(Este artículo resume la conferencia del mismo título que el autor presentó en el Congreso GIENOL 2022.)
Introducción
La Homogeneización a Ultra Alta Presión (Ultra High Pressure Homogenization, UHPH) es una tecnología de presurización continua que, trabajando a presiones superiores a 200 MPa, produce efectos mecánicos muy intensos durante tiempos muy cortos (< 0,2 s). En el paso de válvula, las partículas de fluido se ven sometidas a intensas fuerzas de impacto, esfuerzos cortantes y otros efectos que afectan a la naturaleza de los microorganismos, partículas coloidales y biopolímeros. La UHPH dependiendo de la temperatura que se alcance en válvula puede pasterizar o esterilizar, inactivar enzimas y producir fenómenos de nanofragmentación y nanorecubrimiento. Las aplicaciones en enología permiten eliminar enzimas oxidativas (PPO), eliminar levaduras, bacterias e incluso esporas dependiendo de la temperatura, todo ello con mínimo daño térmico. La pasterización/esterilización favorece la aplicación de biotecnologías emergentes como la utilización de levaduras no-Saccharomyces y coinoculaciones levadura-bacteria. Además, la eliminación de microorganismos junto con la inactivación de PPO permite la elaboración de vinos sin SO2.
Uno de los condicionantes de la UHPH es que solo puede procesar líquidos. Así, para inactivar microorganismos sobre uva fresca, como en la elaboración de tintos, hay que utilizar otras tecnologías. Una buena opción es la Luz Pulsada (Pulsed Light, PL). Esta tecnología fotónica supone la utilización de luz blanca de alta intensidad (10e6 veces la intensidad de la luz del sol a nivel del mar) y de amplio espectro (180-2500 nm), que se aplica como destellos en tiempos muy cortos, disipando una alta energía. Los pulsos son suficientemente intensos como para producir la eliminación de microorganismos en la superficie de la uva permitiendo, además, la utilización de nuevas biotecnologías de fermentación y procesos microbiológicos más seguros en la elaboración de vinos.
Técnicas
Las técnicas emergentes no térmicas se están convirtiendo en herramientas innovadoras para el procesado de alimentos. Permiten el control de microorganismos, en algunos casos incluso llegando a la esterilización, así como acelerar fenómenos de transferencia de masa, mejorando muchos procesos incluyendo la extracción.
En el presente trabajo, resumen de la conferencia del mismo título, se describen las aplicaciones enológicas de las tecnologías de Homogeneización a Ultra Alta Presión (UHPH) y Luz Pulsada (PL), ambas con un gran potencial antimicrobiano (Morata y Guamis, 2020; Santamera et al., 2020), que en el caso de la UHPH puede permitir incluso esterilización, control enzimático y nanoestructuración coloidal.
La UHPH supone el bombeo continuo a ultra alta presión (> 200 MPa) de un alimento hasta despresurización a presión atmosférica o superior, a través de una válvula especial (Morata y Guamis, 2020). Este proceso supone un efecto de impacto elevadísimo, junto con intensos esfuerzos cortantes que producen la nanofragmentacion de las partículas a tamaños de 500 nm o inferiores, incluidos microorganismos (Vaquero et al., 2022). El paso por válvula implica una elevación de la temperatura, que puede ser potenciado o controlado mediante intercambiadores de calor (Morata y Guamis, 2020). El proceso es muy delicado y garante con la calidad sensorial, con tiempos de residencia en válvula muy bajos inferiores a 0,2 segundos (Loira et al., 2018; Morata y Guamis, 2020). La expansión post válvula produce una importante reducción de la temperatura, devolviéndola en muchos casos a temperatura ambiente en un proceso ultra rápido (Fig. 1). La presión más efectiva es de unos 300 MPa, que en los nuevos equipos se puede mantener estable con una variabilidad de 1 MPa.
La Luz Pulsada es una tecnología óptica no térmica que utiliza luz blanca policromática de 200 a 2500 nm incluyendo ultravioleta, UV, visible e infrarroja, IR (Santamera et al., 2020). Aplica pulsos de alta intensidad durante períodos muy cortos (milisegundos) que suponen energías del orden de MW. Su efecto térmico es mínimo incluso cuando se aplica un elevado número de destellos (Figuras 2A y 2B)
Esta alta energía aplicada en tiempos ultra cortos, tiene un intenso efecto antimicrobiano que afecta incluso a formas de resistencia como esporas. Además es muy delicada con moléculas lábiles con repercusión sensorial
https://doi.org/10.3390/antiox10121863
Actualmente se estudian sus posibilidades en el control de algunas actividades enzimáticas, aunque su efecto no es tan significativo como en el caso de la UHPH. No modifica la capacidad antioxidante. La LP se puede aplicar de forma continua en el procesado de la uva, ubicando las lámparas de destellos en una mesa de selección de granos de uva, después del despalillado y previamente al estrujado y bombeo a depósito.
Resultados
UHPH es por tanto una tecnología UHP/UST que permite un procesado muy delicado de los alimentos. En el tratamiento de mostos hemos observado la ausencia de marcadores térmicos como el hidroximetil furfural (HMF) (Loira et al., 2018), con preservación de moléculas termosensibles y de alto impacto en la calidad sensorial, como: terpenos (Bañuelos et al., 2020) y antocianos (Vaquero et al., 2022). Este efecto delicado sobre los componentes termolábiles del mosto se acompaña de una intensa inactivación de enzimas oxidativas (PPO) (Bañuelos et al., 2020) y una elevada capacidad antioxidante (Bañuelos et al., 2020; Vaquero et al., 2022). Los mostos procesados por UHPH tienen una elevada capacidad para mantenerse sin pardeamientos en ausencia de SO2 (Bañuelos et al., 2020). Es además una tecnología fácilmente aplicable a nivel industrial, por ser un procesado continuo y fácilmente escalable (Morata y Guamis, 2020).
