Sonication du vin – Applications innovantes des ultrasons dans les domaines viticoles

Les ultrasons constituent une méthode de traitement non thermique déjà largement utilisée dans l’industrie agroalimentaire en raison de la douceur du traitement et de ses effets significatifs sur le produit. Dans les domaines viticoles, la sonication offre diverses applications, telles que l’extraction des arômes, des composés phénoliques et des colorants, la maturation et le vieillissement, le boisage ainsi que le dégazage.

Le vin est une boisson alcoolisée, le plus souvent élaborée à partir de raisins, mais aussi d’autres fruits (par exemple, le vin de pomme ou de sureau) ou de matières premières à base d’amidon (par exemple, le vin de riz ou de maïs).
Le vin est un produit de consommation apprécié dont la production nécessite un processus élaboré. L’élaboration de vins de qualité et de haute qualité est connue pour être une activité longue et, par conséquent, coûteuse. Il est donc dans l’intérêt du vinificateur d’accélérer la fermentation (conversion en alcool) et la maturation (pour conférer des saveurs et des arômes complexes), tout en produisant une boisson alcoolisée de haute qualité présentant le goût, le bouquet, la sensation en bouche et la couleur souhaités.

Différents effets des ultrasons dans le traitement du vin

Les ultrasons de puissance appliqués au vin offrent de nombreux effets bénéfiques. Les principales applications comprennent l’ intensification aromatique du bouquet du vin par l’extraction de composants riches en arômes, tels que les composés phénoliques et aromatiques, le boisage, ainsi que l’accélération de la maturation et du vieillissement.

Extraction de composés aromatiques et phénoliques à partir des raisins

Les ultrasons constituent un moyen bien connu et éprouvé pour extraire la matière végétale intracellulaire et les composés aromatiques. L’action mécanique des ultrasons favorise la diffusion des solvants dans les tissus. Comme les ultrasons rompent mécaniquement la paroi cellulaire grâce aux forces de cisaillement dues à la cavitation, ils facilitent le transfert du contenu cellulaire vers le solvant. La réduction de la taille des particules par la cavitation ultrasonore augmente la surface de contact entre les phases solide et liquide.
Les raisins sont réputés et recherchés pour leur richesse en polyphénols. Ces composés phénoliques du raisin (tels que les flavanols monomériques, les procyanidines dimériques, trimériques et polymériques, ainsi que les acides phénoliques) sont connus pour leurs propriétés antiradicalaires et antioxydantes. Sur le plan chimique, ils peuvent être répartis en deux sous-catégories : les flavonoïdes et les non-flavonoïdes. Les flavonoïdes les plus importants du vin sont les anthocyanes et les tanins, qui contribuent à sa couleur, à son goût et à la sensation en bouche. Parmi les non-flavonoïdes figurent les stilbènes, comme le resvératrol, et les composés acides, tels que les acides benzoïque, caféique et cinnamique. La plupart de ces composés phénoliques sont présents dans la peau et les pépins du raisin. Les forces ultrasonores intenses permettent d’extraire efficacement les constituants précieux des pépins et de la peau du raisin.
Dans l’étude de Cocito et al. (1995), la sonication s’est révélée être un procédé rapide, répétable et linéaire pour l’extraction des composés aromatiques du moût et du vin. Les concentrations de composés obtenues par extraction ultrasonore étaient supérieures à celles obtenues par extraction sur colonne C18 (extraction sur résine).
En résumé, l’extraction ultrasonore constitue une alternative peu coûteuse, simple et efficace aux méthodes conventionnelles d’extraction non thermique, telles que la haute pression hydrostatique (HP), le dioxyde de carbone comprimé (cCO2), le dioxyde de carbone supercritique (ScCO2) et les impulsions de champ électrique intense (HELP). Un autre avantage est que l’extraction ultrasonore – contrairement aux alternatives citées ci-dessus – peut facilement être testée en laboratoire ou à l’échelle de paillasse. Ces essais fournissent des résultats reproductibles, de sorte qu’une mise à l’échelle ultérieure ne nécessite pas d’efforts supplémentaires pour trouver les réglages optimaux. Pour une production commerciale à pleine échelle, des appareils à ultrasons robustes et fiables d’une puissance allant jusqu’à 16 000 watts par unité permettent de traiter par sonication des flux de très grand volume.

