Desalcoholización del Vino

Trabajo de Final de Grado

Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales

Desalcoholización del Vino

Autores: Germán Fañanás Puigjaner Alberto Sarrá Paloma Director: María Pilar Almajano Pablos Convocatoria: Julio 2020

Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona

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Resumen

El vino es una bebida que, además de tener una gran aceptación social, puede ser fuente de compuestos bioactivos, beneficiosos para la salud. Sin embargo, bebido en exceso resulta altamente nocivo, por el porcentaje de alcohol que tiene. En este sentido interesa obtener vino sin alcohol, con similares propiedades sensoriales.

El objetivo principal de este trabajo es analizar, en su conjunto, las metodologías de desalcoholización y su posible uso a nivel industrial para la obtención, económicamente viable, de vino con grado alcohólico reducido.

Inicialmente se ha explorado la demanda social, y también se ha realizado una investigación sobre la actualidad de estos procesos, las propiedades del vino y el interés social, a través de una profunda búsqueda bibliográfica. A continuación, se han estudiado las diversas técnicas de desalcoholización, realizando un análisis exhaustivo de las más conocidas. Se han seleccionado las dos que han parecido más interesantes y aplicables, ósmosis inversa (reverse osmosis, RO) y columna de cono rotatorio (spinning cone column, SCC). Para estas dos se ha hecho una propuesta de los diseños de planta y se ha iniciado la implantación de los Análisis de Peligros y Puntos de Control Críticos contrastando siempre los distintos diseños con profesionales del sector. Se han especificado los PCC 1 y PCC2, así como el análisis económico de su puesta a punto. También se ha analizado y aplicado la legislación vigente a ambas técnicas, consultado la página oficial del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, que recoge la legislación referente a la producción de vino.

Se ha podido realizar un análisis experimental de desalcoholización de tres tipos de vino, a través de membranas. Los ensayos de evaluación de los productos desalcoholizados obtenidos se han realizado en el INCAVI (Institut Català de la Vinya i el Vi). Ello ha permitido comparar las propiedades originales (nivel de acidez, polifenoles, azúcares…) y la definición organoléptica de ambos productos, estándar y desalcoholizado.

Ha quedado contrastado el alto interés de la sociedad en este tipo de bebidas, debido principalmente a una mayor concienciación por evitar el exceso de alcohol. Según la bibliografía es posible la reducción total del contenido de alcohol en el vino (se considera total una graduación inferior al 0.5%). Sin embargo, es improbable obtener una similitud organoléptica elevada con ese porcentaje. Por ello se asume que una reducción significativa del grado alcohólico (a partir de un 25%), es un logro si se mantienen las propiedades organolépticas. En el proceso experimental llevado a cabo se ha reducido entre 34% - 40% el contenido alcohólico en las tres muestras analizadas. Y, además, en esta primera prueba, se han mantenido las propiedades generales y la similitud organoléptica de ambos vinos, inicial y desalcoholizado.

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Como conclusión, se propone para la desalcoholización del vino una tecnología mediante membranas, ya que consigue modificar menos las condiciones a las que se somete el vino. También se ha confirmado que la inversión inicial no es elevada y la automatización del proceso no es compleja, si bien su viabilidad dependerá de la calidad global del producto final.

Resum

El vi és una beguda que, a més de tenir una gran acceptació social, pot ser utilitzada com a font de compostos bioactius, els quals resulten beneficiosos per la salut. En qualsevol lloc, si és consumit de manera exagerada resulta altament nociu, a causa del percentatge d'alcohol que presenta. En aquest sentit ens interessa obtenir vi sense alcohol, amb unes propietats sensorials similars.

L'objectiu principal d'aquest treball consisteix a analitzar, en el seu conjunt, les diferents metodologies de desalcoholització i la seva possible utilització a nivell industrial per l'obtenció, econòmicament viable, de vi amb grau alcohòlic reduït.

En primer lloc s'ha explorat la demanda social, i també s'ha portat a terme una investigació sobre l'actualitat d'aquests processos, les propietats del vi i l'interès social, mitjançant una profunda recerca bibliogràfica. A continuació, s'han estudiat les diverses tècniques de desalcoholització, realitzant una anàlisi exhaustiva d'aquelles més conegudes. S'han seleccionat les dues que ens han semblat més interessants i aplicables (RO i SCC). Per ambdues propostes s'ha fet una proposta dels dissenys de planta i s'ha iniciat la implantació de l'Anàlisi de Perills i Punts de Control Crítics contrastant sempre els diferents dissenys amb professionals del sector. S'han especificat els PCC 1 i PCC2, així com l’anàlisi econòmica del seu desenvolupament. També s'ha analitzat i aplicat la legislació vigent a ambdues tècniques, consultant la pàgina oficial del Ministeri d'Agricultura, Pesca i Alimentació, la qual recull la legislació referent a la producció i tractament de vins.

S'ha pogut dur a terme una anàlisi experimental de desalcoholització de tres tipus de vi, mitjançant tecnologies de membranes. Els assajos d'avaluació dels productes desalcoholitzats obtinguts s'han realitzat a l'INCAVI. Aquesta anàlisi ha permès comparar les propietats originals (nivell d’acidesa, polifenols, sucres...) i la definició organolèptica d’ambdós productes, estàndard i desalcoholitzat.

Ha quedat contrastat l'elevat interès de la societat en aquest tipus de begudes, a causa principalment d'una profunda conscienciació per evitar l’excés d'alcohol. Segons la bibliografia es possible la reducció total del contingut alcohòlic en el vi (es considera total una graduació inferior al 0.5%). En tot cas, és improbable obtenir una similitud organolèptica considerable amb aquest percentatge. És per això pel que s'assumeix que


una reducció significativa del grau alcohòlic (a partir d'un 25%), pot considerar-se un assoliment destacable si es mantenen les propietats organolèptiques. En el procés experimental portat a terme s'ha reduït entre 34% - 40% la quantitat d'alcohol en les tres mostres analitzades. I, a més, en aquesta primera prova, s'han mantingut les propietats generals i la similitud organolèptica d'ambdós vins, inicial i desalcoholitzat.

Per concloure, es proposa per la desalcoholització del vi una tecnologia mitjançant membranes, ja que aconsegueix modificar, en menor quantitat, les condicions a les quals es sotmet el vi. També s'ha confirmat que la inversió inicial no és elevada i la automatització del procés no és complexa, si bé la seva viabilitat dependrà de la qualitat global del producte final.

Summary

Wine is a beverage that, in addition to having great social acceptance, it can be a source of bioactive compounds, which can be beneficial for health. However, drinking excessively is highly harmful, due to the percentage of alcohol that it presents. In that sense, it is interesting to obtain wine without alcohol, with similar sensory properties.

The main objective of this project is to analyze, as a whole, the dealcoholization methodologies and their possible use at an industrial level for obtaining, economically viable, wine with a reduced alcoholic strength.

Initially, the social demand was explored, and an investigation on the current status of dealcoholization processes, the properties of the wine and the social interest, was also carried out through an in-depth bibliographic research. Later, several de-alcoholization techniques have been studied, making an exhaustive analysis of the best known ones. Those two options that have seemed most interesting and applicable (RO and SCC) have been selected. For these two, it has been made a proposal for the plant designs and the implementation of Hazard Analysis and Critical Control Points has been initialized, always contrasting the different designs with professionals in the sector. PCCs 1 and PCC2 have been specified, as well as the economic analysis of their set-up. The current legislation for both techniques has also been analyzed and applied, consulting the official website of the Ministry of Agriculture, Fisheries and Food, which contains the legislation regarding the production of wine.

It has been possible to carry out an experimental analysis of dealcoholization of three types of wine, through membranes. The evaluation tests of the alcohol-free products obtained have been completed by INCAVI. This has made it possible to compare the original properties (acidity level, polyphenols, sugars...) and the organoleptic definition of both products, standard and alcoholic-free.

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The high interest of society in this type of drink has been contrasted, mainly due to a more profound awareness of avoiding excess alcohol. According to the bibliography, a total reduction of the alcohol content in wine is possible (a graduation of less than 0.5% is considered total). However, it is unlikely to obtain a high organoleptic similarity with this percentage. Therefore, it is assumed that a significant reduction in alcoholic strength (from 25%) is an achievement if the organoleptic properties are maintained. In the experimental process carried out, the alcohol content in the three analyzed samples has been reduced between 34% - 40%. And, in addition, in this first test, the general properties and organoleptic similarity of both wines, initial and alcohol-free, have been maintained.

In conclusion, a technology using membranes is proposed for the dealcoholization of wine, since it manages to modify less the conditions to which the wine is subjected. It has also been confirmed that the initial investment is not high and the automation of the process is not complex, although its viability will depend on the overall quality of the final product.


Índice

Índice ............................................................................................................ 7

1. Glosario ................................................................................................. 9

2. Prefacio ................................................................................................ 11 2.1. Origen del proyecto .............................................................................. 11 2.2. Motivación ............................................................................................. 11 2.3. Requerimientos previos ....................................................................... 11

3. Introducción ........................................................................................ 13 3.1. Objetivos del proyecto ......................................................................... 15 3.2. Alcance del proyecto ............................................................................ 16 3.3. Beneficios del vino ............................................................................... 16 3.4. Estado actual del arte ........................................................................... 20

4. Proceso de desalcoholización ........................................................... 27 4.1. Concepto ............................................................................................... 27 4.2. Influencia de la fermentación en la desalcoholización ..................... 27

4.2.1. Pre-fermentación ........................................................................................ 28 4.2.2. Post-fermentación ...................................................................................... 29

4.3. Métodos de desalcoholización ............................................................ 29 4.3.1. Ósmosis directa ......................................................................................... 29 4.3.2. Ósmosis inversa ......................................................................................... 39 4.3.3. Destilación .................................................................................................. 45 4.3.4. Pervaporación ............................................................................................ 57 4.3.5. Destilación Osmótica ................................................................................. 61

5. Control de una planta de producción de vino desalcoholizado ..... 66 5.1. Legislación ............................................................................................ 66 5.2. Implantación de un sistema de gestión de calidad ........................... 69 5.3. Plantas de desalcoholización .............................................................. 72

5.3.1. Análisis de peligros (indicativos de la calidad del producto) ...................... 72 5.3.2. Puntos críticos de control ........................................................................... 76 5.3.3. Planta de producción de vino desalcoholizado mediante RO .................... 76 5.3.4. Planta de producción de vino desalcoholizado mediante SCC ................. 81

6. Análisis económico ............................................................................ 86 6.1. Proceso de RO ...................................................................................... 86 6.2. Proceso de SCC .................................................................................... 87 6.3. Costes adicionales ............................................................................... 88

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6.4. Coste del TFG ........................................................................................ 91

7. Análisis Experimental ........................................................................ 92

8. Impacto ambiental .............................................................................. 94

Conclusiones ............................................................................................. 97

Agradecimientos ....................................................................................... 99

Bibliografía .............................................................................................. 100 Referencias bibliográficas ............................................................................ 100 Webgrafia ....................................................................................................... 103

Anexos ..................................................................................................... 107


1. Glosario

APPCC – Análisis de peligros y puntos de control críticos

AOAC – Association of Official Agricultural: Asociación Oficial de químicos agricultores

CCR – Columna de cono rotatorio

CONVIDES – Consejo de Productores de Vino Desalcoholizado

DS – Draw solution: solución extractora

FO – Forward osmosis: ósmosis directa

FS – Feed solution: solución de alimentación

GC – Gas chromatography: Cromatografía de gases

IA – Inhibidores de aromatasa

INCAVI – Institut Català de la Vinya i el Vi

MDGC – Multidimensional gas chromatography: cromatografía de gases multidimensional

MS – Mass spectometry: espectrometría de masas

N.D. – No Date: sin fecha

OD – Osmotic distillation: destilación osmótica

OIV – Organización Internacional de la Viña y el Vino

PCR – Polymerase chain reaction: Reacción en cadena de la polimerasa

PLC – Programmable logic controller: controlador lógico programable

PRO – Pressure retarded osmosis: presión osmótica retardada

PV – Pervaporation: pervaporación

REACH – Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de sustancias y mezclas químicas

RO – Reverse osmosis: ósmosis inversa

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ROS – Reactive Oxygen Species: Especies Reactivas de Oxígeno

RSV – Resveratrol: Resveratrol

SCC – Spinning cone column: columna de cono rotatorios

SPME – Solid-phase microextraction: microextracción en fase sólida

UE – Unión Europea

UF – Ultrafiltration: ultrafiltración

VOCs – Volatile organic compounds: compuestos orgánicos volátiles

WOS – Web of Science


2. Prefacio

2.1. Origen del proyecto

El presente trabajo nace de una inquietud real frente a una circunstancia frecuente actualmente: las enfermedades degenerativas.

Nos empezamos a interesar por la desalcoholización al comprobar que, a algunos de nuestros abuelos, apasionados por el vino, se les diagnosticó Alzhéimer y se les prohibió el consumo de bebidas alcohólicas. A partir de ahí, comenzamos una búsqueda que constata una escasa oferta de vinos desalcoholizados y de baja calidad. Por ello, se intentó verificar si era una necesidad puntual o realmente existe una demanda de bebidas desalcoholizadas por motivos similares al apuntado.

2.2. Motivación

El deseo de los estudiantes es poder facilitar el desarrollo de este tipo de bebidas porque se considera que pueden llegar a tener un gran impacto beneficioso en la sociedad actual. Sobre todo, desde el punto de vista sanitario, pero también pensando en todas las consecuencias que podría desencadenar un buen vino desalcoholizado, que puede llevar, incluso, colaborar; en una rebaja del exceso de consumo de alcohol que tan perjudicial es para la sociedad.

Además, se considera un tema de una relevancia fundamental actualmente, tal y como se ha podido apreciar con la irrupción de la cerveza sin alcohol en los últimos años. Se trata también de un asunto innovador que abarca varios aspectos de la ingeniería. Por último, el hecho de poder llevar a cabo un análisis experimental y demostrar la viabilidad de este proceso de desalcoholización resultaba muy atractivo.

2.3. Requerimientos previos

Se ha comenzado con una extensa búsqueda bibliográfica que permita conocer las metodologías existentes, sus ventajas e inconvenientes. Desde el punto de vista científico, las publicaciones permiten comprender el grado de investigación desarrollado y la relevancia científica de cada una de las técnicas actuales. Estos datos darán el punto de partida que permitirá reconocer la viabilidad del propio proyecto. Por otra parte, desde un punto de vista social se ha constatado que la demanda de productos desalcoholizados está en alza ya sea por motivos de salud, religiosos, legales, etc.

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El procedimiento de búsqueda bibliográfica ha sido el siguiente: 1. Las Bases de Datos usadas han sido Web of Science (WOS) (al que la UPC tiene

acceso) y Google Scholar (abierta) a través de los filtros: “wine, osmosis, dealcoholization”.

2. Leer los títulos de los diversos artículos y seleccionar los 50 más relevantes. 3. Leer el abstract de todos ellos. 4. Comparar entre ellos y decidir qué 12 artículos leer y utilizar como fuente principal

de información.

En el proceso de selección no solo se han utilizado parámetros subjetivos, sino que también se ha tenido en cuenta la revista de publicación (el factor de impacto) para conocer la fiabilidad, así como el número de citas para conocer la relevancia del mismo.

Como primera conclusión, se destaca la cantidad de artículos encontrados utilizando esos filtros tan específicos. Alrededor de 80 en WOS, que indican la relevancia de la problemática a afrontar. También se observa que las técnicas más comunes de desalcoholización son: la destilación, una mejora de esta que es la SCC, RO y la Pervaporación (PV). Por último, como dato esperado, el talón de Aquiles, son la pérdida sensible de las propiedades organolépticas, haciendo difícil la competitividad de estas bebidas con el vino tradicional.


3. Introducción

La preinvestigación, desde el ámbito social y mass media, dejó un resultado totalmente inesperado: la demanda de bebidas desalcoholizadas se encuentra desde hace escasos años en un “boom” debido a los siguientes puntos:

• Crecimiento del número de personas con enfermedades dementes

Actualmente la esperanza de vida, como es conocido, es mayor y el objetivo de gran parte de la sociedad es poder vivir el mayor número de años posibles. Los estudios invitan a pensar que cada vez viviremos más, incluso llegando a ser la edad de 90 años la esperanza de vida en 2030 en distintos países industrializados [1]. Debido a esto, el número de personas afectadas por enfermedades dementes está en constante crecimiento, ya que el riesgo de contraer una aumenta con el paso de los años, hasta hacerlo de una forma exponencial al superar la barrera de los 90 años [2].

Para frenar el avance de estos trastornos se recomienda, con frecuencia, dejar de consumir bebidas alcohólicas, ya que estas afectan significativamente a la velocidad de desarrollo. En el caso del Alzhéimer, que representa el 60-70% de los casos diagnosticados de demencia según la Organización Mundial de la Salud [3], se ha demostrado que el consumo de alcohol afecta a la regulación de las células microgliales que conducen a acelerar la enfermedad [4]. Por eso, el número de personas interesadas en consumir bebidas desalcoholizadas está en crecimiento.

• Cambio cultural

Las nuevas generaciones, en concreto la “generación Z” y la Millenial, concentran gran parte de su interés en la salud física. Fundamentado en dos pilares: el cuidado de la dieta y practicar deporte. Esto se debe a una educación mucho más incisiva en este aspecto, sobre todo por los conocimientos y hallazgos que relacionan hábitos alimenticios con la salud. También se debe al enorme porcentaje de instagramers o deportistas que cuidan mucho su imagen y que actualmente tienen una gran influencia sobre la sociedad, pues se suele relacionar su éxito con el cuidado de sus hábitos alimenticios. Por ejemplo, las dietas de grandes deportistas, como Djokovic (dieta sin-gluten) o Cristiano Ronaldo, están perfectamente especificadas y se concretan sus planes alimenticios en sencillas búsquedas de internet. Esto se quiere comentar para remarcar que la vida sana es una de las bases, o fundamentos, de las nuevas generaciones; las generaciones previas no habían recibido tanta información sobre estos aspectos, unido a carencias de ámbito económico, por lo que las prioridades eran

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diferentes. La evolución pasa de disfrutar de la comida y de la bebida (entre otras cosas) a disfrutar de la salud y mantener la línea.

Esto se traduce en un gran reto para la industria alimentaria, que no solo se debe ocupar de mantener unos estándares garantizados de calidad y sabor, sino también garantizar una serie de propiedades nutricionales. De todo este proceso de cambio no se queda exento la industria de las bebidas alcoholizadas ya que el etanol es una sustancia muy calórica. Estos hechos le dan un valor añadido a la búsqueda de vinos desalcoholizadas porque se pueden reducir un 65-90% (dependiendo de cuántos grados se reduzcan) las calorías [5]. Esto se debe a que los alcoholes del vino provienen de la fermentación del azúcar y contienen un gran valor energético (aproximadamente 7 kilocalorías por gramo).

• Interés en nuevos mercados

La industria del vino, como cualquier otra, está en constante desarrollo y con el objetivo de incrementar sus ganancias. Muchas veces esto se puede concretar ampliando el número de posibles compradores. Es decir, abrir nuevas vías de mercado que pueden hacer aumentar no solo el número de ventas, sino también puedan conducir a una revaloración del producto y un consecuente aumento del precio unitario. Esto pone el foco en todos esos países donde el consumo de alcohol está prohibido, habitualmente de confesión islámica: Afganistán, Arabia Saudita, Bahréin, Bangladesh (legal para extranjeros), Brunei, Emiratos Árabes Unidos, India (en algunas partes del territorio), Irak, Irán, Libia, Kuwait, Maldivas (legal para no musulmanes y extranjeros mayores de 18 años), Marruecos (legal para no musulmanes y extranjeros mayores de 18 años), Pakistán (legal para no musulmanes y extranjeros mayores de 21 años), Somalia, Sudán y Yemen [7]. De esta lista, es interesante observar que varios se encuentran dentro de los países con mayor PIB per cápita, por ejemplo, Brunei es el cuarto ($79,003), Emiratos Árabes Unidos el séptimo ($74,035), etc. [8]. Por todo ello, es un mercado muy atractivo que podría empezar a explorarse en el momento en el que el vino desalcoholizado sea competitivo.

A estos tres puntos se podría añadir rápidamente otro: el cambio climático. El aumento de la temperatura media de la Tierra conlleva a que las uvas sobremaduren con poco ácido y alto contenido en azúcar. Muchas cosechas empiezan a adelantarse, lo que provoca perder una serie de propiedades que solo se consiguen cuando las uvas maduran durante un tiempo y a una temperatura determinadas. De hecho, esto conlleva que regiones donde la uva crecía con facilidad ya no sean tan adecuadas y, de forma inversa, regiones donde no crecía bien se conviertan con el paso del tiempo en las regiones más adecuadas. Se estima que en 2050 diversas áreas de los países de la costa Mediterránea, especialmente Italia, Grecia y Francia no cumplirán con las condiciones para realizar una buena cosecha de


uvas mientras que algunas zonas de Inglaterra sí. Por eso, está creciendo la producción de vino en países donde antes no era habitual, como son Inglaterra o Noruega [9].

Independientemente de esta tendencia, ahora mismo son muchas las bodegas interesadas en contratar servicios que ayuden a rebajar el grado de sus vinos. Es frecuente rebajar, por ejemplo, producciones de 15-16° hasta los 12-13°. He aquí, en parte, el interés también en técnicas para reducir el alcohol. Como el propio nombre indica, reducir; que no desalcoholizar. Por eso no se ha añadido en la lista anterior. De todas formas, esto incrementa el interés en encontrar técnicas que desalcoholicen manteniendo al máximo las propiedades requeridas.

