocidad, que opera entre las 16000 y las 18000rpm, con lo que consigue separar el aceite esencial del agua sobrenadante, decantando al mismo tiempo las partculas slidas presentes en la emulsin. La centrfuga refinadora, se alimenta directamente de la primera centrfuga, y pueden utilizar sistemas de control automtico, que expulsan los slidos del bolo, cuando el contenido en el espacio para retirar los sedimentos, alcanza un nivel ptimo (Bott y Schttler, 1989). Segn FMC (1980) la instalacin de sistemas de

centrifugacin bajodimensionados, contribuye a prdidas entre el 50-60% de aceite esencial en el sistema, por ello es fundamental instalar sistemas con capacidad suficiente para procesar eficazmente toda la emulsin procedente del finisher y evitar as prdidas importantes de aceite. Tras la centrifugacin el aceite esencial de limn, es recogido en un tanque de acero inoxidable, donde floculan las ceras (Kimball, 1991). Como bpf se considera la centrifugacin en centrfugas hermticas (Di Giacomo y Mincione, 1994).

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I.2.4Esencial.

Almacenamiento

y

conservacin

del

Aceite

Los tanques de acero inoxidable que contienen el aceite esencial, se mantienen a temperaturas comprendidas entre -5C y -25C durante veinte para das lograr en la el proceso denominado de las de winterizacin, separacin ceras,

traspasndolo a continuacin a bidones de 200L de capacidad revestidos de resinas fenlicas. As envasado, se almacena en atmsfera inerte (de nitrgeno o carbnico) y +10C de temperatura. Se ha sugerido, para lograr la mxima estabilidad del aceite esencial, el uso de antioxidantes (siempre subordinado a la legislacin vigente), para evitar el enranciamiento de las grasas (Di Giacomo y Mincione, 1994). Esto ltimo, en el caso del limn, no suele ser necesario ya que las propias cumarinas presentes en su composicin poseen de forma natural esta actividad antioxidante.

El aceite esencial de limn obtenido durante el procesado del fruto, se considera como material aromtico de la primera generacin. A partir de este material se han creado un bloque de nuevos materiales aromticos, mediante el uso de distintos procesos fsicoqumicos, que constituyen las sucesivas generaciones dentro de los productos aromticos y que son:

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Productos de segunda generacin: Concentrados o Folded oils. Productos de tercera generacin: Aceites esenciales deterpenados y desesquiterpenados. Productos de cuarta generacin: Top notes, acetaldehdo, linalol, valenceno, nootkatonas, fracciones carbonlicas, etc. (Fleisher et al. 1987; Pino et al. 1993; Kern, 1996).

I.3- DETERPENADOS La eliminacin total o parcial de los aceites esenciales naturales de los hidrocarburos monoterpnicos y de mono y sesquiterpnicos, se denominan respectivamente, deterpenacin y desesquiterpenacin, se efectan principalmente con los siguientes fines: - Aumentar la concentracin de los componentes que contribuyen en mayor medida al aroma. - Incrementar la solubilidad del aceite esencial de limn en etanol, incluso de baja graduacin, y as mismo en disolventes aptos para tecnologa alimentaria, adems los deterpenados son prcticamente solubles en agua a las dosis usadas en la aromatizacin de las bebidas refrescantes y se elimina el antiesttico collarn provocado por los terpenos en la parte alta de la botella.

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- Eliminar la aparicin de olores desagradables procedentes de procesos como la resinificacin y enranciamiento provocados por los hidrocarburos terpnicos. Los sistemas de deterpenacin utilizados son los siguientes: 1- Destilacin fraccionada a vaco. 2- Extraccin con disolvente 3- Cromatografa de adsorcin 4- Nuevas tecnologas

I.3.1- Destilacin fraccionada a vaco Consiste en aislar la fraccin con mayor proporcin en componentes oxigenados. Esto se realiza mediante las siguientes fases: a) Preparacin del dcimo, en la que se elimina una notable alcuota de terpenos, mientras la esencia se concentra en una proporcin de 10:1 en peso. Se usa para ello un baln de destilacin de acero inoxidable calentado por un lecho de vapor, una columna de rectificacin con anillos Raschig, un dispositivo de refrigeracin a reflujo mediante el paso de agua, que termina en dos colectores para recoger alternativamente las fracciones terpnicas destiladas, debiendo mantener el sistema durante la operacin a presiones muy bajas -inferiores a 15mm- (Red, 1976; Di Giacomo et al., 1992).

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b) Eliminacin del residuo no voltil por arrastre en corriente de vapor, la mezcla de agua y esencia se separa por decantacin. c) Concentracin final que se realiza tras una nueva destilacin a vaco ms bajo que en la primera fase, reuniendo aquellas fracciones que permitan obtener las caractersticas deseadas de solubilidad en alcohol, densidad y rotacin ptica. Los rendimientos que se obtienen varan mucho de unos frutos ctricos a otros siendo los ms bajos los que corresponden a mandarina (1%), naranja dulce (3%), limn (6%), y muy superiores en el caso de la bergamota (40%) (Di Giacomo, 1974; Calvarano y Di Giacomo, 1984).

I.3.2- Extraccin con disolvente Se lleva a cabo mediante extraccin en contracorriente con dos disolventes inmiscibles entre s, como el pentano y el alcohol metlico diluido. Cada uno de ellos al atravesar el aceite va solubilizando los compuestos solubles -hidrocarburos terpnicos en el pentano, y los compuestos oxigenados en el alcohol metlicoy a continuacin se eliminan los disolventes; el pentano se evapora a presin atmosfrica, mientras que el alcohol metlico se evapora bajo vaco a temperatura inferior o igual a 55C. Cuando se recupera un 80% del alcohol, el lquido residual se diluye en cinco volmenes de solucin salina y la esencia se separa por decantacin (Di Giacomo, 1974, Moyler et al., 1992).

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Si el aceite esencial deterpenado se ha de destinar a consumo de boca se utiliza alcohol etlico de diferente graduacin.