Extraction assistée par ultrasons pour le boisage du vin

Pendant l’étape de boisage, le vin entre en contact avec le bois des fûts (boisage traditionnel) ou avec des copeaux, des bâtonnets ou des douelles de bois ajoutés, ou encore avec de la poudre de bois (boisage alternatif). Le bois le plus couramment utilisé pour le boisage (aromatisation) est – comme l’indique le terme anglais désignant ce procédé – le chêne (quercus). D’autres essences, plus rarement utilisées, sont par exemple le châtaignier, le pin, le séquoia, le cerisier ou l’acacia. Les propriétés chimiques du bois sont exploitées pour obtenir des effets marqués sur les saveurs et le bouquet du vin. Les phénols contenus dans le chêne interagissent avec le vin et produisent des arômes de vanille, de caramel, de crème, d’épices ou des notes terreuses. Les ellagitanins (tanins hydrolysables), issus des structures de lignine du bois, ont un effet très important, car ils protègent le vin contre l’oxydation et la réduction.
L’extraction ultrasonore est utile lors du boisage du vin, car les cycles de haute et de basse pression générés par les ultrasons favorisent la pénétration du liquide dans la structure ligneuse des poudres, copeaux, bâtonnets ou douelles. Le transfert de matière étant ainsi nettement accru, la durée du boisage est réduite et les résultats aromatiques sont améliorés. Si de la poudre de chêne ou des distillats aromatiques de bois (boisage alternatif) sont ajoutés au vin, les forces ultrasonores assurent une dispersion très fine des particules ou des gouttelettes dans le vin, améliorant le mouillage et l’exposition de leur surface. Cela est très important pour obtenir une grande qualité gustative et une bonne sensation en bouche, et contribue à la qualité de la boisson alcoolisée. Le fait que la mise en fût et le vieillissement représentent un facteur important de durée et de coût en vinification rend les ultrasons particulièrement intéressants comme méthode de traitement, les appareils à ultrasons Hielscher se distinguant par de faibles coûts d’investissement, une mise en œuvre facile et une excellente efficacité énergétique.

Désagglomération assistée par ultrasons pendant le vieillissement du vin

Pendant le processus traditionnel de vieillissement du vin, qui prend beaucoup de temps, diverses molécules réagissent dans le vin. Cela signifie que les molécules se modifient en fonction de leurs interactions mutuelles. La durée et le résultat de ces transformations moléculaires dépendent des constituants du vin et de son environnement. Il est généralement admis que l’alcool est dispersé dans les boissons alcoolisées, mais cela ne signifie pas qu’un mélange des molécules sera obtenu. Comme le vin ne dispose naturellement que d’une faible énergie pour les réactions – telles que la formation de liaisons et le mélange –, les transformations naturelles restent le plus souvent incomplètes. Bien que les constituants tendent à interagir, à se lier et à modifier leurs propriétés moléculaires, ils ne peuvent parvenir à une interaction, une conversion ou une liaison complète au niveau moléculaire en raison de la faible énergie disponible.
Lorsque le vin est soumis à la sonication (ce qui signifie un apport d’énergie dans le liquide), ses constituants présentent une dispersion plus régulière et plus uniforme. Grâce à la sonication, le vin devient un liquide homogène dont la durée de conservation est prolongée, après un temps de traitement très court. L’homogénéité permet davantage d’interactions entre les molécules et donc des transformations moléculaires plus complètes. Cela améliore le goût et la qualité.

