WO2015136130A1 - Procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en procesos de vinificación - Google Patents

Procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en procesos de vinificación Download PDF

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ultrasonic
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Juan Alberto Iniesta Ortiz
Ricardo Jurado Fuentes
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Productos Agrovin, S.A.
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Definitions

  • the present invention refers to a process, a module and an equipment for the extraction of grape compounds by means of ultrasound in the vinification processes.
  • the invention relates to the transfer of the phenolic compounds responsible for the color from the skin to the liquid part (must) after the grape crushing using a method and equipment based on ultrasonic generation.
  • the invention relates to the generation, thanks to the use of ultrasound, of the phenomenon known as cavitation, which allows the breakage of the skin cells and makes available to the liquid medium the phenolic compounds responsible for color so that they are integrated in said liquid medium enhancing the color of the wine.
  • the color of the wines is one of the organoleptic parameters most valued by the consumer since it gives information about its vinification, evolution and the defects that it may present. With the passage of time and due to oxidation processes, white wines evolve towards more muted shades such as golden yellows. The same happens in rosé and red wines, the vividness of its colors diminishes with the passage of time.
  • Flavonoids anthocyanins, flavanols, flavonols, flavononoles and flavones. Of all of them are the anthocyanins and the pigments derived from them, produced by copigmentation or condensation processes, the compounds that most influence the coloration of the red and rosé wines giving rise to orange, red, violet or blue colorations.
  • the transfer of the phenolic compounds responsible for the color from the skin to the liquid phase (must) after a crushing process is closely related to the raw material and the vinification techniques employed and decisively influences the variety, the degree of Maturation and size of the grape.
  • Flash-expansion consists in subjecting the squeezed grape (grape paste) produced at temperatures up to 90 e C to be subsequently placed under vacuum. This together with a rapid cooling (from 90 e C to 30 e C in 1 second approx.) Causes a disorganization of the grape tissues causing the transfer of compounds to the must. Flash equipment is very expensive in addition to the energy costs involved in the production of heat and cold. Organoleptically, the loss of aromas is a reality. As a result of the warming appear cooked aromas due to an increase in compounds such as hydroxymethylfurfural (HMF), among others.
  • HMF hydroxymethylfurfural
  • Thermovinification consists of heating whole or processed clusters before alcoholic fermentation to extract their full polyphenolic potential. Once the harvest has been subjected to high temperatures, the color will continue to be extracted during the alcoholic fermentation, since the skins will continue in contact with the must-wine. Like the prior art, “thermovinification” is a continuous process, increases yield in red wine harvests and saves on deposit capacity.
  • thermovinification In general, wines made by thermovinification are intended for mixing with wines of better organoleptic quality but have a lower coloring intensity. They are wines where herbaceous aromas appear, burned, without freshness and very aggressive. The necessary economic investment is high.
  • the destemmed and crushed grapes are subjected for long periods of time, about 10 days, at a temperature of 5 to 10 e C.
  • the skins will slowly transmit the phenolic compounds.
  • the disadvantages of this technique are that it is not a continuous process, where the cooled harvest is stored for a while before being fermented. For this, it is necessary that the warehouses be designed in such a way that they can store large volumes of both raw material and product in preparation.
  • patent application WO 2008/074072 describes an extraction process in which the product to be treated flows around a sonotrode that emits high-energy and low-frequency ultrasound waves (LFHP-US).
  • the sonotrode is immersed in said product to be treated and has a reflector.
  • the use of low frequency / high energy ultrasound is combined with the heating of the product being treated for component extraction.
  • the procedure used for the color extraction of red table grapes is described, which does not constitute a winemaking process, since the vinification of table grapes is absolutely prohibited, as reflected in REGULATION (EC) N and 479/2008 oF tHE COUNCIL of 29 April 2008 on the common organization of the market in wine.
  • patent application WO 2006/09941 1 describes a process for extracting oil from citrus peels, in which the product to be processed (mixture of citrus peels and water) flows around a sonotrode immersed in said product, which emits high-energy ultrasonic waves.
  • the Russian patent RU 2 104 733 C1 also includes the possibility of extracting solid materials from vegetable raw materials dissolved in ethanol, by using a sonotrode immersed in said alcoholic solution.
  • These vegetable raw materials are: ginseng, flowers and fruits of hawthorn, hypericum and leonuri steelworks.
  • HMF Hydroxymethylfurfural
  • Renal organic anion transporters OAT1 and OAT3 measure the cellular accumulation of 5-sulfooxymethylfurfural, a reactive, nephrotoxic metabolite of the Maillard product 5- ydroxymet ylfurfural. Biochem Pharmacol 2009, 78, 414-419.
