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Esta versátil tecnología permite una gestión eficaz de O2 y CO2 en comparación a tratamientos que se han llevado a cabo de forma tradicional en las bodegas

Gestión de gases disueltos en el vino embotellado mediante contactores de membrana

Manzanero Fernández, Irene; Iniesta Ortiz, Juan Alberto; Jurado Fuentes, Ricardo* Departamento de Innovaciones Tecnológicas, Agrovin S.A. Avda de los Vinos, s/n P.I. Alces 13600 Alcázar de San Juan, Ciudad Real (España). * rjurado@agrovin.com , Tel. +34 926 550 200.  18/07/2017

En el vino embotellado, dos de los procesos más temidos por los enólogos en la actualidad son los provocados por una deficitaria gestión del oxígeno (O2), oxidaciones y reducciones, debido a la alteración que provocan en el producto. Pero no menos importante es el correcto control del dióxido de carbono (CO2) que, además de alargar la vida útil de vinos blancos y rosados, mejora enormemente la boca y nariz de estos al resaltar su tipicidad. Una gestión eficiente del O2 y CO2 con el uso de nuevas tecnologías permite al consumidor final degustar vinos de cualquier parte del Mundo de una calidad elevada sin importar el lugar de su consumo. Además, permite disminuir el uso del dióxido de azufre (SO2) y alargar su vida útil.

Introducción

El O2 es una molécula clave en la elaboración de vinos debido a que interviene en multitud de procesos: contribuye a la estabilización colorante (reacciones de polimerización de polifenoles), favorece la consecución de potenciales electroquímicos más elevados que evitan la formación de compuestos odorantes de origen reductivo, polimerización de taninos ‘duros’ o ‘astringentes’ para ‘dulcificar’ éstos, entre otros aspectos. En fermentación alcohólica, ayuda a la síntesis de ácidos grasos y esteroles de la membrana celular, facilitando la actividad de las levaduras, etc.

Sin embargo, el oxígeno disuelto es responsable de la mayoría de fenómenos de oxidación, que incluyen tanto pérdidas y evolución aromática como pardeamientos y pérdidas de color (Li et al., 2008). Estos fenómenos tienen mayor relevancia en el momento del embotellado.

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En cada etapa del proceso de elaboración se añade cierta cantidad de oxígeno, pudiéndose alcanzar niveles de saturación. En condiciones normales de bodega ese O2 es consumido principalmente por el SO2 del vino cuando éste se encuentra en forma libre o, en caso contrario, por los componentes oxidables del vino. En la siguiente tabla se muestra una recopilación de los aportes de O2 al vino en cada operación de bodega.

Operación

Aporte O2 [mg/l]

Trasiego

2 - 6

Homogenización

2 - 4

Bombeo (en función de la bomba)

0,2 - 3*

Microfiltración

0,2 - 4*

Filtración tangencial

1,5

Centrifugación

1,2

Estabilización tartárica en continuo

4,0

Estabilización tartárica por estabulación

2,38

Mezclado de barricas

1,75

Llenado de botellas

0,3 - 1,3

Tabla 1: Aporte de oxígeno en las diferentes operaciones de bodega (Castellari et al. 2004).

*Comienzo del proceso.

El CO2 también tiene un efecto organoléptico importante en el vino embotellado. Un exceso de CO2 en vinos tintos incrementa la sensación de astringencia y amargor, mientras que en vinos blancos y rosados un moderado contenido de este gas es beneficioso por aportar frescor y realzar sus cualidades organolépticas en nariz y boca.

La solubilidad del CO2 y O2 depende de 3 factores principalmente: presión, temperatura y composición del vino. Estos factores son importantes tenerlos en cuenta en el momento de carbonatar, desoxigenar o descarbonatar un vino. En este sentido, una baja temperatura, bajo grado alcohol y una presión de gas elevada permiten aumentar la concentración de CO2 y O2 en el vino hasta saturación. A 20°C en un vino blanco de 12º alcohol y presión atmosférica, para llegar a saturación de oxigeno son necesarios 8,4 mg/l (Moutounet y Mazauric, 2001). En el caso del CO2, en estas condiciones, en el vino se solubilizará hasta 1,2 g/l de forma aproximada. Sin embargo, a una temperatura de 0 °C y manteniendo las mismas condiciones de grado alcohólico y presión, el vino adquiere la máxima concentración de O2 en 11,2 mg/l y CO2 en 2,7 g/l.