A todos esos factores también se podría añadir las enormes tasas y dificultades legales para adquirir y consumir estos productos. Prácticamente en todo el mundo existen muchas restricciones, justificadas, para aquellos que hayan consumido bebidas alcohólicas y deseen conducir, por ejemplo. También sería de interés ofrecer el producto en celebraciones nocturnas con gran afluencia de gente.

Un estudio realizado por Global Market Insights [10], estima que actualmente el mercado de cerveza y vinos sin alcohol tiene un valor de 20 billones de dólares. Predicen un crecimiento anual del 7%, hasta que en 2025 adquiera un valor de 30 billones. Es una predicción, pero todo indica que este sector en desarrollo va a ir acaparando cada vez más presencia en la industria alimenticia y en nuestras vidas. Actualmente no es extraño ver cervezas 0,0… ¿En diez años será normal ver vinos 0,0?

Por tanto, este trabajo nace de una situación cotidiana pero no cobra viabilidad hasta que se certifica la relevancia actual de este sector y el interés general por parte de los consumidores y de las productoras de bebidas alcohólicas. Estos últimos son los más interesados en poder ofrecer rápidamente al consumidor lo que busca y no perder la cuota de mercado que tienen, sobre todo en países como España, Italia y Francia donde el consumo del vino forma parte de la dieta habitual de los más mayores y a su vez es el trabajo de muchas personas.

3.1. Objetivos del proyecto

El objetivo principal es analizar las posibilidades de desalcoholizar el vino y los distintos métodos que existen para producirlo. Este objetivo principal se ha desglosado en los siguientes objetivos concretos:

• Realizar una búsqueda bibliográfica acerca del estado actual del arte para analizar el punto de partida y establecer la viabilidad de los diferentes métodos de desalcoholización

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• Analizar el mercado, estudiando y entendiendo los distintos procesos utilizados hoy en día en el proceso de desalcoholización

• Investigar los posibles beneficios o defectos que conllevaría el consumo de vino desalcoholizado.

• Realizar alguna visita a una bodega para comprender de primera mano el proceso de obtención del vino y los distintos puntos de control que permiten conseguir los mejores resultados en el producto final.

• Diseñar a planta piloto dedicada a la desalcoholización de vino, considerando la legislación actual y sugiriendo dos posibles métodos de desalcoholización, además de incorporar los distintos flujos de planta, juntamente con los correspondientes puntos de control.

• Estudiar el posible impacto económico del proyecto de la planta industrial, además del coste que ha tenido llevar a cabo nuestro Trabajo de Final de Grado.

• Experimentar alguno de los métodos descritos (a escala laboratorio) con análisis de las propiedades del vino obtenido.

• Analizar y estudiar los resultados siguiendo el procedimiento legal y profesional.

3.2. Alcance del proyecto

El proyecto se centra en el análisis de los requerimientos legales, diseño de una planta piloto y realización de un proceso de desalcoholización para una empresa ya productora de vino, incorporando los PCC y análisis generales del control de calidad, así como el presupuesto de su puesta a punto. También se han realizado análisis con uno de los métodos para 3 vinos diferentes, comparando los parámetros generales del vino original y desalcoholizado.

3.3. Beneficios del vino

Es importante remarcar los aspectos positivos que también tiene el vino. Nos centraremos en el vino tinto. El vino desalcoholizado sigue conservando la mayor parte de sus polifenoles, compuestos con alta actividad antiradicalaria y con demostrados beneficios para la salud. Uno de ellos de especial importancia y ampliamente estudiado es el resveratrol (RSV), polifenol de la familia de las antocianinas, compuesto generado por diversas plantas, entre ellas la uva, para protegerse de ciertas bacterias o de la radiación UVA [1].

• Salud cardiovascular y diabetes

Se ha demostrado científicamente que el RSV ayuda a remodelar la microbiota intestinal y a prevenir la aterosclerosis [2]. La aterosclerosis es la enfermedad producida por la


acumulación de placa en las arterias, como el colesterol, que dificultan el paso de la sangre a través de éstas. Se trata de una enfermedad muy común, sobre todo en personas mayores [3].

Diversos estudios también certifican que el consumo de vino de forma moderada, rebaja el riesgo de sufrir algún incidente cardíaco en las personas que sufren diabetes, especialmente de tipo 2 [4].

También se asocia al consumo del vino a una disminución de la presión arterial sistólica y diastólica, aumentando el óxido nítrico en el plasma, componente importante para poder regular la presión sanguínea [5].

• Salud mental

La presencia del RSV puede también ser beneficiosa para el cerebro, según Sakata et al., agiliza el proceso de recuperación en caso de producirse un infarto cerebral, ya que está más capacitado para responder debido a que contiene niveles más altos de la enzima hemo-oxigenasa que protege a las células nerviosas de daños cerebrales [6].

Otro efecto beneficioso ligado a la presencia de RSV es la reducción del riesgo de contraer demencia [7]. Es interesante mencionar que siempre se propone consumir una copa diaria para evitar exceso. De hecho, en 2015 se descubrió que la RSV es capaz de regular ciertos biomarcadores (plasma Ab40 y Ab42, líquido cefalorraquídeo Ab40, Ab42, tau, y p-tau 181) importantes para el Alzhéimer; sin embargo, como sucede tantas veces, la dosis efectiva frente a este biomarcador es superior al consumo diario recomendado de vino [8]. Todo esto cambia si el producto ofrecido contiene menos alcohol.

Otro estudio realizado en España asegura que el consumo de una copa de vino diaria disminuye el riesgo de depresión, enfermedad muy común en el siglo XXI debido a los niveles de estrés que se sufre, de manera general, nuestra sociedad [9].

• Pérdida de visión

En los últimos años, la principal causa de ceguera en la población ha estado relacionada con la degeneración macular asociada a la edad y a la retinopatía diabética, ambas producidas por el crecimiento excesivo de los vasos sanguíneos en el ojo (angiogénesis). El RSV permite que estos vasos sanguíneos no crezcan más de lo necesario, ya que permite controlar su crecimiento [10] [11].

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• Anticancerígeno

El consumo moderado de vino tiene efectos favorables en la prevención frente a distintos tipos de cánceres. Se pretende enumerar solo los más relevantes, ya que seguramente tenga aplicaciones beneficiosas en otros tumores:

- Cáncer de colon: Para el tratamiento de estos tumores intestinales es muy útil un estudio realizado en Leicester hace pocos años que afirma que el consumo de una dosis baja de RSV tiene efecto en la reducción del tumor. Los ensayos realizados en ratones mostraban que el consumo equivalente de una copa de vino diaria reducía en un 50% el tamaño del tumor, mientras que el consumo de una dosis 200 veces superior, lo reducía un 25%. Por tanto, ratifica que la cantidad óptima de este polifenol se puede obtener en un consumo moderado de vino [12].

- Cáncer de mama: En este caso, la presencia de inhibidores de aromatasa (IA) en las uvas, que permanecen en el vino (en un porcentaje mayor en el tinto que en el blanco), ayuda a prevenir y tratar este tipo de tumor. Estos bloquean la enzima aromatasa que en última instancia ayuda a reducir la cantidad de estrógeno en el cuerpo, que está implicado en la multiplicación de las células cancerígenas [13].

- Cáncer de próstata: Este tipo de tumor no tiene un origen claro y muchos estudios tienden a identificar el tipo de dieta como uno de los factores más importantes en su desarrollo. No hay estudios definitivos, pero si que algunos indican que el consumo del vino tinto moderado reduce la probabilidad de contraer este tumor en un 50%. Podría ser debido a la presencia de los IA y de RSV o quizás a un efecto sinérgico entre estos compuestos y otros componentes minoritarios del vino. Los estudios no son concluyentes [14].

También es relevante informar de que la dosis de “una copa diaria” está sujeta a la restricción impuesta por el contenido alcohólico que suele ser dañino para cualquier cáncer y, por tanto, como ya se ha explicado la producción de vino desalcoholizado, abriría un abanico de posibilidades nuevo, pues la “copa diaria” dejaría de ser restrictiva.

• Cuidado de la piel

Las uvas y, por tanto, el vino, contienen también polifenoles de la familia de los flavonoides, reconocidos también como “antioxidantes”, justamente por su acción de eliminación de radicales libres. Eso conlleva diversos beneficios, pero para la piel juega un papel importante en la disminución de los daños producidos por la radiación ultravioleta. Estos rayos, al entrar en contacto con la piel humana, activan especies que oxidan grasas, ADN y otras moléculas, estimulando unos enzimas que perjudican las


células de la piel. Estos flavonoides inhiben la formación de estas especies reactivas al oxígeno (reactive oxygen species - ROS) en las células de la piel, que provocan toda esta cadena de efectos. Incluso se propone en algún estudio fabricar protección solar basada en uvas debido a esta acción protectora [15] .

Además, el vino tinto, al contener de forma natural anti-inflamatorios y antisépticos, genera una limpieza de los poros y podría ser beneficioso también para el tratamiento de acné [16].

Es curioso observar que en diversos tratamientos para la piel se aconseja aplicar directamente vino tinto sobre la piel ya que 'los polifenoles del vino tinto pueden ayudar a aclarar una tez apagada y los aminoácidos del vino tinto “refrescan” la piel y le dan un brillo saludable' [17].

En conclusión, hoy en día no se pueden cuestionar los numerosos efectos beneficiosos que el vino aporta a la salud humana, especialmente por compuestos asociados a la producción de las plantas como defensa frente a los “ataques” climatológicos y de hongos y parásitos. Tampoco se cuestiona que el consumo excesivo puede ser contraproducente ya que el contenido alcohólico es perjudicial, en muchos sentidos, incluso provoca la aceleración de ciertas enfermedades mencionadas con anterioridad. Por tanto, muchas veces el vino se suele considerar como un “producto cuestionado”: los aspectos positivos proporcionados por el RSV, los antioxidantes o taninos, se contrarrestan con los negativos que proporciona el porcentaje de etanol. Con todo lo expuesto, nos cuestionamos ¿se puede generar un vino que mantenga sus propiedades beneficiosas para la salud eliminando el alcohol?

Actualmente, aún se debate sobre si una vez desalcoholizado el vino los polifenoles permanecen en igual cantidad, ya que el etanol podría facilitar su disolución. También es importante considerar que el alcohol es protector frente al crecimiento microbiano. En el Hospital Clínic se hizo un ensayo, hace unos años por un equipo de investigación. Estudiaron el efecto de tres distintas dietas sobre 67 personas con alto riesgo de sufrir problemas cardiovasculares. La diferencia entre esas dietas radicaba en el consumo del alcohol: una incluía un vaso de vino tinto diario; otra un vaso de vino tinto desalcoholizado diario; y, la última, ginebra. Para el presente trabajo de investigación es interesante leer que la dieta que incluía la copa de vino tinto desalcoholizado diario es la que más disminuía la presión arterial y diastólica, afirmando que sería recomendable consumir a diario este producto para prevenir la hipertensión moderada [5].

Todo lo expuesto lleva a concluir que el vino desalcoholizado mantiene las propiedades beneficiosas del vino original y elimina las más perjudiciales, abriendo la hipótesis de que incluso puede mejorar las propiedades positivas.

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El reto estriba en encontrar la solución que mejor mantenga las propiedades; incluidas las organolépticas, vitales para propiciar un aumento del consumo de este tipo de bebidas.

3.4. Estado actual del arte

Tal y como se ha mencionado previamente, la búsqueda bibliográfica nos permitió situarnos en el panorama actual de la desalcoholización de bebidas alcohólicas, principalmente vino; además también se estudiaron diversas técnicas aplicadas a la cerveza1.

Castro-Muñoz en 2019 afirma que la eliminación del etanol después de la fermentación de las bebidas alcohólicas se lleva a cabo mediante evaporación o destilación. Estas metodologías actuales de desalcoholización resultan eficientes en lo que se refiere a la eliminación del etanol; sin embargo, algunos compuestos organolépticos pueden perderse durante el proceso. En consecuencia, se observa que el proceso de desalcoholización es altamente sensible a las propiedades de calidad de las bebidas. Por ello, las tecnologías basadas en membranas, que utilizan barreras selectivas permanentes para la separación, se han promovido con el fin de minimizar este inconveniente. Ellos eligen la PV como una de estas tecnologías destinadas a la eliminación del etanol. Analizan los resultados más relevantes de una desalcoholización de cerveza y vino y llegan a la conclusión de que es muy posible que esta tecnología se implemente en cualquier proceso de desalcoholización a nivel industrial, debido a su capacidad de recuperación de aromas [18].

Se ha considerado relevante también destacar un artículo de Liguori et al., del mismo año. Se centran en la desalcoholización de un vino blanco joven típico (Falanghina), ya que consideran que el proceso de desalcoholización parece aplicarse principalmente a los vinos tintos. Estudian el impacto de la destilación osmótica (osmotic distillation, OD) en la evolución de parámetros enológicos y compuestos volátiles a diferentes niveles de alcohol, hasta un contenido mínimo inferior al 0,5%. La desalcoholización diseñada presenta 8 ciclos de 30 minutos cada uno. En estas condiciones, y a partir de pruebas cinéticas en soluciones hidroalcohólicas, afirman que al final de cada ciclo, la reducción de alcohol era de un 30% respecto del valor al inicio del ciclo. Los resultados muestran que los compuestos volátiles disminuyen progresivamente durante la desalcoholización, pero de manera diferente, en función de la clase química a la que pertenecen. En particular, las principales pérdidas se observaron al final del segundo ciclo (-5.5% en volumen):

1 Se obtuvieron 41 artículos que abordaban este tema desde diferentes puntos de vista. Entre ellos, y después de haber leído el abstract se seleccionó la tercera parte al ser los más interesantes y cercanos a nuestro tema. La lectura detenida de ellos queda recogida en este apartado para facilitar la comprensión del estado actual en la investigación científica.


aproximadamente 53% para lactonas, 72% para alcoholes superiores y casi 84% para ésteres y fenoles. En los ciclos posteriores, los volátiles continuaron disminuyendo hasta una pérdida volátil global del 96%. Finalmente, se relaciona esta disminución de los compuestos volátiles principales (alcoholes, superiores, ésteres y ácidos) con la constante de la ley de Henry, por lo que está correlación podría ser útil para determinar el nivel óptimo de desalcoholización que no tiene un impacto significativo en la composición volátil, especialmente si se lleva a cabo una desalcoholización parcial [19].

Corona et al., [20] también en 2019, investigan el efecto de diferentes grados de desalcoholización en la composición de compuestos volátiles, fenoles y características sensoriales del vino tinto (Montepulciano d'Abruzzo). Parten de un grado 13,2 % y el proceso de desalcoholización se lleva a cabo mediante una tecnología de membrana con una disminución del grado alcohólico determinada (- 4.9; - 6.3; - 7.8, - 9.2 y - 10.5% v / v). El método utilizado es la OD, tal y como hicieron Liguori et al. meses antes [19], ya que se considera muy efectiva para preservar un perfil oloroso satisfactorio. Del mismo modo, el color y el sabor, evaluados por flavonoides y compuestos fenólicos, permanecen prácticamente sin cambios en todas las muestras desalcoholizadas. Finalmente, se concluye que a partir de los ensayos se puede definir un punto de desalcoholización parcial óptima de aproximadamente 5.4% v / v, resultados coincidentes con los encontrados por Liguori et al. [19].

Un artículo muy reciente, publicado el 2 de junio de 2020, propone un método innovador para obtener vinos con un menor porcentaje de alcohol. Exponen los inconvenientes de obtener estas bebidas mediante una cosecha más temprana de las uvas con menor contenido de azúcar, que sería el enfoque más simple, y se considera que el uso de ultrasonidos en las bodegas podría ayudar a evitar el problema de la falta de madurez fenólica que pueden presentar estas uvas. La metodología que utilizan consiste en cosechar uvas con dos niveles de maduración diferentes, transportarlas a la bodega y vinificarlas. Posteriormente, se utiliza un sistema de ultrasonido de alta potencia a gran escala, con la intención de tratar parte de las uvas menos maduras justo después del estrujado. Finalmente, se analizan las características fisicoquímicas, cromáticas y sensoriales en el momento del embotellado. Los resultados muestran que el vino obtenido con uvas tratadas con ultrasonido presenta características cromáticas muy similares a las de un vino obtenido con uvas más maduras, además de alcanzar los puntajes más altos en descriptores de aroma y calidad en un análisis sensorial. Esta tecnología de ultrasonido, que se trata de una tecnología limpia, ecológica y energéticamente muy eficiente, además de ser una práctica autorizada en bodegas, podría ser interesante para obtener vinos con intensidad de color y parámetros de calidad sensorial similares a los vinos obtenidos de uvas más maduras, pero con menor contenido alcohólico [21].

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Un artículo de la revista Australian Journal of Grape and Wine Research muestra cómo se aplican tres métodos distintos para reducir el contenido alcohólico: En primer lugar, situando la desalcoholización en la fase previa a la fermentación (pre-fermentación) mediante la adición de un líquido derivado2 del mosto de la uva, el cual se obtiene mediante RO, para reducir el incremento de los niveles de azúcar. El problema de este método es que se pierden considerablemente las propiedades aromáticas del vino. En segundo lugar, se estudia la opción de mezclar diversas cepas de vino (una Saccharomyces cerevisiae y dos Starmerella bacillaris) y realizar una fermentación conjunta. Esta alternativa se basa en el desarrollo de cepas de levadura Saccharomyces cerevisiae con rendimiento reducido de etanol mediante la aplicación de ingeniería metabólica, y la combinación de levaduras diferentes, capaces de desviar el flujo de carbono hacia múltiples metabolitos en lugar de etanoles, conseguido por la alta capacidad de fermentación de las cepas Saccharomyces cerevisiae. Esta estrategia es, aparentemente, prometedora, pero no hay estudios que muestren los efectos en la composición y el perfil sensorial del vino resultante, por lo que se puede afirmar que sea efectiva. Y, finalmente, se explica la estrategia de la post-fermentación, que implica la adición de vino de baja concentración de etanol o la eliminación de etanol utilizando tecnologías basadas en membranas. Se mencionan diversas técnicas actuales empleadas en todo el mundo (RO, PV, SCC...). Sin embargos, estas estrategias de post-fermentación tienes algunos inconvenientes: son difíciles de realizar, tienen un alto coste y afectan a la composición y los atributos sensoriales del vino. De todos modos, cabe destacar que los efectos son aceptables en vinos parcialmente desalcoholizados cuando la concentración de etanol se reduce en un 2% v / v [22].

Mangindaan et al. desarrollan una investigación en la que recogen las características de los procesos de desalcoholización desde el inicio de esta técnica, detallando cómo han ido evolucionando hasta el día de hoy, para concluir y destacar hacia dónde se dirige el sector de investigación. En este artículo se recalca el problema del mercado vitivinícola en la producción de vino desalcoholizado debido a que la mayoría de bebidas no alcohólicas disponibles no son aceptadas organolépticamente, ya que exhiben falta de sabor y aroma. Además, el sabor es diferente si se compara con las bebidas originales (tanto en el vino como en la cerveza). Por lo tanto, es necesario definir métodos apropiados para eliminar selectivamente el etanol mientras se conservan los componentes volátiles. A partir de aquí, se enfoca el desarrollo de estos procesos a la utilización de membranas junto con diversos métodos de desalcoholización. Se centran en factores como el bajo consumo energético, la alta eficiencia de separación selectiva y molecular, el bajo coste total o el impacto medioambiental. En concreto, se destacan: la RO, la nanofiltración, la diálisis, la OD y la PV; consideran que serán los más utilizados en el futuro debido a sus propiedades. Sin

2 Este líquido se obtiene mediante RO de una parte de la sustancia inicial de la uva.


embargo, todavía hay mucho margen de mejora para producir vino y cerveza saludables (desalcoholizados) y deliciosos (aspectos sensoriales y organolépticos aceptables) [23].

Un artículo de Motta et al., del año 2016, presenta un ensayo consistente en la desalcoholización de tres vinos mediante dos técnicos diferentes, con la intención de comparar las características fisicoquímicas y aromáticos, además de verificar que en ambos casos se mantiene la ratio isotópica δ18O correspondiente. Los dos métodos que se utilizan para desalcoholizar el vino son: la desalcoholización mediante contacto de membrana (membrane contactor, MC) y la destilación al vacío (distillation under vacuum, D). La principal diferencia en los vinos obtenidos por estas dos técnicas es el grado de concentración alcanzado por las fracciones desalcoholizadas, que fue 5-6 veces mayor con D que con MC debido a la pérdida concomitante de agua. También cabe destacar que los principales compuestos “no volátiles” (ácidos orgánicos, cationes, polifenoles, antocianinas) no se perdieron durante el proceso de desalcoholización, mientras que las pérdidas de compuestos volátiles fueron relevantes y diferentes en función de la técnica utilizada. Finalmente concluyen que D es más caro y se pierden más propiedades, por lo que no resulta interesante. En cualquier caso, se debe remarcar el hecho de que, debido a la legislación vigente en aquel momento, solo se permite desalcoholizar el vino sin mezclar, por lo que, en el caso de haber podido utilizar diversas mezclas que se mencionan, los resultados hubieran sido mejores [24].

Otro artículo relevante es uno de Longo et al., del año 2016, en el que se identifican y resumen las posibles consecuencias perjudiciales del proceso de desalcoholización, además de describir las mejores técnicas para mantener la composición original del vino. En este artículo se mencionan diversos métodos de desalcoholización, clasificándolos según en previos a la fermentación o posteriores (pre/post-fermentación), además de la fermentación mixta definida anteriormente. A pesar de la capacidad y eficiencia de estas tecnologías, se producen pérdidas de compuestos aromáticos importantes. Además, la reducción de etanol modifica la solubilidad y altera la concentración de algunos compuestos volátiles importantes y, por lo tanto, las características organolépticas del vino final. Proponen una mayor comprensión de estas alteraciones en los compuestos del vino (durante la desalcoholización) para ayudar a los productores de vino a limitar los efectos no deseados, y así aumentar la aceptación entre los consumidores [25].