  • HMF is the initiator and promoter of colon cancer, nephrotoxic processes and chromosomal aberrations. However, the greatest concern about the risk of this molecule is associated with the conversion of HMF to SMF (5-Sulfoximethylfurfural), due to its mutagenic nature (EFSA, 2005.
  • Another object of the present invention is to overcome the problems existing in the prior art.
  • transducers used in the procedure and installed in the module and in the equipment are of the "plate” type, also called sonoplatos, more specifically, piezoceramic or magnetostrictive sonoplates, depending on the desired application, since the magnetostrictive have a power coefficient / area larger than piezoceramics.
  • the plate-type transducers are coupled to the duct by the outside of it, so they are not in direct contact with the raw material to be treated.
  • the transducers in plate or sonoplatos differ from the transducers in bar or sonotrodos for having a greater performance, of the order of 95%.
  • sonotrodes are less effective by lowering yields to 80%.
  • sonoplates produce less heat energy than sonotrode, so the sonoplate components suffer less, being more robust in industrial applications.
  • Each sonoplate can develop a power that will vary from 100 to 5,000 W.
  • the number of sonoplates per module will vary to achieve an energy intensity or power density between 0.1 W / cm 3 - 500 W / cm 3 'preferably between 0, 15 W / cm 3 to 200 W / cm 3 .
  • the wavelength of the ultrasound will vary between 1 - 100 ⁇ .
  • the sonoplatos are arranged in modules.
  • the powers developed by ultrasound module are between 2 kW - 10 kW, developing a power density that can vary between 0.1 W / cm 3 - 500 W / cm 3 , preferably between 0.15 W / cm 3 to 200 W / cm 3 .
  • the length of each ultrasonic module will vary depending on the volume to be processed, varying between 0.8 meters to 10 meters.
  • Each ultrasonic module is composed of at least one sonoplate, at least one generator responsible for receiving the electrical energy and transmitting it to the sonoplate where it is transformed into vibrating mechanical energy, which is transmitted to the crushed grape, of a polygonal pipe narrowed in its ends, through which crushed grape circulates and in which the sonoplates and a structure that surrounds the pipe are coupled, acting as protection and soundproofing.
  • the ultrasonic equipment is formed by at least one ultrasonic module, pump, valves, solenoid valves, connections and all the necessary material to establish a closed circuit between the tank that stores crushed grapes and the ultrasonic equipment.
  • the control of the different components of the equipment can be carried out through a control panel “control panel” or “PLC computer”, and the operation can be carried out in manual or automatic mode.
  • the present invention uses low frequencies to produce more efficient extraction.
  • the working frequency range is between 15 and 35 kHz, preferably between 20 and 30 kHz; more preferably, between 22 kHz, and 25 kHz.
  • the extraction of the grape compounds mainly those that give the color to the must / wine, is extracted dynamically by passing a variable flow rate, between 1,000 and 50,000 l / h of crushed grapes through the ultrasonic equipment. To control effectively the flow to which the crushed grape flows, at the end of the equipment a flowmeter can be installed.
  • the liquid fraction is very important, it will depend on that the cavitation process is carried out correctly. Cavitation consists in the systematic production of small bubbles that tend to collide with each other and release their energy. This aggressive collision of the bubbles together with the associated implosion process, generate the wear of the skin of the skin that contains the phenolic compounds, passing these to the liquid fraction. Due to the cavitation process, there is an increase in the temperature of the crushed grape being treated. With the use of plate-type transducers, the process temperature does not rise above 50 e C to avoid the formation of Hydroxymethylfurfural (HMF).
  • HMF Hydroxymethylfurfural
  • the installation of plate-type transducers decreases the production of heat energy because 95% of the electrical energy received by the transducer is transformed into acoustic energy, only the remaining 5% is transformed into heat. Therefore, the heat produced during the treatment is the sum of the heat energy released during cavitation plus 5% of heat produced directly by the sonoplate. In the case of bar or sonotrode type transducers, the heat production is higher because only 80% of the electrical energy is transformed into acoustic energy, the remaining 20% is transformed into heat.
  • the heat produced by the cavitation plus the heat generated by the sonotrode itself has an impact on its performance, so that the generator that supplies the transducer with electrical energy before an increase of temperature, as a safety measure, decreases the power, which translates into a decrease in the production of ultrasonic waves, and therefore, a less effective cavitation.
  • Figure 1 Block diagram of a winemaking process according to the invention
  • Figure 2 General scheme of an ultrasonic equipment according to the invention
  • Figure 3 Sonoplate used in the procedure and equipment according to the invention.
  • FIG. 4 Ultrasound module according to the invention.
  • Figure 5 Section of an ultrasonic module according to the invention.
  • a winemaking process begins with the reception of the grape and its subsequent crushing, and the stripping can be carried out simultaneously with the crushing.
