DESCRIPCIÓN Objeto de la invención.

La presente invención hace referencia a un procedimiento, un módulo y un equipo para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación.

En particular, la invención se refiere a la transferencia de los compuestos fenólicos responsables del color desde el hollejo hacia la parte líquida (mosto) después del estrujado de la uva utilizando para ello un procedimiento y un equipo basados en la generación de ultrasonidos.

Mas particularmente, la invención se refiere a la generación, gracias a la utilización de ultrasonidos, del fenómeno conocido como cavitación, que permite la rotura de las células del hollejo y pone a disposición del medio líquido los compuestos fenólicos responsables del color para que se integren en dicho medio líquido potenciando el color del vino.

Antecedentes de la invención.

El color de los vinos es uno de los parámetros organolépticos más valorados por el consumidor ya que da información sobre su vinificación, evolución y los defectos que pueda presentar. Con el paso del tiempo y debido a procesos de oxidación, los vinos blancos evolucionan hacia tonalidades más apagadas como son los amarillos dorados. Lo mismo ocurre en los vinos rosados y tintos, la viveza de sus colores disminuye con el paso del tiempo.

Especial interés tiene el color en vinos tintos y rosados, debido a los recursos económicos que se han de emplear para extraer la fracción fenólica del hollejo, lugar donde se almacenan los responsables de la coloración, los compuestos fenólicos. Estas sustancias no sólo influyen sobre el color sino también contribuyen a la fase gustativa o flavor (aroma, astringencia y sabor) y además influyen sobre el retrogusto o el cuerpo.

Bajo el nombre de compuestos fenólicos se agrupan sustancias heterogéneas clasificadas como sigue:

• No Flavonoideos: estilbenos y ácidos fenólicos.

· Flavonoideos: antocianos, flavanoles, flavonoles, flavononoles y flavonas. De todas ellas son los antocianos y los pigmentos derivados de ellos, producidos mediante procesos de copigmentación o condensación, los compuestos que más influyen en la coloración de los vinos tintos y rosados dando lugar a coloraciones anaranjadas, rojas, violáceas o azules.

La transferencia de los compuestos fenólicos responsables del color desde el hollejo hacia la fase líquida (mosto ) después de un proceso de estrujado, está íntimamente relacionado con la materia prima y las técnicas de vinificación empleadas e influye de manera decisiva la variedad, el grado de maduración y tamaño de la uva.

El proceso de maceracion tradicional o bordelés, se inicia cuando la vendimia es estrujada, pero es especialmente eficaz cuando comienza la fermentación alcohólica. Tras el encubado y su posterior inoculación, se hacen necesarios los remontados y bazuqueos para que la parte sólida situada en la zona superior del depósito formando el sombrero, esté en contacto con el mosto, incrementando su color.

Los vinos elaborados mediante este proceso se caracterizan por ser de reconocida calidad. No obstante, para llevar a cabo la maceracion tradicional es necesaria una inversión económica elevada en la adquisición de depósitos adaptados, espacio suficiente para la instalación de los mismos, personal a cargo del proceso, etc. Además, para conseguir un buen producto la maceracion se tiene que desarrollar durante varios días, tiempo que en ocasiones la bodega no tiene debido a la mecanización en la recolección de la uva.

Existen otros métodos alternativos al anterior que pretenden aumentar el rendimiento de la maceracion, entendiendo por ello provocar la rápida extracción de los compuestos fenólicos responsables del color aumentando de forma drástica la temperatura, como es el caso de la maceracion prefermentativa "flash-expansión" o la "termovinificación", o por el contrario extraer la materia colorante lentamente debido a que la pasta permanece a temperaturas por debajo de los 10 ^e C, proceso conocido como "críomaceración".

El proceso conocido como "flash-expansión" consiste en someter a temperaturas de hasta 90 ^e C la uva estrujada (pasta de uva) producida para posteriormente colocarla bajo vacío. Lo anterior junto con un rápido enfriamiento (de 90 ^e C a 30 ^e C en 1 segundo aprox.) provoca una desorganización de los tejidos de la uva produciendo la cesión de compuestos hacia el mosto. Los equipos de flash son muy caros además de los gastos energéticos que conllevan la producción de calor y frío. Organolépticamente, la pérdida de aromas es una realidad. Como consecuencia del calentamiento aparecen aromas a cocido debidos a un incremento de compuestos como el Hidroximetilfurfural (HMF), entre otros.

