Revisión de las tecnologías de cierre y gestión del oxígeno

El mercado de los cierres para vinos tranquilos, que durante muchos años estuvo dominado por los tapones de corcho, ha sufrido una profunda transformación y ahora se divide en cinco categorías principales de tecnología de cierres de botellas. El esquema (figura 1) se basa en los datos de mercado recogidos por los equipos de investigación empresarial de Vinventions y muestra que, a pesar de las ideas preconcebidas, la solución de cierre predominante es el tapón de rosca, con una cuota de mercado de casi el 37%. Además, se extrae otro resultado sorprendente: los tapones de corcho de una sola pieza tan solo representan un 10% de este mercado. Los tapones técnicos a base de corcho representan el 20% de este mercado, seguidos, de cerca, con una cuota de mercado del 16%, por los de microgranulados a base de pequeñas partículas de corcho aglomeradas en matrices compuestas, habitualmente, por poliuretano. Por último, la categoría de tapones sintéticos y tapones de origen vegetal Plantcorc representa el 15% del mercado.

Esta diversificación de la solución de cierre se ha logrado con bastante rapidez, ya que, según nuestros datos, a finales de los años 90, los tapones de corcho representaban el 97% del mercado. Sin duda, los dos factores que han favorecido la diversificación son la búsqueda, por parte de todos los protagonistas de la cadena de comercialización del vino, de soluciones que no presentasen un sabor a corcho y que permitiesen una mayor homogeneidad entre las botellas.

En la actualidad, los cierres para vinos tranquilos, que durante mucho tiempo se consideraron un mero sistema de cierres de botellas, deben cumplir un gran número de criterios para satisfacer las necesidades de los productores, los distribuidores y los consumidores. Los usuarios deben tener en cuenta, sin dar por hecho su importancia relativa, los siguientes criterios para garantizar unos vinos impecables, conservados en las mejores condiciones antes de su degustación y con un éxito duradero en el mercado.

• Los cierres no deben contener haloanisoles (TCA, TeCA, PCA, TBA, etc.) para evitar el sabor a corcho y a moho. A título indicativo, los haloanisoles que superan su umbral de detección provocan la aparición del sabor a corcho. En las concentraciones situadas entre los umbrales de percepción y reconocimiento, estas moléculas alteran las características de los vinos y ocultan sus aromas primordiales (Takeuchi et al., 2013). A pesar de que se han desarrollado muchas técnicas, no todos sus rendimientos son equivalentes. Los usuarios deben prestar atención a estos efectos de «enmascaramiento» de aromas, responsables de las variaciones entre botellas. Desafortunadamente, este asunto no se ha resuelto.
• Otro de los elementos que debe consultar a su proveedor es la idoneidad para el contacto con artículos alimentarios en líquidos que contengan alcohol. Excepto los tapones de corcho de una sola pieza, que no están sujetos a ninguna regulación formal debido a un cierto empirismo ambiental, cualquier otra solución de cierre debe someterse a un estudio de contacto con artículos alimentarios en laboratorios especializados. Debemos recordar que la neutralidad organoléptica (ausencia de impacto del cierre en el color, aroma y propiedades gustativas del vino) es una garantía de calidad.
• El rendimiento mecánico de los cierres resulta fundamental para una conservación óptima de los vinos. De hecho, el rendimiento durante el embotellado y almacenamiento de las botellas garantiza la ausencia de fugas de gas (oxígeno y dióxido de carbono) y de líquidos (botellas que pierden contenido). En el caso de los tapones cilíndricos, resulta imprescindible conocer las propiedades mecánicas y, en especial, todas las magnitudes físicas que facilitan una buena comprensión de la recuperación elástica (efecto springback). En el caso de los tapones de rosca, no se podría afirmar que no existe riesgo de fugas de gas o líquidos; es importante tener en cuenta que el sellado se realiza únicamente a través de las juntas de los tapones de rosca. La reducida superficie de contacto que permite garantizar este sellado demuestra la importancia decisiva de los ajustes de precisión durante el embotellado en cada cambio de cápsula o de formato de la botella.
• Cuando los cierres poseen unas propiedades mecánicas óptimas, hay que tener en cuenta las propiedades de crianza de los vinos para las diferentes tecnologías consideradas. Si no existe riesgo de fuga, los materiales utilizados para los diferentes tipos de cierres deben permitir la regulación de los intercambios de gases (entrada de oxígeno y pérdida de dióxido de carbono). Los intercambios de gases serán el principal objeto de análisis del presente artículo.
• Asimismo, las soluciones de cierre desempeñan un papel fundamental en el desarrollo sostenible. Por ello, es imprescindible que pueda solicitar a su proveedor pruebas de su implicación en este asunto, con respecto a su equipo de producción y a las propiedades medioambientales intrínsecas de los cierres. Tanto la normativa como los compromisos voluntarios de las grandes superficies de distribución y de los productores de vino generarán una necesidad de documentación que certifique la huella de carbono, el ciclo de vida, la proporción de materiales de origen vegetal, el nivel de reciclabilidad, la biodegradabilidad, etc., de las diferentes soluciones de cierre.
• Por último, el factor comercial también puede influir en la selección de un determinado tipo de cierre. La percepción del consumidor se sigue considerando un elemento que, con frecuencia, resulta fundamental para la toma de decisiones. Sin embargo, existen pocos estudios rigurosos, sin sesgo cognitivo ni parcialidad en las preguntas planteadas a los consumidores, que puedan corroborar estas afirmaciones. La percepción de los consumidores y la velocidad de adopción de las nuevas soluciones de cierre pueden variar de un país a otro. La rápida adopción del tapón de rosca en Australia o Escandinavia representa un buen ejemplo de ello. La estética y la originalidad también pueden considerarse criterios de selección, pero no se deben priorizar si de este modo se pone en riesgo la calidad de los vinos.