  • the crushed grape passes to a warehouse or warehouse of the product being treated. Deposit that allows in addition to said storage, the operation in recirculation of the paste. From the tank, the paste passes to the treatment for color extraction by ultrasound (cavitation).
  • the paste treated with ultrasound is subjected to a pressing for the separation between the liquid and solid phases, the liquid phase (must) being fermented and the solid phase (pomace) that can be used as waste is obtained. to obtain related products.
  • fig. 2 a general scheme of an ultrasonic device according to the invention is shown, which begins with the pumping from the tank or warehouse of the product being treated. Then, and optionally, the paste can pass through a crusher or go directly to the ultrasonic treatment area, the flow being controlled by a flowmeter and, optionally, cooling the sui paste is necessary.
  • the different parts of the ultrasonic equipment can be controlled by a PLC type process control or similar.
  • the dish-type transducers or sonoplates 1 are of the piezoceramic type. They are represented in fig. 3.
  • the sonoplates are connected to each other and to the generator, through terminals 2.
  • the ceramics that make up the piezoceramic type transducer have the piezoelectric effect when their surfaces are deformed by applying an electric current producing the acoustic wave.
  • magnetostrictive type transducers are characterized by being composed of ferromagnetic materials; if the magnetization of a material of this type is varied, the corresponding mechanical deformation develops, and with it, the production of the acoustic wave.
  • the plate-type transducers are welded to the hexagonal stainless pipe, but are not in direct contact with the raw material to be treated.
  • Each ultrasonic module 3 is composed of at least one sonoplate 1, at least one generator responsible for receiving electrical energy and transmitting it to the sonoplate where it is transformed into vibrating mechanical energy, which is transmitted to the crushed grape, of a hexagonal pipe narrowed at its ends, through which the crushed grape (paste) circulates and in which the sonoplates and a structure that surrounds the pipe are coupled, acting as protection and soundproofing.
  • the number of sonoplates 1 per module 3 is four on each side of the polygon, that is, twenty-four sonoplates 1 per module 3.

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Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento, y un equipo para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación generados a través de un sonoplato acoplado a las paredes de la tubería/conducto por la que circula la uva estrujada. Extracción en la que se realiza la transferencia de los fenoles responsables del color desde la parte sólida (hollejo) hacia la líquida después del estrujado de la uva como consecuencia del fenómeno conocido como cavitación, que permite la rotura de las células del hollejo y pone a disposición del medio líquido los compuestos fenólicos responsables del color para que se integren en dicho medio líquido potenciando el color del vino.

Description

APLICACIÓN DE ULTRASONIDOS EN PROCESOS DE VINIFICACIÓN
DESCRIPCIÓN Objeto de la invención.
La presente invención hace referencia a un procedimiento, un módulo y un equipo para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación.
En particular, la invención se refiere a la transferencia de los compuestos fenólicos responsables del color desde el hollejo hacia la parte líquida (mosto) después del estrujado de la uva utilizando para ello un procedimiento y un equipo basados en la generación de ultrasonidos.
Mas particularmente, la invención se refiere a la generación, gracias a la utilización de ultrasonidos, del fenómeno conocido como cavitación, que permite la rotura de las células del hollejo y pone a disposición del medio líquido los compuestos fenólicos responsables del color para que se integren en dicho medio líquido potenciando el color del vino.
Antecedentes de la invención.
El color de los vinos es uno de los parámetros organolépticos más valorados por el consumidor ya que da información sobre su vinificación, evolución y los defectos que pueda presentar. Con el paso del tiempo y debido a procesos de oxidación, los vinos blancos evolucionan hacia tonalidades más apagadas como son los amarillos dorados. Lo mismo ocurre en los vinos rosados y tintos, la viveza de sus colores disminuye con el paso del tiempo.
Especial interés tiene el color en vinos tintos y rosados, debido a los recursos económicos que se han de emplear para extraer la fracción fenólica del hollejo, lugar donde se almacenan los responsables de la coloración, los compuestos fenólicos. Estas sustancias no sólo influyen sobre el color sino también contribuyen a la fase gustativa o flavor (aroma, astringencia y sabor) y además influyen sobre el retrogusto o el cuerpo.
Bajo el nombre de compuestos fenólicos se agrupan sustancias heterogéneas clasificadas como sigue:
• No Flavonoideos: estilbenos y ácidos fenólicos.
· Flavonoideos: antocianos, flavanoles, flavonoles, flavononoles y flavonas. De todas ellas son los antocianos y los pigmentos derivados de ellos, producidos mediante procesos de copigmentación o condensación, los compuestos que más influyen en la coloración de los vinos tintos y rosados dando lugar a coloraciones anaranjadas, rojas, violáceas o azules.