En el caso del embotellado, es imprescindible conservar unos niveles de SO2 libre suficientes para que el vino no sufra ningún tipo de alteración, por lo que se hace necesario realizar una gestión eficaz del O2. Existen 3 fuentes de O2 en botella:

  • El espacio de cabeza, no se puede controlar más allá del diseño de la embotelladora. Este O2 se consume en 1,5 meses, las cantidades pueden variar de 0,6 a 3,0 mg/l (Vidal J.C. et al. 2004)
  • El O2 disuelto en el vino previo al embotellado, se consume en 2 semanas aproximadamente. 0,9 – 6,0 mg/l. (Vidal J.C. et al. 2004)
  • O2 permeado a través del tapón. Es variable en función del tipo de tapón, siendo los menos permeables los de tipo ‘rosca’ y los más permeables los de ‘corcho natural’.

Existen numerosas metodologías para el control de gases disueltos en el vino antes de su embotellado. Una de ellas son los denominados contactores de membrana. Los contactores son dispositivos que permiten poner en contacto una fase gaseosa y otra líquida con el objetivo de transferir masa entre ambas sin llegar a mezclarse entre ellas. El uso de membranas para la gestión de gases en enología no es nuevo. Sin embargo, los recientes desarrollos en el diseño de los contactores han aumentado considerablemente su eficacia, eficiencia y capacidad, sacando del laboratorio a los contactores y convirtiéndolos en una poderosa herramienta a nivel industrial.

El contactor de membrana posee miles de fibras huecas de polipropileno alimentario microperforadas distribuidas de forma uniforme en una carcasa cilíndrica. Cada fibra, también denominada tamiz molecular, tiene un diámetro interior de 200 µm y exterior de 300 µm, con un diámetro de poro de 0,03 µm y son específicos de gases de bajo peso molecular (N2, CO2 y O2).

Debido al carácter hidrofóbico de la membrana, en ningún momento el vino se pone en contacto con el gas inerte, la membrana actúa como un soporte entre las fases líquido-gas. Mediante el ajuste de la presión parcial del gas, los gases disueltos en el vino pueden eliminarse selectivamente o producir su disolución.

El principio de funcionamiento de los contactores es sencillo. Consiste en circular vino por la parte externa del tamiz molecular siempre en sentido contrario al gas inerte que se esté empleando (N2 o CO2). De esta manera el aprovechamiento de los gases inertes es más efectivo (Goel, V. 1992).

Para explicar la capacidad del contactor en eliminar los gases disueltos en el vino, es necesario conocer la Ley de Henry: “A una temperatura constante la cantidad de gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese gas sobre el líquido”.

C = P · KH

  • C: concentración de gas (solubilidad)
  • P: presión parcial del gas
  • KH: constante de Henry

Asimismo, conociendo la concentración inicial de O2 o CO2 existente en el vino, las características constructivas del contactor y la velocidad de flujo del vino, se puede calcular el rendimiento del sistema. El rendimiento de un contactor se mide teniendo en cuenta la relación entre la concentración de gas disuelto en el vino a la entrada y la concentración de gas disuelto a la salida. La siguiente ecuación (Dietrich, J.A. 1992) ilustra la relación en su forma más simple:

Ci - C0 = e -K·a·L/Qo

  • Ci: concentración de gas de entrada al contactor
  • C0: concentración de gas a la salida del contactor
  • K: coeficiente de transferencia de masa
  • a: área del contactor
  • L: longitud del contactor
  • Qo: caudal de vino

A pesar de que los contactores de membrana permiten gestionar todos los gases de uso enológico de bajo peso molecular, en este trabajo se ha hecho hincapié en la eliminación de CO2 y O2 en vinos blancos y tintos en diferentes condiciones de trabajo.

Materiales y métodos

Para la realización de las experiencias se utilizó el equipo Oxi_Out cedido por Agrovin. El equipo monta un contactor de membrana optimizado para tratar un caudal de vino de hasta 6.000 l/h. Además, para el control de todo el proceso, en el circuito de vino y gas se montan una serie de sensores de precisión para obtener información sobre temperatura (SMC), caudal de gas (SMC), caudal de vino (SMC), O2 disuelto en el vino a la entrada y salida del contactor de membrana (Hach-Lange) y CO2 a la entrada y salida del equipo (Anton Paar). Mediante esta tecnología se registran on-line los datos más relevantes del tratamiento.

La medición del O2 a la entrada y salida del equipo se realiza mediante luminiscencia, también conocida como tecnología LDO. El sensor para la medida de O2 mediante luminiscencia, realiza la medición sobre una película luminiscente sensible al O2 que se excita a través de un diodo luminoso de color azul. Tras la excitación, la película luminiscente emite un pulso de luz roja. El tiempo de duración de este pulso reemitido corresponde a la concentración de O2.

En cuanto a la medición del CO2, se realiza a través de un ‘sensor inteligente’. La forma de operar es la siguiente: el sensor se acopla a la tubería de salida del equipo para poder caracterizar el producto tratado. Cada 15 segundos, el sensor abre una cámara estanca con el objetivo de que entre un pequeño volumen de vino tratado. En esta cámara se produce la medición de presión y temperatura de forma inmediata. Posteriormente, mediante un microagitador se desgasifica el vino y se vuelve a medir la presión y temperatura. Las diferencias de presión y temperatura antes y después de la agitación determinan la concentración de CO2 en g/l del vino tratado.

