Determinación del alcohol en vino y otras bebidas alcohólicas derivadas

Usualmente, el contenido alcohólico se expresa en Grado Alcohólico Volumétrico (GAV, en % vol.) que se podría definir como el número de litros de etanol puro contenidos en 100 litros de vino, siendo ambos volúmenes medidos a una temperatura de 20 °C.

En 1824 Gay Lussac publicó una monografía sobre el alcoholímetro centesimal, sentando así las bases de la determinación del grado alcohólico por medición de la densidad. El alcoholímetro desarrollado por Gay Lussac y fabricado por Collardeau-Duheaume era un areómetro: un instrumento que constaba de un cilindro hueco con un bulbo pesado en uno de sus extremos y que podía hundirse en mayor o menor medida en el líquido de medición, permitiendo obtener la densidad del líquido a través del Principio de Arquímides. Este instrumental tan sencillo poseía una escala de lectura graduada en centésimas de grado alcohólico. Luis XVIII, rey de Francia, firmó ese mismo año la reglamentación que obligaba al pago de impuestos en base al grado alcohólico obtenido por este método.

A Gay Lussac le costó 6 meses, con la ayuda de un alumno, poder determinar la relación existente entre la densidad, la temperatura y la composición de las mezclas etanol-agua. De aquí surge la primera limitación del método, sólo servía para mezclas etanol-agua, por lo cual era necesario un paso previo a la determinación propia del grado alcohólico: la destilación de la muestra.

Durante las décadas siguientes y hasta la actualidad se han seguido realizando trabajos para mejorar y simplificar la determinación del grado alcohólico en el vino y en otras bebidas. Todos estos trabajos dieron lugar a un elevado número de técnicas y procedimientos, que podríamos dividir sencillamente en dos grandes grupos: aquellos que requieren un paso de destilación previa y los que no. A continuación, se describen los principales métodos aplicados hoy en día en laboratorios y bodegas.

Este tipo de métodos se encuentran oficializados por la Organización Internacional de la Viña y el Vino (OIV) en su Compendio Internacional de Métodos de Análisis (OIV-MA-AS312-01).

El primer paso de la determinación consiste en la obtención de un destilado a partir del vino o bebida a analizar. Para llevar a cabo la misma, lo más usual es utilizar un equipo de destilación por arrastre de vapor, para evitar el calentamiento directo que podría dejar residuos dentro del balón de vidrio. Sin embargo, el destilador usado debe estar compuesto de un generador de vapor, un balón de vidrio, una columna de rectificación y un condensador tales que cumplan con un requisito que exige la normativa OIV: después de 5 destilaciones sucesivas de una solución hidroalcohólica al 10% vol. no se puede encontrar un resultado menor a 9,9% vol. Expresado de otra manera, las pérdidas de alcohol durante cada destilación no pueden ser mayores a 0,02% vol.

Cualquier destilador (por arrastre de vapor o por calor directo) que cumpla este requisito puede ser utilizado para la destilación. TDI comercializa con mucho éxito desde hace ya varios años el DE-2000, un destilador por arrastre de vapor conforme a normas europeas y OIV, no sólo para la determinación del grado alcohólico, sino también aplicable a la determinación de la acidez volátil y del ácido sórbico de acuerdo a sus respectivas normativas OIV. El DE-2000 posee un generador de vapor de aluminio con calefacción eléctrica; inyección por bomba dosificadora del agua necesaria al evaporador; precalentamiento automático del generador, y barboteador en acero inoxidable, con resistencia complementaria, que permite la destilación de la muestra sin aumento del volumen inicial de la misma. Es el equipo ideal para laboratorios oficiales y bodegas que busquen la máxima precisión y ajuste a las normativas oficiales. En condiciones normales, el DE-2000 permite obtener el destilado de la muestra en aproximadamente 5 minutos, dotando así al laboratorio de rapidez a la hora de determinar el grado alcohólico de una muestra.

