Los pulsos eléctricos de alto voltaje (PEAV) son una tecnología emergente de procesado que ha despertado un gran interés en los últimos años para mejorar la transferencia de masa a través de membranas celulares (Vorobiev y Lebovka, 2006). El proceso se basa en aplicar intermitentemente a un material colocado entre dos electrodos campos eléctricos de alta intensidad (hasta 10 kV/cm) y corta duración (microsegundos). Estos tratamientos provocan la electroporación de las membranas de las células eucariotas, aumentando su permeabilidad y facilitando, en consecuencia, la difusión de solutos hacia exterior celular. Los principales parámetros que determinan la eficacia del proceso son la intensidad del campo eléctrico (kV/cm) y el número de pulsos aplicado que a su vez está relacionado con el tiempo de tratamiento. Debido a los particulares efectos de los PEAV sobre las membranas celulares, esta tecnología podría tener interés en muchos procesos de la industria alimentaria que tienen como objetivo la extracción de componentes intracelulares.
En el proceso tradicional de elaboración de vino tinto, la fermentación de los azúcares del mosto se realiza en presencia de los hollejos de la uva. En esta etapa, por una parte los azúcares se transforman en alcohol por acción de las levaduras, y por otra se produce la extracción de diversas sustancias presentes en los hollejos, entre las que se encuentran los compuestos fenólicos. Estos compuestos se localizan principalmente en la piel de la uva y juegan un papel fundamental en las características sensoriales del vino tinto, siendo los máximos responsables de su color (Boulton, 2001). Además, los efectos beneficiosos para la salud humana que se atribuyen al consumo de vino tinto se relacionan con la presencia de sustancias fenólicas (Estruch, 2000).
El mercado enológico actual demanda vinos tintos de color intenso y con alta concentración fenólica. Para su obtención, se promueven maceraciones de larga duración que dificultan la rotación de los depósitos de fermentación en las bodegas y que producen un peor aprovechamiento de su volumen útil, ya que un porcentaje del mismo está ocupado por los hollejos. Además, la presencia de los hollejos dificulta un control adecuado de la temperatura de fermentación, lo que puede provocar que el proceso se detenga. Por todo ello, la búsqueda de técnicas que faciliten la extracción de los compuestos fenólicos está recibiendo un especial interés en las bodegas (Sacchi et al., 2005). Para conseguir este objetivo se han propuesto diferentes técnicas como el aumento de la temperatura de fermentación, la termovinificación, la criomaceración, la vinificación en doble pasta, el sangrado o el uso de enzimas pectolíticos. Aunque estas técnicas se han mostrado efectivas, ninguna de ellas se ha generalizado en las bodegas.
El objetivo de esta revisión es evaluar la posible aplicación de los PEAV en la industria enológica para mejorar la extracción fenólica en el proceso de elaboración de vino tinto, en función de los resultados y avances técnicos más importantes obtenidos hasta la fecha.
Efecto de los PEAV en el color y el contenido fenólico del vino tinto durante la fase de maceración/fermentación
Los primeros estudios obtenidos demostraron que la aplicación de un tratamiento de PEAV a la uva, previamente al proceso de maceración-fermentación, permite obtener vinos recién fermentados de las variedades tempranillo, cabernet sauvignon, mazuelo y graciano con una mayor intensidad de color (IC), contenido antociánico (CA) e índice de polifenoles totales (IPT) (López et al., 2008a; 2008b; 2008c; 2009). En todos los casos se aplicaron 50 pulsos, variando la intensidad del campo eléctrico de 2 a 10 kV/cm y, por lo tanto, la energía específica de los tratamientos de 0,4 a 6,7 kJ/kg. Se observó que el efecto de los PEAV depende en gran medida de la variedad y del grado de madurez de la uva, obteniéndose mejoras de entre un 19 y un 61% en la IC, de entre un 18 y un 43% en el CA, y de entre un 14 y un 45% en el IPT. Fruto de estas investigaciones, se constató el importante potencial de la tecnología de los PEAV para obtener vinos con elevado contenido fenólico o para acortar el tiempo de maceración necesario para obtener un nivel fenólico determinado. Sin embargo, el equipo utilizado para realizar estos primeros estudios distaba de los requerimientos necesarios para la aplicación del proceso en las bodegas, ya que la cámara de tratamiento utilizada solamente permitía procesar 20 g de uva. Por ello, los primeros resultados se obtuvieron realizando microvinificaciones que no permitían obtener una cantidad de vino suficiente para realizar análisis sensoriales o estudios de envejecimiento.
