Dalla teoria all'applicazione industriale. Ecco come le microonde possono entrare in frantoio

Il sistema tradizionale di condizionamento della pasta di oliva ottenuta dalla frangitura delle olive è la gramolazione. Questo passaggio, tanto complesso quanto fondamentale del processo di estrazione è, oggi, compiuto in modo discontinuo in macchine, le gramole, adibite al lento e continuo rimescolamento della pasta a temperatura controllata. Importanti cambiamenti nella microstruttura della pasta e complessi fenomeni chimici e biochimici avvengono durante questa delicata fase, con effetti sulla resa di estrazione e sulla qualità finale dell’olio. La gramolazione nasce dall’esigenza di favorire il fenomeno della coalescenza delle gocce di olio e cioè la progressiva formazione della fase olio che diviene più facilmente separabile durante la successiva fase di centrifugazione delle paste nel decanter. Tutte le fasi che precedono la gramolazione e quelle che la seguono sono ormai continue e, in normali condizioni operative, gran parte degli aspetti che influenzano in modo significativo la funzionalità e l’efficienza di estrazione dell’intero impianto, nonché la qualità finale dell’olio, sono attribuibili proprio al carattere discontinuo della fase di gramolazione. La discontinuità comporta, tuttavia, problemi di collegamento fra le operazioni continue che precedono (lavaggio e frangitura) e quelle che seguono (separazione solido-liquido e separazione liquido-liquido); la capacità di gestire lotti di olive inferiori alla capacità di una singola gramola; tempi più lunghi e grandi ingombri; problemi di punti morti e ristagni di pasta nelle gramole; differente profilo tempo-temperatura di ogni singola porzione di pasta. Un’innovazione significativa potrebbe essere rappresentata proprio nella messa a punto di un sistema di condizionamento in continuo della pasta di olive. A tale proposito l’impiego delle microonde potrebbe rappresentare il primo traguardo verso un processo definitivamente continuo che eliminerebbe molti degli aspetti negativi su descritti.

È in questa direzione che il gruppo di ricerca del Prof. Alessandro Leone dell’Università di Foggia (dott.ri Roberto Romaniello e Riccardo Zagaria) insieme al gruppo di ricerca della Dott.ssa Antonia Tamborrino dell’Università di Bari, in collaborazione con l’Ing Antonio Diaferia dell’azienda Emitech di Corato (BA), l’Ing. Alessandro Tonello della STALAM S.p.A. di Nove (VI), la Dott.ssa Erika Sabella dell’Università del Salento, ha messo a punto un “apparato industriale modulare per il condizionamento in continuo della pasta di oliva mediante l’impiego delle microonde”. Infine, ne ha verificato l’applicazione, in un impianto industriale di estrazione olearia.

La “mission” del gruppo di ricerca è stata quella di produrre risultati completi nell’ambito dell’applicazione delle microonde agli impianti di estrazione. La prima fase della ricerca ha riguardato dimensionamento, progettazione, realizzazione e la messa a punto di un apparato su scala industriale successivamente implementato in un impianto di estrazione olearia. Sono stati valutate le rese ed i rendimenti dell’impianto di estrazione a differenti temperature di riscaldamento (impiegando differenti potenze), confrontate le efficienze energetiche e termiche dell’impianto con tecnologia emergente e dell’impianto con tecnologia convenzionale, valutate le modifiche microstrutturali della pasta di oliva ed infine particolare attenzione è stata dedicata all’analisi dei risultati della qualità dell’olio ottenuto.

La possibilità di estendere convenientemente l’impiego delle microonde all’estrazione dell’olio nasce dalle caratteristiche intrinseche che il trattamento elettromagnetico con microonde presenta e dall’attitudine di un materiale ad assorbire l’energia trasportata da un’onda elettromagnetica. Qualsiasi materiale che contenga anche una concentrazione minima di acqua subisce un riscaldamento se sottoposto ad un campo elettromagnetico esterno oscillante come quello generato dalle microonde. Queste oscillazioni creano un attrito tra le molecole di acqua generando calore all’interno della sostanza. Il calore è dunque generato all’interno della pasta di oliva in modo rapido ed uniforme riducendo drasticamente i tempi di riscaldamento, se confrontati con un riscaldamento convenzionale. Nell’ampio intervallo di frequenze delle microonde, per l’applicazione al settore oleario è stata considerata la frequenza di 2,45 GHz ed una potenza all’impianto variabile fino a 24 kW, necessaria per la regolazione della temperatura desiderata di riscaldamento. L’aspetto interessante del trattamento con microonde è l’effetto “non-termico” che le microonde sono in grado di generare nella microstruttura della pasta di olive: a causa del riscaldamento si genera all’interno dei tessuti cellulari una pressione dovuta alla vaporizzazione dell’acqua con la conseguente naturale rottura “meccanica” delle pareti cellulari fino alla fuoriuscita delle goccioline di olio. I risultati degli effetti non-termici delle microonde sulle paste di olive sono stati evidenziati, nel corso della ricerca, con l’analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM). Le immagini acquisite immediatamente dopo il trattamento con microonde hanno evidenziato la completa distruzione delle strutture cellulari della pasta di olive e la aggregazione delle goccioline di olio (coalescenza).

