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El análisis del aroma en el control de calidad de los vinos
Jordi Torrens
Jefe de Cromatografía del Laboratorio del Grupo Freixenet

La calidad, la innovación, el diseño, la formación de recursos humanos y la imagen de la marca constituyen los factores clave del desarrollo en todas las actividades económicas y, por tanto, también en la producción vinícola. En este contexto, el análisis químico y sensorial tiene cada vez más peso específico. El problema técnico de la calidad, entendida como el cumplimiento de las propiedades intrínsecas y las especificaciones dentro del marco legal, se resolverá mejor cuanto mejor se conozca el vino, sus constituyentes y las transformaciones que tienen lugar en él; la innovación y el diseño de nuevos productos serán casi siempre el resultado de avances científicos basados en el análisis químico y sensorial. Todos estos factores influyen en la imagen de la marca.

Tradicionalmente, el análisis sensorial ha sido y es la herramienta básica para la caracterización del aroma. A pesar de las numerosas normas y protocolos que se han establecido para estandarizar la metodología y los descriptores aromáticos, nunca dejará de estar sometida a la subjetividad del degustador. Los avances tecnológicos en el campo del análisis instrumental han permitido investigar a fondo los compuestos responsables del aroma y determinar el complejo perfil aromático del vino, pero todavía están lejos de poder interpretar las percepciones que se reciben durante la degustación. Disponemos, por tanto, de dos herramientas complementarias que, si somos capaces de conjugar, aportarán mucha información en cuanto a la evaluación del aroma.

Con este objetivo describiremos las características fundamentales y la relación entre los dos tipos de análisis, las recientes innovaciones, sus aplicaciones, limitaciones y perspectivas, en relación con el control de la calidad en la propia industria y no tanto en la investigación.

Análisis sensorial

La degustación de un vino, su estimación y apreciación organolépticas, junto con su descripción, constituyen lo que entendemos por análisis sensorial. En este proceso tiene mucho que ver el aspecto afectivo, es decir, la subjetividad del individuo hacia las sensaciones, emociones y recuerdos que puede despertar en él un determinado olor. La razón de ello es que en la percepción gustativa/olfativa coexisten dos etapas que tienen que ver con la química y la psicología. En primer lugar, se produce un conjunto de reacciones bioquímicas entre las moléculas del aroma/gusto y nuestras papilas. Ello genera señales eléctricas que, enviadas por el sistema nervioso, son procesadas en el cerebro, que identifica el gusto/olor y les asigna una descripción.

Con el fin que la subjetividad del catador no tenga tanto peso específico en la degustación hay que intentar estandarizar la descripción de los vinos y establecer unas reglas y criterios que permitan degustar un vino con el máximo rigor. De esta forma, diversos estamentos, tales como CEE, OIV, ISO, etc., han descrito normativas. Concretamente, la ISO-TC 34/SC12 describe normas sobre las copas a utilizar, acondicionamiento de las salas de degustación, metodologías para el análisis, descriptores para la elaboración del perfil aromático, guía para la selección, entrenamiento y control de los degustadores, etc.

La evolución del análisis sensorial no sólo debe ir a la búsqueda de metodologías más precisas y objetivas, sino que debe ser sensible a la introducción de nuevos productos, a la calidad de los vinos actuales, las exigencias del mercado y a los gustos del consumidor.

Al experto en el análisis sensorial también se le pide la capacidad de prever la evolución del producto. Así, la necesidad de disponer en la industria alimentaria de una análisis sensorial preciso obliga a tener un panel más numeroso y experto: según una estimación estadística, para la formación de un experto en análisis sensorial se requiere un mínimo de tres años de experiencia profesional, degustando del orden de 30 muestras diarias. A pesar de ello, no más del 10% de la población es apta para esta tarea.

Además, el análisis sensorial no nos proporcionará información sobre la composición química del aroma. Por tanto, se trata de un instrumento limitado a la búsqueda de las causas de determinadas alteraciones organolépticas, así como para la detección de adulteraciones y la tipificación del producto según su origen y variedad. No obstante, cabe señalar que la incorporación de técnicas instrumentales, como la detección olfatométrica y la nariz electrónica, requieren el análisis sensorial para su calibración e interpretación.

Análisis instrumental

Veamos qué aspectos del aroma se pueden determinar mediante su análisis: evaluación cuantitativa y cualitativa de los compuestos aromáticos, determinación y caracterización aromática de los compuestos impacto, e interpretación instrumental del aroma global. Respecto a las limitaciones, ya conocidas, vienen determinadas por la experiencia de los catadores, el número de participantes y la metodología empleada.