También se ha podido analizar un artículo de la revista Food Science and Technology International del año 2016, que estudia el uso de la nanofiltración para la producción de vino tinto con bajo contenido alcohólico. Se evalúa la influencia de la presión transmembrana (10-20bar) y la temperatura (20-40ºC) en la retención de componentes relevantes como las antocianinas y el resveratrol (RSV) y en el rendimiento de la membrana de nanofiltración. La mayor retención de antocianinas y RSV se consigue a bajas temperaturas (20ºC), mientras que el incremento de la presión hasta 20bar aumenta

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considerablemente el flujo de permeado. Los experimentos llevados a cabo muestran que la nanofiltración se presenta como una técnica valida para la producción de vino de baja concentración alcohólica. Los resultados finales presentan una concentración baja (entre 4 y 6% en volumen) y sus propiedades sensoriales son bastante similares a las del vino original [26].

Magallo et al. publican, en el año 2015, un artículo en el que presentan los tratamientos más comunes para la producción de bebidas alcohólicas de baja concentración, que son la columna de cono rotatorio (SCC) y las tecnologías de membrana como la RO o la ultrafiltración (UF). Además, también se presenta una tecnología innovadora, llamada pertracción evaporativa (EP) o la OD, la cual ha mostrado resultados prometedores para la desalcoholización parcial del vino. Del mismo modo, esta tecnología presenta beneficios concretos como es el bajo consumo energético. Este trabajo analiza y compara el impacto ambiental de EP, SCC y RO a partir de dos variables: sostenibilidad de los recursos naturales y sostenibilidad de las emisiones ambientales de cada proceso. Finalmente, se presentan los resultados de las tres tecnologías. La RO supuso un mayor consumo de energía y menores demandas de materiales y agua que EP, mientras que este último mostró mejores resultados en todas las categorías de aire. La tecnología SCC presentó el mayor consumo de recursos naturales y las mayores cargas ambientales en todas las categorías. Sin embargo, esta situación se vio modificada cuando las aguas residuales del proceso SCC, con su alto contenido de etanol, se valorizaron energéticamente [27].

Por último, destacar que, ya en el 2011 Catarino y Mendes desarrollaron un estudio acerca del uso de procesos de separación mediante membranas para la producción de vino de bajo contenido alcohólico. Utilizaron varias membranas de RO y nanofiltración para eliminar el etanol de un vino tinto del 12% de graduación alcohólica, Simultáneamente usaron membranas de PV para la recuperación de compuestos aromáticos (previa al proceso de desalcoholización) y posterior adición en el vino desalcoholizado. El trabajo concluye que los procesos de membranas resultan muy eficientes para la eliminación del etanol de un vino común. Los resultados de este estudio indican que la nanofiltración y PV son dos técnicas muy efectivas para la desalcoholización y el mantenimiento de las características originales del vino [28].

Como se ha ido introduciendo en este trabajo; actualmente existen, y se han empleado, diversos métodos para realizar desalcoholización del vino. De todos modos, parece ser que no se ha llegado aún a una metodología ampliamente aceptada y económicamente factible, con la obtención de un vino de calidad sensorial similar y durabilidad competitiva, como ocurre en la cerveza, que ha llegado a disponer de una alternativa sana y con unas propiedades prácticamente idénticas a la original. En cualquier caso, es perfectamente apreciable el hecho de que la evolución y avance de este proceso de desalcoholización es inminente.


Como ya se ha ido introduciendo, el interés comercial que hay detrás de todo este proceso es notablemente significativo. Tal es la atracción, que ya existen varios proyectos basados en esta investigación. En este documento se cita la página web de Alacarte Ventures, una empresa catalana que, con un equipo pionero directamente relacionado con Ferran Adrià, se dedica a la reducción del grado alcohólico. En la presentación de su página web no especifican cuál es el método que utilizan; pero, a juzgar por lo que dicen, consideramos que puede tratarse de una destilación a baja temperatura a través de membranas hidrofóbicas porosas, ya que no se concentra el vino, sino que básicamente se elimina el etanol [29].

La conclusión general de esta introducción es que, como consecuencia de que la sociedad se ha concienciado de la excesiva tendencia a la bebida y de la necesidad de moderarla, además de una fuerte predisposición a cuidar la salud y el estilo de vida, la producción de bebidas sin alcohol, o de baja concentración etanólica, ha aumentado. Sin embargo, la producción de este tipo de productos es realmente compleja, especialmente en lo que se refiere a preservar los compuestos volátiles y aromáticos, que aportan la riqueza del valor sensorial. La razón de este problema es que estos compuestos son solubles en el etanol, que es lo que queremos retirar de nuestra bebida.

De todos modos, confiamos en que, impulsando el I+D en el campo de la tecnología y ciencia de las membranas, se puedan desarrollar nuevas posibilidades para conseguir el objetivo de vino sin alcohol con unas propiedades realmente “auténticas”.


4. Proceso de desalcoholización

4.1. Concepto

Según la primera acepción del Diccionario de la Real Academia Española (DRAE), el vino es “una bebida alcohólica que se hace del zumo de las uvas exprimido y cocido naturalmente por la fermentación”. Por tanto, a priori, “vino desalcoholizado” se contradice en sí mismo. Hace falta matizar que al ser un concepto relativamente nuevo y que está cobrando importancia en los últimos años, está definición se verá modificada o como mínimo se aceptará la palabra “desalcoholización” que actualmente no está incluida en el DRAE.

Debido a esto, la definición aceptada popularmente es la siguiente: La desalcoholización del vino es la alteración de la concentración del contenido alcohólico de éste para lograr rebajar total o parcialmente la cantidad presente en la bebida. Según la legislación española para poder comercializar una bebida “sin alcohol” debe ser inferior al 1% el total de alcoholes.

Según el Consejo de Productores de Vino Desalcoholizado de España (CONVIDES), el vino sin alcohol es "un producto elaborado exclusivamente a partir de vino de calidad, al que se extrae el alcohol por métodos no agresivos hasta obtener una cantidad de alcohol inferior al 0,9% en volumen, y que mantiene las propiedades organolépticas y características fundamentales del vino del que procede” [30]

Como se observa, cumplen perfectamente con el máximo porcentaje de alcohol permitido en una bebida “sin” y así pueden comercializarlo como tal. Es importante remarcar esto ya que conlleva una ventaja entrar dentro de la barrera del “sin”: las restricciones impuestas según el BOE3 (Boletín Oficial del Estado) sobre la comercialización de bebidas alcohólicas ya no afectan. Entre estas, cabe destacar que se prohíbe atribuir efectos terapéuticos beneficiosos al consumo de cualquier bebida alcoholizada y, como es bien sabido, muchas de éstas sí que aportan ventajas a la salud [31].

4.2. Influencia de la fermentación en la desalcoholización

Para comprender las técnicas utilizadas para extraer el alcohol producido en el vino, es necesario hacer una distinción entre las técnicas pre-fermentación y las técnicas post-fermentación. Esto es debido a que la cantidad de alcohol final del producto está

3 BOE-A-2015-4847

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determinada en gran medida por la concentración de azúcares presente en las uvas. Los valores habituales se hayan en concentraciones de 20-22%, generando una concentración de etanol (este es el alcohol principal) alrededor de 12-14%.

Como se ha comentado con anterioridad, un factor que hace relevante la investigación es que, debido al incremento de la temperatura media, la concentración de azúcares en la uva se eleva y consecuentemente lo hace también la graduación del vino. Éste es otro motivo por el cual se intenta disminuir el contenido de azúcares de la uva previamente a la fermentación [32].

Antes de proceder con la explicación de las diversas técnicas, hace falta remarcar que, en muchos casos, se utiliza una combinación de ambas.

4.2.1. Pre-fermentación

Este tipo de técnicas actualmente se estudian con menos profundidad porque los resultados obtenidos muestran una gran reducción del contenido alcohólico, pero perdiendo sensiblemente gran parte de sus propiedades organolépticas. Por tanto, no son técnicas aplicables para desalcoholizar totalmente. Se presentará de forma general cómo se puede conseguir este propósito.

Para conseguir la uva en bajo contenido alcohólico se puede recoger la uva antes de la maduración completa o, en su lugar, usar alguna de las siguientes técnicas:

• Nanofiltración:

Se utilizan una serie de membranas para filtrar los azúcares del vino. Habitualmente se realiza más de una filtración para bajar el contenido, es decir, el circuito suele estar compuesto de dos puntos de filtrado colocados en serie. Cabe remarcar que la temperatura de realización debe ser siempre menor a 10°C para evitar una posible fermentación y que en función de la viscosidad de los vinos, se determina el valor óptimo de temperatura.

En el artículo publicado en el año 2010, García-Martín et al. comentan la lejanía del producto obtenido con el vino, sobre todo debido a una pérdida considerable en las propiedades organolépticas. Recientemente, se estudia la posibilidad de realizar una pequeña variación a este método, añadirle un método de recuperación de aromas antes de filtrarlo. Una propuesta de este proceso se encuentra en la sección 4.3.4.3 “Proceso de la pervaporación” [33].


• Adición de enzimas glucosa-oxidasa:

Este método se ve limitado a vinos blancos. El objetivo principal es que, mediante esta glucosa oxidasa, se elimina la posibilidad de que la glucosa fermente. Esta práctica habitualmente comporta aproximadamente la eliminación de la mitad de los azúcares fermentables. En una investigación realizada en 1997, Pickering se consigue rebajar en un 40% el contenido alcohólico, manifestando que es una buena opción para producir vino con bajo contenido alcohólico en pequeñas empresas, pero no a gran escala por su sensible pérdida de propiedades organolépticas [34].

4.2.2. Post-fermentación

Las tendencias actuales, derivan en su mayoría a emplear este tipo de métodos para rebajar total o parcialmente el alcohol en los vinos porque no modifican el estado de la uva, protagonista en generar los aromas, sabores y colores del vino. A continuación, se pretende exponer e investigar las principales técnicas utilizadas.

4.3. Métodos de desalcoholización

En el Anexo I se adjunta el método de desalcoholización de la diálisis, que ha resultado interesante pero no presenta gran relevancia para el desarrollo de este proyecto.

4.3.1. Ósmosis directa

4.3.1.1. Definición

El proceso de la ósmosis directa (forward osmosis, FO) consiste en un método de separación de partículas entre dos líquidos mediante una membrana semipermeable [35].

Esta técnica se fundamenta en el gradiente de presión osmótica4 generado entre una solución altamente concentrada, denominada solución extractora (draw solution, DS), y otra de menor concentración, conocida como solución de alimentación (feed solution, FS) [36]. A partir de esta diferencia de presión osmótica, se obtiene la difusión del fluido a través de la membrana, desde la solución FS hasta la DS. Posteriormente, y como consecuencia del paso de ciertas moléculas de una solución a otra, la solución extractora se diluye, de la misma manera que se reduce su presión osmótica. El proceso llega al equilibrio en el momento en el que las dos soluciones presentan la misma presión osmótica y, por lo tanto, cesa la difusión del fluido.

4 Presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una

membrana semipermeable.

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Durante la última década, la FO ha generado cierta atracción en la industria alimentaria debido al desarrollo de nuevas membranas más finas que consiguen aumentar el flujo y así reducir el tiempo. Debido a esto y a que no requiere temperaturas elevadas se investiga su posible aplicación para desalcoholizar vino [37].

Figura 1: FO vs RO [38]

4.3.1.2. Funcionamiento

4.3.1.2.1 Transporte de disolvente

A partir de la Ley de Darcy, definimos el flujo de disolvente (!") como:

!" = $ · (' · ∆) − ∆+)

donde k es el coeficiente de permeabilidad del disolvente, ∆" es la presión hidráulica, que en el caso de la FO es 0, y ∆# es la presión osmótica, que es, como ya hemos señalado, el agente principal de la circulación de líquido.

4.3.1.2.2 Transporte de soluto

Para referirnos al flujo de soluto (!-), es necesario recurrir a la Ley de Fick:

!- = . · ∆/

teniendo en cuenta que B es el coeficiente de permeabilidad del soluto y ∆$ es el diferencial de concentración a través de la membrana; es decir, la diferencia de concentraciones entre la solución de alimentación y la extractora [38]. A partir de esta ecuación, podemos apreciar que el soluto circulará desde una región con una concentración elevada hasta otra de concentración menor.


Figura 2: Circulación de flujos en la FO [38]

En el proceso de FO podemos obtener difusión en ambas direcciones en función de las soluciones que escojamos. Es decir, los solutos de la DS se dirigirán a la FS y viceversa. Evidentemente, y como ya hemos introducido, esto hace que la elección de la DS sea fundamental para cualquier proceso de FO. Del mismo modo, podemos destacar la posibilidad de que exista cierta contaminación de la DS debido al paso de soluto, que es otro factor a considerar.

4.3.1.3. Proceso

Una vez introducido el funcionamiento y principios generales de la FO, se explicará su posible aplicación en una planta de desalcoholización.

La parte esencial de este proceso son las membranas, su forma y su disposición. Es la herramienta que permite que pasen unas sustancias y otras no. En la actualidad la tendencia es utilizar membranas de poliamida con arrollamiento espiral. Pero en el proceso en cuestión, las membranas que mejor funcionan — que permiten un mayor flujo de etanol porque lo rechazan menos — son las de celulosa [32].

Se propone favorecer el contacto entre FS y DS pasando el vino a través de un tubo central que irá rodeado de un fluido circulando en sentido opuesto. Entre ellos, estarán colocadas las membranas. A continuación, se ejemplifica una posible solución siendo el fluido 1 el vino (FS) y el 2 la DS.

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Figura 3: Ejemplo de FO [37]

De forma natural, si los fluidos en contacto son vino y agua el flujo se movería desde el agua (FS) hacia el vino (DS). Situación que no soluciona el problema ya que se consigue rebajar la concentración de etanol juntamente con todas las otras partículas del vino, perdiendo así casi todas las propiedades organolépticas.

Por tanto, sabiendo que el fluido en contacto con el vino debe garantizar una serie de condiciones sanitarias debido a un posible intercambio o roce DS-FS, ¿es posible encontrar algún fluido con una concentración mayor que el vino pero que respete las condiciones sanitarias? Para responder a esta pregunta, nos remitimos a la tecnología que utiliza actualmente AQUAPORIN®, empresa danesa que ha desarrollado un método para concentrar la cerveza mediante FO. Estos utilizan como DS una solución de agua con MgCl2 (cloruro de magnesio). La concentración del cloruro convierte el agua en el DS ya que la presión osmótica mayor ahora se encontrará en el agua y de forma natural circulará el vino hacia la solución [39].

Aplicando esta técnica en la industria vitícola, obtendremos un vino concentrado con un mayor porcentaje de alcohol que el inicial ya que en la circulación de los dos solventes, agua y etanol, hacia FS, la velocidad del agua es mayor y por eso se elimina proporcionalmente más cantidad de agua que de etanol. Eso sí, una vez se añade toda el agua extraída, sin el alcohol que ha sido eliminado mediante evaporación o destilación, se obtiene un vino con un grado de alcohol reducido. La siguiente figura pretende ilustrar el proceso.


Figura 4: Proceso de FO

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Como se observa, el proceso es cíclico y se realizará tantas veces como se considere necesario para obtener el grado alcohólico esperado. En cada pasada, el grado se irá reduciendo. Cabe destacar que mediante este método no es posible llegar a una desalcoholización total (0.0).

4.3.1.3.1 Condiciones óptimas de trabajo

Si analizamos el proceso de desalcoholización de vino, es necesario remarcar aquellas condiciones que favorecen el correcto funcionamiento de éste. Para ello, se ha estudiado el experimento llevado a cabo en la Universidad de Salerno con vino de uva Aglianico [37].

En este ensayo se realiza un experimento de desalcoholización de vino tinto mediante FO en los que se obtienen resultados notables hasta que el grado alcohólico de la bebida es del 0,5%. En cualquier caso, se consideran unos resultados excepcionales debido a las limitaciones actuales en cuanto al diseño y fabricación de membranas.

El experimento tiene características muy específicas, pero se pueden observar dos elementos significativos: la temperatura del proceso y la membrana. En cuanto a la temperatura, simplemente se destaca que se trabaja a temperatura ambiente (20ºC), además de las distintas temperaturas de varios puntos concretos del proceso. También se especifica el tipo de membrana que se utiliza: una membrana de fibra hueca de polipropileno (Liqui-Cel, Extra-Flow 4x28, Celgard X50) [37].

Además, tal y como se recomienda en el apartado 4.3.1.4, también se pueden utilizar agitadores que favorezcan a la turbulencia del flujo.

4.3.1.4. Problemática

Existen diversos factores a tener en cuenta a la hora de implementar esta tecnología de membranas.

En el proceso que se quiere implementar es de vital importancia asegurar que la DS no puede ser perjudicial para la salud o dañar las características del vino en caso de producirse un paso de la DS hacia la FS. El fluido extractor ha de generar una presión osmótica elevada y ofrecer cierta estabilidad, además de no reaccionar con el material de la membrana. En general, se suelen utilizar solutos con una gran solubilidad en agua, con la intención de evitar su difusión a través de la membrana. En realidad, los factores clave que convierten una solución extractora en susceptible de ser aplicada en un proceso de FO son: propiedades osmóticas, disponibilidad, coste y facilidad de regeneración. En la propuesta de funcionamiento el fluido cumplía con todos los requisitos: el cloruro de magnesio es un producto comercial que se puede obtener con facilidad en farmacias a


precios relativamente bajos y aumentando su concentración en agua sube fácilmente la presión osmótica. Asegurando que esta en el inicio no es excesivamente elevada se podrá regenerar mediante RO o evaporación (estos métodos permiten realizar el proceso en sentido contrario la FO no) [35].

El problema principal de este método, como demuestra el análisis experimental consultado [37], es la baja capacidad de mantener los aromas que es un componente esencial si se quiere mantener una buena relación de calidad. Es interesante observar también que el tiempo de proceso es elevado, en el mismo artículo comentan que el tiempo empleado para desalcoholizar una botella es de 3 horas y 15 minutos distribuido en 5 ciclos. Es interesante observar que la graduación que obtienen es de 0.47, por tanto, aunque sea imposible obtener vino 0.0, sí produce vino desalcoholizado (menor de 0.5).

De forma más general, la FO presenta los siguientes puntos débiles:

En primer lugar, y como gran impedimento para la implantación del proceso de FO, encontramos el tipo de membrana. Históricamente, el diseño de membranas se ha basado en la simetría y se ha tratado de que presentaran baja selectividad y permeabilidad al agua. En los últimos años, se ha concluido que una opción era hacerlas asimétricas y con espesores realmente finos (≈ 50$%) de la capa activa. Esto supone obtener una elevada permeabilidad al agua y mantener la retención de sales. Como consecuencia de la utilización de membranas tan estrechas, se requiere la adhesión de un material poroso que pueda hacer de soporte y estabilizar la membrana. Cabe destacar que existen también diversas configuraciones diferentes, pero las más usuales son las membranas planas. En cuanto a los materiales utilizados para su fabricación, podemos mencionar el acetato y triacetato de celulosa y las composiciones de capas de poliamida, polisulfona y poliéster. Como se ha mencionado anteriormente para favorecer el paso de etanol se utiliza la celulosa [35].

La polarización de la concentración es también uno de los aspectos importantes a la hora de definir el proceso, puesto que disminuye la presión osmótica efectiva. Podemos destacar dos tipos de polarización: la externa, que resulta del contacto del líquido y el soporte poroso; y la interna, que tiene lugar dentro del soporte poroso de la membrana. Se pueden reducir los efectos de la polarización externa aumentando la turbulencia junto a la membrana y el soporte, por este motivo se recomienda utilizar agitadores. Para la interna, lo único que se puede hacer es modificar la estructura del soporte poroso [35].

Finalmente, podemos hacer referencia al concepto del fouling. Este fenómeno ocurre cuando las partículas de una solución se depositan en la superficie o en los poros de la membrana. Es decir, el fouling consiste en el ensuciamiento de las membranas. Podemos clasificar el tipo de fouling según su naturaleza de los solutos que se depositan: de tipo

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inorgánico (scaling), orgánico, particulado o de tipo biológico (biofouling). Se considera el factor diferencial entre los procesos de FO y RO, ya que el fouling en un proceso FO es menor y reversible [35]. Existen diversas estrategias para controlar este fenómeno [40]:

• Diseñar un pretratamiento adecuado de la solución de alimentación • Activar los protocolos de limpieza más adecuados • Reducir el flujo hasta unos valores subcríticos • Aumentar la aireación

4.3.1.5. Aplicaciones

En el presente apartado se introducen las aplicaciones del proceso de FO en la actualidad. Es aplicable a cualquier solución líquida que precise de una modificación en las concentraciones de sus compuestos. Actualmente, esta tecnología de membranas se lleva a cabo en sectores tan variados como el agua, la energía o las ciencias de la salud. Al fin y al cabo, en aquellos ámbitos en los que se requiera trabajar a temperatura ambiente y sin coste energético. En la figura 5 se puede apreciar un esquema de los principales campos de aplicación de la FO.

