ULTRAFILTRACION EN LA PRODUCCIÓN DE VINOS

INTRODUCCIÓN

 En el proceso de producción del vino, la etapa de estabilización es muy importante en cualquier bodega. El objetivo de la misma es el de evitar la presencia de precipitados en las botellas cuando llegan al consumidor.

La estabilización incluye los siguientes pasos: clarificación, filtración y estabilización tartárica. La microfiltración, finalmente, esteriliza el vino previamente al embotellado.

 CLARIFICACIÓN

 Este proceso se realiza previamente al embotellado, fundamentalmente en los vinos más jóvenes. Los de mayor crianza se estabilizan por si solos durante su larga estancia en depósitos y barricas.

Los clarificantes eliminan proteínas y materia en suspensión. La bentonita y  la cola de pescado se utilizan normalmente para los vinos blancos. La primera es una arcilla que actúa por cargas iónicas, mientras la segunda es una materia orgánica rica en proteínas. La albúmina y la gelatina, más adecuadas para los vinos tintos, tienen naturaleza proteica. La forma de aplicación consiste en disolver el clarificante en el vino, dejándolo reposar durante un tiempo para que la materia clarificante arrastre los sólidos en suspensión y se acumulen en el fondo del depósito. Es aconsejable que las dosis sean mínimas pero suficientes, para cumplir su objetivo sin “desnudar” en exceso al vino. Para determinar la dosis adecuada se realizan ensayos a pequeña escala en el laboratorio.

FILTRACIÓN

 Una vez clarificado el vino, procedemos a su filtración para eliminar los restos que hayan quedado en suspensión. Para ello se utilizan distintos tipos de filtros: el tangencial, de tierras o de membranas.

La filtración mediante tierras, llamadas diatomeas consiste, en primer lugar, en formar una capa de celulosa sobre una malla de acero inoxidable, que es el soporte del filtro. Esta capa cumple dos misiones: soporte para las tierras que se colocarán después y poder de absorción. Las diatomeas trabajan por granulometría, es decir que su capacidad de filtrado depende del tamaño de las partículas de tierra. La filtración más fina posible con este sistema es de 0,65 micras (menos de una milésima de milímetro). Para evitar la colmatación del filtro debido a la acumulación de partículas retenidas, se van dosificando las tierras durante el proceso de filtrado, engrosando la capa de filtración. Pero este sistema presenta las siguientes desventajas:

 –          el tamaño del poro no está definido, permite pasar microorganismos.

–          retiene partículas por adsorción (de menor tamaño que el poro).

–          Se produce una gran pérdida de carga a medida que aumenta el espesor de la torta filtrante, con lo que a veces es necesario interrumpir el proceso por escaso rendimiento.

–          Se tienen que realizar varios ciclos para conseguir el nivel de limpidez deseado.

–          El manejo del equipo se dificulta por la manipulación de las tierras, (obligan al uso de mascarillas para evitar su inhalación).

–          Las tierras agotadas son muy contaminantes, su vertido no está autorizado.

–          Se producen mermas de producto, ya que las tierras adsorben hasta 4,5 veces su propio peso en vino.

En cambio con la ultrafiltración tangencial, muchas de estas cuestiones son eliminadas. La misma presenta las siguientes ventajas:

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–          El tamaño de poro está definido y uniforme en toda la superficie de la membrana: 0,22 µm.

–          Retención de partículas en superficie, sólo hay tamizado.

–          Tanto el flujo de permeado como el espesor del medio filtrante se estabilizan al comenzar cada ciclo de filtración.

–          El sistema está automatizado de tal forma que sólo es necesaria la intervención de un operario al efectuar la limpieza química cada 3 – 4 días, para añadir los productos detergentes (funcionamiento en continuo 22 -24 h/ día, flexibilidad).

–          El flujo de vino a limpiar circula paralelo a la superficie de la membrana, de tal forma que el fluido que no permea, “barre” dicha superficie, impidiendo que las partículas se adhieran y colmaten el medio filtrante, con lo que se alarga la durabilidad de las membranas.

–          No se producen mermas de producto, la fracción retenida se concentra y se le da salida a un depósito aparte para poder aprovecharlo como subproducto.

–          Supone un gran ahorro en consumibles (optimización de productos limpiantes, cartuchos de filtración final prolongan su vida útil hasta 10 veces más).

–          No se produce ningún vertido contaminante.

 ESTABILIZACIÓN TARTÁRICA

 Es la eliminación del bitartrato potásico, que precipita en el fondo del depósito al alcanzar bajas temperaturas cuando el vino está suficientemente limpio. Para ello, enfriamos el vino cerca de su punto de congelación, que depende de su grado alcohólico. De forma aproximada podemos determinar la temperatura de congelación de un vino calculando la mitad del grado alcohólico menos uno y en negativo. Por ejemplo, un vino de 14 ºC congela a -6 ºC. En ese caso, enfriaríamos el vino hasta -4 ºC o -5 ºC en depósitos isotérmicos, capaces de mantener esa temperatura entre 6 y 7 días. Durante ese tiempo se crean núcleos gruesos de cristales de bitartrato, que precipitan al fondo del depósito debido a su peso. El sobrenadante, es decir, la parte líquida, es filtrado para eliminar los microcristales que quedan en suspensión.

