Introducción
La presurización hidrostática (HHP) cada vez se aplica más en tecnología alimentaria como una potente herramienta para controlar microorganismos, facilitar la extracción, modificar textura y crear nuevos productos (Aganovic et al., 2021). Además, provoca mínimos efectos en la calidad sensorial, ya que no tiene suficiente energía como para afectar a enlaces covalentes y producir moléculas con impacto sensorial negativo como sí sucede con los tratamientos térmicos. España es un país líder en presurización hidrostática, con la empresa Hiperbaric a la cabeza en la fabricación de equipos y más de 350 máquinas instaladas a nivel mundial en los 5 continentes (https://www.hiperbaric.com/en/hpp-technology/ consultado en julio 2024). Su oferta incluye equipos de distintos tamaños, con vasijas de 55 L a 525 L, capaces de alcanzar hasta 600 MPa (6000 bar) y procesar tanto productos envasados (tecnología in-pack) como líquidos a granel (tecnología in-bulk) antes de su envasado.
En el ámbito enológico, la presurización hidrostática está incorporada por la OIV (Organización Internacional de la Vid y el Vino) en su catálogo de prácticas enológicas desde la asamblea de Ginebra en julio de 2019 (RESOLUTION OIV-OENO 594A-2019, OIV, 2019) para el control de microorganismos en uvas y vinos, acelerar la maceración de la uva y reducir los niveles de sulfitos. La resolución, como muchas otras en el ámbito de nuevas tecnologías de procesado, fue impulsada desde la delegación española.
El procesado por HHP, en general, en la industria alimentaria y, en particular, para las aplicaciones enológicas, consiste en la presurización del producto (uva, mosto o vino) en una vasija de acero cilíndrica, altamente resistente, utilizando como fluido presurizador agua (Figura 1). El agua se introduce rápidamente en la vasija mediante una bomba de baja presión y alto caudal, para reducir tiempos muertos. Posteriormente, se emplea un intensificador, de bajo caudal y capaz de bombear a muy alta presión, para alcanzar las presiones de trabajo, normalmente de 400-600 MPa. Los parámetros de procesado básicos son la presión aplicada y la duración del proceso que, habitualmente, es de 3-10 minutos (Aganovic et al., 2021). Otros parámetros relevantes se reflejan en Gómez-López et al. (2021).
Como se ha dicho, el procesado HHP es inocuo y mantiene la calidad sensorial, no afectando a moléculas con impacto sensorial como aromas, pigmentos, taninos, sales, azúcares, ni polisacáridos, pero favoreciendo el control de microorganismos (Morata et al., 2017), especialmente levaduras y hongos, permitiendo su completa eliminación para presiones superiores a 400 MPa (Morata et al., 2015).
Efectos y características del procesado por HHP
Las principales características y aplicaciones del procesado por HHP en enología se sintetizan en la Tabla 1. La HHP puede considerarse un procesado no térmico, ya que, aunque durante la compresión se produce el calentamiento adiabático de la uva, mosto o vino, este calentamiento es solo de 2-3 °C/100 MPa en este tipo de productos, lo que supone un aumento de temperatura de aproximadamente 18 °C en un procesado a 600 MPa. Por lo tanto, un producto a temperatura ambiente (20 °C) alcanzaría una temperatura máxima de ≈38 °C tras la compresión a 600 MPa. Además, hay que destacar que esta temperatura se mantendría en el producto solo durante el tiempo de procesado (3-10 minutos) pues, finalizado éste, la expansión hasta presión atmosférica provocaría a su vez un enfriamiento adiabático de magnitud similar al calentamiento inducido en la compresión. En cualquier caso, también es posible presurizar el producto, previamente refrigerado, por ejemplo, a 4 °C, con lo que su temperatura tras la compresión a 600 MPa se elevaría, como máximo, hasta temperatura ambiente. Una última opción sería controlar el calentamiento adiabático refrigerando la vasija de presurización durante el procesado, pero esto implicaría complicaciones en el diseño del equipo y un aumento considerable del precio del tratamiento.
Por lo tanto, el procesado por HHP no puede considerarse un procesado térmico convencional y su impacto sensorial en uva o vino es mínimo, sin degradación de color, aroma o calidad gustativa.