Figura 5: Aplicaciones FO basado en [35]

La FO se utiliza, por ejemplo, para los tratamientos de aguas residuales y efluentes industriales con el objetivo de reducir sus concentraciones y revertir el proceso del agua. Otros de los usos que se le viene dando a la FO es la desalinización de agua de mar, que presenta, como mínimo, dos pasos: en primer lugar, requiere del proceso de FO y,


posteriormente, una separación de la solución extractora. En el esquema siguiente pueden apreciarse ambos pasos. En función de la naturaleza y el tipo de solución extractora, se deberán realizar diversos pasos más [38].

Figura 6: Proceso de desalinización del agua [38]

En el caso de las ciencias de la salud, la FO se ha utilizado en el campo de la industria farmacéutica, destinada a la modificación de concentraciones de principios activos como la carbamazepina, sulfametoxazol, diclofenaco, ibuprofeno y naproxeno, y otros productos de valor añadido como proteínas [38]. También se ha empleado en la recuperación de fluidos para la diálisis. En la industria alimentaria se ha pretendido modificar la concentración de los alimentos con la intención de aumentar la estabilidad y disminuir costes de almacenamiento y transporte. A diferencia de los métodos convencionales utilizados para este tipo de alteraciones, la FO tiene como resultado una mejora de las propiedades sensoriales y nutricionales de alimentos líquidos (zumos, purés y otros), ya que son procesos que no requieren elevadas temperaturas ni presiones elevadas [38].

Finalmente, en el ámbito de la energía, ya en el año 1954 el investigador R. E. Pattle descubre el fenómeno de la pérdida de presión osmótica en la desembocadura de un río en el mar. Sin embargo, no es hasta la década de los años 70 en los que se confecciona un método práctico de uso a partir de membranas semipermeables. Este proceso se conoce como presión osmótica retardada (pressure retardes osmosys, PRO) y se basa en que el agua de alimentación permea la membrana y pasa a la solución extractora, la cual se encuentra ligeramente presurizada. Como consecuencia, la DS aumenta su volumen, lo que resulta en un esfuerzo en forma de trabajo al expansionarse en una turbina [41].

Existen otras aplicaciones secundarias de la FO, como son el uso de la solución extractora como fertilizante o las bolsas de hidratación, pero son menos frecuentes.

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4.3.1.6. Conclusiones de la FO

Como se ha ido comentando, la tecnología es prometedora por diversos factores: principalmente debido a que las condiciones de uso no necesitan modificar el estado del fluido, no se necesita variar la temperatura, esencial para mantener ciertas propiedades. Tampoco se introduce presión externa, interesante porque nos encontramos delante de un proceso de bajo coste energético y por tanto más respetuoso con el medio ambiente que otros.

De este proceso se pueden extraer las siguientes conclusiones, partiendo de los estudios realizados hasta la fecha de hoy:

Ventajas: • Desalcoholización parcial o total (considerando total a un grado menor a 0.5). En

función de la cantidad de agua añadida posteriormente se obtiene fácilmente el grado de alcohol deseado.

• Mantenimiento de la acidez y los azúcares y aumento de la concentración fenólica [37].

• Temperaturas bajas, el equilibrio de distintos compuestos no se ve alterado.

Inconvenientes: • Pérdida elevada de las características aromáticas. • Imposibilidad de obtener una desalcoholización inferior al 0,45 % [42]. • Tiempo de proceso elevado. • Realización de un post-proceso para añadir el agua. • Utilización de agua elevada.

La mala conservación de aromas, como se ve corroborando en un estudio para la desalcoholización de cervezas y el tiempo necesario es el principal obstáculo para el desarrollo de esta técnica con el propósito de desalcoholizar [43]. De todas formas, como se menciona el mismo artículo, se está investigando mucho e incluso propone incorporar los aromas perdidos una vez han sido identificados por cromatografía de gases. En la industria vitícola no se permite una adición de estos compuestos, pero si se desarrollase un método para poder recuperar estos aromas mientras se pierden, la FO ganaría más relevancia y peso.

Por tanto, se considera como un proceso atractivo pero que actualmente se recomendaría solo para bajar un poco la graduación alcohólica ya que la pérdida de aromas no será tan evidente y no se modifica el estado del vino.


4.3.2. Ósmosis inversa


El proceso de la RO consiste en un método de separación de partículas entre dos líquidos mediante una membrana semipermeable. Las membranas son las encargadas de dejar pasar unas partículas y evitar la circulación de otras, aprovechando el fenómeno de la difusión. Según Química.es:

“La difusión es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente de ellas aumentando la entropía del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente.” [44].

La calidad de este filtrado depende de las condiciones de presión, temperatura y concentración a la que sometamos el proceso. Cabe recordar, que al estar utilizando membranas semipermeables el solvente solo puede circular de un compartimento a otro (habitualmente moléculas de agua). Debido a esto, de forma natural, se mueve agua desde la cámara de mayor concentración porcentual de ésta hacia el habitáculo con menos concentración [45].

Los dos líquidos por los que se realiza el intercambio de concentraciones se conocen como: - Disolución hipotónica:

En esta disolución, la concentración de soluto es menor respecto al medio con el que se compara.

- Disolución hipertónica: En esta disolución, la concentración de soluto es mayor respecto al medio con el que se compara [46].

Esta técnica, a diferencia de la FO, aplica una presión externa superior a la presión osmótica5. Esta presión se define como aquella requerida para mantener el sistema en equilibrio, es decir, la mínima presión aplicable para frenar el avance del solvente por las membranas. Esta es la presión que ejerce sobre las membranas el solvente (por ejemplo, agua) para circular de un lado al otro. Al vencer este empuje, se impide y se invierte el proceso natural de la ósmosis, provocando que el flujo circule desde la disolución hipotónica hacia la disolución hipertónica [47].

Otra diferencia destacable ente la FO y la RO, es que en la primera se llega al equilibrio osmótico naturalmente y en ese punto nos hallamos con dos disoluciones que contienen el

5 !! − !" > ∆%

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mismo contenido de solutos. En cambio, la RO acaba con dos disoluciones diferenciadas: una con una alta concentración de soluto y otra con apenas contenido de soluto.

En la siguiente figura se puede apreciar con claridad las diferencias entre los dos procesos de ósmosis.

Figura 7: Proceso de DO frente a RO [48]

Actualmente es de vital importancia en la industria, sobre todo en las plantas desalinizadoras. Más adelante se detalla en qué campos se suele utilizar con frecuencia [49].

4.3.2.2. Concepto

El proceso utiliza de forma equivalente las leyes explicadas con anterioridad en el punto 4.1.3.2 ya que se trata de una ósmosis. A continuación, se detalla las diferencias destacables entre un proceso y otro.

4.3.2.2.1 Transporte de disolvente

En este caso, es necesario aplicar un gradiente de presión para que el flujo circule en el sentido contrario al que lo hace en FO. Al ser esto energéticamente desfavorecido se debe aplicar una fuerza exterior, que como se deduce implica un consumo energético y económico (en el apartado 6 se profundizará sobre esto).

Para aplicar el gradiente de presión se utilizan bombas de alta presión que empujan esta solución [50].


4.3.2.2.2 Transporte de soluto

Los solutos pasan de forma definitiva de un compartimento al otro, circulando desde la FS hacia la DS, es decir desde el vino hacia la otra cámara. El fluido que se haya en la DS es importante que sea agua ya que hay riesgo de contaminación, es decir, que algunos elementos circulen en dirección contraria. Está prohibido según la legislación vigente añadir determinados elementos químicos al vino una vez realizada su producción [51]. Además, cabe remarcar que se trabaja con productos que serán consumidos posteriormente. Por tanto, hay que tener especial cuidado en no intoxicar o añadir propiedades distintas al vino. Esto es necesario mencionarlo, ya que una forma de acelerar el proceso o disminuir la energía necesaria y consecuentemente los recursos empleados es bajar la presión osmótica. Esto se consigue rebajando la concentración parcial de agua en la disolución hipotónica y para ello se añaden distintas concentraciones de solutos, esta es la práctica prohibida en la aplicación de interés.

4.3.2.3. Proceso

En este caso, las membranas son también el elemento principal para conseguir un buen funcionamiento. De forma idéntica a la sección 4.3.1.3, se propone utilizar las membranas de celulosa.

Para desalcoholizar, se suele primero calentar un poco el vino, a temperaturas moderadas para que no se alteran partículas como los fenoles (22-25 °C), lo que facilita el flujo de etanol por las membranas. Posteriormente, cuando entra en contacto con las membranas, la permeabilidad de estas permite el paso del etanol, pero también de agua. He aquí ́uno de los primeros problemas que afronta este método y es que posteriormente se le deberá añadir agua porque pierde parte de la cantidad de esta sustancia. La Figura 8 muestra el proceso explicado:

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Figura 8: RO en el vino [52]


La RO presenta problemas técnicos, legales y requiere una capacidad mínima de recursos.

4.3.2.4.1 Dificultades técnicas y legales

El primer reto que afronta la desalcoholización mediante este método es la elección de parámetros tales como la temperatura y presión. Es evidente que interesa aumentar el rendimiento y la velocidad de la desalcoholización, ya que industrialmente el tiempo de producción es un aspecto primordial y si ha de ser un método competitivo debe encontrar formas de acelerarse, puesto que, frente a otros métodos, actualmente, es un proceso lento. El aumento de ambos parámetros acelera el proceso: la temperatura aumenta la fluidez en la membrana y la presión aumenta la aceleración del fluido. Pero puede producir efectos no deseados. Por eso, es de vital importancia no aumentar demasiado la temperatura del vino debido a que, la esencia del vino, los taninos y los aromas se ven sensiblemente afectados. Un aumento de la presión comporta un mayor consumo energético y el rendimiento de las membranas se ve reducido, a pesar de que también existe un valor límite a partir del cual el rendimiento del proceso disminuye [27].


El segundo frente es que junto con el etanol el agua también circula, por tanto, se extrae proporcionalmente etanol y agua. Esto se resolvería de una forma sencilla añadiendo agua, pero un reglamento de la Unión Europea [53] lo impide para el vino. Una solución es destilar el etanol presente en el agua y verter en el vino una sustancia que ya le pertenecía, considerándose así parte del vino original y cumpliendo con la normativa.

4.3.2.4.2 Recursos necesarios

Los recursos para este método son principalmente la utilización de energía y de agua. Según el estudio consultado [27], el principal problema se debe a las altas presiones con las que se trabaja, 60-80 bares. También explican que debido a que las membranas son permeables tanto al agua como al etanol es necesario añadir agua después y es precisamente esto lo que dispara el consumo de agua. Es verdad, que este último hecho podría ser paliado, como se explica en el punto 4.4.1, lo que implicaría un consumo aún más elevado de energía.

Según el artículo referenciado el consumo de energía es ligeramente inferior al empleado en el SCC, un método de destilación que se presenta a continuación. Igualmente, éste es muy elevado y se cifra en 15 veces superior al utilizado por la PV. Los recursos materiales utilizados son 1.5 veces superiores, así como el consumo de agua que se ve triplicado en comparación con la PV.

Es verdad que luego las empresas tienen la opción de revalorizar estos recursos empleados. Es decir, se pueden plantear diversos ciclos de recuperación a través de los cuales el agua sea en gran parte la misma, así como poder comercializar el etanol extraído o minimizar esta energía requerida optimizando el sistema. Estos avances permitirían rebajar el consumo diario, pero comportarían una mayor inversión inicial para el diseño y la construcción de la planta.

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Figura 9: Aplicaciones RO basado en [54]

La aplicación por excelencia de este proceso es la desalinización del agua. Aproximadamente un 53% de estos procesos se realizan con esta técnica [55]. Ello se debe a que en esta aplicación los recursos económicos y energéticos son menores, no hay necesidad en utilizar aditivos químicos, la productividad es mayor, no se realizan cambios de fase y el rendimiento y la productividad son mayores. Para realizar esto, utilizan las “famosas” membranas de poliamida. En el tratamiento de aguas también es importante para filtrar aguas turbias y tiene un uso extendido en el tratamiento de aguas residuales.

También es útil en el sector de la alimentación, concretamente en el concentrado de zumos debido a que la técnica se realiza a temperatura ambiente y por tanto no daña algunas propiedades como los antioxidantes que se ven afectados mediante otros procesos que utilizan un gradiente de temperatura. Además, por este motivo es más económica y requiere menos energía. También en el tratamiento de productos lácteos es empleado este proceso para desgrasar, separar y recuperar proteínas… De nuevo, se vuelve a fundamentar una gran ventaja en su temperatura de uso que permite mantener los nutrientes. Por último, tal y como se ha explicado previamente, su uso reconocido en el tratamiento de desalcoholización de bebidas fermentadas como el vino o la cerveza.

Se quiere destacar por últimos dos aplicaciones quizá más desconocidas, pero de gran importancia, la separación de materias orgánicas (por ejemplo, hidrocarburos) y la hemodiálisis, tratamiento esencial en tratamientos por insuficiencias renales.


4.3.2.6. Conclusiones de la RO

De este proceso se pueden extraer las siguientes conclusiones, partiendo de los estudios realizados hasta la fecha de hoy:

Ventajas: • Desalcoholización parcial o total. En función de la cantidad de agua añadida

posteriormente se obtiene fácilmente el grado de alcohol deseado. • Reducción de la acidez volátil. • Poca variación del sabor y calidad en comparación con otros métodos. • Temperaturas bajas, el equilibrio de distintos compuestos no se ve alterado.

Inconvenientes: • Altas presiones que conllevan un uso elevado de energía, también el material

utilizado es costoso. • Imposibilidad de obtener una desalcoholización inferior al 0,45 % [42]. • El aumento del pH hacer bajar considerablemente el flujo, se trata de un proceso

más lento que los otros. • Realización de un post-proceso para añadir el agua. • Realización de un proceso preparatorio para que el vino entre en las condiciones

adecuadas. • Utilización de agua.

4.3.3. Destilación


La destilación es un proceso de separación de compuestos que consiste en la evaporación parcial de una mezcla líquida, con posterior condensación, de un compuesto con una volatilidad inferior [56].

Se trata de un proceso utilizado a lo largo de toda la historia de la humanidad, en los que ha ido desarrollando su metodología y aplicaciones. Antiguamente, el concepto de la destilación era demasiado amplio debido al desconocimiento del tratamiento de materiales y sus propiedades. Se utilizaba este término para hacer referencia a cualquier operación de separación y purificación de compuestos tales como la filtración, cristalización, sustracción, etc. Esta es la razón principal por la que se considera el método prioritario en la historia de la alquimia durante muchos siglos hasta la Edad Moderna.

Haciendo un poco de historia, nos podemos remontar a la ciudad de Alejandría durante el Imperio Romano, en el que ya se utilizaba una metodología avanzada, la cual se empleó hasta el siglo XVI. Mediante los avances de la tecnología y un incremento en la demanda

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de productos destilados como bebidas alcohólicas o ácidos minerales, se derivó hacia una destilación enfocada a la producción industrial, cosa que ha posibilitado el avance de esta tecnología.

En esta última época de innovación, y con la posterior revolución industrial del siglo XIX, se han llevado a cabo varias aportaciones con características específicas en función de la aplicación que se le requería al proceso. En los siguientes apartados comentaremos algunas de ellas [56].


La destilación utiliza la volatilidad como concepto clave para separar sustancias. La volatilidad es una característica que indica la tendencia que tienen los compuestos a cambiar de fase, de líquido a vapor, bajo unas condiciones determinadas de presión y temperatura.

A continuación, se muestra una gráfica con la representación de los puntos de cambio de fase de líquido a vapor de varios compuestos en función de la temperatura (ºC) y presión (atm).

Figura 10: Volatilidad química en función de la presión [57]

A grandes rasgos, el proceso en cuestión consiste en calentar una mezcla hasta que los elementos más volátiles se evaporan y posteriormente mediante la condensación se recuperan. Habitualmente este proceso suele realizarse repetitivamente hasta conseguir una eliminación total del compuesto que interesa.


Los tipos de destilaciones más comunes son los siguientes:

- Destilación fraccionada:

Esta técnica se utiliza con frecuencia en el mundo de la ingeniería para separar mezclas. Su mayor uso se encuentra en la industria petrolera, dónde según la temperatura a la que se caliente se obtiene una sustancia determinada.

Figura 11: Destilación fraccionada a escala laboratorio [58]

Al calentar la muestra, la sustancia de menor punto de ebullición evapora y se expande hasta encontrarse con el condensador, que es el elemento en diagonal mostrado en la imagen, que mediante un intercambio de calor consigue volver a pasar a fase líquida. A escala laboratorio (figura 11) puede hacerse mediante un refrigerante. En caso de que la otra sustancia también empiece a evaporar, se expandirá hasta la entrada del condensador, dónde al encontrarse con una temperatura más baja, volverá a efectuar un cambio de estado [58].

Así pues, al final del proceso, el balón de destilación contendrá una mayor proporción de la sustancia menos volátil y el vaso, a su vez, contendrá mayor contenido de aquella que presenta mayor volatilidad [58].

- Destilación por arrastre con vapor:

Esta técnica se utiliza para separar sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles de otras no volátiles que se encuentran en la mezcla. Su utilización principal es el tratamiento de aceites esenciales.

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Figura 12: Destilación por arrastre de vapor [59]

El método permite separar componentes con punto de ebullición superiores al agua, con temperaturas inferiores a los 100 °C. A diferencia del método anterior, incorpora una entrada de vapor de agua sobrecalentado [59].

Este proceso, se basa en la Ley de Dalton, ya que si dos o más gases que no reaccionan entre si, se mezclan a temperaturas constantes, cada uno ejerce una presión idéntica a la que ejercería solo. La suma de estas presiones parciales da lugar a la presión total del sistema. Por tanto, la temperatura de ebullición será aquella que generé un equilibrio entre la presión total y la presión atmosférica [59].

- Destilación al vacío:

Esta técnica también trata de rebajar la temperatura de ebullición de las partículas volátiles bajando la presión relativa. En este caso vuelve a ser frecuente su uso en la industria del petróleo.

Figura 13: Destilación al vacío a escala laboratorio [60]


Como se aprecia en la ilustración la presión se rebaja a partir de una bomba que succiona el aire que se encuentra dentro y consecuentemente la temperatura de ebullición se puede ver rebajada hasta casi la mitad [60].

- Destilación molecular centrífuga:

Esta técnica separa dos sustancias en estado gaseoso, se utiliza en la industria de alimentación para separar vitaminas o purificar aceites.

Figura 15: Destilación molecular centrífuga [61]

En este caso los fluidos en estado gaseoso se encuentran cerrados herméticamente en la columna colocado verticalmente, aprovechando la gravedad estos quedan divididos. Aplicando una centrifugadora de alta velocidad o vórtice, las fuerzas que separan los elementos más pesados de los más ligeros son mayores que las de la gravedad, por eso aumenta su eficacia [61].

- Destilación destructiva:

Esta técnica fue esencial para descubrir distintos componentes orgánicos, ya que se usaba para destilar el carbón y consecuentemente se obtenía el coque, alquitrán…

Figura 16: Destilación destructiva a escala laboratorio [62]

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Esta técnica calienta una sustancia en ausencia de aire para que se descompongan sus diferentes sustancias que posteriormente serán condensadas y recuperadas [62]. Así pues, es una forma de obtener diversos productos, como se puede apreciar en la figura 16.

De todas formas, el método utilizado para desalcoholizar el vino es la destilación al vacío y una variante que se conoce como SCC.

Esta destilación al vacío logra bajar el punto de ebullición del etanol y también se recuperan las primeras fracciones de destilado para conseguir perder el mínimo número de componentes volátiles. Según el artículo “Comparison of the physicochemical and volatile composition of wine fractions obtained by two different dealcoholization techniques” se pierde cerca del 20% de las partículas volátiles que había inicialmente.

Como se ha explicado, debido a su uso en la industria química, fue el primer método con el que se empezó a experimentar, sin obtener buenos resultados y es que el gran hándicap es la dificultad de conseguir un producto parecido en aroma y sabor. Muchas sustancias volátiles aromáticas se extraen en el momento en que también se elimina el etanol. Además, son procesos que requieren un consumo elevado de energía y, en consecuencia, son caros.

4.3.3.3. Spinning Cone Column

4.3.3.3.1 Definición

El proceso del SCC, o Columna de Cono Rotatorio (CCR), es una variable específica de la destilación, que se presenta como una alternativa para solucionar diversas imperfecciones de este proceso tales como la transmisión de calor y el riego de oxidación de los materiales [63].

Esta tecnología consiste en la utilización de una columna a la que se adhieren varios conos verticalmente y de manera sucesiva. Alrededor de esta columna tenemos una pared cilíndrica con conos también dispuestos sucesivamente. De esta manera, tenemos intercalados los conos estáticos y los rotatorios, uno encima del otro [64].

A continuación, se presentan las distintas características de este proceso, además de diversas ilustraciones que ayudan a comprender esta tecnología de desalcoholización.

4.3.3.3.2 Concepto

Haciendo referencia a la desalcoholización del vino, podemos separar este proceso en varias etapas: en primer lugar, se separa la fracción aromática del vino. Posteriormente, se debe eliminar la fracción volátil compuesta por etanol, que es el compuesto que queremos separar.


A continuación, la solución desalcoholizada recupera los aromas mediante un proceso específico (por ejemplo, la PV) [65]. Finalmente, se deja reposar la solución hasta obtener el producto final deseado.

Figura 17: SCC [65]

En función de la proximidad a la columna en la que trabajemos, obtendremos unos resultados u otros. Si nos vamos a los extremos de esta región de trabajo, la concentración de producto destilado no será óptima. Además, puede aparecer transferencia de calor indeseada.

Las columnas con conos rotatorios trabajan a bajas temperaturas con vapor en condiciones de vacío. Esta tecnología se ha utilizado en la industria alimentaria, para la recuperación de aromas de bebidas como café y té; en la desalcoholización del vino y cerveza; y en la extracción de aceites esenciales [63].

