Pulsed electric field treatment as an alternative to the addiction of sulphites in wines

Abstract

[EN] The pulsed electric field (PEF) treatment consists of the application of pulses of high voltage and short duration to a food placed or continuously flowing between two electrodes located inside a treatment chamber. One of the applications in oenology is the inactivation of the microbiota associated with wine. Due to the growing interest in developing alternatives to the use of SO2, the aim of this investigation was to study the possibility of reducing the dose of this additive during the stage of wine stabilization by treatments with PEF at the end of malolactic fermentation (MLF). To do this, three wines made in three commercial wineries of D.O.Ca. Rioja were employed. Each wine was distributed in 9 tanks. Three of them were only treated with the usual dose of 30 mg/L of SO2. In other three tanks 15 mg/L of SO2 were added and were also treated with PEF, and the last three tanks were only treated with PEF. To carry out the PEF treatment in continuous flow, one semi-industrial equipment was used (ELCRACK-HPV5, DIL, Germany) with a collinear treatment chamber of 0,45 cm of diameter and a distance between electrodes of 0,56 cm. Pulses of 8 μs and a frequency of 280 Hz were applied. The electric field strength in the treatment zone of the chamber, numerically simulated, was of 26 kV/cm. Wines were microbiologically characterized by counting yeasts, acetic and lactic acid bacteria before and after treatments and five months later; wines were also physicochemically characterized five months after treatments by determining alcohol content, pH, volatile acidity, total anthocyanines, color intensity, total polyphenol index, aromatic compounds and biogenic amines. Wines were also organoleptically analyzed. The results indicated that after treatments, wines treated with PEF, regardless of the SO2 addition, had a lower yeast, acetic acid and lactic acid bacteria population that wines not treated with PEF. Nevertheless, after a stabilization period of five months, lactic acid bacteria population increased in wines treated with PEF, especially in wines without SO2 added. Concerning the physicochemical characterization of wines, some results indicate that PEF treatment was positive for quality since treated wines had lower volatile acidity, greater color intensity and lower content of biogenic amines than not treated ones. By contrast, other results indicate that PEF treatment was negative for quality because treated wines were characterized by low concentration of fermentative esters that provide floral and fruity aromas. Organoleptic analysis indicated different scoring of wines mainly depending on the cellar, but it can be considered that the combination of PEF treatment with low doses of SO2 resulted in well valuated wines. Consequently, application of PEF in wines after MLF can be a viable alternative to reduce the dose of SO2 in wines. However, further studies should be conducted to better control the growth of lactic acid bacteria and to prevent loss of fermentative esters.

[ES] La tecnología de pulsos eléctricos de alto voltaje (PEAV) consiste en la aplicación intermitente de campos eléctricos de alta intensidad y corta duración (μs) a un material colocado estáticamente o fluyendo entre dos electrodos localizados en una cámara de tratamiento. Una de sus aplicaciones en enología es la inactivación de la microbiota asociada al vino. Debido al interés creciente por desarrollar alternativas al uso del SO2, en este trabajo se planteó la posibilidad de reducir su dosis durante el periodo de estabilización de los vinos, mediante su tratamiento con PEAV al final de la fermentación maloláctica (FML). Para ello, se contó con tres vinos elaborados en tres bodegas comerciales de la D.O.Ca. Rioja. Cada vino se distribuyó en 9 depósitos. Tres de ellos sólo se trataron con la dosis habitual de 30 mg/L de SO2. Otros tres depósitos se trataron con PEAV y se añadieron 15 mg/L de SO2, y, y los tres últimos sólo se trataron con PEAV. Para llevar a cabo los tratamientos se utilizó un equipo semiindustrial (ELCRACK-HPV5, DIL, Germany), con una cámara de tratamiento colineal de 0.45 cm y una distancia entre electrodos de 0.56 cm. Se aplicaron pulsos de 8 μs con una frecuencia de 280 Hz. La intensidad de campo eléctrico calculada en la zona de tratamiento fue de 26 kV/cm. Los vinos fueron caracterizados microbiológicamente mediante recuento de levaduras, bacterias acéticas y bacterias lácticas antes y después de los tratamientos, y cinco meses más tarde; los vinos se caracterizaron también fisicoquímicamente cinco meses después de los tratamientos mediante determinación del contenido en alcohol, pH, acidez volátil, antocianos totales, intensidad de color, índice de polifenoles totales, compuestos aromáticos y aminas biógenas. Los vinos también se analizaron organolépticamente. Los resultados obtenidos mostraron que después de los tratamientos, los vinos tratados con PEAV, independientemente de la adición de SO2, tuvieron menor población de levaduras, bacterias acéticas y bacterias lácticas que los vinos no tratados con PEAV. Sin embargo, después de un periodo de estabilización de cinco meses, la población de bacterias lácticas aumentó en los vinos tratados con PEAV, en mayor medida en los vinos sin SO2 añadido. En relación a la caracterización fisicoquímica de los vinos, algunos resultados indican que el tratamiento con PEAV fue positivo para la calidad, ya que los vinos tuvieron menor acidez volátil, mayor intensidad de color y menor contenido en aminas biógenas que los vinos no tratados. Por el contrario, otros resultados indicaron que el tratamiento con PEAV fue negativo para la calidad, ya que los vinos tratados presentaron menor concentración de ésteres fermentativos que aportan aromas florales y afrutados. El análisis organoléptico indicó diferente valoración de los vinos tratados en función de la bodega, pero se puede considerar que la combinación del tratamiento con PEAV y una dosis baja de SO2 proporcionó vinos bien evaluado. Consecuentemente, la aplicación de PEAV en los vinos después de la FML puede ser una alternativa viable para reducir la dosis de SO2 en los vinos. Sin embargo, se deben de hacer más estudios para controlar mejor el crecimiento de las bacterias lácticas y para prevenir la pérdida de aromas fermentativos.

