Jean François Gilis: optimización y control de la fermentación alcohólica

Microbiología – Biotecnología Dr Jean-François Gilis Expresar y conservar el potencial de los mo stos y de los vinos. Optimización y control de las fermentaciones. Detección y prevención de las contaminaciones.

Es necesario de dominar la etapa de fermentación para asegurarse de producir el vino deseado y valorizar todo el potencial de la uva.
==> Dominio de la velocidad de FA y de la producción aromática por las levaduras con los parámetros O2, N2, T°C…
Evitar las paradas de FA.
Optimización y control de las fermentaciones Pilotaje FA

19/07/10 Cadena de producción Uva - Vino Fraccionamiento Crianza Fermentaciones Vid, uva Tratamiento Materia prima Transformación Materia prima En producto Maduración y Almacenamiento del producto Aconditionamiento del producto Marketing Venta del producto Cosecha Pilotaje FA Control de madures Micro oxigenación - Madera Levadura Bacteria Producción Materia prima Cosecha Materia prima Fermentación alcohólica : etapa necesaria de transformación de la matera prima (uva) en producto (el vino). Etapa poca controlada : ningún sistema de control, ningún sistema de automatización…

Problema de Fermentación Estudio de repartición de tiempo de Fermentación en una bodega Pilotaje FA Tiempo de FA global 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 <10 Días 10-20 Días >20 Días Stop % Cuba

Riesgos debidos a los problemas de FA
Perdidas aromáticas importantes.
Dificultad de realizar el producto deseado.
Riesgo de contaminación muy elevado (Bactéries, Brettanomyces)
Riesgo de oxidación (blanco).
Problema logística (rotación de cuba)
Sobrecarga de trabajo y mas gastos de energía.
==> perdidas económicas importantes
Pilotaje FA

Las necesidades Pilotaje FA
Una herramienta para seguir la fermentación en tiempo real a escala industrial.
Conocer mas las necesidades de la levadura en O2 y nutriente en relación con la cuantidad de azúcar a fermentar.
Estudiar los impactos cinéticos y aromáticos del O2, los nutriente y
la temperatura.
==> Construcción de modelos

Proyecto Pilotaje de fermentación Pilotaje FA

Pilotaje de FA : objetivo Incluir la fermentación como herramienta de producción Eliminar todos los riesgo de parada de FA y evitar las perdidas aromáticas Automatizar las tareas en función de criterios fisiológicos Pilotaje FA

Colaboración con el INRA de Montpellier J-M Sablayrolles Bodega de investigación de Pech Rouge Seguimiento de velocidad de FA ==> Detección de momentos importantes de la FA (Vmax), Predicción de falta de fuente de nitrógeno, Predicción del tiempo de fermentación. Pilotaje FA

Importancia del V max Latencia Fase exponencial de crecimiento Fase Estacionaria = supervivencia de la levadura Mortalidad Tiempo V CO2 Densidad, dCO2/dt, Cell/mL Pilotaje FA Densidad levadura V FA max = principio de fase estacionaria = cambios metabólicos importantes. => Momento clave : control de O2, nutrientes y temperatura fundamentales. V FA max

Los parámetros de pilotaje de FA O 2 NH 4 + T°C Vino Velocidad FA Pilotaje FA Levadura Uva Azúcar Nitrógeno

Uso de oxigeno durante la fermentación Pilotaje FA

Agregado de oxigeno con micro oxigenador Pilotaje FA
Ensayos 2008-2009 : 84 fermentaciones
Distintos tipo de oxigenación (pulse, continuo).
Distintos momentos de agregado : antes, durante y después el Vmax.
Distintas cuantidades de O 2 (7,5 hasta 30 mg/l).
Distintos cepages (Sauvignon, Chardonnay, Viognier).

El mejor momento de agregado de O2 es al momento del Vmax. 10 mg/L al Vmax es suficiente para asegurar la fermentación. Ningún efecto cinético con oxigeno en continuo. Impacto cinetico O2 durante la Fermentación Pilotaje FA

Chardonnay Languedoc 2009 Trabajo diferente de la levadura con o sin O2 O2 durante la Fermentación Impacto organoléptico Pilotaje FA

Micro oxigenación
=> Efecto organoléptico
(modelo a construir)
O2 durante la Fermentación Pilotaje FA
Pulse mínima de 10 mg/L al Vmax.
=> Seguridad de la FA
+/- Agregados combinados

Un pulse de oxigeno de 10 mg/L al Vmax garantiza una FA rápida y completa. Ningún agregado aumente los riesgos de FA lenta. O2 durante la Fermentación Pilotaje FA Agregados combinados

Conclusión O 2 Pulse al Vmax Favorece la velocidad de fermentación Favorece la resistencia al etanol Favorece la viabilidad ==> Impacto organoléptico y cinético depende del régimen de oxigenación (continuo o puntual). ==> Ningún efecto de oxidación en blanco, rosado o tinto. La levadura consume todo. ==> Menos movimiento de vino, los remontages abiertos No son mas necesarios. ==> Menos perdida aromática, ==> Menos riesgo de contaminación. Pilotaje FA Levadura

