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CIENCIA Y TECNOLOGÍA OTROS ARTÍCULOS CIENTÍFICOS  

Rotundona, un compuesto aromático único y poderoso responsable de las notas de pimienta negra en los vinos

M.J. Herderich, T.E. Siebert, M. Parker, D.L. Capone, C. Mayr, P. Zhang,1 O. Geffroy,2 P. Williamson e I.L. Francis
The Australian Wine Research Institute, Glen Osmond, Australia
1School of Land and Environment, University of Melbourne, Vic, Australia
2Institut Français de la Vigne et du Vin Pôle Sud-Ouest, Lisle Sur Tarn, Francia
markus.herderich@awri.com.au

Syrah es una de la seis variedades principales en el mundo junto con merlot, cabernet sauvignon, pinot noir, sauvignon blanc y chardonnay. La superficie de viñedo plantado con viñas de syrah ha crecido desde menos de 10.000 hectáreas a principios de 1980 hasta más de 140.000 hectáreas en 2004-2005. Aproximadamente un 50% del syrah se cultiva en Francia, y un 25% en Australia; Argentina, Sudáfrica, California, Chile, Estados Unidos, Italia, Nueva Zelanda, Grecia, España, Suiza y otros países de menor producción completan el resto de superficie plantada. Shyraz es la variedad favorita en Australia para elaborar vino tinto, con 380.000 toneladas o el 45% del tinto y el 22,9% de la producción total de uva para vino de un total de 1660 millones de toneladas en 2011-2012.

Shiraz (el nombre usado por muchos elaboradores del Nuevo Mundo para la variedad de uva conocida como syrah en Francia) es una antigua variedad y se cree que emergió de mondeuse blanche y dureza en el norte del valle del Ródano, ca. 100 DC;1 fue también una de las primeras viñas en llegar a Australia en 1832. Hasta la fecha, las uvas utilizadas para la elaboración de vino proceden de viñas de shiraz plantadas en Australia hace más de 120 o 160 años en Hunter Valley, Victoria y Barossa Valley. Los vinos de shiraz tienen diversos e interesantes aromas que van desde la ciruela pasa, bayas y chocolate hasta regaliz y especiado, dependiendo de las regiones. La shiraz es una variedad muy versátil y es utilizada sola o en mezclas con cabernet sauvignon, con garnacha y mourvedre o viognier. Los estilos australianos más destacados incluyen vinos elegantes, de clima frío con notas de pimienta (por ejemplo de Adelaide Hills o de Grampians); vinos de sabor más intenso, especiados y algunas veces mentolados de Margaret River, Coonawarra o Clare Valley; vinos más maduros con notas de chocolate (Barossa Valley, McLaren Vale), y vinos con más cuerpo y notas de cuero (Hunter Valley).

A pesar de la importancia de shiraz en la industria australiana del vino, hasta hoy poco se conocía de los compuestos del aroma que son contribuyentes clave en el aroma y sabor percibido en los vinos de calidad premium de vino shiraz. Las pruebas anecdóticas, notas de cata, y contraetiquetas de las botellas de vino shiraz australiano sugieren que un aroma «especiado» o «pimienta» es importante para algunos vinos de alta calidad australianos de shiraz. El carácter de pimienta podría pensarse como esencialmente australiano y posiblemente puede incluso formar parte del «terroir» de un vino particular, aun así el compuesto responsable del particular aroma del shiraz no ha sido identificado. Por tanto, era importante aislar y adquirir un mayor conocimiento de ese poderoso odorante que esta presente en las uvas y vinos de nuestro propio jardín.

Identificación de la rotundona como el compuesto clave del aroma a pimienta en uvas y vino

