Aplicación de Ultrasonidos de Alta Potencia en Enología

Autores

Pérez-porras, P. (UNIVERSIDAD DE MURCIA) ; Bautista-ortín, A.B. (UNIVERSIDAD DE MURCIA) ; Oliver-simancas, R. (UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA) ; Díaz-maroto, M.C. (UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA) ; Pérez-coello, M.S. (UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA) ; Martínez-lapuente, L. (UNIVERSIDAD DE LA RIOJA) ; Ayestarán, B. (UNIVERSIDAD DE LA RIOJA) ; Jurado, R. (AGROVIN) ; Gómez-plaza, E. (UNIVERSIDAD DE MURCIA)

Resumo

El uso de ultrasonidos de alta potencia (US) en bodega busca aumentar la extracción de compuestos de interés en vinos tintos y reducir, así, el tiempo necesario para ello. La mayoría de los estudios se han realizado a pequeña escala y hay una ausencia de trabajos sobre su efecto en la composición volátil y polisacarídica. Así, este trabajo presenta una optimización de los parámetros de uso de un equipo de US a escala semiindustrial empleado en bodega, aplicándose sobre uva recién estrujada y con diferentes tiempos de maceración posterior para estudiar la concentración de compuestos de interés en el vino final. Los resultados mostraron una mejora significativa de las características de los vinos gracias a los US y la posibilidad de reducir a 4 días de maceración los 7 días tradicionales.

Palavras chaves

Vino; Ultrasonidos; Maceración

Introdução

La elaboración del vino comprende varios pasos que juegan un papel crucial durante la transformación de la uva en vino y en la calidad final del mismo. Los factores más importantes que suelen tener en cuenta los vinicultores son la calidad de la uva y las prácticas de vinificación. La vinificación del vino tinto implica la maceración de los hollejos con el mosto, siendo este paso uno de los procesos más importantes de este tipo de vinificación. La calidad del vino tinto se asocia principalmente con el tipo y la concentración de compuestos fenólicos y aromáticos que pueden extraerse de las uvas estrujadas durante la etapa de maceración. Para lograr un color de vino adecuado y estable y un aroma varietal deseable es necesario un cierto tiempo de maceración de las partes sólidas de la uva con el mosto, para promover la extracción de antocianos (responsables del color rojo del vino y localizados dentro de las células de la piel), taninos (localizados en la piel y las semillas, su presencia es necesaria para estabilizar los antocianos inestables, necesitan un tiempo de maceración más largo que los antocianos) y compuestos de aroma (también localizados principalmente en las células de la piel), así como polisacáridos ya que las paredes celulares actúan como barreras naturales a la difusión de los compuestos. Pero hay momentos durante la vendimia que la capacidad de la bodega en cuanto a depósitos de maceración puede verse sobrepasada y la bodega se ve obligada a reducir el tiempo de maceración, con el riesgo de obtener vinos de bajo color y calidad. Es por ello que existe una demanda de los productores de procesos innovadores, que mejoren o sustituyan las técnicas convencionales de elaboración, siento estos nuevos energéticamente más eficientes y con menor generación de residuos. Entre estas tecnologías impulsadas, los ultrasonidos de alta potencia (US) constituyen una tecnología no térmica caracterizada por generar efectos mecánicos capaces de (a) acelerar y aumentar la extracción de componentes valiosos en el vino resultante, mejorando así el valor cualitativo del producto (CLODOVEO et al., 2016), dañar la membrana celular de las levaduras y bacterias autóctonas en el mosto de uva antes de la fermentación primaria o de los microorganismos de deterioro en el vino, reduciendo así notablemente la adición de SO2, como agente antiséptico, durante la vinificación, así como promover reacciones químicas que pueden ayudar al proceso de envejecimiento del vino (GARCÍA MARTÍN et al., 2013). Los efectos de los ultrasonidos de alta potencia se consiguen principalmente gracias al fenómeno de la cavitación. La propagación de una onda sonora de alta intensidad en un medio líquido puede generar cavidades en el líquido (LAUTERBORN et al., 1997), las llamadas burbujas de cavitación, que pueden crecer por coalescencia, y/o difusión ya que el gas disuelto en el medio entrará en la burbuja durante la fase de rarefacción y no será expulsado completamente durante el ciclo de compresión (CLODOVEO et al., 2016). Cuando el tamaño de estas burbujas alcanza un valor crítico, colapsan y generan condiciones locales extremas: temperaturas determinadas de hasta aproximadamente 5000 K y presiones estimadas en torno a 50-1000 atm (LAUTERBORN et al., 1997). Estos puntos calientes son capaces de acelerar drásticamente la reactividad química del medio (PANIWNYK, 2017). Además, cuando las burbujas de cavitación acústica colapsan cerca de la superficie de un material sólido y sobre ella, se generan chorros de líquido de alta velocidad en la superficie y se crean daños por ondas de choque. Estos efectos pueden conducir a la fragmentación de los materiales y a la erosión localizada. Así, los US pueden degradar las paredes celulares de las células vegetales, facilitando la liberación al medio de los compuestos de interés. Algunos estudios indican el potencial de esta técnica aplicada durante la extracción del mosto. Estudios como los de EL DARRA et al. (2013) o FERRARETO et al. (2013) reportaron una mejora en la extracción de sustancias polifenólicas, llevando a cabo este último incluso una reducción en la duración de la maceración clásica usando US. No obstante, no existen numerosos trabajos centrados en composición aromática y polisacarídica, haciéndose necesarios. Por otro lado, CLODOVEO et al. (2016) muestra cómo la mayoría de los estudios desarrollados han sido a escala de laboratorio, no escalable a la industria. Es por ello que en nuestro trabajo nos propusimos estudiar, empleando un sistema semiindustrial empleado en la actualidad en bodegas de todo el mundo, cómo afectan los US en la elaboración de vinos tintos.