La "termovinificación" consiste en calentar los racimos enteros o procesados antes de la fermentación alcohólica para extraer todo su potencial polifenólico. Una vez sometida la vendimia a altas temperaturas, el color se seguirá extrayendo durante la fermentación alcohólica, ya que los hollejos seguirán en contacto con el mosto-vino. Al igual que la técnica anterior, la "termovinificación" es un proceso en continuo, aumenta el rendimiento en vendimias tintas y ahorra en capacidad de depósitos.

En general, los vinos elaborados mediante termovinificación son destinados a la mezcla con vinos de mejor calidad organoléptica pero que presentan una intensidad colorante menor. Son vinos donde aparecen los aromas herbáceos, a quemado, sin frescura y muy agresivos. La inversión económica necesaria es elevada.

En cuanto a la "críomaceración", la uva despalillada y estrujada es sometida durante largos períodos de tiempo, unos 10 días, a una temperatura de 5 a 10 ^e C. Los hollejos irán transmitiendo lentamente los compuestos fenólicos. Los inconvenientes de esta técnica residen en que no es un proceso continuo, donde la vendimia enfriada se almacena durante un tiempo antes de ser fermentada. Para ello es necesario que las bodegas estén diseñadas de tal forma que puedan almacenar grandes volúmenes tanto de materia prima como producto en elaboración.

Aunque no son específicos de procesos de vinificación, también son conocidos procesos en continuo de extracción de componentes de materias solidas mediante la aplicación de ultrasonidos. Todos ellos se basan en la utilización de transductores tipo "barra", también llamados sonotrodos, como emisores de ultrasonidos; sonotrodos que, además, se encuentran inmersos en el producto a tratar.

Así por ejemplo, la solicitud de patente WO 2008/074072 describe un proceso de extracción en el que el producto a tratar fluye alrededor de un sonotrodo que emite ondas de ultrasonidos de alta energía y baja frecuencia (LFHP-US). El sonotrodo se encuentra inmerso en dicho producto a tratar y dispone de un reflector. Además, en esta solicitud de patente, el uso de ultrasonidos de baja frecuencia/alta energía, se combina con el calentamiento del producto en tratamiento para la extracción de componentes. Como ejemplo se describe el procedimiento utilizado para la extracción de color de uvas rojas de mesa, lo cual no constituye un proceso de vinificación, dado que está absolutamente prohibida la vinificación de uvas de mesa, tal y como se refleja en el REGLAMENTO (CE) N ^e 479/2008 DEL CONSEJO de 29 de abril de 2008 por el que se establece la organización común del mercado vitivinícola. Por su parte, la solicitud de patente WO 2006/09941 1 describe un proceso de extracción de aceite de las peladuras de cítricos, en el que el producto a procesar (mezcla de peladuras de cítricos y agua) fluye alrededor de un sonotrodo inmerso en dicho producto, que emite ondas de ultrasonidos de alta energía.

También la patente rusa RU 2 104 733 C1 recoge la posibilidad de realizar la extracción de materiales sólidos de materias primas vegetales disueltas en etanol, mediante la utilización de un sonotrodo inmerso en dicha disolución alcohólica. Dichas materias primas vegetales son: ginseng, flores y frutos de espino blanco, hypericum y acería leonuri.

Sin embargo, estos procesos caracterizados por la utilización de un sonotrodo inmerso en la fase líquida presentan el problema de que el rendimiento de los sonotrodos es inferior al 80 %. Se entiende por rendimiento la relación entre la energía eléctrica consumida y la producción de ondas ultrasónicas, expresado en %. Para el caso de los sonotrodos, de la energía eléctrica recibida por el generador, el transductor sólo aprovecha el 80 % en la producción de ondas ultrasónicas, el 20% restante lo destina a la producción de calor.