4.3.3.3.3 Proceso

En este apartado se detalla explícitamente el proceso de destilación del etanol — desalcoholización — de una mezcla líquida mediante SCC [63]. El material de aporte, la mezcla líquida de la que se deben extraer los compuestos volátiles, es introducido desde la parte superior de la columna. En cada etapa, el líquido desciende como película fina (de aproximadamente 1mm de espesor) [65] por la superficie superior del cono fijo a causa de la

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gravedad hasta la salida sobre la base del cono rotatorio. En este punto, y también en forma de película fina, el líquido asciende por la superficie superior del cono rotario debido a la fuerza centrífuga generada por la rotación del cono, hasta que sale del cono por la parte superior. Esta película se va fragmentando conforme rebosa por el borde del cono rotatorio y cae hacia el siguiente cono estático, repitiendo el ciclo. De esta manera, el líquido recorre toda la columna, cono por cono, hasta llegar a la parte inferior. En este apartado se detalla explícitamente el proceso de destilación del etanol — desalcoholización — de una mezcla líquida mediante SCC [63]. El material de aporte, el vino original del que se deben extraer los compuestos volátiles, es introducido desde la parte superior de la columna. En cada etapa, el líquido desciende como película fina (de aproximadamente 1mm de espesor) [65] por la superficie superior del cono fijo a causa de la gravedad hasta la salida sobre la base del cono rotatorio. En este punto, y también en forma de película fina, el líquido asciende por la superficie superior del cono rotario debido a la fuerza centrífuga generada por la rotación del cono, hasta que sale del cono por la parte superior. Esta película se va fragmentando conforme rebosa por el borde del cono rotatorio y cae hacia el siguiente cono estático, repitiendo el ciclo. De esta manera, el líquido recorre toda la columna, cono por cono, hasta llegar a la parte inferior.

Tanto en el cono fijo como en el rotatorio, el grosor y velocidad del fluido dependen del caudal del líquido, pero también de la velocidad de rotación del cono interior, por lo que se debe encontrar un valor óptimo en función de la destilación que se quiera llevar a cabo.

Durante todo este proceso en el que la mezcla líquida fluye hacia la parte inferior de la columna, se introduce un gas de depuración (caudal de vapor) en la base de ésta [65]. Este vapor fluye hacia arriba a través de las superficies de las películas líquidas, ricas en compuestos volátiles, permitiendo separar dichos compuestos del líquido. También podemos encontrar aletas situadas en la parte inferior del cono rotatorio (fin) que generan turbulencias en la corriente de vapor, con la intención de obtener mayor eficiencia de la transferencia de masa.

También debemos remarcar el hecho de que el vapor, una vez se ha mezclado con los compuestos volátiles desprendidos de la mezcla líquida, fluye desde la parte superior de la columna y, mediante un sistema de condensación, se captura los elementos volátiles en forma de líquido concentrado. El producto resultante se extrae por bombeo desde la base de la columna [63].

El proceso de eliminación de alcohol mediante la SCC se realiza dos veces: en la primera pasada, se captura y reserva la totalidad de los aromas del vino. En la segunda pasada se elimina el alcohol neutro del vino. Posteriormente, se vuelve a añadir al vino la fracción aromática, una vez se ha separado del alcohol mediante algún proceso específico, tal y como


se ha comentado en el apartado anterior, y se ajusta el SO2 según lo especificado por la bodega [64].

En la siguiente imagen se puede apreciar un esquema del proceso de destilación mediante SCC:

Figura 18: Proceso de destilación mediante SCC [63]

4.3.3.3.3.1 Condiciones óptimas de trabajo

En cuanto a los parámetros de control, podemos destacar la temperatura del proceso y el caudal del vapor, además de la velocidad de rotación especificada anteriormente. Mediante el control de estos parámetros, se pueden capturar diferentes perfiles de aroma de una misma materia prima [63].

Atendiendo a lo que se presenta en [66], donde se llevan a cabo varios ensayos de distintos vinos y se muestran los correspondientes resultados; cada tipo de vino se analizó a partir de las condiciones que más le favorecían. Estos parámetros son, esencialmente, la tasa de flujo de vino y el porcentaje de extracción aromática (AEP), donde:

!"# = %!"%#$

· 100

Siendo ' el caudal respectivo de fracción aromática (af)yvino (rw).

Por lo tanto, no es conveniente especificar unas condiciones óptimas de trabajo sin mencionar un tipo de vino concreto. En el caso de un vino de Cabernet Sauvignon, se utiliza un caudal de vino de 700L/h y un porcentaje de extracción aromática del 0,9% [66].

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En cualquier caso, debemos destacar que la temperatura del proceso; tanto la separación de la fracción aromática como la separación de etanol, debería realizarse a una temperatura poco superior a la temperatura ambiente (entre 26 y 30ºC) [66].

Un ejemplo concreto, aplicando esta tecnología a la desalcoholización del vino, está en Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. Conetech® desalcoholizó en Chile alrededor de 4.000.000 de litros de vino en 2016. Podemos asumir que el precio del producto destilado excedente es de 1,1USD/L y que el grado de concentración alcohólica se reduce de un 14,8% a un 13,5% v/v. A partir de aquí, y considerando un rendimiento de eliminación de las partículas de etanol del 95%, se obtiene un beneficio de 51.700 USD/año. Por otro lado, si fijamos un precio similar para el producto desalcoholizado final, resulta un beneficio de 772.000 USD/año. Por supuesto, si se lograra mejorar el rendimiento del proceso, las cifras aumentarían [63].

4.3.3.3.4 Aplicaciones SCC

Al margen de la reducción del grado de concentración alcohólica, existen varias aplicaciones para este proceso.

En primer lugar, encontramos la industria alimentaria, en general, donde a mediados de la década de 1980 se empezaron a realizar los primeros ensayos para eliminar el dióxido de sulfuro del zumo de uva. Fue entonces cuando se apreció el rendimiento de este proceso en la recuperación de aromas, por lo que se empezó a tratar la reducción del alcohol en el vino. Este tratamiento se convirtió rápidamente en una de las aplicaciones comerciales más importantes para la tecnología de la SCC [67].

También se ha aplicado al sector del café, con la intención de recuperar los aromas en los productos solubles de café y mejorar ciertas propiedades como el sabor, por ejemplo. Este avance tecnológico supuso el crecimiento de un mercado como el de bebidas de café preparadas (ready.to-drink coffe) en todo el mundo [67].

Posteriormente también se ha utilizado en otros sectores de la industria alimentaria tales como el lácteo, el té, la fruta, etc., [67].


Figura 19: Aplicaciones SCC basado en [67]

El desarrollo de esta tecnología ha favorecido también la aplicación de la SCC en la industria química. Un ejemplo muy concreto es la reducción de componentes orgánicos volátiles (VOCs) de los polímeros de látex en la producción de productos de pintura. El motivo principal por el que se lleva a cabo este proceso es, básicamente, la intoxicación de aquellas personas expuestas a estos productos, a pesar de que existen otras razones que lo exigen [67].

En la siguiente imagen se resume bastante bien el proceso de reducción de los VOCs.

Figura 20: Proceso de extracción de los VOCs mediante la SCC [67]

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4.3.3.3.5 Problemática SCC

Después de haber analizado toda la biografía referente a la SCC que se ha ido introduciendo, podemos concluir que, a día de hoy, es probablemente la tecnología más eficiente en el campo de la desalcoholización de vino.

El principal inconveniente que se le puede atribuir a este método es consecuencia del aumento de la temperatura, propio de la destilación, puesto que se pierde buena parte de la fracción aromática del vino inicial, por lo que las propiedades organolépticas se pueden ver modificadas.

Es necesario destacar una conclusión presentada en [66], donde se observa una relación lineal entre el factor de concentración aromática y la intensidad aromática global. Es decir, si la relación entre el caudal de la fracción aromática y el caudal de vino disminuye, los compuestos aromáticos — en la fracción aromática — se vuelven más concentrados, por lo que complica la separación con el etanol.

Además, es importante remarcar el hecho de que el proceso de SCC requiere de más de un único paso: una vez hemos retirado el etanol del vino original, debemos separar los compuestos aromáticos del alcohol y volver a incluirlos en el producto desalcoholizado, por lo que obtendremos una consecución de errores, o de rendimientos, que supondrán una menor eficiencia del proceso.

Finalmente, cabe destacar el factor coste, puesto que todo el material que se utiliza (columna, conos e instalación) requiere un mantenimiento importante.

De todos modos, existe una manera de mejorar el rendimiento de este proceso, que se basa en el aumento del tamaño e intensidad del líquido. Si se consiguen llevar a cabo estas mejoras, se pueden esperar valores considerablemente mayores.

4.3.3.3.6 Conclusiones SCC

El proceso de SCC ha evolucionado a lo largo de los últimos años hasta convertirse en una de las tecnologías más utilizadas y eficientes en la transferencia de moléculas. Tal y como se ha comentado, desde hace unos 40 años se reafirma como un referente en la industria alimentaria, con una gran variedad de aplicaciones. En el caso de la desalcoholización del vino, se trata posiblemente del método más utilizado en todo el mundo [64].

Las características fundamentales de este proceso son la pulcritud, la facilidad de utilización y el gran rendimiento en la separación de partículas.


Consideramos que el desarrollo de este proceso no ha alcanzado un tope, sino que la innovación tecnología permitirá abarcar otras aplicaciones.

4.3.4. Pervaporación

4.3.4.1. Descripción

La tecnología de la PV puede definirse como un proceso de membranas en el que se pretende separar compuestos, con puntos de ebullición similares (mezcla azeotrópica6), con la intención de obtener un cambio de fase: de líquido a vapor. Es una alternativa importante al método de la destilación.

La PV separa una mezcla inicial en estado líquido a través de unas membranas, pero el permeado (el fluido que atraviesa las membranas) se trasmite en forma gaseosa. Posteriormente, mediante condensación se recupera [68].

Como características fundamentales, podríamos destacar el hecho de que no supone un consumo energético elevado ni el uso de disolventes adicionales. Entrando en detalle, y analizando las principales prestaciones de esta tecnología, se podría añadir también la baja frecuencia de contaminación, la facilidad operacional del proceso y la capacidad de complementarlo con otros procesos. Como puntos negativos, encontramos la elevada inversión que supone el proceso, el rango de temperaturas de trabajo (40 - 100ºC) y la escasa variedad de membranas que se pueden encontrar actualmente, al igual que ocurre con la FO [69].


La PV como su nombre indica, utiliza esencialmente dos procesos de separación diferentes: la impregnación y la evaporación; de donde sale el nombre de la PV (permeación + evaporación).

Fundamentalmente se diferencian tres etapas [69]:

• Adsorción: Las membranas selectivas adsorben los componentes requeridos de la mezcla en función de su afinidad química.

• Difusión: Los componentes circulan a través de la membrana debido a un gradiente de presión.

• Desorción: El fluido abandona la membrana y accede al lado del permeado debido a un cambio de fase que se consigue a través de un aumento en la temperatura.

6 Mezcla con un punto de ebullición constante.

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Figura 21: Proceso de PV [70]

Es importante destacar que las membranas son densas y no porosas, esto es debido a que el intercambio se produce por difusión y no por diferencia de tamaño. Las moléculas se disuelven en la membrana y posteriormente acceden al lado permeado. Debido a eso es necesario aumentar la temperatura para que abandonen la membrana los componentes [71].

La fuerza impulsora que es producida por un gradiente de presión y que provoca la difusión se puede establecer de dos maneras: aplicando vacío o mediante una purga con un gas de arrastre [70].

Actualmente, el proceso de la PV ha resultado eficiente para separar mezclas de diversos tipos: agua-orgánico, orgánico-agua, orgánico-orgánico. Es importante destacar también la importancia del material de la membrana en los resultados finales del proceso.

4.3.4.3. Proceso

La desalcoholización del vino a través de la PV se lleva a cabo mediante una membrana no porosa de tipo hidrofóbica, ya que permite retirar elementos y compuestos orgánicos, tales como alcoholes, aldehídos y ésters. Debido a las características del proceso especialmente el bajo flujo y el tiempo que se emplea para conseguir la desalcoholización frecuentemente se utiliza conjuntamente a otro método. Primero se recuperan los aromas y se retira una parte del etanol, pero para acabar de retirar todo lo deseado se utiliza otra técnica más eficaz [69].

Las últimas investigaciones en relación con este método demuestran su versatilidad, las diferentes aproximaciones que puede tener y el enorme campo de desarrollo que tiene.

Por un lado, un estudio realizado en 2017, Salgado et al, propone realizar el diseño de una planta de desalcoholización “pre-fermentación” mediante este método: Primero se recuperan los aromas de la uva mediante un proceso de PV y mediante NF se retira el contenido de azúcar presente en la uva. Posteriormente se fermenta y se obtiene un vino sin alcohol o en bajo contenido alcohólico según la concentración de azúcares eliminada [72].


Por otro lado, diversos estudios proponen utilizar esta técnica “post-fermentación”. En 2007, Takács et al, realizaron diversos experimentos para realizar una desalcoholización parcial o total. En este caso los experimentos se realizaron mediante una PV liderada por un gas de arrastre que facilitaba la difusión del etanol en las membranas. Mediante un condensador se separa el etanol del fluido total permeado y se añade el resto al líquido no permeado. Este proceso se repite cíclicamente hasta conseguir el grado alcohólico requerido. El aumento de la temperatura de trabajo consigue un mayor rendimiento de las membranas ya que facilita la agitación de las partículas y su movimiento [73].


Dependiendo del enfoque que se quiera utilizar: post o pre-fermentación, serán necesarias unas condiciones de trabajo u otras. Las dos características principales del proceso son: la temperatura de trabajo y las membranas escogidas.

Las membranas más utilizadas son las de polidimetilsiloxano. En ambos experimentos concluyen que estas son las mejores. Son membranas de silicona permeables a los gases, pero impermeables al líquido. También son inodoras con lo cual preservan las características aromáticas del vino [74].

La temperatura de trabajo dependerá sobre si se trabaja sobre la uva o sobre el vino, ya que en un primer caso se quieren extraer y conservar unos cuantos aromas y en el segundo se quiere extraer el etanol y recuperar aquellos aromas que se extraigan en el proceso. En la primera técnica, la temperatura de trabajo es ligeramente inferior a la temperatura ambiente (16 °C, según el experimento consultado [72]). Mientras que en el segundo caso para facilitar el flujo del etanol se necesita calentar el fluido como mínimo a 40°C [73].


Como se ha mencionado, existen dos principales obstáculos para la evolución de este proceso:

• Calentamiento: En este método, es necesario llevar el fluido a una temperatura donde diversas características organolépticas se ven afectadas.

• El tiempo necesario: Esta variable depende de la mencionada anteriormente y es que a medida que se aumente la temperatura, aumentará el flujo, pero a su vez se verá afectada de una forma más evidente el sabor y el olor del vino definitivo. Por otro lado, un aumento excesivo de la temperatura también hace bajar el rendimiento de las membranas, disminuyendo su capacidad selectiva. En la investigación consultada, se emplean 10 horas para desalcoholizar un volumen de 1.9 litros [73].

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La PV es un proceso con una amplía aplicación industrial, pero a su vez abarca un campo de trabajo muy específico: las mezclas azeotrópicas.

Figura 22: Aplicaciones PV basado en [73]

El uso fundamental se divide en las tres ramificaciones expuestas. Es común utilizar membranas hidrófilas para separar el agua de diversas mezclas, así como mediante membranas hidrofóbicas separar la materia orgánica de disoluciones acuosas. Otra opción es separar componentes orgánicas de una mezcla donde se encuentren diversos tipos, utilizando membranas organoselectivas. Permiten separar por ejemplo mezclas con alcoholes y éteres.

Es evidente que la recuperación de aromas es una consecuencia de estos métodos precisamente, pero se añade porque es el principal uso que recibe actualmente esta técnica debido a su bajo consumo energético y a la baja temperatura con la que se trabaja. Es verdad que en la industria vitícola esta temperatura sigue siendo elevada y perjudicial, pero en la mayoría de industria alimentaria el rango propuesto preserva la degradación de muchos componentes.


4.3.4.6. Conclusiones de la pervaporación

La PV parece ser un método de recuperación de aromas bueno, pero no es útil para ser utilizado exclusivamente para desalcoholizar, el tiempo necesario para desalcoholizar lo hace totalmente contraproducente. No se puede plantear, con la tecnología actual, una producción a gran escala.

Sin embargo, por los resultados obtenidos y debido a los diversos estudios, proponemos este método complementario a una desalcoholización mediante una tecnología de membranas como por ejemplo la RO. Se colocarían en serie un tratamiento de PV y una RO. Posteriormente a los dos procesos los aromas obtenidos de la PV serían reintroducidos.

Es interesante esta propuesta ya que los aromas fácilmente perdidos en la RO pueden ser recuperados si previamente se ha realizado una PV. Además, debido a que la PV se utiliza para recuperar aromas y no desalcoholizar se podría realizar a temperaturas más reducidas, preservando así mejor todos los componentes del vino en su estado y composición inicial. Por otro lado, añadir una tecnología de membranas para desalcoholizar reduce considerablemente el tiempo necesario comparándolo a un uso único de PV.

4.3.5. Destilación Osmótica

4.3.5.1. Descripción

La OD es un proceso isotérmico de membranas para separar mezclas donde el agua es el principal componente de la solución que se trata. Las membranas que se utilizan son microporosas hidrófobas, lo que indica que no permitirá circular a través de ellas agua líquida [75].

Es una técnica de especial relevancia en la industria alimentaria y farmacéutica. Donde el tratamiento de líquidos es habitual y la ventaja de poder realizar el proceso de división a temperatura y presión ambiente garantiza un mejor mantenimiento de las propiedades y una menor pérdida de componentes volátiles. Debido a esto último tiene cobra especial interés en la desalcoholización [76].


Es un proceso que utiliza dos fenómenos físicos de transferencia: transferencia de calor (destilación) y transferencia de masas (ósmosis).

En el momento en que los líquidos están separados mediante las membranas, estas impiden el paso de un lado al otro por sus microporos y por su hidrofobicidad. A su vez, debido a la diferencia de presiones entre un lado y el otro se genera una fuerza que impulsa

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la FS hacia la DS. Para poder circular, es necesario que pase a fase vapor ya que las membranas son hidrófobas Debido a esto, se genera una variación de temperatura para poder producir esta evaporación. Por eso, por mucho que los dos fluidos se encuentren en una misma temperatura inicial, en la frontera de las membranas se observa una variación de temperatura para poder circular a través de estas y posteriormente condensar en contacto con la DS [76].

La figura pretende ilustrar de una forma gráfica y sencilla el concepto explicado. Cabe remarcar que los fluidos

Figura 23: Diagrama del funcionamiento básico de OD [77]

Cómo se ha mencionado en procesos anteriores, si el líquido se agita subiendo la temperatura del flujo de entrada la presión necesaria para hacerlo circular será menor. Ya que está directamente relacionada con la solubilidad de los gases y vapores en el líquido, con la viscosidad y con la presión de evaporación. La DS necesitará menos concentración y por tanto manteniendo una misma DS, a medida que se aumente la temperatura de entrada el tiempo del proceso disminuye. En el caso de estudio, se habrá de ir con mucho cuidado ya que no se quiere optimizar únicamente el tiempo, sino que es necesario mantener los compuestos volátiles tan susceptibles a cambios térmicos. [70]

4.3.5.3. Proceso

Esta técnica es óptima para realizar una desalcoholización ya que los fluidos que evaporarán y circularán de un lado al otro será el agua y el etanol debido a su volatilidad.

En este caso, el diseño del proceso para hacer una desalcoholización es sencillo de mostrar, pues esencialmente consiste en implementar un circuito que permita realizar lo explicado en la sección previa.

A continuación se muestra la propuesta del diseño de una planta, publicado en 2009, et al [75].


Figura 24: Planta OD [75]

En la Figura 24 se pueden apreciar los dos flujos enfrentados que son impulsados por bombas peristálticas. Es interesante observar que se añade una recirculación, ya que el proceso se hará funcionar las veces necesarias hasta eliminar los grados pertinentes. En la propuesta consultada, el volumen de DS es 1,6 veces superior al volumen inicial de la FS es una medida de seguridad para garantizar que durante todo el proceso se genera una diferencia de concentración evidente.


Las condiciones más determinantes, son el tipo de membrana, la temperatura de trabajo y la DS escogida.

Para la DS es tan sencillo como utilizar agua pura (presenta menos concentración de etanol), es barata, no es tóxica y tampoco corrosiva. Además, se ha demostrado que presenta mejores rendimientos en la eliminación del etanol y mayor productividad (más flujo) que otras DS habituales como la glicerina o una disolución acuosa con CaCl2.

Las membranas microporosas e hidrofóbicas que se utilizan están formadas por termoplásticos: en diversas investigaciones consultadas se utilizan membranas formadas por fluoropolímeros, o por polipropileno [75] [76]. El teflón es uno de los fluoropolímeros más conocidos y que tiene una relevancia importante en el diseño de ropa impermeable debido a sus características hidrofóbicas, por ejemplo, Gore-Tex® utiliza este material [78].

La temperatura de uso se podría mantener en aquella recomendada para el vino. Una investigación realizada en 2014, De Francesco et al. Remarca que una variación controlada en la temperatura del FS no aumentaba el rendimiento de forma significativa. Como

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nosotros estamos limitados a una baja variación de la temperatura para controlar los componentes volátiles, observando el estudio realizado no interesará variarla porque tampoco se consigue acelerar el proceso [79].


Esta técnica tiene como principal obstáculo la pérdida de componentes volátiles que conllevan a unas características organolépticas más pobres y distintas al vino original.