La transferencia de los compuestos fenólicos responsables del color desde el hollejo hacia la fase líquida (mosto ) después de un proceso de estrujado, está íntimamente relacionado con la materia prima y las técnicas de vinificación empleadas e influye de manera decisiva la variedad, el grado de maduración y tamaño de la uva.
El proceso de maceracion tradicional o bordelés, se inicia cuando la vendimia es estrujada, pero es especialmente eficaz cuando comienza la fermentación alcohólica. Tras el encubado y su posterior inoculación, se hacen necesarios los remontados y bazuqueos para que la parte sólida situada en la zona superior del depósito formando el sombrero, esté en contacto con el mosto, incrementando su color.
Los vinos elaborados mediante este proceso se caracterizan por ser de reconocida calidad. No obstante, para llevar a cabo la maceracion tradicional es necesaria una inversión económica elevada en la adquisición de depósitos adaptados, espacio suficiente para la instalación de los mismos, personal a cargo del proceso, etc. Además, para conseguir un buen producto la maceracion se tiene que desarrollar durante varios días, tiempo que en ocasiones la bodega no tiene debido a la mecanización en la recolección de la uva.
Existen otros métodos alternativos al anterior que pretenden aumentar el rendimiento de la maceracion, entendiendo por ello provocar la rápida extracción de los compuestos fenólicos responsables del color aumentando de forma drástica la temperatura, como es el caso de la maceracion prefermentativa "flash-expansión" o la "termovinificación", o por el contrario extraer la materia colorante lentamente debido a que la pasta permanece a temperaturas por debajo de los 10eC, proceso conocido como "críomaceración".
El proceso conocido como "flash-expansión" consiste en someter a temperaturas de hasta 90eC la uva estrujada (pasta de uva) producida para posteriormente colocarla bajo vacío. Lo anterior junto con un rápido enfriamiento (de 90eC a 30eC en 1 segundo aprox.) provoca una desorganización de los tejidos de la uva produciendo la cesión de compuestos hacia el mosto. Los equipos de flash son muy caros además de los gastos energéticos que conllevan la producción de calor y frío. Organolépticamente, la pérdida de aromas es una realidad. Como consecuencia del calentamiento aparecen aromas a cocido debidos a un incremento de compuestos como el Hidroximetilfurfural (HMF), entre otros.
La "termovinificación" consiste en calentar los racimos enteros o procesados antes de la fermentación alcohólica para extraer todo su potencial polifenólico. Una vez sometida la vendimia a altas temperaturas, el color se seguirá extrayendo durante la fermentación alcohólica, ya que los hollejos seguirán en contacto con el mosto-vino. Al igual que la técnica anterior, la "termovinificación" es un proceso en continuo, aumenta el rendimiento en vendimias tintas y ahorra en capacidad de depósitos.
En general, los vinos elaborados mediante termovinificación son destinados a la mezcla con vinos de mejor calidad organoléptica pero que presentan una intensidad colorante menor. Son vinos donde aparecen los aromas herbáceos, a quemado, sin frescura y muy agresivos. La inversión económica necesaria es elevada.
En cuanto a la "críomaceración", la uva despalillada y estrujada es sometida durante largos períodos de tiempo, unos 10 días, a una temperatura de 5 a 10eC. Los hollejos irán transmitiendo lentamente los compuestos fenólicos. Los inconvenientes de esta técnica residen en que no es un proceso continuo, donde la vendimia enfriada se almacena durante un tiempo antes de ser fermentada. Para ello es necesario que las bodegas estén diseñadas de tal forma que puedan almacenar grandes volúmenes tanto de materia prima como producto en elaboración.
Aunque no son específicos de procesos de vinificación, también son conocidos procesos en continuo de extracción de componentes de materias solidas mediante la aplicación de ultrasonidos. Todos ellos se basan en la utilización de transductores tipo "barra", también llamados sonotrodos, como emisores de ultrasonidos; sonotrodos que, además, se encuentran inmersos en el producto a tratar.
Así por ejemplo, la solicitud de patente WO 2008/074072 describe un proceso de extracción en el que el producto a tratar fluye alrededor de un sonotrodo que emite ondas de ultrasonidos de alta energía y baja frecuencia (LFHP-US). El sonotrodo se encuentra inmerso en dicho producto a tratar y dispone de un reflector. Además, en esta solicitud de patente, el uso de ultrasonidos de baja frecuencia/alta energía, se combina con el calentamiento del producto en tratamiento para la extracción de componentes. Como ejemplo se describe el procedimiento utilizado para la extracción de color de uvas rojas de mesa, lo cual no constituye un proceso de vinificación, dado que está absolutamente prohibida la vinificación de uvas de mesa, tal y como se refleja en el REGLAMENTO (CE) Ne 479/2008 DEL CONSEJO de 29 de abril de 2008 por el que se establece la organización común del mercado vitivinícola. Por su parte, la solicitud de patente WO 2006/09941 1 describe un proceso de extracción de aceite de las peladuras de cítricos, en el que el producto a procesar (mezcla de peladuras de cítricos y agua) fluye alrededor de un sonotrodo inmerso en dicho producto, que emite ondas de ultrasonidos de alta energía.
