Desde 2017, el investigador mendocino Marcos Maza, docente de la Facultad de Ciencias Agrarias (FCA) de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo), desarrolla junto a los profesores Javier Raso e Ignacio Álvarez, de la Universidad de Zaragoza, España, una novedosa técnica que consiste en la aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje en la vinificación, concretamente en la etapa de maceración y fermentación del vino, lo que facilita la extracción de compuestos fenólicos, con reducción del tiempo de crianza sobre lías, ahorro de energía y liberación anticipada de espacios en los tanques de las bodegas.
Maza fue el primer egresado del programa «Doctorar en el extranjero», para lo que viajó a España en 2017. Esta investigación junto a los expertos españoles fue, precisamente, su doctorado. La técnica despertó fuerte interés, a punto tal que la Organización Internacional de la Viña y el Vino (OIV) la aprobó a nivel global en 2020. Luego se han hecho pruebas de vinificación exitosas, por lo que recientemente la prestigiosa publicación española Enólogos publicó una síntesis de la investigación, la que a continuación replicamos.
Los investigadores Marcos Maza, del Departamento de Ciencias Enológicas y Agroalimentarias de la Facultad de Ciencias Agrarias (FCA) de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo), Alejandro Berzosa, Carlota Delso, Javier Marín-Sánchez, Ignacio Álvarez, Cristina Sánchez-Gimeno y Javier Raso, del Departamento de Producción Animal y Ciencia de los Alimentos de la Facultad de Veterinaria del Instituto Agroalimentario de Aragón-IA2 de la Universidad de Zaragoza (CITA), publicaron en la revista Enólogos el artículo original inédito “Aplicaciones de la tecnología de los pulsos eléctricos de alto voltaje en una bodega».
Las bodegas pueden aprovechar el efecto de la electroporación provocada por los tratamientos por pulsos eléctricos de alto voltaje (PEF) para la mejora de distintos procesos. La electroporación de las células de la piel de la uva tinta acelera los fenómenos de transferencia de masa que ocurren durante la etapa de maceración/fermentación, facilitando la extracción de los compuestos intracelulares como los polifenoles. Por otro lado, la posibilidad de inactivar microorganismos a temperaturas inferiores a las utilizadas en el procesado térmico resulta sumamente atractiva para la descontaminación del mosto o del vino en distintas etapas de su proceso de elaboración. Finalmente, la electroporación de las levaduras desencadena fenómenos hidrolíticos que aceleran su autolisis y permiten reducir el tiempo de crianza sobre lías.
Es sumamente importante este estudio ya que demuestra la efectividad e inocuidad de la técnica en el tratamiento de las uvas, con la que se puede llegar a reducir los tiempos de maceración hasta un 50%, y permitió que la OIV autorizara su utilización en todas las bodegas. Caso contrario, su aplicación estaría prohibida”
Marcos Maza, investigador y docente de Ciencias Agrarias UNCuyo, coautor del estudio
Introducción
En las últimas décadas se han producido grandes avances tecnológicos en el proceso de elaboración del vino. Sin embargo, para seguir siendo competitivo, el sector se enfrenta a nuevos desafíos como la mejora de la eficiencia de los procesos, la reducción del uso de compuestos químicos o el ahorro en los consumos energéticos. Una de las estrategias para afrontar estos nuevos retos es la introducción de tecnologías de procesado novedosas no utilizadas hasta el momento en las bodegas.
La tecnología de los pulsos eléctricos de alto voltaje (PEF) es un tratamiento físico que consiste en la aplicación intermitente de pulsos de alto voltaje (kV) y de muy corta duración (µs) a un material colocado entre dos electro dos.