Por otro lado, también existe el peligro de que se de una polarización de las membranas que reduzca el paso del fluido de un lado al otro. Esto ocurre cuando en la inmediatez de las membranas se acumula concentrado y por tanto la fuerza que permite el flujo colapsa y no se produce intercambio. Esto es fácilmente controlable reduciendo la concentración de los fluidos de intercambio [80].


Fundamentalmente la OD se usa en dos sectores: en la industria alimentaria y en el tratamiento de aguas.

Figura 25: Aplicaciones OD basado en [81]

En la industria alimentaria se utiliza y se investiga en la aplicación de esta técnica para concentrar frutas y bebidas. Principalmente destacan la capacidad alta de concentración bajo condiciones ambientales [81].

De una forma menos habitual, pero presentando resultados sorprendentes, se investiga sobre la posibilidad de utilizar esta técnica para desalinizar. En el 2020, Lee et al. publican


los resultados conseguidos con una mejora del diseño de las membranas, disminuyendo su grosor. Estos resultados son sorprendentemente competitivos y prometedores ya que el flujo aumenta un 36% con respecto al obtenido mediante FO [82].

4.3.5.6. Conclusiones de la OD

Después de todo lo investigado, del bajo consumo energético, de la posibilidad de realizarse bajo condiciones de presión y temperatura ambientales, se considera que es uno de los procesos más interesantes y con resultados más prometedores hasta la fecha. Cabe destacar que es un proceso en el que se está investigando mucho y que aún se desconocen posibles mejoras y aplicaciones que puede desarrollar.

Una investigación realizada en Italia en 2018 observaba una mejora de las cualidades organolépticas de la cerveza desalcoholizado si se añadía CO2 en la DS, por tanto, es una técnica que se podría investigar en el vino. En una futura investigación se propone realizar ensayos de OD con un flujo de DS carbonizado para observar si efectivamente se conservan mejores cualidades orgnolépticas. En el mismo artículo propone la adición de ciertos componentes para paliar las pérdidas volátiles, pero como se ha explicado previamente no se puede realizar lo mismo si se trata de vino [83].

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5. Control de una planta de producción de vino desalcoholizado

En el presente punto del trabajo se pretende realizar una propuesta de cómo se podría desarrollar una planta de producción de vinos desalcoholizados. Haciendo especial énfasis en los puntos de control que debería incorporar. Es decir, qué parámetros y cuándo son necesarios medir.

5.1. Legislación

En el presente proyecto se estudia únicamente la legislación pertinente al tratado de alimentos, concretamente en el vino y, a ser posible, en el vino desalcoholizado; por lo que solo trataremos la normativa referente a las principales disposiciones comunitarias y estatales que regulan el sector vitivinícola, dentro del ámbito de la calidad alimentaria, sin entrar en materia del sector agrario.

En primer lugar, la Ley 24/2003, de 10 de julio, de la Viña y del Vino, tiene como objeto principal la ordenación básica, en el marco de la normativa de la Unión Europea, de la viña y del vino, así ́ como su designación, presentación, promoción y publicidad. Del mismo modo, también se regulan en esta ley los niveles diferenciados del origen y la calidad de los vinos. Se hace referencia también al sistema de protección, en defensa de productores y consumidores, de las denominaciones y menciones que, en caso de uso indebido, les están reservadas. Finalmente, se incluye en el ámbito de esta ley, el régimen sancionador de las infracciones administrativas en las materias a las que se refieren los temas mencionados anteriormente.

A partir de la documentación presentada por el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación [84], se han analizado diversos decretos, órdenes y reglamentos de carácter comunitario (UE) y estatal.

En el documento citado anteriormente se pueden encontrar todos los artículos referentes a la legislación vigente en España, considerando también los artículos que han sido derogados o modificados posteriormente. Además de la mencionada Ley de la Viña y el Vino, encontramos el Reglamento (UE) nº1308/2013, por el que se define la organización del mercado vitivinícola. Es cierto que presenta una variedad enorme de productos y artículos que no tienen ninguna relación con el tema del vino, pero existen un par de artículos: el 120, que trata sobre el etiquetado y presentación de productos, el 146, que se refiere a la designación de autoridades nacionales competentes en el sector vitivinícola. En este sentido, podemos destacar también los diversos documentos que completan el


Reglamento (UE) nº1308/2013, en materia de control y tratamiento de alimentos; y de presentación de productos:

• El Reglamento Delegado (UE) 2019/934 se refiere a las restricciones aplicables a la producción y conservación de los productos vitícolas, el porcentaje mínimo de alcohol para subproductos y la eliminación de estos, y la publicación de las fichas de la OIV (Organización Internacional de la Viña y el Vino).

• El Reglamento de Ejecución (UE) 2019/935 presenta la normativa referente a los métodos de análisis para determinar las características físicas, químicas y organolépticas de los productos vitícolas y las notificaciones de las decisiones de los Estados miembros relativas a los aumentos del grado alcohólico natural.

• El Reglamento Delegado (UE) 2019/33 presenta normativa referente al etiquetado y presentación del producto.

• En el Reglamento de Ejecución (UE) 2019/34 se establecen disposiciones de aplicación en lo que se refiere al procedimiento de oposición, a las modificaciones del pliego de condiciones, al registro de nombres protegidos, a la cancelación de la protección y al uso de símbolos.

Después de haber analizado la documentación de la legislación comunitaria (UE) y nacional, consideramos que una propuesta interesante podía ser contactar con el INCAVI, con quienes habíamos podido trabajar para obtener los resultados de un ensayo que comentamos más adelante, para que nos informaran sobre las medidas y precauciones que llevan a cabo en el tratamiento de bebidas alcohólicas.

Desde INCAVI nos informaron de que, a pesar de ofrecer servicio de análisis de bebidas alcohólicas, en ningún caso se sanciona a aquellos vinos que no cumplen con la legislación. Es decir, que no aplican ningún régimen sancionador. De todos modos, sí que nos comentaron qué métodos de análisis aplicaban, que eran aquellos que están publicados por la OIV y por el Reglamento (CEE) nº 2676/90 [85]. Llegados a este punto, consideramos interesante analizar la documentación presentada por la OIV.

En primer lugar, debemos destacar que la Organización Internacional de la Viña y el Vino se define como una organización intergubernamental de carácter científico y técnico, con una competencia reconocida en el campo de la viña, el vino, las bebidas a base de vino, las uvas de mesa, las uvas pasas y otros productos derivados de la vid [86]. En su página web encontramos diversas resoluciones de la OIV y varios documentos referentes a la definición de productos y etiquetados; la descripción de variedades de vinos; las prácticas enológicas, el cual sería el punto más interesante en nuestro proyecto; los distintos productos utilizados en enología; los métodos de análisis que se utilizan en INCAVI; y otros

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temas de relevancia como códigos de buenas prácticas, informes técnicos análisis estadísticos y sobre el medio ambiente y la vitivinicultura.

Como principal novedad referente a la normativa de la OIV, podemos destacar la regulación de los vinos desalcoholizados, la cual tiene relación directa con nuestro proyecto. En el año 2012 se llevó a cabo el 35º Congreso Internacional de la Viña y el Vino, organizado por la OIV. En él participaron los 45 Estados miembros de la organización y una de las resoluciones más significativas fue la referente a las prácticas enológicas relativas a la desalcoholización de los vinos. Se aprobó una resolución que trataba la corrección del grado alcohólico de los vinos (Resolución OIV-Oeno 394B-2012) por la que se autoriza, con la intención de mejorar el equilibrio gustativo, una reducción máxima del grado alcohólico de los vinos del 20%. Con esta resolución se pretende que los productos obtenidos mediante esta práctica guarden conformidad con la definición de vino y con los límites de grado alcohólico volumétrico.

En este congreso se aprobó una segunda resolución referente al vino desalcoholizado (Resolución OIV-OENO 394A-2012), que permite una desalcoholización sin límites, con la intención de obtener productos vitivinícolas con bajo o reducido grado alcohólico. Debemos destacar, de todos modos, que los productos obtenidos mediante esta práctica no se consideran vinos según la definición de la OIV7.

La Asamblea General, compuesta por todos los Estados miembros, aprobó dos nuevas definiciones para los productos con bajo o reducido contenido de alcohol. En primer lugar, se propusieron definir los productos resultantes de la desalcoholización parcial de los vinos, que consisten en las bebidas alcohólicas cuyo grado alcohólico volumétrico fue fijado entre el grado alcohólico volumétrico mínimo de los vinos (8,5%) y 0,5% vol. (Resolución OIV-ECO 433-2012). También se llevó a cabo la definición de bebidas que fueran producto de la desalcoholización de los vinos, presentando un grado alcohólico volumétrico inferior a 0,5% vol. (Resolución OIV-ECO 432-2012).

A partir de estos puntos, hemos querido destacar diversas medidas que se aprobaron en este congreso, que no hacen referencia específica al vino desalcoholizado:

• Se aprobó una resolución relativa a una serie de prácticas enológicas específicas de los vinos aromatizados, de las bebidas a base de productos vitivinícolas y bebidas a base de vino (Resolución OIV-OENO 439-2012), con la que se pretende

7 El vino es, exclusivamente, la bebida resultante de la fermentación alcohólica, completa o parcial, de

uvas frescas, estrujadas o no, o de mosto de uva. Su contenido en alcohol adquirido no puede ser inferior a 8,5% vol. No obstante, teniendo en cuenta las condiciones del clima, del suelo o de la variedad, de factores cualitativos especiales o de tradiciones propias de ciertas regiones, el grado alcohólico total mínimo podrá ser reducido a 7% vol. por una legislación particular en la región considerada [112].


hacer frente a las exigencias actuales, tales como: el medio ambiente, la protección del consumidor y los aspectos sanitarios relacionados con la utilización de aditivos e ingredientes alérgenos.

• Se presentaron dos resoluciones en relación con la acidificación por tratamiento con intercambiadores de cationes: una para los mostos (Resolución OIV-OENO 442-2012), y la otra para los vinos (Resolución OIV-OENO 443-2012).

• También se aprueba una nueva resolución que describe las herramientas de biología molecular para la identificación de las bacterias lácticas de la uva y del vino (Resolución OIV-OENO 409-2012), que supone un avance para las etapas de la vinificación, del envejecimiento y del almacenamiento.

• Se actualizó la 'Norma internacional de la OIV para el etiquetado de bebidas espirituosas de origen vitivinícola' (Resolución OIV-ECO 402-2012). También se aprobaron los principios generales de la vitivinicultura ecológica (Resolución OIV-ECO 460-2012).

• Finalmente, debemos subrayar también la aprobación de nuevos métodos de análisis, recogidos en el 'Compendio de los métodos internacionales de análisis de los vinos y mostos'. Son estos los métodos utilizados por el INCAVI [87].

5.2. Implantación de un sistema de gestión de calidad

Una vez definida la legislación, se pretende introducir la posible implementación de una planta industrial. Para ello se escoge el APPCC como método para regular el proceso y asegurar su funcionamiento debido a la insistencia por parte de la propia legislación de mantener unos estándares sanitarios elevados al ser un producto de consumo humano.

Análisis de Peligros y Puntos de Control Críticos (APPCC)

El APPCC es una técnica que verifica el proceso para obtener la inocuidad del producto final, por tanto, es perfectamente compatible con cualquier otro proceso de calidad que se quiera añadir a la planta.

Este proceso se divide principalmente en dos partes:

• AP

Consiste en identificar y recopilar información sobre los posibles peligros asociados con la inocuidad de los alimentos y las causas que podrían provocarlos. Estos peligros se definen como cualquier agente físico, biológico o químico presente en el alimento que puede causar un efecto adverso para la salud.

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Posteriormente se incluyen los límites críticos que permiten, a través de un valor, poder diferenciar qué producto es aceptable o bien se debe rechazar o ajustar.

• PPC

En la segunda fase de este método se ejecutan todas las medidas necesarias para garantizar que todos los productos ofrecen todos los componentes por debajo (o por encima) de los límites críticos. Los puntos críticos de control se definen como aquellas fases en las que se requiere revisar el producto para prevenir, eliminar o ajustar la presencia de una sustancia peligrosa para la inocuidad de los alimentos. Cabe diferenciar entre dos medidas que se llevan a cabo: la medida de control que simplemente se encarga de realizar lo explicado con anterioridad y la medida correctora que solo se aplica en caso de perder el control del proceso. Es decir, en caso de que la medida de control avise de que los parámetros están sobrepasando los límites de control se realiza alguna acción para corregir la producción [88].

En la práctica es común y recomendable detallar las siguientes fases que permiten evitar cualquier olvido o error. Estas están explicadas para la planta de desalcoholización:

1. Descripción del producto El producto es una bebida para el consumo habitual: vino desalcoholizado o en su defecto un vino al que se le ha aplicado una reducción del contenido alcohólico. Por tanto, deberá cumplir con todas las normas de inocuidad de los alimentos. Además, en caso de ser desalcoholizado tendrá que verificar, según la OIV un contenido alcohólico menor a un 0.5%.

2. Determinación del uso al que ha de destinarse Dependiendo de la gama del vino oscila entre un consumo diario (“vino de mesa”) a un consumo ocasional (en celebraciones). Pudiendo ser consumido por cualquier persona que no sea intolerante a ninguna partícula presente en la bebida. Al ser vino, se espera que el público de interés sea mayor de edad, como mínimo al principio de la comercialización.

3. Elaboración de un diagrama de flujo Los diagramas de flujo se presentan en la próxima sección. Pretenden detallar las acciones principales de las plantas de desalcoholización presentadas.

4. Confirmación in situ del diagrama de flujo Esta fase es vital para asegurar un buen funcionamiento del plan establecido, pero por motivos evidentes este proyecto no puede realizar esta fase.


5. Enumeración de todos los posibles riesgos relacionados con cada fase, ejecución de un análisis de peligros, y estudio de las medidas para controlar los peligros identificados

Este apartado será introducido en la próxima sección. Es importante remarcar que los peligros que se evaluarán tendrán relación con la pérdida de calidad del vino debida a la manipulación de este. Otros parámetros que se miden en cualquier proceso se omiten para dar importancia a la novedad.

6. Determinación de los puntos críticos de control (PCC) Se encuentran detallados en la próxima sección. Cabe destacar que en caso de existir algún proceso donde se detecte un posible peligro en una fase que no se puede implementar un control, se deberá replantear el diseño para poder introducirlo.

7. Establecimiento de límites críticos para cada PCC Concretar el rango dentro del cuál deben oscilar los parámetros peligrosos no se encuentra en el alcance de este proyecto ya que dependerá del vino tratado.

8. Establecimiento de un sistema de vigilancia para cada PCC En el proceso industrial de la desalcoholización será necesario realizar un seguimiento continuo sobre los puntos de control para parar o ajustar el proceso cuando sea necesario. Se propone automatizar esto con un procesador que reciba las señales de las mediciones y las compare directamente con los límites críticos. También se propone añadir una tolerancia a partir de la cual empiece a alarmar al personal encargado de la parte del proceso que falla. Es decir, dos fases de alarma: aplicar un intervalo a partir del cual avise de que el valor es próximo al límite (primera) y si supera el límite: avisar y actuar sobre el flujo deteniéndolo si fuese necesario (segunda).

9. Establecimiento de medidas correctivas Estas garantizan la vuelta a la normalidad del proceso una vez salte alguna alarma. Serán presentadas a continuación.

10. Establecimiento de procedimientos de comprobación Es necesario asegurar que el propio sistema de control funciona como es debido. Por este motivo y como se explicará a continuación muchas veces se propone realizar las mismas medidas en paralelo para aumentar la fiabilidad y disminuir el riesgo de fallos.

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11. Establecimiento de un sistema de documentación y registro Por último, se rellenará una documentación tal que certifique que todas las medidas se están tomando y se pueda conocer con detalle la evolución de los parámetros.

5.3. Plantas de desalcoholización

Para poder plantear el diseño, primero se debe escoger un proceso de producción determinado. Parece interesante la posibilidad de contrastar una planta de producción utilizando un método basado en la transferencia de fluidos mediante membranas con otro método que no utilice membranas. Por tanto, se trazarán dos esquemas: una planta utiliza RO y la otra SCC. Habiendo escogido estos dos métodos debido a su mayor popularidad en la actualidad.

Para ambos métodos se pretende exponer qué parámetros son esenciales en el vino, identificar aquellos en los que peligra su composición o cantidad (AP) y cómo se podrían medir los que sufren peligro de verse alterados en cada flujo (PCC). Cabe añadir, que cada vino es distinto y tiene características propias, por eso es posible que en casos particulares se requieran puntos de control no especificados en los siguientes diseños, se plantea un caso general flexible a cualquier vino.

5.3.1. Análisis de peligros (indicativos de la calidad del producto)

A continuación, se detallan los parámetros que se deben medir por su relevancia en la calidad del producto final. Se diferencia entre aquellos que se pueden medir en continua (1) frente a aquellos que se necesita extraer una muestra y examinar (2).

Parámetros esenciales en la producción del vino [89] :

- Valor de pH (1): El pH es importante por diversos motivos, no solo para garantizar características internas como es la estabilidad microbiológica, el equilibrio de sales de tartrato… sino también para preservar características físicas como el color o para proteger el vino de reacciones oxidantes que podrían oscurecer el color generando un aspecto menos atractivo [90].

- Niveles de acidez (2): Es importante medir la cantidad de ácidos total en el vino para poder asegurar que se sigue manteniendo el sabor original. Esta medida es diversa del pH, ya que el pH mide “la fuerza de la acidez”, mientras que en esta medida se pretende medir la cantidad de ácidos totales. Estos harán que el paladar se comporte de una forma u otra al entrar el


líquido en cuestión. Por tanto, es una medida encarada más a mantener las propiedades organolépticas que la propia estabilidad del vino, que ya se vería comprobada (a nivel acidez) por el resultado del pH [91].

- Cantidad de azúcar (2): Es importante medir estos niveles para evitar un posible riesgo de refermentación y asegurar que el producto se mantiene dentro de los parámetros previstos. Habitualmente se utiliza la espectrofotometría para controlar los niveles, por tanto, es un ensayo destructivo, no se puede realizar mediante sensores.

- Concentración de sulfitos (1): Los sulfitos se han utilizado prácticamente desde el inicio de la producción del vino para ralentizar ciertas reacciones químicas y así protegerlo del desgaste. Es el “conservante” principal del vino. A su vez también es uno de sus componentes más polémicos por algunos efectos perjudiciales que se le atribuyen, como por ejemplo a aquellas personas que sufren de asma o que es cancerígeno. Incluso en algunos países (como USA) se obliga a especificar el nivel de sulfitos presente en la botella. Por tanto, es de primera necesidad de medir el nivel de sulfitos para garantizar una buena conservación y un nivel bajo [92]. A veces se pueden detectar fácilmente, como las “burbujas” que se pueden percibir en algún vino.

Una forma indirecta de comprobar si el nivel de sulfitos es el adecuado es la cantidad de oxígeno disuelto, ya que los sulfitos se encargan de hacer reaccionar el O2 y por tanto mantener la concentración del oxígeno disuelto baja o prácticamente nula. Por tanto, si el nivel de oxígeno disuelto está dónde se ha previsto, los sulfitos están funcionando y no han desaparecido aún. A partir de aquí, ¿cómo podemos conocer el momento en qué debemos añadir más sulfitos? Frecuentemente se utiliza el potencial redox para este propósito y es lo que se pretende proponer. Cuando existen sulfitos este es negativo, ya que convierten el vino en reductor. El método consiste en establecer un valor X que no puede ser sobrepasado por el potencial redox del fluido, en caso de hacerlo se deberán añadir sulfitos. Esto se puede realizar en continua mediante una sonda redox, además se podría introducir una alarma para alertar en caso de una eventual variación de este potencial o automatizar la adición en caso de ser necesaria.

- Nivel de oxígeno disuelto (1) Es otra característica relacionada con el envejecimiento del vino, permite asegurar un producto más estable al paso del tiempo, así como preservar el color. También una justa cantidad de oxígenos disueltos provoca la micro-oxigenación que, entre otras cosas, genera la polimerización de fenoles [93]. Se propone utilizar una sonda de oxígeno disuelto para medir este parámetro en continua.

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- Concentración de alcoholes (2): Estos son necesarios para asegurar que el proceso de fermentación se ha realizado como se esperaba y también para responder a la necesidad legal que obliga a incluir el contenido alcohólico de la botella. Haciendo especial énfasis en la cantidad de etanol ya que es el encargado de establecer la graduación alcohólica de la botella.

Parámetros adicionales propuestos para añadir a cualquier método de desalcoholización y sus posibles métodos de medición:

- Índice de polifenoles (2): Es esencial asegurar que la cantidad de polifenoles que se encontrarán en la botella son prácticamente idénticos a los que se ofrecían en la botella original. Además de querer mantener la estructura inicial, son los componentes que se encargan de hacer atractivo el producto para la salud, por tanto, claves para poder tener éxito en el mercado.

Estos se pueden medir mediante espectrómetros o, idealmente cromatografía de líquidos de alta resolución o espectroscopia de infrarrojo, pero estos dos últimos métodos requieren de una alta inversión. La técnica habitual, debida a su relación calidad-precio es la espectrometría, pero a través de esta es imposible poder trocear los fenoles e identificar cada uno. Para eso se tendrían que utilizar agentes reactivos como el cloruro férrico [94].

- Intensidad de color (1): El color se propone para asegurar que la producción preserva el original, ya que este no depende de la concentración de etanol. Además, es una forma clara de asegurar que durante la producción el proceso no pierde eficiencia y filtra componentes indeseados.