Material e métodos

Muestras: De cara a la optimización de las condiciones de uso de los ultrasonidos, se llevaron a cabo pruebas de frecuencia y tiempo de maceración, empleándose dos frecuencias (20 kHz y 28 kHz) y dos tiempos de maceración diferentes del tradicional (48 horas, 72 horas, frente a 7 días). Las uvas empleadas, de variedad Monastrell, fueron vendimiadas en el momento óptimo de maduración (14 ºBaumé) en un viñedo de Jumilla (Murcia, España). Tras ser despalilladas y estrujadas, una parte de la pasta estrujada tomada como control se diversificó en las vinificaciones C48h y C72h y C7d, de dos, tres y siete días de maceración. Otra parte de la pasta estrujada fue sonicada mediante el empleo del dispositivo Miniperseo (Agrovin, S.A, Alcázar de San Juan) a 20 kHz de frecuencia y otra parte a 28 kHz de frecuencia (S20, S28), y se repartió en dos elaboraciones cada uno según los tiempos de maceración (S20 48h, S28 48h, S20 72h, S28 72h). Todas las elaboraciones se llevaron a cabo por triplicado. La acidez fue corregida a 5.5 g/L y se adicionó la levadura Saccharomyces cerevisiae (Viniferm CT007, Agrovin, S.A., Alcázar de San Juan, España) a razón de 20 g/hL. La fermentación se llevó a cabo a una temperatura controlada de 23 ± 2 ºC Una vez pasado el tiempo de maceración, las pieles fueron prensadas mediante una prensa neumática de 75 L y el vino yema y el proveniente del prensado fueron mezclados para la continuación de la fermentación. Una vez finalizada, los vinos se trasegaron y se estabilizaron por frío durante un mes a temperatura controlada de 2ºC. Análisis: La intensidad del color (IC) se determinó como la suma de la absorbancia a 620, 520 y 420 nm (GLORIES, 1984). Las antocianinas totales y poliméricas (TAnt, PolAnt) se midieron utilizando el método propuesto por HO et al. (2001). El índice de fenoles totales (TPI) se analizó según RIBÉREAU-GAYON et al. (1983). Los taninos precipitables por metilcelulosa (MCPT) se determinaron por el método de Smith (2005). La concentración y la composición de los taninos se midieron mediante el método de método de floroglucinólisis (BUSSE-VALVERDE et al., 2010). Para el análisis volátil, se llevó a cabo el aislamiento de compuestos volátiles menores libres y unidos a glucosidos Los compuestos volátiles menores (tanto libres como ligados a los glicósidos) de los vinos de Monastrell se extrajeron por duplicado mediante extracción en fase sólida (SPE) siguiendo el método utilizado por Sánchez-Palomo et al. (2005). Además, fue realizado un estudio sensorial con un panel de expertos catadores. Los polisacáridos del mosto y del vino se recuperaron por precipitación tras deshidratación etanólica como se ha descrito previamente (GUADALUPE et al., 2012; AYESTARÁN et al., 2004). Se llevó a cabo la identificación y cuantificación de monosacáridos por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS) así como el análisis de polisacáridos por cromatografía de exclusión por tamaño de alta resolución (HRSEC).