En experimentos previos, muchos extractos de uvas shiraz fueron investigados por cromatografía de gases con detección olfatométrica (GC-O) y cromatografía de gases con detección por espectrometría de masas (GC-MS), pero ninguna zona de olor o compuesto conocido que coincidiera con el particular aroma a pimienta o especia pudo ser encontrado. Sin embargo, el aroma a pimienta negra podía ser percibido en las uvas individuales y en homogeneizados sin pepitas de uvas shiraz. Basado en evidencias anecdóticas de que existen viñedos con carácter «pimienta» que de manera consistente producen vinos con dicha nota, especialmente en años más frescos, una amplia muestra de uvas con carácter potencial a pimienta fue obtenida de 12 viñedos en South Australia y Victoria. Los 18 atributos sensoriales más importantes de las 18 muestras de uva, incluyendo el descriptor pimienta, fueron evaluados por análisis descriptivo sensorial.2 Este atributo de pimienta negra era independiente de los atributos verde, césped y uva pasa que también estaban presentes. El estudio sensorial reveló una fuerte correlación entre la intensidad del aroma pimienta y la intensidad del sabor pimienta en el paladar y nos permitió concentrarnos en los componentes volátiles de la uva para posteriores experimentos. El análisis químico de estas muestras de uvas fue llevado a cabo mediante pH, TA y TSS. Sin embargo, no se encontraron tendencias significativas que relacionaran estas medidas estándar de madurez y calidad de las uvas con sus puntuaciones sensoriales de pimienta.

Para estudiar todos los metabolitos volátiles de la uva de manera comprensiva, no dirigida, muestras homogeneizadas fueron analizadas por espacio de cabeza estático GC-MS. Para lo experimentos metabólicos se utilizó un sistema de introducción fría, de esta forma conseguimos un enriquecimiento de aromas volátiles traza con límites de detección mejorados en el rango de los pocos ppb, y al mismo tiempo evitamos posibles efectos matriz o de discriminación habituales en técnicas como la SPME. Este análisis GC-MS produjo más de 13.000 espectros de masas individuales por muestra de uva. Antes de someterlos a análisis multivariante, los datos fueron reprocesados usando procedimientos de suavizado y normalización. Para explicar la intensidad de la puntuación del carácter pimienta, se emplearon el análisis de componentes principales y la regresión parcial por mínimos cuadrados para desarrollar modelos multivariantes basados en espectros de masas y descriptores aromáticos. La optimización de la metodología permitió la selección de una región única del cromatograma GC-MS que permitía predecir la intensidad del aroma pimienta con un coeficiente de correlación >0,98. Esto condujo a la identificación del α-ylangeno un sesquiterpeno tricíclico, que fue confirmado mediante co-inyección con el compuesto patrón. Aunque no es un compuesto aromático significativo por si mismo, α-ylangeno era muy buen marcador del aroma pimienta, y su concentración mostró una discriminación similar entre los viñedos y añadas con más notas de pimienta que la encontrada usando los modelos multivariantes.2

Al mismo tiempo se falló en la detección del compuesto impacto clave debido a los bajos valores umbral y de concentración. La subsiguiente identificación de la rotundona, el aroma clave de la nota pimienta en los extractos de Piper nigrum y uvas de shiraz, requirió experimentos de GC-MS-O, y tuvo solo éxito después una elaborada optimización de la preparación de muestra y enriquecimiento guiada sensorialmente.3 Fue mucho más complicada por el inusual, tiempo de elución de la rotundona hacia el final del análisis GC-MS-O. Finalmente, la presencia de la rotundona fue confirmada en los extractos enriquecidos de pimienta y uva por GC-MS-O y co-inyecciones con cantidades crecientes del compuesto sintetizado, los cuales dieron aumentos simétricos de pico, un espectro de masas coincidente, y el distintivo aroma a pimienta en tres fases distintas en columnas de GC.

Propiedades sensoriales de la rotundona

Una vez que la identificación del sesquiterpeno rotundona como el compuesto aromático fue verificada, desarrollamos un método robusto para cuantificarla mediante análisis por dilución isotópica (SIDA) y GC-MS.4 Recientemente, el análisis cuantitativo de la rotundona fue refinado adoptando un separación cromatográfica en dos dimensiones como ayuda para la resolución de problemas de coelución. Esto nos permitió llevar a cabo experimentos sensoriales para entender mejor las propiedades aromáticas de la rotundona, y comparar estos resultados sensoriales con las muy bajas concentraciones en que la rotundona se encuentra habitualmente en las uvas y en el vino. Se observaron excelentes correlaciones entre la concentración de rotundona y la intensidad media del aroma de pimienta negra encontrado por el panel sensorial tanto en uva como en muestras de vino, indicando que la rotundona –a niveles de pocos ng/kg– es un contribuyente mayoritario al carácter pimienta de las uvas y vino de shiraz. Es más, los umbrales sensoriales para la rotundona encontrados fueron 8 ng/L en agua y 16 ng/L en vino tinto.3

