Revalorización de los subproductos enológicos

- 1 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Trabajo Fin de Máster Universitario Tecnología e Industria Alimentaria REVALORIZACIÓN DE LOS SUBPRODUCTOS ENOLÓGICOS Roberto Castillo Orellana Tutoras: María Dolores Hernanz Vila y María José Jara Palacios. Departamento de Química Analítica. Facultad de Farmacia. Universidad de Sevilla Sevilla, 4 de Julio de 2023 - 2 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior MARÍA DOLORES HERNANZ VILA, Profesora Titular del Departamento de Química Analítica y MARÍA JOSÉ JARA PALACIOS, Profesora Ayudante Doctora del Departamento de Química Analítica de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Sevilla, INFORMAN, que el presente trabajo titulado Revalorización de los subproductos enológicos ha sido realizado, bajo nuestra tutorización y asesoramiento, durante el curso académico 2022/2023, constituyendo la memoria que presenta el Gdo. ROBERTO CASTILLO ORELLANA como Trabajo Fin de Máster del Máster Universitario en Tecnología e Industria Alimentaria, y que cumple los requisitos necesarios para ser presentado como Trabajo Fin de Máster. Y para que conste, a los efectos oportunos, se expide el presente informe en Sevilla, a 4 de Julio de 2023. - 3 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Título: Revalorización de los subproductos enológicos Autor: Roberto Castillo Orellana Tutoras: María Dolores Hernanz Vila y María José Jara Palacios. RESUMEN A lo largo del proceso de elaboración del vino se generan grandes cantidades de residuos que, debido a su composición química, constituyen un punto de interés en la industria vitivinícola por los diversos beneficios que pueden aportar. La posibilidad de que estos residuos puedan ser utilizados en nuevos procesos hace que sean considerados subproductos y que se reduzca la contaminación que supondría su eliminación. La utilización de los subproductos de vinificación en el propio proceso de vinificación puede mejorar la calidad del vino. PALABRAS CLAVE Subproductos enológicos, revalorización, orujos, hollejos, semillas, raspones, lías, barricas de roble. ABSTRACT Throughout the winemaking process, large quantities of residues are generated which, due to their chemical composition, constitute a point of interest in the wine industry due to the various benefits they can provide. The possibility that these wastes can be used in new processes means that they are considered by-products and the pollution that their elimination would entail is reduced. The use of winemaking by-products in the winemaking process itself can improve wine quality. KEYWORDS Oenological by-products, revalorization, pomace, skins, seeds, stems, lees, oak barrels. - 4 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior ÍNDICE 1. RESUMEN……………………………………………………………………………... 5 2. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………… 6 2.1 Vinificación en tinto .......................................................................... 9 2.2 Vinificación en blanco ..................................................................... 10 2.3 Clasificación y composición química de los subproductos vitivinícolas……………………………………………………………………………. 11 3. OBJETIVOS…………………………………………………………………………..15 4. METODOLOGÍA………………………………………………...…………………... 16 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN…………………………………………………….. 17 5.1 Adición de subproductos enológicos en la vinificación como alternativa al anhidrido sulfuroso ................................................................. 17 5.1.1 Adición de extractos de raspones de uvas ...................................... 18 5.1.2 Adición de extractos de semillas y raspones en combinación con plata coloidal........................................................................................................... 21 5.2 Adición de orujos para mejorar la calidad del vino .......................... 23 5.2.1 Adición de extractos de orujos de uva blanca pasificada.................. 24 5.2.2 Adición de hollejos y semillas de uva blanca ................................... 29 5.3 Adición de virutas de barrica para mejorar la calidad del vino ........ 31 5.3.1 Adición de virutas de roble al vino. ................................................. 32 5.3.2 Adición de extractos de madera de roble a la vid ............................ 34 5.4 Revalorización de lías ...................................................................... 37 6. CONCLUSIONES……………………………………………………………………. 42 7. BIBLIOGRAFÍA..…………………………………………………………………… 43 - 5 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 1. RESUMEN El vino es el producto resultante de la fermentación alcohólica total o parcial de uvas frescas o mosto de Vitis vinifera. A lo largo del proceso de elaboración del vino se generan grandes cantidades de residuos que, debido a su composición química, constituyen un punto de interés en la industria vitivinícola por los diversos beneficios que pueden aportar. La posibilidad de que estos residuos puedan ser utilizados en nuevos procesos hace que sean considerados subproductos y que se reduzca la contaminación que supondría su eliminación. La utilización de los subproductos de vinificación en el propio proceso de vinificación puede mejorar la calidad del vino. En este trabajo de revisión bibliográfica se ha revisado principalmente el efecto que supone la adición de diferentes tipos de subproductos durante la elaboración del vino, y sus posibles usos en otras industrias. La variabilidad de los subproductos y la diferencia en la obtención de los mismos en las diferentes etapas de vinificación hace que tengan diferente composición. Distintas acciones como la adición de raspones y orujos durante la vinificación como alternativa al uso de anhídrido sulfuroso, la adición de orujos o virutas de roble para mejorar la calidad del vino, o el uso de lías para mejorar productos de diferentes industrias, son ejemplos de revalorización de los subproductos enológicos. Palabras clave: subproductos enológicos, revalorización, orujos, hollejos, semillas, raspones, lías, barricas