En este estudio han sido probados tres métodos de lavado de la uva (con agua ultrapura, ácido acético al 0,2% y ácido cítrico 0,2%) para la eliminación de contaminantes, a escala de laboratorio, comparándolos con el método analítico de lavado de referencia con ácido nítrico al 1%.
Cuarenta y cuatro macro, micro y elementos en trazas han sido cuantificados en las soluciones después del tratamiento de lavado. El análisis fue llevado a cabo con un ICP-MS.
La solución de ácido cítrico ha dado resultados comparables o ligeramente menos efectivos en comparación con los obtenidos con el método de lavado con HNO3, mientras que el ácido acético y el agua han eliminado sólo el 45% de los contaminantes respecto al método de referencia.
La eliminación tecnológica de elementos contaminantes utilizando soluciones de lavado necesita mayor investigación respecto a la sostenibilidad ambiental debido al elevado consumo de agua potable.
Varios elementos minerales y también minerales en trazas y ultratrazas se pueden acumular en la superficie externa de las bayas de uva durante su crecimiento y maduración. Estos elementos de origen antropogénica (e.g. tratamientos fitosanitarios, automóviles o emisiones industriales) o de origen natural (polvo del terreno) pueden llevar a concentraciones significativas en la superficie de la piel, incluso superar el contenido endógeno de la uva. El interés principal normalmente recae en elementos como el Cu y el Fe, debido a las implicaciones tecnológicas que conllevan, y en otros metales pesados como Cd, Pb, Ni y As por motivos toxicológicos (Tesseidre et al., 1994; Larcher and Nicolini, 2008 y literatura citada).
Objetivos
En este estudio, se ha probado la efectividad de 3 métodos de lavado (con agua ultrapura, ácido acético al 0,2% y ácido cítrico al 0,2%) en la eliminación de contaminantes a escala de laboratorio en comparación con el método analítico de referencia con ácido nítrico en solución al 1%.
Metodología
Durante la vendimia, 20 racimos fueron cosechados en tres viñedos diferentes situados en zonas sin contaminación industrial y lejanos de carreteras principales. La uva recogida fue caracterizada según el diferente nivel de tratamiento fitosanitario o según el residuo de polvo. Las bayas recogidas en cada área fueron cuidadosamente separadas aleatoriamente en modo de obtener muestras homogéneas y representativas. Inicialmente, se estudió la capacidad de agotamiento del ácido nítrico en los lavados sucesivos. En este caso, una muestra de cada viñedo fue lavada 3 veces en sucesión con una solución acuosa de HNO3 al 1%.
Más en detalle, 50 bayas fueron colocadas en una bandeja de PTFE, añadiendo posteriormente 50 ml de solución de lavado y agitando cuidadosamente durante 5 minutos. Después de cada etapa, la solución de lavado fue recogida y analizada para cuantificar 44 macro, micro y elementos en trazas.
La efectividad de cada uno de los 3 métodos (con lavado en una etapa) fue comprobada en muestras de uva recogidas en un viñedo. Las soluciones de lavado fueron: agua ultrapura, ácido acético al 0,2% y ácido cítrico 0,2%, confrontadas con ácido nítrico al 1%. Como especificado anteriormente, 50 ml de solución de lavado fueron añadidos a 50 bayas y agitados durante 5 minutos; las soluciones fueron posteriormente recogidas y analizadas.
El análisis de los elementos minerales fue llevado a cabo con un espectrofotómetro de masa, equipado con una celda de colisión/reacción
El análisis de los elementos minerales fue llevado a cabo con un espectrofotómetro de masa (ICP-MS Agilent 7500ce, Tokyo, Japan), equipado con una celda de colisión/reacción. La exactitud del método ha sido verificada analizando, por cada serie analítica, una muestra del blanco con concentración de estándar conocida y el material de referencia 'Natural water' NIST 1640 (National Institute of Standard and Technology, Gaithersburg, MD, USA). Todos los materiales utilizados fueron previamente lavados con una solución de HNO3 al 5% y aclarados con agua ultrapura.
Resultados
El primer lavado con HNO3 eliminó al menos el 70% de los contaminantes, a excepción de B, P, K y Rb (Figura 1). Para Ag, As, Bi, Cd, Dy, Er, Eu, Fe, Ga, Gd, Ge, Hg, Ho, Nd, Pd, Pr, Se, Sm, Sn, Th, Tm, U, V, Yb este primer paso podría eliminar completamente la fracción superficial. Tras la segunda etapa de lavado, 82-100% del total de contaminantes fueron eliminados (Figura 1).
Figura 1: Capacidad de agotamiento de los contaminantes (% del total presentes en la piel) con 3 etapas consecutivas de lavado. Los valores son la media de 3 replicaciones ± error estándard.