2.1/ Las mediciones de oxígeno a través de los cierres

Esta cuestión es bastante reciente. Conviene recordar que el estudio de 2001, considerado el primero en mostrar diferentes permeabilidades entre los tipos de cierre (Godden et al., 2001), solo había planteado la hipótesis de diferentes permeabilidades entre los cierres estudiados. De hecho, los autores no pudieron demostrar sus hipótesis debido a la ausencia de una tecnología de medición de oxígeno precisa y fácil de utilizar de forma simultánea en un gran número de pruebas.

El método de referencia en ese momento era el que utilizaba la tecnología Mocon (Peck et al., 2005) conforme a un protocolo adaptado de la norma ASTM F1307-02 (cf. bibliografía) para medir la permeabilidad de filmes de embalaje. Aunque este método nunca ha sido validado para la medición de la permeabilidad de los cierres, se sigue utilizando en los laboratorios de análisis de materiales, a pesar de que su coste es elevado, de que solo permite realizar un número limitado de pruebas y de que se deben cortar los cuellos de botella antes de pegarlos sobre una placa metálica, con lo que no se puede garantizar la ausencia de fugas en el sistema (ver la foto 1).

Varios equipos se encargaron de desarrollar diferentes métodos. Se basaron en diferentes principios de medición y permanecieron como propiedad intelectual (Rabiot et al., 1999) o no trascendieron el método experimental académico y no se trasladaron a un método rutinario de medición de la permeabilidad de los cierres (Lopes et al., 2007).

2.2/ El método NomaSense de Wine Quality Solutions

En 2007, nuestro equipo comenzó a trabajar en el desarrollo de un método de medición de la permeabilidad de los cierres. Se optó por la tecnología NomaSense (Wine Quality Solutions), una tecnología no invasiva, basada en la luminiscencia mediante sensores que se pegan dentro de botellas transparentes. Esta tecnología de medición de oxígeno ha sido validada conforme a las recomendaciones de la OIV (Dieval et al., 2009).

Asimismo, publicamos la validación de la medición de la permeabilidad de los tapones con el método NomaSense en comparación con el método 'de referencia' Mocon (Dieval et al., 2011). El objetivo era desarrollar un método rápido, accesible y preciso. Este método se ha ido convirtiendo de forma gradual en el método de referencia, tal y como demuestra su adopción por parte de los grandes grupos de fabricantes de cierres (Oliveira et al., 2013; Chevalier et al., 2019).

