Ottimizzazione della gramolazione della pasta di olive: tempo, temperatura, ossigeno e additivi naturali

I parametri di gramolazione svolgono un ruolo importante nell'ottenimento di olio extravergine con la composizione e la qualità desiderate legate al gusto e alla salute. Sono stati condotti diversi rapporti per ottimizzare le condizioni per migliorare la resa dei composti fenolici dai frutti di oliva. Questi studi si concentrano su numerosi fattori come la gramolazione e l'estrazione in relazione a tempo-temperatura, così come il controllo o la rimozione dell'apporto di ossigeno durante la gramolazione.

Un aspetto chiave dell'estrazione dell'olio è la coalescenza di piccole goccioline di olio generate durante la frangitura in goccioline più grandi, che possono essere facilmente separate attraverso metodi meccanici.

Il profilo fenolico e il contenuto dell’olio estratto dipendono da diversi parametri, tra cui il tempo, la temperatura, l’atmosfera a contatto con la pasta di olive e l’incorporazione di acqua e/o co-adiuvanti durante il processo di estrazione. L’unico co-adiuvante consentito è il talco certificato per uso alimentare, a una dose massima del 2,5 % (regolamento CE n. 510/2006). Raggiungere l'equilibrio ideale di questi parametri tecnologici è fondamentale per completare questa operazione.

Effetti della temperatura di gramolazione

La temperatura di gramolazione (MT) è un fattore vitale nell'estrazione del olio extravergine di oliva. Negli ultimi anni, la climatizzazione termica della pasta di olive durante l'estrazione ha guadagnato l'attenzione per la sua influenza sui parametri di qualità dell’olio extravergine di oliva. La gramolazione può modificare l'azione di vari enzimi coinvolti nel processo di estrazione, tra cui enzimi depolimerizzanti (pectinasi, cellulasi ed emicellulasi), polifenolossidasi (PPO), perossidasi (POD) e lipossigenasi (LOX). Controllando la temperatura durante l'estrazione, è possibile regolare l'attività degli enzimi endogeni, che a sua volta influisce sulla qualità dell’olio extravergine di oliva, compresi i suoi attributi sensoriali e componenti relativi alla salute.

La gramolazione provoca il processo degradativo dei fenoli indotti da enzimi endogeni come PPO e POD, aumentando il processo di ossidazione durante l'estrazione meccanica. Il basso comportamento lipofilo delle strutture fenoliche porta alle perdite più significative nelle fasi solide e acquose della pasta d'oliva, piuttosto che nella fase oleosa, che si traduce in una minore concentrazione di gruppi fenolici nella fase oleosa. Tuttavia, gli studi hanno indicato che l'innalzamento della gramolazione può portare a un miglioramento della concentrazione fenolica nell’olio extravergine di oliva, a causa dell'aumento della solubilità dei fenoli nella fase dell'olio. Questi risultati contraddittori potrebbero essere spiegati in termini di concentrazione di ossigeno, cultivar e scala di estrazione (laboratorio o industriale). 

Effetti del tempo di gramolazione

Il tempo di gramolazione è un altro fattore cruciale durante il processo di estrazione. Alcuni esperimenti hanno riportato una relazione positiva tra il tempo e la concentrazione fenolica totale, in gramole confinate. 

La gramolazione svolge un ruolo chiave nell'efficienza di estrazione dell’olio, con un tempo più lungo che generalmente migliora la resa. Tuttavia, l'eccessivo tempo di gramolazione può degradare la qualità nutrizionale, specialmente negli ambienti ricchi di ossigeno. Gli studi dimostrano che la resa di estrazione segue una curva a forma di campana con l'aumento del tempo, inizialmente in aumento a causa dell'azione degli enzimi endogeni in grado di degradare le cellule oleose della parete che eludono la frantumazione. Le condizioni ottimali di gramolazione dipendono dalla temperatura e dalle caratteristiche delle olive e il tempo di lavorazione eccessivo (oltre i 60 minuti) può ridurre la resa.