I.3.3- Cromatografa de adsorcin Por ste mtodo se pueden y eliminar completamente como

hidrocarburos

monoterpnicos

sesquiterpnicos,

adsorbente se usa desde cido silcico, almina, etc. hasta bentonita, tierra de diatomeas, etc.; se hace una primera elucin con hexano para arrastrar monoterpenos y sesquiterpenos; como eluyente para arrastrar los compuestos oxigenados que etilo o etanol (Di Giacomo, 1974). quedan adsorbidos en la columna, se utiliza acetona, ter etlico, acetato de

I.3.4- Nuevas tecnologas La innovacin tecnolgica se ha orientado a la obtencin de mayores rendimientos de aceite esencial as como a la obtencin de productos peculiares o de mayor calidad. A nivel industrial los que ya tienen aplicacin son: I.3.4.1- Procesos de membrana (Ultrafiltracin -UF-, y la smosis inversa -OR-) que se utilizan para separar y concentrar la fraccin terpnica sobre todo limoneno. Las membranas operando con UF retienen del 78 al 97% de limoneno presente en el efluente de la centrfuga en una concentracin del 0,04% al 0,6%(v/v), la membrana en OR retiene del 87 al 99% del limoneno que est presente en cantidades comprendidas entre 0,06% y 0,23%. El contacto con el limoneno produce una progresiva disminucin del

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flujo, ms o menos drstica segn el tipo de membrana, respondiendo mejor las de teflon que las de acetato de celulosa y stas mejor que las de polisulfonas (Paulson et al., 1985; Di Giacomo et al., 1992). I.3.4.2- Tratamiento enzimtico de la emulsin obtenida durante el proceso de extraccin en fro de aceites esenciales, que contiene cantidades considerables de sustancias pcticas provocando un aumento de la viscosidad que implica menores rendimientos en la centrifugacin, y adems stas sustancias pcticas son responsables de posibles enturbiamientos del aceite esencial; el uso de enzimas pectolticos, reduce la viscosidad y facilita la separacin del aceite esencial y se obtiene ms lmpido. El enzima, que se puede aadir en dos puntos del ciclo -en las aguas de recirculacin de la primera centrfuga tratadas durante unos treinta minutos con el enzima en ciclo cerrado y en la emulsin de alto contenido en aceite esencial obtenida en la primera centrfuga-, adems de aumentar el rendimiento global de la extraccin, disminuye el consumo de agua y reduce los volmenes de efluentes finales, con lo que se producen mayores beneficios econmicos (Coll, 1992; Coll et al., 1995). I.3.4.3- Empleo de la extraccin con fludos supercrticos como el anhdrido carbnico que a temperaturas superiores a 31C y presiones mayores de 74bar, es un fludo capaz de actuar como disolvente en funcin de su densidad, que es directamente proporcional a la presin e inversamente a la temperatura a que se encuentra; a valores altos de densidad el poder disolvente es mayor, hacindose ms selectivo conforme disminuye (McHugh y Krukonis, 1986; Reverchon et al., 1995; Medina y Martnez, 1997).

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Las

ventajas

de

carbnico

supercrtico

son:

la

fcil

eliminacin del mismo en condiciones de presin atmosfrica, la baja viscosidad y su gran difusin que permite una buena penetracin en el material a extraer, no es txico, no es inflamable y su coste es bajo. La matriz a extraer se dispone en cestillos con las superficies superior e inferior de metal sinterizado. El cestillo va inserto en un autoclave termostatado a la temperatura adecuada, el solvente ingresa por un orificio situado en la parte inferior y por un orificio situado en la parte superior sale la disolucin. El CO2 se introduce a la presin de trabajo mediante una bomba de pistones o de membrana, y se pasa a travs de un intercambiador de calor que lo lleva a la temperatura adecuada, as, como fluido supercrtico atraviesa la matriz y en el separador se produce la precipitacin de los compuestos extrados. El carbnico se lleva de nuevo al estado lquido por refrigeracin, y se reutiliza. La posibilidad de realizar extracciones en serie, variando las condiciones de densidad del fludo supercrtico, permite fraccionar las distintas clases de componentes del aceite esencial. Esto se ha realizado sobre corteza de ctricos para extraer aceite esencial utilizando CO2 a densidad de 0,300Kg/L (temperaturas de 45-50C y presiones inferiores a 90bar); en el extracto obtenido el residuo no voltil es insignificante. La autntica innovacin no es tanto la extraccin de aceite esencial que no resulta competitiva econmicamente frente a los mtodos tradicionales, sino como uso para la deterpenacin de los aceites esenciales por separacin en contracorriente y se piensa en su uso en la extraccin de la esencia de flores y hojas (Temelli, 1987;

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Yamauchi y Saito, 1990; Mincione et al., 1991 y 1992; Poiana et al., 1992 y 1993).

I.4- ALCOHOLATOS Los extractos alcohlicos de los aceites esenciales se conocen comnmente como alcoholatos o aromas solubles, y revisten particular inters en los sectores industriales de bebidas y perfumera, ya que al ser solubles en fase acuosa, permiten la aromatizacin de bebidas y siropes, adems poseen mayor resistencia a fenmenos de oxidacin, y mayor proporcin de los componentes que ms contribuyen al aroma, que en el aceite esencial de partida. Se obtienen por extraccin con alcohol de baja graduacin entre 60 y 80- durante quince a veinte minutos, repitiendo la operacin varias veces. Los extractos de mayor graduacin, poseen mayor concentracin aromtica y recuerdan mucho al del aceite esencial de partida, los de baja graduacin tienen un contenido elevado en componentes oxigenados y terpenos y permiten obtener distintas tonalidades como aromatizantes (Di Giacomo y Mincione, 1994). Tambin se preparan alcoholatos por maceracin directa de fracciones de corteza o de residuos con todo el aceite esencial en disoluciones etanlicas que posteriormente se separan y se someten a destilacin con columnas de rectificacin hasta diferentes grados de concentracin.

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I.5- AROMAS EN POLVO La produccin de las llamadas esencias en polvo, se basa en la ya conocida tcnica de microencapsulacin por spray drying (secado por pulverizacin). Se forma una microemulsin estable de la sustancia aromtica y el componente que va a servir de revestimiento y a continuacin se pulveriza para obtener el producto microencapsulado. Los materiales empleados para el revestimiento son polmeros orgnicos, gomas y gelatinas modificadas. La eleccin depender del tipo de maquinaria disponible, de las condiciones necesarias para la formacin de la emulsin estable, con una viscosidad aceptable y a baja concentracin, y si su destino es el uso alimentario debe estar permitido como aditivo con este fin. La proporcin de materia seca en la emulsin vara entre un 25 y un 50%, y el producto obtenido es en la mayora de los casos soluble en agua; si se quiere obtener microcpsulas hidrfobas, se puede usar como material de revestimiento amidas oportunamente modificadas. Las ventajas que los aromas microencapsulados ofrecen se pueden resumir en la proteccin de la fuerza y calidad del aroma de la evaporacin y la oxidacin incluso a temperaturas elevadas y durante periodos superiores a un ao; el producto microencapsulado se puede aadir directamente a mezclas slidas (en polvo), obteniendo fcilmente mezclas homogneas. Por su escaso contenido en humedad no sufren

contaminacin bacteriana y se mezclan fcilmente con productos

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alimentarios desecados; al no ser higroscpicos se mantiene el polvo suelto sin aglomerarse largo tiempo (Kopeland et al., 1977; Crocker y Protchett, 1985; Bangs y Reinecius, 1990; Huet, 1991, Di Giacomo y Mincione, 1994). I.6- ACEITE ESENCIAL OBTENIDO POR DESTILACIN Poco antes de la I Guerra Mundial, aparece en Palermo la primera aplicacin de la destilacin para recuperacin de aceite esencial de limn. Este mtodo conocido con el nombre de su autor -Peratoner- consiste en el triturado y prensado de los frutos, seguido de la destilacin en corriente de vapor del lquido obtenido, separando la esencia por decantacin. La esencia de caracterstico olor empireumtico y escasa calidad respecto a las obtenidas por expresin en fro, presentaba fenmenos de hidratacin de monoterpenos y otros hidrolticos, formando alcoholes como terpineol, terpinenol-4 , linalol y nerol, as como la formacin de metil-heptenona procedente del citral (Calvarano y Di Giacomo, 1984). El mtodo Peratoner se limita en la actualidad al tratamiento de las cortezas, ya privadas de la mayor parte de la esencia, y que prensadas a intensidades cada vez mayores y con la ayuda de pequeas cantidades de agua, producen un lquido que se destina a destiladores fabricados en acero inoxidable que operan con bombas de vaco, en corriente de vapor y una temperatura no superior a 60C (Di Giacomo, 1987). Los aceites obtenidos por arrastre en corriente de vapor Stripper oils de los efluentes de las centrfugas de obtencin del aceite esencial prensado en fro, son los que se recuperan al hacer pasar una corriente de vapor de temperatura comprendida entre

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110C y 132C, que arrastra de 0,1 a 1,2% de aceite a una zona donde tiene lugar la evaporacin a muy baja presin. Los vapores condensados se separan mediante decantacin. Estos aceites destilados en condiciones de vaco tienen mayor calidad aromtica que los obtenidos por destilacin a presin atmosfrica (Kesterson y Braddock, 1976). Prcticamente es un mtodo el de destilacin por arrastre con vapor de agua que se emplea para recuperar el aceite esencial residual de los desperdicios del proceso general de elaboracin del limn y aunque la esencia obtenida es de una calidad claramente inferior a la obtenida por extraccin en fro tiene una demanda que justifica su elaboracin. Adems constituye el mtodo aplicado para la recuperacin de los constituyentes voltiles de otras partes del vegetal como hojas (nerol de limn) y de tallos y brotes (petit grain de limn).

I.7-ESENCIAS DEL ZUMO. Durante el procesado de los zumos pasteurizados y en la obtencin eliminacin de concentrados los de zumos, de se ve necesaria la de en mismos, pequeas cantidades

constituyentes voltiles presentes, derivados del tratamiento del fruto completo en dicho procesado. En zumo final no debe existir una cantidad superior a 0,015-0,02% en volumen de aceite esencial, sin embargo el zumo procedente del extractor, puede contener ms del 0,05%, especialmente cuando el fruto es sobreextrado o dependiendo del tipo de tratamiento seguido en la extraccin del zumo. El exceso de aceite puede eliminarse (deoiling)

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por desaireacin en caliente y a vaco e incluso por destilacin en corriente de vapor, y ser recuperado (Hendrix y Redd, 1990). El inconveniente del arrastre del aceite presente en el zumo, es que ste no se encuentra libre como gotas, sino absorbido en las partculas de pulpa (Scott et al., 1965). La cantidad de aceite que se elimina se controla por el flash a travs de la temperatura y el vaco que se provoca en el separador de vapor. La eliminacin del aceite es especialmente importante en el procesado del zumo pasteurizado 1990). Los voltiles recuperados durante la obtencin de en una sola etapa o zumo enlatado, siendo desarrollada como parte integrante de dicho proceso (Rebeck,

concentrados de zumo se conocen como esencias. En ctricos estas esencias se dividen en dos fases -hidrosoluble y liposoluble-. La porcin hidrosoluble se conoce como aroma o esencia de fase acuosa, y la fraccin liposoluble como esencia oleosa o esencia de fase lipdica del ctrico correspondiente. Ambas fases tienen las notas del aroma caractersticas del zumo fresco del que provienen y se utilizan en la industria para realzar el aroma de los concentrados, poseyendo la ventaja de que la legislacin los contempla como parte integrante del fruto completo del que derivan y no se precisa declararlos como aadidos (USFDA, 1982, 1984 y 1988; Red et al., 1986, 1992 y 1996).

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I.8- SISTEMAS INDUSTRIALES DE CONCENTRACIN DEL AROMA Morris (1970) define evaporar como convertir o pasar a vapor, extraer en forma de vapor, extraer de una mezcla, etc.. Webster (1967) lo define como transformar en vapor o en partculas diminutas invisibles. Bennett (1974) dice que es el cambio del estado de lquido a gaseoso a temperatura, cercana al punto de ebullicin. Otras definiciones relacionadas que podemos encontrarnos son las siguientes: rango de evaporacin volumen evaporado en un instante dado, por unidad de rea y tiempo; evaporador multiple-effect series de cuerpos evaporadores tan conectados, que el vapor de uno es el medio de calentar el siguiente. Redd y Hendrix (1993) comentan como Bristow en los principios de la industria de concentrados ctricos, cuando an se produca el concentrado de naranja con evaporadores a vaco, a escala de laboratorio, colaborando con Skinner, fabrica el primer evaporador a escala industrial, logrando que sea operativo industrialmente en 1937. Chen (1982), describe varios tipos de evaporadores usados en la industria ctrica de Florida, desde sus comienzos. Los evaporadores a baja temperatura usados en los aos cincuenta, son del tipo single effect single pass un slo paso un slo efecto, single effect con recirculacin, recirculacin con un slo efecto y multiple effect con recirculacin los de recirculacin y efecto mltiple. Estos evaporadores operaban en un rango de

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temperatura comprendido entre los 18C y los 50C. (Kelly y Schwarz, 1955). El evaporador de la Citrus Commision de Florida (Atkins et al., 1950), es un ejemplo temprano de diseo de baja temperatura. Los tipos de evaporadores de vaco a baja temperatura segn Ashrae (1971), son: 1- Tipo Mojonnier - la evaporacin se induce bajo vaco, mientras el zumo se calienta, por la condensacin con refrigerante (nitrgeno). Esto recibe el nombre de contacto directo con el refrigerante. 2- Tipo Kelly- el zumo se calienta por circulacin de agua caliente y el vapor del zumo se condensa evaporando al refrigerante; a esto se le llama, contacto indirecto con el refrigerante. 3- Sistema de recompresin de vapor- el vapor se comprime a ms alta temperatura y presin, y se usa para evaporar ms zumo. 4- TASTE- Los evaporadores que operan segn el principio de altas temperaturas durante poco tiempo, tienen unidades con superficies tubulares o planas. Thermally accelerated short time evaporators (TASTE), operan en rangos de temperaturas comprendidas entre 95 y 105C, a causa del corto tiempo de exposicin al calor, el evaporador TASTE se sita definitivamente como la mejor tecnologa de recuperacin en cuanto al aroma en zumos concentrados (Welch, 1989 A y B).

