Introducción
En la actualidad, la mejora de la competitividad de las bodegas no puede basarse únicamente en innovaciones dirigidas a mejorar la calidad del vino. Es fundamental, además, mejorar la sostenibilidad de los procesos enológicos, incrementando su eficiencia y reduciendo su impacto medioambiental. Para ello, entre otras acciones, es necesario disminuir los gastos energéticos, sustituir los combustibles fósiles por energías renovables y reducir el uso de sustancias químicas en el proceso de elaboración del vino. La introducción de nuevas tecnologías de procesado es una estrategia que las bodegas pueden emplear para superar estos desafíos.
La eficiencia del procesado de los alimentos a menudo depende de la integridad de las membranas celulares de los tejidos vegetales o de los microorganismos. Esta integridad puede verse comprometida por la aplicación de campos eléctricos de alta intensidad (PEF), que producen un fenómeno denominado electroporación. La electroporación consiste en el aumento de la permeabilidad de la membrana citoplasmática debido a la formación de poros, lo que se traduce en un transporte incontrolado de sustancias entre el interior y el exterior de las células (Kotnik et al., 2012).
Los beneficios derivados de la electroporación para la mejora del procesado de alimentos han impulsado el desarrollo de equipos con la potencia suficiente para satisfacer los requerimientos de la industria alimentaria, que necesita procesar toneladas de producto por hora (Raso et al., 2022). Actualmente, existen en el mercado diversas aplicaciones comerciales de la tecnología PEF. Para aplicar estos tratamientos, el producto a tratar se hace circular por una cámara de tratamiento que contiene dos electrodos entre los cuales se aplica, de manera intermitente, una diferencia de potencial del orden de miles de voltios (hasta 30 kV) en forma de pulsos de una duración del orden de microsegundos (µs). Mientras que los productos líquidos se impulsan a través de la cámara de tratamiento mediante una bomba, los productos sólidos se hacen circular utilizando una cinta transportadora.
Al igual que en otras industrias alimentarias, la tecnología PEF puede contribuir a mejorar la eficiencia de distintos procesos durante la elaboración del vino, como la etapa de maceración en la producción de vino tinto, la crianza sobre lías o la descontaminación microbiológica del mosto o del vino.
La tecnología PEF en la etapa de fermentación/ maceración de la elaboración de vino tinto
Durante la etapa de fermentación/ maceración en la elaboración de vinos tintos, las partes sólidas de las bayas de la uva permanecen en contacto con el mosto para extraer polifenoles que se encuentran principalmente en las células de la piel de la uva. Los polifenoles juegan un papel decisivo en las propiedades sensoriales (color, sabor, astringencia y amargor) del vino tinto, y su actividad antioxidante es esencial en su capacidad de envejecimiento. La obtención de vinos con una cantidad suficiente de estos compuestos requiere tiempos de maceración prolongados, y ello implica varios problemas para las bodegas. Un porcentaje del volumen de los depósitos de fermentación está ocupado por los hollejos, lo que disminuye la capacidad de producción de la bodega en la época de la vendimia. Por otro lado, la presencia de los hollejos durante el proceso de fermentación del mosto implica un mayor consumo energético para controlar la temperatura de fermentación y para remontar el mosto sobre los hollejos que tienden a localizarse en la parte superior de los depósitos. En este sentido, se estima que alrededor del 64 % de la energía total necesaria para producir un litro de vino tinto se consume en la etapa de fermentación/maceración (Genc et al., 2017).
En la actualidad, algunas técnicas de procesado físicas basadas en el incremento de temperatura como la termovinificación o la tecnología Flash-release se utilizan en las bodegas para mejorar la extracción de los polifenoles y de este modo reducir, o incluso eliminar, el tiempo de maceración (Doco et al., 2007; Geffroy et al., 2018). Sin embargo, las aplicaciones de estas técnicas requieren elevados consumos energéticos, que generalmente proceden de combustibles fósiles, para el aumento y posterior disminución de la temperatura, y el consumo de agua que se utiliza como medio de transferencia del calor. Además, generalmente la instalación de esos equipos con sus elementos auxiliares requiere de la realización de reformas en las bodegas.
La electroporación de las células de la piel de la uva mediante la tecnología PEF previa a la etapa de fermentación/maceración acelera e incrementa la extracción de compuestos fenólicos. Estudios realizados por distintos autores con diferentes variedades de uva han demostrado que, tras un mismo tiempo de maceración, el tratamiento PEF puede incrementar los índices enológicos dependientes de la extracción de polifenoles (intensidad de color, contenido en antocianos, índice de polifenoles totales) entre un 10 y un 60 % (Puértolas et al., 2010). Otros estudios también han demostrado que los tratamientos PEF pueden reducir el tiempo de maceración hasta la mitad sin verse afectados los índices enológicos dependientes de la extracción de polifenoles (Maza et al., 2019). A modo de ejemplo, la Figura 1 compara el índice de polifenoles totales, el contenido en antocianos y la intensidad de color durante el proceso de maceración/fermentación de uva garnacha sin tratar y tratada por PEF.
Se observa que si los hollejos se mantienen en contacto con el mosto hasta que termina la fermentación (10 días) se obtiene un vino con una mayor intensidad de color y un mayor índice de polifenoles totales si las uvas se tratan previamente por PEF. Además, también se observa que los valores máximos de estos índices que se obtuvieron en el vino elaborado con uva sin tratar se alcanzaron en menos de dos días en el vino tratado.
Otro aspecto destacable es que los beneficios observados en los índices enológicos que dependen de la extracción de polifenoles al final de la etapa de fermentación/maceración se mantienen en las etapas posteriores de elaboración de vino tinto incluyendo los períodos de envejecimientos en barrica y en botella que se requieren para la elaboración de vinos de crianza o reserva (Maza et al., 2020).
En la Tabla 1 se compara los requerimientos energéticos y los costes del tratamiento PEF, con los que se necesitan para aplicar un tratamiento de termovinificación o de Flash-release para obtener un efecto similar en la extracción de compuestos fenólicos durante la elaboración de vino tinto.
Se observa que la energía que se requiere en los procesos que implican un calentamiento de la uva es mucho mayor que la que se necesita para la electroporación de la piel de la uva mediante la tecnología PEF. Los bajos requerimientos energéticos de la tecnología PEF implican que apenas aumenta la temperatura de la uva tras el tratamiento por lo que, a diferencia de los otros tratamientos, no se requiere consumir energía para descender la temperatura y que pueda comenzar la fermentación. Otras ventajas de la tecnología PEF es que puede utilizar fuentes de energía renovables, y que la instalación en la bodega no requiere de mucho espacio, ya que la cámara de tratamiento se puede instalar en la propia conducción para transportar la uva de la despalilladora/estrujadora a los depósitos de fermentación/maceración.
El uso de la tecnología PEF ha sido aprobado por la OIV (Resolución OIV-OENO 634-2020) y dicha resolución ha sido transferida a la legislación europea (REGLAMENTO DELEGADO (UE) 2019/934 DE LA COMISIÓN de 12 de marzo de 2019), por lo que está técnica se puede utilizar en las bodegas para la elaboración de vino tinto sin ningún tipo de restricción legal.
La tecnología PEF en la crianza sobre lías
La crianza sobre lías es una práctica tradicional de vinificación, cuyo objetivo es enriquecer el vino con diversos compuestos procedentes de las levaduras como compuestos nitrogenados, polisacáridos, lípidos y moléculas antioxidantes (Comuzzo et al., 2021). Para ello, una vez finalizada la fermentación las levaduras se mantienen en contacto con el vino. Durante esta etapa, la liberación de las manoproteínas de la pared celular puede contribuir positivamente a la estabilización proteica y tartárica del vino. Además, la posible adsorción de moléculas aromáticas por las manoproteínas puede modular y mejorar la complejidad aromática general y la percepción sensorial de los vinos. Por otro lado, las propiedades antioxidantes de algunos compuestos presentes en las células de las levaduras, como el glutatión, pueden reducir la predisposición del vino al pardeamiento y protegerlo contra la oxidación. Asimismo, la interacción entre polisacáridos y compuestos fenólicos puede afectar la estabilidad del color y la astringencia del vino.
Para que los componentes del citoplasma y de la pared celular de las levaduras se liberen al vino es necesario que ocurra su autolisis. La autolisis natural de las levaduras es un proceso lento que puede durar desde varios meses hasta años, dependiendo del tipo de vino y las condiciones de envejecimiento.
La electroporación de las levaduras mediante tecnología PEF acelera la extracción de componentes presentes en el citoplasma al modificar la permeabilidad de la membrana citoplasmática (Berzosa et al., 2024). Por ejemplo, la Figura 2 muestra cómo, tras 6 horas de incubación, se extrajo alrededor del 80% del glutatión presente en el citoplasma de una célula electroporada mediante un tratamiento PEF incubada en un medio de pH=8.
Además de la extracción de componentes intracelulares, se ha demostrado que la electroporación acelera la autolisis de las levaduras al provocar un desequilibrio osmótico en el citoplasma, lo que conlleva la plasmólisis de la vacuola y la liberación de enzimas hidrolíticos involucradas en la degradación de las levaduras, como proteasas y β-glucanasas (Comuzzo et al., 2021). Estos enzimas, además de actuar en el citoplasma, pueden acceder más fácilmente a las paredes celulares a través de los poros provocados por el tratamiento PEF y así contribuir a la liberación de las manoproteínas.
Se ha demostrado que la electroporación de las levaduras previa a la crianza sobre lías acelera su autolisis y reduce significativamente el tiempo de crianza. La Figura 3 compara los cambios morfológicos observados al microscopio óptico en levaduras tratadas y sin tratar con PEF.
Mientras que tras aplicar el tratamiento no se observa diferencia alguna entre las levaduras control y las tratadas con PEF, a los 7 días se observan cambios importantes en la morfología de las levaduras tratadas asociados a fenómenos autolíticos. La detección de cambios similares en las células control requirió prolongar la incubación durante un mes.
La aceleración de la autolisis de las levaduras tratadas con PEF durante el proceso de crianza sobre lías se ha demostrado tanto en vino blanco como en vino tinto (Martínez et al., 2016, 2019). En estos estudios se observó que solo se requirieron 30 días de crianza para alcanzar la máxima concentración de manoproteínas en el vino con levaduras tratadas con PEF mientras que en los vinos controles fue necesario extender la crianza entre 3 y 6 meses.
Por lo tanto, los estudios realizados muestran que la tecnología PEF podría ser una herramienta muy útil para reducir el tiempo necesario para la crianza sobre lías, reduciendo costos en mano de obra y disminuyendo los riesgos de deterioro del vino debidos a oxidaciones o por el crecimiento de microorganismos durante la crianza.
La tecnología PEF como herramienta para el control de los microorganismos en el vino
El principal procedimiento físico para inactivar microorganismos en la industria alimentaria es el calor. Sin embargo, en las bodegas no se utiliza este método debido a los posibles efectos negativos de las altas temperaturas sobre la estabilidad fisicoquímica y la calidad sensorial del vino. Por ello, se prefieren métodos que preserven las características deseadas del vino mientras aseguran su estabilidad microbiológica, como la adición de sulfitos o la filtración esterilizante.
La tecnología PEF, aplicada a intensidades más elevadas que las necesarias para la electroporación de las células de la piel de la uva, puede electroporar la membrana citoplasmática de los microorganismos, provocando que esta estructura pierda su funcionalidad y causando la muerte de los microorganismos.
Diversos estudios han demostrado la eficacia de los tratamientos PEF para la inactivación tanto de levaduras como de bacterias suspendidas en mosto o en vino. Estas investigaciones han revelado el potencial de la técnica para la descontaminación del mosto, favoreciendo la implantación de levaduras no-Saccharomyces o inactivando S. cerevisiae una vez finalizada la fermentación alcohólica, o Oenococcus oeni tras la fermentación maloláctica (Delso et al., 2023a; Maza, Delso, et al., 2020; Morata et al., 2020). También se ha demostrado el potencial de la tecnología para la descontaminación de vinos contaminados con Brettanomyces/Dekkera (Delso et al., 2023b).
Un aspecto destacable de estos estudios es el efecto sinérgico observado entre la tecnología PEF y el SO2. Este efecto se ha atribuido a la mayor dificultad de recuperación de las células electroporadas en presencia de SO2 o al hecho de que el SO2 resulta más efectivo en las células previamente electroporadas (Morata et al., 2020). La sinergia observada podría permitir reducir la intensidad de los tratamientos PEF o la concentración de sulfitos requeridos para estabilizar microbiológicamente el vino.
En cuanto a los efectos de los tratamientos PEF requeridos para inactivar microorganismos sobre los parámetros fisicoquímicos y organolépticos del vino, los estudios realizados indican que no se observan diferencias significativas entre los vinos sin tratar y los tratados con PEF (Delso et al., 2023a, 2023b; González-Arenzana et al., 2019).
Por lo tanto, el potencial de la tecnología PEF para inactivar microorganismos a temperaturas inferiores a las utilizadas en el tratamiento térmico podría resultar una herramienta muy útil en las bodegas, permitiendo reducir o eliminar el uso de sulfitos como método de control microbiano o eliminar la etapa de filtración esterilizante, que puede afectar algunos parámetros de calidad del vino.
Conclusiones
La tecnología PEF representa una solución innovadora para mejorar la competitividad y sostenibilidad de las bodegas. En la producción de vino tinto, la tecnología PEF acelera la extracción de polifenoles durante la fermentación/maceración, mejorando los índices enológicos y reduciendo significativamente el tiempo de maceración, optimizando así los recursos de la bodega. La electroporación de levaduras mediante PEF acelera su autolisis, enriqueciendo el vino con compuestos beneficiosos como manoproteínas y antioxidantes en menos tiempo. Esto permite una crianza rápida más rápida, reduciendo costos y el riesgo de deterioro del vino. Finalmente, la eficacia de los tratamientos PEF para inactivar microorganismos en mostos y vinos resulta una herramienta de mucha utilidad en las bodegas para reducir el uso de sulfitos y para eliminar la etapa de filtración esterilizante.
La versatilidad de la tecnología PEF para ser aplicada en diferentes etapas de la vinificación, su capacidad para utilizar energías renovables y su fácil integración en la infraestructura existente son aspectos claves para la adopción de esta tecnología por parte de las bodegas.
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REGLAMENTO DELEGADO (UE) 2019/934 DE LA COMISIÓN de 12 de marzo de 2019 por el que se completa el Reglamento (UE) n.o 1308/2013 del Parlamento Europeo y del Consejo en lo que se refiere a las zonas vitícolas donde el grado alcohólico pueda verse incrementado, las prácticas enológicas autorizadas y las restricciones aplicables a la producción y conservación de los productos vitícolas, el porcentaje mínimo de alcohol para subproductos y la eliminación de estos, y la publicación de las fichas de la OIV.