Identificación y cuantificación de los compuestos aromáticos. Cromatografía de gases

La incorporación de la técnica de la cromatografía de gases (conocida por sus siglas en inglés, GC) en el análisis del aroma ha permitido la identificación y cuantificación de los componentes volátiles del vino. Describiremos algunas de las innovaciones que han permitido mejorar la sensibilidad, selectividad, reproducibilidad, rapidez y automatización en las etapas de la GC: extracción y concentración de los componentes volátiles, separación cromatográfica y detección.

• Extracción y concentración de la fracción aromática por microextracción en fase sólida (SPME): Se trata de una de las técnicas más recientes y con mayores perspectivas para la extracción y concentración de volátiles en el vino. Estos compuestos se extraen mediante una fibra que se introduce directamente en el inyector del cromatógrafo, donde son desadsorbidos a altas temperaturas e introducidos en la columna. La buena sensibilidad del método se debe al alto rendimiento de la extracción por parte de la mayoría de los compuestos; su sencillez se basa en que apenas se requiere tratar la muestra, y que permite la automatización. Además, las condiciones de trabajo (temperatura y tiempo de extracción) y las fibras utilizadas proporcionan una determinada versatilidad. Su desventaja principal es la necesidad de controlar al máximo las condiciones para alcanzar una reproducibilidad aceptable.

• Separación por cromatografía de gases multidimensional (MDGC): Aunque la incorporación de las columnas capilares optimizó la separación de compuestos, la utilización de una única columna en matrices complejas como el vino a menudo no es suficiente para la separación de ciertos analitos. La cromatografía de gases multidimensional (MDGC) permite la conmutación de varias columnas, la posibilidad de optimizar el análisis según la adaptación de la técnica utilizada, la reducción del tiempo de análisis por purga de aquellos compuestos con tiempo de retención alto y sin interés analítico (back purgue), la utilización de precolumnas con gran capacidad de carga que extraen y concentran los analitos (heart cut), la prepurga del disolvente para eliminar las interferencias que produce (solvent flush), etc.

• Detección por acoplamiento de GC y espectrometría de masas (MS): El detector de ionización de llama ha sido el más utilizado en GC para el análisis de aromas. Su empleo ha quedado muy reducido en los últimos años debido a la incorporación de la MS. Los espectrómetros de masas pueden trabajar según dos métodos: el método scan, en el que se registra la suma de la intensidad de todos los iones, y el método del ión selectivo (SIM), en el que se registra la intensidad de aquellos iones que nos interesen.

La cromatografía, entendida como un método de separación, constituye una herramienta útil para separar los componentes volátiles, identificarlos y cuantificarlos. Así se han identificado en torno a unos 800 componentes volátiles en el vino.

Aplicaciones y limitaciones de la GC en la industria

La GC es muy útil cuando pretendemos identificar los compuestos que determinan una característica aromática conocida. Por tanto, es necesario conocer los umbrales a partir de los cuales mejora o se desvirtúa nuestro producto, ya sea mediante estudio bibliográfico o por detección olfatométrica. Esta información es un instrumento útil para el seguimiento del producto en el proceso productivo, así como el control de otros materiales enológicos, como son los tapones y las barricas. Algunos controles importantes a efectuar durante la fase de crianza en vinos y cavas son métodos específicos para la determinación de fenoles volátiles y compuestos azufrados (Francioli, 2000). Concretamente en el cava, a partir de la evolución de ciertos compuestos volátiles, entre ellos los vitispiranos, se calcula el momento en el que tienen lugar las fases de autólisis y postautólisis durante la crianza. Controlar el momento en que se desarrollan estas fases es importante debido a las alteraciones organolépticas que conllevan.

La información que nos puede suministrar la GC en el control de calidad será más grande cuanto mejor conozcamos el perfil cromatográfico de la fracción aromática de nuestro producto. Por ello, hay que disponer de un amplio banco de datos del mismo en las diferentes etapas de elaboración y en diferentes añadas, y correlacionar estadísticamente determinados compuestos con ciertas anomalías, o tipificar variedades que no contengan compuesto específico alguno que las identifique (como sucede en la mayoría de casos). No obstante, se trata de análisis todavía demasiado laboriosos para constituir aplicaciones rutinarias de control.

En todo caso, el análisis por GC no nos permite definir el perfil aromático del vino analizado. El problema se agrava en aquellos compuestos para los que no disponemos de patrones sintéticos y, por tanto, no es posible conocer sus propiedades aromáticas.