2.3/ El protocolo del método NomaSense

La aplicación del método es relativamente sencilla, pero todavía precisa de mucha atención debido a las condiciones de inertización previas a la medición. Optamos por trabajar con un método de medición sin vino, ya que este reacciona con el oxígeno y provoca una reducción de la cantidad de oxígeno presente en la botella.

• Material

Se emplean botellas de vidrio transparente de 375 ml. Un comparador automático (Egitron PerfiLab) controla los perfiles internos del cuello para garantizar que las dimensiones se ajustan a las especificaciones y para calcular el volumen exacto que ocupa el tapón. Los sensores PSt6 de Wine Quality Solutions se pegan dentro de estas botellas para facilitar una medición no invasiva a lo largo del tiempo. Estos sensores se calibran en fábrica.

• Taponado

El taponado de botellas sigue constituyendo el principal desafío de este método. Resulta fundamental realizar el cierre después de una inertización eficaz de la botella para iniciar las mediciones con una atmósfera en la botella inferior a 0,5 hPa de oxígeno. Para ello, se utiliza una línea de embotellado GAI (modelo ML 441), con una taponadora con un diámetro de compresión de 15,7 mm. La doble inertización de nitrógeno 5.0 Aligal 1 (>99,999 %) de las botellas se realiza mediante el sistema de vacío/gas de las boquillas electroneumáticas. El cierre se realiza en vacío a 0,95 bar, a una velocidad de 13 Hz.

• Almacenamiento de las botellas

Todas las botellas se almacenan en una vinoteca con control termostático a 23 ± 1 °C y 70 ± 5 % de humedad relativa (ver foto 2). Se llevan a cabo dos mediciones al día durante 14 días.

• Medición con NomaSense O₂ P6000

Se emplea el analizador NomaSense O₂ P6000 para medir el contenido de oxígeno en las botellas. Se dirige una fibra óptica al vidrio exterior de la botella en dirección a los sensores PSt6 pegados en el interior, tal y como aparece en la foto 2. El analizador emite una luz azul que excita el luminóforo contenido en el sensor. La cantidad de oxígeno presente en el sensor es proporcional al desfase de la emisión de la luz roja generada por el retorno al nivel electrónico de base del luminóforo. Este sencillo principio físico resulta ser la solución más específica para la medición de oxígeno entre todas las tecnologías de medición conocidas hasta la fecha.

• Tratamiento de datos y modelización

Todas las mediciones se almacenan y procesan mediante el software XLfit (IDBS, Guildford, Surrey, Reino Unido), una alternativa de modelización de Microsoft Excel. La parte más complicada del desarrollo del método fue conseguir que funcionase de forma rápida. Para ello, nuestro equipo creó un modelo predictivo que permite caracterizar correctamente las propiedades de permeabilidad de los cierres en 14 días. El modelo desarrollado se basa en las Leyes de Fick y Henry y en las ecuaciones de difusión de Crank. El enfoque y las hipótesis de trabajo están descritos en nuestro artículo de 2011 (Dieval et al., 2011). Asimismo, ese artículo muestra la buena correlación entre los resultados previstos a los 14 días y los obtenidos por el método Mocon.

2.4/ Definiciones y elementos de permeabilidad

Es necesario recordar algunos puntos y establecer definiciones importantes para no generar confusiones por la falta de homogeneidad de comunicación en el campo de la permeabilidad de los cierres.

El método NomaSense que hemos desarrollado, así como el enfoque planteado, nos convierte en los primeros en considerar de forma integral los aspectos relacionados con la transferencia de oxígeno a través de los cierres. En la figura 2 se muestra la curva clásica de transferencia de oxígeno de un cierre en las condiciones experimentales descritas anteriormente. La curva sigue el modelo desarrollado a partir de la ecuación de Crank y permite distinguir dos fases diferentes e interconectadas por esta ecuación:

• La fase de desorción (oxígeno contenido en el tapón y liberado en la botella después del cierre)
• La fase de equilibrio conocida como OTR (por sus siglas en inglés, Oxygen Transmission Rate, tasa de transferencia de oxígeno).

