Una científica del Instituto Australiano de Investigación del Vino (AWRI, por sus siglas en inglés) realizó un estudio sobre cómo el uso de nanopartículas -de oro, plata y magnéticas- puede transformar las prácticas de cultivo de uva y elaboración de vino, conduciendo hacia un futuro más sostenible e innovador para la industria. En viticultura, protegen la vid de patógenos, optimizan el rendimiento del viñedo y mejoran la calidad de la uva. En enología, contribuyen al control microbiológico, la reducción del deterioro del vino y a la mejora de las técnicas de análisis enológico.
El estudio científico «El papel de las nanopartículas en la ciencia del vino: innovaciones y aplicaciones», de la experta Agnieszka Mierczynska-Vasilev (AWRI), que fue publicado en la revista Nanomaterials, aborda el uso emergente de nanopartículas (en particular de oro y plata y nanopartículas magnéticas) como herramientas para optimizar la calidad, la seguridad y la sostenibilidad tanto en el cultivo de la vid como en los procesos de vinificación.
La nanociencia es un área clave de la ciencia moderna que se centra en el estudio de las nanopartículas. Estas partículas, que típicamente miden entre 1 y 100 nanómetros en al menos una de sus dimensiones, presentan propiedades eléctricas, ópticas, térmicas, catalíticas y magnéticas notables debido a su tamaño diminuto. Además ofrecen una alternativa práctica a los equipos analíticos costosos, ya que son asequibles de producir y pueden reciclarse. Al campo de investigación que se enfoca en aplicar esta ciencia para crear productos y tecnologías innovadoras, se lo denomina nanotecnología.
Aunque relativamente nueva, la nanotecnología ya ha encontrado amplias aplicaciones o ha sido objeto de intensas investigaciones en diversos campos como la biomedicina, la ciencia ambiental, la electrónica, la recolección de energía, las industrias mecánicas, los alimentos, la agricultura, y los cosméticos.
Uso emergente de nanopartículas en la industria del vino
El estudio de AWRI explora el uso emergente de nanopartículas, en particular las de oro, plata y magnéticas, para mejorar la calidad, seguridad y sostenibilidad tanto del cultivo de uvas como de los procesos de vinificación. También destaca la sinergia entre los distintos tipos de nanopartículas y sus diversas aplicaciones, desde el control microbiano en la producción de vino hasta su uso en soluciones innovadoras de envasado.
Las nanopartículas tienen el potencial de reducir la dependencia de agroquímicos y mejorar la sostenibilidad de la producción vitivinícola, lo que representa una vía prometedora para investigaciones futuras. En viticultura, muestran gran promesa en la protección de las vides contra patógenos y en la optimización del rendimiento y calidad de la uva. En la vinificación, pueden contribuir significativamente al control del crecimiento de microorganismos perjudiciales y a la reducción de compuestos indeseables, lo que se traduce en una mejor calidad y seguridad del vino.
Sin embargo, la integración de nanopartículas en la viticultura y la enología también plantea desafíos normativos y de seguridad, incluyendo la posibilidad de que estas partículas se filtren en los productos vinícolas. Son necesarias más investigaciones y avances regulatorios para garantizar el uso seguro y eficaz de estas tecnologías en la elaboración del vino.
El objetivo de esta revisión es explorar los diversos tipos de nanopartículas -específicamente las de oro, plata y magnéticas- y sus posibles funciones en la gestión del viñedo, la fermentación, el envejecimiento del vino y la mejora de su calidad. Y por otro lado, examinar la brecha existente en el conocimiento mediante la síntesis de las investigaciones más recientes sobre las aplicaciones específicas de estas nanopartículas, evaluando sus beneficios y desafíos, y trazando una hoja de ruta para su incorporación exitosa en prácticas de vinificación sostenible.
Sensores enológicos
Las tecnologías modernas de detección pueden utilizarse para identificar con precisión múltiples compuestos dentro de la matriz del vino. El uso de nanomateriales es clave para mejorar el rendimiento de los sensores y aumentar la superficie del electrodo. Esto, a su vez, conduce a una mayor sensibilidad y selectividad en la detección. La sensibilidad es un requisito fundamental en las aplicaciones de sensores. En general, la sensibilidad del dispositivo disminuye a medida que aumenta el grosor de la película.
Para lograr una alta sensibilidad, es necesario utilizar electrodos con patrones interdigitados recubiertos con películas delgadas nanoestructuradas, con capas de aproximadamente dos nanómetros de espesor. Estos recubrimientos nanoestructurados pueden detectar incluso las más mínimas variaciones en la conductividad eléctrica y las propiedades dieléctricas dentro de los materiales de cada sensor cuando entran en contacto con una solución.
La detección basada en nanopartículas de oro, plata y magnéticas en enología tiene el potencial de mejorar el análisis del vino, el control de calidad y la detección de compuestos específicos relacionados con el vino. Cada tipo de nanopartícula aporta beneficios y aplicaciones particulares a la industria vinícola.