Caracterización aromática de los compuestos. Detección olfatométrica

La detección olfatométrica o snifing (GCO) permite determinar el perfil aromático de un vino a partir del análisis cromatográfico. Los compuestos, una vez separados y eluidos de la columna, se huelen (esnifan). Para distinguir entre aromas activos e inactivos se define el parámetro «valor de actividad aromática» (OAV), que mide la actividad aromática de un compuesto en una matriz determinada. Los compuestos aromáticamente activos serán aquellos que tengan un valor de aroma superior a 1.

El método se optimiza con la introducción del factor de dilución y la evaluación de series de diluciones de la muestra. Las técnicas de dilución más empleadas son el análisis Charm y el AEDA (de aroma extract dilution analysis). Cuando aplicamos la ley de Stevens, una ley psicofísica para la representación de percepciones sensoriales, a los valores obtenidos para casa compuesto y los normalizan, obtenemos los valores espectrales del aroma, que representados gráficamente configuran el espectro aromático del vino (figura 1).

Hasta ahora la olfatometría se ha desarrollado principalmente a través de la interpretación olfativa del vino. A pesar que las apreciaciones nasales son más discriminantes y reproducibles que las apreciaciones bucales, y que en la descripción de la singularidad de un vino la evaluación por la nariz parece la más apropiada, hay notas como las herbáceas, de madera y pimienta, que se perciben más intensamente en boca. Para simular la percepción aromática por vía retronasal se han introducido técnicas consistentes en la retención de los vapores retronasales de un individuo sobre un polímero, durante y después de la degustación y posterior análisis por GCO.

Aplicaciones y limitaciones de la GCO en la industria

La técnica de GCO aplicada a la industria nos permite conocer los compuestos aromáticamente activos, la importancia de cada uno de ellos y el perfil aromático del producto durante las diferentes etapas de elaboración. Cuando el producto sufre una alteración organoléptica, la GCO también permite detectar qué compuestos alterados son los responsables del cambio aromático. Escudero (1999a) determina qué compuestos de entre los que se forman durante la oxidación de un vino tienen significación sensorial. El mismo autor también identifica los compuestos responsables de la evolución del aroma del champán durante la crianza sobre lías (Escudero, 1999b). Las limitaciones de la técnica son la falta de sensibilidad para aquellos compuestos en los que el umbral de percepción es menor que el de detección, la discriminación de compuestos durante la extracción y concentración, y la incapacidad de interpretar los efectos de sinergia y antagonismo entre los diferentes compuestos aromáticos.

Interpretación quimiométrica del aroma global. Nariz electrónica

Lo que se pretende con estos instrumentos es conseguir réplicas fiables del olfato con máquinas dotadas de sistemas de detección que responden a la presencia de moléculas. Las señales emitidas son diferentes según la composición de la fracción volátil de la muestra. Estas señales son procesadas por sistemas quimiométricos que evalúan calidades aromáticas y/o cuantifican determinados compuestos (figura 2). Para que el instrumento establezca los modelos apropiados para cada aplicación es necesario proporcionar unos patrones previos.

La nariz electrónica consta básicacente de tres módulos: el sistema de recogida de muestras, el sistema de detección y el tratamiento estadístico de los datos.

• Recogida de muestras: Es similar a otras técnicas cromatográficas, pero los compuestos no se separan antes de llegar al detector mediante una columna cromatográfica, sino que son detectados conjuntamente.

• Sistema de detección: El más adecuado será capaz de detectar la gama más amplia de familias químicas. Se utilizan dos: los sensores de gases y la espectrometría de masas. Los primeros se basan en la facultad de modificar sus propiedades eléctricas cuando los compuestos del aroma interaccionan en su superficie. Presentan buena selectividad y sensibilidad: tienen respuesta distinta frente a diferentes compuestos y pueden detectar diferencias del orden de mcg/L; pueden ser óxidos metálicos, polímeros conductores o sistemas de radiofrecuencia. Los principales problemas son la inestabilidad frente a pequeñas variaciones de temperatura y humedad del gas portador, y el envenenamiento cuando hay presencia de algún componente mayoritario, como el etanol en el caso del vino. Los espectrómetros de masas obtienen el espectro correspondiente a los fragmentos de todo el conjunto de compuestos volátiles de la muestra.

La detección es más selectiva que en los sensores de gases y evita las interferencias debidas al agua y al etanol. Los inconvenientes respecto a los sensores químicos son una menor sensibilidad y una menor robustez, hecho que convierte en frecuentes las recalibraciones.

