White wine continuous protein stabilisation: industrial viablity

dc.contributor Universitat Rovira i Virgili. Departament d'Enginyeria Química
dc.contributor.author Salazar González, Fernando Noé
dc.date.accessioned 2011-04-12T18:02:02Z
dc.date.available 2008-04-18
dc.date.issued 2008-01-25
dc.date.submitted 2008-02-26
dc.identifier T-388-2008
dc.identifier.isbn 9788469127032
dc.identifier.uri http://www.tdx.cat/TDX-0226108-130305
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10803/8556
dc.description.abstract Las proteínas térmicamente inestables que están presentes en uvas, jugos de uva y vinos podrían llegar a ser insolubles y precipitar causando la formación de turbidez o precipitados indeseables en vinos blancos después del embotellado durante el almacenamiento.
La turbidez proteica en vinos blancos es evitada tradicionalmente, mediante la adición de bentonita, aunque esta técnica presenta algunas desventajas tales como efectos negativos sobre las propiedades sensoriales del vino debido principalmente a la remoción de componentes aromáticos o gustativos y por la merma de vino, debido al gran aumento de volumen y poder de sedimentación de la bentonita. Además, el recurso humano, los tiempos de proceso y la descarga de residuos al ambiente sigue siendo una inmensa preocupación, debido a los significativos costos asociados a la salud y seguridad laboral, y así como también las responsabilidades y obligaciones legales de la industria en material de impacto ambiental. Es estimado que los costos del uso de la bentonita en la industria del vino a nivel mundial son del orden de los 300-500 millones de dólares por año. Por lo tanto es necesario el desarrollo de nuevas tecnologías alternativas a la bentonita que sean económicamente viables y que mantengan la calidad del vino, así como también la generación de un menor impacto ambiental. No obstante, nuevas técnicas exitosas a nivel industrial aun no han sido desarrolladas, por que afectan la calidad del vino o porque su aplicación no es viable económicamente bajo normales condiciones de operación de producción de vino. Por lo tanto, es muy atractivo investigar la viabilidad de nuevas prácticas que tengan un menor impacto sobre el ambiente y sean económicamente viables.
Por esa razón la principal motivación de nuestra investigación ha sido estudiar la viabilidad industrial de una tecnología alternativa al uso de la bentonita, la cual permita remover proteínas inestables de los vinos blancos usando zirconia como material adsorbente. Además, nosotros nos hemos concentrado en el desarrollo de un proceso continuo que permita conseguir vinos estables proteicamente sin afectar sus propiedades fisicoquímicas y sensoriales, probando diferentes técnicas de regeneración del material adsorbente.
Primeramente nosotros hemos estudiado la estructura, morfología y propiedades superficiales de la zirconia, así como también su capacidad de adsorción para remover proteínas inestables de vinos blancos, aplicando tratamientos regenerativos químicos y térmicos. Después hemos comparado las propiedades fisicoquímicas y sensoriales de un vino blanco estabilizado proteicamente mediante zirconia y bentonita.
Además, nosotros hemos desarrollado un proceso híbrido integrando un proceso de adsorción en columna y un proceso de microfiltración tangencial de vino, para conocer los efectos de este nuevo proceso sobre el ensuciamiento de la membrana y la estabilidad proteica del vino.
Por otro lado, nosotros también hemos aplicado un nuevo proceso de estabilización proteica de vino base para cava, comparando los resultados con el método tradicional usando bentonita como agente estabilizante y observando los efectos de ambos tratamientos sobre la calidad de la espuma y las fracciones proteicas del vino. Finalmente, hemos aplicado el nuevo proceso de estabilización proteica a escala industrial, empacando zirconia sobre una columna fija y realizando el proceso mediante sistema continuo y discontinuo.
Los resultados demuestran que la zirconia puede ser regenerada química o térmicamente, que sus propiedades físicas, morfológicas y químicas no son alteradas y que incluso su capacidad de adsorción proteica podría ser aumentada probablemente producto de la adsorción de algunos componentes o centros activos derivados de las proteínas del vino.
A través del proceso híbrido ha sido posible conseguir vinos estables proteicamente y aumentar la densidad de flujo del permeado durante la microfiltración del vino. De hecho, hemos observado que la reducción de proteínas mediante la adsorción en columna usando zirconia también ocurre durante la microfiltración tangencial, por lo tanto ambos procesos pueden actuar conjuntamente en la reducción y estabilización proteica.
Por otro lado, comparando las propiedades fisicoquímicas y sensoriales de vinos blancos estabilizados proteicamente mediante zirconia y bentonita, podemos afirmar que los mejores resultados son conseguidos usando zirconia como agente estabilizante.
La estabilización proteica de vinos blancos en continuo también puede ser útil para estabilizar vinos base para cava, ya que comparando la calidad de la espuma de un vino base para cava tratado con zirconia y bentonita, los resultados demuestran que la calidad de la espuma de aquellos vinos bases es mejor usando zirconia, ya que la adicción de bentonita produce considerables efectos negativos sobe la calidad de la espuma.
Finalmente, los resultados obtenidos a escala industrial, muestran que es viable la estabilización proteica de vinos blancos usando zirconia como material adsorbente ya sea mediante un sistema continuo o discontinuo sin afectar la calidad del vino inicial.
dc.description.abstract Heat-unstable soluble proteins in grapes, grape juices and wines may become insoluble and precipitate causing the formation of undesirable hazes or deposits in white wines after bottling and during storage.
Proteins are commonly prevented from forming hazes with bentonite, though this technique does have drawbacks: for example, the sensory properties of the wine are affected adversely because flavour compounds are removed and wine volume is lost as lees because of the swell and settling of the bentonite. In addition, the handling and disposal of spent bentonite continues to be a concern, because it involves high labour input and the associated costs, occupational health and safety issues, and the wine industry's environmental responsibilities and legislative requirements. It is estimated that the cost of bentonite fining to the wine industry worldwide is in the order of US$300-500 m per annum. Alternative fining technologies to bentonite, which are economically viable and maintain wine quality, are currently being sought. However, no successful techniques have been developed to date: all the attempts so far have either affected the quality of the wine or not been economically viable under standard winemaking conditions. Therefore, research on the implementation of new practices that have a less negative impact on the environment and are economically viable is particularly challenging.
For this reason the aim of this thesis was to study the industrial viability of an alternative technology to bentonite fining which enables unstable proteins to be removed from white wines using zirconia as the adsorbent material. We also attempted to develop a continuous process, which stabilizes wine protein without having any negative effects on the physicochemical and sensory properties of the wine. Likewise we tried to make the process have a lower environmental impact by testing various regenerative treatments of the adsorbent material.
First we studied the structure, morphology and surface properties of the zirconia and its capacity to remove unstable proteins from white wine versus thermal and chemical regeneration treatments. Subsequently we compared the physicochemical and sensory properties of a white wine fined by zirconia and bentonite.
To further our understanding of the effect on membrane fouling and wine protein stability, we developed a hybrid process consisting of in-column adsorption with crossflow microfiltration. We also applied this new method to stabilize the base sparkling wine and compared the results with the conventional method of using bentonite as the fining agent to see the effects of the treatments on the foam quality and protein fractions. Finally, we applied the new method on an industrial scale by packing zirconia into a fixed bed column and by using the batch and continuous systems.
The results show that the zirconia can be regenerated by thermal and chemical treatments, and that its physical, morphological and chemical properties are not altered. In fact its protein adsorption capacity can increase probably because some compounds or active centres derived from wine proteins are absorbed.
The hybrid process was used to increase the permeate flux during crossflow microfiltration and stabilize wine proteins. We observed that proteins were reduced when the zirconia column adsorption was used during the crossflow microfiltration. Therefore both processes may act together.
By comparing the physicochemical and sensory analyses of white wine proteins stabilized by zirconia and bentonite, we found that results were best when zirconia was used.
The continuous protein stabilization of white wines by zirconia may also be useful for stabilizing proteins in base sparkling wines. Treating base sparkling wines with zirconia definitely gives better foam quality than with bentonite.
Finally the results obtained in our industrial scale experiment showed that white wine continuous protein stabilization with zirconia as the adsorbent material is not only viable in both the continuous and batch systems, it also leaves the quality of the wine unchanged.
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso eng
dc.publisher Universitat Rovira i Virgili
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dc.source TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
dc.subject entonite
dc.subject unstable wine protein;adsorption;white wine; zirco
dc.title White wine continuous protein stabilisation: industrial viablity
dc.type info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dc.type info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.subject.udc 62
dc.subject.udc 663/664
dc.local.notes francisco.lopez@urv.cat
dc.contributor.authoremail fernando.salazar@urv.cat
dc.contributor.director López Bonillo, Francisco
dc.rights.accessLevel info:eu-repo/semantics/openAccess



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