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CIENCIA Y TECNOLOGÍA OTROS ARTÍCULOS CIENTÍFICOS  

Sistemas de microoxigenación en bodega

María del Álamo Sanza, Luis Miguel Cárcel, Raúl Crespo e Ignacio Nevares
Grupo UVaMOX-Universidad de Valladolid
Palencia
www.uvamox.com

El proceso de microoxigenación (MOX o microOx) consiste en la adición de pequeñas cantidades de oxígeno al vino mediante dosificaciones expresadas en mg/L o mL/L por mes, se denomina macrooxigenación cuando la dosificación se realiza por día y nanooxigenación cuando es por año. La tecnología para la adición de oxígeno al vino la describió por primera vez, a principios de los años 1990, Patrick Ducournau, quien presentó los efectos positivos de la microoxigenación en vinos de alta tanicidad elaborados con la variedad tannat en la región Madiran. El desarrollo continuo de equipos de dosificación de oxígeno ha permitido el empleo de la microoxigenación en diferentes momentos del proceso de elaboración de vinos, desde fermentación hasta conservación.

Los sistemas de adición de oxígeno se pueden clasificar en sistemas de microoxigenación activos y sistemas de microoxigenación pasivos.

 

Sistemas de microoxigenación activos

Estos sistemas de microoxigenación inyectan al vino cantidades concretas de oxígeno a presión controlada (fig. 1) y pueden ser volumétricos o másicos. El sistema volumétrico está formado por una primera cámara de dosificación en la que el volumen de oxígeno es ajustable (se alimenta de una botella de oxígeno) y una segunda cámara llamada cámara de expansión que transfiere el oxígeno al difusor de cerámica con un punto de burbuja de 300 hPa. El número de secuencias de inyección es ajustable por el programador y determina la cantidad de oxígeno inyectado (cm3) por litro de vino y por mes. El volumen de gas inyectado está en función de la diferencia de presión entre las dos cámaras, que debe ser constante para garantizar un flujo estable de oxígeno hacia el vino.1,2

 

Figura 1. Esquema de un microoxigenador volumétrico

 

El control del proceso de microoxigenación tiene como objetivo asegurar que todo el oxígeno dosificado sea disuelto en el vino antes de llegar a la superficie. Además, se deben controlar factores como la temperatura del vino, la posición del difusor, el tamaño de las burbujas y la presencia de otros gases en el vino (CO2) que pueden influir en la distribución del oxígeno dosificado haciendo que no sea uniforme o igual para todos los vinos.3,4

El control de la temperatura es esencial en un tratamiento de microoxigenación, lo correcto es trabajar entre 15 y 20°C, con temperatura mínima de 12-13°C y máxima de 24°C.5 A baja temperatura aumenta la solubilidad del oxígeno en el vino, su consumo se ralentiza y existe el riesgo de acumulación de oxígeno disuelto en el vino. Esta acumulación provocaría reacciones de oxidación si posteriormente se produce un aumento de la temperatura. Por el contrario, a altas temperaturas la solubilidad del oxígeno en el vino es menor y su disolución es más lenta que su consumo del oxígeno; en este caso las reacciones son extremadamente rápidas y pueden conducir de nuevo a la oxidación. Además, la temperatura también influye en el mecanismo de dosificación.6

Considerando la ley de los gases ideales y una temperatura de trabajo de 15ºC (288,15 K) el efecto de la variación de la temperatura (con respecto a 15ºC, ΔT) en la dosificación del oxígeno se puede calcular con la ecuación 1. A temperaturas inferiores a 15ºC se producirá un exceso de dosis y a temperaturas superiores la dosis será menor, aunque el efecto real es menor a altas temperaturas debido al efecto refrigeración que produce la expansión del oxígeno en la cámara dosificadora y por la dilatación del tubo que hace de cámara dosificadora.

Otros sistemas de MOX emplean una tecnología más sofisticada, en lugar de dosificar el oxígeno volumétricamente (que depende del ajuste fino de la presión), lo hacen másicamente. Es decir que dosifican en mg/L.mes (no en mL/L.mes), para ello utilizan microelectrónica inteligente que, con cálculos avanzados basados en la ley de los gases ideales, considerando la presión de inyección del gas y la presión hidrostática de la cerámica por la altura de vino, así como las condiciones ambientales y considerando todas estas variables calculan los correspondientes mg/L.mes.

