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La microoxigenación silenciosa en bodegas de vinificación

V. Felipe Laurie1, María del Alamo-Sanza2 e Ignacio Nevares2
1 Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad de Talca, Chile
2 UVaMOX, Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias, Universidad de Valladolid, España

El oxígeno del aire está siempre presente durante la elaboración del vino y ejerce una influencia positiva o negativa, dependiendo fundamentalmente de la magnitud de las exposiciones, y de la presencia de constituyentes en el vino capaces de reaccionar con dicho gas y consumirlo. La principal fuente de oxígeno resulta del contacto de mostos y vinos con el aire atmosférico (~21% de oxígeno a temperatura ambiente y presión atmosférica), cuya disolución se exacerba con el movimiento, mezclas o flujo turbulento del vino.

 
 
El oxígeno es esencial para el crecimiento y la supervivencia de los microorganismos asociados a esta bebida, así como para un grupo de reacciones químicas que pueden alterar su estabilidad, propiedades sensoriales, y su longevidad.1-3 En general, los vinos blancos de consumo rápido, aquellos en los que se intenta mantener una intensidad frutal alta, son manejados con exposiciones limitadas al oxígeno, recurriendo, por ejemplo, al uso de gases inertes para restringir su disolución. En el caso de los vinos blancos de guarda y de muchos tintos de mayor complejidad química y gustativa, se observan mejoras sensoriales por efecto de las exposiciones moderadas al oxígeno. La predicción de las cantidades requeridas en uno y otro caso todavía son materia de estudio, pero han sido vinculadas a un complejo equilibrio entre algunos constituyentes químicos del vino, dentro de los que destacan los compuestos fenólicos, el dióxido de azufre y los metales de transición.2,4,5

A pesar de su importancia, la determinación rutinaria del oxígeno disuelto en diferentes momentos durante el proceso de elaboración no es del todo común en bodega. De hecho, solo existe un número limitado de investigaciones en las que se han estudiado los aportes de oxígeno durante diferentes etapas del proceso.6-10 El detalle de estos micro y macroaportes de oxígeno, que ocurren de forma “silenciosa” en bodegas, podrían contribuir de forma muy significativa a configurar la expresión química y sensorial final del vino, por lo que debieran conocerse con mayor detalle.

 

Disolución y consumo del oxígeno atmosférico en mostos y vinos

La disolución del oxígeno en mostos y vinos se produce después del contacto del aire con el medio líquido.1,11 A presión atmosférica y temperatura ambiente, la saturación con el oxígeno del aire se alcanza a concentraciones aproximadas de 6 mg/L.1 Si la temperatura decrece, se observan aumentos significativos de la concentración de oxígeno y el umbral de saturación se alcanza mucho más rápidamente. Además de estas variables, la solubilidad del oxígeno también depende de la concentración de etanol, y de la presencia de partículas en suspensión en el líquido.12

Tras la disolución del oxígeno, las levaduras y bacterias son los principales responsables de su consumo durante y después de la fermentación. En etapas más avanzadas de la vinificación, cuando la presencia de levaduras y bacterias es minoritaria, los responsables del consumo de oxígeno son una serie de constituyentes químicos, de entre los cuales los compuestos fenólicos son particularmente relevantes. Esta fracción química del vino permite varias captaciones de oxígeno sucesivas, llegando alrededor de 60 mg/L de oxígeno disuelto para vinos blancos y 600 mg/L para el caso de tintos.13,14

 

Aportes de oxígeno durante el procesamiento de jugos y vinos

En la mayoría de los casos descritos a continuación, el oxígeno aportado a los vinos por los equipos u operaciones de vinificación fue calculado a partir de la diferencia entre la concentración de oxígeno disuelto antes y después del respectivo tratamiento. Dichas determinaciones se realizaron con medidores de oxígeno disuelto basados en principios electroquímicos y, más recientemente, con instrumentos de fotoluminiscencia que han posibilitado el seguimiento de este gas en ambientes cerrados, cuya determinación con sistemas tradicionales es más dificultosa. Para mejorar la representatividad de estas mediciones, se intentó evaluar el efecto de varios equipos del mismo tipo, o el efecto sobre varios vinos distintos de un mismo aparato.

Las concentraciones de oxígeno disuelto presentadas a continuación representan los promedios de las evaluaciones individuales durante la operación “en régimen” de cada equipo; esto es, sin considerar los aportes de oxígeno que ocurren al principio y final de cada operación discontinua de vinificación, cuando las mangueras, equipos, estanques, etc., están llenos de aire.

Estrujado y prensado de uvas
En estas etapas del proceso hay poca información de los aportes de oxígeno debido a la dificultad técnica de las mediciones, ya que la turbidez del líquido y las burbujas de aire que se forman pueden alterar los datos resultantes. En un estudio desarrollado por Day et al.15 se observó que el estrujado de las uvas generaba aumentos promedio de la concentración de oxígeno disuelto de entre 5 a 8 mg/L, mientras que el prensado (sin sistemas de inertización) aportaba otros 2 mg/L más.

Fermentación alcohólica
Durante la fermentación alcohólica del vino se requieren adiciones discretas de oxígeno que permitan asegurar el desarrollo de una población robusta de levaduras. En el caso de los vinos tintos, una de las prácticas más habituales para romper el sombrero de orujos y proveer oxígeno a las levaduras es el remontado, que dependiendo de su duración, permite agregar cantidades de oxígeno disuelto próximas a 1,5 mg/L si se realiza en su modalidad “abierta”, es decir, con el uso de un depósito de aireación previo a la recirculación del vino. Del mismo modo, el uso de equipos de aireación de tipo Venturi, que favorecen la succión de aire en una manguera, permiten obtener aumentos de la concentración de oxígeno disuelto cercanos a 3 mg/L.16 Sin embargo, no todo el oxígeno disuelto que se incorpora por medio de estas operaciones es consumido por las levaduras, ya que el dióxido de carbono producido durante la fermentación permite la pérdida de parte de este gas (tabla 1).

Tabla 1. [Clicar sobre la imagen para ampliar vista]
Incremento de la concentración de oxígeno disuelto en vinos
por efecto de diversos tratamientos o equipos de vinificación


 

Centrifugación y filtración de mostos y vinos de alta turbidez
En el caso del uso de equipos de centrifugación y los filtros rotatorios a vacío, los resultados ofrecen mayores niveles de heterogeneidad entre las distintas muestras evaluadas. Los equipos de centrifugación han mostrado enriquecimientos de oxígeno disuelto medios a bajos, con valores de entre 0,354 mg/L10 y hasta más de 1,2 mg/L, dependiendo de las condiciones de operación.10 Por su parte, los filtros rotatorios a vacío producen aumentos de oxígeno disuelto de entre 1,9 a 2,6 mg/L,10 debido al contacto permanente de las borras con el aire mientras estas son filtradas (tabla 1).

Sistemas de bombeo para el movimiento de mostos y vinos
De acuerdo con los resultados de Calderón et al.,10 las bombas centrífugas producen enriquecimientos medios de oxígeno de 0,054 mg/L, con un rango de entre 0,029 a 0,097 mg/L, que son levemente inferiores a los informados por otros autores, quienes observaron aumentos de la concentración media de oxígeno disuelto de entre 0,1 y 0,2 mg/L por efecto del uso de este tipo de bombas.6,9

Ciertamente, si el rotor de las bombas, o los sellos de las mismas, están dañados, se producen aumentos importantes en la concentración de oxígeno disuelto del vino. De la misma forma, si las mangueras no están conectadas apropiadamente, o si presentan orificios, se creará un efecto de succión del aire que provocará aumentos considerables en la disolución de oxígeno. En el caso de las bombas peristálticas y de pistón, Vidal et al.6 describieron enriquecimientos medios de oxígeno disuelto de 0,12 y 0,2 mg/L, respectivamente, que son equivalentes a los resultados para las bombas centrífugas (tabla 1).

Equipos de filtración de vinos
Los filtros de presión, o filtros de tierras diatomeas, generan aportes de oxígeno disuelto en un rango de concentraciones que varían entre 0,141 y 0,177 mg/L,10 y que en algunos casos han superado los 0,25 mg/L.6,9 A diferencia de estos, y debido a la configuración expuesta de los filtros de placas al aire atmosférico, se han publicado resultados de enriquecimientos en oxígeno disuelto más altos y variables que aquellos alcanzados por los filtros de presión, con valores medios de 0,331 mg/L y un rango de observaciones que van desde los 0,219 hasta 0,428 mg/L de oxígeno disuelto.9 Estos resultados son equivalentes a los mostrados por Vidal et al.,9 pero más altos que los observados por otros investigadores.9 En cuanto a los filtros tangenciales, Calderón et al.10 observaron un enriquecimiento de oxígeno promedio de 0,210 mg/L, con un rango de 0,178 a 0,229 mg/L, resultados acordes a lo descrito por otros autores que observaron una media de aproximadamente 0,2 mg/L en un caso9 o una variación de 0,15 a 0,8 mg/L en la concentración de oxígeno en otro estudio.6 Por último, la filtración por membranas (o cartuchos) resulta en aumentos promedio de oxígeno relativamente bajos, con valores de entre 0 y 0,3 mg/L (tabla 1).8,9,10

En todos los casos, las diferencias observadas entre las concentraciones de oxígeno disuelto, descritas por distintos autores para un mismo tipo de equipo o proceso, podrían deberse a las variaciones de temperatura entre uno y otro vino, a la concentración inicial de oxígeno y a las diferencias en la operación de cada uno de estos equipos. En el caso específico de los sistemas de filtración, la turbidez inicial de los vinos también resulta determinante en los aportes de oxígeno producidos, por lo que un vino más turbio requerirá más ciclos de filtración, con un consiguiente aumento de la concentración de oxígeno en el producto final.

Microoxigenación y aireación periódica de los vinos como alternativa a dicho proceso
Tal como se indica en otro artículo de este dossier (Sistemas de microoxigenación en bodega), la microoxigenación es una técnica de elaboración del vino que se utiliza con el objetivo de modificar sus características sensoriales, producto de la exposición controlada a bajas cantidades de oxígeno, simulando la exposición que ocurre durante la guarda del vino en barricas de madera.17 En teoría, la infusión de pequeños volúmenes de oxígeno de una manera continua permitiría evitar los riesgos de una oxidación descontrolada, derivados de una acumulación excesiva de oxígeno. Sin embargo, en un estudio publicado hace algunos años se observó que dependiendo de las dosis de oxígeno utilizada y del tiempo de tratamiento, la concentración de oxígeno disuelto podía variar entre 4 μg/L y 2,4 mg/L de oxígeno,18 cifras que en el rango bajo coinciden con las comunicadas por Castellari et al. 2004.9 Más aún, en un estudio reciente se observó que la adición discontinua de aire, en cantidades equivalentes a las acumuladas semanalmente por la microoxigenación, producía efectos químicos similares a los de esta técnica comercial, tales como un aumento de la concentración de pigmentos poliméricos.19

Sistemas de estabilización tartárica
Un caso muy representativo de la importancia de la temperatura en la disolución de oxígeno es el de la estabilización tartárica por frío, proceso que se lleva a cabo a temperaturas cercanas al punto de congelación de los vinos (por ejemplo, -5 °C). Para los equipos de estabilización tartárica continua, se han reportado aumentos promedio de 2,7 mg/L de oxígeno disuelto10 y hasta 4 a 6 mg/L en el caso de otros estudios (tabla 1).7,9

«Después de la estabilización tartárica en frío o continua, hay que tomar las medidas adecuadas para eliminar el oxígeno del vino, pues se corre el riesgo de que una parte importante de este gas sea consumido, lo que provocaría alteraciones en la calidad del vino.»  
 
Tal y como ha sido indicado por Calderón et al.,10 si después de estos procedimientos no se toman las medidas adecuadas para eliminar el oxígeno del vino, se corre el riesgo de que una parte importante de este gas sea consumido, lo que provocaría alteraciones en la calidad del vino.

Otros sistemas de estabilización tartárica como el enfriamiento estático de los vinos han supuesto incrementos de oxígeno disuelto de entre 1,2 a 2,4 mg/L, dependiendo de las temperaturas utilizadas y de si se recurre o no a la agitación del vino.7,9 Por su parte, los sistemas de estabilización por electrodiálisis, en los que se trabaja con temperaturas cercanas a las utilizadas para embotellado, generarían incrementos de oxígeno disuelto de solo 0,29 a 0,63 mg/L (tabla 1).7,9

Transporte de vino a granel
Durante el transporte de vino a granel, se han publicado aumentos de la concentración de oxígeno promedio relativamente bajos (siempre que las cubas de dichos camiones estén perfectamente llenas), con incrementos promedio de oxígeno disuelto de 0,14 a 0,4 mg/L (según Calderón et al.9 y Vidal et al.,6 respectivamente). Cuando las cubas no estaban llenas, el incremento de oxígeno alcanzó valores de 1,4 mg/L.6 Ninguna de estas investigaciones consideró el eventual consumo de oxígeno que podría haber ocurrido durante el transporte, dado que se asume que se trataría de un proceso lento. Por ejemplo, un vino tinto saturado de oxígeno (6 mg de oxígeno/L), consume alrededor de 1 mg/L cada seis días a una temperatura de 30 °C.1 Otros autores han encontrado que vinos tintos saturados con aire tardan apenas 25 horas en consumir todo el oxígeno disuelto a 13 ºC, mientras que lo hacen en apenas 3 horas a 30 ºC.14 Un trabajo más reciente ha descrito que los 36 vinos ensayados, tanto blancos como tintos, consumen todo el oxígeno desde saturación (100% air sat.) en 1 y 2 días a 35 ºC.20

Embotellado
En el caso del llenado de las botellas, se cuenta con información que indicaría la existencia de una gran variabilidad en el contenido de oxígeno que las diferentes boquillas de una máquina llenadora son capaces de aportar. Un ejemplo de lo anterior son los rangos de aumentos de oxígeno disuelto de 0,6 a 3,1 mg/L indicados por Godden et al.21 o el aumento de entre 0,23 a 3,87 mg/L, reportados por Vidal et al. en 2004,8 que son consistentes con aquellos indicados por Catarino et al.22 en 2014 (tabla 1). La amplitud de este rango se ha explicado por la capacidad de algunas de estas llenadoras para generar vacío o inertizar el espacio de cabeza de las botellas con gases inertes. 

 

Oxigenación pasiva durante la guarda de los vinos

Durante la maduración y guarda de los vinos se produce una serie de microaportes de oxígeno que afectan positiva o negativamente a las cualidades del vino, dentro de las que se incluyen las siguientes alternativas.

Barricas de madera de roble
Tradicionalmente, la guarda de los vinos en barricas se realiza con el fin de obtener cambios sensoriales en los vinos a partir de la extracción desde sustancias de la madera (por ejemplo, compuestos fenólicos y derivados), la concentración del vino a partir de la evaporación de etanol y agua, y la microoxigenación.

 

La tasa de oxígeno que entra en las barricas ha sido estimada por distintos autores en valores de 25-30 mg/L/año, estimaciones que suponen que la tasa es constante. Sin embargo, en un estudio en el que se midió el aporte de oxígeno en cuatro barricas nuevas durante un año, se constató que la tasa es dinámica, es decir no es constante con el tiempo.23,24 En este trabajo se estableció una tasa media de transferencia de oxígeno de cuatro barricas de roble americano de 11,62 mg/L/año.23

Estanques de polietileno de alta densidad
En un estudio reciente se evaluó la tasa de trasferencia de oxígeno en depósitos de polietileno de alta densidad (HDPE) y se registraron valores de tasa de aporte de oxígeno de 22,29 ± 1,56 mg/L/año, muy cercanos a las cifras nominales reportadas por los fabricantes.25

Tapones para el cierre de botellas
En las barricas y depósitos de polietileno de alta densidad, los tapones de corcho, tapones sintéticos y tapas de rosca ofrecen diferentes capacidades de transferencia de oxígeno al vino durante la guarda de botellas.

En el caso de los tapones de corcho natural se han comunicado valores muy variables de ingreso de oxígeno, que tienen que ver con las características morfológicas (por ejemplo, la porosidad por presencia de lenticelas) y el volumen de aire al interior del tapón. Un ejemplo de lo anterior son los resultados de Oliveira et al.,26 cuando observaron un ingreso anual de oxígeno de entre 0,3 a 4,8 mg/L.

En cuanto a los tapones sintéticos modernos –que se ha logrado un sistema de fabricación que permite regular el ingreso de oxígeno–, hay alternativas con tasas de transferencia nominales de entre 0,0174 y 0,036 cm3/día calculados para 100% O2.27

Por su parte, en tapas de rosca con membrana de estaño (tin liner), la incorporación anual de oxígeno reportada fue de 0,017 a 0,046 mg/L, mientras que en el caso de las membranas de tipo Saranex, el rango anual de aportes de oxígeno fue de entre 0,029 y 9,966 mg/L.28 Esta aparente incongruencia entre los valores esperados de ingreso de oxígeno con tapas de rosca y aquellos observados en el rango alto pueden explicarse por un proceso de taponado defectuoso donde se produce daño de los liners (por ejemplo, un torque inadecuado). 

 

Conclusiones

Los resultados de estos estudios han mostrado una gran amplitud en las concentraciones de oxígeno aportadas como resultado de diferentes operaciones de elaboración del vino, que van desde una contribución mínima de bombas centrífugas en buen estado (< 0,1 mg/L) hasta enriquecimientos que superan los 2,5 mg/L de oxígeno, como en el caso de los estabilizadores tartáricos continuos o un embotellado sin inertización.

Para analizar el contenido de oxígeno disuelto en el vino se requiere un procedimiento de muestreo adecuado y un dispositivo de medida sensible que permita reconocer los aportes “silenciosos” de oxígeno al vino durante cada etapa de su elaboración y conocer de forma aproximada su contenido acumulado, así como tomar las medidas necesarias para proteger el mosto/vino de las oxidaciones y posibilitar mejoras en su calidad sensorial.  

 

Agradecimientos

V.F. Laurie agradece a FONDECYT por financiar el proyecto 1150725, y a la Universidad de Valladolid por la ayuda económica para la realización de una estancia en dicha Universidad. M. del Alamo-Sanza e I. Nevares agradecen la financiación de fondos FEDER, Junta de Castilla y León (VA030/06, VA124U14, VA028U16) y MINECO (AGL2014-54602P).

 

Bibliografía

1. Singleton V.L.: Oxygen with phenols and related reactions in musts, wines, and model systems: observations and practical implications. American Journal of Enology and Viticulture 1987; 38: 69-77.
2. Danilewicz J.C.: Review of reaction mechanisms of oxygen and proposed intermediate reduction products in wine: Central role of iron and copper. American Journal of Enology and Viticulture 2003; 54: 73-85.
3. Waterhouse A.L., V.F. Laurie: Oxidation of wine phenolics: A critical evaluation and hypotheses. American Journal of Enology and Viticulture 2006; 57: 306-13.
4. Zúñiga M.C., R.E. Pérez-Roa, C. Olea-Azar, V.F. Laurie, E. Agosin: Contribution of metals, sulfur-dioxide and phenolic compounds to the antioxidant capacity of Carménère wines. Journal of Food Composition and Analysis 2014; 35: 37-43.
5. Ferreira V., V. Carrascón, M. Bueno, M. Ugliano, P. Fernández-Zurbano: Oxygen consumption by red wines. Part I: Consumption rates, relationship with chemical composition, and role of SO2. J Agric Food Chem 2015: 63 (51): 10928-37.
6. Vidal J.C., J.C. Boulet, M. Moutounet: Les apports d'oxygène au cours des traitements des vins. Bilan des observations sur site. 2éme partie. Revue Française d'Oenologie 2003; 201: 32-8.
7. Vidal J.C., J.C. Boulet, M. Moutounet: Les apports d’oxygène au cours des traitements des vins. Bilan des observations sur site. 3ème partie. Revue Française d'Oenologie 2004; 205: 25-33.
8. Vidal J.C., T. Dufourcq, J.C. Boulet, M. Moutounet: Les apports d’oxygène au cours des traitements des vins. Bilan des observations sur site, 1ère partie. Revue Française d'Oenologie 2001; 190: 24-31.
9. Castellari M., B. Simonato, G.B. Tornielli, P. Spinelli, R. Ferrarini: Effects of different enological treatments on dissolved oxygen in wines. Italian Journal of Food Science 2004; 16: 387-96.
10. Calderón J.F., M. Del Alamo, I. Nevares, V.F. Laurie: The influence of selected winemaking equipment and operations on the concentration of dissolved oxygen in wines. Ciencia e Investigación Agraria 2014; 41: 273-80.
11. Devatine A., I. Chiciuc, C. Poupot, M. Mietton-Peuchot: Micro-oxygenation of wine in presence of dissolved carbon dioxide. Chemical Engineering Science 2007; 62: 4579-88.
12. Laurie V.F., A.C. Clark: Wine oxidation. En: E.A. Decker, R.J. Elias, y D.J. McClemens (eds.). Oxidation in foods and beverages and antioxidant applications. Vol. 2: Management in different industry sectors. Cambridge: Woodhead Publishing Co., 2010, p. 445-75.
13. Ribéreau-Gayon J., E. Peynaud: Traité d'œnologie. París: Librairie Polytechnique Ch. Béranger, 1961.
14. Moutounet M., J.-P. Mazauri: L’oxygène dissous dans les vins. Revue Francaise d’Oenologie 2001; 186 (janvier/février): 12-15.
15. Day M.P., O. Aagaard, E.J. Waters: Dissolved oxygen measurements during processing in the winery. En: R.J. Blair, T.H. Lee e I.S. Pretorius (eds.), Proceedings of the 14th Australian Wine Industry Technical Conference; 3-8 July 2010; Adelaide, Australia. Urrbrae: The Australian Wine Industry Technical Conference, 2010, pp. 379-80.
16. Moenne M.I., P. Saa, V.F. Laurie, J.R. Pérez-Correa, E. Agosin: Oxygen incorporation and dissolution during industrial-scale red wine fermentations. Food and Bioprocess Technology 2014 ; 7: 2627-36.
17. Gómez-Plaza E., M. Cano-López: A review on micro-oxygenation of red wines Claims, benefits and the underlying chemistry. Food Chemistry 2011; 125: 1131-40.
18. Laurie V.F., R. Law, W.S. Joslin, A.L. Waterhouse: In situ measurements of dissolved oxygen during low-level oxygenation in red wines. American Journal of Enology and Viticulture 2008; 59: 215-9.
19. Laurie V.F., S. Salazar, M.I. Campos, A. Cáceres-Mella y A. Peña-Neira.: Periodic aeration of red wine compared to microoxygenation at production scale. American Journal of Enology and Viticulture 2014; 65: 254-60.
20. Martín R., V.F. Laurie, I. Nevares, M. del Álamo-Sanza: New method for determination the oxygen consumption capacity of red wine. IX In Vino Analytica Scientia, Trento (Italia), 2015.
21. Godden P., L Francis, J. Field, M. Gishen, A. Coulter, P. Valente, P. Høj, E. Robinson: Wine bottle closures: physical characteristics and effect on composition and sensory properties of a Semillon wine 1. Performance up to 20 months post‐bottling. Aust J Grape Wine Res 2001; 7: 64-105.
22. Catarino A., S. Alves, H. Mira: Influence of technological operations in the dissolved oxygen content of wines. Journal of Chemistry and Chemical Engineering 2014; 8: 390-4.
23. Del Alamo-Sanza M., I. Nevares: Recent advances in the evaluation of the oxygen transfer rate in oak barrels. J Agric Food Chem 2014; 62 (35): 8892-9.
24. Nevares I., M. del Alamo-Sanza: Oak stave oxygen permeation: a new tool to make barrels with different wine oxygenation potentials. J Agric Food Chem 2015; 63: 1268-75.
25. Del Alamo-Sanza M., V.F. Laurie, I. Nevares: Wine evolution and spatial distribution of oxygen during storage in high‐density polyethylene tanks. J Agric Food Chem 2015; 95:1313-1320.
26. Oliveira V., P. Lopes, M. Cabral, H. Pereira: Kinetics of oxygen ingress into wine bottles closed with natural cork stoppers of different qualities. American Journal of Enology and Viticulture 2013; 64: 395-9.
28. Crochiere G.K.: Measuring oxygen ingress during bottling/storage. Practica Winery and Vineyard 2007; Jan/Feb: 1-6.
28. Diéval J.-B., S. Vidal, O. Aagaard: Measurement of the oxygen transmission rate of co‐extruded wine bottle closures using a luminescence‐based technique. Packaging Technology and Science 2007; 24: 375-85.

 

 

 

[25.10.16]