de roble. - 6 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 2. INTRODUCCIÓN En la industria vitivinícola se generan gran cantidad de residuos procedentes de la vinificación como los orujos, lías, lodos de aguas residuales, hojas y sarmientos de la vid, e incluso la madera de las barricas. Es importante la eliminación efectiva e inocua de estos residuos para evitar riesgos medioambientales, así como la búsqueda de alternativas de uso para su revalorización. La gestión sostenible de estos residuos es uno de los retos a los que se enfrentan las empresas del sector. Esta gestión sostenible suele estar dificultada por la alta carga orgánica, que complica su degradación biológica (Jara-Palacios et al., 2014). En la mayoría de los casos, la eliminación más frecuente de residuos como los sarmientos o los rapones es la incineración, la extensión en la tierra o la alimentación animal (Spigno et al., 2020). Algunos de los residuos generados en el proceso de producción de la industria alimentaria se utilizan como subproducto. Para considerarlo como un subproducto, la ley 7/2022 de 8 de abril de residuos y suelos contaminados para una economía circular (BOE-A-2022-5809) define las normas de seguridad alimentaria que debe tener para su clasificación como subproducto. Siendo el primer criterio de consideración el que se tenga la seguridad de que va a ser utilizado posteriormente. Por este motivo, algunos de los residuos generados en el proceso de vinificación se utilizan como subproducto, siendo la base de la economía circular que promueve la optimización y la obtención de nuevas materias primas. En la actualidad este concepto ha provocado un cambio de mentalidad, dando lugar a un incremento exponencial de estudios enfocados en las posibles aplicaciones (Figura 1). - 7 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Figura 1: Número de publicaciones relacionadas con ``revalorización de subproductos´´ entre 1974-2019 (De Iseppi et al., 2020). Durante la vinificación se generan diferentes tipos de subproductos como son el raspón, los orujos de la uva y las lías (Figura 2). La aplicación de éstos durante la elaboración puede mejorar las características sensoriales o la estabilidad del vino. - 8 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Figura 2: Subproductos y residuos generados durante la elaboración del vino (Barba et al., 2016). Se pueden elaborar diferentes tipos de vinos, dependiendo del tipo de uva y del proceso de vinificación. La diferenciación de las distintas variedades de uva de Vitis vinífera L. en tintas y blancas establece la primera clasificación general del vino en esos dos grandes grupos, según sean elaborados a partir de cada una de - 9 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior ellas. El proceso de vinificación también varía según el tipo de vino a producir. En la vinificación de vino blanco, la fermentación del mosto de uva blanca se produce en ausencia de las partes sólidas mientras que, en la elaboración del vino tinto, el mosto de la uva tinta es macerado con los hollejos durante la fermentación alcohólica (Jara-Palacios, 2014). 2.1 Vinificación en tinto La primera etapa en la elaboración del vino tinto es el despalillado. El despalillado consiste en separar la uva del raspón y de restos vegetales que puedan acompañar al racimo. La parte eliminada supone entre un 3 % y un 5% en peso de la uva procesada. Esta etapa proporciona importantes ventajas en la producción de vinos, como son la reducción del volumen de encubado, la mejora gustativa, el aumento de color y un leve aumento en el grado alcohólico. El aumento del grado alcohólico es debido al contenido en agua del raspón. Después del despalillado le sigue la etapa del estrujado, que tiene como objetivo la liberación del mosto. La etapa de maceración prefermentativa consiste en la maceración del mosto con los hollejos y pepitas obtenidos tras el estrujado. De esta manera se confiere más color y aroma al mosto. Después de un tiempo de maceración del mosto con las partes sólidas de la uva, comienza la fermentación alcohólica. Durante la fermentación alcohólica las levaduras, que pueden ser seleccionadas o naturales, transforman los azúcares presentes en el mosto en alcohol. Tras el proceso, las levaduras mueren y dan lugar a un sedimento que forma parte de lo que se conoce por lías. Las lías son residuos que se depositan en el fondo de los depósitos tras el proceso de fermentación, durante el almacenamiento del vino o después de tratamientos autorizados, así como después de la filtración o centrifugación. Están formadas, principalmente, por restos de levaduras, ácido tartárico, materia inorgánica y compuestos fenólicos (Jara-Palacios, 2019). - 16 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 4. METODOLOGÍA En este Trabajo Fin de Máster se ha realizado una revisión bibliográfica de documentos científicos (tanto artículos científicos originales como revisiones) centrados en la revalorización de los subproductos enológicos. Las palabras claves empleadas en esta búsqueda han sido: subproductos enológicos (wine byproducts), revalorización (revalorization), orujos (grape pomace), hollejos (grape skins), semillas (grape seeds), raspones (grape stalks), lías (lees), barricas de roble (oak barrel). Para llevar a cabo esta búsqueda se consultaron las siguientes bases de datos: ScienceDirect, Pubmed, Catálogo FAMA (Universidad de Sevilla), Wiley Online Library y Scopus. Incluyendo artículos, libros y obras de consulta. La búsqueda se limitó por fecha (2010-2023) y tema, y se seleccionaron de distintos idiomas (inglés, español y francés), utilizando para la traducción el diccionario Linguee (https://www.linguee.es/ingles-espanol). Se siguieron criterios de inclusión y exclusión. En primer lugar, se incluyeron los documentos que trataban de los subproductos enológicos, del efecto de su adición en la industria vitivinícola, de la extracción de compuestos que dotan a los subproductos de características de interés y de las aplicaciones