Aproximadamente un 20% de los panelistas sensoriales no pudo detectar la rotundona durante el cálculo de los umbrales incluso en niveles 500 veces por encima del valor umbral en agua.3 Así que las experiencias sensoriales de dos consumidores disfrutando de la misma copa de vino shiraz podrían ser muy diferentes. Para continuar con esta observación, un estudio sensorial evaluó el efecto de la rotundona (pimienta negra), junto con el de eucaliptol (mentolado, camphor, eucalipto) y guaiacol (ahumado) cuando se añadían en cantidades moderadas y altas al vino tinto. Este estudio exploró las preferencias y tolerancias de los consumidores para los aromas que aparecen naturalmente en los vinos descritos con notas de pimienta, eucalipto y ahumado para entender cuales eran los niveles deseables en estos vinos. Las propiedades sensoriales fueron determinadas por un panel sensorial descriptivo y 104 consumidores de Adelaida cataron los vinos y dieron puntuaciones de preferencia. Gracias al estudio descriptivo quedó demostrado que los atributos bayas rojas, bayas oscuras, vainilla, ahumado, pimienta, menta/eucalipto, paladar vainilla, paladar ahumado, paladar menta/eucalipto y paladar pimienta eran significativamente diferentes entre las muestras. A partir de las puntuaciones se identificaron mediante análisis cluster tres grupos de consumidores con preferencias similares, la adición de rotundona fue positiva para un tercio de los consumidores y neutral para el resto. Para evaluar los efectos de la rotundona en la calidad percibida por los consumidores será necesario un trabajo adicional con otros vinos base y valorar la influencia del compuesto en presencia de otros compuestos que pueden influir en las notas acidez, verde, baya y fruta global.

Presencia de la rotundona en vino comercial

Una vez superados los obstáculos de identificación y desarrollo del método analítico, empezamos a investigar algunos de los factores que podían contribuir a la presencia de la nota pimienta, tales como variedad de uva, tipo de clon y región. Para evaluar la distribución de rotundona y ayudar en posteriores estudios, se realizaron análisis de rotundona en una gran número de vinos australianos comerciales (137 fundamentalmente tintos obtenidos de vendedores locales) de diferentes variedades y añadas de varias regiones.5 La mayor parte fueron embotellados mediante tapón de rosca o corcho natural, e incluían shiraz, merlot, durif, pinot noir, cabernet sauvignon y algunos otros vinos interesantes de regiones vinícolas populares desde 1990 hasta 2006. La figura 1 muestra las cantidades de rotundona encontradas y la variedad/región del vino en las muestras donde el compuesto estaba presente. La gran mayoría de los vinos (81%) no tenían rotundona en niveles detectables, y de los vinos que contenían rotundona, el 62% eran shiraz. En la figura 1 se aprecia que los niveles de rotundona por encima de su umbral (>16 ng/L) se encuentran a menudo en vinos de regiones con climas frescos y/o añadas más frías, y no se encuentran limitados a shiraz. La aparición tan extendida de la rotundona en el vino está de acuerdo con observaciones previas3,6 y resultados recientes obtenidos por el grupo de Mattivi en vinos de schioppettino, vespolina y grüner veltliner.7,8 En colaboración con el IFV Sud-Ouest se demostró que la rotundona es un compuesto clave en el aroma a pimienta de los vinos de duras y pineau d’aunis; también estaba presente en el vino de graciano y gamay aunque sólo en concentraciones alrededor de su valor umbral de percepción. Además de las uvas y el vino, la rotundona fue encontrada en cantidades mayores en otras hierbas y especias comunes, especialmente en granos de pimienta negra y blanca, donde se encuentra en una concentración aproximadamente 10.000 veces mayor que la encontrada en un vino con olor a pimienta.3

Figura_1

Figura 1: Concentración de rotundona en vinos australianos comerciales5 [Ampliar la imagen]