Uno studio sull'impatto del tempo di gramolazione sulla composizione fenolica dell’olio extravergine di oliva utilizzando un sistema Abencor evidenzia differenze nella concentrazione dei singoli fenoli. Le forme di aglicone hanno mostrato una diminuzione generale della concentrazione con tempi più lunghi, mentre le concentrazioni di oleocantale e oleaceina sono aumentate, principalmente entro l'intervallo di 10-30 minuti. La somma dei fenoli è stata influenzata anche dal tempo, con la più alta concentrazione osservata per tempi di 10 e 30 min, e nessun cambiamento significativo tra i trattamenti. Al contrario, il più lungotempo (60 min) ha portato alla più bassa concentrazione individuale di fenoli. Inoltre, è stato dimostrato che la stabilità dell’olio dipende dal profilo fenolico. Extravergini con alte concentrazioni di oleuropeina e aglicone ligstroside sono più stabili degli oli a basso contenuto di fenoli. Oli estratti con più breve tempo di gramolazione presentavano contenuti più elevati di forme di aglicone e, di conseguenza, una maggiore stabilità ossidativa

Le differenze cultivar-dipendenti sono generalmente osservate. Autori hanno trovato un più alto contenuto di singoli fenoli in oli estratti a 25 °C per cv. Coratina e la condizione migliore per migliorare la composizione correlata alla salute era di 33,5 °C per gli oli ottenuti da cv. Peranzana. 

Effetti del controllo o del vuoto dell'ossigeno

Le ricerche hanno valutato l'influenza dell'ossigeno (O2) sulla composizione fenolica dell’olio extravergine di oliva attraverso l'operazione di gramolazione. Sostituire l'aria atmosferica con gas inerti come l'azoto o l'anidride carbonica ha dimostrato il potenziale per ridurre l'azione enzimatica e preservare il contenuto fenolico. Negli ultimi anni, l’alta tecnologia del vuoto è stata integrata in un innovativo sistema di estrazione per la produzione di olio extravergine. Questo sistema di vuoto cambia le proprietà strutturali e meccaniche delle cellule di oliva, migliorando la coalescenza delle goccioline di olio a causa del significativo trasferimento di massa cellulare e intracellulare durante il processo di estrazione. In particolare, questa tecnologia ha quasi raddoppiato il contenuto fenolico individuale nell’olio extravergine di oliva risultante.

A livello industriale, ricercatori hanno studiato gli effetti della pressione parziale iniziale variabile nello spazio di testa della camera della gramola (kPa). Gli autori hanno osservato una tendenza crescente del contenuto fenolico di oli estratti dalle cultivar Moraiolo, Coratina, Peranzana e Ogliarola quando lavorati a temperature di 20, 25 e 35 °C sotto i 30 kPa, rispetto a quelli estratti sotto 50 kPa.

I test di controllo sono stati effettuati con lo stesso impianto in scala di laboratorio senza l'uso di vuoto elevato durante la fase di gramolazione (25 °C e 30 min). I risultati hanno rivelato un sostanziale miglioramento del contenuto fenolico individuale, che va dal 25,2 % al 48,6 %, principalmente nei derivati del secoiridoide. Allo stesso modo, sono state applicate condizioni di vuoto elevate a livello industriale, operando a una pressione fino a 18 mbar (16 °C e 30 min) per Arbequina, Arbosana, Koroneiki, e Picual estrazione, mentre le prove di controllo (senza elevate condizioni di vuoto) sono state effettuate presso lo stesso impianto meccanico a 22 °C e 45 minuti di gramolazione. L’olio extravergine di oliva estratto da cv. Picual ha mostrato una tendenza crescente nella frazione fenolo idrofila, in particolare nel contenuto di oleaceina. E’ stato anche osservato un miglioramento del contenuto fenolico individuale in cvs. Arbequina, Arbosana, Koroneiki e Picual, principalmente a causa dell'aumento dei derivati dell'oleuropeina.

Livelli più elevati di ossigeno in gramola portano a una riduzione dei fenoli, in particolare influenzando i derivati dei secoiridoidi, come l'oleuropeina e il ligstroside. L'ossidazione enzimatica, catalizzata da PPO e POD, è stata identificata come la causa primaria di questa degradazione fenolica. Tuttavia, alcuni fenoli, come i lignani, hanno mostrato cambiamenti minimi indipendentemente dalla concentrazione di ossigeno. I ricercatori suggeriscono che il controllo dell'ossigeno durante la gramolazione può ottimizzare il contenuto fenolico, migliorando sia le sue proprietà sensoriali che quelle legate alla salute.

