Necesidades nutricionales en la fermentación alcohólica

Durante el desarrollo de la fermentación alcohólica, las levaduras enológicas presentan diferentes requerimientos nutricionales (Briche et al., 2014; Sacchelli et al., 2016). De forma general, el mosto de uva tiene todos los nutrientes necesarios para el correcto funcionamiento de la fermentación: una alta concentración de azúcares y la presencia de otros metabolitos como nitrógeno, ácidos grasos, aminoácidos y vitaminas, además de un número importante de precursores aromáticos que proporcionan todo lo necesario para la multiplicación y crecimiento de las levaduras permitiendo que los vinos resultantes tengan unas cualidades enológicas y organolépticas óptimas.

No obstante, existen factores de distinta índole que pueden generar modificaciones en la composición natural de los mostos provocando carencias nutricionales. Éstas pueden tener su origen en maduraciones incompletas o excesivas, como ocurre últimamente a consecuencia de los efectos del cambio climático, en un estado sanitario de la uva inadecuado debido a la presencia de sustancias nocivas de tratamientos antifúngicos o por la realización de desfangados excesivos en el caso de mostos para la elaboración de vinos blancos (Suárez-Lepe, 1997; Fleet, 1993; Webb et al., 2016). Estas deficiencias nutricionales pueden llegar a generar problemas en el metabolismo de las levaduras asociadas a la fermentación alcohólica y provocar ralentizaciones o incluso paradas de la fermentación. La deficiencia de compuestos nitrogenados en el mosto, junto con la carencia en otros micronutrientes de interés, puede afectar negativamente al desarrollo de las poblaciones de levaduras y su viabilidad durante la vinificación. A nivel organoléptico, la limitación de fuentes de nitrógeno durante el crecimiento de las levaduras conlleva a la generación de ácido sulfhídrico (H2S) con las repercusiones negativas que se relacionan con su presencia. Además, cuando se emplean levaduras comerciales los requisitos nutricionales suelen ser más importantes ya que presentan mayor necesidad de estos compuestos.

Para solucionar estos problemas asociados a la fermentación alcohólica se suele emplear, de forma general, la adición de nutrientes comerciales o activadores de uso enológico formados por una mezcla de aminoácidos, amonio, tiamina, biotina, ácido pantoténico, ergosterol y ácido oleanólico, entre otros, en diferentes proporciones (Garde-Cerdán et al., 2008; Hernández-Orte et al., 2005; Arias-Gil et al., 2007; Kotarska et al., 2006). Dentro de la fracción nitrogenada, las levaduras prefieren metabolizar mejor unos compuestos que otros. Por este motivo es importante conocer que compuestos nitrogenados son metabolizados con mayor rapidez, para añadirlos al medio fermentativo y asegurar un buen funcionamiento de su metabolismo. Del conjunto del nitrógeno total se encuentra la fracción llamada nitrógeno fácilmente asimilable (NFA), la cual está constituida por amonio y nitrógeno amínico (aminoácidos, excepto la prolina). Valores de NFA de 120 -130 mg/L son las mínimas cantidades requeridas para una correcta realización de la fermentación alcohólica.

Comúnmente, cuando un mosto presenta bajos niveles de NFA se suele añadir fosfato diamónico (DAP), una fuente inorgánica de nitrógeno que activa la multiplicación celular. No obstante, hay que vigilar los aportes excesivos de sales amoniacales ya que niveles residuales al final de la fermentación alcohólica pueden provocar un menor rendimiento en la fermentación de los azúcares, una menor síntesis de alcoholes superiores, posible formación de carbamato de etilo e inestabilidad microbiana. Pero existen otros activadores de fermentación en los que la fuente de nitrógeno no es exclusivamente inorgánica, sino que presentan una fracción orgánica compuesta por aminoácidos procedentes de autolisados de levadura y vitaminas. Sin embargo, una excesiva adición de aminoácidos puede llevar a la síntesis de aminas biógenas, sobre todo durante la fermentación maloláctica en vinos tintos. Otras formulaciones diseñadas para suplir las deficiencias nutricionales incluyen nutrientes de origen exclusivamente orgánico a los que se añaden ácidos grasos de cadena larga que permiten que las levaduras puedan seguir fermentando en un medio anaeróbico, ya que en estas condiciones no son capaces de sintetizar estos compuestos necesarios para mantener la fluidez de su membrana celular. A estos preparados también se añaden esteroles procedentes de cortezas de levadura que tienen la capacidad de adsorber ácidos grasos de cadena media (C6 a C12), tóxicos para las levaduras, contribuyendo así a mejorar la supervivencia de las mismas.