En esta etapa, también se puede utilizar la ultrafiltración tangencial. Se realiza con membranas de fibra hueca. El rendimiento de filtración depende de la temperatura, si el vino está a – 5 ºC hay que dejar atemperar el vino hasta 7 – 8 ºC, el filtro dará 40-50 % de rendimiento en caudal, sin afectar a la calidad de filtrado. Los cristales nunca se redisolverán a esa temperatura, necesitan altas temperaturas para hacerlo.

 MICROFILTRACIÓN

 Se realiza mediante filtros de membranas o cartuchos, normalmente en tres etapas y con micrajes descendientes que van en función del tipo de vino. El objetivo es esterilizar el vino antes del embotellado, eliminando levaduras y bacterias que podrían alterarlo a lo largo del tiempo. Este proceso se realiza en continuo, de modo que el vino pasa directamente del filtro a la botella, en un circuito cerrado esterilizado previamente con vapor de agua a 125 ºC durante 20 minutos.

 Tipos de membranas de microfiltración tangencial

 Básicamente se clasifican en membranas cerámicas o minerales, y membranas orgánicas:

 CERÁMICAS

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  • Configuración geométrica compacta multitubular.
  • Diámetro de tubo 2 a6 mm.
  • Flujo de filtración; dentro → fuera.
  • Alta resistencia mecánica, térmica y química, muy apta en procesos industriales.
  • Vida útil muy prolongada.
  • Instalaciones muy voluminosas, hay grandes volúmenes muertos.
  • Costes de construcción muy elevados, son las más caras.
  • Grandes pérdidas de carga, problemas de calentamiento.
  • Alto consumo energético.
ORGANICAS (3 TIPOS) 
  1. FIBRA HUECA

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  • La membrana está conformada por un haz de fibras huecas dentro de un distribuidor poroso sellado en los extremos con resina epoxi
  • Diámetro interior 0,9 – 1,7 mm
  • Flujo radial dentro de la fibra, dentro → fuera
  • Resisten altas presiones
  • Por su configuración, son muy resistentes mecánicamente y muy adecuadas para filtrar vinos en rama (gran cantidad de sólidos en suspensión)
  • Los materiales empleados son: polisulfona (PS), polietersulfona (PES), poliolefina (PO) y otros

 2. ESPIRALES

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  • La membrana está formada por varias capas (4 – 10) tipo sándwich sellado por los lados para no mezclar corrientes, enrolladas sobre un eje central y con la capa activa hacia el exterior
  • El flujo de filtrado es fuera → dentro
  • Son elementos totalmente reciclables, que suponen bajos costes de material y bajo costo operativo
  • Soportan altos flujos de filtración, pero con bajo contenido en sólidos, lo que las hace muy adecuadas para filtrar vinos centrifugados
  • Los materiales empleados son: polisulfona (PS), fluoruro de polivinilideno (PVDF), poliacrilonitrilos (PAN) y otros

3. TUBULARES

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  • Membrana formada por un haz de 3 a 19 tubos encapsulados en un cartucho de material polimérico impermeable o de acero inoxidable
  • Diámetro de cada tubo: 10 – 25 mm
  • Tienen alta resistencia al atascamiento, lo que las hace muy apropiadas para filtración de mostos (y vino)
  • Flujo de filtrado dentro → fuera
  • Materiales: (PS), (PES) y (PVDF) y otros

CONCLUSIÓN

 Para determinar la efectividad de los distintos procesos que se llevan a cabo en cada etapa es necesario realizar distintos controles.

Generalmente se utiliza los siguientes métodos analíticos: la determinación de la turbidez expresada en NTU (Nephelometric Turbidity Units), el índice de colmatación y el índice de tres minutos. El primer método consiste en analizar la evolución de la turbidez sometiendo el vino a distintos procesos que permitan averiguar si el vino se enturbiará o no: a temperatura ambiente, filtrando el vino a 0.65 micras, tras calentarlo a 80 ºC durante 30 minutos y después de mantener el vino a 0 ºC durante 24 horas. El índice de colmatación indica la filtrabilidad de un vino. Se hacen pasar 400 mililitros de vino a través de una membrana absoluta de 0,65 micras y 25 mm de diámetro a 2 atmósferas de presión. Se mide el tiempo en que pasan los primeros 200 mililitros, se lo multiplica por dos y se lo resta del tiempo total en que pasan los 400 mililitros. Para determinar el índice de tres minutos, se mide el volumen de vino que pasa por la membrana en 3 minutos, en las mismas condiciones del índice de colmatación. Los resultados de estas pruebas permiten determinar si un vino es estable y puede no requerir alguno de los tratamientos de estabilización comentados. Normalmente, los vinos con más crianza no suelen precisar el tratamiento de estabilización tartárica.

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