Un vino con mucha química

El grupo de investigación al que pertenezco (http://www.unirioja.es/gsoe/) tiene una trayectoria de 20 años en síntesis y análisis estructural de unas moléculas llamadas glicopéptidos de lo que habrá que hablar en alguna otra entrada del Blog. Sin embargo se han hecho unas cuantas incursiones en temáticas más aplicadas. Hace unos años, dada nuestra familiaridad con la Resonancia Magnética Nuclear (RMN), y leyendo diversos artículos sobre la capacidad de la técnica en el análisis de alimentos, decidimos abordar el estudio del vino a través de esa técnica. Ya no nos podrán decir que siendo químicos en La Rioja no investigamos sobre temas enológicos!!   

Equipo de RMN



La RMN, hasta la fecha, ha sido una técnica fundamentalmente estructural y que ha servido a los químicos para confirmar los compuestos sintetizados en el laboratorio o a descubrir numerosas estructuras procedentes de productos naturales. En este terreno, uno de los hitos más destacables y que muestra la potencia de la técnica, es la elucidación de la estructura tridimensional de proteínas. Pero, ¿puede la RMN ser empleada como una técnica de análisis cuantitativo y/o cualitativo. Evidentemente, sí. La información y la calidad de la misma, que podemos sacar de la RMN es muy superior a otras técnicas, pero actualmente es una técnica demasiado cara e inaccesible a empresas de tamaño medio o pequeño.

Sin embargo, sabíamos en aquel momento, y así esta sucediendo, que las compañías que comercializan este instrumental, intentarían eliminar este cuello de botella que suponía su elevado coste de compra y de mantenimiento. 

Hacer un análisis de una muestra de vino mediante RMN es sencillo. Se precisa poca muestra (unos 0,6 mL), un tiempo de preparación de la misma escaso y un tiempo de adquisición del experimento que puede variar entre unos minutos y una hora en función de la información que queramos sacar.

¿Y que información hemos sido capaces de extraer de un espectro de RMN de vino? Fundamentalmente tres tipos de información:

Por un lado, información cuantitativa de los principales metabólicos que están o se generan en el proceso de elaboración del vino. Mediante la utilización de un patrón externo hemos sido capaces de determinar la concentración de etanol, ácido málico, ácido láctico, ácido acético, ácido succínico y aminoácidos como alanina, prolina y arginina. Incluso se puede llegar a cuantificar compuestos más minoritarios como el ácido gálico o el resveratrol. Y lo más importante, todos estos compuestos se determinan realizando un único experimento. De esta forma hemos podido realizar el seguimiento de las fermentaciones alcohólica y maloláctica de forma rápida y efectiva.

Por otro lado, y asistidos por medios quimiométricos, se puede obtener información tan interesante e importante como la diferenciación de las añadas de un vino de la misma bodega e incluso la diferenciación de diferentes terroirs dentro de la una denominación de origen tan pequeña como La Rioja. En este último caso, empleando como biomarcadores dos alcoholes superiores (con más carbonos que el etanol), hemos podido diferenciar vinos procedentes de Arnedo, Alcanadre, Arenzana de Abajo, Navarrete, Haro, San Asensio, Uruñuela y Labastida. Nada se escapa a la RMN, abriendo un campo enorme para la protección de importantes denominaciones de origen como la DOC Rioja.

Y por último, el empleo de compuestos marcados isotópicamente con carbono 13 nos está permitiendo estudiar el metabolismo de determinados aminoácidos en los procesos de fermentación alcohólica y maloláctica. En concreto hemos estudiado el metabolismo de aminoácidos como la fenilalanina, la leucina e isoleucina. Todos se consumen al 100% en las primeras etapas de la fermentación alcohólica dando diferentes alcoholes superiores que son responsables de algunos aromas del vino. Esto último se sabía, lo que se desconocía es que el aminoácido era consumido por completo en las primeras etapas de la fermentación alcohólica. Actualmente estamos estudiando el metabolismo de un importante aminoácido como la histidina, responsable de la histamina, una amina cuya presencia en el vino se quiere evitar.

Todo esto demuestra la enorme potencialidad de la RMN en el mundo de la alimentación y en concreto en el mundo de la enología. Este proyecto ha sido posible fundamentalmente por la ayuda de proyectos de investigación básica y diferentes proyectos otorgados por el Instituto de Estudios Riojanos. Las muestras empleadas fueron recogidas de diferentes cooperativas, que con la ayuda del consejo regulador, no sin antes, patearnos una a una vendiendo la bondad del proyecto.  