Una característica común en la MOX activa es el empleo de un único difusor en el depósito, independientemente del volumen de vino a tratar. El volumen de vino y, por tanto, el tamaño del depósito influirán tanto en el caudal de oxígeno a dosificar (para una determinada dosis de consigna), como en las condiciones en las que se ha de inyectar el oxígeno. La altura de vino por encima del difusor condiciona el proceso tanto por presión hidrostática del difusor y la distancia a recorrer por las microburbujas, como por la velocidad de ascenso de las burbujas que dependerá de su tamaño y determinará el tiempo disponible para que el oxígeno se disuelva en el vino. Es imprescindible que el oxígeno dosificado se disuelva en el vino durante su ascenso desde el punto de inyección (cerámica) (fig. 1).

Los ensayos preliminares del sistema de Laplace y Durcournau1 demostraron la necesidad de que la columna de vino recorrida por las microburbujas del oxígeno dosificado fuese de al menos 2,5 m de altura. Muchos autores destacan que con una altura de 2,2 m es suficiente para garantizar la disolución de las dosis habituales en microoxigenación,7 ya que no han observado problemas de oxidación en el vino. En los trabajos realizados por el grupo UVaMOX se comprobó que con dosis de hasta 5 mL/L.mes, una altura de la columna de líquido de 2 m era suficiente para garantizar la disolución completa del oxígeno.8

Se estima que la mayoría de los difusores de MOX para tamaños de poro de entre 1 y 10 μm producen micro-burbujas de entre 310 y 668 μm, que ascienden a una velocidad entre 0,25 y 0,28 m/s.2 El diámetro de la burbuja cambiará a medida que asciende por el penacho por los efectos combinados de la presión hidrostática, la desorción de oxígeno y la absorción de CO2, y vapores de agua y etanol.9

La existencia de un cono de distribución del oxígeno inyectado por los difusores de MOX, es un fenómeno descrito por varios autores, ya que la falta de homogeneidad del vino favorece la formación de gradientes de concentración de oxígeno disuelto dentro del vino, provocando modificaciones en la composición del vino en función de la proximidad al cono.2 Los trabajos de modelización también han predicho la existencia de gradientes de distribución de oxígeno e indican que el uso de un punto de inyección no es el sistema más efectivo de incorporación de oxígeno en un depósito.8

Los trabajos realizados hasta el año 2010 por nuestro grupo sobre la medida con sistemas optoluminiscentes de la distribución del oxígeno dosificado en depósitos de vino, pusieron de manifiesto la existencia de importantes gradientes de oxígeno disuelto, que podían ser de hasta 1 mg/L (fig. 2) y que el uso de minibombas sumergibles, para la homogenización del vino, garantizaban que la distribución de oxígeno fuese homogénea.10

 

Figura 2. Distribución del oxígeno disuelto en un depósito durante un proceso de microoxigenación.10

 

El control del proceso de microoxigenación mediante análisis sensorial del vino puede dar lugar a sobredosificación de oxígeno, ya que se detectan los productos de la oxidación.2 El seguimiento mediante análisis sensorial debe acompañarse del análisis de otros parámetros químicos como el oxígeno disuelto, SO2 molecular, acetaldehído, turbidez y temperatura del vino para evitar problemas de exceso de oxígeno.11 Como se ha indicado anteriormente, la falta de homogeneidad en la distribución del OD hace que, dependiendo de la posición del muestreo, obtengamos resultados diferentes.8,12 En esta línea, nuestro grupo UVaMOX propuso el uso de la tecnología luminiscente para la medida en línea del oxígeno disuelto del vino, como sistema objetivo de seguimiento de la microoxigenación.

Una alternativa natural a la inyección de oxígeno es la incorporación de aire en forma de aireación mediante inyectores con efecto Venturi. En este caso pequeñas cantidades de aire (con casi un 21% de oxígeno) son adicionadas periódicamente al vino mientras se recircula: los resultados preliminares hacen pensar que puede ser una técnica alternativa a la MOX.13

 

Sistemas de microoxigenación pasivos

Los sistemas considerados pasivos son aquellos que utilizan como fuente de oxígeno el aire atmosférico en lugar de un gas a presión (oxígeno o aire). Además, la incorporación de pequeñas cantidades de oxígeno al vino se basa en la ley de Fick, mientras que la microoxigenación activa está regida por la ley de Darcy. Dentro de estos sistemas que consideramos pasivos existen dos desarrollos tecnológicos claramente diferentes. El primero de ellos sustituye la cerámica porosa de los sistemas de microoxigenación activa por un material permeable al oxígeno que se introduce en el depósito con el vino a microoxigenar. El segundo se basa en el uso de depósitos construidos de un material con una permeabilidad al oxígeno conocida. Es decir que, en lugar de disponer de un sistema que inyecta puntualmente oxígeno gaseoso en un depósito, es el propio depósito el que se convierte en el sistema dosificador de oxígeno molecular por difusión.