L’apparato è stato dimensionato in modo da poter svolgere un’azione di condizionamento continuo della pasta di olive in uscita dal frangitore, garantendo una portata in pasta fino a 3 tonnellate per ora, con un incremento termico di 7,5 °C. La macchina è stata integrata all’interno di un impianto industriale di estrazione olearia (figura 1) al fine di poter effettuare prove comparative con il sistema tradizionale con gramole ed è gestita da un PLC che consente il controllo e la regolazione dell’incremento termico della pasta di olive in transito, in dipendenza delle esigenze del frantoiano. L’impiego del sistema innovativo di gramolazione necessita di una potenza elettrica installata di circa 24% superiore rispetto alla configurazione classica con gruppo gramole, a fronte, però, di un risparmio di energia termica di circa 37 kWh. Le prove sono state svolte nelle campagne olearie 2011-2012 (test preliminari), 2012-2013 e 2013-2014.

I dati analitici raccolti nel corso della sperimentazione permettono di affermare che non ci sono differenze in termini di resa di estrazione tra la gramolazione convenzionale in gramola (40 minuti a 28°C) e il condizionamento in continuo con l’impianto a microonde (17 secondi a 28 °C). Ciò conferma che il passaggio continuo della pasta nell’impianto a microonde, per 17 secondi, è sufficiente a garantire sia l’azione di riscaldamento (effetto termico) che le modifiche strutturali della pasta di olive (effetto non-termico), effetti responsabili della coalescenza delle goccioline di olio.

L’uso dell’impianto a microonde ha permesso una drastica riduzione dei tempi di condizionamento e del contatto della pasta con l’ossigeno atmosferico. Questo ha comportato una riduzione dei fenomeni ossidativi a carico dei diversi substrati, tradottasi in una significativa riduzione del numero di perossidi. Il ridotto tempo di condizionamento ha determinato, inoltre, una riduzione del contenuto totale dei fenoli e proporzionalmente di quelli responsabili delle note di amaro e piccante. Quest’aspetto, seppur possa rappresentare uno svantaggio per alcune varietà di olive, per altre può invece essere convenientemente sfruttato per mitigare attributi, che seppur positivi, non sempre apprezzati dal consumatore medio. Infine, gli olii ottenuti con l’impiego delle microonde hanno mostrato un incremento dei composti volatili responsabili degli attributi sensoriali positivi, come ha evidenziato l’analisi sensoriale a cui sono stati sottoposti gli olii.

In conclusione, la sperimentazione ha dimostrato che l’impiego delle microonde come sistema alternativo alle tradizionali gramole, per il condizionamento termico e non-termico della pasta di olive, è possibile con evidenti vantaggi quali la continuità dell’operazione di gramolazione e di conseguenza dell’intero processo di estrazione, la riduzione di circa il 50% del tempo totale necessario alla trasformazione delle olive in olio, l’uniformità di riscaldamento della pasta di olive, l’assenza di tempi morti necessari per il lavaggio delle gramole e parallelamente la riduzione delle acque di lavaggio, la riduzione dello spazio occupato dall’impianto e la semplificazione dell’impianto di produzione di acqua calda necessaria alle operazioni di estrazione tradizionale.

I risultati ottenuti, in tre anni di sperimentazione, da questa complessa ricerca hanno permesso di ampliare il panorama di impiego delle microonde all’estrazione dell’olio, aprendo nuove prospettive di innovazioni nell’impiantistica per l’estrazione dell’olio dalle olive.

Si precisa che, sia il metodo che l’impianto mostrato nel presente articolo, sono già brevettati dall’azienda STALAM S.p.A. la quale ne detiene i diritti con data di validità dal 9 aprile 2008. Il Brevetto di Invenzione Industriale dal titolo: “Metodo ed impianto per l’estrazione d’olio vegetale”, è stato rilasciato dal Ministero per lo Sviluppo Economico, Ufficio Brevetti e Marchi con numero 0001390391.

Gli autori ringraziano le aziende Emitech S.r.l. e STALAM S.p.A. per aver messo a disposizione esperienze e mezzi per la realizzazione dell’impianto a microonde ed il frantoio oleario Cericola Emilia, sede di una parte significativa delle prove sperimentali.

I risultati completi e dettagliati della sperimentazione sono riportati negli articoli citati in bibliografia, consultabili per ulteriori approfondimenti.

Articolo correlato: La gramolazione delle olive appartiene al passato, il futuro sono le microonde

Bibliografia

LEONE A., TAMBORRINO A., ROMANIELLO R., ZAGARIA R., SABELLA E. (2014). Specification and implementation of a continuous microwave-assisted system for paste malaxation in an olive oil extraction plant. Biosystems Engineering, 125, 24-35.
LEONE A., TAMBORRINO A., ZAGARIA R., SABELLA E., ROMANIELLO R. (2014). Plant innovation in the olive oil extraction process: A comparison of efficiency and energy consumption between microwave treatment and traditional malaxation of olive pastes. Journal of Food Engineering, 146, 44-52.
TAMBORRINO A., ROMANIELLO R., ZAGARIA R., LEONE A. (2014). Microwave-assisted treatment for continuous olive paste conditioning: Impact on olive oil quality and yield. Biosystems Engineering, 127, 92-102.
BREVETTO DI INVENZIONE INDUSTRIALE n. 0001390391 dal titolo: Metodo ed impianto per l’estrazione d’olio vegetale.
LEONELLI C. Il riscaldamento a microonde: principi ed applicazioni. (2008) Pitagora Editrice Bologna – cfr CAPITOLO 2: Riscaldamento dielettrico (P. Arcioni, G. Conciauro, L. Perregini) – CAPITOLO 12: Rassegna delle applicazioni industriali delle microonde (A.C. Metaxas) – CAPITOLO 13: Rassegna delle applicazioni industriali delle microonde II (A. Diaferia, N. Diaferia, F. D’Imperio, V. Rosito).