[FR] Le traitement par des champs électriques pulsés (CEP) consiste en l' application intermittente de champs électriques de haute intensité et de courte durée (μs) à un matériel placé entre deux électrodes situées à l'intérieur d'une chambre de traitement. Une des applications en œnologie est l'inactivation du microbiote associé au vin. En raison de l'intérêt croissant pour le développement des alternatives à l'utilisation du SO2, l'objectif de ce travail a été d'étudier la possibilité de réduire la dose de cet additif au cours de l'étape de stabilisation des vins, par traitement avec CEP à la fin de la fermentation malolactique (FML). Pour cela, trois vins élaborés dans trois caves commerciales de la D.O.Ca. Rioja ont été utilisés. Chaque vin a été distribué dans 9 cuves. Trois cuves ont été traités seulement avec la dose habituelle de 30 mg/L de SO2. Autres trois cuves ont été traités avec CEP et avec 15 mg/L de SO2, et les trois derniers ont été traités uniquement avec CEP. Pour effectuer le traitement, un équipement semi-industriel (ELCRACK-HPV5, DIL, Allemagne) a été utilisé, avec une chambre de traitement de 0,45 cm et une distance entre les électrodes de 0,56 cm. Des pulses de 8 μs et une fréquence 280 Hz étaient appliquées. L'intensité du champ électrique calculé dans la zone de traitement était d e 26 kV/cm. Les vins ont été microbiologiquement caractérisés par comptage de levures, de bactéries lactiques et de bactéries acétiques avant et après les traitements et cinq mois plus tard; les vins ont également été chimiquement caractérisés cinq mois après le traitement par la détermination de la teneur en alcool, pH, acidité volatile, anthocyanes totales, l'intensité de la couleur, l'indice de polyphénols totaux, des composés aromatiques et des amines biogènes. Les vins ont aussi été dégustés. Les résultats ont montré que, après le traitement, les vins traités avec CEP, quel que soit l'ajout de SO2, avaient des populations de levures et de bactéries lactiques et acétiques plus faibles que les vins non traités. Cependant, après une période de stabilisa tion de cinq mois, la population de bactéries lactiques a augmenté dans les vins traités par CEP, spécialement dans les vins sans SO2 ajouté. Concernant la caractérisation chimique des vins, certains résultats indiquent que le traitement avec CEP a amélior é la qualité puisque les vins traités avaient une plus faible acidité volatile, une plus grande intensité de couleur et plus faible teneur en amines biogènes que ceux non traités. En revanche, d'autres résultats indiquent que le traitement avec CEP a eu un effet négatif sur la qualité car les vins traités ont été caractérisés par une faible concentration d'esters fermentaires qui fournissent des arômes floraux et fruités. Au cours de la dégustation des vins, différentes évaluations ont été observées en fonction de la cave, mais il peut être considéré que le traitement combiné de CEP et une faible dose de SO2 conduit à des vins bien évalués. Par conséquent, l'application de CEP dans les vins après FML peut être une alternative viable pour réduire la dose de SO2. Cependant, d'autres études doivent être menées afin de mieux contrôler les bactéries lactiques et de prévenir la perte d'esters fermentaires.