Aplicación de tecnologías no térmicas (ultrasonidos y microondas) en enología

Abstract

En la última década, la industria enológica ha experimentado avances significativos en el uso de tecnologías no térmicas, como los ultrasonidos de alta potencia (US), gracias a la aprobación de su uso por parte de la Organización Internacional de la Vid y el Vino, si bien otras tecnologías como las microondas continúan siendo objeto de estudio. El objetivo principal de estas tecnologías es acelerar la extracción de compuestos de interés durante la maceración en vinos tintos, al romper las paredes celulares que actúan como barreras de difusión, respondiendo a las necesidades logísticas de las bodegas y al desafío del cambio climático. A pesar de los avances, la mayoría de los ensayos realizados hasta ahora se han limitado a escala de laboratorio, por lo que es esencial estudiar estas tecnologías a escala semiindustrial e industrial, extrapolable a bodega. La presente Tesis Doctoral se centra en investigar la capacidad de los ultrasonidos de alta potencia para acelerar la extracción de compuestos de interés, especialmente fenólicos, durante la maceración de vinos tintos mediante la ruptura de las paredes celulares de la uva, y analiza, a su vez, el efecto extractivo de las microondas, tecnología emergente en enología, empleando equipos de ultrasonidos de escala semiindustrial así como un sistema de microondas a escala de laboratorio. Los resultados obtenidos muestran que la aplicación de US sobre uva estrujada provoca la alteración de las paredes celulares, afectando a su morfología, generando roturas y facilitando la liberación del contenido intracelular. Este efecto varía según las condiciones de tratamiento, siendo mejor el uso de bajas frecuencias para conseguir mayor extracción de compuestos fenólicos. Además, se observó que el uso de US aumenta la intensidad del color y la concentración de compuestos fenólicos en los vinos tintos con el mismo tiempo de maceración (7 días) y permite, también, obtener vinos con características cromáticas similares a los métodos tradicionales de maceración, pero en un tiempo más corto (3 días). Ensayos desarrollados sobre uva en estado no óptimo (con bajo contenido en azúcar y fenólicamente inmadura o bien parcialmente botritizada), mostraron que el uso de US lleva a la obtención de vinos de alta calidad organoléptica con un menor contenido alcohólico, sin que se observen características sensoriales indeseables. Además, se realizaron comparaciones con enzimas pectolíticas, empleadas tradicionalmente en la elaboración de vino con el mismo propósito. Los resultados indicaron que el uso de US permite una mayor extracción de compuestos en comparación con las enzimas. Sin embargo, la combinación de la aplicación de US y la adición posterior de enzimas mostró un efecto sinérgico, dando lugar a vinos de mayor calidad fenólica frente al uso de las técnicas por separado. Es importante destacar que el efecto de los US varía según la variedad de uva, ya que las diferencias estructurales y de composición de las paredes celulares dieron lugar a diferencias en la extracción de compuestos fenólicos, dependiendo especialmente de la cantidad de pared celular de la misma. En cuanto al uso de microondas sobre uva estrujada, se observó un aumento en la extracción de compuestos fenólicos, como antocianos, flavonoles, ácidos fenólicos y taninos, con un tiempo corto de maceración. Esto permitió reducir el tiempo de elaboración y mejorar la estabilidad del color de los vinos. Por tanto, esta Tesis Doctoral demuestra los beneficios del uso de ultrasonidos de alta potencia y el potencial de las microondas como herramientas para potenciar la extracción de compuestos de interés en la producción de vinos, no solo reduciendo los tiempos de procesamiento y aumentando, por tanto, la productividad de las bodegas, sino también mejorando la calidad de los vinosIn the last decade, the winemaking industry has experienced significant advances in the use of non-thermal technologies, such as high-power ultrasound (US), thanks to the approval of its use by the International Organisation of Vine and Wine, although other technologies such as microwaves continue to be studied. The main objective of these technologies is to accelerate the extraction of compounds of interest during maceration in red wines by breaking down the cell walls that act as diffusion barriers, responding to the logistical needs of wineries and the challenge of climate change. Despite the advances, most of the tests carried out so far have been limited to the laboratory scale, so it is essential to study these technologies on a semi-industrial and industrial scale, which can be extrapolated to the winery. This Doctoral Thesis focuses on investigating the capacity of high-power ultrasound to accelerate the extraction of compounds, especially phenolics, during the maceration of red wines by breaking the cell walls, and also analyses the extractive effect of microwaves, an emerging technology in oenology, using semi-industrial-scale ultrasound device, as well as a laboratory scale microwave system. The results obtained show that the application of US on crushed grapes causes alteration of the cell walls, affecting their morphology, generating ruptures and facilitating the release of intracellular content. This effect varies according to the treatment conditions, with the use of low frequencies being better in the case of seeking a greater extraction of phenolic compounds. Furthermore, it was observed that the use of US increases the colour intensity and the concentration of phenolic compounds in red wines with the same maceration time (7 days) and also allows obtaining wines with chromatic characteristics similar to traditional maceration methods, but in a shorter time (3 days). Tests carried out on less-than-optimal grapes (with low sugar content and phenolically immature or partially botrytised) showed that the use of US leads to wines of high organoleptic quality with a lower alcohol content, without any undesirable sensory characteristics. In addition, comparisons were made with pectolytic enzymes, traditionally used in winemaking for the same purpose. The results indicated that the use of US allows a higher extraction of compounds compared to enzymes. However, the combination of the application of US and the subsequent addition of enzymes showed a synergistic effect, resulting in wines of higher phenolic quality compared to the use of the techniques separately. It is important to note that the effect of the US varies according to the grape variety, as the structural and compositional differences in the cell walls resulted in differences in the extraction of phenolic compounds, depending especially on the amount of cell wall in the grape. As for the use of microwaves on crushed grapes, an increase in the extraction of phenolic compounds, such as anthocyanins, flavonols, phenolic acids and tannins, was observed with a shorter maceration time. This allowed for a reduction in winemaking time and improved colour stability of the wines. In summary, this PhD Thesis demonstrates the benefits of using high power ultrasound and the potential of microwaves as tools to enhance the extraction of compounds of interest in wine production, not only reducing processing times, and, therefore, increasing winery productivity, but also improving wine quality