DESTILADOS DE KIWI: EFECTO DEL SISTEMA DE DESTILACIÓN EN EL PERFIL AROMÁTICO DE COMPUESTOS MAYORITARIOS.

Transcripción

1 DESTILADOS DE KIWI: EFECTO DEL SISTEMA DE DESTILACIÓN EN EL PERFIL AROMÁTICO DE COMPUESTOS MAYORITARIOS. Arrieta-Garay Y. 1, López-Vázquez C. 2, Blanco P. 2, Pérez-Correa J.R. 3, Orriols I. y López F. *1 1 Departament d Enginyeria Química, Facultat d Enologia, Universitat Rovira i Virgili, Campus Sescelades, Tarragona, España. francisco.lopez@urv.cat 2 Estación de Viticultura e Enoloxía de Galicia (EVEGA-INGACAL), Leiro, Ourense, España. 3 ASIS, Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile. Palabras clave: Aguardiente, kiwi, alambique Charentais, columna de relleno, aromas RESUMEN En este trabajo se evalúa la influencia del sistema de destilación (alambique Charentais y columna de relleno) en el contenido en compuestos volátiles mayoritarios en aguardientes de kiwi obtenidos a partir de la fermentación de la fruta con dos levaduras seleccionadas diferentes (EC1118 y K6) y fermentación espontánea. La composición de los compuestos aromáticos mayoritarios de los destilados se realizó mediante cromatografía de gases con detector de ionización (CG-FID), y a los mismos se ha aplicado análisis de componentes principales. Los aguardientes obtenidos con la columna de relleno presentaron concentraciones menores de acetaldehído (compuesto tóxico) y compuestos negativos desde el punto de vista organoléptico (e.g. acetatos de etilo y metilo) que los obtenidos con el alambique Charentais. La composición de alcoholes superiores fue mayor en alambique, mientras que para los ésteres de cadena corta (c6-c10) sucedió lo contrario, aspecto que da un carácter más frutal a los destilados obtenidos con columna. No obstante, estos destilados mostraron una concentración de metanol superior a los obtenidos en alambique (orden 10%), sin sobrepasar el límite máximo permitido por la legislación europea. En conclusión, con la columna de relleno se obtienen destilados más afrutados y con menor concentración en general de compuestos negativos. INTRODUCCIÓN En los últimos años, la producción de kiwi (Actinidia chinensis) ha aumentado considerablemente en España, principalmente en Galicia. Por lo que es necesario encontrar alternativas a los excedentes generados. La utilización de kiwi como materia prima sería una opción interesante para obtener un destilado con un valor añadido considerable. Los estudios para obtener bebidas alcohólicas utilizando el kiwi como materia prima son escasos en la literatura. Soufleros et al. (2001) evaluaron la composición de compuestos volátiles, ácidos orgánicos, azúcares y glicerol en un vino de kiwi. Encontraron diferencias en la composición de los vinos de kiwi respecto a los vinos producidos a partir de la uva en que tenían mayores concentraciones de metanol, y menores concentraciones de ésteres, mientras que en alcoholes superiores la composición fue similar. Sensidoni et al. (1997) obtuvieron aguardientes de kiwi a partir de la destilación del producto resultante de la fermentación de zumo de kiwi enriquecido con mosto de uva rectificado y con adición de enzimas pectolíticas. La destilación la realizaron a dos de presiones de operación diferentes: presión reducida y presión atmosférica. Las condiciones del proceso de destilación llevado a cabo a presión reducida afectaron positivamente la composición de los destilados de kiwi, sin embargo el aroma característico del fruto de kiwi no fue detectado a nivel sensorial en ambos destilados obtenidos a presión reducida y presión atmosférica. En un estudio más reciente (López- Vázquez et al., 2012a) se ha evaluado la composición aromática de aguardientes de kiwi fermentados con dos cepas diferentes de Saccharomyces cerevisiae (una cepa comercial y una cepa autóctona). Se concluyó que la levadura autóctona consigue destilados más