Para caracterizar la estabilidad de la rotundona en el vino durante el envejecimiento, estudiamos los efectos de varios cierres en los niveles de rotundona en vino embotellado.5 Para determinar si el compuesto era eliminado por el cierre, como sucede con otros compuestos aromáticos, un vino de shiraz fue dopado con 100 ng/L de rotundona. Las botellas (750 mL; 24 para cada tipo de cierre) fueron cerradas con corcho natural, corcho sintético o tapón de rosca y en el momento del embotellado se prepararon botellas de vidrio cerradas como control. Se analizó en triplicado el contenido de rotundona tras 0, 6, 12 y 39 meses. No se observó cambio en el contenido en rotundona hasta los 39, donde se registró una pequeña pérdida en el corcho sintético (~6% de reducción respecto a la concentración original). La estabilidad de la rotundona en las condiciones del vino y la relativa poca eliminación del compuesto por el cierre indican que es poco probable que las notas de pimienta de un particular vino en el momento del embotellado cambien significativamente a lo largo del tiempo de almacenamiento. De hecho, un vino de shiraz de la región de Grampians con el nivel más alto de rotundona (161 ng/L) y que aparece en la figura 1 era de la cosecha de 2002, mientras que otro shiraz de la misma región de la cosecha de 1999 todavía tenía 152 ng/L después de llevar 10 años embotellado. Estos ejemplos indican la relativa estabilidad del compuesto durante muchos años.

Factores que influyen en la concentración de rotundona en uvas y vino

La rotundona es un compuesto bastante inusual para ser un aroma del vino ya que pertenece al pequeño grupo de compuestos impacto (como la isobutilmetoxipirazina y algunos monoterpenos) que proceden directamente de las uvas. Asumimos que la rotundona presente en un vino ha sido extraída sin ninguna transformación química o bioquímica durante la elaboración. A diferencia, es mucho más común que los compuestos volátiles del aroma del vino sean liberados de sus precursores no odorantes (tales como glicósidos o conjugados cisteínicos) o que sean sintetizados directamente por la levadura durante la fermentación. En base a la relación directa uva-vino para la rotundona,3,8 y dado el bajo valor umbral para este compuesto3 y su aparente estabilidad en el vino,5 se han abierto oportunidades para influir en su nivel, y por tanto en el aroma a pimienta en el vino a través de la selección clonal, prácticas viticulturales apropiadas o mediante la modificación de los procedimientos de vinificación.

En primer lugar necesitábamos determinar cuándo se desarrolla la rotundona en las uvas, dónde se localiza y cuánto se extrae durante la elaboración. Para estudiar la formación, localización y extracción de la rotundona, y conociendo el impacto del clima en las concentraciones de rotundona,3,5 un viñedo de Adelaide Hills plantado con los clones de shiraz 1127 y 2626 fue seleccionado por su clima fresco y producción regular de uvas shiraz con carácter pimienta. Para monitorizar los niveles de rotundona en las uvas durante la maduración, se tomaron muestras de racimos de filas comparables de ambos clones de shiraz en el envero, al 50% de color rojo entre el envero y la cosecha, y un día antes de la cosecha comercial. En las etapas tempranas de la madurez encontramos sólo niveles bajos de rotundona en las bayas (típicamente por debajo de 5 pg/baya) hasta bien después del envero, con la mayor parte de la rotundona acumulándose en las últimas seis semanas de madurez. En el momento de la cosecha, una concentración más alta de rotundona de 20 pg/baya se encontró en el clon 2626, lo que coincide con las opiniones de que el clon 2626 es un clon de shiraz con más notas de pimienta.9 En subsiguientes estudios en varias regiones australianas y de Nueva Zelanda sobre shiraz, y en Francia en duras, se confirmo que la concentración de rotundona en las uvas aumenta significativamente en un momento relativamente cercano a la cosecha y permanece estable en ese nivel o desciende ligeramente (datos sin publicar).

Para investigar la localización de la rotundona en las uvas de shiraz, analizamos muestras recién cosechadas, pieles separadas de la pulpa, mosto y pepitas, y pulpa y mosto sin semillas. La rotundona sólo se encontró en la piel de las uvas de shiraz y no se detectó en la pulpa, mosto o pepitas después de la separación. Aunque este experimento implicó solo un limitado conjunto de muestras y será necesario más trabajo antes de poder extraer conclusiones generales, el hallazgo de que la rotundona se localiza en las pieles de las uvas es consistente con lo encontrado en otros estudios.8