La muestra normalmente no necesita ningún tratamiento previo, excepto la eliminación del dióxido de carbono que pudiera estar presente. El procedimiento es sencillo: en un matraz aforado de 200 mL se mide la muestra a analizar (en lo posible que esté atemperada a la temperatura del aforo, usualmente 20 °C) y se coloca en el balón de destilación, arrastrando la muestra que podría haber quedado en el matraz con pequeñas cantidades de agua destilada. Posteriormente, se agregan 10 mL de lechada de cal y, opcionalmente, material poroso y/o líquido antiespumante para mejorar la destilación. En otro matraz aforado se recogen 198-199 mL de destilado y se enrasa a 200 mL con agua destilada asegurando que la temperatura de la muestra esté a 20 °C.

Obtenido el destilado de la muestra en análisis, la normativa OIV permite realizar la determinación de la densidad de esta mezcla hidroalcohólica para el posterior cálculo del grado alcohólico a través de 4 métodos que han avanzado bastante en relación al antiguo alcoholímetro de Gay-Lussac. Los primeros tres métodos son de tipo I, es decir, son el método de referencia para la OIV, mientras que el cuarto es un método común que puede utilizarse como rutina.

• Picnometría: requiere de la utilización de un picnómetro de vidrio pyrex, una balanza con cuatro decimales de precisión y la utilización de sustancias de calibración. Comparando los pesos del destilado a analizar con el peso de las sustancias de calibración, se pueden obtener el volumen del picnómetro y la densidad del destilado. Finalmente, a partir de las tablas publicadas en la normativa OIV, se puede realizar el cálculo final del grado alcohólico en función de la densidad determinada.
• Densimetría electrónica: este tipo de equipos se basa en la determinación de la densidad por el uso de un oscilador de frecuencia. Un tubo capilar en forma de U conteniendo la muestra a analizar se coloca bajo una estimulación electromagnética y comienza a oscilar con un período cuyo valor al cuadrado es directamente proporcional a la densidad de la muestra. Usualmente, se necesita una calibración a dos puntos con fluidos de densidad conocida (aire y agua, por ejemplo). La temperatura del capilar a la que se realizan las mediciones debe ser constante e igual a 20 °C. Un equipo bien diseñado que cumpla todas estas condiciones puede dar rápidamente el valor de densidad y grado alcohólico de la mezcla hidroalcohólica obtenida después de la destilación y, por consiguiente, de la muestra analizada. Este tipo de equipos, particularmente los que entregan resultados de densidad con cinco decimales, son los más precisos del mercado y permiten obtener resultados de grado alcohólico con dos decimales de forma muy rápida. EL ALM-155, concebido y fabricado con tecnología japonesa, y comercializado en forma exclusiva por TDI, es posiblemente el densímetro de mejor relación calidad-precio del mercado. Su software, exclusivo para enología, permite leer los resultados directamente en grado alcohólico, sin necesidad de recurrir a tablas de conversión.

• Balanza Hidrostática: basa su funcionamiento en el Principio de Arquímedes “un cuerpo sólido que se sumerge en un líquido recibe un empuje igual al del peso del fluido desplazado”. Consiste, como su nombre indica, en una balanza que funciona con un sistema similar a la palanca para determinar la fuerza de empuje sobre un flotador de volumen conocido. Este flotador se sumerge completamente dentro de un cilindro lleno del destilado a analizar y, después de unos segundos de estabilidad, se lee directamente la densidad del líquido o su grado alcohólico si el equipo lo permite. Si bien es un equipamiento muy sencillo, para obtener un nivel de precisión adecuado se requiere una balanza con 3-4 decimales y seguir unos procedimientos de limpieza estrictos entre muestra y muestra, tanto del cilindro como del flotador.
• Hidrometría y Refractometría: comprende la utilización de un alcoholímetro centesimal que cumpla los requisitos de la clase I o II definidos por la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) o de un refractómetro con capacidad para medir índices de refracción entre 1,330 y 1,346. En ambos casos, será necesario medir también la temperatura del destilado a analizar para poder hacer las correcciones pertinentes. El termómetro debe tener una escala de al menos 0,05 °C. Es un método menos preciso, pero que puede utilizarse como de rutina al faltar algunos de los otros equipamientos antes nombrados.

