TEC-55 FOTODEGRADACIÓN DE RESTOS DE RESIDUOS FITOSANITARIOS PRESENTES EN EL ACEITE DE OLIVA VIRGEN MARTÍNEZ NIETO. L.*; HODAIFA G.***;RODRIGUEZ VIVES,S*; GIMENEZ CASARES,J.A.*; SOLÍS CASANOVA M.** Y LOZANO PEÑA J. L.*** *Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Granada, 18071 Granada. [email protected] **Departamento de Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales, Universidad de Jaén, 23071 Jaén ***Unión de Organizaciones de Productores del Aceite de Oliva (UNAPROLIVA), 23001 Jaén FORO DE LA TECNOLOGÍA OLEÍCOLA Y LA CALIDAD

RESUMEN El control de plagas y enfermedades, así como de las malas hierbas, requiere de la utilización de productos fitosanitarios, como plaguicidas, insecticidas, fungicidas, herbicidas etc. Algunos de estos productos, se degradan por vía hidrolítica o por acción de la luz solar, acción fotolítica, dando productos finales inocuos o no, pero que pueden ser retenidos por el suelo o pasar lixiviados en parte a las aguas superficiales o filtrados a las aguas subterráneas contaminándolas. Este mismo fenómeno ocurre con los productos no degradados que pueden retenerse en el suelo y contaminar no sólo las aguas sino también al suelo en el momento de la recolección, con lo que, al mezclarse la tierra con la aceituna, ésta se contamina. Los sistemas de elaboración no pueden impedir el paso de restos de principios activos al aceite en donde se han detectado en los últimos años trazas de algunos de estos productos. Los medios convencionales de tratamiento de aguas a potabilizar parecen no ser suficientes para eliminarlos por lo que se está estudiando con éxito y se está aplicando la fotodegradación como un complemento del tratamiento terciario. No obstante en medios orgánicos como en el aceite de oliva no se ha realizado ninguna investigación aún o al menos no se conoce su publicación. En el presente trabajo se da cuenta de la cuantificación y fotodegradación de compuestos fitosanitarios en diferentes condiciones y su influencia sobre los parámetros de calidad del aceite tratado.

INTRODUCCIÓN España es el principal productor de aceite de oliva a nivel mundial. Este producto es de gran tradición en los países mediterráneos, los cuales están realizando desde hace algunos años acciones para revalorizarlo (1). Al mismo tiempo, la introducción del riego, el aumento y evolución de las técnicas productivas, etc. han propiciado un aumento espectacular en la producción olivarera en los últimos años. Este aumento productivo ha llevado a una consiguiente evolución de los sistemas de recolección y transporte de aceitunas, así como de extracción del aceite de oliva. En lo que a la recolección se refiere, en la actualidad se tiende a la utilización de maquinaria (barredoras, sopladoras) que facilitan la recogida de la aceituna caída al suelo. Este sistema provoca un aumento en la cantidad de tierra que acompaña a la aceituna hasta la almazara, con lo que la calidad se ve seriamente perjudicada. Por otra parte, el control de plagas y enfermedades, así como de las malas hierbas, requiere de la utilización de productos fitosanitarios, como plaguicidas, insecticidas, fungicidas, herbicidas etc. Algunos de estos productos fitosanitarios una vez cumplida su misión, se degradan por vía hidrolítica o por acción de la luz solar, acción fotolítica, cada uno de ellos con un plazo de seguridad (tiempo mínimo, en días, que debe transcurrir entre la última aplicación y la recolección) dando productos finales inocuos o no, pero que pueden ser retenidos por el suelo o pasar lixiviados en parte a las aguas superficiales o filtrados a las aguas subterráneas contaminándolas. Este mismo fenómeno ocurre con los productos no degradados que pueden retenerse en el suelo y contaminar no sólo las aguas sino también al suelo en el momento de la recolección, con lo que, al mezclarse la tierra con la aceituna, ésta se contamina.