En estos momentos la compañía Bruker esta comercializando un equipo de RMN específico para enología. Todo este trabajo ha dado como resultado la tesis doctoral de Eva López Rituerto, sin cuyo entusiasmo hubiera sido imposible llevar a buen puerto está investigación. La propia compañía Bruker ha estado interesada en el trabajo, y la tesis doctoral ha sido premiada por el Grupo de Especializado de RMN de la Real Sociedad Española de Química. El paso a aplicaciones más concretas y a un mayor interés del mundo enológico solo el tiempo lo dirá.



Más información:


J. Agric. Food Chem., 2006, 54 (13), 4715–4720.

J. Agric. Food Chem., 2009, 57 (6), 2112–2118.

J. Agric. Food Chem., 2010, 58 (8), 4923–4927.

J. Agric. Food Chem.201260 (13), 3452–3461.

Comentarios

  1. Excelente comienzo. Muy interesante la posibilidad de detectar la procedencia del vino, sobre todo para la detección de posibles fraudes. Descubre las grandes posibilides de la RMN, normalmente encasillada como técnica de determinación estructural.
    Enhorabuena.

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    1. Gracias Miguel Ángel

      Uno de los aspectos importantes es que haya compañias interesadas en desarrollar la técnica en el mundo del vino. Y Bruker lo está!

      Héctor

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  2. Como me alegro de que te hayas animado con este blog! Y nada mejor para empezar que hablar de algo tan nuestro.
    Me ha llamado mucho la atención el tema de identificar vinos de diferentes zonas geográficamente tan cercanas. Qué alcoholes superiores habéis utilizado como biomarcadores? Por qué habéis elegido esos compuestos? Sólo con dos ha sido suficiente para diferenciar vinos de zonas tan cercanas?
    En fin, que ese tema me resulta especialmente interesante porque yo también he trabajado en cuantificación de compuestos minoritarios del vino para identificar fraudes en DO. En mi caso con GC y analizando ésteres responsables del aroma del vino.

    Seguiré de cerca todas tus actualizaciones.
    Enhorabuena y suerte!

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    1. Gracias Patricia!! Como te he dicho por TW espero que las obligaciones docentes, cientificas y otras que estén por aparecer me dejen escribir de vez en cuando!

      En cuanto al post:

      Los alcoholes son el isobutanol e isopentanol. Realmente nosotros no los elegimos. Fue la quimiometría jeje. Esta parte del trabajo la realizo Eva en Dinamarca con Soren Engelsen. Un experto en la aplicación de la quimiometría y la RMN. A través de una técnica denominada Interval Extended Canonical Variate Analysis (iECVA) (y de la que ahora también Eva es algo experta) se puede "diseccionar" los espectros de RMN de las diferentes zonas y buscar "los 7 errores".

      No se, y podría ser un trabajo interesante, si la cantidad en la que están esos alcoholes pueden dar también correlaciones parecidas.

      Por ejemplo Bruker tiene muy optimizado el RMN para detectar fraudes en zumos. Y lo siguiente será el vino. El problema sigue siendo el coste del equipo :(

      Gracias por el interés y los animos!!

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  3. Ya te echábamos de menos en la blogosfera,...
    Que tengas mucho éxito en la inicitaiva.

    Bernardo

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    1. Gracias Bernardo! A ver si tiene recorrido el blog. Uno de los miedos que se tienen; empezar y que luego no de tiempo a que tenga continuidad!

      Poco a poco y con buenos espejos en donde mirarse ;)

      Héctor

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  4. Como he dicho por TT, yo hice mi proyecto del máster en metabolismo nitrogenado de las levaduras, así que aunque ya no siga por esa línea es un tema reciente y en el que me gustó trabajar. Yo utilizaba GC-MS para los volátiles (alcoholes superiores, ésteres y cetonas, y ácidos) y HPLC para las aminas previa derivatización para conseguir detectarlas por fluorescencia. No me dio tiempo a medir aminoácidos. Los métodos estaban muy desarrollados en el grupo, pero al empezar con fermentaciones con compuestos nuevos hubo que ajustar muchas cosas que eran demasiadas solo para un año... En cualquier caso un tema apasionante. Aunque ya dices que el RMN es muy caro. En la UPNA de Navarra creo que no había. Aquí en Barcelona sí hay varios...

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    1. Lo bueno de la RMN: que no hay casí preparación de la muestra, que se pueden obsevar multidud de compuestos en un solo experimento y la posibilidad de emplear marcaje isotópico :)

      Lo malo: el coste del equipo y del mantenimiento y la baja sensibilidad comparada con GC o HPLC :(

      La parte mala se irá solucionando con el avance tecnológico, seguro!

      Gracias por el comentario y el interés!

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