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La transferencia de calor a un producto que pasa a velocidades extremadamente altas en un medio no confinado, da como resultado un tiempo muy bajo de permanencia, y elimina los problemas de calentamiento localizado. Adems la exposicin al calor se reduce por el hecho de que estos evaporadores son generalmente de un solo paso. El producto concentrado as obtenido presenta un aroma superior y otros factores de calidad (Cook, 1963). El boom de la tecnologa de aromas ctricos, se produce cuando se comprueba que el TASTE, es excelente para recuperar la fragancia de los constituyentes voltiles que generalmente se pierden en la atmsfera y/o con la eliminacin del agua a travs de las unidades de recuperacin de esencias (Jones, 1968; Redd, 1988). El evaporador TASTE con recuperacin de esencias, es un medio excelente para recuperar y reincorporar el aroma fresco a los productos procesados. La configuracin del flujo de zumo es esencial para la recuperacin de una buena esencia, ya que determina a que temperatura es susceptible el zumo de ser separado de su esencia. El rango de recuperacin y la calidad de la esencia se ven afectados por esta configuracin. Una contribucin definitiva se debe a Gumaco (Odo y Tope, 1989; Odo, 1995), que mejora el proceso de la siguiente forma: - un sistema de decantacin muy eficiente y una unidad de esencia rediseada para evitar el paso del aceite a la columna de separacin. Se recupera as todo el aceite esencial.

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- una columna de rectificacin nueva diseada usando la tecnologa de la industria petroqumica, que descarga los finales de la columna que permanecen virtualmente libres de compuestos aromticos. - un sistema muy eficiente de arrastre, para atrapar el mayor nmero posible de compuestos de bajo punto de ebullicin- la nueva columna de rectificacin permite concentrar los aromas hasta un nivel tan elevado como un 40% de alcohol, esto hace los aromas ms estables y menos costoso el almacn y transporte-, la nueva legislacin permite estas elevadas concentraciones, con lo que la opcin es bastante interesante. Es necesario evaluar la calidad y fuerza de la esencia recuperada para asegurar la uniformidad de la mezcla cuando se produce la restauracin (Johnson y Vora, 1983), como la mayora de las pequeas empresas con evaporadores no tienen a su alcance tcnicas sofisticadas de anlisis como la cromatografa de gases, tienen que recurrir a mtodos de determinacin rpida como los que Attaway et al. (1966) proponen de la estacin experimental de Lake Alfred y descritos en el Quality Control Manual for Citrus Processing Plants Vol.III (1996).

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II- CARACTERSTICAS DEL ACEITE ESENCIAL

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El aceite esencial de limn es, segn la USP XX, un aceite voltil obtenido de exprimir, con o sin ayuda de calor, la corteza en fresco del fruto del limonero Citrus limon (Linneo) N.L. Burmann, con o sin separacin previa de pulpa y corteza. En la norma ISO 855 (1981), se define como el aceite extrado sin calentar, mediante el tratamiento mecnico, del pericarpio fresco del fruto de Citrus estn limon (Linneo) N.L. Burmann. con Sus su caractersticas ntimamente relacionadas

composicin qumica.

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II.1- FLAVOR Para la valoracin de un aceite esencial, el examen organolptico constituye un test de fundamental importancia, una primera observacin del aspecto, color, turbidez, olor, permite poner en evidencia posibles alteraciones, presencia de sustancias extraas, grado de envejecimiento, etc. El grado de aceptacin depende sobre todo del olor, ya que de una u otra forma, es el aspecto primordial para su comercializacin y por otra parte resulta el ms complejo de definir, por ello debe ser examinado por un grupo de expertos que controlan el aroma que se desarrolla en el tiempo en una tira de papel absorbente empapada con el aceite esencial que se examina. Este, en nuestro caso, es el caracterstico del pericarpio fresco de limn (Di Giacomo, 1974; ISO 855, 1981). Fellers (1980) describe cuantiosos problemas en la

investigacin de la evaluacin sensorial en Citrus, tales como la cantidad y calidad de los materiales de potenciacin utilizados (aceites de expresin en fro y esencias), evitando los inmaduros, los de bajos Brix en acidez y los no amargos. Tcnicas que utilizan la rueda de aroma y patrones de reconocimiento describen tambin los atributos off-flavor/off-odor que se deben evitar. En zumos ctricos se han desarrollado modelos e

investigacin sobre zumo estndar, para consultar la opinin del consumidor. A veces, por ejemplo, probando zumo de pomelo no amargo, surgen problemas de solubilidad en la dispersin de la limonina, insoluble en agua, en mezclas acuosas y tambin en la

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adicin de naringina. Algunas veces, a causa de la cantidad de variables en el procesado de los zumos de Citrus, el uso de un zumo estndar como gua de la evaluacin sensorial no resulta prctico. Las primeras variables son las diferencias de variedad, madurez y estacin, extraccin y/o presin final, potenciadores como zumo cut-back y/o esencias y aceites de presin en fro, etc. incluso el uso de un lavado en lnea de los slidos de la pulpa puede que, en algunas ocasiones, conduzca a problemas con el aroma. Por supuesto la higiene y el uso de materia prima sana, minimiza la variable microbiolgica de degradacin. Los aceites de expresin en fro pueden oxidarse, lo que se atribuye a la autooxidacin del d-limoneno, constituyente mayoritario (Braddock et al., 1986). Otros autores como Buckholz y Daun (1978) describen el esquema de esta oxidacin como: d-limoneno carvona + carveol.

El zumo y el aceite esencial pueden ser evaluados y controlados sensorialmente y mediante anlisis instrumentales (Gonzlez et al., 1986). Como el tiempo y temperatura de almacenaje y otras variables son tan importantes en los procesos oxidativos mencionados es fundamental establecer y mantener un buen sistema para la materia prima. Los productos instaurados composicin y, y especialmente, procesos de los productos para en fase de investigacin y desarrollo, se replantean continuamente su produccin permanecer competitivos en el mercado.

