Sonicación del vino – Aplicaciones innovadoras de los ultrasonidos en bodegas

Los ultrasonidos son un método de procesamiento no térmico que ya se utiliza ampliamente en la industria alimentaria por su aplicación suave y sus efectos significativos sobre el producto. En las bodegas, la sonicación ofrece diversas aplicaciones, como la extracción de compuestos de sabor, compuestos fenólicos y colorantes, la maduración y el envejecimiento, el tratamiento con madera de roble y la desgasificación.

El vino es una bebida alcohólica elaborada principalmente a partir de uvas, aunque también puede producirse a partir de otras frutas (p. ej., vino de manzana o de saúco) o de materias primas ricas en almidón (p. ej., vino de arroz o de maíz).
El vino es un producto de consumo muy apreciado cuya elaboración requiere un proceso complejo. La elaboración de vinos de calidad y de alta calidad es una actividad que exige mucho tiempo y, por tanto, conlleva costes elevados. En definitiva, al elaborador le interesa acelerar la fermentación (conversión en alcohol) y la maduración (para aportar sabores y aromas complejos) y producir, al mismo tiempo, una bebida alcohólica de alta calidad con el sabor, el buqué, la sensación en boca y el color deseados.

Diversos efectos de los ultrasonidos en el procesamiento del vino

Los ultrasonidos de potencia aplicados al vino ofrecen numerosos efectos beneficiosos. Entre las aplicaciones más importantes se encuentran la intensificación del sabor del buqué del vino mediante la extracción de componentes ricos en sabor, como los compuestos fenólicos y aromáticos, el tratamiento con madera de roble, y la aceleración de la maduración y el envejecimiento.

Extracción de compuestos aromáticos y fenólicos de las uvas

Los ultrasonidos son un medio conocido y probado para la extracción de material vegetal intracelular y compuestos aromáticos. La acción mecánica de los ultrasonidos favorece la difusión de los disolventes hacia el interior del tejido. Al romper mecánicamente la pared celular mediante las fuerzas de cizallamiento de la cavitación, los ultrasonidos facilitan la transferencia del contenido celular al disolvente. La reducción del tamaño de partícula mediante cavitación ultrasónica aumenta la superficie de contacto entre las fases sólida y líquida.
Las uvas son conocidas y apreciadas por su riqueza en polifenoles. Estos compuestos fenólicos de la uva (como los flavanoles monoméricos, las procianidinas diméricas, triméricas y poliméricas, así como los ácidos fenólicos) son conocidos por sus propiedades antirradicalarias y antioxidantes. Desde el punto de vista químico, pueden dividirse en dos subcategorías: flavonoides y no flavonoides. Los flavonoides más importantes del vino son las antocianinas y los taninos, que contribuyen al color, al sabor y a la sensación en boca. Entre los compuestos no flavonoides se encuentran los estilbenos, como el resveratrol, y compuestos ácidos, como los ácidos benzoico, cafeico y cinámico. La mayor parte de todos estos compuestos fenólicos se encuentra en los hollejos y las semillas de la uva. Las intensas fuerzas ultrasónicas permiten extraer eficazmente los valiosos componentes de las semillas y los hollejos.
En el estudio de Cocito et al. (1995), la sonicación demostró ser un proceso rápido, repetible y lineal para la extracción de compuestos aromáticos del mosto y del vino. Las concentraciones de los compuestos obtenidas mediante extracción ultrasónica fueron superiores a las obtenidas mediante extracción en columna C18 (extracción con resina).
En resumen, los ultrasonidos constituyen una alternativa económica, sencilla y eficiente a los métodos convencionales de extracción no térmica, como la alta presión hidrostática (HP), el dióxido de carbono comprimido (cCO2), el dióxido de carbono supercrítico (ScCO2) y los pulsos de campo eléctrico de alta intensidad (HELP). Otra ventaja es que la extracción ultrasónica – a diferencia de las alternativas mencionadas – puede probarse fácilmente a escala de laboratorio o de sobremesa. Estos ensayos proporcionan resultados reproducibles, de modo que el posterior escalado no requiere esfuerzos adicionales para encontrar la configuración óptima. Para la producción comercial a plena escala, los fiables sonicadores para servicio intensivo con hasta 16.000 vatios por unidad permiten tratar mediante sonicación corrientes de muy elevado caudal volumétrico.