que pueden tener en otras industrias. Esta primera etapa de búsqueda permitió definir las palabras clave para una siguiente búsqueda más exhaustiva. Con la información analizada, se agrupó la información obtenida para los diferentes apartados de los Resultados, sintetizando en los beneficios de la adición de los subproductos en las etapas de la vinificación, los subproductos como alternativa al aditivo SO2 y, por último, el aprovechamiento de dichos subproductos de uva en los distintos ámbitos. - 17 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.1 Adición de subproductos enológicos en la vinificación como alternativa al anhidrido sulfuroso Entre los principales retos en el campo de la vinificación está el encontrar alternativas para la sustitución o para reducir la concentración de anhídrido sulfuroso (SO2). El SO2 es uno de los conservantes más utilizados en la industria enológica debido principalmente a su potente actividad antioxidante, su efecto antimicrobiano y su influencia en la estabilidad del color. En los vinos evita el pardeamiento y, por tanto, cambios de color y pérdidas de calidad. Sin embargo, el uso de SO2 presenta algunos inconvenientes ya que, al ser un alérgeno, puede ocasionar efectos adversos sobre la salud, como son la aparición de sensibilidad, alteraciones en el metabolismo de la vitamina B1 o síntomas leves de dolores de cabeza en consumidores con deficiencia hepática (Nogueira et al., 2023). Hay estudios recientes que utilizan métodos físicos como las altas presiones, ultrasonidos o pulsos de campo magnético como alternativas al SO2. Otros se han enfocado en la adición de sustancias naturales con propiedades antimicrobianas y antioxidantes como son los extractos vegetales que contienen alta concentración de compuestos fenólicos, principalmente hidroxitirosol y taninos. Haciendo uso de subproductos enológicos como semillas y raspones se han conseguido de manera satisfactoria vinos blancos con una valoración sensorial similar a la de los vinos elaborados con SO2 (Marchante et al., 2019). Sin embargo, a pesar de que la mayoría de los sustitutos tienen efectos antimicrobianos y/o antioxidantes, ninguno es tan efectivo como el SO2. Así, en estos estudios los vinos elaborados sin SO2 presentaron una mayor facilidad para la oxidación. Por tanto, la adición de subproductos enológicos no sustituye el uso de SO2, pero sí puede ser una buena estrategia para conseguir que sea necesaria una menor concentración. - 18 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 5.1.1 Adición de extractos de raspones de uvas Los raspones son un subproducto de gran interés debido a su contenido en compuestos bioactivos, que están implicados en la prevención de enfermedades degenerativas como el cáncer, enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas, además de presentar propiedades antimicrobianas y antiinflamatorias (Quero et al., 2021; Tsao, 2010; Salehi et al., 2019). Nogueira et al (2023) estudian las propiedades fisicoquímicas de vinos tintos elaborados con la variedad de uva Tempranillo en los que el SO2 es sustituido por la adición de raspones de uvas Mazuelo. En el estudio elaboraron vinos con adición de raspón y SO2 y vinos control. Los raspones que emplearon fueron separados y secados en un horno a 25 ºC, para posteriormente ser molidos y tamizados. Para la extracción de los compuestos de interés de los raspones de uvas de Mazuelo siguieron la metodología propuesta por Esparza et al. (2021). Los raspones se maceraron en una mezcla de etanol/agua (1:1, v:v) a 40 ºC durante 24 h en agitación. Los diferentes tratamientos aplicados fueron: 1) control con 60 mg/L de SO2, 2) control libre de conservantes, 3) 200 mg/L de extracto de raspones , 4) una mezcla de 100 mg/L de extracto de raspones con dosis reducidas de SO2, y 5) 400 mg/L de extracto de raspones. El SO2 se añadió en forma de metabisulfito potásico (K2S2O5). En los vinos elaborados y antes del embotellado, se determinaron los parámetros enológicos generales y la capacidad antioxidante. Se determinaron espectrofotométricamente el contenido total de antocianos, fenoles y flavonoles. También se determinaron los fenoles individuales por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Además, se realizó un análisis sensorial con 11 panelistas expertos en un laboratorio acreditado en condiciones controladas, y los resultados fueron tratados estadísticamente. - 19 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Los resultados obtenidos en este estudio indicaron que la composición química de los raspones presentaba una fracción mayoritaria de lignina con un 32,84 %, seguido de la fracción celulósica con un 31,34 %. Otros constituyentes presentes en los raspones eran las proteínas, cenizas y grasas, con un 5,72 %, 1,85 % y 0,45 %, respectivamente. En el caso del extracto que adicionaron durante la elaboración, la lignina fue también la fracción más representativa con un 30,62 %, seguida de la celulosa con un 19,68 %, las cenizas con un 3,14 % y las proteínas con un 2,67%. No se detectaron ni hemicelulosa ni grasa. Entre los parámetros enológicos que determinaron está el contenido alcohólico, pH, azúcares reductores totales, la acidez volátil, el contenido fenólico total o la densidad óptica. Estos parámetros enológicos estuvieron dentro del rango óptimo esperado en los vinos, y no hubo resultados discrepantes entre los tratamientos. Lo que indica que el reemplazo por el SO2 no tuvo un impacto negativo en el valor de estos parámetros. En comparación con otras variedades, el extracto de raspón de Mazuelo presento una mayor capacidad antioxidante y un mayor contenido de fenoles y flavonoides totales (Esparza et al., 2021). Los vinos y los mostos son matrices complejas que deben sus propiedades antioxidantes a una combinación de compuestos bioactivos, principalmente los compuestos fenólicos. Por tanto, para determinar su actividad antioxidante es recomendable aplicar métodos con diferentes mecanismos de acción (Marchante et al., 2019). En el estudio llevado a cabo por