1

El problema se ha planteado en la última década y se inició con el estudio analítico primero y posteriormente con la eliminación de estos productos de las aguas a potabilizar y es aun un problema en estudio por los investigadores del mundo entero (2), constituyendo un problema de primera magnitud en muchos países. La toxicidad de estos compuestos ha llevado a la Unión Europea a establecer directivas que determinan los límites admisibles para aguas de consumo. Las concentraciones máximas admisibles en el agua potable, adoptadas por el Parlamento Europeo para los Paises de la Unión Europea son 0,1 microgramos/litro (ppb) para cada especie y de 0,5 microgramos/litro (ppb) para el total de pesticidas (3). Los medios convencionales de tratamiento de aguas a potabilizar parecen no ser suficientes para eliminarlos por lo que se está estudiando con éxito y se está aplicando la fotodegradación como un complemento del tratamiento terciario. Así se conocen resultados de investigaciones de fotodegradación con luz UV sobre atrazina (familia de las s-triazinas), isoproturon (urea sustituida) y mecoprop (ariloxiacido) (3). Igualmente se ha estudiado la degradación de pentaclorofenol (PCP) utilizado como fungicida, que en su formulación técnica contiene policlorodibenzodioxina y policlorobenzofurano como impurezas, más tóxicos aun que el producto principal. Se podrían indicar mas investigaciones de fotodegración de otros pesticidas pero toda la bibliografía se refiere a tratamientos en medios acuosos, ya que en medios orgánicos como en el aceite de oliva no se ha realizado ninguna investigación aún o al menos no se conoce su publicación. De los problemas hallados en el agua de consumo se ha pasado lógicamente a investigar residuos de pesticidas en los alimentos y así en el aceite de oliva se han detectado, sobre todo en los tres últimos años, trazas de productos fitosanitarios que han hecho preocupar al sector, estableciéndose controles administrativos de forma rutinaria sobre al menos veinte pesticidas diferentes. Por ultimo, es frecuente que el agua de lavado de las aceitunas proceda de un circuito cerrado, con lo que puede provocar la contaminación de partidas de aceituna libres de restos de fitosanitarios. (Por ello, hay autores que recomiendan no realizar el lavado de los frutos recogidos directamente del árbol y reducir esta operación a la aceituna que ha estado directamente en contacto con el suelo).

OBJETIVOS Identificar y cuantificar los productos fitosanitarios que se encuentran en el aceite de oliva virgen producidos por las almazaras y estudiar y desarrollar un sistema simple que permita la reducción de la cantidad de fitosanitarios presentes en el aceite de oliva virgen como consecuencia de las prácticas de cultivo, recolección y extracción.

METODOLOGÍA DE TRABAJO EMPLEADA Los experimentos se han llevado a cabo en una instalación experimental que consta de: 1. Un reactor tipo tanque agitado de 1 L de capacidad provisto de una lámpara que emite luz ultravioleta; 2. Un agitador ; 3. Un baño de termostatación; 4. Una cabeza de calefacción; 5. Un equipo de refrigeración para la eliminación del calor generado por la lámpara de luz ultravioleta; 6. Control de temperatura. En primer lugar se ha estudiado la influencia de la luz ultravioleta aplicada a la calidad del aceite de oliva virgen, determinando los siguientes parámetros de calidad: índice de acidez, índice de peróxidos, los valores de k270, k232, k, y la estabilidad rancimat. Se ha estudiado la capacidad de la lámpara utilizada para reducir el contenido de los fitosanitarios en el aceite. Para comprobar y asegurar la degradación de los residuos se ha optado, después de analizar diversas muestras de aceite, por introducir una mezcla de mas alto contenido en fitosanitarios de lo usual, que los aceites normalmente ensayados. Se han diseñado una serie de experimentos a diferentes temperaturas (15, 20, 25, 30 ºC) y a diferentes tiempos de operación,para determinar la influencia de la temperatura-tiempo en la degradación de los fitosanitarios así como en los parámetros usuales de calidad del aceite de oliva.

2

Método analítico: Índice de acidez (4): la determinación de los ácidos libres en el aceite de oliva virgen se ha realizado disolviendo una muestra de aceite en una mezcla de éter dietílico y etanol de 95 % (v/v), en proporción de volumen 1:1, previamente neutralizada y valorando con hidróxido potásico de 0,1 M. Índice de peróxidos (4): la muestra a determinar, se disuelve en ácido acético y cloroformo, se trata con solución de yoduro potásico. El yodo liberado se valora con solución valorada de tiosulfato sódico k (4): la muestra de aceite se disuelve en el disolvente (ciclo hexano, calidad ultravioleta visible) y se determina la extinción de la solución a las longitudes de onda 270, 232, 266 y 274 nm. Estabilidad rancimat: se oxida el aceite al máximo posible mediante una corriente de aire a una temperatura de 100 ºC, determinando la conductividad del aceite mediante un equipo de estabilidad rancimat, Metrohn 679. Determinación de residuos de productos fitosanitarios: Se determina por espectrometría de gasesmasas utilizando un equipo Saturn 2000 (Varian). Previamente se hace una extracción líquido-líquido con acetonitrilo calidad PAR, se purifica mediante GPC Clean-up (water) utilizando columnas (Envirogel) por permeabilización de geles.

INNOVACIÓN Y RELEVANCIA DEL TRABAJO Este trabajo inicia el estudio de la posibilidad de utilizar un proceso físico en la degradación de los fitosanitarios utilizados en el cultivo del olivo, sin alterar los valores de los parámetros físico-químicos del aceite de oliva virgen.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES En la Tabla 1 se muestra los valores obtenidos de los diferentes parámetros de calidad estudiados con el aumento del tiempo de operación.

Tabla 1 INFLUENCIA DE LA LUZ ULTRAVIOLETA SOBRE LOS PARÁMETROS DE CALIDAD DEL ACEITE DE OLIVA VIRGEN.* toperación, min I. acidez I. peróxidos 0 0,28 11,5 2 0,28 12,2 4 0,29 12,1 8 0,29 12,5 12 0,29 12,7 16 0,28 13,2 20 0,29 12,7 25 0,28 12,1 30 0,29 12,1 49 0,29 12,1 60 0,29 12,0 *Temperatura de operación = 25 ºC.

k270 0,139 0,140 0,140 0,139 0,140 0,143 0,144 0,145 0,144 0,150 0,156

k232 1,991 2,009 2,009 1,999 2,020 2,026 2,007 1,981 1,949 1,948 1,942

k 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002 0,002 0,003 0,003 0,005 0,005

E. rancimat 33,0

33,4 34,1 33,4 33,6

34,0

Se puede observar cómo los parámetros de calidad estudiados no se encuentran muy afectados por la incidencia de la luz ultravioleta sobre el aceite. En las Tablas 2, 3 y 4 se muestran las concentraciones (expresadas en ppb) de cada uno de los principios activos contenidos en los fitosanitarios mas usuales que se han añadido al aceite, y después de aplicar un tiempo de exposición a la luz ultravioleta de 16, 30 y 150 minutos, respectivamente. Estas concentraciones se han determinado a cuatro temperaturas diferentes: 15, 20, 25 y 30ºC.

3

Tabla 2 DEGRADACIÓN DE RESIDUOS DE FITOSANITARIOS Influencia de la temperatura de operación (Tiempo de operación = 16 minutos) Temperatura, ºC Fitosanitario, ppb Triclorfon Diuron Carbaril Dimetoato Simazina Terbutilazina Formotion Clorpirifos Metil Paration Metil Pirimifos Metil Fenitrotion Terbutrina Malation Clorpirifos Paration Etil Metidation Endosulfan I Oxifluorfen Endosulfan II Endosulfan sulfato Diflufenican Fosmet Fenoxicarb l-Cialotrina Alfa-Cipermetrina Deltametrin

Blanco 99 12 43 15 19 2 0 0 8 0 0 0 0 12 8 19 9 7 0 4 4 0

B. enriquecido

15

20

25

30

2576 4268 552 1500 2808 1524 8 1944 2248 1800 1908 1228 1528 1688 1792 4232 2020 1532 1436 1108 1096 1216 1156 368 524 340

879 2244 827 1226 1619 1420 12 1355 1409 1438 1241 1198 999 1251 1416 2975 1935 1494 1540 1470 1435 1467 1124 1556 1579 1671

915 2334 1057 1469 1602 1652 2 1363 1530 1431 1390 953 1100 1185 1478 3921 1789 1519 1440 1316 1339 1397 1138 1274 1447 1537