Extracción asistida por ultrasonidos para el tratamiento del vino con madera de roble

Durante la etapa de tratamiento con madera de roble, el vino entra en contacto con la madera de las barricas (tratamiento tradicional) o con virutas, listones/duelas o polvo de madera añadidos (tratamiento alternativo). La madera más habitual para este tratamiento aromatizante es – como indica su nombre – el roble (quercus). Otras maderas utilizadas con menor frecuencia son, por ejemplo, el castaño, el pino, la secuoya, el cerezo o la acacia. Las propiedades químicas de la madera se aprovechan para producir efectos profundos en el sabor y el buqué del vino. Los fenoles presentes en el roble interactúan con el vino y generan sabores como vainilla, caramelo, crema, especias o notas terrosas. Los elagitaninos (taninos hidrolizables), derivados de las estructuras de lignina de la madera, tienen un efecto muy importante, ya que protegen el vino frente a la oxidación y la reducción.
La extracción ultrasónica resulta útil durante el tratamiento del vino con madera de roble porque los ciclos de alta y baja presión generados por los ultrasonidos favorecen la penetración del líquido en la estructura de la madera, ya sea en forma de polvo, virutas, listones o duelas. El consiguiente aumento considerable de la transferencia de masa permite acortar el periodo de tratamiento con roble y obtener mejores resultados en cuanto al sabor. Si se añade al vino polvo de roble o destilados aromáticos de madera (tratamiento alternativo), las fuerzas ultrasónicas producen una dispersión muy fina de las partículas o gotas en el vino, lo que mejora la humectación y la exposición de su superficie. Esto es muy importante para obtener un sabor y una sensación en boca de alta calidad y contribuye a la calidad de la bebida alcohólica. El hecho de que la permanencia en barrica y el envejecimiento supongan un elevado coste y requieran mucho tiempo en la vinificación convierte a los ultrasonidos en un método de procesamiento especialmente interesante, ya que los equipos ultrasónicos de Hielscher destacan por sus bajos costes de inversión, su fácil implementación y su excelente eficiencia energética.

Desaglomeración asistida por ultrasonidos durante el envejecimiento del vino

Durante el proceso tradicional de envejecimiento del vino, que requiere mucho tiempo, se producen reacciones entre diversas moléculas presentes en él. Esto significa que las moléculas cambian como consecuencia de sus interacciones mutuas. El tiempo necesario y el resultado de este cambio molecular dependen de los componentes del vino y de su entorno. Por lo general, se acepta que el alcohol está disperso en las bebidas alcohólicas, pero esto no significa que se logre una mezcla de las moléculas. Como en el vino solo se dispone de forma natural de poca energía para las reacciones – como la formación de enlaces y la mezcla –, los cambios naturales suelen quedar incompletos. Aunque los componentes tienden a interactuar, unirse y modificar sus propiedades moleculares, no pueden alcanzar una interacción, conversión o formación de enlaces completa a escala molecular debido a la escasa energía disponible.
Cuando el vino se somete a sonicación (lo que supone aportar energía al líquido), sus componentes presentan un grado de dispersión más constante y uniforme. Mediante la sonicación, el vino se convierte en un líquido homogéneo con una vida útil más larga tras un tiempo de tratamiento muy breve. La homogeneidad permite una mayor interacción entre las moléculas y, por tanto, un cambio molecular más completo. Esto se traduce en una mejora del sabor y la calidad.