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El coste del material, repuestos, las cosechas y otros problemas forzarn estos cambios. La Divisin Sensorial del IFT sugiere algunas opciones (Dethmers et al., 1981), como son: Mejoras en el producto: La mejora real de un producto se puede medir de muchos modos. La siguiente es una secuencia lgica de prueba. 1. Test diferenciales para determinar hasta que punto el producto experimental es diferente del control (si no es diferente, no puede ser mejor). 2. Test de aceptacin, para establecer hasta que punto el producto difiere y gusta lo mismo o ms que el producto control. Proceso de cambio: Un proceso de cambio debiera mantener o mejorar el producto. La secuencia es similar a la de la mejora del producto. 1. Test diferenciales para determinar hasta que punto el producto experimental es diferente del control (si no difiere, no puede ser peor). 2. Test de aceptacin, igual que en la mejora del producto. Desarrollo del nuevo producto: En el desarrollo de un nuevo producto Kster (1990) prefiere una descripcin cuantitativa como mejor modo de evitar errores. Aunque el coste es alto, se realiza con un nmero de consumidores cercano a 60.

II.1.1- Factores que afectan al aroma de frutos ctricos y sus productos. Los componentes voltiles del zumo de limn han sido ampliamente estudiados entre otros por Dougherty (1968); Huet (1969 y 1981) y Mussinan et al. (1981). Estos ltimos extraen a

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mano cuidadosamente el zumo para minimizar la incorporacin del aceite de la corteza. Tratando el zumo con etanol para prevenir las reacciones enzimticas, extraen la mezcla con fren 11, concentran el extracto y usan analistas entrenados para evaluar el extracto y asegurar la presencia de un aroma y flavor de zumo fresco, identificando trescientos componentes, entre los que aparecan teres, uno de ellos es el p-cimen-8-il,etil ter de aroma semejante al zumo de limn. Slo detectan un compuesto sulfurado, dimetil sulfito, empleando fotometra de llama sensible a compuestos sulfurados. El componente ms importante del aroma de limn es el citral, mezcla de geranial y neral. En la corteza de limn la proporcin es aproximadamente 40% neral y 60% geranial, mientras que en el zumo el citral contiene 5% neral y 95% de geranial.

II.1.2- Componentes voltiles importantes para el aroma de productos ctricos Aunque el limn no se consume de igual forma que la mayora de ctricos, probablemente tiene mayor variedad de usos: culinarios, bebidas, aplicaciones medicinales e industriales, que ninguna otra fruta; es probablemente el tercer condimento ms ampliamente utilizado tras el azcar y la sal, para ensalzar los aromas inherentes a la comida (Swisher y Swisher, 1980). El aceite de limn extrado en fro tiene tantas aplicaciones como el zumo por su uso generalizado en alimentos, refrescos, cosmticos, frmacos y productos de uso domstico

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(ambientadores,

limpiadores,

etc)

(Safina,

1971

y

1984;

Laencina, 1983; Carter, 1993). Los actuales mtodos de procesamiento para obtener, aceite esencial exprimido en fro, zumo, y zumos concentrados congelados y aditivos, han sido revisados por Carter en 1993. La composicion del cold-pressed lemon peel oil se ha estudiado a lo largo de los aos en un esfuerzo para determinar la mezcla de constituyentes bsica para un aceite de limn de alta calidad. Los constituyentes del impacto del aroma en su mayora se deben, como ya hemos dicho anteriormente, al citral, su contenido en el aceite esencial se usa como ndice de intensidad de aroma. El Food Chemical Codex especifica un rango entre 22-38 % total de aldehdos expresados como citral para el aceite esencial de limn de California. Gunther (1968) estudi la composicin de diecinueve aceites comerciales con cantidades de componentes especficos variables y concluy que el aceite de mayor calidad era uno de California con una cantidad de citral relativamente baja (2%), y porcentajes relativamente altos de -pineno, -terpineno, geranilo y bergamoteno, cariofileno, geraniol y acetatos de

nerilo. Por otra parte segn Maarse y Visscher (1989) el rango de valores de citral en aceite esencial de limn puede variar entre un 2-13%, aunque este ltimo valor es difcil pensar que corresponda a un producto genuino. En un estudio ms reciente de 85 muestras de aceite de siciliano, se compara la calidad y composicin de los aceites procedentes de varios mtodos de extraccin Cotroneo et al.

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(1986). Los aceites de mejor calidad aromtica posean tambin elevados niveles de constituyentes oxigenados como linalol, nerol y citronelol, -terpineol y terpinen-4-ol, y especialmente, aldehdos como geranial y neral. Un programa llevado a cabo por un grupo de investigacin de International Flavour and Fragances, determina varios constituyentes traza del zumo de limn que posean aromas y flavor caractersticos de ctricos y/o limn fresco (Mussinan et al., 1981). Aproximadamente el 14% de los compuestos no cuantificados fueron posteriormente caracterizados. Cerca de la mitad (7,1%) eran una mezcla de alcohol fenchlico, terpinenol-4, -terpiniletilter, carveol y acetato de -terpenilo. El 7% restante contena constituyentes traza, que incluan dieciocho derivados de dimetil y etilteres de monoterpenos. Una fraccin neutra de estos (16,1g), se divide en una fraccin hidrocarbonada (8,96g) con un ligero aroma a limn, y una fraccin oxigenada (5,79g) con el aroma caracterstico del zumo de limn; las notas ms fuertes descritas tanto de aroma de limn como de ctricos las poseen los cuatro teres monoterpnicos: 8-p-cimeniletilter (zumo de limn), linaliletilter (corteza de ctrico), mircenilmetilter (terpenos de ctricos) y fenchiletilter (ctrico). Tambin poseen un aroma de limn los ismeros

epijasmonato de metilo y jasmonato de metilo, siendo este ltimo el ms estable, excepto cuando la proporcin es de 95:5 que se favorece la estabilidad del primero. El epijasmonato de metilo ha sido determinado en limn y en un insecto en el que