El avance de la tecnología desde la invención de Gay Lussac trajo un sinnúmero de métodos que pueden aplicarse a la determinación del grado alcohólico en vino y otras bebidas, y no requieren del paso previo de destilación de la muestra. Entre estas técnicas podríamos mencionar: ebullometría, oxidación química, métodos enzimáticos, biosensores, potenciometría, electroforesis capilar, cromatografía gaseosa, cromatografía líquida, espectroscopía infrarroja, etc. Por diversos motivos que incluyen coste del equipamiento, volumen de muestra necesario, toxicidad de los reactivos empleados, baja repetitividad y precisión; muy pocos de estos métodos se utilizan a diario en bodegas y laboratorios oficiales. Las tres herramientas más importantes que se utilizan en rutina para determinar el grado alcohólico de vinos y otras bebidas son: la ebullometría, la espectroscopía de IR cercano (NIR) y la espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR). A continuación, se describen cada uno de estos métodos.

Ebullometría

Es una técnica basada en la medición precisa del punto de ebullición de una muestra líquida a una presión determinada. En mezclas puras de alcohol y agua, el descenso de la temperatura de ebullición respecto a la del agua pura está relacionado con la cantidad de alcohol en la muestra. Existen tablas que permiten predecir con exactitud la composición de una mezcla etanol-agua a partir de su temperatura de equilibrio líquido-vapor para una cierta presión atmosférica. En el vino, la presencia de otras sustancias distintas al etanol (azúcares, ácidos, polifenoles) afecta a esta predicción porque cada una de ellas puede generar un ascenso o descenso del punto de ebullición diferente al que genera el etanol en el agua. Sin embargo, para vinos secos muchas de estas sustancias, en concentraciones normales, compensan las subidas con las bajadas, resultando así que la ebullometría puede aplicarse perfectamente en estas bebidas con una exactitud de ±0,1% vol. Para vinos semi-dulces y dulces, es necesario realizar correcciones de acuerdo al contenido de sustancias disueltas de cada muestra.

El equipamiento es muy sencillo. Consiste en un recipiente donde se encuentra la muestra de vino y un termómetro de precisión para determinar el punto de ebullición exacto, además de un medidor de la presión atmosférica para realizar las correcciones pertinentes. Un punto crítico de la técnica es que es necesario que en todo momento la ebullición se haga bajo reflujo total. De esta manera se evitan las pérdidas de vapor de etanol y la pérdida consiguiente de precisión en la determinación. Para obtener el reflujo total, es necesario un condensador por el cual circule un refrigerante (agua fría, por ejemplo) que mantenga en todo momento la temperatura lo suficientemente baja para condensar todo el vapor.

A pesar de las limitaciones expuestas, la ebullometría es un método clásico, rápido, económico y sencillo para determinar el grado alcohólico de la mayoría de los vinos en bodega. El Ebullómetro automático comercializado por TDI es el más avanzado tecnológicamente hablando a día de hoy. La pantalla táctil, el control automático de la potencia de calefacción, la medición precisa de la temperatura gracias a su sonda calibrable y la determinación automática de la presión atmosférica (evitando el engorroso uso de discos y tablas de corrección) hacen que en sólo dos pasos y en menos de 5 minutos, cualquier usuario pueda determinar el grado alcohólico de su vino o bebida.

Espectroscopía NIR y FTIR

Los métodos que utilizan técnicas espectroscópicas vibracionales, como NIR o FTIR, se caracterizan por ser rápidos, directos, simples y sin necesidad de utilizar reactivos químicos para la determinación del grado alcohólico. Eliminan no sólo la necesidad de la destilación previa de la muestra, sino que también todas las manipulaciones que son necesarias realizar durante las determinaciones con otras técnicas, reduciendo por tanto el margen de error y aumentando la repetitividad.