«Hay un sistema de oxigenación complementario para las barricas, basado en la difusión de oxígeno molecular del aire a través de tubos fabricados con polímeros semipermeables (...), cuya principal ventaja es la desaparición de las microburbujas características de los sistemas de MOX activa por inyección.»  
 

El primer enfoque de los sistemas pasivos viene a satisfacer las demandas de algunos enólogos que han destacado la necesidad de reutilizar barricas viejas o de dotar a sus barricas nuevas de una tasa de transferencia de oxígeno (TTO) superior. No es posible utilizar los sistemas de MOX activos debido al volumen de las barricas y al costo derivado que su aplicación pudiera tener. Así, los australianos Kelly y Wollan14 realizaron una aproximación teórica de la madera de las duelas de una barrica como si se tratase de una membrana semipermeable y establecieron en 2,5 mL/L.mes la dosis que, como máximo, podría dosificar una barrica nueva, muy por debajo de las necesidades de oxígeno de algunos vinos. Con el fin de resolver la necesidad que tienen algunos vinos de recibir dosis de 2 a 8 mL de oxígeno por litro y mes desarrollaron un sistema de oxigenación complementario para las barricas, basado en la difusión de oxígeno molecular del aire a través de tubos fabricados con polímeros semipermeables. La principal ventaja de este sistema de dosificación, que se basa en la ley de Fick como lo hace la madera de roble,15-17 es la desaparición de las microburbujas características de los sistemas de MOX activa por inyección y por ello los requerimientos de diseño para asegurar la disolución del oxígeno.

La tasa de gas que permea por una membrana depende de las características de la membrana, su espesor y la superficie disponible. Así pues, propusieron el uso de tubos de poli-dimetilsiloxano (silicona) y desarrollaron un sistema denominado (barrel)mateTM que no es más que un ventilador que renueva automáticamente y de forma programada el aire contenido en los tubos de silicona. Estos tubos tienen una longitud y espesor precisos para lograr las dosificaciones requeridas al ser introducidos en la barrica (fig. 3).12

 

Figura 3. Sistema de microoxigenación pasiva en barricas.

 

Este mismo principio se propone para aplicarlo en depósitos existentes en bodega utilizando tubos más largos e incluso sistemas de agitación sumergibles para lograr una buena homogenización del oxígeno dosificado.12 Con esta misma idea existen en el mercado depósitos diseñados para usar el aire atmosférico, se trata de depósitos de polietileno que cuentan con un tubo de difusión de dimetil-silicona que trabaja con aire a la presión atmosférica. La gran ventaja de estos sistemas reside en la capacidad de, modificando la longitud y características de los tubos, conseguir diferentes dosis de oxigenación (desde 0 a 50 ml/L.año).18

Nuestro grupo ha trabajado en la caracterización de estos tubos de poli-dimetilsiloxano (silicona) mediante un ensayo realizado por sextuplicado en depósitos de 80 litros de acero inoxidable para la evaluación del efecto de diferentes longitudes de tubo. Los resultados se muestran en la figura 4 y ponen de manifiesto la relación directa entre la tasa de transferencia de oxígeno y la longitud del tubo.

 

Figura 4. a) Evolución del oxígeno disuelto en depósitos de 80 litros para diferentes longitudes de tubo y vino modelo; b) relación de la TTO con la longitud del tubo, utilizada para fijar la dosis de MOX.

 

El principal inconveniente de estos sistemas es la falta de renovación del aire dentro del tubo. Así, en la primera versión de estos depósitos se observó una acumulación de dióxido de carbono que evitaba que el diferencial de concentración de oxígeno entre el vino y el gas dentro del tubo fuese el habitual que tendría con el aire atmosférico. De esta manera la dosificación de oxígeno bajaba rápidamente en los primeros días de uso, ya que el tubo no trabajaba en las condiciones en las que se determinó su permeabilidad nominal. En los trabajos realizados en 2012 por UVaMOX, en colaboración con el fabricante (RedOakerTM), para la caracterización de las prestaciones del sistema, se puso de manifiesto este problema y se propusieron varias soluciones entre las que destaca la realización de una segunda conexión del tubo que elimine el problema de la acumulación de CO2 y facilite la renovación del aire en el interior del tubo.19 En la figura 5 se puede observar la variación de la TTO cuando se pasa de estar conectado por un lado (A) a por dos lados abiertos (B) del tubo de silicona, la tasa de trasferencia es prácticamente cuatro veces mayor (2,4±0,1 à 9,2±0,4 mg/L.año).

