Cómo analizar vino en el colegio Teach article

Traducido por los Alumnos del Máster de Traducción (Universidad de Zaragoza). Más de la mitad del vino mundial se produce (y buena parte también se bebe) en Europa. Con estas actividades prácticas, descubriremos que tras el vino perfecto se oculta una buena dosis de ciencia.

Aunque la edad legal para beber alcohol varía de un país a otro, la mayoría de los educadores coinciden en que beber vino en clase de química resulta improcedente, además de potencialmente peligroso. Sin embargo, producir y analizar vino en clase puede ser divertido y didáctico. Estas actividades, desarrolladas en el centro científico Experimenta^w1, invitan a los estudiantes de entre 15 y 18 años a convertirse en vinicultores por un día a través de la aplicación de técnicas de análisis que exploran los cambios producidos durante el proceso elaboración del vino.

El vino se produce por la fermentación del zumo de uva (que presenta unos niveles particularmente altos de azúcares) gracias a unas levaduras especializadas. En condiciones anaeróbicas, los azúcares se convierten en etanol y dióxido de carbono:

C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 Pi = 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + 2 ATP

Los tres factores principales que determinan la calidad del producto final son el dulzor, la graduación alcohólica y la acidez. Mediante el empleo de técnicas convencionales de los laboratorios de vino comercial, estas tres actividades creadas para el laboratorio escolar exploran de qué manera la calidad del zumo de uva del que partimos y la del mosto (zumo de uva en fermentación) afectan al producto final. Cada actividad dura entre 20 y 30 minutos.

1. En la actividad 1, los estudiantes determinarán el contenido de azúcares del zumo de uva gracias a la refractometría. La actividad 1.a (ver más abajo) ofrece una alternativa basada en la medición de la densidad.
2. El contenido de alcohol de los vinos comerciales puede determinarse con exactitud mediante la destilación del etanol y la medición de la viscosidad del líquido resultante gracias al empleo de un instrumental sofisticado. En la actividad 2, los estudiantes pueden utilizar un vinómetro, el aparato que los vinicultores aficionados usan para medir el grado alcohólico del mosto y del vino.
3. Un vino equilibrado necesita una pequeña cantidad de ácidos frutales. La cantidad total de ácido es muy importante, ya que incide directamente en el sabor del vino. En la actividad 3, se determina la cantidad de ácido mediante una titulación basada en el pH.

Otras cuatro actividades que puedes descargar^w2:

• Actividad 1.a: como alternativa a la actividad 1, los estudiantes pueden determinar el contenido de azúcares del zumo de uva mediante la medición de la densidad en lugar de hacerlo por refractometría.
• Una forma útil de monitorizar el progreso de la reacción es medir los niveles de dióxido de carbono, uno de los productos de la fermentación. En la actividad 4, los estudiantes cuantifican los niveles de CO₂ durante este proceso agitando la solución para extraer el gas.
• En la actividad 5, los alumnos utilizan la transmitancia lumínica para comprobar el efecto que tiene la floculación (adición de sustancias que clarifican el vino a partir de la precipitación) en la turbidez del producto final.
• En la actividad 6, los estudiantes examinan en el microscopio las levaduras intervinientes en la fermentación.

Para obtener el mosto necesario en estos experimentos, solo hay que hacer fermentar previamente el zumo de uva, durante al menos un día. El zumo de uva, preferentemente tinta, puede comprarse en el supermercado. También se necesitará material de laboratorio básico, además de un vinómetro para medir el contenido de alcohol, un picnómetro (también conocido como botella de gravedad específica) y un refractómetro. Puedes descargar las instrucciones sobre cómo preparar la fermentación^w2.

Determinar el contenido de azúcares

El dulzor del vino está determinado por la cantidad de azúcares que permanecen tras la fermentación, junto con su grado de acidez. Un vino seco contiene menos de 9 g/l de azúcares y tiene un grado de acidez al menos 2 g/l más bajo que el contenido de azúcares. Un vino semiseco tiene un contenido de azúcares de entre 9 y 18 g/l y un grado de acidez que no debe estar a más de 10 g/l por debajo del contenido de azúcares. Un vino dulce tiene entre 18 y 45 g/l de azúcares. Para garantizar un equilibrio adecuado entre azúcares, acidez y alcohol en el vino resultante, es importante determinar la concentración inicial de azúcares. En caso necesario, se pueden añadir cantidades controladas de azúcar antes de la fermentación.

La mayor densidad del mosto en comparación con el agua se debe principalmente a los azúcares fermentables. Las mediciones de la densidad o la refractometría pueden utilizarse para medir el contenido de azúcares. En Alemania, esto se expresa como «peso del mosto» y se mide en grados Oechsle (°Oe). En el mundo anglosajón, el contenido de azúcares se expresa en grados Brix (°Bx), y representa la concentración de azúcares disueltos en relación al peso (% en peso).

El peso del mosto se calcula de la siguiente manera:

Peso del mosto = (densidad – 1) x 1000

Donde el peso del mosto se mide en °Oe y la densidad en g/l.

Aproximadamente, 1 °Oe equivale a 2,37 g/l de azúcares (es decir, unos 0,237 °Bx o 0,132 °Bé). Por lo tanto, la concentración de azúcares será:

Concentración de azúcares = peso del mosto x 2,37

Donde la concentración de azúcares se mide en g/l.

La fermentación de todos los azúcares en una solución de 100 °Oe (concentración de azúcares de 237 g/l o 23,7 °Bx) genera aproximadamente 100 g/l de etanol (o 10 % en peso de alcohol). Como el etanol tiene una densidad de 0,79 g/ml, esto da un 12,67 % en volumen de etanol. Por lo tanto:

Concentración de alcohol (en % en volumen) = concentración de alcohol (en g/l) x 0,1267

Actividad 1: determinar el contenido de azúcares utilizando un refractómetro

La cantidad de azúcares en el zumo de uva determinará tanto el contenido de alcohol como el dulzor final del vino. En esta actividad, tendrás que utilizar el índice de refracción para valorar el contenido de azúcares.

La refracción es el cambio de dirección de la luz cuando pasa de un medio a otro (p. ej., del aire al agua). Esta tendencia de las disoluciones a desviar un haz de luz cambia a medida que aumenta la concentración de soluto (sustancias disueltas). Un refractómetro utiliza este principio para determinar la concentración de soluto en una disolución. En el vino, se trata fundamentalmente de sacarosa.

La mayoría de los refractómetros portátiles leen la concentración de sustancias disueltas tanto en grados Brix (°Bx), una escala graduada en función del contenido de sacarosa, como en grados Oechsle (°Oe). Una solución acuosa al 20 % en peso de sacarosa tiene 20 °Bx. El grado Oechsle puede transformarse aproximadamente en grado Brix si se multiplica por 0,237.

Materiales

• Refractómetro
• Solución de sacarosa al 20% en peso
• Zumo de uva
• Papel absorbente
• Pipeta

Procedimiento

1. Utiliza la pipeta para echar dos gotas de la solución de sacarosa en la superficie de cristal del refractómetro y cierra la tapa.
2. Realiza una lectura a través del ocular y anota los datos en la tabla 1.

3. Limpia la superficie de cristal con una toallita empapada en agua destilada y sécala a continuación.
4. Repite la medición con zumo de uva.
5. Calcula los valores omitidos de la tabla 1 utilizando las ecuaciones anteriores.

Tabla 1: Cálculo del contenido de azúcares de las muestras

	Sacarosa al 20 % en peso	Zumo de uva
Peso del mosto (°Oe)
Concentración de azúcares (°Bx)
Producción de alcohol estimada (% en volumen)

Preguntas

1. ¿Hay diferencia entre el valor que has obtenido en la solución de sacarosa y el que se esperaba? Si es así, ¿cuánta?
2. ¿Han sido reproducibles tus mediciones? Compáralas con las de otros grupos.
3. Si también has realizado la actividad 1.a, ¿hay diferencia entre los resultados obtenidos mediante los dos métodos, densidad y refractometría?
4. Lo normal es que el vino tenga aproximadamente un 12 % en volumen de alcohol. Calcula cuánta azúcar habría que añadir al zumo de uva para obtener ese 12 % vol.

Actividad 2: determinar el contenido de alcohol

La cantidad de alcohol que se obtiene durante la fermentación depende del contenido de azúcares del zumo de uva y la tolerancia al alcohol de la cepa de levadura. La mayoría de cepas toleran hasta un 16 % de alcohol. La cantidad de alcohol se puede medir con bastante exactitud mediante el empleo de un vinómetro, un aparato muy sencillo destinado a vinicultores aficionados. Se basa en el principio de que la tensión superficial decrece conforme aumenta el contenido de alcohol.

En esta actividad, medirás el contenido de alcohol del mosto.

Materiales

• Filtro de café
• Embudo
• Vasos de precipitados
• Mosto
• Vino
• Vinómetro
• Pipeta
• Papel absorbente
• Agua destilada

Procedimiento

1. Filtra 20 ml de mosto a través de un filtro de café para eliminar posibles restos de levaduras.
2. Coloca una pequeña cantidad del líquido filtrado en el embudo del vinómetro (figura 2B) y espera hasta que se llene el capilar. Reserva el resto del líquido filtrado para la actividad 3.
3. Con mucho cuidado, da la vuelta al vinómetro y colócalo sobre una capa de papel absorbente. Observa el nivel de líquido mientras van cayendo las gotas (figura 2C). Cuando se estabilice, lee el resultado y anótalo en la tabla 2.
4. Limpia el vinómetro con agua destilada y repite la medición empleando el vino.

Tabla 2: Determinación del contenido de alcohol mediante un vinómetro

	Contenido de alcohol (% vol.)
Mosto (filtrado)
Vino

Nota: Probablemente, el contenido de alcohol del mosto sea mucho menor que el del vino. Esto puede deberse a que el proceso de fermentación no ha concluido. También puede indicar que los azúcares residuales han hecho aumentar la tensión superficial del líquido, lo que influye en la medición.

Preguntas

1. En la actividad 1, has determinado la concentración de azúcares en el zumo de uva. Basándote en este dato, ¿esperabas un contenido de alcohol más alto en el vino?
2. Si la fermentación hubiese durado más tiempo, ¿piensas que el contenido de alcohol hubiera sido más alto?

Contenido total de ácido

Los zumos de fruta pueden contener porcentajes variados de diferentes tipos de ácido, como el tartárico, málico, cítrico u oxálico, según el tipo de fruta de que se trate. En el vino predomina el ácido tartárico, cuyo pH oscila entre 3 y 4. Sin embargo, la compleja mezcla de distintos ácidos, bases, proteínas y sales hace que no se pueda estimar el contenido de ácido total mediante una simple medición del pH. En vez de ello, se determina mediante una titulación en la que se neutraliza el reactivo y se expresa como la cantidad total equivalente de ácido tartárico en g/l. El contenido de ácido en el vino suele ser entre 4 y 8,5 g/l, pero puede alcanzar los 15 g/l. Siempre hay que relacionarlo con la cantidad de azúcares que permanecen en el vino (ver «Determinar el contenido de azúcares»).

El ácido tartárico (cuya masa molecular es de 150 g/mol) es un ácido diprótico (es decir: contiene dos átomos de hidrógeno por molécula que pueden disociarse en el agua en forma de protones). Este ácido puede neutralizarse con hidróxido sódico. Como 1 mol de NaOH neutraliza 0,5 moles de ácido tartárico (75 g), 1 ml de disolución 0,1 M de NaOH neutralizará 7,5 mg de ácido tartárico.

HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH + 2NaOH → Na⁺-OOC-CH(OH)-CH(OH)-COO^– Na⁺ + 2H₂O

Actividad 3: Determinación de la acidez mediante titulación

Todos los vinos contienen una cierta cantidad de ácido. A los vinicultores les preocupa la acidez total, producida principalmente por el ácido tartárico. La acidez total se determina mediante una titulación con hidróxido sódico diluido.

Materiales

• pH-metro
• Agitador magnético
• Vaso de precipitados (250 ml)
• Dos probetas (de 10 y 100 ml)
• Bureta
• Solución de NaOH (0,1 M)
• Agua destilada
• 10 ml de mosto (filtrado, de la actividad 2)
• 10 ml de vino

Procedimiento

Para cada muestra (mosto o vino):

1. Llena la bureta con la solución de NaOH. Anota el volumen inicial en la tabla 3.
2. Mide 10 ml de la muestra y viértela en el vaso de precipitados de 250 ml. Añade 100 ml de agua destilada.
3. Pon en marcha el agitador magnético e inserta el electrodo del pH-metro de manera que el extremo se sumerja en la muestra sin tocar las paredes del vaso ni el núcleo del agitador.
4. Añade la solución de NaOH gota a gota hasta que se alcance un pH neutro. Anota la medida de la bureta en la tabla 3.
   • ¿Has observado algún cambio de color?
   • Si es así, ¿con qué valor del pH?
   • ¿Cuál podría ser la causa de un cambio de color?
5. Calcula la cantidad de NaOH empleada y la concentración de ácido.

Ejemplo: Hemos usado 14 ml 0,1 M de NaOH para neutralizar 10 ml de solución. Por lo tanto, la concentración de ácido es (14 x 7,5 mg/ml x 100) = 10,5 g/l.

Tabla 3: Determinación de la acidez total

	Mosto	Vino
pH inicial
Volumen inicial de NaOH (ml)
Volumen final de NaOH (ml)
Volumen de NaOH empleado (ml)
Concentración de ácido (g/l)

 

Nota de seguridad

Utiliza gafas y guantes protectores. Lee también la advertencia general de seguridad.

 

Preguntas

Durante las actividades 1 a 3, has analizado los tres factores más importantes que determinan la calidad final del vino: dulzor, grado alcohólico y acidez. Ahora ha llegado el momento de evaluar el producto.

1. ¿Está la acidez total dentro de los límites establecidos para la producción de vino?
2. ¿Había suficiente concentración inicial de azúcares en el zumo de uva como para alcanzar el grado alcohólico esperado?
3. ¿Cuánto piensas que tendría que durar la fermentación hasta concluir el proceso?

Agradecimientos

El autor desea agradecer al laboratorio vinícola Pfäffle GmbH de Heilbronn, en Alemania, el apoyo prestado durante el desarrollo de estas actividades. También le gustaría agradecer de forma especial la colaboración de Christine Dietrich y Karsten Wiese, del centro de formación del profesorado de Heilbronn.