HHP y extracción acelerada de componentes fenólicos y aromas
Cuando se procesa uva entera mediante HHP a presiones elevadas (200-600 MPa≈2000-6000 bar) no hay un cambio de aspecto significativo en la uva (Figura 2a-c). Esto puede resultar sorprendente si consideramos que, durante el prensado de la uva, la estrujamos completamente y obtenemos la mayor parte de su mosto con presiones direccionales de solo 0,2-0,5 bares. Sin embargo, durante el procesado por HHP, no se rompe el hollejo por presión, sino que se comprime la uva, reduciéndose su tamaño un 4% aproximadamente. Esto es debido a que la presión se aplica hidrostáticamente, mediante un fluido presurizador (agua), por lo que las presiones se distribuyen homogéneamente sobre la superficie del producto y sus componentes opuestas se compensan.
(adaptado de Morata et al., 2021a)
Sin embargo, a nivel subcelular, la compresión y expansión producen poración a nivel celular y la salida de componentes de las vacuolas de la piel de la baya que incluyen antocianos, taninos y compuestos aromáticos. Así, se ha observado que, después del procesado por HHP, los antocianos manchan la pulpa de la uva e incluso las pepitas (Morata et al., 2015). Por tanto, la HHP se puede considerar una técnica de maceración acelerada que permite la rápida extracción (3-10 minutos) y difusión al mosto de pigmentos, taninos y aromas (Morata et al., 2019a). La uva presurizada se puede someter después a una maceración convencional, pero de más corta duración por el efecto de poración en las pieles que favorece la rápida liberación de fenoles y aromas (Morata et al., 2019a). Así, se ha observado un contenido un 20-80% superior de antocianos después de procesados por HHP a 400-600 MPa (Morata et al., 2023). Además, los antocianos, que son pigmentos sensibles a oxidaciones y degradación térmica (Morata et al., 2019b), no se ven afectados por la HHP al ser ésta un proceso compresivo que cursa en ausencia de oxígeno y sin calentamientos significativos (Morata et al., 2023).
Por otra parte, si se pretenden maceraciones a baja temperatura, en ausencia de fermentación, el procesado por HHP también reduce la microbiota endógena de la uva, con lo que éstas son más seguras. Es, por tanto, también una técnica de alto interés en las criomaceraciones de los blancos para maximizar la extracción de aromas varietales.
Por último, es importante destacar que al término de fermentación no se perciben en cata defectos, ni impactos sensoriales negativos asociados al tratamiento y sí una mejora debida a la mayor extracción de componentes responsables de color, aroma y sabor.
Inactivación de microorganismos. HHP como alternativa al SO2
La HHP tiene la capacidad de inactivar células vegetativas de microorganismos (levaduras y bacterias), aunque no es capaz de controlar esporas termorresistentes (Aganovic et al., 2021). Esto, en uvas y vinos, no constituye realmente un problema, pues las condiciones de pH y el contenido de alcohol, en el caso del vino, limitan el desarrollo de esporulados. Solo en mostos concentrados, esporulados como Alicyclobacillus acidoterrestris, un termófilo acidorresistente (pH 3,5-4,5), pueden producir defectos olfativos por formación de fenoles volátiles (guayacol).
Con respecto a formas vegetativas, presiones de 200 MPa reducen la población inicial un orden logarítmico fácilmente, y presiones superiores a 400 MPa pueden eliminar las levaduras de la uva (Morata et al., 2015, Bañuelos et al., 2016). No se han publicado diferencias significativas de barorresistencia entre cepas de Saccharomyces cerevisiae, ni entre diferentes especies de no-Saccharomyces (Morata et al., 2015) y, de forma general, las diferentes especies que aparecen en la uva pueden ser eliminadas con tratamientos de 400-500 MPa/10 min. Sin embargo, las bacterias lácticas, que son Gram-positivas, normalmente tienen una resistencia superior a la HHP por el mayor espesor de su membrana y, a veces, incluso tratamientos de más de 500 MPa durante 10 min pueden dejar poblaciones residuales (Morata et al., 2015).
En vinos, la HHP suma a su efecto mecánico el contenido de etanol existente (12-15% vol) que hace que la efectividad sea muy buena y convierte la presurización hidrostática en una técnica muy interesante para el control microbiano en barrica o previo al embotellado. Tiene, además, la ventaja frente a otras técnicas físicas como la filtración esterilizante, de una menor aireación y la no retención/adsorción de volátiles aromáticos, pigmentos y taninos. Por tanto, constituye una potente herramienta para el control de levaduras alterantes como Brettanomyces, incluso a presiones relativamente bajas (Morata et al., 2012).