La extracción de rotundona de las uvas fue explorada midiendo la concentración de rotundona en muestras tomadas diariamente durante la fermentación comercial de dos clones, desde el mosto inicial hasta el vino prensado. Se vendimiaron comercialmente uvas de shiraz de los clones 1127 y 2626 en el mismo día en estados de madurez similar y los parámetros de la elaboración fueron los mismo para todos los fermentados excepto para el día de prensado. En este ensayo de fermentación la mayor parte de la rotundona fue extraída de las uvas entre los días 2 y 5, y las concentraciones de rotundona alcanzaron un nivel estable en todas las fermentaciones antes del prensado. En conjunto, los datos son consistentes con la rápida extracción de rotundona de las pieles durante la fermentación; el periodo de retraso entre la rotura de las uvas en el día 0 y el día 2 (día 3 para la fermentación de las uvas del clon 1127) indica que la concentración de etanol y/o otros efectos relacionados con la levadura están probablemente implicados en facilitar la extracción de la rotundona.

En la piel del clon 1127, la rotundona fue cuantificada en 24,7 ng/kg, y en 49,5 ng/kg en el clon 2626. Por tanto, el efecto clonal puede ejercer un papel, con un nivel de rotundona más alto encontrado en el clon 2626 de shiraz.9 Recientemente, algunos efectos clonales en shiraz fueron aparentes en un estudio neozelandés; sin embargo, en un análisis comprensivo de rotundona en uvas shiraz de 35 clones criados en la colección de germoplasma en el SARDI de Barossa Valley en Australia, solo se encontraron pequeñas concentraciones de rotundona y no se observó ningún efecto asociado al clon (datos sin publicar). Estos últimos resultados pueden reflejar las particulares condiciones de calor y sequía de la cosecha de 2008 en Barossa Valley que no fueron convenientes para la formación de rotundona; en cualquier caso, las uvas de climas cálidos han mostrado tener en general niveles muy bajos del compuesto. Los resultados incoherentes de los estudios de los clones de shiraz realizados hasta el momento parece apuntar hacia las condiciones de la cosecha, y potencialmente al viñedo, como factores que interaccionan y que pueden influir en la biosíntesis de rotundona y en el aroma a pimienta del vino.

Mientras que los efectos clonales pueden tener algún papel en la concentración de rotundona en las uvas shiraz, los datos obtenidos hasta el momento indican que la biosíntesis de rotundona esta probablemente asociada a la interacción del genoma del viñedo en su medioambiente. Está hipótesis esta basada en la propensión de la rotundona aparecer predominantemente en la variedad shiraz (esto apunta a un factor genético relacionado con la variedad), con concentraciones significativamente elevadas en algunas cosecha, viñedos y en uvas de climas frescos. También, en otras especies de plantas se ha demostrado que la inducción de la biosíntesis de sesquiterpenos relacionados estructuralmente es una respuesta común de la planta a presiones medioambientales.10 Obviamente, hará falta un estudio más detallado hasta que los viticultores y enólogos entiendan completamente como podemos controlar la rotundona en las uvas y quizá sacar partido de sus efectos sensoriales en el vino. Para alcanzar este objetivo se están llevando a cabo estudios en Australia para caracterizar los efectos climáticos y la variación de la concentración de rotundona dentro de un viñedo y entre viñedos de shiraz. También grupos franceses (en duras) y neozelandeses (en shiraz) están investigando sobre el impacto de las prácticas viticulturales como la retirada de hojas, exposición del racimo, aclareo o irrigación.

Agradecimientos

Queremos dar las gracias a los compañeros del AWRI, a los panelistas sensoriales, pasados y presentes, y a nuestros socios en Australia, Nueva Zelanda y Francia que contribuyeron a la investigación de la rotundona. Apreciamos el soporte e interés de muchas bodegas australianas y su suministro de muestras de uva y vinos con nota a pimienta, y especialmente a la dirección de Mount Langi Ghiran y Shaw and Smith Wines. También queremos reconocer las valiosas discusiones y materiales de referencia proporcionados por Symrise y Charles Cornwell de Australian Botanical Products. Esta investigación del AWRI, un miembro del Wine Innovation Cluster en Adelaida, Australia, fue financiada por los viticultores y productores de vino a través de su organismo de inversión el Grape and Wine Research and Development Corporation, y con la misma cantidad de fondos del gobierno australiano.

Bibliografía

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3. Wood C, Siebert TE, Parker M, Capone DL, Elsey GM, Pollnitz AP, Eggers M, Meier M, Vossing T, Widder S, Krammer G, Sefton MA, Herderich MJ: J. Agric. Food Chem 2008; 56: 3738–44.
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[15.01.13]