Utilizzo di additivi naturali durante il processo di estrazione 

Vari additivi naturali con proprietà bioattive, come i materiali ottenuti dall'olivo, così come i composti vegetali e vegetali, come erbe e spezie, possono essere utilizzati per arricchire potenzialmente l’olio di fenoli. In questo senso, l'applicazione di additivi naturali mira a promuovere la composizione chimica correlata alla salute degli oli e gli attributi sensoriali, consentendo la creazione di prodotti innovativi e differenziati. Questi oli funzionali potrebbero essere un'alternativa nella prevenzione delle malattie croniche e migliorare la qualità della vita dei consumatori.

Le foglie di olivo sono uno dei sottoprodotti agricoli dell'uliveto che può essere applicato come fonte di molecole ad alto valore aggiunto, in particolare i fenoli. Diversi studi hanno riportato che gli oli estratti in presenza di foglie di oliva possono promuovere un aumento di fenoli, volatili, pigmenti e attributi sensoriali positivi. Questi studi hanno valutato gli effetti dell'aggiunta di foglie di oliva (1-10 %, w /w) durante l'estrazione in varie cultivar, come Cobrançosa, Moraiolo, Leccino e Arbequina. 

A livello industriale, oli estratti da Arbequina con le sue foglie (1 %, w/p) hanno aumentato significativamente il contenuto di fenoli, principalmente nel composto di oleaceina, rispetto al controllo. Al contrario, quando lo stesso studio è stato condotto su scala di laboratorio (sistema Abencor), sono stati notati risultati opposti. I diversi risultati potrebbero essere descritti dall'effetto delle foglie sull'azione degli enzimi correlati con la via biosintetica dei secoiridoidi, che possono essere associati alla granulometria delle foglie aggiunte, e le diverse condizioni e la scala dell'unità di estrazione. Le tendenze riportate potrebbero essere attribuite anche alla composizione delle foglie, all'esistenza di microrganismi e all'attività dei loro enzimi secreti, nonché all'azione degli enzimi all'interno delle foglie.

Inoltre, sebbene gli oli di oliva coestratti con le loro foglie, frutta, erbe o spezie offrano vari vantaggi, vale la pena notare che le normative dell'UE richiedono che solo gli oli derivati completamente da olive sane possano essere etichettati come extravergine. Di conseguenza, questi oli coestratti, nonostante i loro composti bioattivi naturali, non possono essere commercializzati come extra vergine.

Ottimizzazione delle condizioni di gramolazione

Attraverso l’ottimizzazione di tempo e temperatura è possibile migliorare il contenuto fenolico dell’olio. La letteratura sottolinea che è possibile ottenere extravergini arricchiti in fenoli attraverso l'estrazione a bassa temperatura e per breve tempo. Su scala di laboratorio, gli oli da cvs. Athenolia e Koroneiki hanno presentato un'elevata composizione fenolica individuale con condizioni di malassazione di 22 °C e 15 min. Tuttavia, utilizzando un sistema Abencor, è stato dimostrato per cv. Arbequina, in generale, le condizioni di lavorazione di 20 °C e 30 min sono più favorevoli per i processi fisiologici e chimici, riducendo al contempo i processi di degradazione e ossidazione. Tuttavia, gli oli estratti a 25 °C per 45 min hanno esibito la composizione fenolica individuale più alta

A livello industriale, i ricercatori hanno notato una diminuzione del contenuto fenolico e fenolico individuale totale in oli di Cobrançosa con aumento della temperatura da 22 °C a 28 °C e da 22 °C a 34 °C. Questa tendenza è stata attribuita all'attività ossidativa di PPO e POD, che ha superato l'effetto positivo del potenziamento del trasferimento di massa.

Sono state studiate diverse combinazioni di tempo e temperatura, scoprendo che la minima degradazione dei fenoli dell'olio si è verificata a basse temperature (22 °C) con un tempo compreso tra 40 e 60 min e ad alte temperature (35 °C e 37 °C) con un tempo compreso tra 30 e 50 min. D'altra parte, per cv. Cordobella la temperatura più alta (37 °C) con il più breve tempo (30 min) ha portato alla migliore combinazione per aumentare il contenuto fenolico individuale.

A livello industriale, gramolazione breve (10 min) e temperatura a 28 °C hanno permesso l'ottenimento di cv. Oli Edremit yağlık con più alto contenuto fenolico totale (274,41 mg/kg). Tuttavia, quando gli oli sono stati estratti per 20 minuti, è stata notata una sostanziale riduzione dei fenoli (191,23 mg/kg) che può essere attribuita all'attività di enzimi come PPO e POD