También la patente rusa RU 2 104 733 C1 recoge la posibilidad de realizar la extracción de materiales sólidos de materias primas vegetales disueltas en etanol, mediante la utilización de un sonotrodo inmerso en dicha disolución alcohólica. Dichas materias primas vegetales son: ginseng, flores y frutos de espino blanco, hypericum y acería leonuri.
Sin embargo, estos procesos caracterizados por la utilización de un sonotrodo inmerso en la fase líquida presentan el problema de que el rendimiento de los sonotrodos es inferior al 80 %. Se entiende por rendimiento la relación entre la energía eléctrica consumida y la producción de ondas ultrasónicas, expresado en %. Para el caso de los sonotrodos, de la energía eléctrica recibida por el generador, el transductor sólo aprovecha el 80 % en la producción de ondas ultrasónicas, el 20% restante lo destina a la producción de calor.
Otro inconveniente de los sonotrodos es que desprenden gran cantidad de calor durante el tratamiento que, al estar inmersos y en contacto con el producto a tratar , produce el calentamiento de dicha fase líquida, pudiendo producirse la formación de Hidroximetilfurfural (HMF). El HMF es un aldehido cíclico que se forma por la degradación de los azúcares, principalmente por la deshidratacion de la fructosa y glucosa en medio ácido, sobre todo al elevar la temperatura durante cortos períodos de tiempo. Según las experiencias realizadas en mostos de uva recién elaborados, cuando se someten de forma constante a temperaturas de 65eC durante un mínimo de 30 minutos, comienzan a incrementar su concentración de HMF de forma acelerada. Si se aumenta la temperatura, el tiempo de producción de HMF se reduce drásticamente, llegándose a producir concentraciones superiores a los 25 mg/Kg en varios minutos.
Un aumento en la concentración de HMF en el mosto que posteriormente se fermentará, produce aromas poco deseables a quemado o tostado. Pero aún es más preocupante los efectos nocivos que produce sobre la salud de ciertos roedores, ya que según investigaciones realizadas (1 )Zhang, X. M.; Chan, C. C; Stamp, D.; Minkin, S.; Archer, M. C; Bruce, W. R. Initiation and promotion of colonic aberrant crypt foci in rats by 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde in thermolyzed sucrose. Carcinog. 1993, 14, 773-775;2)Bakhiya, N.; Monien, B.; Frank, H.; Seidel, A.; Glatt, G. Renal organic anión transporters OAT1 and OAT3 medíate the cellular accumulation of 5-sulfooxymethylfurfural, a reactive, nephrotoxic metabolite of the Maillard product 5- ydroxymet ylfurfural. Biochem. Pharmacol. 2009, 78, 414- 419. el HMF es iniciador y promotor del cáncer de colon, de procesos nefrotóxicos y de aberraciones cromosomicas. Sin embargo, la mayor preocupación sobre el riesgo de esta molécula viene asociada por la conversión del HMF a SMF (5-Sulfoximetilfurfural), debido al carácter mutagénico de este (EFSA, 2005. Opinión of the scientific panel on food additives, flavourings, processing aids and materials in contact with food (AFC) on a request from the commission related to flavouring group evaluation 13: furfuryl and furan derivatives with and without additional side-chain substituents and heteroatoms from chemical group 14. EFSA Journal, 2005a, 215, 1 -73.). En humanos, la toxicidad del HMF y sus derivados es más acusada.
Otro problema que presentan los electrodos inmersos en el producto a procesar debido a la emisión radial hacia el exterior y pese a que sean LFHP-US, es que la uva estrujada es capaz de amortiguar la onda de ultrasonidos en distancias de pocos cm. lo que resta efectividad al proceso.
Descripción de la invención.
Es un objeto de la presente invención suministrar un procedimiento, un módulo y un equipo para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación que pueda realizarse en continuo, con o sin recirculación, con gran eficiencia y evitando efectos indeseados.
Otro objeto de la presente invención es superar los problemas existentes en el estado de la técnica anterior
Otros objetos y ventajas adicionales de la presente invención se derivan de la descripción realizada a continuación, tomando en consideración las figuras incluidas y el ejemplo preferente de realización descrito a título enunciativo pero no limitativo. Los transductores utilizados en el procedimiento e instalados en el módulo y en el equipo son de tipo "plato", también denominados sonoplatos, más concretamente, sonoplatos del tipo piezocerámico o magnetoestrictivos, dependiendo de la aplicación deseada, ya que los magnetoestrictivos tienen un coeficiente potencia/superficie mayor que los piezoceramicos.