 

Figura 5. Análisis de la TTO de un depósito de 1000L con tubo permeable cuando se evita la acumulación de CO2 en su interior con una segunda conexión.

 

Estos sistemas utilizan el oxígeno atmosférico al igual que la barrica y lo incorporan por difusión al vino como sucede en la madera. Sin embargo, el aporte es distinto ya que se realiza en la superficie del tubo y es función de su longitud y diámetro característicos de cada tipo de tubo, mientras que en el caso de la barrica la relación superficie de difusión/volumen de vino es mayor (2,01m2/225L).

El segundo planteamiento tecnológico para realizar una microoxigenación pasiva es el diseño y construcción de un recipiente cuyas paredes estén construidas con un material permeable al oxígeno. Así, Flextank PTY LTD desarrolló en Australia un sistema basado en depósitos de HPDE (High Density Polyethylene) permeables al oxígeno.20 En comparación con otros sistemas de MOX tiene una clara diferencia ya que trabajan con una dosis fija, es decir están sujetos al volumen de vino que contienen y a la TTO que permea por las paredes de un espesor determinado, de forma similar a la que se produce en las barricas.

En los trabajos realizados por UVaMOX se analizó el comportamiento de la primera versión de depósitos de 190L de HDPE y se observó una distribución asimétrica del oxígeno disuelto dentro de los depósitos de HDPE, con regiones próximas a la tapa y a las paredes con mayor contenido en oxigeno que el centro de los depósitos. La tasa de entrada de oxígeno se estimó en 21,71 mg/L al año, una tasa constante y más elevada que la habitual en barricas (entre 8 y 15 mg/L y año).21

. . «Existe una tasa dinámica de oxigenación de las barricas y esta disminuye con el tiempo de contacto madera-vino por efecto de la impregnación de la madera.»  
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La tasa de oxigenación de las barricas disminuye con el tiempo de contacto madera-vino por efecto de la impregnación de la madera, por lo que es necesario hablar de una tasa dinámica de oxigenación de las barricas.22 Este efecto de disminución de la TTO que se produce de forma natural en las barricas se puede conseguir en los sistemas de MOX pasivos mediante la adición controlada de productos alternativos de roble (astillas, tablones...). Se debe tener en cuenta que cuando se añaden productos alternativos, estos tienen aire atrapado en la porosidad de la madera que se liberará rápidamente al principio del contacto con vino, incrementando de forma considerable la TTO del conjunto depósito-alternativos.

Finalmente indicar la existencia de otros materiales naturales con los que se pueden hacer depósitos que también permiten la microoxigenación del vino. Entre estos materiales destaca la cerámica (gres) y hormigón de granulometría determinada, lo que en teoría permitiría construir depósitos con una porosidad conocida y por ello de la TTO conocida. Sin embargo, ningún fabricante detalla las tasas de trasferencia de oxígeno de sus depósitos y pocos productos se ofrecen como una alternativa a las barricas.

Los resultados obtenidos por el grupo UVaMOX centrados en la caracterización de recipientes fabricados con este tipo de materiales indican que presentan tasas de oxigenación próximas a las de las barricas de roble empleadas habitualmente para el envejecimiento de vinos. Concretamente las medidas de la tasa de transferencia de oxígeno de depósitos de 248 L, durante el proceso de envejecimiento, indican una tasa media de 12,5 mg/L. año, muy semejante a las tasas encontradas en las barricas de 225 L de roble americano y roble francés (8-12 mg/L.año).

En definitiva, los sistemas de microoxigenación de vinos que nos encontramos en el mercado son variados y cada uno de ellos presenta unas características distintas, siendo lo más importante gestionar adecuadamente su empleo para adicionar al vino exclusivamente el oxígeno que necesita y por tanto la medida del oxígeno disuelto es una herramienta poderosa que nos permitiría controlar el proceso.

 

Agradecimientos

Este trabajo se ha financiado con fondos FEDER, Junta de Castilla y León (VA124U14, VA028U16) y MINECO (AGL2014-54602P).

 

Bibliografía

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