El porcentaje eliminable con los 4 procesos de lavado, comparado con el contenido de bayas no lavadas, se muestra en la figura 2. En general, la solución de lavado con HNO3 al 1% se mostró como la más efectiva en la eliminación de contaminantes. Las concentraciones cuantificadas en la solución de lavado con HNO3 fueron significativamente superiores (al menos p <0.05, test Tukey) para la mayoría de los elementos minerales. Sin embargo la solución de ácido cítrico a menudo daba resultados comparables o sólo ligeramente menos efectivos. Mediamente, el ácido cítrico suprimió el 78% de los residuos eliminables con ácido nítrico. En algunos casos –en particular para Se y Sn– la solución de ácido cítrico pudo eliminar una fracción aún mayor de contaminantes externos. Por otro lado, el ácido acético y el agua quitaron de media sólo el 45% de los contaminantes eliminables respecto al HNO3. La efectividad del lavado fue especialmente baja para los elementos Ba, Bi, Ca, Cd, Fe, Mn, Pb, Sr, U, V y tierras raras.
La mayor parte (>50%) del Pb, Bi, V, Cu y Cd –depositados en la superficie de las bayas no lavadas– era separable con cualquiera de las soluciones probadas, mientras que menos del 10% del contenido total de Ag, B, Ba, Ca, Cs, Eu, Fe, Ga, Ge, Hg, K, Li, Mg, Na, P, Pd, Rb, Se, Sr y Th fue eliminado con el proceso de lavado descrito. Para el resto de elementos, Al, As, Ce, Dy, Er, Gd, Ho, La, Mn, Nd, Pr, Sb, Sm, Sn, Tm, U, Y, Yb, Zn (y Eu en el caso de la solución de HNO3) el porcentaje separado oscila entre el 10 y el 49%. Ag, Ga, Ge, Hg, Pd e Th no se encontraban nunca presentes en concentración superior al Detection Limit del instrumento en las soluciones de lavado analizadas.
Figura 2: Porcentaje del contenido de residuos eliminados por los diferentes procesos de lavado respecto al contenido total (piel + pulpa + semillias) en uva no lavada.
Larcher y Nicolini (2008) indican que un procedimiento de lavado podría reducir significativamente el contenido de metales en la uva –en particular Sn, Cu, Al y Pb– entre 2 y 21 veces, mientras que Teissedre et al. (1994) calcularon que el contenido medio externo del plomo es sólo el 8% del contenido total de las bayas.
Cavazza et al. (2007) han señalado recientemente que la eliminación del contenido metálico (Cu, Fe, Pb, Zn) en la uva podría reducir el estrés de las levaduras durante la vinificación y favorecer a Saccharomyces respecto a poblaciones salvajes de non-Saccharomyces. Otros elementos en trazas menos conocidos podrían tener también efectos catalíticos bioquímicos o tóxicos durante el proceso de vinificación.
Conclusiones
Este estudio ha mostrado que, con los métodos tecnológicamente utilizables, el proceso de lavado de las uvas con una solución de ácido cítrico al 0,2% dio los mejores resultados, eliminando una cantidad de elementos minerales comparable a la eliminada con el método analítico de referencia. En las condiciones estudiadas, con bayas recogidas en zonas no contaminadas, el lavado vigoroso con agua ultrapura pudo también eliminar una fracción importante de algunos metales como Cu, Pb, y Cd. La solución de ácido acético no aumentó significativamente la eliminación de elementos minerales alcanzada con el agua ultrapura.
A pesar de los resultados obtenidos, un proceso de lavado que tenga como objetivo la eliminación tecnológica de elementos contaminantes no parece completamente convincente desde un punto de vista ambiental. Utilizando los métodos probados, por cada 100 kg de uva, son necesarios al menos 75 litros de agua, y el agua residual del proceso –con cantidades de metales (en particular Cu y Pb) cercanas o superiores al límite legal para el agua potable– tendría que ser tratada adecuadamente.
Bibliografía
- Cavazza, A.; Franciosi, E.; Poyer, M. y Mattivi, F. (2007): Washing the grapes before crushing: effects on contaminants and fermentation. Bull. OIV, vol. 80, n° 917-918-919, pp. 483-496.
- Larcher, R. y Nicolini G. (2008): Elements and Inorganic Anions in Winemaking: Analysis and Applications. In: Hyphenated Techniques in Grape and Wine Chemistry. Flamini R. Ed., Wiley & Sons, Chichester, England, p. 289-333.
- Teissedre, P.L.; Cabanis, M.T.; Champagnol, F. y Cabanis, J.C. (1994): Lead Distribution in Grape Berries. Am. J. Enol. Vitic., vol. 45, n° 2, p. 220-228.
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