El polen de abeja: ¿una nueva alternativa?

El polen de abeja es un producto natural que se obtiene de las colmenas y es rico en hidratos de carbono (35%), proteínas (25%), lípidos (6%), minerales + vitaminas (3%), aminoácidos esenciales (prolina, ácido aspártico, fenilalanina y ácido glutámico), ácidos grasos esenciales (ácido linoleico y linolénico), esteroles, fosfolípidos, carotenoides y polifenoles (Almeida-Muradian et al., 2005; Human et al., 2006; Paramás et al., 2006; Xu et al., 2009; Campos et al., 2008). Por lo tanto, la composición química del polen de abeja comparte características con los preparados comerciales mencionados anteriormente, tratándose de un producto natural que puede tener las mismas funcionalidades y aplicaciones.

El polen comercializado es un polvo fino cuya coloración varía con la especie vegetal de la que procede, siendo generalmente amarillo o marrón claro, con gran diversidad de formas geométricas. Su composición también puede variar en función de la especie de planta, la zona geográfica y la época del año en la que se obtiene. Cuando las abejas lo recogen en las flores, lo transforman en granitos pegajosos utilizando sustancias salivares y los adhieren a sus patas traseras y abdomen para transportarlo hacia la colmena. Para la recolección del polen apícola, se coloca una trampa constituida por una rejilla con agujeros lo suficientemente anchos para que una abeja obrera pueda atravesarla, pero lo bastante estrechos para que se desprendan parte de las bolitas de polen colocadas en la cara externa de las patas posteriores. El polen se deposita en una bandeja hasta que el apicultor realiza la recolecta. Una vez recolectado, el polen necesita pasar por un procedimiento de desecación, normalmente natural (acción combinada de sol y aire) en el que se elimina el agua que contiene los granos de polen, y un proceso de limpieza, mediante el uso de mallas finas, en el que se eliminan las impurezas.

España cuenta con 35 300 apicultores (datos REGA, marzo 2021), el 18 % de los cuales son profesionales (explotaciones de más de 150 colmenas), el nivel más alto de la UE. Una colonia de abejas puede recolectar entre 50 y 250 gramos de polen por día equivalente a 15-40 Kg por año. Según datos del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (MAPA, 2018), el valor económico estimado de la producción de miel, cera y polen era de 62 millones de euros.

De acuerdo a la composición físico-química que presenta, resulta de gran interés estudiar el uso del polen de abeja multifloral deshidratado como activador natural del crecimiento y como factor de supervivencia de las levaduras Saccharomyces cerevisiae en fermentaciones alcohólicas para elaboración de vinos blancos y tintos.

 

Uso del polen de abeja en fermentaciones de mostos blancos

Considerando las características de la composición del polen de abeja, investigadores del grupo de investigación Ingeniería y Tecnología de Alimentos (AGR 203) de la Universidad de Cádiz han demostrado el impacto del uso del polen de abeja como activador en el proceso de fermentación de mostos de las variedades Palomino fino y Riesling (Amores-Arrocha et al., 2018a; Amores-Arrocha et al., 2018b) mediante diferentes trabajos de investigación.

El diseño experimental consistió en adicionar polen en diferentes dosis (0,1; 0,25; 0,5; 1, 5; 10 y 20 g/L) y por triplicado a mostos de estas dos variedades sembrados con la misma levadura seca activa (LSA). Una vez añadido el polen, se realizó una caracterización físico-química completa de los mostos y se llevó a cabo el seguimiento de la fermentación alcohólica (FA) mediante el registro de la evolución de la densidad, de las poblaciones viables de levaduras y de NFA. Del vino final obtenido se llevó a cabo un análisis físico-químico, una evaluación de sus compuestos volátiles y una caracterización sensorial.

Se observó que, en general, desde el punto de vista de la cinética fermentativa, el polen disminuye los tiempos de latencia, aumenta la velocidad de crecimiento y las poblaciones máximas de levaduras y su supervivencia en la fase final de la fermentación alcohólica (Figura 1), comprobándose también que el polen es una fuente directa y de reserva de NFA.

 

Figura 1. Evolución de la biomasa viable de levaduras de Saccharomyces cerevisiae durante el proceso de fermentación alcohólica de mosto de uva Palomino fino (a) y Riesling (b) con diferentes dosis de polen

 

De los resultados obtenidos se llegó a la conclusión de que la dosis óptima de adición de polen correspondía a 0,25 g/L. A estas concentraciones, su presencia no altera la composición físico-química ni los parámetros de color de los vinos. Dosis más elevadas (5, 10 y 20 g/L) en vinos blancos aumentaban significativamente la intensidad colorante, la A420 nm y la componente b* (de azul a amarillo) de los parámetros CieLab. Además, se estableció que la adición de dosis bajas (0,1 y 0,25 g/L) aumentaba el carácter afrutado y floral, ligado a la mayor presencia de compuestos volátiles de la familia de los alcoholes superiores, ésteres y terpenos. Y el análisis sensorial descriptivo mediante catas de los diferentes vinos determinó que estas dosis bajas de polen son las que obtienen las mejores puntuaciones en la valoración global y los descriptores sensoriales aromáticos afrutado y floral (Figura 2).

Figura 2. Evaluación sensorial descriptiva de los vinos de Palomino fino a) y Riesling b)

 

Posteriormente y con mostos de las mismas variedades blancas (Palomino fino y Riesling), se comparó el uso de polen a 0,25 g/L con la adición de un activador comercial basado en levaduras inactivas, vitaminas, minerales, ácidos grasos de cadena larga y esteroles, a la misma dosis y respecto a un control sin suplemento de nutrientes. Los resultados mostraron que el uso del polen produce, en comparación con el activador comercial y el control, una mejora en la cinética de fermentación y en el desarrollo de las levaduras durante la fase exponencial, permitiendo que éstas presenten una mejor supervivencia al final de la fermentación. Igualmente, se corroboró un incremento en la formación de compuestos volátiles, principalmente alcoholes superiores, ésteres y terpenos responsables de aromas florales y afrutados. Y en el análisis sensorial descriptivo, junto con una prueba triangular y de ordenación (preferencia), y sobre todo en el caso de los vinos blancos de Riesling, los elaborados con polen de abeja fueron los que presentaron mejor valoración.

Recientemente se ha llevado a cabo un estudio similar en mostos de la variedad xarel·lo cultivada en la D.O. Penedès (Mora-Sardà, 2022), comparando el uso de polen o un nutriente comercial a concentraciones de 0,25 g/L respecto a un grupo control sin adición de nutrientes. Se ha determinado que la adición del polen mantiene una tasa de viabilidad de las levaduras más alta durante todo el proceso de la FA muy probablemente debido a la riqueza del polen en esteroles y ácidos grasos como factores de supervivencia, además de la presencia de vitaminas. También se ha comprobado que los vinos elaborados con polen presentan concentraciones inferiores de acidez volátil respecto a los controles o a los producidos con nutriente comercial debido a la presencia de ácido pantoténico en el polen de abeja que ayuda a las levaduras a generar menos ácido acético (Hidalgo, 2018). No obstante, en esta experiencia no se observó un incremento del NFA en mosto al añadir polen como en el caso de los mostos de Palomino fino o Riesling. Este hecho podría atribuirse a las diferentes características del lote de polen usado en los dos estudios. Y en cuanto al análisis sensorial, en la cata descriptiva, los vinos elaborados con polen se percibieron como menos ácidos en boca, con mayor sensación de dulzor pero en calidad global se puntuaron igual que los elaborados con nutriente comercial y mejor que el vino control.

 

Nutrición con polen en mostos rosados destinados a vino base para espumoso

En el Instituto Catalán de la Viña y el Vino (INCAVI) se realizó un estudio utilizando mosto de la variedad pinot noir, destinado a la elaboración de vino base para espumoso, con un valor inicial de NFA de 222 mg/L. Se realizaron diferentes vinificaciones (por triplicado) con la suplementación de 0,25 g/L, tanto de nutriente orgánico (NUT) como inorgánico (DAP) y polen de abeja (POL), frente a un control sin adición (CTROL), todos inoculados con la misma levadura comercial. Para el seguimiento de las vinificaciones se realizó diariamente recuento de población total y viable, medida de la concentración de NFA y control de densidad y temperatura.

En la cinética de las diferentes fermentaciones (Figura 3), los resultados reflejaron un ligero, pero significativo avance del arranque de la fermentación en las réplicas suplementadas con polen de abeja, en comparación con el resto. El día 6 se observó una separación de la cinética en dos grupos: DAP y polen por un lado y NUT y Control por el otro. Por otro lado, se observó que a mitad de fermentación (día 3-4) se consiguió una mejor absorción de los nutrientes cuando se adicionó polen de abeja.