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fue aislado previamente (Nishida y Acree, 1984 y Acree et al. 1985). Los niveles umbrales de epijasmonato de metilo en agua son de 3ppb. En una aproximacin, segn datos de Nishida y Acree, la cantidad presente en los voltiles de limn es cien veces mayor que la umbral del aroma. Por tanto este compuesto contribuye al aroma de limn. El aceite esencial de limn es el aceite ctrico ms ampliamente usado e histricamente es uno de los ms valorados junto al de lima. Hasta hace poco, tras la extraccin del aceite, los restos del fruto incluido el zumo se consideraban deshechos del procesado de obtencin del aceite. (Carter, 1993). La estabilidad del aceite de limn durante el almacenaje y como agente aromatizante en bebidas cidas, se ha estudiado extensamente. El neral y el geranial presentes en el aceite de limn se degradan a varios intermedios de dos compuestos offflavour: p-cimeno, y -p-dimetilestireno. (Kimura et al., 1983, Laencina et al., 1988). Otros constituyentes del aceite de limn se muestran como precursores de compuestos off-flavour, como -terpineno precursor del p-cimeno (Ikeda et al., 1961). Schieverle y Grosch (1988) determinan que linalol, neral y geranial se degradan a pcimeno y otros que incluyen p-cresol y p-metilacetofenona. Peacock y Kuneman (1985) muestran que el citral es inestable en bebidas carbonatadas en cantidades de 3ppm, degradndose a p-cimenil-8-ol y -p-dimetilestireno, dos compuestos que dan mal aroma al zumo de limn. Esto se podra retardar aumentando el pH, reduciendo la temperatura de almacn o

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aadiendo cido isoascrbico. El uso de antioxidantes para retardar esta degradacin no ha tenido xito. El aroma y el aceite esencial natural del limn son productos comerciales que parecen tener una aplicacin comercial limitada. Moshonas y Shaw (1972) identificaron veintisiete componentes del aroma de limn, algunos de los cuales se conocen por contribuir al aroma fresco de los zumos ctricos: acetaldehdo, acetato de etilo, Z3-hexenol, con la presencia de neral y geranial. El aroma comercial de limn se vende concentrado 500 veces. Una muestra tpica tiene un contenido mnimo de alcohol de un 4% (Tastemaker, 1994).

II.1.3-

Alteraciones

del

aroma

durante

el

almacenamiento En el estudio del efecto de las condiciones de

almacenamiento sobre la fraccin aromtica del zumo de ctricos se han de considerar tanto las condiciones de almacenaje del fruto como del zumo ya que ambos, en condiciones usuales de trabajo, son almacenados previamente a su utilizacin (Lund et al., 1981; Graumlich et al., 1986). Los frutos ctricos una vez cosechados sufren prdidas de peso por respiracin y progresivas deterioraciones, como consecuencia de acciones bacterianas y fngicas y segn las condiciones de temperatura y humedad del ambiente. Tales efectos perjudican enormemente al sabor, aroma y apariencia del producto y son responsables a veces de cuantiosas prdidas econmicas.

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Diferentes tcnicas han sido diseadas para prevenir estos cambios y deterioros, tales como almacenamiento frigorfico en atmsfera controlada y almacenamiento hipobrico (Grierson y Ben-Yeshohua, 1986), aunque estos mtodos resultan muy costosos. Un sistema alternativo o complementario es la aplicacin de ceras y otras capas protectoras y contenedores (Kester y Fennema, 1986). Durante el procesado el zumo de limn sufre importantes prdidas de componentes voltiles pasando de 612mg/Kg en el zumo procedente directamente de la extraccin a 268mg/Kg en el concentrado, referidos a jugo simple. Ello no supone una prdida proporcional de todos los componentes sino que depende de sus distintas volatilidades y estabilidades formndose unos compuestos a partir de la degradacin de otros- y del reparto de los mismos entre el zumo y la pulpa. Si se emplea como marcador el limoneno se observa una prdida total del 53%, la mayor parte en el proceso de concentracin (23%) y en menor medida en la desaireacin y centrifugacin (14% y 10% respectivamente), por tanto se constata que los componentes voltiles se pierden en su mayora debido a los tratamientos a vaco. En los sistemas evaporadores con recuperacin de aromas se obtiene la llamada esencia que en el caso del limn est compuesta en su mayora por limoneno, mirceno y -terpineno (Moshonas y Shaw, 1972) Segn Radford et al.(1974) la distribucin de componentes voltiles entre pulpa y suero del zumo es mayoritariamente de

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hidrocarburos terpnicos y sesquiterpnicos en pulpa, mientras que los compuestos oxigenados se encuentran en su mayora disueltos en el suero. Es bien conocido que el citral en medio cido, como ocurre en concentrados o bebidas alcohlicas de limn, se deteriora este componente de gran importancia en aceite esencial de limn se cicla rpidamente a p-cimeno y p-dimetilestireno, responsables del off-odor producido (Iwata et al., 1978). El deterioro no se produce por accin del oxgeno, (Kimura et al. 1983) realizan el estudio, en presencia y ausencia de oxgeno, del deterioro del citral en disolucin acuosa de cido ctrico, comprobando que no hay diferencia en la produccin de pcimeno, p-cimenol-8 y -p-dimetilestireno, as mismo no son efectivos los antioxidantes como -tocoferol, BHT o BHA, en hacer que disminuyan las concentraciones de dichos productos de oxidacin. En la elaboracin del concentrado de zumo de limn se

degradan casi totalmente pasando hasta nicamente un 3% y 1% de neral y geranial respectivamente, observando que es el geranial -el de mayor contenido inicial- el que sufre prdidas de mayor cuanta, quizs ms por su degradacin en el calentamiento que por su volatilizacin. As mismo los steres y los hidrocarburos sesquiterpnicos se conservan mejor que el resto y se observa tambin aumento de -terpineol (Nez, 1988). Newmann et al. (1992) comprueban los mecanismos de deterioro (autooxidacin) inducidos por la luz en aceites esenciales y productos alimenticios, en los que actan como

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aromatizantes, que provocan transformaciones irreversibles por fotolisis de sus componentes cuando no son almacenados en condiciones adecuadas y se exponen a la luz ambiental. Una vez el zumo de limn ha sido procesado las

modificaciones qumicas acaecidas durante el almacenamiento son la desaparicin total de geranial y neral, probablemente a consecuencia de las reacciones de ciclacin y oxidacin catalizadas por el pH bajo; los hidrocarburos sesquiterpnicos parecen presentar relativa estabilidad, sobre todo bisaboleno, aunque disminuyen todos al cabo de 12 das almacenados a 45C. Los steres se comportan de forma semejante y su degradacin puede ocurrir pos saponificacin en medio cido con liberacin de alcohol. El limoneno presenta una velocidad de degradacin seis veces superior a 45C que a 30C y adems aparecen dos componentes que no estn presentes en el zumo de partida que son fenchol y carveol que aparecen en los primeros das de almacenamiento (Nez, 1988) As mismo se detecta la presencia de derivados furnicos, cidos hidroxicinmicos de los y otros productos del derivados aceite por transformaciones componentes esencial

incorporados durante el procesado industrial. Los derivados de los furanos han sido identificados como productos de degradacin asociados con el pardeamiento en productos ctricos; desde el punto de vista sensorial contribuyen al aroma y estn principalmente asociados con el olor dulce, frutal, acaramelado... Aparentemente determinan el