Nogueira et al. (2023), la determinación de la capacidad antioxidante se realizó aplicando tres métodos espectrofotométricos con diferentes mecanismos de acción: métodos de captación de radicales (ensayos ABTS y DPPH) y método de reducción del poder antioxidante (FRAP). - 20 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior La capacidad antioxidante de los mostos fue baja probablemente porque los compuestos fenólicos, presentes en los hollejos y las semillas, tardan en ser extraídos y transferidos al mosto. La mayor capacidad antioxidante lo presentaron los vinos después de la fermentación alcohólica. A partir de esta etapa, la capacidad antioxidante de todos los vinos se mantuvo constante o disminuyó ligeramente, probablemente debido a las modificaciones químicas donde están implicados los compuestos fenólicos, como son las reacciones de oxidación (Garrido & Borges, 2013). En general, las muestras control mostraron los valores más altos de capacidad antioxidante al final del estudio, independientemente del método de medida utilizado. Esto podría deberse al efecto que tiene el SO2 de aumentar la difusión de los compuestos fenólicos de los hollejos al mosto (Giacosa et al., 2018; Jackson, 2000). Así, en los vinos control, el contenido fenólico y los antocianos totales presentaron una mayor concentración en la mitad de la fermentación alcohólica. Posteriormente, fue decreciendo, posiblemente por la absorción de los compuestos sólidos, la polimerización con taninos, precipitación o la degradación química (Ribérreau-Gayon et al., 2006). En el caso de los flavonoides totales, la concentración fue superior en la primera mitad de la fermentación alcohólica. Esto puede ocurrir ya que estos compuestos presentes en los hollejos son normalmente extraídos de la fase acuosa (Boulton et al., 1999; Ribérreau-Gayon et al., 2006). Posteriormente hay un pequeño descenso de los flavonoides totales seguido de un aumento al final de la fermentación alcohólica. Con respecto a los resultados obtenidos en el análisis sensorial, no tuvieron diferencias destacables entre los vinos control y los vinos con un contenido reducido o sin SO2. Los resultados de los análisis sirvieron para comprender la influencia de la adición de los raspones en la composición fenólica al sustituir parcial o totalmente el SO2. - 21 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior En los vinos embotellados no obtuvieron diferencias en los valores de los parámetros enológicos por la sustitución del SO2. Por tanto, aunque antes de la implantación de raspones para reemplazar el SO2 en las bodegas serían necesarios estudios adicionales, a priori resulta viable el uso de estos subproductos, reduciendo los riesgos asociados al consumo de aditivos y favoreciendo la economía circular. 5.1.2 Adición de extractos de semillas y raspones en combinación con plata coloidal Marchante et al., (2019) evaluaron la adición de extractos ricos en compuestos fenólicos obtenidos de subproductos de semillas y raspones, y plata coloidal como alternativa al uso de SO2 en vinos blancos. El complejo de plata coloidal es un aditivo que tiene propiedades antimicrobianas (Gomez-Alonso et al., 2012). En la vinificación la plata coloidal puede ser una herramienta para controlar ciertos microorganismos indeseables durante las etapas de la fermentación y conservación del vino. El uso de este aditivo puede contribuir a mantener la estabilidad microbiológica del vino, pero su uso en la vinificación es discutido ya que un exceso o uso inadecuado puede tener efectos adversos en la salud debido a la toxicidad por acumulación de plata en el organismo. En el estudio realizado por Marchante et al., (2019) evaluaron la actividad antioxidante y antimicrobiana, color, composición fenólica, compuestos volátiles y las propiedades sensoriales en los vinos obtenidos. Para el estudio utilizaron semillas molidas y raspones de la variedad tinta Tempranillo y la extracción la realizaron con agua a alta presión. En los vinos control el SO2 se añadió como metabisulfito de potasio. En este estudio, el vino blanco fue elaborado con uvas de la variedad Airén de la cosecha de 2016. Se dividió el mosto para realizar cinco - 22 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior ensayos: 1) vinos control con SO2, 2) vinos con extracto de semillas, 3) vinos con extracto de semillas y el complejo de plata coloidal, 4) vinos con extracto de raspón y 5) vinos con extracto de raspones y el complejo de plata coloidal. Después de la fermentación, los vinos se estabilizaron, filtraron y se embotellaron. En los vinos blancos elaborados evaluaron parámetros fisicoquímicos como densidad, grado alcohólico, acidez total y volátil, el contenido en SO2, pH, la concentración de fructosa, glucosa, glicerina y ácidos orgánicos y el color. También determinaron el perfil fenólico por cromatografía de líquidos y los compuestos responsables del aroma por cromatografía de gases. Evaluaron las características sensoriales de los vinos elaborados con un panel de cata formado por nueve jueces entrenados y utilizaron una escala no estructurada para calificar la intensidad de atributos como son el aroma afrutado y floral, la acidez, el amargor y calidad sensorial global. Los resultados que obtuvieron en este estudio mostraron que los vinos elaborados con extractos de raspones y el complejo de plata coloidal presentaron la misma actividad microbiana que los vinos control (elaborados con SO2). Además, los vinos obtenidos tenían diferente perfil fenólico, siendo los vinos elaborados con los extractos de subproductos los que tenían mayor concentración de flavonoles. En el estudio, los vinos a los que se les adicionó una cantidad de extractos de semilla presentaron una mayor concentración de flavanoles, fenoles característicos de la semilla de uva. Además, estos vinos tenían una mayor concentración de compuestos volátiles, principalmente ésteres etílicos, que contribuyen a la calidad del aroma y una menor concentración de acetaldehído, que es un compuesto responsable de sabores y