Para las diferentes experiencias, el equipo se instaló justamente tras la microfiltración de la línea de embotellado. Las experiencias se realizaron con un caudal de vino de 4.000 l/h. Para la eliminación de los gases disueltos en el vino, se emplearon diferentes caudales de N2, vacío o combo (arrastre con N2 + vacío).

Se realizaron 3 ensayos diferentes donde se estudiaban diferentes objetivos:

  • Ensayo 1: estudio de la concentración de SO2 en el vino tinto tras 300 días en botella. Comparativa entre la evolución del mismo vino empleando el contactor de membrana y en su ausencia. Para el caso del contactor, se trabajó con vacío a una depresión de -0,85 bar. Tanto el vino sin tratamiento como el tratado, se embotellaron en el mismo tipo de botella y se taparon con tapón sintético.
  • Ensayo 2: estudio de la disminución de O2 y CO2 en un vino blanco a diferentes caudales de gas. Para ejecutar este ensayo, el equipo trabajó en el modo ‘arrastre con N2’ a unos flujos de gas de 5, 10, 15, 20 y 25 l/min.
  • Ensayo 3: estudio de la disminución de O2 y CO2 en un vino blanco mediante arrastre con N2, vacío o combo (arrastre con N2 + vacío). Para la modalidad de arrastre y combo, el flujo de N2 es de 15 l/min.

Las mediciones válidas se corresponden cuando la medida de O2 o CO2 son estables en las condiciones de trabajo prefijadas.

PARÁMETRO

VINO BLANCO

VINO TINTO

Grado alcohol (%vol)

12,0

13,5

Acidez total (g/l ácido tartárico)

5,92

4,81

pH

3,31

3,62

Sulfuroso Libre (mg/l)

27

38

Sulfuroso Total (mg/l)

71

93

Oxígeno disuelto (mg/l)

3,21

4,05

Anhídrido carbónico disuelto(g/l)

0,75

0,55

Variedad

Airén

Tempranillo

Tabla 2: Características más relevantes de los vinos empleados en las experiencias.

Resultados

En la figura 1 y 2 se muestran los resultados de la evolución que ha tenido el SO2 libre tras la realización del ensayo 1.

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Figura 1: Evolución del SO2 libre tras 300 días de embotellado. Vino no tratado con contactor de membrana.

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Figura 2: Evolución del SO2 libre tras 300 días de embotellado. Vino tratado con contactor de membrana.

El SO2 tiene propiedades reductoras porque puede asociarse con el O2 del medio formando ácido sulfúrico (H2SO4) y evitando la oxidación de los compuestos del vino. Solo el SO2 libre puede asociarse con el oxígeno mediante la siguiente reacción.

2 SO2 + O2 ? 2 SO3

SO3 + H2O ? H2SO4

 

Con el SO2 combinado no ocurre lo mismo.

La comparativa de las gráficas muestra claramente la evolución que se ha producido en el SO2 libre tras 300 días de embotellado. El vino sin tratamiento alguno (Figura 1) muestra una caída del SO2 del 50%, pasando de 38 a 19 mg/l. La elevada concentración de O2 disuelto (4,05 mg/l) en el vino produjo la oxidación del SO2 libre disminuyendo la concentración de este último en un periodo de tiempo muy corto.

Sin embargo, tras la utilización del contactor de membrana, el O2 disuelto en el vino tinto disminuyó en un 63% consiguiendo una concentración de O2 disuelto en botella de 1,50 mg/l.

Por este motivo, para el caso del vino tratado, la disminución del SO2 libre en el mismo periodo fue del 26%, conservando 27 mg/l de los 38 mg/l que tenía el vino de partida.

Cabe pensar que tratar vinos mediante vacío podría producir una disminución aromática importante. Para esclarecer este hecho, se realizó un panel de cata donde los catadores detectaron que los vinos tratados eran más limpios en nariz y el potencial aromático sobresalía frente a los vinos no tratados.

Los contactores de membrana también permiten una eliminación de O2 disuelto con N2 haciendo pasar un flujo de este gas a contracorriente con respecto al flujo de vino. En la Figura 3 se muestran los resultados obtenidos en el ensayo 2.

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Figura 3. Eliminación de O2 y CO2 disuelto en vino blanco mediante contactor de membrana utilizando arrastre con N2.

Para un vino blanco con una concentración de O2 disuelto de 3,21 mg/l y una concentración de CO2 de 0,75 g/l, tras el tratamiento con el contactor el descenso de uno y otro gas llega a ser del 95% para el O2 y del 61% para el CO2.