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pardeamiento desarrollado durante el almacenamiento, siendo furfural e hidroximetilfurfural los dos derivados ms abundantes en los zumos ctricos. El furfural es el componente ms utilizado como indicador de la calidad del zumo, ya que su contenido en el zumo fresco y procesado puede ser considerado nulo frente a las cantidades detectadas en los zumos con un almacenamiento prolongado (Nagy y Randall, 1973). Este componente proviene de la degradacin anaerbica del cido ascrbico, no estando relacionado con el desarrollo del olor de los zumos envejecidos, sino como indicador de un tratamiento trmico excesivo (Maraulja, et al., 1973), ya que el valor umbral de deteccin del furfural en zumo es aproximadamente de 80 ppm y este valor es bastante ms elevado que el que puede ser detectado en un zumo envejecido; legislativamente su contenido es mucho ms bajo, del orden de 30 ppm. El hidroximetilfurfural, es un aldehdo cclico formado por la deshidratacin en medio cido de hexosas cuando son sometidas a elevadas temperaturas. Siempre en condiciones de fabricacin higinicas un elevado contenido en este compuesto indica un excesivo tratamiento trmico durante la concentracin o la pasteurizacin (Nez, 1988; Lee y Nagy, 1996). Este componente es considerado como un precursor del pardeamiento en los zumos ctricos y est relacionado con la prdida del color de los mismos. En los zumos de frutas la concentracin y tipo de azcares, la cantidad y estructura de los aminocidos, pH, as como empaquetado, almacenamiento y las reacciones con otros

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compuestos pueden llegar a afectar a la produccin de hidroximetilfurfural durante el procesamiento y el almacenamiento de los zumos de frutas. Lee y Nagy en 1988 detectan en el zumo de pomelo envasado en botes del de cristal en y enlatado un aumento siendo considerable contenido hidroximetilfurfural,

funcin de la temperatura y el tiempo de almacenamiento. As mismo, estos autores, en 1996, estudian el crecimiento gradual de la concentracin de este componente sobre zumo de naranja concentrado y almacenado a temperaturas de 5 y 24C. El contenido inicial de hidroximetilfurfural es de 0,03 ppm, detectndose en el zumo almacenado durante 22 semanas a 24C un aumento de la concentracin alcanzando 3 ppm, frente a 0,2 ppm detectadas en el zumo almacenado a 5C. Durante el procesamiento y almacenaje de los zumos ctricos, la descarboxilacin cataltica en medio cido de los cidos hidroxicinmicos conducen a la formacin de vinilfenoles; as la descarboxilacin del cido p-cumrico produce pvinil-fenol la del cido ferlico y p-vinil-guayacol, dos derivados que han sido detectados por Lee y Nagy (1996) en los zumos ctricos procesados. Los vinil-fenoles son compuestos de olor desagradable con un umbral de deteccin bastante pequeo, llegando su presencia a afectar a la aceptabilidad del zumo ctrico. El 4-vinil-guayacol, imparte al zumo enlatado de naranja olor a envejecido o podrido a niveles de 0,075 ppm (Tatum et al., 1975). Estos autores estudian la degradacin durante el almacenamiento de los productos formados en zumo de naranja

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enlatado, detectando compuestos de degradacin como terpineol, 2,5-dimetil-4-hidroxy-3-(2H)-furanona y 4-vinil guayacol, formados durante doce semanas de almacenamiento a 35C, cuya contribucin sensorial resulta negativa El 4-vinil guayacol cuando es adicionado al zumo control imparte una caracterstica de zumo envejecido que resulta ms desagradable que los otros dos componentes. No obstante, la eficacia de este componente como indicador de la degradacin cualitativa de los zumos no es adecuada ya que, segn lo expresado por Naim et al. en 1988, solamente trazas de este componente son detectadas en el zumo de naranja por la degradacin del cido ferlico, cuando el pardeamiento no enzimtico en el zumo ya es evidente. Estos autores tambin aseguran que se degrada de forma significativa durante el almacenaje prolongado a elevadas temperaturas. Lee y Nagy en 1990, estudian la formacin y degradacin de este componente destacando que aumenta su concentracin en el tiempo a elevadas temperaturas de almacenamiento, seguido de una disminucin cuando la temperatura alcanza los 50C. Esto es debido a que el 4-vinil-guayacol acta como substrato de conversin en otros derivados fenlicos o bien este componente se polimeriza dando lugar a la formacin de oligmeros. La presencia de aceites esenciales en los zumos ctricos contribuye a mejorar los aromas y el sabor de estos productos, no obstante, bajo condiciones inadecuadas de procesamiento, almacenaje y empaquetado algunos de sus componentes se degradan dando lugar a la aparicin de sustancias que aportan un aroma no deseado (Lee y Nagy 1996).

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Estas reacciones de degradacin en su mayora son catlisis cidas en medio, acuoso en las que tienen lugar reacciones de hidratacin, deshidratacin, ciclaciones e hidrlisis (Clark y Chamblee, 1992). Los compuestos oxigenados as formados proceden de reacciones de adicin qumica de molculas de agua, no por reacciones de oxidacin debidas al oxgeno disuelto en el medio de reaccin. En la Tabla II.1.3.1, quedan esquematizados derivados de los los

compuestos

degradados

trmicamente

constituyentes del aceite esencial segn lo expresado por Lee y Nagy en 1996. El -terpineol es un compuesto derivado de la degradacin de algunos componentes presentes en el aceite esencial, caracterizado por impartir aroma desagradable descrito como tipo terpnico, alcanforado, rancio y picante. Durante el almacenamiento del zumo limn se produce la disminucin progresiva del contenido en hidrocarburos terpnicos, octanal y nonanal, neral, geranial y sus steres, y el aumento de componentes con olor desagradable, el -terpineol y terpinen-4-ol (Nez, 1988). La adicin de una pequea cantidad (2,5 ppm) de -terpineol al zumo fresco recin exprimido causa el desarrollo de un flavor rancio y envejecido (Tatum et al., 1975). El desarrollo de aroma desagradable en los zumos es atribuido a las prdidas de los steres de mayor volatilidad (Blair et al., 1952) y a la aparicin del -terpineol durante el almacenamiento, quedando el contenido de este componente ms afectado por la temperatura de almacenamiento que por el contenido inicial de limoneno en el zumo (Durr et al., 1981).