Dispersión: Antes del embotellado, la mayoría de los vinos se trata con aditivos, como conservantes (p. ej., bisulfato de potasio o bisulfato de sodio), agentes de limpieza, colorantes en polvo y otros agentes clarificantes y mejoradores. Estos aditivos se utilizan para evitar el pardeamiento prematuro y el deterioro, mejorar la calidad del vino, corregir deficiencias o favorecer el proceso de fermentación. Mediante la sonicación, estos aditivos pueden dispersarse de manera muy uniforme en el vino, lo que permite obtener mejores resultados de procesamiento. Esto conduce, en última instancia, a una mayor calidad y un mejor sabor – el objetivo de todo elaborador de vino.

Extracción ultrasónica de compuestos activos

El vino contiene una amplia variedad de compuestos activos beneficiosos para la salud, como taninos, compuestos fenólicos, flavonoides y otros, que son ingredientes valiosos utilizados en las industrias farmacéutica, alimentaria y cosmética.
¡Más información sobre la extracción de fitoquímicos como polifenoles, antocianidinas, proantocianidina y otros compuestos bioactivos de las uvas y sus subproductos!

Digresión

Envejecimiento del vino de arroz y del vino de maíz: Chang et al. (2002) observaron en su estudio sobre el vino de arroz y el vino de maíz que los efectos de la sonicación sobre el envejecimiento dependen del tipo de vino. Así, el envejecimiento ultrasónico del vino de arroz fue significativamente mejor que el envejecimiento asistido por ultrasonidos del vino de maíz en cuanto al valor de pH, el contenido de alcohol, el acetaldehído, el sabor y las cualidades sensoriales. Tanto para el vino de arroz como para el vino de maíz, el tiempo de envejecimiento se redujo considerablemente (de 1 año a 1 semana o 3 días).

Sonicadores industriales con reactores de flujo continuo para la sonicación de vino y zumo.

Procesadores ultrasónicos de Hielscher

Hielscher es el proveedor líder de equipos ultrasónicos de alta calidad y alto rendimiento. Los equipos ultrasónicos fabricados por Hielscher se utilizan para muestras de laboratorio, procesamiento a escala piloto y producción a escala industrial en numerosos ámbitos de la industria y la investigación. Para garantizar un rendimiento óptimo y la adaptación a cada proceso, Hielscher ofrece una amplia gama de equipos ultrasónicos para la sonicación de cualquier volumen de líquido, desde unos pocos microlitros hasta cientos de metros cúbicos por hora. La eficiencia de los equipos ultrasónicos en cada proceso puede comprobarse fácilmente a menor escala. Habitualmente, el UIP1000hd (1 kW) se utiliza para el desarrollo de procesos con caudales de 0,5 L a 1000 L por hora. A esta escala, la eficiencia del procesamiento puede optimizarse variando la amplitud, la presión y el caudal. La instalación de un sistema de ultrasonidos o su incorporación a una línea de producción existente, así como su funcionamiento y mantenimiento, son sencillos y no presentan dificultades.

Ultrasonidos en líquidos

Los ultrasonidos de alta potencia generan cavitación en los líquidos. Durante la implosión de las burbujas de cavitación se producen localmente fuerzas extremadamente elevadas: en el «punto caliente» de cavitación se alcanzan temperaturas muy altas (aprox. 5.000K) y presiones muy elevadas (aprox. 2.000atm). La implosión de la burbuja de cavitación también genera chorros de líquido con velocidades de hasta 280 m/s. Cuando estas intensas fuerzas actúan sobre el líquido, producen diversos efectos. En un líquido alcohólico, la sonicación acelera la oxidación, la polimerización y la condensación del alcohol, los aldehídos, los ésteres y las olefinas para formar nuevos compuestos que aportan más sabor y buqué y mejoran su calidad.
Entre las aplicaciones ultrasónicas más interesantes para la elaboración del vino (vinificación), cabe destacar especialmente la extracción, la aglomeración y la dispersión asistidas por ultrasonidos. Estos efectos hacen de la sonicación un método de procesamiento muy eficaz para el vino y otras bebidas.
La siguiente tabla ofrece una indicación de la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros sonicadores: