Investigadores chilenos y alemanes utilizan una ciencia física denominada tribología, que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación entre superficies sólidas, para establecer correlaciones entre el vino y los componentes de la boca humana. A continuación reproducimos el artículo de divulgación científica publicado el pasado 5/12/21 en la web portuguesa www.cienciaevinho, que busca que los productores de vino puedan medir el coeficiente de fricción (COF) del vino, relacionando así con precisión este parámetro físico con lo que el consumidor del vino percibe en boca.
La denominada «tribología oral«, rama de la nueva ciencia tribología, definida como tal a fines del siglo XX, recibe una atención creciente en el campo de las ciencias de los alimentos ya que ofrece grandes oportunidades para establecer correlaciones entre parámetros físicos, tales como el coeficiente de fricción (COF), y los efectos sensoriales al interactuar con componentes de la boca humana.
Esta investigación en tribología oral está relacionada con la sensación de astringencia que produce el vino. No se trata de un sabor, pero describe la sensación de sequedad y arrugas en la boca, que se produce específicamente entre la lengua y el paladar después de tragar.
Debido a la complejidad de la saliva y sus interacciones con alimentos y bebidas, aún no se ha establecido un único mecanismo que describa con precisión los efectos en curso. Sin embargo, existen tres hipótesis diferentes: 1) Los agregados de tanino-proteína solubles agotan la película salival y exponen la película oral; 2) La formación de agregaciones precipitadas de tanino-proteína o 3) Interacciones entre taninos libres y membranas celulares de la cavidad oral. (Figura 1).
Algunos casos exitosos reportaron el potencial de correlacionar la percepción de astringencia del vino con el COF en experimentos tribológicos.
No hay duda de que una conexión establecida entre el COF y la astringencia permitiría a las bodegas cuantificar la astringencia basándose en este parámetro experimental en lugar de utilizar un panel de prueba de sabor entrenado, que puede ser costoso y llevar mucho tiempo.
Esta descripción general busca compilar los mecanismos caracterizados de astringencia y resaltar la prevalencia de la fricción como una causa fisiológica subyacente para la percepción sensorial. También se presentan datos técnicos que describen la posible correlación entre la percepción de astringencia y la fricción.
Instrumentación tribológica y tecnologías de imitación oral
La tribología oral se centra principalmente en el COF entre la lengua y el tejido que recubre la cavidad oral, más específicamente la superficie del epitelio oral. El lubricante encargado de determinar el COF es la saliva, más concretamente, la capa de película salival, que recubre la boca.
Un importante desafío de la investigación en tribología oral se relaciona con el diseño de tribopares y lubricantes apropiados, que imitan eficazmente las condiciones bucales.
Para imitar los tribopares orales, se ha utilizado ampliamente el polidimetilsiloxano (PDMS). Otro material que no se utiliza con tanta frecuencia en la investigación técnica, pero que es muy prometedor, son los geles aislados de proteína de suero. En términos de imitar la saliva humana, la revisión de Sarkar exploró las diferencias y similitudes en las propiedades entre la saliva humana y los fluidos miméticos prometedores, específicamente las mucinas gástricas porcinas (PGM) y la mucina submaxilar bovina (BSM). Es importante destacar que todavía falta saliva artificial específica que imita la percepción de astringencia.
La instrumentación correctamente diseñada también es importante para producir resultados relevantes y precisos en tribología oral. Varios tribómetros que son capaces de evaluar el comportamiento de fricción bajo diferentes condiciones de contacto y velocidades de deslizamiento se resumen en la Figura 2. Las distinciones notables entre estas configuraciones incluyen el rango de velocidades de deslizamiento, materiales tribopair y tipo de movimiento (deslizamiento / balanceo / alternativo).
Vinculación de la percepción sensorial de la astringencia con el COF
Como la percepción de astringencia puede deberse directamente a la reducción de la lubricación por precipitación e insolubilidad de polifenol-PRP (proteínas ricas en prolina) o la degradación de la película salival, el COF puede ser un indicador vital de astringencia.
Una técnica para que los bodegueros midan el COF del vino
Si se pudiera establecer una relación directa, en lugar de utilizar un panel de prueba capacitado para determinar el efecto astringente de un vino en particular, los productores de vino podrían medir el COF del vino, relacionando así con precisión este parámetro físico con su cantidad a la percepción. Esto ha representado un gran desafío en el campo de la tribología oral, principalmente debido a la complejidad de los mecanismos de astringencia antes mencionados.
Diferentes autores han intentado correlacionar la percepción de astringencia con el COF.
Brossard y colaboradores utilizaron un tribopair de acero PDMS, que no es tan eficaz como PDMS-PDMS para simular condiciones orales. Además, un mayor tamaño de muestra y rango de velocidades de deslizamiento, similar al rango de velocidad de la lengua (≤200 mm s – 1), ofrecería resultados más confiables.
Laguna y colaboradores se limitaron a no utilizar saliva humana en pruebas tribológicas de mezclas de vino, aunque es extremadamente difícil obtener cantidades tan grandes de saliva humana necesarias para la experimentación.