Usualmente, los equipos NIR suelen ser más pequeños, portables y económicos que los FTIR. El campo de longitudes de onda de trabajo en los analizadores NIR va de 750 a 2500 nm. Esta zona del espectro se relaciona con sobretonos y vibraciones de combinación de moléculas con enlaces C-H, N-H y O-H. Ciertas zonas del espectro pueden ser utilizadas para la determinación específica del contenido en alcohol. Por ejemplo, el analizador NIR Alcoquick 4000 comercializado por TDI utiliza una serie de longitudes de onda escogidas especialmente en el espectro NIR de la muestra que permiten la determinación directa del grado alcohólico en menos de un minuto, siendo necesario sólo unos 40 mL de vino. Este sistema, desarrollado y patentado en Alemania, permite una medición exacta (±0,1% vol.) y muy repetitiva (±0,05% vol.). Opcionalmente, el Alcoquick 4000 puede venir complementado con un tubo en U oscilante que permite la medición simultánea de la densidad y el cálculo del extracto seco a partir de los datos obtenidos.

Por otra parte, los equipos FTIR son más avanzados en cuanto a calidad y capacidad analítica respecto a los NIR, lo que también hace que sean de mayor precio. En la espectroscopía FTIR se aplica el espectro completo del infrarrojo (entre 7800-350 cm-1) mejorando la velocidad del análisis y los límites de detección. Con la información obtenida de todo el espectro y, combinando herramientas de análisis de regresión multicomponente y quimiometría, se consiguen obtener calibraciones para determinar un gran número de parámetros. Por ejemplo, el analizador Bacchus 3, comercializado por TDI, permite obtener toda la información necesaria de una muestra en medio minuto, determinando los siguientes parámetros de importancia en enología como: ácido málico, ácido láctico, glucosa + fructosa, acidez volátil, pH, acidez total, densidad y, por supuesto, el grado alcohólico del vino. De esta manera, el mayor coste se explica por la amplia cantidad de parámetros que pueden obtenerse de manera simultánea a partir de una misma muestra.

La determinación fiable y precisa del grado alcohólico es hoy una realidad al alcance de todo tipo de laboratorios. Un asesoramiento legítimo y capaz como el que ofrece TDI le permite al cliente conocer todas las opciones disponibles y elegir aquella que mejor se ajuste a sus necesidades y presupuesto.

Los métodos oficiales con destilación y determinación de la densidad del destilado (preferiblemente, a través de densitometría electrónica) serán la opción preferente para laboratorios que deben dar resultados oficiales y acreditables. En este caso, la combinación del destilado DE-2000 con el densímetro ALM-155, permitirá tener rapidez, precisión, exactitud y confiabilidad tanto al operador del equipo, como al proveedor de resultados y al usuario.

Por otra parte, las bodegas podrían beneficiarse de la utilización de un equipo NIR para la medida del alcohol. El Alcoquick 4000 es la mejor solución si se busca rapidez, economía y sencillez. Si la determinación del grado alcohólico es sólo una más de varios parámetros, la opción de un analizador FTIR como el Bacchus 3 comienza a entrar en juego para las bodegas para tener una solución multiparamétrica a sus necesidades analíticas.

Finalmente, la opción más económica pero con un alto grado de automatización, para bodegas pequeñas y medianas, es el Ebullómetro, una técnica muy sencilla, rápida y con el suficiente grado de exactitud para los ensayos de rutina.

Como desde el inicio de su andadura, TDI apuesta siempre por la simplificación del trabajo y la facilidad en el uso de las técnicas analíticas más modernas, permitiendo liberar el tiempo del operador para otras tareas, evitando la complejidad del manejo de sustancias tóxicas y/o peligrosas y contribuyendo a facilitar la tarea diaria del enólogo, que sólo debe responsabilizarse de tomar las decisiones adecuadas para obtener el mejor de los vinos.

Si posee una necesidad analítica y desea saber cómo resolverla, no dude en comunicarse con nosotros vía mail (info@t-d-i.es), a través de la web www.tdianalizadores.com o de nuestras redes sociales, y juntos podremos encontrar la mejor solución.

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