A pesar de que durante el tratamiento se aplican voltajes de miles de voltios, su duración es del orden de la millonésima parte de un segundo por lo que los requerimientos energéticos del proceso son bajos. El efecto que se consigue al aplicar estos tratamientos es función del campo eléctrico generado entre los dos electrodos, que se define como el cociente entre el voltaje y la distancia entre los electrodos, y del tiempo de procesado que depende del número de pulsos aplicados y de su anchura (Maza et al., 2019a)
Cuando el campo eléctrico aplicado a un material biológico supera un determinado valor umbral se produce un fenómeno denominado electroporación que consiste en la formación de poros en la membrana citoplasmática de las células. Como consecuencia, se produce un transporte incontrolado de sustancias a través de la membrana que facilita la extracción de componentes localizados en el citoplasma de las células o provoca la muerte de los microorganismos. El campo eléctrico necesario para afectar a la permeabilidad de la membrana citoplasmática depende del tamaño de las células. Mientras que la electroporación de las células de los tejidos vegetales se consigue con campos eléctricos inferiores a 5 kV/cm, para conseguir electroporar la membrana de las células microbianas se requiere la aplicación de campos eléctricos superiores (>10 kV/cm).
Mejora de la extracción de compuestos fenólicos
La maceración de los hollejos de la uva durante la fermentación del mosto es una de las operaciones más críticas en el proceso de elaboración del vino tinto. En esta etapa, se aportan los compuestos polifenólicos, que son claves en la calidad de este tipo de vino ya que son los responsables de muchas de sus propiedades sensoriales, de su capacidad de envejecimiento y de las propiedades beneficiosas para la salud que se atribuyen a su consumo moderado.
En la maceración, los hollejos de la uva están en contacto con el mosto que se está fermentando por las levaduras durante varios días. Ello implica una reducción en la capacidad productiva de la bodega ya que aproximadamente el 25% del volumen de los tanques de fermentación están ocupados por los hollejos. Por otro lado, la presencia de los hollejos provoca que el consumo energético en el proceso de fermentación se incremente debido a que dificultan el control de la temperatura de fermentación y a que se requiere periódicamente realizar remontados para mejorar el contacto de los hollejos con el mosto que está fermentando.
La extracción de los compuestos fenólicos durante el proceso de elaboración de vino tinto requiere tiempos de maceración tan prolongados porque estos compuestos tienen que atravesar la membrana citoplasmática de las células de los hollejos que actúa como una barrera. Distintos estudios han demostrado que la electroporación de esta membrana mediante la aplicación de tratamientos PEF facilita la salida de los compuestos fenólicos durante la etapa de fermentación-maceración. El tratamiento se aplica a la uva tras la etapa de despalillado/estrujado previa al proceso de fermentación-maceración.
El efecto del tratamiento PEF en la extracción de compuestos fenólicos durante el proceso de maceración fermentación se ilustra en la figura 1 donde se compara la intensidad de color, el contenido en antocianos y el índice de polifenoles totales (IPT) durante el proceso de vinificación de una uva sin tratar y tratada por PEF (Maza et al., 2020c). Se observa que los valores de estos tres índices, que dependen de la extracción de los compuestos fenólicos, fueron mayores en las vinificaciones que se realizaron con la uva previamente electroporada. Las diferencias observadas en los valores de estos índices se mantuvieron hasta incluso transcurridos 10 días de maceración lo que indicaría que el tratamiento PEF no sólo promueve una extracción más rápida de los compuestos fenólicos, lo que permitiría acortar el tiempo de maceración, si no que podría aumentar el contenido de compuestos fenólicos en el vino.
Los resultados obtenidos en pruebas realizadas a escala piloto se han confirmado en estudios realizados a escala semi-industrial. En un estudio realizado por Maza et al., (2019) se procesaron 12 toneladas de uvas garnacha a un caudal de 2.500 kg. h1, y compararon los vinos obtenidos con uvas sin tratar y tratadas con PEF (4,0 kV. cm1) después de haber mantenido los hollejos en contacto con el mosto que estaba fermentando durante 3 y 6 días. El vino obtenido tras macerar la uva tratada con PEF durante 3 días tenía una intensidad de color, un contenido en antocianos y un índice de polifenoles totales (IPT) similar al obtenido con la uva control tras 6 días de maceración.