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TABLA II.1.3.1- COMPONENTES DERIVADOS POR DEGRADACIN TRMICA DE LOS CONSTITUYENTES DEL ACEITE ESENCIAL DE CITRICOS

PRECURSORLimoneno

DERIVADO-Terpineol -Terpineol

AROMARancio, envejecido, pino Rancio, envejecido, pino

Linalol

Nerol Geraniol

Dulce, rosa, frutal Dulce, rosa floral Dulce, alcanfor Pungente, alcanfor

-Terpineol Cis-1,8-p-mentanodiol

cis-1,8-mentanodiol 1,8-cineol 1,4-cineol p-menta-1,5-dien-8-ol

no caracterizado no caracterizado no caracterizado no caracterizadodesagradable no especificado

Citral

p-menta-1(7), 2-dien-8-ol cis-p-menta-2,8-dien-1-oltrans-p-menta-2,8-dien-1-ol

p-menta-1,5-dien-8-ol p-menta-1(7), 2-dien-8-ol

p-cimen-8-ol p-cimeno ,p-dimetilestireno

desagradable terpnico desagradable terpnico desagradable terpnico

-Terpineno (Lee y Nagy, 1996)

p-cimeno

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En la Tabla II.1.3.2, se detalla una lista de la descripcin del flavor de algunos azcares degradados detectados en zumos ctricos segn lo expresado por Rousell et al. (1992). Estos autores destacan que furanonas y piranonas (compuestos heterocclicos oxigenados) estn asociadas con la nota de flavor caramelizado del zumo ctrico. El cido ascrbico es uno de los principales nutrientes en zumos ctricos, no obstante bajo condiciones adversas de procesamiento y de almacenamiento, esta vitamina se degrada dando lugar a la aparicin de flavor desagradable y compuestos caractersticos del pardeamiento (Tatum et al., 1969). La velocidad de degradacin de este cido se relaciona con el contenido en slidos solubles (Brix) del zumo y la temperatura de almacenamiento. Otros factores de menor influencia, tales como el pH, presencia de iones metlicos y oxgeno libre (en el espacio de cabeza del contenedor y el disuelto en el zumo) son tambin considerados (Kanner y Shapira, 1989). La degradacin del cido ascrbico tiene lugar en los zumos ctricos por mecanismos oxidativos y no oxidativos. La velocidad de degradacin mediante mecanismo no oxidativo es diez veces inferior a la degradacin en condiciones aerbicas (Kefford et al., 1959).

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TABLA II.1.3.2- DESCRIPCCIN DEL FLAVOR DE PRODUCTOS DE DEGRADACIN DE AZCARES ASOCIADOS CON EL PARDEAMIENTO.

CONSTITUYENTEFURANOS 2-Hidroxiacetil-1-furano Furfural 5-hidroximetil furfural 2-Acetil furano 2-Acetil-3-hidroxifurano Acido 2-furico 5-Metil-2 furfural FURANONAS 2,5-dimetil-4-hydroxi-(2h)-furanona Dihidro-2(3h)-furanona 5-Metil-2(5H)-furanona PIRANONAS 2,3-dihidro-3,5-dihidroxy-6-metil-4Hpiran-4-ona Rousell et al. (1992)

DESCRIPCIN DEL FLAVORQuemado, dulzn Pan dulce, acaramelado Dulce, herbceo Quemado, dulzn, cetnico Dulce, frutal-acaramelado Ligeramente acaramelado Nota de uva cida

Dulce, quemado, olor a pia/fresa Dulce, ligeramente sabor caramelizado Intensamente dulce-herbceo, tambin prximo a tabaco Nota caramelizada

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II.2- ACEITE ESENCIAL DE LIMN La compleja mezcla de componentes del aceite esencial de limn est representada mayoritariamente por estructuras derivadas del isopreno, de naturaleza terpnica (Guenther, 1949; Pinder, 1960), entre las que el hidrocarburo limoneno es el ms abundante como en el resto de los aceites esenciales de ctricos. Los derivados oxigenados de dichos terpenos no son mayoritarios, sin embargo tienen gran importancia en el caracterstico aroma del aceite esencial (Laencina et al., 1980; Prager y Miskiewicz, 1982; Sattar et al., 1986). Incluye, por tanto, mezclas de hidrocarburos terpnicos, sesquiterpnicos, alcoholes, aldehdos, cetonas, esteres, cidos, residuos no voltiles, incluido alcanfor (Hunter y Brogden, 1965; Keffor y Chandler, 1970; Sinclair, 1984; Lawrence, 1989). Di Giacomo en 1973 propone para el aceite esencial de limn la composicin cualitativa recogida en la Tabla II.2.1. El uso de tcnicas como HPLC y GC, hace que el estudio de los componentes se realice en base a los que pueden ser identificados con cada una. As mediante HPLC se lleva a cabo el estudio de los componentes de la fraccin no voltil, identificndose cada vez mayor nmero de stos, como se ver ms adelante. Lo mismo ocurre con la cromatografa de gases que refleja la compleja composicin de los componentes ms voltiles del aceite esencial logrando cada vez mayor nmero de componentes memoria. identificados, como sucede en la presente

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TABLA II.2.1- COMPOSICIN QUMICA DEL ACEITE ESENCIAL DE LIMN

Terpenos mirceno ocimeno limoneno terpinoleno -terpineno -terpineno -felandreno -tuyeno -pineno -felandreno -pineno sabineno -3-careno canfeno p-cimeno -dimetilestireno Sesquiterpenos -bisaboleno -humuleno -bergamoteno cariofileno -humuleno -cadineno

Aldehdos y cetonas hexanal heptanal octanal nonanal decanal undecanal dodecanal tridecanal pentadecanal hexadecanal citronelal neral geranial metilheptenona carvona nootkatona cidos actico caprlico cprico lurico mirstico palmtico oleico linoleico linolnico Varios tetradecano pentadecano 1,8-cineol octileno antranilato de metilo

Alcoholes hexanol octanol nonanol decanol hexen-3-ol citronelol linalol geraniol nerol terpinenol -terpineol terpinen-4-ol tetrahidrogeraniol trans-carveol( ?) 1,8-p-mentadien-9-ol

steres acetato de octilo caprilato de nonilo acetato de nonilo acetato de decilo acetato de citronelilo pelargonato de decilo acetato de geranilo acetato de nerilo acetato de terpenilo Cumarinas 7-metoxi-5-geranoxicumarina 5-isopentoxi-7-metoxicumarina 8-geranoxipsoraleno 7-metoxi-5(-dimetil)psoraleno isoimperatorina byakangelicina bergamotina citropteno 5,8-psoralen