Otro inconveniente de los sonotrodos es que desprenden gran cantidad de calor durante el tratamiento que, al estar inmersos y en contacto con el producto a tratar , produce el calentamiento de dicha fase líquida, pudiendo producirse la formación de Hidroximetilfurfural (HMF). El HMF es un aldehido cíclico que se forma por la degradación de los azúcares, principalmente por la deshidratacion de la fructosa y glucosa en medio ácido, sobre todo al elevar la temperatura durante cortos períodos de tiempo. Según las experiencias realizadas en mostos de uva recién elaborados, cuando se someten de forma constante a temperaturas de 65 ^e C durante un mínimo de 30 minutos, comienzan a incrementar su concentración de HMF de forma acelerada. Si se aumenta la temperatura, el tiempo de producción de HMF se reduce drásticamente, llegándose a producir concentraciones superiores a los 25 mg/Kg en varios minutos.

Un aumento en la concentración de HMF en el mosto que posteriormente se fermentará, produce aromas poco deseables a quemado o tostado. Pero aún es más preocupante los efectos nocivos que produce sobre la salud de ciertos roedores, ya que según investigaciones realizadas (1 )Zhang, X. M.; Chan, C. C; Stamp, D.; Minkin, S.; Archer, M. C; Bruce, W. R. Initiation and promotion of colonic aberrant crypt foci in rats by 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde in thermolyzed sucrose. Carcinog. 1993, 14, 773-775;2)Bakhiya, N.; Monien, B.; Frank, H.; Seidel, A.; Glatt, G. Renal organic anión transporters OAT1 and OAT3 medíate the cellular accumulation of 5-sulfooxymethylfurfural, a reactive, nephrotoxic metabolite of the Maillard product 5- ydroxymet ylfurfural. Biochem. Pharmacol. 2009, 78, 414- 419. el HMF es iniciador y promotor del cáncer de colon, de procesos nefrotóxicos y de aberraciones cromosomicas. Sin embargo, la mayor preocupación sobre el riesgo de esta molécula viene asociada por la conversión del HMF a SMF (5-Sulfoximetilfurfural), debido al carácter mutagénico de este (EFSA, 2005. Opinión of the scientific panel on food additives, flavourings, processing aids and materials in contact with food (AFC) on a request from the commission related to flavouring group evaluation 13: furfuryl and furan derivatives with and without additional side-chain substituents and heteroatoms from chemical group 14. EFSA Journal, 2005a, 215, 1 -73.). En humanos, la toxicidad del HMF y sus derivados es más acusada.

Otro problema que presentan los electrodos inmersos en el producto a procesar debido a la emisión radial hacia el exterior y pese a que sean LFHP-US, es que la uva estrujada es capaz de amortiguar la onda de ultrasonidos en distancias de pocos cm. lo que resta efectividad al proceso.

Descripción de la invención.

Es un objeto de la presente invención suministrar un procedimiento, un módulo y un equipo para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación que pueda realizarse en continuo, con o sin recirculación, con gran eficiencia y evitando efectos indeseados.

Otro objeto de la presente invención es superar los problemas existentes en el estado de la técnica anterior

Otros objetos y ventajas adicionales de la presente invención se derivan de la descripción realizada a continuación, tomando en consideración las figuras incluidas y el ejemplo preferente de realización descrito a título enunciativo pero no limitativo. Los transductores utilizados en el procedimiento e instalados en el módulo y en el equipo son de tipo "plato", también denominados sonoplatos, más concretamente, sonoplatos del tipo piezocerámico o magnetoestrictivos, dependiendo de la aplicación deseada, ya que los magnetoestrictivos tienen un coeficiente potencia/superficie mayor que los piezoceramicos.

Estos se sitúan alrededor de un conducto, preferentemente, una tubería estrechada en sus extremos, por el que fluye la uva estrujada en coincidencia con los lados del polígono. Los transductores de tipo plato están acoplados al conducto por la parte exterior del mismo, por lo que no están en contacto directo con la materia prima a tratar.

En cuanto a su rendimiento, los transductores en plato o sonoplatos se diferencian de los transductores en barra o sonotrodos por tener un mayor rendimiento, del orden del 95%. Por el contrario, los sonotrodos son menos eficaces al bajar los rendimientos al 80 %. A pesar de ello, los sonoplatos producen menor energía calorífica que el sonotrodo, por lo que los componentes del sonoplato sufren menos, siendo más robustos en aplicaciones industriales.

