Determinacin de parmetros a nivel de laboratorio para la produccin de vinos a partir de frutas

tropicales producidas en Nicaragua

Impreso en Nicaraguawww.uni.edu.ni/Nexo

ISSN 1818-6742

L. Pramo1 y L. Peck2

1Centro de Investigacin y Estudios en Medio Ambiente, Universidad Nacional de Ingeniera (UNI)PO Box 5595, Managua, Nicaragua

e-mail: leandro.paramo@ciema.uni.edu.ni

2Facultad de Ingeniera Qumica, Universidad Nacional de Ingeniera (UNI)PO Box 5595, Managua, Nicaragua

ABSTRACT

In this study were considered nine different fruits (banana, passion fruit, prickly pole, giant granadilla, mango, nance, papaya, pineapple and pitahaya) and nine experimental variants for each case. We defined the fruit preparation, the required conditions for fermentation and the necessary time to complete the fermentation process. The results show that it is possible to produce wine of different qualities according to the international standards and alcohol percentages that range between approximately 5 % and 17 % V/V. It is possible to select the variants with alcohol percentage values between 9 % and 18 % V/V (as a recommended standard) that accomplish some requirements as acidity, soluble solids and others parameters recommended for wine. In our case, we have wines with high alcohol percentage like papaya and nance, and low alcohol percentage like giant granadilla, passion fruit and others. Mango, passion fruit and papaya wines should receive more attention during production because they become acid very easily during the process. This study produces a useful method of using a large quantity of fruits which would not be consumed as fresh fruits.

Keywords: alcohol fermentation, alcohol percentage, fruits wine, tropical fruits, wine standards

Vol. 19, No. 02, pp. 101 107 / Agosto 2006

RESUMEN

Este estudio se realiz con nueve frutas diferentes (banano, calala, coyolito, granadilla, mango, nancite, papaya, pia y pitahaya) y nueve variantes experimentales para cada caso. Se defini la preparacin de la fruta, las condiciones de fermentacin requeridas y el tiempo necesario para la finalizacin del proceso fermentativo. Los resultados muestran que es factible obtener vinos de diferentes calidades segn los estndares internacionales y porcentajes alcohlicos que van desde el 5 % hasta 17 % en V/V aproximadamente. Siendo posible seleccionar aquellas variantes con valores de porcentaje alcohlico entre 9 y 18 % en V/V (como estndar recomendado) y que llenen exigencias como: acidez, slidos solubles y otros parmetros recomendados para un vino. En nuestro caso, tenemos vinos de alto porcentaje alcohlico como los de papaya y nancite, o de bajos porcentajes de alcohol como granadilla, calala y otros. Vinos de mango, calala y papaya, se deber tener mucho cuidado durante su produccin ya que fcilmente se acidulan durante el proceso. Este estudio aporta una manera til de usar una gran cantidad de frutas producidas y que no son consumidas como frutas frescas.

Palabras claves: estndares para vinos, fermentacin alcohlica, frutas tropicales, porcentaje alcohlico, vino de frutas

L. Pramo y L. Peck

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INTRODUCCIN

Sin duda alguna, la uva es la fruta ms alabada por el hombre. Objeto de veneracin de cantores, poetas, religiosos, cientficos y legos, esta fruta tiene el privilegio de ser la materia prima perfecta para la elaboracin del vino. Significa entonces que solo de uva se puede hacer vino? Definitivamente, no. Por definicin, el vino es el jugo fermentado de la uva. Sin embargo, desde el punto de vista tecnolgico, nada impide obtener un producto equivalente a partir de otras frutas, y solo se requerir que en ellas puedan actuar las levaduras fermentadoras (Grupo 84, 2006). De hecho la literatura moderna recoge como concepto de vino, aquel producto que se obtiene como producto de la fermentacin de la uva y sugiere que el resultado de las fermentaciones de los jugos de otras frutas diferentes a la uva reciba el nombre de vinos con un apellido igual al de la fruta que les dio origen (Garca et al., 2000). Dos son los factores que determinan que las levaduras puedan desarrollarse en un determinado jugo de frutas: la acidez y el contenido de azcar. Otro factor que se debe tener en cuenta en la elaboracin de vinos de frutas es el aporte de elementos aromticos y la intensidad del sabor. Frutas de alta acidez, como la parchita o granadilla, tienen la cualidad de poder ser diluidas lo suficiente para reducir su acidez conservando su "gusto" caracterstico. Otras, como el tamarindo, requieren una alta dilucin y por tanto compensacin del contenido de azcar. En esta fruta predomina el cido tartrico, dando origen un vino blanco de delicado sabor comparado por algunos con un "petit Chablis". En resumen, la exhuberancia de aromas y sabores de las frutas tropicales, su alto rendimiento y la ausencia de barreras tecnolgicas que impidan su vinificacin, hacen de este rubro una materia prima de gran potencialidad en la elaboracin de productos alternativos capaces de abastecer nuevos e interesantes mercados (Grupo 84, 2006).