Efecto en la aplicación de nuevas biotecnologías
En la actualidad, el uso de nuevas biotecnologías como la fermentación con levaduras no-Saccharomyces o las coinoculaciones levadura-bacteria son habituales en la industria enológica. Las primeras se utilizan para mejorar el perfil sensorial y el frescor de los vinos (Morata et al., 2020), acidificar (Morata et al., 2018), controlar defectos olfativos (Morata et al., 2021b), o bioproteger (Morata et al., 2019c, Simonin et al., 2022), entre otros usos, mientras que las segundas se emplean para hacer fermentaciones malolácticas más rápidas y seguras, evitando retrasos que pueden dar lugar a alteraciones microbiológicas significativas (Pardo y Ferrer, 2019).
El empleo de estas nuevas biotecnologías muestra claras ventajas, pero también presenta algunas dificultades en su aplicación. Con respecto al uso de no-Saccharomyces y sus innegables beneficios para modular el perfil sensorial o producir mejoras tecnológicas, el principal inconveniente es su adecuada implantación. La implantación de muchas especies utilizadas en enología presenta problemas significativos por su poca capacidad de ser competitivas frente a cepas Saccharomyces cerevisiae indígenas. Prácticamente todos los no-Saccharomyces tienen menor poder y velocidad fermentativos, además de ser en muchos casos poco resistentes al etanol. Además, habitualmente muchos no-Saccharomyces son muy sensibles al SO2 (especialmente Hanseniaspora spp o Lachancea thermotolerans). La utilización de HHP en el procesado de la uva o el mosto permite eliminar todas las levaduras indígenas de la uva, reduciendo así de forma significativa los problemas de competitividad y, por tanto, facilitando la implantación y expresión metabolómica del no-Saccharomyces inoculado. Por otra parte, permite trabajar con niveles más bajos de SO2 de modo que el medio fermentativo no resulta tan tóxico para la especie inoculada.
En el caso de coinoculaciones levadura-bacteria, la HHP favorece un mejor desarrollo del coinóculo, sin desarrollos e interferencias colaterales debidas a la microbiota de la uva. Del mismo modo, los menores contenidos de SO2 favorecen un mejor desarrollo de la bacteria láctica coinoculada.
Procesado de lías y vinos envejecidos con lías
La crianza sobre lías (CSL) es otra biotecnología de envejecimiento muy interesante, ampliamente aplicada en la elaboración de tintos y blancos de calidad, por sus efectos positivos en el perfil sensorial de los vinos y su carácter reductor, que favorece preservar la frutosidad y los aromas varietales, a la vez que da volumen y complejidad sensorial. Consiste en el envejecimiento de los vinos con los restos celulares de las levaduras que los fermentaron o con los de otras levaduras producidas exógenamente y permite una buena compatibilidad con el envejecimiento en madera y con otras técnicas de aromatización (Morata et al., 2019d).
El principal problema de la CSL es que es un proceso lento que discurre mediante la autolisis celular de las levaduras y la posterior degradación y evolución de sus biopolímeros. Esto hace que los envejecimientos con lías precisen periodos de varios meses o años para tener un impacto significativo. El papel positivo de la HHP en la CSL es que las lías se pueden procesar mediante presurización en mono- o multiciclo, acelerándose así la rotura y fragmentación de la pared celular (Voce et al., 2024). Además, la HHP permite evitar que contaminaciones no deseadas de bacterias proliferen en la biomasa de lías durante el envejecimiento.
Esterilización de vinos previa al embotellado
Finalmente, los vinos se pueden procesar mediante HHP antes de embotellar para eliminar carga microbiana, con las ventajas que se han indicado: técnica física, con poco efecto en la calidad sensorial, que además no retiene pigmentos ni aromas como sucede en las tecnologías de filtración. Se puede aplicar al vino antes del embotellado en vidrio y, posiblemente también, y algunos envases emergentes en el sector como latas y bolsas plásticas.
Conclusiones
La HHP es, por tanto, una tecnología con aplicaciones interesantes en enología. Por una parte, conlleva la mejora en la extracción de componentes con impacto sensorial de la uva y la protección de los mismos durante la fermentación y envejecimiento de los vinos. Además, permite un control adecuado de la microbiota durante la elaboración y envejecimiento de los vinos y la aplicación de biotecnologías fermentativas innovadoras. Finalmente, contribuye de forma significativa a la reducción de sulfitos en los vinos.
Agradecimientos
Este trabajo está financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España a través de los proyectos ENOINNOVAPRESS (PID2021-124250OB-I00) y UHPH4wines (CPP2021-009030 MICINN NextGenEU) y por el Programa Estatal para impulsar la Investigación Científico-Técnica y su Transferencia a través de la Red de Investigación MALTA CONSOLIDER TEAM (RED2022-134388-T).
Referencias
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