• Tratamiento de datos: El método de análisis de datos más utilizado se basa en la variancia estadística de los datos y determina los factores de discriminación de las muestras, pero no clasifica las muestras en grupos. Dentro de los métodos de clasificación, los más utilizados son el modelado suave independiente de las analogías de clase o SIMCA (de soft independent modelling of class analogy), que nos indica si la muestra analizada corresponde o no a un grupo de muestras de referencia, y el análisis factorial discriminativo o DFA (de discriminant factorial analysis), que indica a qué grupo corresponde la muestra.

Aplicaciones y limitaciones de la nariz electrónica en la industria

La incorporación de narices electrónicas al campo de la enología es muy reciente. En sectores como el alimentario, cosmético y farmacéutico, su efectividad ya ha sido demostrada tanto en lo que atañe a aspectos de I+D como al control de calidad. Las perspectivas de su aplicación en la enología también son buenas. Cabe mencionar la detección de sustancias anómalas, concretamente las tóxicas, aspecto preocupante para cualquier industria alimentaria. Tiene algunas ventajas como método de control de calidad, respecto a las técnicas cromatográficas: el tiempo de análisis es de 5 a 10 minutos, el control puede ser continuo y no requiere personal calificado, y se trata de un método no destructivo. Es una herramienta idónea para el control de la materia prima, los procesos y el producto acabado. Gutiérrez (2000) realizó un trabajo de tipificación de vinos según las zonas y variedades mediante la nariz electrónica. Las limitaciones de la técnica vienen dadas por la efectividad de los detectores. Una innovación que puede mejorar este aspecto es la reciente incorporación de equipos que combinan los dos sistemas de detección.

Conclusiones

Si consideremos los 800 compuestos aromáticos que pueden intervenir en la configuración aromática de un vino y las múltiples interacciones entre sí llegaremos a la conclusión que el análisis del aroma no es un problema sencillo. Se complica si además tenemos en cuenta la complejidad del olfato humano, con más de 100 millones de receptores olfativos. Pero hay diversas técnicas de estudio que, a pesar de sus limitaciones, proporcionan información valiosa y complementaria sobre diferentes aspectos de los aromas: caracterización organoléptica (análisis sensorial), composición química cualitativa y cuantitativa del aroma (cromatografía de gases), caracterización aromática individual de los compuestos (detección olfatométrica) y modelación quimiométrica del aroma global (nariz electrónica). Es necesario que el enólogo conozca estas técnicas en el momento de buscar respuestas a sus necesidades.

Bibliografía

Guasch, J.: «El nas electrònic i el control de qualitat dels vins», Enologia avui, IV Jornades en Viticultura i Enologia, 1999. Vilafranca del Penedès, España.

Escudero, A., Ferreira, V., Hernández, P. y Cacho, J.: «Oxidación del aroma del vino: cambios en los perfiles aromáticos e identificación de los compuestos con significación sensorial», Jornadas científicas del Grupo de Investigación Enológica, 1999a. Zaragoza, España.

Escudero, A., Charpentier M. y Etievant P.: «Caracterización de los aromas de envejecimiento de Champagne mediante GCO y análisis descriptivos», Jornadas científicas del Grupo de Investigación Enológica, 1999b. Zaragoza, España.

Etiévant, P., Aubry, V., y Escudero, A.: «Avances en la investigación sobre los aromas del vino», XVI Congreso Internacional del Cava, 1998. Sant Sadurní d’Anoia, España.

Francioli, S.: «Influencia del periodo de crianza en el aroma de los cavas», Tesis Doctoral. Facultad de Farmacia, Universidad de Barcelona, 2000.

Chatonnet, P.: «Discrimination and control of  toasting intensity and quality of oak wood barrels», Am J Enol Vitic 2000; 50 (4): 479-494.

Grosh, W.: «Detection of potent odorants en food by aroma extract dilution analysis», Trends in Food Technology 1993; 4: 68-73.

Gutiérrez, F. J., Horrillo, M. C., Sayago, I., Arés, L., Fernández, M. J. y Gómez, R.: «Sensores inteligentes. Aplicaciones industriales de sensores olfativos», Alimentación. Equipos y tecnología 2000 (Enero/Febrero): 175-178.

Bayo, I. F.: «Narices electrónicas», El País 20/6/99.

De la Calle García, D., Magnaghi, S., Reichenbächer, M. y Danzer, K.: «Systematic optimization of the analysis of wine bouquet components by SPME», J High Resol Chromatogr 1996; 19: 257-262.

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