aromas no deseados, y que contribuye a una menor estabilidad del color del vino debido a oxidaciones. Los vinos elaborados con extractos de subproducto (semilla y raspón) y el complejo - 23 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior plata coloidal tenían concentraciones similares de metionol y lactato de etilo que los vinos control, estos compuestos son responsables de sabores agrios. Los vinos elaborados con estos subproductos muestran una mayor tendencia a las oxidaciones, por lo que no se podría sustituir el uso de SO2. Sin embargo, la adición de estos subproductos podría ser una alternativa a utilizar grandes cantidades de SO2 5.2 Adición de orujos para mejorar la calidad del vino Los orujos son los subproductos de la industria vitivinícola obtenidos en mayor proporción en el proceso de elaboración del vino. Además, son una fuente de compuestos bioactivos, como la fibra dietética, polifenoles y proteínas (Sousa et al., 2014). Es por esto por lo que han despertado gran interés por sus posibles revalorizaciones. En concreto, los orujos que provienen de uvas blancas resultan más adecuados para la revalorización, ya que al no ser macerados siguen manteniendo mayores cantidades de compuestos de interés. Según Jara-Palacios et al. (2014), los orujos de uvas blancas contienen una gran variedad de compuestos fenólicos que podrían mejorar la estabilidad del color de vinos tintos al favorecer las reacciones de copigmentación con los antocianos. De manera que estos compuestos fenólicos actúan como copigmentos protegiendo las formas coloreadas de los antocianos de diferentes maneras según el tipo de subproducto utilizado. Además, los hollejos de las uvas, que forman parte de los orujos, son una fuente rica en antioxidantes y se les atribuyen propiedades antimicrobianas, antiinflamatorias, antimutagénicas y anticancerígenas (Jara-Palacios et al., 2015; Barba et al., 2016). Tradicionalmente los orujos se han utilizado en Europa como un valioso subproducto. Algunos de sus usos han sido la extracción de aceite, como fuente de proteínas para alimentación animal, como fuente de taninos, o como fuente de - 24 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior antioxidantes (Barba et al, 2016). En general, los orujos son subproductos con un alto valor para mejorar las características del vino, logrando aumentar su calidad. 5.2.1 Adición de extractos de orujos de uva blanca pasificada En la zona vinícola de Montilla-Moriles se hace uso de uno de los métodos de crianza más antiguos. Los racimos de uvas se exponen al sol durante 7-10 días provocando la pérdida de agua de la uva y concentrando sus compuestos (López de Lerma et al., 2014). El estrés hídrico mejora la expresión de los genes implicados en la biosíntesis de compuestos fenólicos (Rizzini, et al., 2009). De esta manera, la deshidratación postcosecha modifica el metabolismo primario, que pasa de aerobio a anaerobio, y el secundario, dando lugar a la síntesis de fenoles y volátiles. Tradicionalmente, los vinos dulces en esta comarca vitivinícola se elaboraban añadiendo alcohol vínico al mosto obtenido de uvas pasificadas. El alcohol vínico era obtenido de hollejos de las uvas pasificadas. En el estudio llevado a cabo por Dumitriu et al., (2015), usaron uvas soleadas de Pedro Ximénez para fortificar el mosto, aprovechando los compuestos fenólicos presentes en los hollejos. En este estudio evaluaron el contenido fenólico y la actividad antioxidante de los vinos macerados frente a un vino elaborado de forma tradicional. Para la extracción fenólica optimizaron la proporción de mosto/etanol y las condiciones de maceración. Para ello, prepararon tres mezclas de 40/60, 50/50 y 60/40 mosto/etanol. Los extractos de uva los obtuvieron de la siguiente forma: 1) utilizando 10 mL de mezcla durante 24 h, dos veces y 2) una extracción en continuo con 20 mL de la disolución de extracción durante 48 h. Los extractos resultantes se centrifugaron y filtraron para determinar su índice de polifenoles totales midiendo la absorbancia a 280 nm. Los resultados mostraron que las mejores condiciones de extracción de los compuestos fenólicos se consiguieron - 25 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior con la mezcla 40/60 de mosto/etanol después de 24 horas con extracción en continuo. Para la elaboración, los hollejos se añadieron en una relación 1:4 respecto a la mezcla de extracción. Estudiaron cuatro fracciones fenólicas mediante columnas de fraccionamiento (C18). La fracción 1 correspondía a los ácidos hidroxibenzoico e hidroxicinámico y sus ésteres, la fracción 2 de catequinas, la fracción 3 de flavonoles y la fracción 4 de procianidinas de alto peso molecular. Respecto al contenido fenólico (Figura 5), el vino macerado con los hollejos de uvas pasificadas presentaba un 30 % más que el vino elaborado de forma tradicional. En el caso de las fracciones fenólicas, los vinos macerados tenían mayor concentración que el vino tradicional. Los mayores incrementos se observaron en las fracciones 3 (flavonoles) y 4 (compuestos poliméricos), lo que puede deberse a una mayor afinidad por la disolución de extracción y/o a que estos compuestos fenólicos son los más abundantes en los hollejos de la uva pasificada. Por otro lado, esta mayor concentración en flavonoles (fracción 2), no usual en vinos blancos, puede ser debida a la ruptura celular de la uva durante el soleado lo que facilita la difusión de compuestos fenólicos desde el hollejo a la pulpa (Bellincontro et al., 2009; Peinado et al., 2013). - 32 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior suele realizarse en barricas nuevas, pero pueden ser reutilizadas en función de su contenido extractivo. En el envejecimiento hay cesiones de compuestos químicos de la madera que contribuyen a las características sensoriales del vino tales como los fenoles volátiles, furano, lactonas y taninos, entre otros (Mosedale & Puech, 2003). Como alternativa a la crianza en barrica, se han desarrollado varios procesos para acelerar los fenómenos de envejecimiento y por tanto la crianza del vino, entre estos procedimientos está la inmersión de virutas de madera de roble en el vino en combinación con otros tratamientos fisicoquímicos (Tao et al., 2014). Estas tecnologías de envejecimiento acelerado a menudo hacen uso de la madera de roble en formas de chips, duelas, cubos o palos (Chatonnet, 2007), los cuales son una alternativa económica, ecológica y sostenible para el proceso de envejecimiento del vino (García-Alcaraz et al., 2020). Actualmente, la investigación sobre el envejecimiento se centra en la transferencia de compuestos de roble al vino en las etapas del proceso de vinificación, y las transformaciones químicas y biológicas que tienen lugar. Para ello, se hace uso de virutas de madera usadas anteriormente en la industria de la tonelería, lo que permite darle un nuevo uso logrando su revalorización. 