Resultado e discussão

El uso de US durante las elaboraciones permitió obtener vinos con mejores características cromáticas comparando los vinos tratados con sus respectivos vinos control empleando el mismo tiempo de maceración (PÉREZ-PORRAS et al., 2021). Atendiendo a la frecuencia empleada, GONZÁLEZ-CENTENO et al. (2014) reportó que las frecuencias bajas tienen más capacidad de rotura. Si bien no había gran diferencia entre las frecuencias ensayadas, 20 kHz dio lugar a vinos con mayor contenido de alcohol y cantidad de compuestos polimerizados, lo que, de acuerdo con JACKSON (2017) y ALEIXANDRE-TUDO Y DU TOIT (2020) mejora el potencial de envejecimiento de los vinos. En el caso de 28 kHz, los vinos elaborados a partir de esta frecuencia presentaron una mayor cantidad de compuestos colorantes como son los antocianos y el uso de US a 28 kHz y con 72 horas de maceración generó grandes similitudes en términos de parámetros cromáticos (IC, TAnt, PolAnt, TPI, MCPT) con el vino obtenido de forma tradicional (C7d), lo que permite llevar a cabo una reducción de más más del 50% en el tiempo de maceración sin perder el color o la estabilidad del vino aumentando así la capacidad de trabajo de la bodega. En relación a ello, MARTÍNEZ-LAPUENTE et al. (2021) determinó que la frecuencia de sonicación de 28 kHz tuvo un mayor efecto sobre las familias de glicosilos y polisacáridos que los de 20 kHz. El vino elaborado con uvas sonicadas a 28 kHz y con un tiempo de maceración de 72 horas tuvo un mayor contenido de RG-II y PRAG que su correspondiente vino de control (Figura 2). Un mayor tiempo de maceración de las pieles aumentó significativamente la extracción de residuos glicosilados de polisacáridos pécticos y hemicelulósicos, así como PRAG y RG-II, pero no afectó a la concentración de MP. La sonicación de las uvas estrujadas no afectó al contenido de MP en los vinos obtenidos con tiempos de maceración de pieles cortos y medios, lo que sugiere que la aplicación de ultrasonidos de alta potencia no afectó a la la pared celular de la levadura en las siguientes etapas de maceración-fermentación y estabilización del vino. Los US a 28 kHz tuvieron un mayor efecto sobre las familias de glicosilos y polisacáridos que los de 20 kHz. El vino elaborado con uvas sonicadas a 28 kHz y con un tiempo de maceración medio tuvo un contenido más alto de RG-II y PRAG que su correspondiente vino de control. De hecho, S28W-3d presentó los contenidos de polisacáridos y residuos de glucosilo más similar al del vino maceración de siete días. Por lo tanto, los resultados indicaron que la sonicación a 28 kHz podría permitiruna reducción del tiempo de maceración. Tanto las conclusiones del presente trabajo como las obtenidas por PÉREZ-PORRAS et al. (2021) indican que la sonicación de la uva facilita la liberación de polisacáridos, antocianos y taninos de los hollejos y la extracción de los taninos de las semillas, especialmente relacionado con la sensación de astringencia en vino. OLIVER-SIMANCAS et al. (2021) realizaron un estudio sensorial y de composición aromática de estos vinos. El uso de US favoreció la extracción de compuestos varietales, así como la descomposición de los precursores de la uva De este modo, la aplicación de US a las uvas estrujadas condujo a un aumento de la mayoría de los compuestos varietales en forma libre en los mostos, mientras que los de fracción glicosídicos se vieron menos afectados por el tratamiento. En los vinos resultantes se observó un efecto positivo del tratamiento de US sobre los alcoholes C6, los terpenos y los norisoprenoides (todos los compuestos varietales) en ambas frecuencias, especialmente en 48 horas de maceración. Los compuestos de fermentación también se vieron afectados por la sonicación de la uva, mostrando S28-72h un significativo aumento de ácidos y ésteres. En el estudio sensorial, esto fue relacionado con los aromas de bayas frutas, florales y herbáceos. La Figura 2 muestra un análisis de componentes principales desarrollado por OLIVER-SIMANCAS et al. (2021) en orden a los descriptores sensoriales y los vinos analizados. Los dos primeros componentes principales explicaron 78,3% de la varianza total. PC1 y PC2 representaron el 49,0% y el 29,3% de la varianza entre las muestras. El primer componente principal separó claramente los vinos de control con 48 h, 72 h y 7 días de maceración respectivamente de los vinos tratados con sonicación, que se encontraban en la parte positiva de este eje, indicando un fuerte efecto de la sonicación en el perfil de los vinos obtenidos. Los vinos procedentes de uvas sonicadas a 20 kHz y 28 kHz se caracterizaron por tener puntuaciones más altas en todos los atributos evaluados, en comparación con sus vinos de control, y la aplicación del US a la frecuencia más alta aumentó ligeramente todas las puntuaciones. Los elaborados con uvas sonicadas y con 72 h de maceración obtuvieron puntuaciones más altas en los atributos aroma a bayas, floral y herbáceo, presentando también mayor cuerpo, astringencia e intensidad de retrogusto. Estos atributos correlacionados positivamente con el PC2 también fueron importantes en vinos de elaboración tradicional C7d.