Se comprobó que la mayor concentración de taninos observada en los vinos tratados con PEF tras 3 días de maceración era debida a un mayor grado de extracción de taninos ubicados en las pieles de la uva, por lo que el tratamiento no promovió la extracción de los taninos de las semillas. Los vinos obtenidos se envejecieron en botella durante un año y también en barrica durante un año y posteriormente durante otro año en botella (Maza et al., 2020b). En ambos casos, el vino elaborado con uva tratada con PEF con tres días menos de maceración evolucionó de manera similar al vino elaborado con la uva sin tratar. Los resultados de los análisis sensoriales mediante pruebas triangulares y de preferencia indicaron que no existían diferencias significativas entre ambos vinos tras su envejecimiento.
Desde 2020, la Organización de la Viña y el Vino (OIV) ha aprobado el uso de los PEF como una nueva práctica enológica para mejorar la extracción de componentes de interés localizados en la piel de los hollejos. (Resolución OIVOENO 6342020).
Descontaminación microbiológica del vino mediante la tecnología PEF
Los procesos microbianos juegan un papel determinante en el proceso de elaboración del vino. Sin embargo, la presencia en el vino tanto de los propios microorganismos que han participado en los procesos fermentativos una vez finalizados, como de microorganismos contaminantes, representa un riesgo importante que puede afectar a la calidad del producto final, conllevando pérdidas eco nómicas sustanciales.
Las principales estrategias utilizadas por las bodegas para controlar a los microorganismos son el uso de los sulfitos en distintas etapas del proceso de elaboración y la filtración esterilizante antes del embotellado. Sin embargo, el uso generalizado de SO2 está siendo cuestionado y la filtración esterilizante suele generar controversia debido a su posible impacto en las características químicas y sensoriales del vino.
La tecnología PEF puede representar una alternativa prometedora para el control microbiano en bodegas, ya que puede inactivar microorganismos a temperaturas más bajas que las utilizadas en el procesado térmico. Varios estudios han demostrado el potencial de los tratamientos PEF para inactivar microorganismos involucrados en procesos de fermentación del vino como Saccharomyces bayanus y Oenococcus oeni, una vez terminada la fermentación o microrganismos alterantes (Puértolas et al., 2009; González Arenzana et al., 2015).
Se ha demostrado que la viabilidad de estos microorganismos se ve afectada por los tratamientos PEF y que la combinación de SO2 a bajas concentraciones (10 ppm) con tratamientos de PEF tiene un efecto sinérgico (figura 2). Tratamientos moderados de PEF, ya sea por sí solos o en combinación con dosis subletales de SO2, han demostrado ser eficaces en la estabilización microbiológica del vino obtenido en una bodega (Delso et al., 2023b). Además, estos tratamientos no afectan negativamente a los parámetros fisicoquímicos y sensoriales del vino tinto (Delso et al., 2023a) lo que indica que la tecnología PEF podría representar un proceso físico viable que podría reemplazar o reducir las dosis de SO2 o servir como alternativa a la filtración esterilizante.
Aplicación para acelerar la autolisis de las levaduras
A la presencia de manoproteínas en el vino se le atribuyen numerosos efectos beneficiosos (PérezSerradilla y de Castro, 2008). El método tradicional para enriquecer el vino con manoproteínas consiste en mantener las levaduras que han participado en el proceso de fermentación en contacto con el vino. En esta etapa, denominada crianza sobre lías, se produce la autolisis de las levaduras por sus propios enzimas. Entre otros efectos, estas enzimas hidrolíticas desintegran la pared celular de las levaduras liberándose las manoproteínas que represen tan entre el 25 y el 50% del contenido de esta estructura.
La autolisis de las levaduras por sus propias enzimas hidrolíticas es un proceso lento que requiere tiempos de contacto del vino con las levaduras de varios meses. Ello implica costos en mano de obra para la agitación periódica de las lías, la inmovilización de stocks en la bodega y el aumento del riesgo de deterioro del vino por oxidaciones o por crecimiento microbiano.
Estudios recientes han demostrado que los tratamientos PEF pueden inducir la autolisis de S. cerevisiae y acelerar la liberación de manoproteínas (Martínez et al., 2016). Este efecto se ha atribuido al hecho de que la electroporación de la membrana citoplasmática de las levaduras, por un lado, modifica la presión osmótica de su citoplasma provocando la plasmólisis de la vacuola y la liberación de enzimas hidrolíticos y, por otro, a través de los poros formados en la membrana citoplasmática se facilita el contacto de estos enzimas con la pared celular donde se encuentran las manoproteínas (figura 3).