La fuerza que favorece el paso de oxígeno de un compartimento a otro representa la diferencia de presión parcial de oxígeno existente entre los dos y explica las dos fases observadas (cf. figura 3). Un tapón cilíndrico es poroso y contiene aire. Cuando se inserta en el cuello de la botella (tomemos como referencia 18,5 mm de diámetro interno), la presión del oxígeno en el cilindro pasa de 21 a más del 30%. Aunque dispone de una salida de oxígeno hacia el exterior de la botella, el oxígeno tiende a entrar en la botella inmediatamente después del cierre, ya que, en ese momento, la distancia de recorrido y el gradiente de presión son más favorables que cuando se alcanza el equilibrio (cuando la supresión en el tapón comprimido desaparece).

Estos fenómenos ya se habían observado, pero nosotros fuimos los primeros en describirlos de forma matemática y en relacionar la función de la desorción con las primeras fases de la evolución del vino. Este trabajo, que se llevó a cabo en colaboración con el AWRI, se publicó en 2011 (Ugliano et al., 2011) y dio lugar a la creación del primer tapón cilíndrico tratado contra la desorción, lanzado en 2011 y conocido como Nomacorc Select Green 100. Desde entonces, el tapón Nomacorc Reserva cuenta con el mismo tratamiento patentado. Nos consta que ambos cierres siguen siendo los únicos que presentan estas características avanzadas de gestión del oxígeno. Gracias a la eliminación de la desorción, se consigue una mejor conservación de los aromas sensibles al oxígeno. Además, a diferencia de las soluciones de cierre con OTR muy reducidas, las transferencias de oxígeno más elevados permiten combatir los fenómenos de reducción que puedan aparecer durante la crianza de los vinos (Ugliano et al., 2011 y 2012).

Conviene concretar dos puntos clave en relación con la desorción. En primer lugar, el oxígeno no se libera en la botella de forma brusca (en otras palabras, no ocurre un 'pssst' en la botella). Los materiales empleados en función del tipo de cierre presentan unas características intrínsecas de difusión de oxígeno que determinarán la velocidad de progresión del oxígeno. En segundo lugar, según el grosor de los materiales y su organización celular o molecular, la velocidad de difusión puede sufrir grandes variaciones. Dicho de otro modo, el oxígeno debe atravesar capas sucesivas de material antes de que pueda ser liberado en la botella. Tal y como ya se ha mencionado, la desorción y el OTR están conectados por la ecuación de Crank. Por lo tanto, cuanto más reducido sea el OTR del tapón, más tiempo durará la desorción. A modo de ejemplo, evaluamos la duración de la fase de desorción de varios tapones de la gama Nomacorc Plantcorc (cf. tabla 1). Aunque en una publicación reciente se propone fijar la desorción en un plazo de seis meses (Chevalier et al., 2019), no nos parece apropiado establecer esta duración de forma anticipada en vista de los resultados de la tabla que figura a continuación.

Por otra parte, hay que tener en cuenta que cualquier fuga en la interfaz vidrio/tapón alteraría las curvas obtenidas, por lo que no se podría seguir utilizando el modelo. La foto 3 que aparece a continuación muestra las diferentes fuentes de oxígeno que pueden entrar en una botella de vino por el tapón cilíndrico. Ante la ausencia de fugas, las transferencias de oxígeno de los cierres representan la suma de la desorción y la OTR.

2.5/ Las unidades empleadas

Las diferentes unidades empleadas son las responsables de generar confusión en el mercado.

En un principio, las unidades empleadas para definir el OTR derivaban de la norma ASTM y se expresaban en cc/día/cierre al 100% de oxígeno (es decir, los cierres se exponían a una atmósfera de un 100% de oxígeno en lugar de a un 21%, con respecto a la concentración en el aire). El primer punto de confusión surgió con la aparición de unidades de cc/día/cierre a un 21% de oxígeno. Hubo quien aprovechó esta diferencia cinco veces menor para presentar valores de OTR más reducidos. Más tarde, se crearon nuevas unidades más complejas.

Hace casi una década, propusimos simplificar todo lo anterior y utilizar una unidad sencilla y comprensible para todos los enólogos: el mg/botella. De hecho, los técnicos del sector enológico están acostumbrados a dosificar las transferencias de oxígeno durante la vinificación en mg/mes y están habituados a concentraciones elevadas de moléculas de vino en mg/l, como en el caso del SO₂ libre. Hemos dedicado mucho tiempo a analizar la relación entre la transferencia de oxígeno a través del cierre y la evolución de los vinos en botella. Por lo tanto, consideramos necesario utilizar unidades de fácil comprensión que permitan establecer correlaciones con mayor facilidad. Las publicaciones recientes (Oliveira et al., 2013; Chevalier et al., 2019) demuestran que otros fabricantes de cierres apuestan por el mismo enfoque.