Estos se sitúan alrededor de un conducto, preferentemente, una tubería estrechada en sus extremos, por el que fluye la uva estrujada en coincidencia con los lados del polígono. Los transductores de tipo plato están acoplados al conducto por la parte exterior del mismo, por lo que no están en contacto directo con la materia prima a tratar.
En cuanto a su rendimiento, los transductores en plato o sonoplatos se diferencian de los transductores en barra o sonotrodos por tener un mayor rendimiento, del orden del 95%. Por el contrario, los sonotrodos son menos eficaces al bajar los rendimientos al 80 %. A pesar de ello, los sonoplatos producen menor energía calorífica que el sonotrodo, por lo que los componentes del sonoplato sufren menos, siendo más robustos en aplicaciones industriales.
Cada sonoplato podrá desarrollar una potencia que variará desde 100 a 5.000 W. El número de sonoplatos por módulo variará para conseguir una intensidad de energía o densidad de potencia entre 0,1 W/ cm3 - 500 W/cm3' preferentemente entre 0,15 W/cm3 a 200 W/cm3. La amplitud de onda de los ultrasonidos variará entre 1 - 100 μηι. Los sonoplatos se disponen en módulos. Las potencias desarrolladas por módulo de ultrasonidos están comprendidas entre 2 kW - 10 kW, desarrollándose una densidad de potencia que puede variar entre 0,1 W/cm3 - 500 W/cm3, preferentemente entre 0,15 W/cm3 a 200 W/cm3. La longitud de cada módulo de ultrasonidos variará en función del volumen a procesar, variando entre 0,8 metros a 10 metros.
Cada módulo de ultrasonidos se compone de al menos un sonoplato, de al menos un generador encargado de recepcionar la energía eléctrica y transmitirla al sonoplato donde es transformada en energía mecánica vibrante, que es trasmitida a la uva estrujada, de una tubería poligonal estrechada en sus extremos, por la que circula uva estrujada y en la que se acoplan los sonoplatos y una estructura que rodea la tubería, actuando como protección e insonorizante.
El equipo de ultrasonidos se forma por al menos un módulo de ultrasonidos, bomba, válvulas, electroválvulas, conexiones y todo aquel material necesario para establecer un circuito cerrado entre el depósito que almacena uva estrujada y el equipo de ultrasonidos. El control de los diferentes componentes del equipo podrá realizarse a través de un cuadro de mandos tipo "panel de control" u "ordenador PLC", pudiendo realizarse la operación en modo manual o automático.
La presente invención utiliza frecuencias bajas para producir una extracción más eficaz. El rango de frecuencias de trabajo se encuentra entre 15 y 35 kHz, preferentemente, entre 20 y 30 kHz; más preferentemente, entre 22 kHz, y 25 kHz. La extracción de los compuestos de la uva, principalmente aquellos que dan el color al mosto/vino, se extrae de forma dinámica haciendo pasar un caudal variable, entre 1 .000 y 50.000 l/h de uva estrujada a través del equipo de ultrasonidos. Para controlar de forma eficaz el caudal al que fluye la uva estrujada, al final del equipo puede instalarse un caudalímetro.
En aquellos procesos en los que la estrujadora de uva no produzca una fase líquida (mosto) adecuada, será necesaria la instalación de una trituradora antes del equipo de ultrasonidos.
Es muy importante la fracción líquida, de ello dependerá que el proceso de cavitación se realice correctamente. La cavitación consiste en la producción sistemática de pequeñas burbujas que tienden a colisionar entre sí y a liberar su energía. Esa colisión agresiva de las burbujas junto con el proceso de implosión asociado, generan el desgaste del tejido del hollejo que contienen los compuestos fenólicos, pasando estos a la fracción líquida. Debido al proceso de cavitación, se produce un aumento de temperatura de la uva estrujada que se está tratando. Con el uso de transductores tipo plato se consigue que la temperatura del proceso no ascienda por encima de 50 eC para así evitar la formación de Hidroximetilfurfural (HMF).
La instalación de transductores tipo plato disminuye la producción de energía calorífica debido a que el 95% de la energía eléctrica que recibe el transductor es transformada en energía acústica, tan sólo el 5% restante es transformado en calor. Por tanto, el calor producido durante el tratamiento es la suma de la energía calorífica desprendida durante la cavitación más el 5% de calor producido directamente por el sonoplato. Para el caso de transductores tipo barra o sonotrodo, la producción de calor es más elevada pues tan sólo el 80% de la energía eléctrica es transformada en energía acústica, el 20% restante se transforma en calor.