Con un flujo de N2 de 5 l/min, la eliminación de O2 llega a ser exactamente la misma que la que se consigue con vacío, produciéndose un descenso del 60%. Si se aumenta el flujo de N2 a 10, 15, 20 y 25 l/min, la retirada es aún más pronunciada consiguiéndose rendimientos del 80%, 90% o 95% respectivamente. A partir de un flujo de gas de 20 l/min la eliminación de O2 no desciende de 0,15 mg/l, equivalente a un rendimiento del 95%.

Para el CO2, el rendimiento no es tan acusado como en el caso del O2, llegándose a eliminar en un 61% trabajando a flujos de gas de 15 l/min o superiores. Este hecho se explica teniendo en cuenta que el CO2 es el que presenta mayor solubilidad en el vino, alrededor de 40 veces más que el O2 (Lonvaud-Funel A. 1979). Por este motivo, su retirada del vino es más difícil, expulsándose en primer lugar el O2 y posteriormente el CO2 al utilizar una corriente de gas N2.

Los diferentes modos de trabajo permiten graduar de forma precisa el O2 y CO2 final de un vino. Para decidir el modo de trabajo más eficaz en función del objetivo que se quiera conseguir, se realizó una comparativa entre los diferentes modos de trabajo: vacío, combo y arrastre. El modo de trabajo más eficaz fue el arrastre con N2 produciendo un descenso del O2 disuelto del 88% y de CO2 del 58%. En la Figura 4 se muestran los resultados obtenidos en la comparativa de los diferentes modos de trabajo.

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Figura 4. Eliminación de O2 y CO2 en un vino blanco utilizando contactores de membrana con diferentes opciones de trabajo.

De los 3 modos de trabajo, el menos eficaz resultó ser el modo vacío, seguido del modo combo. El modo vacío nos sugiere que se podría utilizar para eliminar pequeñas concentraciones de O2 y CO2 disuelto realizando pequeños retoques en el vino antes de su embotellado. Sin embargo, el modo combo elimina una concentración importante de gases disueltos, próximas al modo arrastre con N2, sobretodo en el caso de eliminar CO2.

Conclusiones

A la vista de la metodología de trabajo y los resultados obtenidos, se puede concluir que la utilización de los contactores de membrana en enología es una técnica muy eficaz para el control de gases disueltos en los diferentes tipos de vino debido a su alto rendimiento en la eliminación de O2 y CO2. Como se puede ver en la sección de resultados, la modalidad que mejor funcionó es la de arrastre con N2 llegando a eliminar hasta un 95% de O2 y un 60% de CO2. Esta eliminación puede ser controlada ajustando el flujo de gas inerte, de esta manera, para vinos blancos, la eliminación de CO2 natural podría ser mínima al contrario que la eliminación del O2 disuelto que puede ser inferior al nivel de seguridad para un vino embotellado, establecido en 1 mg/l.

Por el contrario, para vinos tintos un pronunciado descenso del O2 y CO2 permite, por un lado, alargar la vida de ese vino embotellado al disminuir la concentración de O2 y, por otro, mejorar las cualidades organolépticas debido a que la combinación de los caracteres malolácticos y el CO2 en exceso producen en boca aspereza y amargor.

El control de O2 previo al embotellado permite a la bodega envasar sus vinos con un menor nivel de sulfuroso, hecho muy valorado por el consumidor.

Bibliografía

  • Castellari, M.; Simonato, B.; Tornielli, G. B.; Spinelli, P.; Ferrarini, R. (2004). Effects of differents enological treatments on disolved oxygen in wines. Italian Journal of Food Science. Vol. 16 Issue 3, p387-397.
  • Goel, V.; Mauro, A.A.; DiLeo, A.J.; Meiser, A.P.; Pluskal, M (1992). Membrane Hanbbook. Chapter 34. Eds. Van Vostrand Reinhold, New York, N.Y..
  • Moutounet, M.; Mazauric, J.P. (2001). Lóxygéne dissous dans les vins. Revue française d'oenologie nº 186, 12-15.
  • Li, H.; Guo, A.; Wang, H. (2008). Mechanisms of oxidative browning of wine. Food Chemistry, 108, 1–13.
  • Lonvaud-Funel, A, ; Matsumoto, N. (1979).Le coefficient de solubilité du gaz carbonique dans les vins. Vitis 18, 137-147. Institute d'Oenologie, Université de Bourdeaux II. France
  • Vidal J.C., Boulet J.C., Moutounet M. (2004). Les apports d'oxygene au cours du traitement des vins. Bilan des observations sur site 3éme partie. Revue française d'oenologie nº 205, 25-33.
  • Dietrich, J.A. (1992) Principles of Operating Degasifiers: ULTRAPURE WATER , pp. 43-47

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