Figura 3. Evolución de la densidad durante la fermentación alcohólica

 

El contenido de NFA en el mosto adicionado con DAP comenzó a decrecer a partir del día 2 (Figura 4), presentando una asimilación más lenta por parte de las levaduras y cuando este comenzó a ser consumido se tradujo en un descenso pronunciado de la densidad. En cambio, la adición de polen de abeja supuso un consumo mucho más rápido de las fuentes nitrogenadas y, fue esto lo que produjo un aumento de la cinética fermentativa respecto a la vinificación control.

Figura 4. Evolución del NFA durante la fermentación alcohólica

 

En cuanto a la población total de levaduras, no presentó grandes variaciones y no se observaron tendencias claras en ninguno de los ensayos realizados. Esta igualdad de población podría estar sugiriendo que la mejora de la cinética fermentativa se puede producir por una mejor absorción del NFA en las vinificaciones suplementadas con polen de abeja y descartaría la hipótesis de que esta mejora haya sido producida por un incremento de la población total.

En el análisis de los vinos base de pinot noir, la única diferencia significativa se observó en la acidez volátil, ligeramente menor en el caso del polen (0,13 g/L) respecto 0,19 g/L en el resto: DAP, NUT o Control.

Se realizaron diversas sesiones de catas triangulares y en la única pareja en la que los catadores fueron capaces de diferenciar los vinos de pinot noir fue en la pareja NUT versus el vino de pinot noir con polen. Sin embargo, en el test de ordenación, no se obtuvo una preferencia clara por ninguno de los vinos.

Con cada uno de los 4 lotes de vino base rosado se realizó un tiraje para elaborar vino espumoso. Previo al tiraje se realizó una aclimatación durante 5 días de la levadura del pie de cuba (PC) con los distintos suplementos nutricionales, de tal forma que se elaboraron 4 lotes distintos de cava: C-C (control sin adición de nutrientes ni en la elaboración del vino base ni en la aclimatación de la levadura en el PC), D-D (adición de DAP en el vino base y en el PC), N-N (adición de nutriente orgánico en el vino base y en el PC) y P-P (adición de polen en el vino base y en el PC). Durante esta fase de multiplicación y aclimatación del PC se realizaron distintos controles de población de levaduras, azúcares y NFA. Durante la toma de espuma o segunda fermentación se registró la cinética de fermentación y al final de ésta se realizó un análisis enológico. Finalmente se llevó a cabo una cata descriptiva a los 3 y 18 meses de crianza de los vinos espumosos.

Respecto a la cinética de toma de espuma (Figura 5), no hubo apenas diferencias entre los lotes. Los lotes D-D y N-N fueron los que iniciaron la 2ª fermentación un poco más rápido y evolucionaron de forma paralela. Y, por otro lado, P-P y C-C se comportaron de forma similar, incrementando la presión un poco más lentamente. No obstante, todos los lotes de cava estabilizaron la presión a los 40 días de iniciar la segunda fermentación, dando por finalizada la misma.

Figura 5. Evolución de la cinética fermentativa (incremento de presión a lo largo del tiempo) durante la segunda fermentación

 

Transcurridos 3 meses de la fecha de tiraje, se abrieron las primeras botellas para realizar un análisis básico de parámetros físico-químicos y color (Figura 6). Los resultados no revelaron diferencias ni en la acidez total ni en el grado alcohólico, aunque sí se observaron ligeras diferencias en la concentración de ácido acético, siendo el lote P-P el que presentó los menores valores, como se había determinado ya en el vino base. Los valores de glicerol fueron en general un poco más elevados en los cavas con adición de nutrientes. Y finalmente, en cuanto a la intensidad colorante (IC), el cava con polen registró un resultado ligeramente más elevado, probablemente debido a que el polen puede aportar polifenoles además de otros pigmentos, tal y como se pudo observar en los ensayos realizados con Palomino fino y Riesling. Estas pequeñas diferencias obtenidas por medida espectrofotométrica (medida instrumental) no se detectaron en el análisis sensorial.

Figura 6. Parámetros físico-químicos en los cavas, después de 3 meses de crianza

 

Por último, se realizó el análisis sensorial de estos cavas a los 3 meses y a los 18 meses de crianza (Reserva) mediante un panel de 10 jueces expertos del panel de cata del INCAVI (Figura 7). Como se puede observar, no existe ningún descriptor que muestre diferencias significativas entre lotes. A los 3 meses destacó ligeramente el lote D-D en los descriptores aromáticos, pero estas pequeñas diferencias desaparecieron en la cata de los cavas con 18 meses de crianza. Sin embargo, cabe destacar que, aunque con muy poca diferencia, a los 18 meses el cava P-P fue mejor puntuado tanto en intensidad de aroma como en la mayoría de parámetros gustativos (acidez, cuerpo, persistencia, franqueza de gusto) y en la valoración final.