Cada sonoplato podrá desarrollar una potencia que variará desde 100 a 5.000 W. El número de sonoplatos por módulo variará para conseguir una intensidad de energía o densidad de potencia entre 0,1 W/ cm ³ - 500 W/cm ³ ' preferentemente entre 0,15 W/cm ³ a 200 W/cm ³ . La amplitud de onda de los ultrasonidos variará entre 1 - 100 μηι. Los sonoplatos se disponen en módulos. Las potencias desarrolladas por módulo de ultrasonidos están comprendidas entre 2 kW - 10 kW, desarrollándose una densidad de potencia que puede variar entre 0,1 W/cm ³ - 500 W/cm ³ , preferentemente entre 0,15 W/cm ³ a 200 W/cm ³ . La longitud de cada módulo de ultrasonidos variará en función del volumen a procesar, variando entre 0,8 metros a 10 metros.

Cada módulo de ultrasonidos se compone de al menos un sonoplato, de al menos un generador encargado de recepcionar la energía eléctrica y transmitirla al sonoplato donde es transformada en energía mecánica vibrante, que es trasmitida a la uva estrujada, de una tubería poligonal estrechada en sus extremos, por la que circula uva estrujada y en la que se acoplan los sonoplatos y una estructura que rodea la tubería, actuando como protección e insonorizante.

El equipo de ultrasonidos se forma por al menos un módulo de ultrasonidos, bomba, válvulas, electroválvulas, conexiones y todo aquel material necesario para establecer un circuito cerrado entre el depósito que almacena uva estrujada y el equipo de ultrasonidos. El control de los diferentes componentes del equipo podrá realizarse a través de un cuadro de mandos tipo "panel de control" u "ordenador PLC", pudiendo realizarse la operación en modo manual o automático.

La presente invención utiliza frecuencias bajas para producir una extracción más eficaz. El rango de frecuencias de trabajo se encuentra entre 15 y 35 kHz, preferentemente, entre 20 y 30 kHz; más preferentemente, entre 22 kHz, y 25 kHz. La extracción de los compuestos de la uva, principalmente aquellos que dan el color al mosto/vino, se extrae de forma dinámica haciendo pasar un caudal variable, entre 1 .000 y 50.000 l/h de uva estrujada a través del equipo de ultrasonidos. Para controlar de forma eficaz el caudal al que fluye la uva estrujada, al final del equipo puede instalarse un caudalímetro.

En aquellos procesos en los que la estrujadora de uva no produzca una fase líquida (mosto) adecuada, será necesaria la instalación de una trituradora antes del equipo de ultrasonidos.

Es muy importante la fracción líquida, de ello dependerá que el proceso de cavitación se realice correctamente. La cavitación consiste en la producción sistemática de pequeñas burbujas que tienden a colisionar entre sí y a liberar su energía. Esa colisión agresiva de las burbujas junto con el proceso de implosión asociado, generan el desgaste del tejido del hollejo que contienen los compuestos fenólicos, pasando estos a la fracción líquida. Debido al proceso de cavitación, se produce un aumento de temperatura de la uva estrujada que se está tratando. Con el uso de transductores tipo plato se consigue que la temperatura del proceso no ascienda por encima de 50 ^e C para así evitar la formación de Hidroximetilfurfural (HMF).

La instalación de transductores tipo plato disminuye la producción de energía calorífica debido a que el 95% de la energía eléctrica que recibe el transductor es transformada en energía acústica, tan sólo el 5% restante es transformado en calor. Por tanto, el calor producido durante el tratamiento es la suma de la energía calorífica desprendida durante la cavitación más el 5% de calor producido directamente por el sonoplato. Para el caso de transductores tipo barra o sonotrodo, la producción de calor es más elevada pues tan sólo el 80% de la energía eléctrica es transformada en energía acústica, el 20% restante se transforma en calor.

El sonotrodo al estar inmerso en el producto en tratamiento, el calor producido por la cavitación más el calor generado por el propio sonotrodo repercute en el rendimiento del mismo, por lo que el generador que abastece de energía eléctrica al transductor en plato ante un aumento de temperatura, como medida de seguridad, disminuye la potencia, lo que se traduce en una disminución en la producción de ondas ultrasónicas, y por tanto, una cavitación menos eficaz.