Con el fin de estudiar la viabilidad técnica de la aplicación de los PEAV para la mejora de la extracción de compuestos fenólicos en el proceso de elaboración de vino tinto, se desarrollo un sistema en continuo a escala planta piloto que permite la aplicación de tratamientos de PEAV de una intensidad del campo eléctrico de hasta 7 kV/cm, a una velocidad de flujo de hasta 118 kg/h (Puértolas et al., 2010a). Para establecer las condiciones de tratamiento, se decidió estudiar la cinética de extracción de sustancias antociánicas y de fenoles totales, realizando vinificaciones de 10 kg de tres variedades de uva, cabernet sauvignon, merlot y syrah (Puértolas et al., 2010a). A modo de ejemplo, en la figura 1 se muestra la evolución del CA y el IPT durante la fermentación en la variedad cabernet sauvignon. Todos los tratamientos de PEAV estudiados (2, 5 y 7 kV/cm; 50 pulsos) permitieron mejorar la extracción de antocianos y de fenoles totales. El tratamiento óptimo, 50 pulsos de 5 kV/cm, permitió obtener una mejora en el CA y el IPT de un 34 y un 40%, respectivamente.
Efecto de los PEAV en la evolución cromática y fenólica del vino tinto
Una vez demostrada la posibilidad de tratar la uva en flujo continuo, el siguiente paso fue comprobar si las mejoras obtenidas tras la fermentación se mantenían durante el resto del proceso de elaboración del vino hasta su consumo (Puértolas et al., 2010b; 2010c; 2010d). Para ello, se realizaron vinificaciones de 100 kg de uva de la variedad cabernet sauvignon, aplicando el tratamiento óptimo determinado en el estudio anterior, 50 pulsos de 5 kV/cm.
En estas investigaciones, la duración de la maceración se estableció en función de la evolución de la concentración fenólica a lo largo de la fermentación, retirándose los hollejos del mosto cuando se obtuvo un IPT similar durante dos días consecutivos. Así, mientras que en los vinos control la duración de la maceración fue de 144 horas, la de los vinos tratados por PEAV fue de 96 horas. Por lo tanto, ésta se acortó en 48 horas. Además, los vinos obtenidos mediante PEAV mostraron, al final de la fermentación, mayor contenido fenólico que los controles (Puértolas et al., 2010b). Estos resultados confirmaron los obtenidos por Lopez et al. (2009) a escala de laboratorio.
En este mismo estudio, tras 4 meses de almacenamiento se realizó un análisis físico-químico general, no observándose diferencias en el grado alcohólico, pH, acidez total, acidez volátil y concentración de azúcares reductores entre el vino control y el obtenido a partir de uvas procesadas por PEAV. Este último presentó una IC, un TPI, un CA y una concentración de taninos un 27, un 18, un 10 y un 23% mayor que el vino control. Por su parte, el análisis HPLC de las sustancias fenólicas desveló que los perfiles fenólicos de ambos vinos fueron similares, por lo que se puede deducir que los tratamientos de PEAV no afectan de manera específica a una determinada familia de sustancias fenólicas, aumentando la concentración de todas ellas de una manera similar. López et al. (2009) obtuvieron resultados similares en el estudio del perfil antociánico de los vinos de cabernet sauvignon tratados mediante PEAV a escala de laboratorio.