Uso de nutrientes durante la fermentación Pilotaje FA

Necesidad de las levaduras : 1 mg nitrógeno asimilable / g azúcar a fermentar Momento de adición muy importante = 35 g CO2 producido Mayor eficiencia con Pulse al Vmax. => Pr. Jean-Marie Sablayrolles 0,8 mg nitrógeno asimilable / g azúcar a fermentar son suficientes si mezcla con nutrientes complejos (NH 4 +, ac-a, vitaminas…) . => Pr. Pierre Strehaiano. Análisis iniciales de mosto para nitrógeno asimilable y azúcar importantes. Gestión de nutrientes Pilotaje FA

Gestión de nutrientes Pilotaje FA Tipo de amonio Agregado 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ninguno Fosfato de amonio Mezcla Complejos <10 Días 10-20 Días >20 Días Stop

Herramienta de Pilotaje de Fermentación Pilotaje FA

Seguimiento en línea de FA : captadores Ningún censor confiables Flujo metro Pilotaje FA Refractómetro Sonda redox Fibra óptica … ==> Deposito de tartarico Desaparición del sustrato Aparición del producto 2 Aparición del producto 1

Ventajas
Medida del flujo de CO2
Relación directa flujo CO2/velocidad de FA
Simple de uso
Sensible
Riqueza de las informaciones
Inconveniente
Cuba cerrada
Captador : Flujo metro de CO2 Pilotaje FA

Pilotaje FA “ Pilotaje de Fermentación” versión 1 Visio 6 Master Switch Ethernet Red WiFi Captador

El programa Capaz de detectar el Vmax - Capaz de estimar la concentración en nitrógeno asimilable Capaz de agregar oxigeno automáticamente al momento deseado. Pilotaje FA

Curva estándar Azucares = 120 g/L Pilotaje FA

Ejemplo de resultados Pilotaje FA

Ventaja logística Bajada de 20% del tiempo de fermentación con Pulse al Vmax. Pilotaje FA Modalidad Tiempo FA (h) Ganancia de Tiempo/Test (h) Ganancia de Tiempo/Test (%) Cepage Testigo Stop FA 0 0 Micro 15mg/l Stop FA 0 0 Pulse 15mg/l 470 1000 100 Testigo 240 0 0 Micro 15mg/l 240 0 0 Pulse 15mg/l 190 50 21 Testigo 250 0 0 Micro 30mg/l 250 0 0 Pulse 30mg/l 200 50 20 Testigo 440 0 0 Micro 15mg/l 440 0 0 Pulse + Micro (7,5+7,5 mg/l) 390 50 12 Testigo 290 0 0 Pulse 10mg/l 242 48 17 Pulse + Micro (10+10 mg/l) 242 48 17 Testigo 355 0 0 Pulse 10mg/l 297 58 17 Pulse 10mg/l 347 8 3 Pulse + Micro (10+10 mg/l) 287 68 20 Pulse + Micro (10+10 mg/l) 310 45 13 Pulse + Micro (10+10 mg/l) 300 55 16 Sauvignon Puichéric 2008 Chardonnay Coursan 2007 Sauvignon Puichéric 2007 Chardonnay San Pedro 2009 Rosé Cabernet Casa del Toqui 2009 Ganancia mediana con Pulse +/- Micro : 20% del tiempo FA, 15 dias/75 en Am Sur o 10 dias/45 en Europa Sauvignon Puichéric 2007

Detección de anomalía : carencia Agregado Nitrogeno 1 Agregado Nitrogeno 2 Pulse O 2 Tiempo (h) Flujo de CO2 (g/L/h) Algunas anomalías como carencia de nutrientes pueden ser causa de fermentación lenta y irreversible si no son detectadas rápidamente ==> detección automática. Pilotaje FA

- Regulador de velocidad de FA
Control muy importante a parte de mi-FA
=> Fragilidad de las levaduras aumenta.
Los choques térmicos pueden provocar
parada de FA.
Temperaturas altas aumentan la toxicidad del alcohol.
Recomendar temperaturas < 28°C.
Gestión de temperatura Pilotaje FA

Gestión de temperatura Reacción inmediata de las levaduras con el cambio de temperatura Pilotaje FA

Programación de perfil de temperatura en función de las etapas de fermentación posible. Perfil T°C Blanco Gestión de temperatura automática Pilotaje FA 0 2 4 6 8 10 12 14 16 T °C Tiempo (días) 10 18 16 20 Siembra V max 80% FA Fin FA Vco 2 < 0,005 g/L/h MPF, Vco 2 < 0,05 g/L/h Siembra V max 70% FA Fin FA Vco 2 < 0,005 g/L/h T °C Tiempo (días) 10 18 25 28 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Perfil T°C Tinto

Trazabilidad : extracción Remontages Visualización de los trabajo de extracción : 1 día con 2 remontages, 4 días con 3 remontages. Pilotaje FA Seguimiento FA vino tinto 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Tiempo (h) Flujo CO2 (g/L/h) Cabernet Sauvignon

Detección de anomalía : contaminación FA Malbec P10+M40 (Sucre 250 g/L). 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Tiempo (días) Flujo CO2 (g/L/h) 994 1014 1034 1054 1074 1094 1114 Densidad Flujo CO2(g/l/h) La densidad esta sensible a parte del cuarto día mientras que hay producción de CO2 desde el principio. Pico del 6to día = Pulse O2 + nutrientes. Pulse 10 mg/L + nutrientes Siembra Producción de CO2 por levaduras apiculatas Pilotaje FA

Fin Gracias por sus atención Pilotaje FA

Jean François Gilis: optimización y control de la fermentación alcohólica

by AZ3 Oeno on Jul 19, 2010

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