992 2536 1030 1770 2399 1805 27 1434 1481 1553 1270 1192 716 1187 1273 3304 2302 1561 1829 1579 1601 1510 1057 1715 1733 1877

974 2321 1285 1939 2194 1940 3 1308 1460 1704 1261 1111 749 1206 1437 3631 2484 1642 1931 1745 1689 1631 1160 1895 1909 1996

Disminución (%)

Aumento ( %)

66,0 47,4 18,3 43,0 6,8 32,7 37,3 20,5 35,0 22,4 53,1 29,8 21,0 30,0 11,4 2,5

8,6

133,0 29,3 21,9 27,3

23,0 7,2 34,5 57,5 54,1 34,1 0,3 415,0 264,3 487,1

Tabla 3 DEGRADACIÓN DE RESIDUOS DE FITOSANITARIOS Influencia de la temperatura de operación (Tiempo de operación = 30 minutos) Temperatura, ºC Fitosanitario, ppb Triclorfon Diuron Carbaril Dimetoato Simazina Terbutilazina Formotion Clorpirifos Metil Paration Metil Pirimifos Metil Fenitrotion Terbutrina Malation Clorpirifos Paration Etil Metidation Endosulfan I Oxifluorfen Endosulfan II Endosulfan sulfato Diflufenican Fosmet

Blanco 99 12 43 15 19 2 0 0 8 0 0 0 0 12 8 19 9 7

B. enriquecido

15

20

25

30

2576 4268 552 1500 2808 1524 8 1944 2248 1800 1908 1228 1528 1688 1792 4232 2020 1532 1436 1108 1096 1216

961 2585 1054 1398 1886 1490 11 1415 1446 1909 1572 1463 1041 1342 1461 3996 2502 1664 1860 1799 1743 1764

892 2684 1267 1788 2009 2082 3 1109 1335 1633 1475 1263 859 1058 1236 3388 2187 1572 1685 1621 1545 1325

972 2908 1087 1723 2279 2186 48 1295 1433 1661 1364 1320 1117 1231 1326 4308 2304 1993 2085 1979 1941 1876

911 1837 1328 2064 1671 1630 2 1284 1285 1743 1290 1319 851 1150 1332 3363 2640 1522 1897 1700 1647 1600

4

Disminución (%) 65,4 57,0 6,8 40,5 2,2 43,0 42,8 9,3 32,4

Aumento ( %)

140,6 37,6 43,4

6,1 19,1

44,3 37,3 31,0 20,5 0,6

1,8 30,7 30,1 45,2 78,6 77,1 54,3

Fenoxicarb l-Cialotrina Alfa-Cipermetrina Deltametrin

0 4 4 0

1156 368 524 340

1126 1598 1600 1686

1446 1989 1880 1948

1307 1956 2065 2437

1132 1872 1762 2078

2,6

25,1 440,5 294,1 616,8

Tabla 4 DEGRADACIÓN DE RESIDUOS DE FITOSANITARIOS Influencia de la temperatura de operación (Tiempo de operación = 150 minutos)* Temperatura, ºC Fitosanitario, ppb

Blanco

B. enriquecido

15

20

25

30

Disminución (%) 78,1 76,6 33,0 48,4 63,9 39,9

Aumento ( %)