Posteriormente, debido a la importancia del proceso de envejecimiento en la calidad del vino tinto, se decidió estudiar la evolución del color y de los principales compuestos fenólicos, antocianos monómeros, flavan-3-oles, ácidos hidroxicinámicos y flavonoles, durante 12 meses de almacenamiento en botella (figura 2) (Puértolas et al., 2010c). Las diferencias en la IC observadas en el momento del embotellado entre el vino control y el elaborado a partir de uvas procesadas por PEAV permanecieron constantes durante 12 meses de embotellado.
Tiempo de maceración: 144 horas para el control y 96 horas para el vino obtenido mediante PEAV
Todas las sustancias fenólicas investigadas siguieron un patrón de evolución similar. La concentración total de antocianos, flavan-3-oles, ácidos hidroxicinámicos y flavonoles disminuyó a lo largo del almacenamiento. Tras los 12 meses en botella, mientras que la concentración de antocianos monómeros fue similar en ambos vinos, la concentración de flavan-3-oles, flavonoles y ácidos hidroxicinámicos fue mayor en los vinos obtenidos con uva procesada por PEAV. Similares resultados se obtuvieron cuando se estudió la evolución de las características cromáticas y fenólicas ambos vinos tras 6 meses de envejecimiento en barrica y 8 meses de posterior almacenamiento en botella (Puértolas et al., 2010d). De acuerdo a estos estudios, la tecnología de los PEAV es una prometedora técnica enológica para conseguir el alto contenido fenólico necesario en la producción de vinos envejecidos.
Efecto de los PEAV en las características sensoriales del vino tinto
Con objeto de determinar si la aplicación de los PEAV producía la formación de aromas o sabores extraños, los vinos tintos cabernet sauvignon fueron evaluados sensorialmente tras 4 meses de almacenamiento en botella (Puértolas et al., 2010b). Los descriptores utilizados fueron intensidad de color, astringencia, bouquet, flavor y evaluación global. A pesar de que lo catadores determinaron la existencia de diferencias en algunos descriptores como la astringencia, posiblemente debido a la alta concertación fenólica de los vinos obtenidos mediante PEAV, estas nunca fueron estadísticamente significativas. Los vinos envejecidos en barrica de roble también fueron sometidos a análisis sensorial tras 8 meses de almacenamiento en botella, no detectándose diferencias entre ellos (Puértolas et al., 2010d). Por lo tanto, a la vista de estos resultados, se puede concluir que el tratamiento de PEAV no produce la formación de aromas o sabores extraños ni afecta negativamente a la calidad sensorial del vino tinto.
Viabilidad de la aplicación de los PEAV en bodega
La aplicación de los PEAV para mejorar la extracción de compuesto fenólicos requiere poder disponer de equipos con una capacidad de producción que cumpla con los requerimientos de producción de una bodega. Progresivamente se van desarrollando equipos cada vez más potentes y por lo tanto más próximos a las necesidades industriales.
En la actualidad, nuestro grupo de investigación dispone de un sistema de PEAV que permite la aplicación de tratamientos a un flujo de hasta1600 kg/h (Puértolas et al., 2010e) (figura 3). Según nuestros resultados, el requerimiento energético necesario para la permeabilización de las membranas celulares de los hollejos de la uva es inferior a 10 kJ/kg. En base a un precio del kWh de 10 céntimos de euro, se traduce en un coste aproximado de 0,1 €/tonelada.
Conclusiones
A partir de los resultados presentados en esta revisión, los PEAV es una tecnología técnicamente viable para mejorar la extracción fenólica en el proceso de elaboración de vino tinto. Establecer la viabilidad económica de su aplicación requiere un estudio más profundo en el que se consideren por un lado los costes (amortización del equipo, coste de los tratamientos, etc.) y, por otro, los beneficios económicos derivados de su empleo (incremento del valor añadido, reducción del tiempo de maceración, etc.). En cualquier caso, con objeto de evaluar la aplicación real de la tecnología en la industria enológica es necesario realizar vinificaciones en las propias bodegas para verificar los buenos resultados obtenidos en planta piloto.
Bibliografía
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