El sonotrodo al estar inmerso en el producto en tratamiento, el calor producido por la cavitación más el calor generado por el propio sonotrodo repercute en el rendimiento del mismo, por lo que el generador que abastece de energía eléctrica al transductor en plato ante un aumento de temperatura, como medida de seguridad, disminuye la potencia, lo que se traduce en una disminución en la producción de ondas ultrasónicas, y por tanto, una cavitación menos eficaz.
En aquellas vendimias donde el grado de maduración sea deficiente o para aquellas variedades que contienen menos cantidad de compuestos fenólicos en el hollejo, los tratamientos son más longevos. Debido a este incremento de tiempo, la temperatura de la uva estrujada en tratamiento aumentará con la consiguiente producción de HMF. Es por ello, que ante estos casos se hace necesaria la instalación de un intercambiador de frío para asegurar una baja o nula producción de HMF. Descripción de las figuras.
Para complementar la descripción que se está realizando y con el fin de ayudar a la perfecta comprensión de la presente invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 : Diagrama de bloques de un proceso de vinificación según la invención Figura 2: Esquema general de un equipo de ultrasonidos según la invención
Figura 3: Sonoplato utilizado en el procedimiento y equipo según la invención.
Figura 4: Módulo de ultrasonidos según la invención.
Figura 5: Sección de un módulo de ultrasonidos según la invención.
Descripción de una realización preferente.
A modo de ejemplo de realización, y con carácter ilustrativo y no limitativo, se describen a continuación un procedimiento, un módulo y un equipo para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación.
Tal como se observa en la fig. 1 un proceso de vinificación comienza con la recepción de la uva y su estrujado posterior, pudiendo realizarse el despalillado simultáneamente con el estrujado.
La uva estrujada pasa a un depósito o almacén de producto en tratamiento. Depósito que permite además de dicho almacenamiento, el funcionamiento en recirculación de la pasta. Del depósito, la pasta pasa al tratamiento para extracción de color mediante ultrasonidos (cavitación).
Una vez finalizada la extracción de color la pasta tratada con ultrasonidos, es sometida a un prensado para la separación entre las fases líquida y sólida, llevándose la fase líquida (mosto) a fermentación y obteniéndose como residuo la fase sólida (orujos) que puede destinarse a la obtención de productos afines.
En la fig. 2 se representa un esquema general de un equipo de ultrasonidos según la invención que comienza con el bombeo desde el depósito o almacén de producto en tratamiento. A continuación, y de modo opcional, la pasta puede pasar por una trituradora o ir directamente a la zona de tratamiento con ultrasonidos, controlándose el flujo mediante un caudalímetro y, también de modo opcional, refrigerando la pasta sui es necesario. Las diferentes partes del equipo de ultrasonidos pueden ser controladas mediante un control de proceso tipo PLC o similar.
En un módulo de ultrasonidos según la invención, realizado a modo de ejemplo, los transductores de tipo plato o sonoplatos 1 son del tipo piezocerámicos. Se representan en la fig. 3. Los sonoplatos se conectan entre sí y al generador, a través de los terminales 2.
Las cerámicas que componen el transductor de tipo piezocerámico presentan el efecto piezoeléctrico cuando al aplicarle una corriente eléctrica se deforman sus superficies produciendo la onda acústica. Sin embargo, los transductores del tipo magnetoestrictivos se caracterizan por estar compuestos por materiales ferromagnéticos; si se varía la magnetización de un material de este tipo se desarrolla la correspondiente deformación mecánica, y con ello, la producción de la onda acústica. La composición de ambos tipos de transductores también varía, el material más utilizado, aunque no el único, es el PZT (titanato zirconato de plomo), mientras que en los transductores magnetoestrictivos se componen principalmente de Terfenol- D (Ter= Terbio, Fe= hierro, NOL= Naval Ordenance Laboratory, D= Disprosio).
Estos se sitúan alrededor de un conducto formado por una tubería hexagonal de acero inoxidable de espesor comprendido entre 1 - 8 mm que comprende un estrechamiento en sus extremos.
Los transductores de tipo plato están soldados a la tubería hexagonal de inoxidable, pero no están en contacto directo con la materia prima a tratar,.
Cada módulo 3 de ultrasonidos se compone de de al menos un sonoplato 1 , de al menos un generador encargado de recepcionar la energía eléctrica y transmitirla al sonoplato donde es transformada en energía mecánica vibrante, que es trasmitida a la uva estrujada, de una tubería hexagonal estrechada en sus extremos, por la que circula la uva estrujada (pasta) y en la que se acoplan los sonoplatos y una estructura que rodea la tubería, actuando como protección e insonorizante.