En este caso la medición del color del vino está regulado por el Boletín Oficial del Estado desde el 14/10/81, “valiéndose de métodos espectrofotométricos triestimulares de ordenadas seleccionadas de Hardy”.

- Análisis microbiológico (2):

Se propone realizar un análisis microbiológico para estudiar el posible crecimiento de bacterias u otros elementos que se podrían beneficiar de la ausencia de etanol.

Se proponen los siguientes dos métodos como los más relevantes para realizar el control de los microorganismos [95]:

• Reacción en cadena de la polimerasa (Polymerase chain reaction, PCR)

Este método actualmente tiene una presencia elevada en la industria alimenticia debido a que realiza la fase de amplificación y de detección simultáneamente, convirtiéndolo en una técnica rápida. Se basa en la reacción en cadena de la


polimerasa que multiplica la presencia de los componentes y permite identificarlos con facilidad. Es decir, si en un principio había una cantidad X de cierto microorganismo al cabo de unos instantes empieza a multiplicarse, hasta llegar a tener un crecimiento prácticamente exponencial (fase de amplificación). Esto permite elevar la cantidad de estos componentes hasta que supera el umbral de detección y es ahí donde se puede conocer si existía o no este compuesto.

Las principales ventajas de este método son la siguientes: baja inversión, fácil implementación, elevada velocidad que lo permite incorporar en continuo.

Por otro lado, es necesario conocer qué microorganismos se buscan ya que cada uno requiere unas enzimas determinadas. Por tanto, se corre el riesgo de dar por supuesto la inexistencia de uno que podría aparecer.

• Recuento en placa

Esta es la técnica tradicional y existen diversos métodos de realizarla. El primer método propuesto por el INCAVI fundamenta el estudio en añadir una pequeña muestra en una placa de Petri donde existirá un medio de cultivo. La idea es fomentar el crecimiento de colonias para hacer visibles las agrupaciones celulares que había inicialmente. Por tanto, los resultados se obtendrán como Unidades formadores de columna por volumen.

Para aumentar la fiabilidad de las colonias encontradas se pueden realizar varios ensayos en paralelo.

La opción propuesta es la siguiente: identificar los microorganismos que se desarrollan mediante distintos ensayos a través de los recuentos en placa. Posteriormente, una vez identificados, se propone utilizar el PCR debido a su velocidad de funcionamiento y fácil automatización. En muchos procesos industriales ya se utiliza este método.

- Cromatografía de gases (2):

Es de vital importancia tratar de comprobar mediante todos los métodos posibles que las propiedades organolépticas se mantienen, por este motivo se recomienda realizar estas mediciones.

Sabiendo que en la cata y la percepción del vino entran en juego factores subjetivos que difícilmente son manejables, esta técnica permite reconocer los compuestos volátiles que dan forma al aroma del producto.

Es una técnica en continuo desarrollo y que se puede realizar de formas diversas en función de la precisión requerida, el presupuesto, la rapidez… A continuación, se exponen los principales métodos utilizados en la industria vitícola [96];

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• Extracción y concentración de la fracción aromática por microextracción en fase sólida (Solid-phase microextraction, SPME):

De esta técnica se quiere subrayar la gran sensibilidad que proporciona, siendo a su vez fácil de implementar, lo que permite automatizar el proceso aumentando así su velocidad de realización. Por otro lado, es importante controlar las condiciones, la temperatura y el tiempo de extracción especialmente, para que el ensayo sea válido.

• Separación por cromatografía de gases multidimensional (Multidimensional gas chromatography, MDGC):

En este caso, al realizar el análisis utilizando distintas columnas de tratamiento, es decir que según el compuesto de estudio se obtendrá por una vía u otra, permite poder tener algunos diferenciados y eliminar de los análisis aquellos que no nos interesen. Consecuentemente optimiza el tiempo del proceso.

• Detección por acoplamiento de cromatografía de gases (Gas chromatography, GS) y espectrometría de masas (Mass spectometry, MS):

Este método es especialmente útil porque gracias al uso de la MS se gana versatilidad. Se puede enfocar el estudio de forma general: enfocando todos los iones. O bien, de forma específica: centrando el análisis en aquellos iones de interés. De todas formas, para que la GS se pueda desarrollar de forma óptica es necesario conocer el perfil cromatográfico del vino, por tanto, reduce la posibilidad de lanzar un control debido al estudio previo necesario y a la gran suma de datos necesarios para completar este.

5.3.2. Puntos críticos de control

A continuación, para poder decidir cómo y dónde implementar los puntos de control, se definirán brevemente el funcionamiento de las plantas de desalcoholización y posteriormente se realizará una propuesta de diseño para ambas.

5.3.3. Planta de producción de vino desalcoholizado mediante RO

Tal y como se ha mencionado en la sección de RO (4.3.2), estos procesos se dividen en tres partes principales: preparación del fluido para ser tratado; proceso de intercambio de fluidos mediante membranas; y el proceso final, que incluye la eliminación del etanol del agua extraída y su adición al fluido obtenido por la ósmosis.

El proceso mostrado en la figura 26 incorpora el circuito de recirculación que prácticamente todos los procesos deberán incorporar. Ya que, para conseguir rebajar los grados necesarios, se deberá pasar el fluido varias veces por las membranas. Es interesante observar la recirculación que se propone es posterior a la adición de agua debido a que se considera esencial no concentrar el producto en exceso o como mínimo mucho tiempo. Si


se concentra en exceso, ciertas partículas empiezan a precipitar como los taninos u oxalatos. Este método permite extraer concentrado al mismo (o casi) tiempo que se vuelve a añadir agua, disminuyendo el riesgo de que se produzca este fenómeno. He aquí una ventaja que proporciona el uso de esta técnica en comparación a otras como la evaporación que sí facilitan la precipitación.

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Figura 26: Diseño de una planta de desalcoholización mediante RO


En el diseño mostrado a gran escala, se pueden observar los puntos de control. A continuación, se justifican y se detallan los medidores de control:

• 0.Termómetro y Caudalímetro

Antes de poder tratar el vino, se deben regular una serie de propiedades. Se proponen como mínimo medir el caudal y la temperatura.

Ya que el fluido al ser bombeado se calentará y no se quiere perder ninguna propiedad. Si se calienta en exceso ya se ha comentado que puede conllevar a dañar algunas propiedades. Se tratará de buscar una justa medida entre este factor y la velocidad de producción, ya que la permeabilidad aumenta con la temperatura. En el presente trabajo proponemos no pasar de la temperatura recomendada de mantenimiento que suele estar indicada entre 12° y 16°.

Por otro lado, también es importante medir y regular el caudal que entrará en el circuito de desalcoholización, este siempre se encontrará limitado a un caudal máximo debido a la potencia de la bomba o al propio rendimiento de las membranas.

• 1. Termómetro alarma

En la salida de la bomba se propone añadir un dispositivo sonoro que medirá la temperatura del vino en la salida de esta y alarmará en caso de superar un valor preestablecido. Significará que se habrá desajustado algún parámetro de la máquina ya que en el diseño se preverá que no puede superar.

• 2 y 3. Medidores de presión

El proceso si pretende realizar una desalcoholización o una reducción considerable de alcohol se verá forzado a recircular el fluido varias veces por las membranas, como se indica en el diagrama hasta obtener la graduación especificada. Dado que el alcohol no es una medida fácil de obtener en continua, se tienen que diseñar otros parámetros capaces de extraer información que nos indique si se consigue llegar al punto de desalcoholización preestablecido.

En la entrada y la salida de las membranas se colocarían unos medidores de presión que servirán de indicadores para conocer cuando se está alcanzado el punto óptimo del vino. A medida que se va concentrando (desalcoholizando) la presión necesaria será mayor, experimentalmente se marcará la presión que debe alcanzar para llegar a obtener el grado alcohólico requerido y por tanto se podrá conocer en qué punto del proceso se encuentra el ciclo.

Es evidente remarcar que el proceso necesitará un tiempo de calibración, de hacer una serie de pruebas hasta poder determinar con precisión esta presión límite.

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Se propone colocar dos medidores para aumentar la precisión y evitar disminuir posibles errores de las propias herramientas de medición.

• 4. Medidores de pH, redox, oxígeno disuelto y conductividad

Se sugiere añadir medidores de pH y conductividad para asegurar que el fluido que se extrae es el preestablecido (agua y etanol) y no se está introduciendo ninguna partícula.

El pH es esencial para asegurar que se le extrae acidez al vino, para dejar la misma proporción que tenía en el original. Si no se mantiene el nivel de pH en el fluido extraído el concentrado irá ganando acidez y el producto final será ácido.

La conductividad se utilizará para medir cuántas sales circulan en el fluido extraído, si se sobrepasa un cierto valor significará que las membranas no funcionan correctamente y por tanto se deberán cambiar. Es importante mantener estos parámetros porque si permean sales, hay riesgo de perder componentes como los taninos. Esenciales en el vino no solo por sus propiedades saludables sino por las características organolépticas que aportan.

• 5 y 7. Caudalímetros

Colocar un caudalímetro en la entrada de la destilación y otro en su salida servirán para poder asegurar que el etanol eliminado equivale al porcentaje de alcohol que había en la botella. Es decir, asegurará que el proceso funciona correctamente y que no se están eliminando otras partículas.

Ejemplificando, si se conoce que hay un 12% de alcohol en la botella, el caudal de etanol (7) deberá equivaler a un 12% del caudal extraído de etanol y agua (5). Si difieren en porcentaje, siempre que sea menor al establecido servirá de alarma para conocer que no solo permea agua y etanol sino otros fluidos y por tanto habrá que ajustar algo.

Es evidente que esto también deberá ser calibrado, si el agua permea mejor que el alcohol quizá este porcentaje se ve disminuido algunos decimales.

• 6. Colorímetro, sonda redox y sonda de oxígeno disuelto

El propósito del colorímetro es idéntico al de los medidores de presión: observar en qué punto se haya el proceso y localizar el momento óptimo para dejar de recircular.

Previamente, en el tiempo de calibración se deberá observar el color final de la botella desalcoholizada para poder hacer uso de esta medida.

Con este medidor la seguridad de conocer en qué momento se encuentra aumenta y consecuentemente también lo hace la precisión del producto de salida.


Por otro lado, el potencial redox y el oxígeno disuelto son dos parámetros delicados en este proceso debido al flujo de fluidos. Esto facilita una posible inclusión de aire y consecuentemente de oxígeno. Por eso se coloca aquí este punto de control que avisará en caso de que se encuentren fuera de las tolerancias establecidas. La idea es automatizar el proceso para que añada sulfitos en caso de ser necesario.

5.3.4. Planta de producción de vino desalcoholizado mediante SCC

Previamente en la sección de SCC (4.3.3.3) se ha mencionado que el proceso consta principalmente de tres fases: separación de la fracción aromática del vino, separación del etanol, adición de la fracción aromática al vino desalcoholizado.

El proceso planteado en la figura 27 se deja en función de dos temperaturas que se deberán medir para cada proceso en concreto. Según un artículo publicado en 2009, Bellsario-Sánchez et al., la temperatura hasta la que se recuperan las sustancias aromáticas normalmente se encuentra alrededor de los 25 °C (T1) y el etanol suele evaporarse a una temperatura cercana a los 30 °C [97]. Este proceso se considera más delicado por el trato que recibirán los aromas que son extraídos, es esencial realizar un control exhaustivo sobre ellos para que no pierdan características y se pueda adherir con facilidad al vino desalcoholizado. Además de que se requiere una precisión muy alta para saber cuando cerrar y abrir la válvula que recupera aromas (válvula 1). Si se cierra demasiado tarde podría contener etanol, mientras que si se cierra demasiado pronto perderá alcoholes y aldehídos importantes que generan aromas.

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Figura 27: Flujo del funcionamiento de una planta de desalcoholización SCC con sus respectivos puntos de control.


En el diseño mostrado a gran escala, se pueden insertar los siguientes puntos de control, con sus respectivos medidores de control:

Controles sobre las sustancias evaporadas:

• 1. Termómetro

Este punto de control es de vital importancia y por tanto es necesario que tenga una precisión muy alta. Debería comprobarse periódicamente su calibración y funcionamiento. Se propone utilizar más de uno en paralelo para aumentar la precisión, ya que de este depende la extracción del etanol y la recuperación de los aromas. Según la temperatura que indique, dejará circular el gas por un conducto o por otro. Si la temperatura es superior a la que se indica como “temperatura máxima de recuperación de aromas” (T1), dejará de recuperar alcoholes y aldehídos y pasará a abrir el conducto por donde debería estar subir el etanol.

• 2 y 3. Electroválvulas

Estas electroválvulas son las encargas de controlar y forzar el paso del gas hacia un conducto o hacia el otro. Las válvulas se pueden consideran también un medidor corrector ya que aseguran que, en caso de sobrepasar cierta temperatura, aunque sea accidentalmente el flujo recorra el camino adecuado.

Controles sobre el cuerpo del vino (líquido):

• 4. Turbidímetro

Este elemento de control sirve de alarma para alertar si alguna sustancia está precipitando. Debido a que al estar concentrando el vino existe un mayor riesgo de que los oxalatos o taninos precipiten.

• 5. Vacuómetro

Este dispositivo, es esencial para mantener las condiciones requeridas para llevar a cabo el proceso, y es que si está presión se ve variada, automáticamente variarán las temperaturas preestablecidas. De esta forma, es esencial mantener el vacío, el mismo vacío con el que se ha calibrado el funcionamiento de la máquina. Del mismo modo que con los termómetros, se considera un punto de control crítico que necesita una constante revisión y seguramente disponer de más de uno colocados en paralelo.

• 6. Calorímetro

De una forma idéntica al proceso planteado para la RO, este punto de control servirá para indicar cuando el proceso llega a su fin. Como se ha explicado, previamente en el apartado Planta de producción de vino desalcoholizado mediante RO (5.3.3) será

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necesario un tiempo previo para poder determinar el color óptimo para cesar la recirculación.

Como se puede observar, en este proceso no se han incluido ni medidores de pH ni sondas redox ni de oxígeno disuelto. Esto es, debido a que el pH será variable, a medida que se vayan evaporado los compuestos volátiles. Puesto que la SCC funciona en vacío no hay riesgo de que se introduzca aire en el compuesto que haría variar el oxígeno disuelto, la cantidad de sulfitos y consecuentemente el potencial redox. De todas formas, se pueden añadir estos indicadores porque quizá aportan información útil para la productora de vino o indican alguna característica interesante del proceso. Pero no como elementos de control.

Para ambos procesos, aunque parezca evidente, cabe destacar que es necesario un controlador lógico programable (programmable logic controller, PLC). Capaz de recibir inputs, procesarlos y enviar outputs con las acciones a realizar por los distintos elementos de la planta. Es igual de importante colocar los debidos componentes de control como realizar una buena configuración de este PLC para que funcione el circuito.

Se han omitido los medidores correctores que se encargan de devolver el funcionamiento de la planta al nominal en caso de existir ciertas variaciones. Se entiende que a través de los inputs que recibe el PLC directamente envía la posición en la que se debe hallar cada sistema modificable. Es decir, ejemplificando: en caso de sobrepasar cierta temperatura, el PLC recibiría está alerta y enviaría una señal al calentador detallándole que su posición debe rebajarse y por tanto utilizar menos energía…Por tanto, el propio PLC también forma parte de los medidores correctores ya que asegura el buen funcionamiento aún experimentando errores. También se encargaría de parar el proceso en caso de encontrarse frente a valores verdaderamente anómalos.

Los parámetros que son importantes y no se pueden medir en continua se deben medir una vez finaliza el proceso comparando con los valores de entrada.

Propuesta de análisis adicional de polifenoles

En ambos procesos puede ser interesante incorporar un análisis continuo de polifenoles para garantizar de una forma más exhaustiva la conservación de estos dada la vital relevancia en el vino desalcoholizado.

Hasta la fecha desconocemos la existencia de un análisis en continuo o “semi-continuo” de estos compuestos. Se propone un análisis “semi-continuo” porque las muestras serán extraídas cada diez minutos y analizadas en un periodo de 60 minutos. Por tanto, el sistema permitirá detectar variaciones con una hora de retraso respecto a cuando se produjo.


El sistema constará de un análisis basado en el método Folín-Ciocalteu (Folin-C), que es el aprobado oficialmente por la Asociación Oficial de químicos agricultores (Association of Official Agricultural, AOAC) para medir los fenoles totales en extractos [98].

Este método hará reaccionar 0.1 ml del vino con el reactivo F-C y una disolución de Na2CO3 saturada en las proporciones especificadas en el método, generando así una mezcla de color azul con una absorbancia máxima de 765 nm. La absorbancia en esta longitud es proporcional a los compuestos fenólicos. Esta se compara con la recta de calibrado obtenida por el ácido gálico, por tanto, el resultado se expresa en AG/mL de vino [99].

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6. Análisis económico

En primer lugar, debemos destacar que el análisis económico se ha llevado a cabo considerando el material y los puntos de control mencionados anteriormente, además de los aspectos generales de una planta de desalcoholización de vino. No se ha considerado el propio vino.

En referencia a la estimación de precios, se ha solicitado una propuesta a Endress + Hauser, S.A., empresa conocida internacionalmente por fabricar materiales de medición para la automatización de procesos industriales. De esta manera, se ha establecido el margen más ajustado, en cuanto a dimensiones y capacidades, de cada aparato.

6.1. Proceso de RO

En relación con los costes de medición, hemos considerado todo lo necesario para poder implementar la planta no solo los sensores sino también los transmisores, el cableado correspondiente y las pantallas para visualizar los resultados. Éstas también se han escogido considerando el número de canales que se necesitarán. Todos los productos detallados a continuación se han extraído con presupuestos reales para partidas de instalaciones industriales. Todos los componentes, excepto la bomba que es de Danfoss [100], el evaporador que es de HRS [101] y el manómetro que es de FIMA [102], son de la empresa Endress + Hauser, S.A. [103].8

Tabla 1: Costes de RO

Concepto Precio [€] Cantidad Importe [€]

Termómetro con tecnología avanzada Omnigrad M TC10 115 2 230

Manómetro de presión para equipo de osmosis inversa con glicerina, MGS10 FIMA 87 2 174

Medidor de pH Orbisint CPS11D Memosens 212 1 212 Sensor de conductividad analógico, Condumax W CLS21D 755 1 755

Sensor de redox analógico Orbisint CPS16D Memosens 260 1 260 Sensor para la medición de oxígeno disuelto Oxymax COS61D 850 1 850

Caudalímetro electromagnético 30m3/hora, Promag 10W65, DN65 800 3 2.400

Indicador digital con funciones matemáticas y de linealización 228 1 228

Transmisor de 4 canales Liquiline CM442 876 1 876 Colorímetro PCE-CSM 6 1.815 1 1.815 Bomba de pistones de alta presión (20-80 bares) APP 0.6 Danfoss 1.625 1 1.625

8 En el Anexo V están las partidas presupuestarias de los distintos componentes.


Depósito INOX siempre lleno 300L flotador a aire 620 1 620 Partida alzada de tuberías y valvulería 5.000 1 5.000 Evaporador tubular HRS 26.000 1 26.000

De los productos escogidos se quiere destacar lo siguiente:

• Bomba de alta presión, capaz de subministrar 80 bares. Se requiere una presión elevada para poder garantizar la viabilidad del proceso. Es necesario que pueda proporcionar presiones relativamente grandes porque a medida que avance el proceso se irá concentrando el vino y se requerirá mayor presión para hacer circular el etanol por las membranas.

• La partida de tuberías y válvulas se han concretado después de comentar el proceso con profesionales del sector, concretamente ingenieros de la empresa LEF ingenieros.

• Los transmisores han sido escogidos para poder visualizar simultáneamente los valores redox, oxígeno disuelto, el pH y la conductividad.

• El manómetro escogido lleva glicerina para poder amortiguar las posibles vibraciones y presentar una mayor rigidez. Si no, habría riesgo de que la aguja se moviese.

El valor total de los costes de adquisición de todos estos productos es de 41.045 €; de los cuales más del 60% corresponde al evaporador tubular.

Se considera que la vida útil de todos los aparatos de medida es de unos 3 años (no así del evaporador tubular). Por ello, cada año se debería de considerar una inversión de actualización de unos 4.500 €. Además, se habría de considerar que el cambio de membrana supondría un coste de 600 € cada 1.000 litros, según LEF ingenieros.

6.2. Proceso de SCC

En el caso del proceso de SCC, se utilizarían varios instrumentos que ya se han mencionado en el apartado anterior, además de alguno que es exclusivo a este método.

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Tabla 2: Costes de SCC


Termómetro con tecnología avanzada Omnigrad M TC10 115 1 115

Turbidímetro en línea de bajo rango AquaClear 2.440 1 2.440 NeoLab Migge Vacuum Meter Analog For E-1550 61 1 61 Intercambiador de calor tubular inox-titanio 40 kW equipado Astralpool 3.195 1 3.195

Columna de cono rotatorio [104] 850.000 1 850.000 Caudalímetro electromagnético 30m3/hora, Promag 10W65, DN65 800 2 2.400

Transmisor de 4 canales Liquiline CM442 876 1 876 Colorímetro PCE-CSM 6 1.815 1 1.815 Bomba de pistones de alta presión (20-80 bares) APP 0.6 Danfoss 1.625 1 1.625

Depósito INOX siempre lleno 300L flotador a aire 620 1 620 Partida alzada de tuberías y valvulería 5.000 1 5.000 Evaporador tubular 26.000 1 26.000

El valor total de los costes de adquisición de estos productos es de 894.147 €.

Tal y como se puede apreciar, los costes del proceso de SCC son considerablemente más elevados que en el caso de la RO, debido a la incorporación de una columna de cono rotatorio, que supone más del 95% del coste total. Este hecho haría cuestionar la inversión inicial, por lo que habría de estar totalmente justificada tanto por el volumen de tratamiento de vino a desalcoholizar como por la cartera asegurada de clientes. Los autores sugieren alternativas a este gasto, como podría ser el posible alquiler de esta columna por un tiempo definido. La depreciación de los aparatos de medida sería similar al caso anterior.

6.3. Costes adicionales

En este apartado se incluyen los costes de todos los equipos necesarios para realizar aquellas mediciones de la planta que no se llevan a cabo de manera continua:

Tabla 3: Costes de medición


Medidor de acidez para vino 26 5 130 KIT Atago PAL-BX|ACID2. Medidor de Grados Brix y Acidez en vino 723 1 723

Bote 100 Tiras Indicadora Sulfitos 500mg/l(ppm) 25 3 75 Medidor de alcohol 4PCS 12 3 36

Para el análisis de PCR se propone subcontratar a una empresa. Más adelante se específica el coste que tendría esta gestión.


En cuanto a los distintos análisis propuestos anteriormente se presenta un presupuesto general de 10.000 €/anuales, habiendo analizado las características de todos ellos:

• Recuento en Placa • Cromatografía de gases • Análisis de polifenoles (Folin-Ciocalteu)

También presentamos el coste del PLC, que sería común para ambos procesos. El coste del PLC, del cuadro eléctrico, la programación y el cableado rondaría los 10.000 €, a partir de la información proporcionada por LEF ingenieros.

Por supuesto, también se tienen en cuenta los costes de personal y alquiler del establecimiento.

Para obtener el cálculo de la mano de obra se tienen en cuenta varios factores. En primer lugar, se considera necesario, o recomendable, un operario que complemente al PLC. Realizará las medidas necesarias y las traspasará al punto correspondiente. Además, un encargado de planta que supervisará las operaciones y condiciones de toda la planta y, por lo tanto, será el responsable de que todos los puntos de control funcionen correctamente. Se considera el caso de un operario extra que realice el resto de análisis mencionados previamente, además de incluir, en esa estimación, la subcontratación del análisis de PCR.

De este modo, los costes de personal se definirán a partir de la cantidad de horas que trabajen:

1#$%&'&(#) · 2 ℎ#&')-í' · 20 -í')0'1#&'0%)2%) = 40 ℎ#&')#$%&'&(#2%)

1#$%&'&(#) · 8 ℎ#&'))%2'6' · 4)%2'6')2%) · 1,2 = 38,4 ℎ#&')#$%&'&(#2%)

9

1%69'&:'-# · 3 ℎ#&')-í' · 20 -í')0'1#&'0%)2%) = 60 ℎ#&')%69'&:'-#2%)

Tabla 4: Costes de personal Concepto Precio [€/hora] Cantidad Importe [€]

Operarios del proceso 8 78 624 Encargado del proceso 10 60 600

El importe total de los costes de personal será, por lo tanto, de 1.224 €/mes.

Considerando que trabajaremos en el tratado de productos y con materiales delicados, tales como la membrana utilizada en el proceso de RO, también se ha planteado la

9 El 1,2 representa el coste de la subcontratación.

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necesidad de subcontratar a una empresa que se encargue de la gestión de residuos, con la que se podría acordar un presupuesto mensual. Recogerían tanto los residuos ocasionados en la filtración como aquellos originados en las membranas. Vendrían una vez al mes para retirar los residuos generados, que serían mínimos.

Tabla 5: Costes de gestión de residuos

Concepto Precio [€/mes] Cantidad Importe

[€] Gestión de residuos 100 1 100

También consideramos los costes de establecimiento que definimos a partir de la estimación y extrapolación de casos como nuestra propia vivienda y la información proporcionada en diversas páginas web:

Tabla 6: Costes de inmobiliario

Concepto Precio [€/mes] Cantidad Importe

[€] Alquiler nave industrial 1.100 1 1.100 Coste energético: luz10 300 1 300 Coste energético: agua11 100 1 100

En cuanto a la materia prima se han planteado dos opciones: en primer lugar, se ha considerado la integración de la planta en la bodega. Es decir, trasladar el proceso a un productor de vino directamente. De esta manera nos ahorraríamos los costes de transporte y nos limitaríamos únicamente a formar parte del proceso de elaboración del vino desalcoholizado propio de una planta de producción de vino. Por otro lado, también pensamos en la idea de ser independientes de cualquier empresa y funcionar de manera autosuficiente. En este caso, deberíamos considerar el transporte de estas botellas de vino que van a ser tratadas en nuestra planta y retornadas a inicio después de ser tratadas, o comercializadas directamente. Se plantean los siguientes costes de transporte:

Tabla 7: Costes de transporte

Concepto Precio [€/unidad] Cantidad Importe

[€/mes] Alquiler de camión 1.397,7 2 2.795,4 Caja para envío de 6 botellas con celdas reforzadas 109,87 10 1.098,7

Finalmente, calcularemos los costes totales en función del proceso que desarrollemos, RO o SCC, a los cuales añadiremos los costes adicionales.

De todos modos, además de los costes presentados, también sería necesario considerar los impuestos relativos a la actividad empresarial: IRPF, Impuesto de Sociedades,

10 Se estima una potencia de 10kw por cada 1.000 litros de vino desalcoholizado (0.1 € por kw). 11 En este caso también se considera el agua necesaria para la gestión de residuos y limpieza.


Impuesto sobre la Actividad Económica, etc. En función de la estructura que queramos darle a la empresa, estaremos sujetos a unos impuestos u otros, pero siempre había que analizarlos para incluirlos en el Balance de Pérdidas y Ganancias, para ver el resultado de nuestro beneficio.

Una vez se han analizado los posibles costes referentes al desarrollo de esta empresa de desalcoholización de vino, se contemplan dos vías de ingresos para demostrar su rentabilidad:

1. En primer lugar, la comercialización de las propias botellas desalcoholizadas, tal y como se ha mencionado anteriormente, a las que proporcionaremos un valor añadido sobre el coste original para cubrir los costes de producción y, además, generar un determinado beneficio por cada unidad de botella de vino desalcoholizada.

2. También se contempla la viabilidad de comercializar el etanol resultante del proceso y favorecer, de esta manera, la economía circular. Si tenemos en cuenta que el etanol constituye entre un 12% y un 14% del volumen de una botella de vino, obtendremos cantidades considerables. El mercado al que destinaríamos el etanol serían las empresas responsables de negocios tales como la higiene o la salud.

6.4. Coste del TFG

En primer lugar, se plantean los costes de las compras realizadas para llevar a cabo el análisis experimental. Estos son de 40 € en total, considerando las 6 botellas de vino y diversos instrumentos que se utilizaron. Además, el análisis realizado por el INCAVI tiene un coste de 458 €.

Finalmente, se deben presentar los costes de personal que supondría una investigación como la que se ha realizado. Si consideramos que el TFG tiene 12 ECTS y que cada uno de ellos supone 25 horas de trabajo, resultan 300 horas de trabajo que, pagadas a 8 €/hora, que es el convenio establecido por la ETSEIB para la realización de prácticas, se obtendría un coste de 2.400 €/estudiante, 4.800 € + la cuota patronal de los 6 meses de realización 576 €. Lo que supone un total superior a 5.300 €. Se deben concretar también los costes de dirección del proyecto, que supone un trabajo de 25 horas. Si se aplica un coste de 50 €/hora, el coste de dirección resulta en 1.250 €.

Es decir, la realización de este proyecto supondría un coste total de 7.124 €.

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7. Análisis Experimental

Para complementar el trabajo planteamos realizar dos ensayos de reducción alcohólica mediante métodos distintos. Ambos a escala laboratorio. Hubiese sido más interesante poder contrastar resultados obtenidos con distintas técnicas, pero debido a la situación provocada por el SARS-CoV-2 se anuló un experimento.

El experimento realizado utilizaba un método confidencial por lo que no se detallará ningún detalle de las técnicas que se llevaron a cabo.

El tratamiento se realizó durante las últimas dos semanas de enero. Trabajamos en un laboratorio siguiendo las pautas que nos habían indicado para realizarlo del modo más preciso posible. La intención era realizar una desalcoholización parcial, rebajar aproximadamente un 35-40% el contenido alcohólico de tres vinos distintos. Dos vinos blancos: Viña Sol 2018 de Bodegas Torres y Marqués de Cáceres 2018 Denominación de Origen (D.O.) Rueda y un vino tinto: López de Haro 2018 D.O. Rioja. Estos fueron escogidos siguiendo las recomendaciones de los propietarios del método, para que así el ensayo fuese útil para el desarrollo de la técnica. Por tanto, se compró un par de botellas de cada tipo, se desalcoholizó una de ellas y se mandaron las 6 botellas al INCAVI para que analizaran los parámetros que requeríamos. Cabe remarcar que las botellas se enviaron sin etiqueta para que no supiesen la procedencia de cada una y así hacer el ensayo organoléptico sin influencias previas. El análisis organoléptico fue simple, con el objetivo de asegurar que el producto obtenido es similar al original.

Se midieron todos aquellos parámetros que eran relevantes y susceptibles a sufrir alguna variación según lo explicado con anterioridad en la sección 6.3. Las hojas con los distintos resultados se encuentran en el Anexo VI.

Del pequeño análisis organoléptico recibimos lo siguiente:

• López de Haro: color correcto (rubí), olor correcto (especiado) y gusto correcto (ligera astringencia).

• López de Haro tratado: color correcto (rubí), olor correcto (ligero especiado) y gusto correcto (ligera astringencia).

• Marqué de Cáceres: color, sabor y olor correcto. • Marqués de Cáceres tratado: color y olor correcto, sabor correcto (ligero y corto). • Viña Sol: color, sabor y olor correcto. • Viña Sol tratado: color correcto, olor (poco aroma), sabor correcto (ligero y corto).


Después de analizar todos los datos recibidos se observa lo siguiente:

1. El método funciona según lo esperado ya que se redujo un 33.9%, 38.22%, 40.47% el contenido alcohólico en el tinto, el Marqués de Cáceres y el Viña Sol.

2. El rendimiento de desalcoholización aumenta en vinos blancos (no podemos generalizar porque solo hemos experimentado con un tinto y dos blancos).

3. El ensayo organoléptico muestra ligeras pérdidas del olor y del sabor, como se esperaba, pero no se describen grandes variaciones, por tanto, conserva su “esencia” el vino.

4. En el López de Haro la acidez, el azúcar y dióxido de azufre se mantiene prácticamente, mientras que el índice Folin-C sube un 12.96 % haciendo evidente que mediante este proceso los ponifenoles no se pierden, sino que aumenta su concentración, por lo que gran parte de las propiedades saludables del vino se conservan.

5. En el Marqués de Cáceres se aprecia que prácticamente todos los parámetros se mantienen en un rango de variación del 5%, exceptuando los alcoholes y el ácido cítrico que sube de 0.2 a 0.3 g/L.

6. En el Viña Sol se observa que todos los parámetros se mantienen en un rango de variación del 5%, exceptuando el dióxido de azufre total que aumenta un 18.2 % y debería indicarse en la etiquetación del producto. Ya que tiene un efecto positivo al funcionar como antimicrobiano, pero puede provocar reacciones alérgicas [105].

Debido a esto, podemos decir que los resultados son buenos ya que todos los parámetros interesantes se mantienen y se consigue reducir el grado alcohólico. Añadimos que requiere realizar varios calibrados para poder saber bajo que condiciones se reduce exactamente el porcentaje requerido porque como se observa todos están entre 33-41%, esta desviación es mayor a la habitual debido a los instrumentos y técnicas utilizadas en el laboratorio, pero es bastante común que el proceso deba recorrer varios ciclos hasta estabilizarse y encontrar el funcionamiento óptimo.

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8. Impacto ambiental

En primer lugar, se debe destacar el hecho de que el desarrollo de una planta industrial de desalcoholización tendría un impacto ambiental considerablemente bajo, puesto que no se genera una gran cantidad de residuos y el único factor que se debería tener en cuenta es el reciclaje de aquellos materiales que se sufren algún tipo de deterioro, como son las membranas utilizadas en la RO, por ejemplo. En cualquier caso, se han analizado las posibles consecuencias medioambientales y se ha concluido que no es un factor explícitamente significativo para la realización de este trabajo, a pesar de que siempre se debe tener en cuenta.

Se ha decidido hacer el impacto ambiental de la realización del TFG, debido a que para el diseño de las plantas de desalcoholización se subcontratarían empresas de gestión de residuos. Fundamentalmente al haberse realizado un amplío estudio bibliográfico y un análisis a escala laboratorio, el impacto sobre el medio ambiente será prácticamente nulo.

Del análisis bibliográfico y de la propia redacción del trabajo, solo se puede considerar inevitablemente el consumo energético. Ya que, por la presente situación, no se han fotocopiado ni imprimido documentos en los que sí entraría otro factor: la tinta y el papel. El consumo energético es una variable poco controlable por los usuarios, pero un problema tangible en nuestra sociedad.

El consumo total energético se aproxima según lo siguiente:

!"#$%&"(#()*é,-." = 122!34 · 25 ℎ")8$2!34 · 2(8:%&#"$) · 180>8,-"$ℎ")8 = 108?>ℎ

Donde se ha considerado que la potencia de un ordenador portátil en uso es de aproximadamente 180 W [106].

Si el precio medio es de 0.14 €/kWh, se habrá invertido algo más de 15 € en energía eléctrica. Que según datos del 2016 equivale a un 1,5% del consumo anual en una vivienda que se estima de 1.000 €. Con esto se quieren remarcar dos cosas (1) es relativamente bajo y del orden habitual de un trabajador con ordenador (2) la enorme dependencia energética hoy en día y nuestra preocupación acerca este proceso [107].

Por otro lado, de los ensayos en laboratorio se observa que los elementos críticos serán los residuos generados. Estos son mínimos, ya que al estar trabajando con un producto de consumo no se utilizan productos químicos que necesiten un tratamiento específico, sino un general de recogida selectiva. Tampoco se han hecho reacciones químicas que podrían emitir gases perjudiciales.


Se ha tenido en cuenta el Reglamento de la Comunidad Europea (CE) no 1907/2006 (REACH, Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de sustancias y mezclas químicas) que tiene como objetivo mejorar la protección para la salud humana y el medio ambiente frente al riesgo que puede conllevar la fabricación, comercialización y uso de las sustancias y mezclas químicas. Según este reglamento todos los componentes que se utilizan en el marco europeo deben comunicar sus posibles peligrosidades y su forma de utilización [108].

En los productos utilizados, solo la silicona neutra (necesaria para enganchar distintas partes en el montaje experimental) presenta alguna peligrosidad según la REACH [109].

H317: Puede provocar una reacción alérgica en la piel H319: Causa irritación ocular grave H351: Sospecha de causar cáncer.

Se ha usado en cantidades pequeñas, siempre con equipos de protección individuales (EPIs), guantes y gafas para prevenir una posible irritación en los ojos o en la piel.

Antes de añadir el vino todo el recipiente se acondicionó y se limpió de forma exhaustiva para asegurar la imposibilidad de contaminación. Posteriormente, todos los utensilios utilizados se limpiaron siguiendo el protocolo de los laboratorios de la Universidad de Barcelona. No se generó ninguna sustancia a depositar ya que los recipientes se mantuvieron para futuras investigaciones.


Conclusiones

La principal conclusión es que el uso de las actuales tecnologías permite hacer viable la producción del vino desalcoholizado, a pesar de que se necesita realizar una inversión inicial importante.

Las conclusiones específicas son:

1. La desalcoholización de vinos y cervezas no pueden tratarse de manera similar, puesto que los procesos de elaboración de ambas bebidas son diferentes. El factor principal es que, en el proceso de fermentación del vino, que es donde se desarrolla el etanol, se producen también la gran mayoría de componentes volátiles del vino, por lo que al reducir la cantidad de alcohol presente en el vino es muy probable que se pierdan varias propiedades aromáticas. Por ello la cerveza 0'0 tiene una cuota de mercado mucho mayor a la de vino desalcoholizado.

2. Se han analizado las distintas oportunidades de mercado para el vino desalcoholizado, potenciadas por un cambio cultural ligado a una mayor concienciación por seguir una dieta saludable; además a la aparición de nuevos mercados en los que el consumo del alcohol es ilegal. Es de especial interés mantener las características del vino original en el desalcoholizado. Por ejemplo, los polifenoles y taninos, cuyos beneficios, quedan están demostrados actualmente (prevenir cánceres, mejorar la circulación o retrasar la pérdida de visión, entre otros). Es interesante puntualizar que, como se ha comprobado experimentalmente, resulta más sencillo mantener estos parámetros que las propiedades organolépticas en un vino desalcoholizado.

3. Se han analizado las diferentes alternativas para las técnicas de desalcoholización. Actualmente muchas de estas tecnologías están apenas en fase inicial y tienen margen de mejora, como la SCC o la FO. Por ello, pese a mostrar resultados prometedores en las propiedades del vino obtenido y a que mantienen diversos parámetros, aún se encuentran lejos de poder ofrecer una bebida con una similitud organoléptica elevada al vino original, si bien tiene capacidad de desalcoholizacion y producción a gran escala.

4. Se ha diseñado y analizado los parámetros económicos de dos plantas industriales, incorporando el APPCC. Uno de ellos utilizando la técnica de RO y otro utilizando la de SCC. Se ha aplicado la legislación en el control de parámetros referentes a la desalcoholización de vinos. De esta manera, se ha podido entender las dificultades logísticas de un negocio de estas características.

5. Se han encontrado dos principales diferencias entre estos los dos métodos cuyas plantas pilotos se han diseñado. Por un lado, resulta más sencillo mantener las

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propiedades organolépticas al tratar un vino mediante algún proceso de membranas que mediante destilación. Debido a que no es necesario recuperar aromas y el vino la modificación es menor y no sufre tantas variaciones de temperatura. Por otro lado, se remarca que es más lento proceder mediante un proceso de membranas.

6. En referencia al análisis económico realizado sobre el proyecto de la planta industrial se concluye lo que se ha ido afirmando a lo largo del proyecto: la desalcoholización del vino es un proceso real y efectivo, pero para poder entrar en el mercado con fuerza requiere mejorar las propiedades organolépticas actuales. Hasta entonces, requerirá de una inversión importante, que, no obstante, puede ser recuperada no solo por el vino desalcoholizado sino por el etanol que se obtiene.

7. Se ha realizado un análisis experimental con uno de los métodos en desarrollo. Los resultados obtenidos analizados por el INCAVI demuestran que los vinos tratados (con una reducción del grado alcohólico de entre un 34% y un 40%) son correctos desde el punto de vista organoléptico12.

8. Se ha comprobado la dificultad que conlleva la obtención de resultados analizados en un laboratorio subcontratado, lo que dificulta la toma de decisiones. Por ello, en un proceso de envergadura, se recomienda utilizar instrumentos propios de medida para poder agilizar la puesta en marcha.

Sorprendidos por el impacto actual de este sector en desarrollo, esperamos que, en un futuro cercano y con la evolución de las técnicas y productos utilizados, los resultados sean aún mejores.

12 En el Anexo VI se encuentran los resultados de los análisis realizados por el INCAVI y los resultados

han sido comentados en la sección 7.


Agradecimientos

En el presente trabajo se quiere agradecer el soporte y ayuda de todos los familiares de ambos estudiantes que han desarrollado el proyecto. No es necesario remarcar su participación, considerando que el trabajo se ha llevado a cabo principalmente en una época de confinamiento extraordinario, por lo que nos ha tocado compartir mucho tiempo con todos ellos. Debemos mencionar también a Isabel Fernández-Cardellach y a Blanca Comella, quienes, de una manera u otra, nos han ayudado a trabajar de manera eficiente y organizada.

También se debe destacar la labor realizada, durante estos cuatro años, por el personal docente y administrativo de la ETSEIB, ya que sin su ayuda y exigencia no hubiéramos sido capaces de desarrollar este proyecto.

La participación del equipo de análisis del INCAVI, en especial de Fina Capdevila Mestres y Natalia Martin Rodríguez, ha sido un punto fundamental, puesto que nos han facilitado los análisis de las muestras tratadas, los cuales demuestran la eficiencia del proyecto y del método que se utilizó.

Debemos agradecer la colaboración de Joan Llorens Llacuna, Coordinador de la Sección Departamental de Ingeniería Química de la Universidad de Barcelona, ya que nos ha permitido poner en práctica todos los conceptos aprendidos y profundizar, de manera muy detallada, en la desalcoholización del vino.

Por supuesto, debemos destacar la labor de María Pilar Almajano Pablos, nuestra directora del proyecto, que desde el primer día nos ha exigido trabajar como nadie lo ha hecho, pero siempre preocupándose por nuestra situación, tanto académica como personal. Esto nos ha permitido trabajar de manera eficiente y comprometida. Este trabajo no hubiera sido posible sin ella. Su implicación en su trabajo es un ejemplo para ambos estudiantes.

Y, finalmente, queremos dedicar este trabajo a Germán Fañanás Lanau. Por su total colaboración en este proyecto desde el inicio hasta el final, pero sobre todo por su ejemplo y constancia.

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[109] “HOJA DE SEGURIDAD SILICONA NEUTRA 1. IDENTIFICACIÓN DE LA SUSTANCIA / MEZCLA Y DE LA EMPRESA 2. IDENTIFICACIÓN DE PELIGROS 1.1 Identificador del producto Nombre del producto: Rex Silicona Neutra 1.2 Detalles del fabricante o proveedor Empresa: Rex Adhesivos SpA Dirección de la Oficina: Jose Miguel Infante #8765-Renca.”

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Desalcoholización del Vino

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