Wang y colaboradores y Edmonds y su equipo utilizaron muestras de vino modelo, que apenas reproducen la complejidad de la matriz del vino. Las proporciones vino-saliva más cercanas a la percepción de astringencia (después de la deglución) ofrecerían mejores imitaciones de las condiciones orales. Sin embargo, estas condiciones son difíciles de reproducir ya que requieren grandes volúmenes de saliva.
Numerosos desafíos en la metodología y la configuración experimental hacen que el establecimiento de resultados transferibles sea un desafío en la tribología oral. Primero, PDMS es un elastómero que ambos enfoques utilizaron para imitar las condiciones orales durante las pruebas tribológicas. Sin embargo, el PDMS es susceptible al desgaste de la superficie durante la experimentación, lo que puede afectar en gran medida los resultados obtenidos. Esto directamente requiere más investigación en esta dirección y la exploración de otros materiales, incluidos los geles aislados de proteína de suero. Además, en términos de saliva utilizada para fines de lubricación y / o simulación, las propiedades fisicoquímicas y de agregación de las mucinas varían significativamente entre los diferentes estudios, lo que puede estar relacionado con una pureza diferente.
Se debe prestar más atención a la calidad de la mucina durante la experimentación,y la estandarización de la saliva simulada óptima debe seguir siendo un enfoque primordial en la investigación futura.
Asimismo, la variación de los tribómetros utilizados, específicamente relacionada con los tribopares utilizados y las condiciones de trabajo, incluida la carga de contacto y la velocidad de deslizamiento, hace que la comparación de diferentes estudios sea bastante complicada.
Sarkar y colaboradores enfatizaron que la reproducción de resultados tribológicos es necesaria en diferentes laboratorios para asegurar que cualquier relación tribología-sensorial no sea específica de un conjunto de condiciones experimentales.
Aunque la mayor parte del trabajo se ha realizado mediante experimentos, los enfoques de modelado numérico pueden contribuir en gran medida a una mejor comprensión de los procesos y / o mecanismos, fortaleciendo así las hipótesis subyacentes y las conclusiones extraídas. Los parámetros adicionales físicamente relevantes, incluida la viscosidad y el tamaño de las partículas, también pueden ayudar a comprender los mecanismos propuestos y las relaciones tribología-sensación.
Finalmente, la estandarización experimental en saliva mimética y tribómetros, así como la incorporación de análisis de múltiples parámetros físicos sirven como objetivos prospectivos para mejorar la reproducibilidad de los resultados, así como el éxito futuro en la investigación tribológica oral.
El estudio completo
La publicación completa se puede encontrar como: Rosenkranz, A., Marian, M., Shah, R. Gashi, B., Zhang, S., Bordeu, E. y Brossard, N., 2021. Correlacionar la astringencia del vino con medidas físicas: conocimiento actual y direcciones futuras. Advances in Colloid and Interface Science, p.102520.
Los autores de la investigación
Andreas Rosenkranz es profesor de Tribología Orientada a Materiales y Nuevos Materiales 2D en el Departamento de Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales de la Universidad de Chile. Su investigación se centra en la caracterización, funcionalización química y aplicación de nuevos materiales 2D. Su principal campo de investigación está relacionado con la tribología (fricción, desgaste y eficiencia energética), pero en los últimos años también ha expandido sus campos hacia la purificación del agua, la catálisis y las propiedades biológicas. Ha publicado más de 100 publicaciones en revistas revisadas por pares, es miembro de la Fundación Alexander von Humboldt y actúa como editor científico de diferentes revistas científicas de renombre, incluidas Applied Nanocience y Frontiers of Chemistry.
Max Marian es el Consejo Académico del Instituto de Diseño de Ingeniería de la Universidad Friedrich-Alexander-Erlangen-Nuremberg (FAU), Alemania. Su investigación se centra en la eficiencia energética y la sostenibilidad a través de la tribología, con énfasis en la modificación de superficies a través de tecnologías de microtexturas y recubrimientos, por ejemplo, utilizando disulfuro de molibdeno, carbono amorfo o MXenes. Además de los elementos de máquinas y componentes de motores, amplió sus campos hacia la biotribología y las articulaciones artificiales. Su investigación está particularmente relacionada con el desarrollo de enfoques numéricos de simulación triboescala multiescala y aprendizaje automático. Ha publicado más de 20 publicaciones en revistas revisadas por pares y es miembro de la Sociedad Alemana de Tribología.
Natalia Brossard es Profesora de Enología y Calidad Alimentaria en el Departamento de Fruticultura y Enología de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Su investigación se centra en la sensación en boca del vino, la caracterización química de polifenoles y el procesamiento oral de alimentos. Su principal campo de investigación está relacionado con la sensación en boca del vino, la astringencia y la tribología oral (predicción de descriptores sensoriales por métodos físicos). Es asesora del Consorcio de I + D + i Wines of Chile y se desempeña como editora científica de diferentes revistas científicas de reconocido prestigio, entre ellas Frontiers of Chemistry y la Revista Internacional de Agricultura y Recursos Naturales.