Nanopartículas de oro
Las nanopartículas, en particular las nanopartículas de oro (AuNPs), han emergido como herramientas poderosas en el análisis y control de calidad del vino gracias a sus características distintivas y aplicaciones versátiles. Una de las propiedades más notables de las AuNPs es su resonancia de plasmones superficiales (SPR, por sus siglas en inglés), que provoca cambios en su comportamiento de absorción y dispersión cuando interactúan con analitos presentes en muestras de vino. Aprovechando este fenómeno, las técnicas de detección basadas en AuNPs ofrecen una forma sensible y precisa de detectar y cuantificar compuestos específicos en el vino, facilitando un análisis exhaustivo y una evaluación integral de la calidad.
Las AuNPs también pueden ser funcionalizadas con diversas moléculas, como ligandos, anticuerpos o aptámeros, lo que permite una interacción selectiva con componentes específicos del vino. Este proceso de funcionalización puede inducir cambios en las propiedades ópticas de las AuNPs al unirse con los compuestos de interés, lo que permite su detección y medición de forma eficiente.
Además del análisis composicional básico, los sensores basados en AuNPs muestran un gran potencial en la elaboración de perfiles de sabor y aroma, ya que permiten identificar y cuantificar características sensoriales clave del vino al detectar compuestos responsables de dichas propiedades. Pueden identificar y cuantificar compuestos que influyen en el aroma y el sabor del vino, como los ácidos fenólicos, flavonoles y otros compuestos polifenólicos, los cuales son esenciales para las propiedades organolépticas del vino.
Estos sensores también pueden desempeñar un papel crucial en el control de calidad al detectar rápidamente contaminantes, sabores indeseados o compuestos no deseados que puedan comprometer la integridad y el sabor del producto vinícola. Asimismo, los sensores basados en AuNPs pueden contribuir a la autenticación del vino al identificar marcadores específicos únicos de ciertas regiones o variedades, ayudando así a combatir la falsificación.
Además, estos sensores pueden utilizarse para monitorizar la fermentación, mediante el seguimiento de los niveles de marcadores fermentativos importantes, lo que permite a los enólogos optimizar las condiciones de fermentación para lograr las propiedades deseadas en el vino.
Nanopartículas de plata
Las nanopartículas de plata (AgNPs) se han consolidado como herramientas versátiles en la producción de vino y en la gestión de su calidad, seguridad y sostenibilidad del producto. Gracias a sus propiedades antimicrobianas naturales, las AgNPs pueden emplearse para detectar y controlar microorganismos responsables del deterioro del vino, garantizando su estabilidad microbiológica y prolongando su vida útil. Además, los sensores basados en AgNPs ofrecen una plataforma confiable para la detección de micotoxinas, metales pesados y pesticidas, mejorando así la seguridad del vino y el cumplimiento normativo.
Más allá de la detección de contaminantes, estos sensores también se utilizan para el monitoreo ambiental en los viñedos, permitiendo evaluar la calidad del suelo y del agua para apoyar prácticas sostenibles de producción y mantener la salud de las vides. Asimismo, se emplean en el análisis de envases, evaluando la influencia de los materiales de embalaje sobre la calidad del vino, en particular para detectar compuestos que puedan migrar desde el envase hacia el vino, lo cual proporciona información valiosa sobre la integridad del embalaje y su impacto en las características del producto.
Se ha demostrado que las AgNPs pueden mejorar el rendimiento de los biosensores destinados a medir compuestos fenólicos en el vino. Los investigadores inmovilizaron covalentemente la enzima lacasa sobre una película nanocompuesta de AgNPs y nanopartículas de óxido de zinc (ZnONPs) depositadas electroquímicamente sobre un electrodo de oro (Au). Este enfoque mejoró notablemente el rendimiento analítico, caracterizándose por un potencial operativo muy bajo (0.22 V), rápida respuesta (8 s), alta sensibilidad (0.71 µA µM⁻¹ cm⁻²) y una estabilidad de almacenamiento de hasta cinco meses. El uso de películas compuestas AgNP/ZnONP en el diseño de biosensores demostró ser eficaz en la medición del contenido fenólico y evidenció su capacidad para mejorar el desempeño de otros biosensores.
Continuando con la exploración de aplicaciones sensoriales basadas en AgNPs en enología, se ha presentado un enfoque innovador que emplea un electrodo de carbono vítreo (GCE) modificado con politionefeno decorado con AgNPs para la determinación de ácido cafeico. Este electrodo mostró una relación lineal entre la corriente pico y la concentración en un rango de 1.00 × 10⁻⁸ a 4.83 × 10⁻⁶ M, con un límite de detección de 5.3 × 10⁻⁹ M, y una actividad electrocatalítica mejorada específicamente para la oxidación del ácido cafeico. Además, el electrodo modificado logró determinar con éxito la concentración de este compuesto en muestras de vino tinto, fortaleciendo las medidas de control de calidad durante la vinificación.