Tal como se observa en la fig. 5, en este ejemplo de realización, el número de sonoplatos 1 por módulo 3 es de cuatro por cada lado del polígono, es decir, veinticuatro sonoplatos 1 por módulo 3.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación caracterizado porque la uva estrujada fluye a través de un conducto al que se acopla por su parte exterior al menos un transductor de ultrasonidos de tipo plato o sonoplato de ultrasonidos que se trasmiten a través de las paredes del conducto a la uva estrujada que circula, sin que exista contacto entre la uva estrujada y el sonoplato.
2. Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación según la reivindicación 1 a caracterizado porque el sonoplato es del tipo piezocerámico o del tipo magnetoestrictivos
3. Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación según la reivindicación 1 a caracterizado porque el sonoplato transmite a la uva estrujada (pasta de uva) una intensidad de energía o densidad de potencia comprendida entre 0,1 W/ cm3 - 500 W/cm3.
4. Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación según la reivindicación anterior caracterizado porque el sonoplato transmite a la uva estrujada (pasta de uva) una intensidad de energía o densidad de potencia comprendida preferentemente entre 0,15 W/cm3 a 200 W/cm3.
5. Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación según la reivindicación 1 a caracterizado porque el rango de frecuencias de trabajo del sonoplato se encuentra entre 15 y 35 kHz.
6. Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación según la reivindicación anterior caracterizado porque el rango de frecuencias de trabajo del transductor tipo "plato" o sonoplato se encuentra preferentemente entre 20 y 30 kHz.
7. Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación según la reivindicación anterior caracterizado porque el rango de frecuencias de trabajo del transductor tipo "plato" o sonoplato se encuentra más preferentemente, entre 22 kHz, y 25 kHz.
8. Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación según la reivindicación 1 a caracterizado porque el caudal de trabajo está comprendido entre 1 .000 y 50.000 l/h de uva estrujada a través del equipo de ultrasonidos.
9. Un procedimiento para la extracción de compuestos de la uva mediante ultrasonidos en los procesos de vinificación según la reivindicación 1 a caracterizado porque la amplitud de onda de los ultrasonidos está comprendida entre 1 - 100 μηι. y más preferiblemente entre 1 - 40 μηι.
10. Un modulo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación caracterizado porque la uva estrujada fluye a través de un conducto al que se acopla por su parte exterior al menos un transductor de tipo "plato" o sonoplato de ultrasonidos que se trasmiten a la uva estrujada a través de las paredes del conducto, sin que exista contacto entre la uva estrujada y el sonoplato.
1 1 . Un modulo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación anterior caracterizado porque el conducto por el que fluye la uva estrujada fluye es una tubería poligonal estrechada en sus extremos.
12. Un modulo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación anterior caracterizado porque se dispone al menos un sonoplato en cada uno de los lados de la tubería poligonal estrechada en sus extremos.
13. Un modulo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación 9a caracterizado porque las potencias desarrolladas por cada módulo de ultrasonido esta comprendida entre 2 kW - 10 kW.
14. Un modulo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación 9a caracterizado porque la longitud de cada módulo de ultrasonidos está comprendida entre 0,8 metros y 10 metros.
15. Un modulo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación 9a caracterizado porque comprende al menos un generador encargado de generar una señal y transmitirla al transductor de plato o sonoplato donde es transformada en energía mecánica vibrante produciendo la onda ultrasónica y el proceso de cavitación asociado en la fase líquida de la uva estrujada en tratamiento, y una estructura que rodea la tubería, actuando como protección e insonorizante.
16. Un equipo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación caracterizado porque la uva estrujada fluye a través de un conducto al que se acopla directamente por su parte exterior al menos un sonoplato, que recibe energía eléctrica de un generador de ultrasonidos para producir la onda ultrasónica que se trasmite a la uva estrujada a través de las paredes del conducto, sin que exista contacto entre la uva estrujada y el sonoplato
17. Un equipo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación anterior caracterizado porque al menos comprende un modulo de ultrasonidos.
18. Un equipo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación 15a caracterizado porque comprende, además, bombas, válvulas, electroválvulas, conexiones y todo aquel material necesario para establecer un circuito cerrado entre el depósito que almacena la uva estrujada y el equipo de ultrasonidos.
19. Un equipo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación 15a caracterizado porque el control de los diferentes componentes del equipo se realiza a través de un cuadro de mandos tipo "panel de control" u "ordenador PLC", pudiendo realizarse la operación en modo manual o automático.
20. Un equipo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación 16a caracterizado porque comprende una trituradora.
21 . Un equipo de ultrasonidos para la extracción de compuestos de la uva en los procesos de vinificación según la reivindicación 16a caracterizado porque comprende un equipo intercambiador de frío.
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