5.3.1 Adición de virutas de roble al vino Coelho et al., (2021) estudian el efecto de la adición de subproductos de madera de roble americano, en forma de virutas, que previamente fue utilizado en el envejecimiento de vinos de Oporto. Para el ensayo de extracción se hizo uso de un vino tinto comercial que tenía una concentración de etanol de 12,5 %. Las virutas de madera se sumergieron en el vino en una proporción de 20 g/L. Las dos fases se pusieron en contacto a 48 horas. También realizaron ensayos control de vino sin madera en las mismas condiciones para discriminar los efectos de la - 33 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior temperatura. Después del proceso se separó el vino de la madera mediante decantación, y luego se filtraron. En el estudio se evaluaron las diferencias entre los vinos en cuanto a su perfil volátil mediante cromatografía de gases acoplada a un espectrómetro de masas. Estos estudios pusieron de manifiesto la cesión de compuestos característicos de la madera a los vinos, principalmente de furanos, fenoles volátiles y aldehídos. Además, los vinos envejecidos con estas virutas presentaron un menor contenido en decanoato de etilo, octanoato de etilo y ácido decanoico, debido al envejecimiento sustractivo (Coelho et al., 2019). Bautista-Ortin et al. (2008) evaluaron el efecto de la adicción de virutas de roble en la crianza del vino. Para ello, sumergieron virutas de roble americano en vino tinto en depósitos de acero inoxidable. En general, los resultados que obtuvieron fueron similares, a excepción de que en el estudio de Coelho et al. (2021), se detectaron concentraciones inferiores de 4-etilfenol y 4-etilguayacol, que se suelen asociar al deterioro del vino. En el estudio de Bautista-Ortin et al. (2008) de revalorización de subproductos de madera, se puso de manifiesto la importancia de la cantidad de madera y la temperatura durante la crianza. Concluyeron, que cuando hay más cantidad de virutas y es más alta la temperatura durante el envejecimiento el perfil sensorial de los vinos era más marcado en descriptores de vainilla y coco, por el contrario, si tenían una menor cantidad de madera proporcionaba vinos más afrutados. La reutilización de virutas de roble es una alternativa válida para procesos de envejecimiento acelerado, teniendo lugar un envejecimiento aditivo y sustractivo, y permitiendo la revalorización del subproducto. - 34 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 5.3.2 Adición de extractos de madera de roble a la vid Como se ha comentado anteriormente, el uso de las barricas no está relacionado exclusivamente con contener el vino. Según el tipo de barrica usada, el vino puede mejorar sus características organolépticas y/o su composición química. Por estos motivos, el uso de las barricas de roble en el vino puede ser una garantía de calidad para su elaboración. Uno de los problemas del uso de la barrica es que para su elaboración requiere una gran cantidad de madera, condicionando negativamente la preservación de los bosques. Los árboles usados para la elaboración de las barricas deben ser como mínimo de una antigüedad de unos 100-150 años, con diámetros de entre 45 a 60 centímetros, y solo se utiliza la madera del duramen de la parte inferior del tronco. Lo que se traduce en un proceso muy costoso. Por otro lado, algunas cepas de uva como la Garnacha no presentan la misma capacidad de envejecimiento en barricas que otras variedades como el Tempranillo o el Cabernet Sauvignon. La Garnacha es ampliamente reconocida como una de las uvas tintas más populares a nivel mundial debido a su color intenso y su perfil frutal. No obstante, esta cepa es sumamente susceptible a la oxidación y su proceso de envejecimiento en barrica resulta menos favorable si no se implementan las precauciones adecuadas. La Garnacha requiere condiciones secas y cálidas para alcanzar su máximo potencial, características que suelen encontrarse en el clima español. Ante esta problemática, se ha observado que la vid puede absorber compuestos característicos de la madera de roble a través de sus hojas y proporcionar compuestos volátiles típicos de la madera de roble a la uva y, por lo tanto, al vino, sin necesidad de utilizar barricas de roble (Martínez et al., 2012). De esta manera, se aprovechan los desechos de la fabricación de barriles para obtener estos extractos de madera de roble y, por lo tanto, se optimiza el uso de la madera. - 35 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Por esta razón, Nogueira et al., (2018) estudiaron la influencia de la composición volátil del vino Garnacha procedente de una viña, rociada tanto con extractos de roble tostado como sin tostar. Estos resultados se compararon con un vino de control obtenido de las mismas uvas, pero rociado solo con agua destilada, sin ningún extracto de roble. Para llevar a cabo el estudio utilizaron uvas de Garnacha de la cosecha de 2014 de un viñedo en Navarra (España). Disponían de 3 parcelas, con 72 vides cada una, y a cada una le aplicaron un tratamiento diferente, uno con extractos de roble tostado, otro con extractos de roble sin tostar, y otro únicamente con agua destilada, cuyas uvas se utilizaron como