Una de las aplicaciones más destacadas de las AgNPs es su incorporación en recubrimientos superficiales de maquinaria, tanques y barricas, donde la liberación controlada de iones plata crea un entorno hostil para los microorganismos, contribuyendo así a preservar la integridad del vino. Asimismo, las AgNPs se emplean en materiales de envasado, como cápsulas, recubrimientos interiores y etiquetas, con el objetivo de prevenir la entrada microbiana durante el almacenamiento, lo que mejora la estabilidad y calidad del producto final.
Además, su integración en procesos de nanofiltración permite la eliminación o inactivación efectiva de microorganismos presentes en el vino, apoyando tanto su clarificación como su estabilización microbiológica. Esta tecnología ofrece una alternativa innovadora para reducir la dependencia del uso de dióxido de azufre (SO₂) como conservante, una ventaja especialmente relevante para aquellos segmentos del mercado que demandan prácticas más naturales o sostenibles.
Nanopartículas magnéticas
Las nanopartículas ofrecen soluciones prometedoras para la eliminación y reducción de compuestos indeseables en el vino, mejorando significativamente su calidad y propiedades sensoriales. Las nanopartículas de oro (AuNPs) han demostrado capacidades catalíticas para eliminar aldehídos, en particular el acetaldehído, compuesto que puede afectar negativamente al aroma del vino. Diversos métodos de síntesis, como las técnicas sonolectroquímicas, han potenciado la eficacia de estas nanopartículas. Por ejemplo, AuNPs con tamaños ajustables sintetizadas sobre quitosano han mostrado una mejora significativa en la descomposición del acetaldehído en vinos, lo que evidencia su alto potencial catalítico.
Además, se han desarrollado métodos de separación magnética utilizando nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (Fe₃O₄) para aislar eficientemente las células de levadura en la producción de vinos espumosos, lo que reduce considerablemente el tiempo y el coste en comparación con los métodos tradicionales. Estas nanopartículas magnéticas también se han empleado para eliminar aminas biógenas —subproductos de la fermentación que pueden comprometer la seguridad y calidad del vino—, así como proteínas relacionadas con la patogénesis que afectan la estabilidad coloidal del vino.
Otro avance importante ha sido la aplicación de polímeros impresos magnéticos (PIMPs), diseñados específicamente para eliminar compuestos responsables de defectos aromáticos, como la 3-isobutil-2-metoxipirazina (IBMP), sin alterar significativamente el perfil aromático general del vino. Esto resulta clave para preservar las características sensoriales deseadas durante los procesos de corrección o purificación.
Propiedades, funciones y aplicaciones de las nanopartículas como agentes antibacterianos y antifúngicos en alimentos y vino
Desafíos y regulaciones
A pesar de su alta eficiencia, estas técnicas basadas en nanopartículas presentan ciertos desafíos. Entre ellos se incluyen la complejidad de los procesos de síntesis, el posible riesgo de interferencias con otros componentes del vino y la necesidad de equipamiento especializado para su implementación en entornos enológicos.
Al considerar los desafíos y aspectos regulatorios relacionados con las nanopartículas en la industria del vino, se deben tener en cuenta varios factores importantes:
- El panorama regulatorio para las nanopartículas en alimentos y bebidas es multifacético y está en constante evolución.
- A medida que crece el uso de nanomateriales en la industria, los organismos reguladores están trabajando para desarrollar directrices claras que aseguren la seguridad del consumidor mientras permiten la innovación.
- En muchos países, las nanopartículas están cubiertas por regulaciones existentes que se aplican a los aditivos alimentarios convencionales, pero con un escrutinio adicional debido a sus propiedades únicas y riesgos potenciales.
- Los reguladores requieren evaluaciones rigurosas de riesgo para evaluar la seguridad de las nanopartículas, enfocándose en la toxicidad, niveles de exposición y posibles efectos sobre la salud.
- Ciertas jurisdicciones imponen requisitos de etiquetado para alimentos y bebidas que contienen nanopartículas para garantizar que los consumidores tengan transparencia y opciones informadas.
A nivel internacional, para promover el comercio global y asegurar estándares consistentes a través de las fronteras, se están realizando esfuerzos para armonizar las regulaciones sobre nanotecnología en alimentos y bebidas. Este enfoque refleja el compromiso de los organismos reguladores para salvaguardar la salud pública mientras fomentan la innovación en la industria alimentaria (ISO, 2019; OMS, 2009).
Mientras la industria del vino explora los beneficios potenciales de las nanopartículas, incluyendo su uso para mejorar la calidad del vino, optimizar procesos de filtración y en el embalaje, es importante continuar abordando la seguridad, el cumplimiento regulatorio y las preocupaciones de los consumidores.
Ver estudio completo en inglés AQUÍ
Fuentes: https://www.mdpi.com y Revista Nanomaterials