En la introducción de esta revisión indicamos que los problemas de las variaciones entre botellas fueron una de las razones principales de la diversificación de los métodos de cierre de los vinos tranquilos. Estas variaciones pueden deberse a niveles muy variables de transferencia de oxígeno entre cierres (M. Ugliano et al, 2015). Para destacar una vez más estas variaciones, fue preciso medir una gran cantidad de modalidades a partir del método NomaSense.

Desde hace más de una década, hemos transmitido que determinar los valores de transferencia de oxígeno no era suficiente para caracterizar la elección del cierre. Lo realmente importante era tener en cuenta el coeficiente de variación en torno al valor medio. Esto nos ha permitido analizar el conjunto de las soluciones de cierre presentes en el mercado y compartir las conclusiones principales. La figura 4 que aparece a continuación ofrece una visión general de los resultados obtenidos en las diferentes tecnologías de cierre. Analizaremos únicamente los resultados de los tapones de corcho, los microaglomerados y los tapones coextruídos (sintéticos y Plantcorc).

La categoría de tapones de corcho presenta la mayor variabilidad comparada con el resto de las categorías que hemos evaluado. Asimismo, el estudio publicado por los equipos de Amorim en colaboración con la Universidad de Burdeos (Oliveira et al., 2013) confirma que la variabilidad que pudiese existir en una población de 600 tapones de corcho entubados en dos planchas de corcho podría resultar muy elevada y oscilar entre los 0,5 y los 4 mg de oxígeno a lo largo de un mismo año, tal y como muestran los resultados de la tabla 2.

Medimos los mismos niveles de variabilidad en nuestro laboratorio, incluso en los casos en que los cierres fueron preseleccionados en función de sus masas, lo que nos impidió vincular la permeabilidad de los tapones de corcho a su densidad.

En cuanto a la categoría de microgranulados, en un gran número de mediciones observamos que la mediana de la categoría es de 0,5 mg por año, lo que corresponde al valor reducido del OTR de los tapones de corcho natural. La variabilidad se observa entre diferentes productores de microgranulados, así como entre lotes del mismo productor, lo que debería favorecer una buena comprensión de la alteración en esta categoría de cierres industriales.

En el caso de la otra categoría principal de tapones cilíndricos, el proceso de coextrusión, utilizado para la fabricación de tapones sintéticos y Plantcorc, representa un método de producción continua que permite obtener el mejor nivel de homogeneidad entre tapones, tal y como se desprende de los resultados de la gráfica anterior. Por lo tanto, este método de producción confiere la mejor homogeneidad a la categoría de tapones coextruídos.

En la actualidad, se tiene en cuenta un amplio abanico de criterios a la hora de elegir una solución de cierre para el vino tranquilo. Estos permiten responder a las exigencias de los productores y de los distintos mercados. Entre ellos, los fabricantes de cierres priorizan cada vez más la gestión del oxígeno a través del tapón. Tras haber desarrollado modelos matemáticos que reflejan la transferencia de oxígeno de los tapones cilíndricos, nos gustaría destacar los siguientes puntos:

• El OTR no basta para describir el rendimiento de gestión del oxígeno de los tapones cilíndricos;
• El fenómeno de desorción también es necesario para determinar la transferencia de oxígeno a través de los cierres;
• Cuanto más bajo es el OTR, más tiempo dura la desorción;
• Por último, la ausencia de variabilidad intrínseca de los cierres seleccionados es un elemento fundamental para garantizar la homogeneidad entre botellas conforme a las exigencias del mercado.

Las investigaciones llevadas a cabo en colaboración con institutos académicos de la industria vitivinícola de todo el mundo han facilitado una mejor comprensión de la influencia del oxígeno en la evolución del vino en botella. Asimismo, han favorecido el desarrollo de una gama de cierres (Green Line y Reserva) con unas características de gestión del oxígeno únicas en el mercado de cierres en términos de transferencia de oxígeno y homogeneidad.

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