La nanofragmentación que produce la UHPH permite una mejor estabilidad coloidal, protección del color, y liberación de nutrientes de los restos de células vegetales. Lo que dependiendo del grado de desfangado pueden aumentar el nitrógeno fácilmente asimilable (Loira et al., 2018). Estos contenidos nitrogenados más apropiados, pueden tener efecto en el control de paradas de fermentación y en la producción de ésteres florales y frutales fermentativos (Loira et al., 2018).
La LP permite un intenso control de la microbiota de la piel de la uva, reduciendo de forma significativa los contenidos de levaduras y bacterias (Escott et al., 2017; Escott et al., 2021). Esto favorece la aplicación posterior de biotecnologías de fermentación emergentes como el uso de levaduras no-Saccharomyces, cuya implantación se mejora en uvas procesadas por LP (Escott et al., 2021). El efecto es una mejor expresión del metaboloma de las levaduras no-Saccharomyces utilizadas, con impacto en el perfil sensorial, y también una expresión más efectiva de actividades enzimáticas.
Por otra parte, el control de la microbiota permite la elaboración de vinos en condiciones más higiénicas minimizando el uso de sulfitos. Lo cual puede ser especialmente interesante en zonas cálidas con elevados pH de la uva.
Conclusiones
Con respecto a UHPH: capacidad de pasterización/esterilización de mostos, con control de enzimas oxidativas y preservación de la capacidad antioxidante. Nanofragmentación coloidal y estabilización de la estructura. Preservación de moléculas termolábiles con impacto sensorial. Permite la implantación de nuevas biotecnologías de fermentación como el uso de levaduras no-Saccharomyces y coinoculaciones levadura-bacteria en condiciones seguras. Favorece la reducción del SO2 en enología.
La LP permite la sanitización superficial de la uva, eliminando microorganismos indígenas, y por tanto, facilitando también la implantación y uso de nuevas biotecnologías de fermentación. Es una tecnología delicada con la uva, que no afecta a moléculas sensibles como aromas y pigmentos. Además, permite la reducción de los niveles de SO2.
Agradecimientos
Al equipo enotecUPM y al resto de grupos de I+D que han participado en los diferentes trabajos. Al profesor Buenaventura Guamis de la UAM y a Ypsicon por permitirnos desarrollar con ellos aplicaciones UHPH en el sector enológico.
Bibliografía
Bañuelos, M.A.; Loira, I.; Guamis,B.; Escott, C.; del Fresno, J.M.; Codina-Torrella, I.; Quevedo, J.M.; Gervilla, R.; Rodríguez Chavarría, J.M.; De Lamo, S.; Ferrer-Gallego, R.; Álvarez, R.; González, C.; Suárez-Lepe, J.A.; Morata, A. :“White wine processing by UHPH without SO2. Elimination of microbial populations and effect in oxidative enzymes, colloidal stability and sensory quality”. Food Chemistry, 332, 2020, 127417. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127417
Escott, C., Loira, I., Morata, A. Pulsed Light for Grape and Wine Processing. Series: Methods and Protocols in Food Science, In Book: Emerging Food Processing Technologies. Springer Protocols, 2022. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-2136-3_9
Escott, C., López, C., Loira, I., González, C., Bañuelos, M.A., Tesfaye, W., Suárez-Lepe, J.A., Morata, A.: “Improvement of Must Fermentation from Late Harvest cv. Tempranillo Grapes Treated with Pulsed Light”. Foods 2021, 10, 1416. https://doi.org/10.3390/foods10061416
Escott, C., Vaquero, C., Del Fresno, J.M., Bañuelos, M.A., Loira, I., Han, S., Bi, Y., Morata, A., Suárez-Lepe, J.A.: “Pulsed light effect in red grape quality and fermentation”. Food Bioprocess. Technol. 2017, 10, 1540–1547. https://doi.org/10.1007/s11947-017-1921-4
Loira, I., Morata, A., Bañuelos, M.A., Puig-Pujol, A., Guamis, B., González, C., Suárez-Lepe, J.A.: “Use of Ultra-High Pressure Homogenization processing in winemaking: Control of microbial populations in grape musts and effects in sensory quality”. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2028, 50, 50-56. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2018.10.005
Morata, A., Buenaventura, G.: “ Use of UHPH to Obtain Juices With Better Nutritional Quality and Healthier Wines With Low Levels of SO2”. Frontiers in Nutrition, 2020, 7. https://doi.org/10.3389/fnut.2020.598286
Morata, A., Escott, C., Loira, I., López, C., Palomero, F., González, C.: “Emerging Non-Thermal Technologies for the Extraction of Grape Anthocyanins”. Antioxidants 2021, 10, 1863. https://doi.org/10.3390/antiox10121863
Santamera, A.; Escott, C.; Loira, I.; Del Fresno, J.M.; González, C.; Morata, A. “ “Pulsed Light: Challenges of a Non-Thermal Sanitation Technology in the Winemaking Industry”. Beverages 2020, 6, 45. https://doi.org/10.3390/beverages6030045
Vaquero, C., Escott, C., Loira, I., Guamis, B., Del Fresno, J.M., Quevedo, J.M., Gervilla, R., de Lamo, S., Ferrer-Gallego, R., González, C., Bañuelos, M.A., Suárez-Lepe, J.A., Morata, A.: “Cabernet Sauvignon Red Must Processing by UHPH to Produce Wine Without SO2: the Colloidal Structure, Microbial and Oxidation Control, Colour Protection and Sensory Quality of the Wine”. Food Bioprocess Technol 2022, 15, 620–634. https://doi.org/10.1007/s11947-022-02766-8