METODOLOGA

La parte experimental se llev a cabo usando bidones plsticos con capacidad de 20 L como

fermentadores (ver Fig. 1). Se sellaron con tapones de algodn recubiertos de gasa y parafilm, con mangueras de plstico de 1 m de largo en el centro. Los extremos libres de las mangueras se introdujeron en frascos de vidrio que contenan agua para sellar el sistema. La utilizacin de tanques de fermentacin como el indicado en la Fig. 1, posibilita el que podamos visualizar todo el proceso fermentativo y de esa forma tomemos cualquier medida en el caso de presentarse eventualidades como: excesiva produccin de espuma, proceso fermentativo anmalo u otros problemas asociados. Esto es de gran importancia, sobre todo cuando se inicia a estudiar la fermentacin de un determinado jugo de fruta y sirve para la proyeccin a plantas de produccin a mayor escala.

Fig. 1 Tanques fermentadores.

Para el descortezado y corte en trozos de las frutas se utilizaron cuchillos de acero inoxidables (TRAMONTINA), picadores y recipientes plsticos para depositar la materia prima ya pesada. Para el licuado de las frutas (para los casos en que se requiri realizar este proceso) se us una licuadora marca Oster (10 velocidades) en aquellos casos que as lo requeran. Las masas de fruta definidas y azcar requeridas (Peck, 2005) segn diseo experimental (ver Tabla 1) se pesaron en una balanza de reloj (Idecna, Modelo BC-10, capacidad mxima 9 Kg).

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Tabla 1 Combinaciones resultantes de la aplicacin del diseo factorial 3k

independientemente de la fruta considerada.

Nmero de variante en el fermentador

Masa de fruta (Kg)

Masa de azcar (Kg)

1 2.2727 5.1136 2 1.8182 5.1136 3 1.3636 5.1136 4 2.2727 4.0909 5 1.8182 4.0909 6 1.3636 4.0909 7 2.2727 3.0682 8 1.8182 3.0682 9 1.3636 3.0682

Las cantidades respectivas de levadura a utilizar se pesaron en una balanza electrnica (FAPA), se activaron en un beaker de vidrio de 1000 mL ponindose a oxigenar en un checker marca SUPREMA (ver Fig. 2). El agua utilizada para la activacin de la levadura se precalent hasta un orden cercano a los 40 C, en un calentador elctrico (IKAMAG REC-G, 200-250 V, 50/60 Hz, 520w) controlando la temperatura con un termmetro de mercurio (FISHERBRAND). Se us un microscopio (modelo BH-2, OLYMPUS) para observar el grado de actividad de la levadura.

Fig. 2 Oxigenacin de la levadura (Sacharomyces cerevisiae).