muestra de control. La madera utilizada la prepararon secando astillas de roble francés, tostado y sin tostar, durante 18 meses, y los extractos se obtuvieron de cada tipo de madera por separado mediante una infusión en agua caliente a 100 °C. La aplicación de estos extractos fue durante la etapa de envero, ya que es cuando la actividad metabólica de la planta es mayor y se producen la mayoría de los cambios en la uva. Para el tratamiento los extractos se diluyeron previamente en agua destilada al 40% y realizaron cuatro aplicaciones de 300 mL por vid, iniciándose en agosto de 2014 y las tres restantes a los 7, 14 y 21 días. Durante este período no llovió en la zona geográfica donde se encuentra el viñedo y las temperaturas oscilaron entre 10 y 35 °C. Las uvas fueron cosechadas de las tres parcelas: parcela de control (C) y parcelas tratadas con extractos de roble sin tostar (U) y tostado (T). Después de la cosecha, las uvas se lavaron, despalillaron y prensaron. La vinificación fue tradicional y los vinos se embotellaron. Realizaron tomas de muestra en cuatro etapas de la vinificación: mosto inicial, al 50% de la fermentación alcohólica, después de la fermentación alcohólica y después de la fermentación maloláctica, y determinaron los parámetros enológicos, los compuestos volátiles, un análisis sensorial y un análisis estadístico. - 36 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior En el perfil volátil del extracto de roble tostado destacaba una alta concentración de compuestos como la vainillina, siringaldehído, coniferaldehído y acetovanillona. Estos compuestos se forman durante el tostado de la madera por la degradación térmica de las unidades monoméricas de la lignina. También, presentaban, aunque en menor concentración, compuestos como el furfural y el 5-metilfurfural. Mientras que en el extracto de roble sin tostar destacaban el eugenol, el 2- feniletanol y las lactonas. En el estudio no encontraron diferencias significativas en los parámetros enológicos entre los vinos diferenciados por el tratamiento aplicado a las uvas durante el envero. Cabe destacar que el contenido fenólico total fue algo superior en las muestras tratadas con extractos de roble respecto a la muestra de control, lo cual podría indicar que los compuestos fenólicos del roble han pasado al vino. Aplicaron técnicas quimiométricas a los datos obtenidos para analizar las diferencias en la composición volátil de los vinos. Los vinos elaborados con las uvas tratadas presentaban diferencias significativas. Así, destacan la presencia de ésteres etílicos, acetato de isoamilo, 2-feniletanol, lactato de etilo, lactonas de roble cis y trans, eugenol y aldehídos fenólicos en lo vinos elaborados con extractos de roble. Para llevar a cabo el análisis sensorial realizaron primeramente una prueba triangular a los vinos antes del embotellado, no encontrando diferencias entre los atributos sensoriales. Después de 18 meses de conservación en botella, se realizó otro análisis sensorial a los vinos siendo en este caso un análisis descriptivo. El vino control obtuvo mejores resultados en la intensidad de color, tonalidad e intensidad aromática, pero peores resultados que los vinos con extractos en claridad y calidad aromática, ya que presentaba ciertos signos de oxidación. Los vinos de extractos de roble destacaron por una mejor conservación, un aroma más intenso a madera, especialmente en el vino obtenido con extractos de roble tostado, y un aroma a especias más intenso. Además, los vinos tratados con - 37 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior extractos de roble presentaron mayor cuerpo y persistencia en boca que el vino de control. Los catadores consideraron que el vino más equilibrado fue el obtenido después de aplicar el extracto de roble tostado. El envejecimiento del vino en la botella permitió la disminución de compuestos de origen fermentativo que otorgan al vino los aromas frutales y florales característicos del vino joven, haciendo que los sabores característicos de los extractos de roble fuesen más evidentes. Debido a la complicada regulación del metabolismo de la vid, el proceso de absorción de los componentes de los extractos de roble es más complejo que una simple absorción por las hojas y su transporte a las uvas. Se precisan más estudios para aplicar el método de manera consistente durante el desarrollo de la vid. Esta estrategia de adición de extractos de madera a la vid de la variedad Garnacha puede ser útil para elaborar vinos con connotaciones de crianza, sin haberse envejecimiento en madera. 5.4 Revalorización de lías. Las lías son subproductos que a pesar de tener un amplio potencial de revalorización y ser los segundos subproductos más generados en la industria, son los que menos atención han recibido y menos opciones de revalorización tienen. Las lías contienen grandes cantidades de polisacáridos, proteínas, lípidos y otras sustancias orgánicas que complican su degradación, llegando a ser consideradas un problema medioambiental al complicarse su degradación biológica (Jara-Palacios et al., 2014). Después de la separación del vino, suelen ser usadas para compostaje o alimentación animal. Sin embargo, estas aplicaciones son más una manera de reducir los costes que una revalorización como tal (Lavelli et al., 2016). En el estudio de De Iseppi et al. (2020) se esquematizan las principales estrategias de valorización para las lías (Figura 9). Una de estas estrategias es el - 38 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior aprovechamiento del etanol presente en las lías, que es un alcohol rico en compuestos aromáticos y puede ser usado para la producción de bebidas espirituosas (Bustos, et al., 2004). Normalmente es separado en destilerías siguiendo lo indicado por el Reglamento del Consejo Europeo (Reglamento CE nº 479/2008, 2008). Tras el proceso de destilación quedan las lías destiladas o vinazas, que contienen varios componentes potencialmente aprovechables de gran valor, como polifenoles, tartratos y biomasa procedente de las levaduras. De