Triclorfon 99 2576 2113 563 680 853 Diuron 12 4268 3063 1048 1575 999 370 503 167,2 Carbaril 43 552 633 1475 774 999 53,8 Dimetoato 15 1500 1523 2307 1013 1349 1588 Simazina 2808 2381 Terbutilazina 19 1524 916 1165 1807 34,4 2048 Formotion 2 8 0 11 11 28 609 908 753 68,7 Clorpirifos Metil 1944 677 470 79,1 Paration Metil 0 2248 722 590 565 1603 1634 10,9 16,0 Pirimifos Metil 1800 1720 2087 Fenitrotion 0 1908 1305 989 1180 1057 48,2 913 1122 25,7 9,7 Terbutrina 8 1228 1189 1347 775 49,3 36,1 Malation 0 1528 1538 1569 2080 588 65,2 Clorpirifos 1688 658 617 868 466 74,0 Paration Etil 0 1792 796 643 693 2969 29,8 29,1 Metidation 0 4232 3625 4080 5463 1998 2115 2489 1,1 31,0 Endosulfan I 0 2020 2647 850 1221 1438 1080 44,5 Oxifluorfen 12 1532 1426 1738 1761 0,7 54,3 Endosulfan II 8 1436 2216 1088 1487 1578 1,8 75,7 Endosulfan sulfato 19 1108 1947 937 1470 1491 14,5 81,6 Diflufenican 9 1096 1990 1124 1435 1547 7,6 61,3 Fosmet 7 1216 1961 1006 13,0 30,6 Fenoxicarb 0 1156 1160 1140 1510 372,3 l-Cialotrina 4 368 1206 972 1159 1738 477 1956 1355 9.0 395,6 Alfa-Cipermetrina 4 524 2597 Deltametrin 0 340 271 2488 1615 20,3 922,1 3475 Nota: En las tablas 2, 3 y 4 los valores indicados con negrita y subrayados corresponden a la temperatura donde se ha registrado la máxima degradación. Sin embargo, los valores indicados con cursiva y subrayados indican que se ha detectado un aumento en cantidad de los fitosanitarios.

De la Tabla 2 se puede deducir que dieciséis fitosanitarios han registrado una disminución en su contenido (entre 2,5-66,0 %), destacando que en nueve de ellos (Triclorfon, Diuron, Simazina, Clorpirifos Metil, Paration Metil, Fenitrotion, Malation, Clorpirifos y Metidation) se ha detectado una disminución superior al 30 %. Los aumentos observados en algunos casos, se tienen que estudiar a fondo aún, pero es posible que se deban a compuestos resultantes de la fotodegradación de algún residuo, cuyo espectro sea similar o se enmascare por el de referencia al que hace aumentar de una forma irreal. La Tabla 5 muestra los porcentajes donde se ha registrado la máxima degradación de cada uno de los fitosanitarios, independientemente de la temperatura y el tiempo de operación. Por otra parte, puede observarse que a excepción del formotion y de la l-cialotrina, todos los fitosanitarios estudiados han registrado una reducción en su contenido al someterse a la luz ultravioleta. En relación con el tiempo de operación, se detecta que, excepto el pirimifos metil, el malation y el endosulfan I, las mayores descensos se han registrado tras un tiempo de operación igual a 150 minutos. En cuanto a la temperatura de operación, las reducciones máximas se han detectado a una temperatura igual a 20ºC.

5

Tabla 5 RENDIMIENTOS MÁXIMOS DE DEGRADACIÓN DE LOS RESIDUOS DE FITOSANITARIOS Fitosanitario Triclorfon, ppb Diuron, ppb Carbaril, ppb Dimetoato, ppb Simazina, ppb Terbutilazina, ppb Formotion, ppb Clorpirifos Metil, ppb Paration Metil, ppb Pirimifos Metil, ppb Fenitrotion, ppb Terbutrina, ppb Malation, ppb Clorpirifos, ppb Paration Etil Metidation, ppb Endosulfan I, ppb Oxifluorfen, ppb Endosulfan II, ppb Endosulfan sulfato, ppb Diflufenican, ppb Fosmet, ppb Fenoxicarb, ppb l-Cialotrina, ppb alfa-Cipermetrina, ppb Deltametrin, ppb

t, min 150 150 150 150 150 150 150 150 16 150 150 16 150 150 150 16 150 150 150 150 150 150 150 150

T, ºC 20 30 20 20 20 20 20 30 20 20 20 25 30 30 30 20 15 15 15 15 15 30 15 15

Rendimiento máximo de degradación (%) 78,1 76,6 33,0 48,4 63,9 39,9 68,7 79,1 20,5 48,2 25,7 53,1 65,2 74,0 29,8 11,4 44,5 0,70 1,81 14,5 7,57 13,0 8,97 20,3

AGRADECIMIENTOS Al IFAPA de la Junta de Andalucía por la concesión del Proyecto CO3-164 “Estudio de la composición en residuos de productos fitosanitarios en aceites vírgenes de oliva y de su posible degradación y/o eliminación”.

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