Las botellas fueron esterilizadas en un termostato (modelo MS, LAUDA) para eliminar microorganismos que pudieran afectar las propiedades del vino a embotellar y a las personas que lo consumiran; se us un pH metro (modelo HD 8705) para medir el grado de acidez de los vinos producidos, un refractmetro (modelo B&C 30104) para medir la cantidad de slidos solubles contenidos en stos y un hidrmetro (FISHERBRAND) para medir el porcentaje de alcohol de algunos vinos (particularmente secos) comparndose con los valores obtenidos mediante cromatografa de gases. Se utilizaron recipientes plsticos para el trasiego del vino y tanques plsticos de 80 L de capacidad como recipientes para sedimentacin de los slidos presentes en los vinos y al mismo tiempo sirvieron como recipientes para el envejecimiento de los vinos producidos. Para la filtracin del vino se us una bomba al vaco (Benton Harbor, modelo DOA-P704-AA) instalada con un quitasato de 1000 mL y un embudo de porcelana. Para medir la cantidad de vino a embotellar se us una probeta de 1000 mL de capacidad. Adems se usaron recipientes cilndricos plsticos (20 L de capacidad), coladores, embudos, beakers plsticos y cristaleras de laboratorio diversas. Finalmente se realiz la prueba Hednica a los vinos obtenidos a fin de seleccionar y clasificar los productos por su calidad y aceptacin.

RESULTADOS Y DISCUSIN

De la aplicacin del diseo factorial 3k definido segn la Tabla 1, para cada tipo de frutas de las seleccionadas para este estudio, se obtuvieron los siguientes resultados. La papaya y el coyolito necesitaron mayores cantidades de das (alrededor de 35-40 das) para finalizar los procesos de fermentacin mientras que la pia, la calala y el mango fueron los que completaron sus procesos de fermentacin en un menor nmero de das, aproximadamente de 25-30 das (ver Fig. 3). Las restantes frutas utilizadas en este estudio, se ubicaron en valores intermedios en cuanto a das de fermentacin se refiere.

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05

1015202530354045

Bana

noCa

lala

Coyo

lito

Gran

adilla

Mang

o

Nanc

ite

Papa

yaPi

a

Pitah

aya

Da

s pa

ra la

ferm

enta

cin

Fig. 3 Das necesarios para la fermentacin completa, segn el tipo de fruta.

La literatura reporta que se puede establecer una correlacin entre el ndice de acidez de la fruta y el contenido de azcar de la misma, tomando como referencia para el establecimiento de esta correlacin los valores de los parmetros reportados por la uva en cuanto a ndice de acidez y azcar se refiere. Una cuantificacin de esta posibilidad es el ndice de Factibilidad Enolgica (IFE), el cual mide, desde el punto de vista de la fermentacin, el grado de similitud de una fruta con respecto a la uva. Este ndice viene dado por la expresin (Grupo 84, 2006): IFE = 36 (% Az + % Ac) Donde % Az es el porcentaje de azcar de la fruta, % Ac el porcentaje de acidez total. El valor 36 viene dado considerando que la relacin azcar/acidez de la uva es la ptima para proceso de la fermentacin alcohlica: % Az de la uva / % Ac de la uva = 36. Segn esto, mientras ms cerca est el IFE de una fruta del valor 740, mayor ser su similitud con la uva (desde el punto de vista de su fermentacin). Esta frmula, por supuesto, es emprica y solamente proporciona elementos de referencia muy generales (Grupo 84, 2006). Para el caso de uva, el porcentaje de azcar es de 20 y el porcentaje de acidez es de 0.55. Para el caso de la pia, el porcentaje de azcar es de 12 y el porcentaje de acidez es de 0.55, para un ndice de factibilidad enolgica natural cercano a 452 por lo tanto fcilmente nos damos cuenta que una correcta adicin de azcar al proceso de fermentacin de la pia hace que el mosto de

esta fruta se asemeje en gran medida al mosto de la uva (o sea un IFE cercano a 740) y de ah el hecho de que se aceleren grandemente los das requeridos para fermentar (similares a la uva) y todo lo contrario ocurre con la papaya cuyo ndice de acidez es cercano a 0.35 % y en general las variedades que producimos en Nicaragua son de bajo contenido de azcar, por lo que hace que el IFE se haga ms lejano que el de la uva y por ende se requiere un mayor ajuste de los parmetros (acidez y azcar) para obtener mejores resultados. Similar anlisis se puede hacer para las restantes frutas en estudio y con esto explicarnos el porqu de nuestros resultados si consideramos que en nuestro caso trabajamos slo con jugos a los cuales suplimos con azcar, pero que se trabajaron en condiciones naturales en cuanto a su acidez. La Tabla 2 nos muestra para el caso de la papaya (con sus nueve variantes en estudio y como una referencia para con las dems frutas), los porcentajes de alcohol, Bx, pH y tipo de vinos obtenidos una vez finalizado el proceso de fermentacin.