las vinazas, el compuesto extraíble con más valor es el ácido tartárico. Este ácido es predominante en las uvas y en los vinos y es un compuesto muy poco común en otros materiales vegetales (Keller, 2015). Es un importante acidulante utilizado en diferentes industrias como la farmacéutica, química o de alimentos y bebidas (Kassaian, 2000). Actualmente existe un procedimiento a nivel industrial para recuperar el ácido tartárico. Este procedimiento implica el secado y la molienda de las lías, seguido de la solubilización del bitartrato de potasio utilizando agua a 70 °C. Después de eliminar las lías sólidas, se agregan sales de calcio para inducir la precipitación del tartrato de calcio. Este último se descompone utilizando ácido sulfúrico para obtener ácido tartárico solubilizado y sales de sulfato de calcio insolubles, que se desechan como residuos. Después de la purificación y la decoloración, la disolución de ácido tartárico se concentra y se cristaliza para obtener ácido tartárico sólido. El residuo sólido resultante de las extracciones de etanol y ácido tartárico presenta una cantidad inferior de compuestos orgánicos, lo que reduce significativamente su demanda química de oxígeno. Por lo tanto, los problemas ecológicos derivados de la eliminación de las vinazas después de la extracción de etanol y ácido tartárico son considerablemente menores en comparación con las lías originales del vino. Sin embargo, los residuos de extracción, compuestos principalmente por levaduras, aún pueden ser objeto de estudio para su aprovechamiento. - 39 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Las vinazas también se han planteado como una opción para producir medios de cultivo para bacterias ácido-lácticas, y ha demostrado ser una estrategia rentable. Las vinazas tratadas después de la recuperación de ácido tartárico también se utilizan para la producción de ácido láctico, xilitol y ácido cítrico. Después de la separación del ácido tartárico pueden obtenerse polifenoles que están absorbidos en las lías y biomasa de las levaduras. Kopsahelis et al. (2018) valoran la posibilidad de incluir la extracción de polifenoles en el procesamiento de lías de vino. Para ello, desarrollaron un protocolo que con la separación inicial de las lías de vino en sus fracciones sólida y líquida. A continuación, la fracción líquida se destila para la producción de etanol, mientras que la fracción sólida se somete tanto a extracciones efectivas de polifenoles como de tartrato antes de aplicarse como sustrato para medios de cultivo. Por lo tanto, con este enfoque se intenta extraer todos los componentes valiosos de las lías de vino y luego utilizar los residuos sólidos como sustrato para obtener un producto biotecnológico de alto valor. En la Figura 9, se muestran las técnicas de revalorización actuales, que no consiguen reducir los niveles de demanda de oxígeno a un nivel seguro y las estrategias potenciales, aún con necesidad de nuevos estudios. - 40 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Figura 9. Principales estrategias de valorización para las lías del vino (De Iseppi et al., 2020). Otro ejemplo de revalorización es la producción de medios de cultivos microbianos. Pero, debido a la elevada variabilidad de la composición de las lías, en ocasiones es complicada la producción de medios de cultivo estándar. Es por ello por lo que se plantean otras técnicas de revalorización de la parte sólida de las lías haciendo uso de la pared celular de polisacáridos, en concreto manoproteínas y β-glucanos, que son los componentes mayoritarios. Los β-glucanos tienen diversos usos en la industria alimentaria debido a sus propiedades funcionales, tecnológicas y nutracéuticas. De hecho, varios productos alimenticios disponibles en el mercado como las galletas y los crackers ya se preparan con este componente de la levadura. Las manoproteínas pueden ser una alternativa a los emulsificantes comerciales, además de posibles usos en - 41 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior preparaciones vegetarianas y veganas. También tienen usos en la industria vitivinícola, mejorando atributos de calidad como la espumosidad o la textura en la boca. Esto se debe principalmente a que, en comparación a otros aditivos exógenos, las manoproteínas se encuentran presentes de manera natural en los vinos haciendo que sean aceptadas con mayor facilidad. Por este motivo las manoproteínas además de ser una solución actual para limitar los aditivos exógenos, incrementarán su relevancia a lo largo de los años. A pesar de todo, es importante seguir desarrollando procesos de extracción que sean efectivos y económicamente rentables, que permitan usar este componente como fuente de recursos. El problema principal de los extractos de polisacáridos de las lías es que la mayoría de los polifenoles se encuentran absorbidos en la pared celular, especialmente cuando provienen de vinos tintos. La interacción de ambos componentes compromete la extracción, la pureza, y en definitiva la funcionalidad del extracto final. La solución que se propone es separar los polifenoles de las lías o usar lías que provengan de vinos blancos. En definitiva, las futuras aplicaciones deben tener como objetivo desarrollar un enfoque integrado para extraer de las lías de vino el mayor número y cantidad de compuestos con posibles aplicaciones en diferentes sectores. Estos compuestos incluyen los mencionados: etanol, ácido tartárico, polifenoles, β-glucanos y polisacáridos presentes en la biomasa restante. El desarrollo de esta línea de revalorización de las lías que se muestra en la parte derecha de la Figura 9, podría contribuir a mejorar las herramientas disponibles para su valorización y ofrecer a la industria del vino un medio importante para mejorar su sostenibilidad tanto ambiental como económica. - 48 - Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior Jara-Palacios, M.J., Hernanz D., Cifuentes-Gómez, T., Escudero-Gilete, M.L., Heredia, F.J., Spencer, J.P.E. (2015). 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