Letras diferentes muestran diferencias significativas de acuerdo con el test Tukey (p < 0.05). (PÉREZ-PORRAS et al., 2021.)

Conclusões

Los resultados obtenidos de los tres estudios de perfil cromático, aromático y polisacarídico indican que el uso de US es capaz de aumentar la calidad de los vinos elaborados con respecto a sus vinos control. No obstante, la frecuencia aplicada resulta ser un factor condicionante de las características de los vinos. Una sonicación de 20 kHz generó un aumento de compuestos polimerizados de interés para la evolución de los vinos en botella, mientras que la sonicación a 28 kHz favoreció los procesos extractivos, aumentando la concentración de compuestos como polisacáridos, antocianos o taninos, especialmente de semilla, relacionándose esto último con una mayor astringencia en boca. Esta frecuencia de 28 kHz, en concordancia con un tiempo de maceración de 72 horas (que mostró resultados más aproximados a los 7 días frente a las ligeramente insuficientes 48 horas), dio lugar a vinos de calidad similar al vino elaborado de forma tradicional, tanto en términos de color como de composición polisacarídica y aromática, con un aumento significativo de ácidos y ésteres asociado a aromas de bayas frutas, florales y herbáceos. Con ello, este conjunto de trabajos muestra que es posible reducir en más de un 50% el tiempo de maceración en bodega, aumentando la capacidad productiva, sin pérdida de calidad en los vinos e incluso mejorando su color, aroma o incluso su potencial de evolución.

Agradecimentos

Esta investigación ha sido financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades del Gobierno de España y Fondos Feder, con número de subvención RTI2018-093869-B-C21 y B-C22.

Referências

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