Tabla 2 Se reportan los resultados para el caso de la papaya en trminos de % Alc, Bx, pH y

tipo de vino (dulce, semiseco o seco) en correspondencia con cada una de las variantes experimentales estudiadas al aplicar el diseo

factorial.

No. Vinos de papaya

Fermentador % Alc Bx pH Tipo de vino 1 16.50 15.0 3.82 dulce 2 6.37 17.6 3.36 dulce 3 14.99 15.2 3.78 dulce 4 8.96 14.2 3.38 semiseco 5 12.12 19.0 3.52 dulce 6 7.76 17.2 3.39 dulce 7 8.77 10.2 3.37 seco 8 9.99 6.4 3.37 seco 9 8.74 7.4 3.29 seco

Los resultados mostrados en la Tabla 2, nos dan la posibilidad de elegir una opcin o variante experimental (definida en la Tabla 1) en

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correspondencia con la calidad de vino que se desee obtener para el caso de trabajar con papaya, de igual forma se procedi para con las restantes frutas en estudio y se definieron de esta forma las mejores condiciones experimentales para cada una de las frutas. Los porcentajes alcohlicos ms altos que se obtuvieron para cada una de las variantes y segn el tipo de fruta, se reportan en la Fig. 4.

0.002.004.006.008.00

10.0012.0014.0016.0018.00

Bana

noCa

lala

Coyo

lito

Gran

adilla

Mang

o

Nanc

ite

Papa

yaPi

a

Pitah

aya

Porc

enta

jes

alco

hlic

os

Fig. 4 Porcentaje alcohlico de los vinos obtenidos segn el tipo de fruta utilizada.

El anlisis de esta figura nos permite predecir que si trabajamos segn las condiciones descritas en el Tabla 1, con la variante 1 y con la fruta de papaya, obtendremos un vino dulce y de hasta un 16.5 % de alcohol V/V final (Tabla 2). El anlisis detallado de la Fig. 4 nos permitir usando las condiciones descritas en las variantes (Tabla 1), el tipo de vino a obtener (dulce, semiseco o seco) y el grado de alcohol final que alcanzar el vino en correspondencia con el tipo de fruta que se trabaje del universo en estudio. El someter cada una de las frutas analizadas en este estudio a un anlisis exhaustivo variante por variante, nos arroja resultados sumamente interesantes. Por ejemplo en la Fig. 5 podemos ver que para los casos de la papaya, nancite y granadilla; el trabajar con altas dosis de azcar nos aporta vinos finales con altos grados alcohlicos para la papaya y nancite (cercanos o superiores al 16 %), no as la granadilla cuyos niveles alcohlicos en el vino final descienden hasta valores cercanos al 5 %. Esto nos demuestra una clara dependencia del contenido de azcar inicial que se supla en el caso de la

granadilla y que las frutas papaya y nancite de por s ya cuentan con una buena cantidad de azcar que hace que el suplemento hecho incremente la posibilidad de obtener mayores ndices finales de alcohol, siendo el azcar residuo de la fermentacin, dependiente de cuanto azcar se adicione y as el tipo de vino que se obtenga. Valores intermedios de azcar parecen crear mejores condiciones (fundamentalmente pH) en el mosto a fermentar para el caso de la granadilla y esto hace que el porcentaje alcohlico en el vino final se incremente en comparacin con el caso cuando se utilizan niveles altos de azcar (valores cercanos al 14 % en comparacin con el 5 % antes citado). Este resultado sugiere la necesidad del ajuste de parmetros iniciales a la fermentacin y muy probablemente esto nos aporte un mejor y mayor aprovechamiento del mosto de la fruta. No obstante nancite y papaya muestran una disminucin de los porcentajes de alcohol en clara correspondencia con lo ya descrito anteriormente, o sea una relacin directa entre cantidad de fruta utilizada, cantidad de azcar suplida, condiciones iniciales para la fermentacin y el tipo de vino final que se obtenga. Los valores obtenidos en cuanto a porcentajes alcohlicos se refieren y para el caso de niveles bajos de azcar, nos permiten reafirmar lo hasta aqu detallado y garantizar que una correcta adicin de azcar para el caso de la granadilla (as como un correcto ajuste del pH inicial de la fermentacin), nos permitir obtener un vino con la calidad que se desee (seco, semiseco o dulce) con la menor cantidad de fruta utilizada para ello. Finalmente, es importante considerar la relacin prcticamente lineal entre tipo de vino, porcentaje alcohlico, cantidad de fruta utilizada y la cantidad de azcar suplida para el caso del nancite y la papaya. Un anlisis similar al realizado con la Fig. 5, es factible realizar para las figuras obtenidas con las restantes frutas (no mostradas en este trabajo) y de esta forma obtener las mejores dosis de azcar a adicionar en correspondencia con el tipo de fruta, tipo de vino que se desee obtener (dulce, seco o semiseco), el porcentaje alcohlico que se prevea alcanzar en el vino

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final, as como la cantidad de fruta que se requiera en cada caso. Esto es sumamente importante porque nos permitir obtener vinos de gran calidad (comparable con los estndares internacionales de calidad para el vino de uva) y hacer un uso racional de nuestros recursos, la fruta tropical.

0.002.00

4.006.008.00

10.0012.0014.00

16.0018.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Variante

Porc

enta

jes

alco

hlic

os

% Alc.- P

% Alc.- N

% Alc. - G

Fig. 5 Porcentaje alcohlico de los vinos obtenidos para las frutas de papaya (% Alc-P), nancite (% Alc-N) y granadilla (% Alc-G) para

cada una de las variantes experimentales definidas en este estudio.

La preparacin de la fruta es un aspecto sumamente importante en la definicin de la calidad del producto final que se obtenga. De ah que existan diferentes opiniones acerca de cmo se debe preparar la fruta para lograr un mejor aprovechamiento de la misma, aumentar el rea de contacto interfacial e incrementar la posibilidad de alcanzar un mayor rendimiento en porcentaje alcohlico como producto de mejorar las condiciones de fermentacin. Partiendo de esta premisa, se hicieron pruebas con tres frutas (papaya, pia y banano), ponindolas a fermentar tanto en trozos como licuada y los resultados se muestran en la Tabla 3. Las condiciones de fermentacin para el desarrollo de estas experiencias, se mantuvieron constantes en cuanto a cantidad de azcar a suplir, cantidad de levadura utilizada, cantidad de fruta, etc. Es fcil darse cuenta que excepto para el banano (en el cual hay una diferencia del 1.6 % en relacin V/V), para la pia y papaya no

existe gran diferencia en los resultados que se obtienen independientemente de cmo se prepare la fruta.

Tabla 3 Forma en que se prepar la fruta previa a su exposicin a fermentar y parmetros finales

para el vino obtenido en cada caso.

Preparacin de la fruta Parmetros alcanzados previa a

exponerse al fermentador % Alc. Bx pH

Tipo de vino

Banano en trozos 7.21 10.0 4.50 seco Banano licuado 8.81 9.2 4.41 seco Papaya en trozos 9.18 5.8 4.30 seco Papaya licuada 9.17 6.6 4.32 seco Pia en trozos 9.75 6.0 4.24 seco Pia licuada 10.64 6.0 4.36 seco

Sin embargo, el cmo se prepare la fruta si tiene gran implicacin en el tiempo requerido para la sedimentacin libre y en el proceso de separacin del producto final una vez que ha concluido la fermentacin. No obstante, estos resultados obtenidos para estas tres frutas, de ninguna manera pueden considerarse generalizadores para las diferentes frutas con las que podemos contar, sino que para cada caso se deber analizar de manera particular y definir segn la propia observacin del caso y de la experiencia que se tenga trabajando con una determinada fruta. La aplicacin del anlisis sensorial y su desarrollo mediante las pruebas hednicas nos han aportado resultados sumamente interesantes y que sern objeto en particular de un artculo especfico. Se destaca el hecho de que los vinos de pia seco, granadilla seco, nancite dulce y seco, coyolitos secos y dulces, as como mango dulce, despuntan en los primeros lugares de aceptacin por parte del pblico participante en las pruebas sensorial y los cuales evaluaron diferentes muestras considerando color, olor, sabor, acidez y porcentaje alcohlico, respondiendo segn la escala hednica un me gusta mucho o me

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disgusta mucho (datos no mostrados en este artculo).