Dispersion : avant la mise en bouteille, la plupart des vins sont traités avec des additifs, tels que des conservateurs (par exemple, l’hydrogénosulfate de potassium et l’hydrogénosulfate de sodium), des agents de nettoyage, des poudres colorantes et d’autres agents de collage et d’amélioration. Ces additifs servent à éviter le brunissement prématuré et l’altération, à améliorer la qualité du vin, à éliminer les défauts ou à favoriser la fermentation. La sonication permet de disperser ces additifs de manière très uniforme dans le vin et d’obtenir ainsi de meilleurs résultats de traitement. Cela conduit finalement à une qualité supérieure et à un meilleur goût – l’objectif de tout vigneron.

Extraction ultrasonore de composés actifs

Le vin contient une grande diversité de composés actifs bénéfiques pour la santé, tels que les tanins, les composés phénoliques, les flavonoïdes et d’autres substances, qui constituent des ingrédients précieux utilisés dans les industries pharmaceutique, agroalimentaire et cosmétique.
En savoir plus sur l’extraction de composés phytochimiques, tels que les polyphénols, les anthocyanidines, la proanthocyanidine et d’autres composés bioactifs, à partir des raisins et de leurs sous-produits !

Digression

Vieillissement du vin de riz et du vin de maïs : Chang et al. (2002) ont constaté, dans leur étude sur le vin de riz et le vin de maïs, que les effets de la sonication sur le vieillissement du vin dépendent du type de vin. Le vieillissement ultrasonore du vin de riz a ainsi donné des résultats nettement meilleurs que le vieillissement assisté par ultrasons du vin de maïs en ce qui concerne le pH, la teneur en alcool, l’acétaldéhyde, les arômes et les qualités sensorielles. Pour le vin de riz comme pour le vin de maïs, la durée de vieillissement a été considérablement réduite (de 1 an à 1 semaine ou à 3 jours).

Appareils à ultrasons industriels avec des réacteurs à circulation pour la sonication du vin et des jus.

Les processeurs à ultrasons Hielscher

Hielscher est le principal fournisseur d’appareils à ultrasons de haute qualité et de haute performance. Les appareils à ultrasons fabriqués par Hielscher sont utilisés pour les échantillons de laboratoire, les traitements à l’échelle pilote ou la production à pleine échelle dans de nombreux secteurs de l’industrie et de la recherche. Pour assurer des performances optimales et une adaptation à chaque procédé, Hielscher propose une large gamme d’appareils à ultrasons permettant la sonication de tout volume de liquide, de quelques microlitres à des centaines de mètres cubes par heure. L’efficacité de ces appareils pour un procédé donné peut facilement être testée à petite échelle. Généralement, le UIP1000hd (1kW) est utilisé pour le développement de procédés à des débits allant de 0,5L à 1000L par heure. À cette échelle, l’efficacité du traitement peut être optimisée en faisant varier l’amplitude, la pression et le débit. L’installation d’un système à ultrasons sur une ligne de production ou son intégration à une ligne existante, ainsi que son utilisation et son entretien, sont simples et ne présentent aucune difficulté.

Les ultrasons dans les liquides

Les ultrasons de forte puissance génèrent une cavitation dans les liquides. Lors de l’implosion des bulles de cavitation, des forces extrêmement élevées apparaissent localement : dans le « point chaud » de cavitation, des températures très élevées (environ 5 000K) et des pressions très élevées (environ 2 000atm) sont atteintes. L’implosion de la bulle de cavitation produit également des jets de liquide dont la vitesse peut atteindre 280m/s. Lorsque ces forces intenses agissent sur le liquide, elles produisent différents effets. Dans un liquide alcoolisé, la sonication accélère l’oxydation, la polymérisation et la condensation de l’alcool, des aldéhydes, des esters et des oléfines, pour former de nouveaux composés qui enrichissent et améliorent les saveurs et le bouquet.
Parmi les applications des ultrasons les plus intéressantes pour l’élaboration du vin (vinification), il faut notamment citer l’ extraction, l’agglomération et la dispersion assistées par ultrasons. Ces effets font de la sonication une méthode de traitement particulièrement efficace pour le vin et d’autres boissons.
Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :