Las narices humanas pierden ante las electrónicas en el reconocimiento del tiempo de envejecimiento de un vino

Málaga cuenta con la Nariz de Oro de 2007, Antonio Jesús Gutiérrez Blanco, de Trujal vinos y especialidades. Los ingenieros en enología están actualmente desarrollando narices electrónicas con objeto de sustituir o automatizar la labor de las Narices humanas. Por ejemplo, J. Lozano, T. Arroyo, J.P. Santos, J.M. Cabellos, M.C. Horrillo, “Electronic nose for wine ageing detection,” Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 133, Issue 1, 28 July 2008, Pages 180-186, han desarrollado una nueva aplicación de las narices electrónicas (e-nose) para el reconocimiento y detección de la edad de un vino.

Han presentado dos tipos de medidas experimentales. Por un lado, de los vinos que han producido en una bodega experimental, utilizando el mismo tipo de uva, pero envejecido en diferentes tipos de barricas de roble (francés y americano) durante 0, 3, 6 y 12 meses. Por otro lado, han medido diferentes vinos producidos por la misma variedad de uva pero en diferentes bodegas que han envejecido en roble francés o americano. ¿Puede una nariz electrónica casera determinar la variedad de la uva y el tiempo de envejecimiento? Su nariz electrónica, técnicas estadísticas de análisis de componentes principales (principal component analysis, PCA) y técnicas de reconocimiento de patrones basadas en redes de neuronas artificiales estocásticas (probabilistic neural networks, PNN) ha logrado una tasa de éxito del 97% (por PCA) y del 84% (por PNN) en la detección de las diferentes etapas de envejecimiento experimentadas por los vinos estudiados.

La nariz electrónica desarrollada utilizada 16 sensores. La siguiente figura muestra la gran discriminación entre los resultados de dichos sensores en función del grado de envejicimiento del vino.

Las narices electrónicas nunca sustituirán, en mi opinión, a los sumillers. Sus descripciones en lenguaje natural son más poéticas que científicas y es esa poesía en la que no pueden competir los sistemas computacionales. Como dice nuestro amigo Antonio, «la cata es una búsqueda constante de sensaciones que se perciben, identifican y se archivan en la memoria sensorial, y cuando nos volvemos a encontrar con ella la reconocemos y le damos una comunicación escrita o verbal. Pero no tiene que ver con valoración degustativa, que es una confusión bastante habitual». Esta última es la que ofrecen las narices electrónicas.

La vida útil del vino embotellado (o ¿cómo envejece una botella de vino en una estantería?)

España, junto a Francia, Italia, Alemania y Portugal, son los países europeos tradicionalmente productores y consumidores de vino. Con unos 1.1 millones de hectáreas de vid plantada, España es el primer país por extensión de viñedo en el mundo, y es el tercer productor con medias anuales de 32 millones de hectolitros, por detrás de Francia (56 millones) e Italia (51 millones). Además, los españoles ocupan el quinto lugar en cuanto al consumo con 14.5 millones de hectolitros por año (datos extraídos del IV Foro Mundial del Vino, 2004 ).

El sector vitivinícola español está reglamentado gracias al concepto de “Denominaciones de Origen”. El concepto es antiguo, ya en 1932 se elaboró el Estatuto del Vino que reconoció 18 zonas de España como regiones productoras de vino al amparo de la mención Denominación de Origen. La legislación más reciente al respecto, tras el ingreso de España en 1986 en la Comunidad Económica Europea (CEE), que desarrolló la Organización Común del Mercado Vitivinícola en 1999 (Reglamento (CE) 1493/1999), se concreta en la nueva Ley de la Viña y del Vino 24/2003 (BOE, 2003 ). La nueva ley propone una clasificación muy “detallada” de los vinos. Por ejemplo, en la clase de los Vinos de Calidad Producidos en una Región Determinada (VCPRD), donde se ubicaban los vinos con Denominación de Origen (DO) también aparecen los vinos con Denominación de Origen Calificada (DOC), los Vinos de Calidad con Indicación Geográfica y los Vinos de Pago.

La vida media una botella de vino sin abrir en una estantería (o bodega particular) depende fuertemente de las condiciones ambientales (ambiente oscuro, seco, pero fresco) pero también de la composición química del propio vino (que depende en parte de su calidad y envejecimiento previo en barrica, si es crianza, reserva, gran reserva, etc.). Los cosecheros son vinos para beber tras su compra, salvo contadas excepciones. Los crianza pueden aguantar bien varios años si tenemos un buen lugar para mantenerlos correctamente. Reservas y gran reservas pueden durar hasta décadas en óptimas condiciones de almacenamiento. Muchas catas profesionales de vinos vienen acompañadas de un vida media “estimada” del vino.

La clave de la conservación del vino en una bodega casera es el envejecimiento del vino en botella. Muchos son los problemas que pueden surgir si la conservación no es correcta. Por ejemplo, si el ambiente no es fresco, como el calor acelera la formación de carbamato de etilo, que es un componente carcinógeno (provoca cáncer) del vino, su efecto sobre la salud es obviamente nocivo. Un artículo interesante sobre el efecto de este componente en el envejecimiento del vino. Durante el envejecimiento de vinos tintos la formación de carbamato de etilo (uretano) se realiza a partir de la etanólisis de la urea procedente del metabolismo nitrogenado de levaduras y/o de compuestos carbamílicos derivados del metabolismo de bacterias lácticas. Por supuesto, más que el impacto en la salud del envejecimiento de la botella, el consumidor está más interesado en el impacto en las cualidades sensoriales (gusto, olfato, vista) del mismo sobre el vino, que degradan su disfrute.

Bajo condiciones ideales de conservación (ambiente controlado de temperatura (fescor), oscuridad y humedad) el vino presenta teóricamente su mayor vida útil. Los factores ambientales afectan a las reacciones químicas que siguen produciendose dentro de la botella. Por ejemplo, la tasa de consumo de oxígeno se incrementa con la temperatura. La composición del vino influye también en su envejecimiento, por ejemplo, su acided y pH, los niveles de dióxido de azufre libres, las concentraciones de fenoles y de taninos. Estos últimos, los taninos, protegen al vino de su oxidación ya que actúan como antioxidantes, por lo que son uno de los factores que garantizan una amplia vida “potencial” al vino. De hecho los vinos embejecidos en barrica largo tiempo presentan mayores cantidades de taninos que los jóvenes, por ello, crianzas y reservas tienen una vida más larga que los cosecheros.

Un análisis detallado de las reacciones químicas que se producen en el interior de la botella es complejo, y en parte bastante desconocido (¿cómo influye bioquímicamente el corcho?, algunos prefieren el tapón sintético, pero yo me quedo con el primero). La composición del vino depende tanto del varietal de uva utilizada como de las condiciones de fermentación en barrica del vino en la Bodega (envejicimiento oxidativo en barrica). Pero el vino en la botella que compramos en el super o en la vinoteca, también está influido por el proceso de distribución y almacenaje desde la Bodega hasta el lugar donde es expuesto para su venta. Son especialmente importantes las variaciones o fluctuaciones de temperatura. El embalaje del vino también influye.

Bodega típica de Soria. Study of the thermal behaviour of traditional wine cellars: the case of the area of “Tierras Sorianas del Cid” (Spain).

El modelo más simple del envejecimiento de un vino en función de la temperatura es la ley de Arrhenius, que asume la tasa de activación o reactividad de una ecuación química crece exponencialmente con la temperatura. Este modelo ha sido aplicado sobre todo al envejecimiento del vino en barrica. M. Ruiz de Adana, L.M. López, J.M. Sala, “A Fickian model for calculating wine losses from oak casks depending on conditions in ageing facilities,” Applied Thermal Engineering, Volume 25, Issues 5-6, April 2005, Pages 709-718, aplican este modelo en un contexto espacio-temporal, ley de difusión de Fick, aunque como son ingenieros, se centran en las pérdidas de vino durante el envejecimiento en barrica, que provocan “pérdidas” económicas a las bodegas (se pierde entre el 1% y el 9% del vino de la barrica dependiendo de las condiciones ambientales). En concreto, su modelo predice la cantidad de vino que se pierde por difusión en las paredes de la barrica y por evaporación en el aire en función de las condiciones de temperatura, humedad relativa, y velocidad del aire en la bodega. Los parámetros del modelo difusivo desarollado son ajustados mediante datos experimentales y validados con medidas experimentales independientes.

A quien disfruta del vino quizás le guste más el artículo, sin matemáticas, de Teresa Garde-Cerdán, Carmen Ancín-Azpilicueta, “Review of quality factors on wine ageing in oak barrels,” Trends in Food Science & Technology, Volume 17, Issue 8, August 2006, Pages 438-447, que presenta en detalle el estado actual de conocimientos sobre cómo influye la composición de la madera de la barrica en la calidad del vino resultante. ¿Pero cómo influye la barrica en el futuro envejecimiento del vino en botella? Pocos estudios hay sobre este proceso, pero quizás destaque M. Del Alamo Sanz and I. Nevares Domínguez, “Wine aging in bottle from artificial systems (staves and chips) and oak woods Anthocyanin composition,” Analytica Chimica Acta, Volume 563, Issues 1-2, 23 March 2006, Pages 255-263, aunque sólo se centran en la evolución de la antocianina en la botella, mostrando que los niveles de la misma decrecen ligeramente menos si el roble de la barrica era francés comparado con el americano o el húngaro.

Burbujas en la etiqueta de botellas de vino (o un modelo simple de lubricación)

Me ha gustado la foto, portada en (c) wine blog

A veces los trabajos científicos que se leen en revistas de Matemáticas te dejan con la boca abierta… así que es preferible tener una botella de vino al lado con la que disfrutar a gusto. ¿Has observado alguna vez burbujas en una etiqueta mojada de una botella de vino? Como, por ejemplo, éstas en una botella de “clarete” australiano.

¿A qué se deben dichas burbujas? ¿Cómo actúa el agua en conjunción con el pegamento de la etiqueta para producirlas? ¿Tiene suficiente agua el pegamento para producirlas, o es necesario que la botella se encuentre un ambiente con alto grado de humedad? Por supuesto, si prefieres beber acompañado tendrás mejores cosas que preguntarte ante una buena copa de vino, pero si estás solo, por lo que sea, por qué no pensar en ello. Bueno, el artículo P. Broadbridge, G. R. Fulford, N. D. Fowkes, D. Y. C. Chan, and C. Lassig, “Bubbles in Wet, Gummed Wine Labels,” SIAM Review, Volume 41, Issue 2, Pages 363-372, 1999, nos ofrece una respuesta.

El artículo, cuya lectura es sencilla y la recomiendo a todos los interesados, muestra que la formación de burbujas en la etiqueta es debida a la absorción de agua por el papel que se encontraba disuelta en el pegamiento, acompañada dicha absorción por una expansión hidroscópico de dicho papel. La mayor parte de este agua no es absorbida por el papel sino que se evapora hacia el exterior generando las fuerzas de presión que “despegan” el papel en el centro de la burbuja. Los autores presentan un modelo de lubricación (una de las aproximaciones más sencillas en mecánica de fluidos) para las “tiras” de pegamento con la que se impregna la etiqueta en una cámara de presión que logra que ésta se pegue uniformemente en la botella. De hecho, tras el pegado, todas las etiquetas quedan “perfectamente” lisas. Sin embargo, alrededor del 5% acaban generando las tan temidas burbujas. Para el estudio del desarrollo de la burbuja, los autores aplican la teoría del pandeo (buckling) de estructuras mecánicas elásticas para explicar cómo la expansión del papel genera la burbuja. La geometría del modelo es muy sencilla, pero no por ello menos efectiva. El artículo merece la pena, ilustrando cómo un modelo matemático sencillo puede aportar mucha información sobre un problema real de importancia tecnológica (de hecho la industria enológica o vinatera australiana tiene ciertas pérdidas achables a devoluciones de lotes de botellas en las que aparecen estas burbujas con mayor frecuencia estadística de la habitual, ocurre en 1 de cada 20 cajas de botellas).

Es bonito la historia de este artículo. En un congreso organizado por el Grupo de Estudio de Problemas Matemáticos en la Industria Australiano (en concreto, el 1996 “Australian Mathematics-in-Industry Study Group, MISG) fueron invitados diferentes representantes de la industria que ofrecieron a los 160 matemáticos participantes problemas que ellos consideraban interesantes y a la vez importantes. Herbert Hruby, de las bodegas Southcorp Wines Pty. Ltd., presentó este problema. Los matemáticos se repartieron en grupos que se reunieron en varias sesiones regularmente con objeto de resolver este problema, y otros también propuestos. Este problema en concreto atrajo a una docena de matemáticos a “tiempo completo” y al menos otros doce que “revolotearon” por varios problemas.