CONCLUSIONES

De lo discutido hasta ac en este trabajo, es factible plantearnos algunas conclusiones como por ejemplo: Existen frutas cuyo ndice natural de acidez los aproxima al de la uva y una vez que el mosto ha sido suplido con el azcar, se alcanzan las condiciones definidas para la obtencin de un vino como si se tratase de la fermentacin de la uva y de ah que se obtenga una fermentacin ms rpida para el caso de la pia, la calala y el mango (cuyos ndices de acidez se asemejan al de la uva y un suplemento correcto de azcar completa los dos parmetros fundamentales); en contraste con lo observado para las frutas de coyolito y papaya (en cuyos casos ambos ndices: acidez y azcar se alejan de los parmetros recomendados). La preparacin de la fruta, aunque importante para el desarrollo de los diferentes procesos, se deber analizar para cada fruta en particular, ya que los resultados sugieren que no es factible formular una generalizacin en este caso. Para las diferentes frutas en estudio y para las diferentes variantes que se analizaron, es posible obtener una amplia gama de calidades de vinos cuyos porcentajes alcohlicos oscilan generalmente entre el 5 y el 17 %, coincidiendo estos valores con los reportados para la uva en diferentes marcas y calidades. Adems estos valores estn dentro del rango reportado internacionalmente para que estos productos puedan ser catalogados como vinos (en cuanto a grado de acidez como cido tartrico, porcentaje alcohlico, slidos solubles, etc.). A partir de los resultados de este trabajo, es posible producir vinos para las frutas que abarca este estudio, definiendo de previo la calidad del vino que se desea obtener y conociendo las cantidades de materia prima necesarias para que se obtenga el producto final deseado. Esto es de capital importancia porque no solo nos permite hacer un uso eficiente de nuestros recursos (fruta, agua, azcar, etc.), sino que nos permite producir un producto final con la calidad que se requiere y en correspondencia con lo definido internacionalmente para la produccin de vinos. Las pruebas nos muestran gran nivel de

aceptacin de vinos de pia, coyolito, granadilla, nancite y mango; mostrndose menores aceptaciones para los vinos de las restantes frutas como banano, papaya, pitahaya, etc. La produccin de vinos de frutas tropicales en Nicaragua, aunque incipiente es un rea muy prometedora y la produccin artesanal podra obtener buenos dividendos del dominio de la informacin que nos suministran estudios como este. El escalado de estos procesos a volmenes de produccin mayores y la apertura de nuevos mercados, nos posibilita la creacin de nuevas fuentes de empleos y de captacin de recursos.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Universidad Nacional de Ingeniera (UNI), por el apoyo y financiamiento para la realizacin de este trabajo a travs de su Programa Institucional de Fomento a la Investigacin.

REFERENCIAS

Garca, M. G., R. R. Quintero, A. C. LpezMungua (2000). Biotecnologa alimentara. Editorial Limusa, Mxico. Grupo 84 (2006). Vino, uva y frutas. http://www.geocities.com/grupo84/Frutas.htm Peck, L. (2005). Estudio preliminar de la produccin de vinos de frutas tropicales en Nicaragua / variables de inters y proyeccin inicial del proceso. Tesis de Ingeniero Qumico, Universidad Nacional de Ingeniera, Nicaragua.

Leandro Pramo se gradu de Ingeniero Qumico con maestra en Ingeniera Qumica (1990) en el Instituto Superior Politcnico Jos Antonio Echeverra (CUJAE), Cuba. Magster en

Microbiologa (1997) en la Universidad de Costa Rica (UCR), Costa Rica. Profesor Titular del Centro de Investigacin y Estudios en Medio Ambiente, Universidad Nacional de Ingeniera.