El beneficio de la aplicación de un tratamiento PEF para reducir el tiempo de crianza sobre lías se ha demostrado tanto en vino blanco como en vino tinto. La figura 4 muestra que el tratamiento de las levaduras por PEF aceleró considerablemente la liberación de manoproteínas durante la crianza sobre lías de vino de la variedad chardonnay (Martínez et al., 2019). Tras 30 días de crianza sobre lías se alcanzó en el vino que contenía levaduras tratadas por PEF la misma concentración de manoproteínas que la que contenía el vino control tras 6 meses de crianza sobre lías.
Las manoproteínas liberadas por levaduras tratadas con PEF redujeron la turbidez del vino y mostraron propiedades espumantes similares a las liberadas durante el «envejecimiento sobre lías» tradicional. Resultados similares se han observado en la crianza sobre lías de vino tinto (Maza et al., 2020a). Un panel de catadores en un análisis sensorial no fue capaz de encontrar diferencias entre un vino tinto con crianza sobre lías durante un mes con levaduras tratadas por PEF con un vino tinto con una crianza sobre lías tradicional durante 3 meses.
Revalorización de biomasa de levadura generada
La elaboración de vino conlleva la generación de grandes cantidades de biomasa de levadura durante la etapa de fermentación. A pesar de que estas levaduras contienen tanto en su citoplasma (proteínas, vitaminas, ácidos nucleicos, minerales, glutatión y polifenoles) como en las paredes celulares (manoproteínas y β-glucanos) biomoléculas con diferentes aplicaciones industriales apenas se aprovechan.
En estos momentos, siguiendo la estrategia de la economía circular que persigue reducir la generación de residuos mediante su uso para distintas aplicaciones, el grupo de investigación está desarrollando el proyecto PEFRev (PID 2020-113620RB-100) financiado por la Agencia Española de Investigación con objeto de revalorizar la biomasa de levadura generada en procesos fermentativos.
Los resultados obtenidos en este proyecto han demostrado que la tecnología PEF podría contribuir al diseño de un proceso secuencial para obtener un espectro de productos comercializables, a partir del aprovechamiento integral de los componentes de interés de la biomasa de levadura generada en los procesos fermentativos. Gracias a la electroporación de la membrana citoplasmática de las levaduras provocada por el tratamiento PEF, en una primera etapa de extracción, se pueden obtener los componentes localizados en el interior de las levaduras (glutatión, aminoácidos y proteínas). Una vez obtenido el extracto de levadura, en etapas posteriores se pueden obtener los componentes de la pared celular (manoproteínas y β-glucanos) tras su degradación por las propias enzimas de las levaduras activadas como consecuencia del tratamiento PEF (Berzosa et al., 2023).
Una vez demostrado el potencial de la tecnología para el desarrollo de este proceso secuencial se evaluará el uso de los diferentes productos obtenidos en distintos sectores entre los que se encuentra el sector enológico (figura 5).
Conclusión
Como se ha mostrado en este artículo, la tecnología PEF tiene múltiples aplicaciones en bodegas. Se trata de una técnica que además de ayudar a mejorar diversas etapas en el proceso de elaboración de vino puede contribuir a responder a algunas demandas actuales de las bodegas como son la reducción del uso de productos químicos y a la mejora de la eficiencia energética y la sostenibilidad de los procesos enológicos.
La disponibilidad de equipos comerciales de PEF capaces de responder a los requerimientos de procesados demandados por las bodegas, su fácil implantación en sus instalaciones y la autorización por la OIV de la tecnología PEF como nueva práctica enológica constituyen el impulso definitivo para la implantación de la tecnología de PEF en las bodegas. Es importante señalar que, en una bodega, el mismo generador PEF podría utilizarse para distintas aplicaciones simplemente modificando las dimensiones de la cámara de procesado en función del objetivo del tratamiento (figura 6).
Fuente: Revista Enólogos