Figura 7. Análisis sensorial descriptivo de los cavas de pinot noir a los 3 y 18 meses de crianza

 

 

Aplicación de polen multifloral en fermentaciones de variedades tintas

Las experiencias de adición de polen multifloral en mostos tintos se llevaron a cabo con las variedades tintilla de Rota, cabernet sauvignon y merlot (Amores-Arocha, 2018). Con la variedad tintilla de Rota se realizaron pruebas paralelas a las efectuadas con Palomino fino y Riesling para establecer la dosis óptima de aplicación del polen de abeja. Los resultados indicaron un aumento progresivo del contenido de NFA, correlacionada con un incremento de la velocidad de fermentación y un mejor crecimiento de la población de levaduras, a medida que aumentaba la dosis de polen añadida. Los análisis de los parámetros físico-químicos de los vinos tintos elaborados mostraron que al añadir dosis altas de polen se producen cambios en el color, disminuyendo las tonalidades rojas (parámetro CieLab a*) y aumentando las amarillas (CieLab b*). Sin embargo, a dosis bajas: 0,1 y 0,25 g/L, ni el color ni la composición físico-química de los vinos se vieron alteradas. Además, se comprobó que la dosis de polen de 0,25 g/L favorece la producción de compuestos que mejoran la calidad del perfil aromático de los vinos elaborados con tintilla de Rota, debido al incremento de algunos alcoholes superiores y compuestos de las familias de los fenoles, tioles y norisoprenoides. Finalmente, desde el punto de vista sensorial, al igual que ocurrió con los vinos blancos, los resultados indicaron que las dosis bajas de polen (0,1 y 0,25 g/L) mejoraron los aromas afrutados y florales (Figura 8).

Figura 8. Análisis sensorial de los vinos de tintilla de Rota, elaborados con diferentes dosis de polen (atributos generales)

 

La comparación del uso del polen de abeja a la dosis óptima de 0,25 g/L con un nutriente comercial (el mismo utilizado en las fermentaciones de los mostos de las variedades blancas de Palomino fino y Riesling) se realizó para mostos de la variedad local tintilla de Rota y las variedades internacionales merlot y cabernet sauvignon. Se obtuvieron resultados similares a los obtenidos con las variedades blancas, observándose una velocidad media mayor durante la fase de fermentación tumultuosa con el uso del polen en comparación con el activador comercial, demostrando así que el polen está aportando nutrientes y factores de crecimiento que ayudan a disminuir el tiempo de adaptación de las levaduras a los mostos, favoreciendo su multiplicación. Además, los vinos con polen presentaron una mayor población de levaduras al final de la FA, permitiendo una mayor supervivencia de éstas cuando las concentraciones de alcohol eran elevadas. Respecto a los parámetros enológicos de los vinos finales, destacar que los vinos tintos elaborados con polen registraron una acidez volátil ligeramente más baja. No se detectaron otros cambios sustanciales a nivel físico-químico a excepción de un pequeño incremento en la componente amarilla b* de las coordenadas CieLab en el vino con polen en comparación con el testigo y el comercial, aunque no perceptible a nivel visual. En cuanto al análisis sensorial, en la cata descriptiva, los vinos tintos de tintilla de Rota, cabernet sauvignon y merlot elaborados con polen presentaron puntuaciones significativamente superiores en los atributos relacionados con el carácter afrutado (moras, frambuesas, cerezas, …) y floral (violetas, lilas, …) con respecto al testigo y al activador comercial, coincidiendo con los resultados de los valores olfativos más elevados de estas dos series aromáticas. En el test de preferencia hedónica, los vinos elaborados con polen de las tres variedades fueron los que obtuvieron mayor puntuación.

 

Conclusiones

En base a los resultados obtenidos en los diferentes trabajos realizados, se podría concluir que el polen de abeja puede ser una alternativa viable y natural, con capacidad para actuar como activador o nutriente de las levaduras durante la fermentación alcohólica, mejorando el perfil aromático afrutado y floral de los vinos blancos, rosados y tintos y el perfil gustativo de los espumosos rosados.

Además, sería aconsejable utilizar polen como nutriente para prevenir paradas de la FA, debido a que este permite mantener la tasa de viabilidad de las levaduras durante mayor tiempo. Y en mostos afectados por cierto grado de podredumbre o con contenido en azúcar elevado, donde el riesgo de producción de ácido acético e incremento de la acidez volátil es más elevado o para obtener vinos con características organolépticas diferenciadas donde se quieran destacar, por ejemplo, notas florales.

 

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