En aquellas vendimias donde el grado de maduración sea deficiente o para aquellas variedades que contienen menos cantidad de compuestos fenólicos en el hollejo, los tratamientos son más longevos. Debido a este incremento de tiempo, la temperatura de la uva estrujada en tratamiento aumentará con la consiguiente producción de HMF. Es por ello, que ante estos casos se hace necesaria la instalación de un intercambiador de frío para asegurar una baja o nula producción de HMF. Descripción de las figuras.

Para complementar la descripción que se está realizando y con el fin de ayudar a la perfecta comprensión de la presente invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1 : Diagrama de bloques de un proceso de vinificación según la invención Figura 2: Esquema general de un equipo de ultrasonidos según la invención

Figura 3: Sonoplato utilizado en el procedimiento y equipo según la invención.

Figura 4: Módulo de ultrasonidos según la invención.

Figura 5: Sección de un módulo de ultrasonidos según la invención.

Descripción de una realización preferente.

A modo de ejemplo de realización, y con carácter ilustrativo y no limitativo, se describen a continuación un procedimiento, un módulo y un equipo para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación.

Tal como se observa en la fig. 1 un proceso de vinificación comienza con la recepción de la uva y su estrujado posterior, pudiendo realizarse el despalillado simultáneamente con el estrujado.

La uva estrujada pasa a un depósito o almacén de producto en tratamiento. Depósito que permite además de dicho almacenamiento, el funcionamiento en recirculación de la pasta. Del depósito, la pasta pasa al tratamiento para extracción de color mediante ultrasonidos (cavitación).

Una vez finalizada la extracción de color la pasta tratada con ultrasonidos, es sometida a un prensado para la separación entre las fases líquida y sólida, llevándose la fase líquida (mosto) a fermentación y obteniéndose como residuo la fase sólida (orujos) que puede destinarse a la obtención de productos afines.

En la fig. 2 se representa un esquema general de un equipo de ultrasonidos según la invención que comienza con el bombeo desde el depósito o almacén de producto en tratamiento. A continuación, y de modo opcional, la pasta puede pasar por una trituradora o ir directamente a la zona de tratamiento con ultrasonidos, controlándose el flujo mediante un caudalímetro y, también de modo opcional, refrigerando la pasta sui es necesario. Las diferentes partes del equipo de ultrasonidos pueden ser controladas mediante un control de proceso tipo PLC o similar.

En un módulo de ultrasonidos según la invención, realizado a modo de ejemplo, los transductores de tipo plato o sonoplatos 1 son del tipo piezocerámicos. Se representan en la fig. 3. Los sonoplatos se conectan entre sí y al generador, a través de los terminales 2.

Las cerámicas que componen el transductor de tipo piezocerámico presentan el efecto piezoeléctrico cuando al aplicarle una corriente eléctrica se deforman sus superficies produciendo la onda acústica. Sin embargo, los transductores del tipo magnetoestrictivos se caracterizan por estar compuestos por materiales ferromagnéticos; si se varía la magnetización de un material de este tipo se desarrolla la correspondiente deformación mecánica, y con ello, la producción de la onda acústica. La composición de ambos tipos de transductores también varía, el material más utilizado, aunque no el único, es el PZT (titanato zirconato de plomo), mientras que en los transductores magnetoestrictivos se componen principalmente de Terfenol- D (Ter= Terbio, Fe= hierro, NOL= Naval Ordenance Laboratory, D= Disprosio).

Estos se sitúan alrededor de un conducto formado por una tubería hexagonal de acero inoxidable de espesor comprendido entre 1 - 8 mm que comprende un estrechamiento en sus extremos.

Los transductores de tipo plato están soldados a la tubería hexagonal de inoxidable, pero no están en contacto directo con la materia prima a tratar,.

Cada módulo 3 de ultrasonidos se compone de de al menos un sonoplato 1 , de al menos un generador encargado de recepcionar la energía eléctrica y transmitirla al sonoplato donde es transformada en energía mecánica vibrante, que es trasmitida a la uva estrujada, de una tubería hexagonal estrechada en sus extremos, por la que circula la uva estrujada (pasta) y en la que se acoplan los sonoplatos y una estructura que rodea la tubería, actuando como protección e insonorizante.

Tal como se observa en la fig. 5, en este ejemplo de realización, el número de sonoplatos 1 por módulo 3 es de cuatro por cada lado del polígono, es decir, veinticuatro sonoplatos 1 por módulo 3.