2 aromáticos y que el kiwi es una materia prima adecuada para obtener aguardientes característicos. La mayor parte de los compuestos volátiles presentes en los aguardientes, son formados durante la fermentación. La levadura usada, entre otras condiciones de la fermentación, influye en la formación de estos compuestos. Lo cual ha sido observado por Schehl et al. (2004) en aguardientes de pera, cereza y ciruela, Arrizon et al. (2006) en destilados producidos a partir de higos chumbos y Garcia-Llobodanin (2008) en aguardientes de pera Blanquilla. La técnica de destilación también tiene un papel preponderante en la composición y calidad final del destilado. En relación a esto, se han encontrado estudios con aguardientes de frutas como el kiwi (López-Vázquez et al., 2012), melón (Hernández-Gómez et al., 2003) y pera (Garcia-Llobodanin et al., 2008, 2010, 2011). En este estudio, se compara la influencia en el perfil aromático de destilados de kiwi obtenidos a partir de frutos de kiwi fermentados con tres levaduras diferentes y destilado cada uno en dos sistemas de destilación: alambique Charentais y columna de relleno. MATERIAL Y MÉTODOS Preparación de la materia prima. Se escogieron frutos de kiwi cultivados en Galicia (España) en la cosecha Los frutos fueron tratados siguiendo el procedimiento descrito en López-Vázquez et al. (2012), sin tratamiento enzimático. En resumen los frutos fueron lavados y triturados, posteriormente fueron divididos en 6 lotes de 55 kg y almacenados en 6 tanques de fermentación de 50 L. Luego se añadieron 35 mg/l de SO 2 para su conservación. Fermentación. Se llevaron a cabo dos fermentaciones inducidas (por duplicado) y una fermentación espontánea. En las fermentaciones inducidas se usaron dos cepas de levadura Saccharomyces cerevisiae diferentes: EC1118 (levadura seca activa de Lallemand, Zug, Switzerland) y K6 (colección EVEGA, Leiro, Ourense, España). Todas las fermentaciones se llevaron a cabo a temperatura ambiente. Los fermentados de kiwi fueron almacenados a 4 ºC hasta destilación y caracterización química de los destilados. Destilación alambique. La destilación en alambique se llevó a cabo en un alambique de cobre Charentais de 50 L de capacidad. Se destilaron en total 50 kg de los kiwis fermentados usando llama directa como fuente de calor y agua de la red como refrigerante en el condensador total. La potencia de calor se ajustó de tal forma que el caudal medio de destilación fuera de 8 ml/min. Los primeros 300 ml de destilados fueron recolectados como cabeza, el corazón fue recolectado hasta alcanzar 40% v/v en etanol, y la cola se recolectó hasta que la concentración de etanol alcanzó 28% v/v. Las destilaciones se realizaron por duplicado para cada vino. Destilación columna. Los kiwis fermentados fueron destilados en una columna de destilación de relleno con una caldera de 50 L de capacidad. Para cada destilación se utilizaron 50 kg de kiwi fermentados. Primero se recolectaron 4 muestras de 25 ml, seguida por muestras de 50 ml. Basándose en análisis organoléptico, la fracción cabeza fue definida como los primeros 50 ml, la fracción Corazón los siguientes 500 ml y la cola los últimos 350 ml. Análisis CG. Los destilados obtenidos fueron analizados por cromatografía de gases con detector de ionización de llamas (GC-FID). Se utilizaron dos columnas: una columna capilar CP-WAX-57 CB (Varian) para la separación de alcoholes superiores de acuerdo al método descrito en estudios previos (López-Vázquez et al., 2010a), y una columna capilar Supelcowax 10 para los ésteres c6-c10, usando el método descrito por López-Vázquez et al. (2010b).

3 Análisis estadístico. Se llevó a cabo un análisis de componentes principales con las concentraciones de los compuestos volátiles identificados usando el paquete estadístico SPSS (versión 15.0). RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Tabla 1 se muestran las composiciones de los 21 compuestos mayoritarios identificados en este trabajo. También se indica el grado alcohólico de los corazones obtenidos en las diferentes destilaciones. Tabla 1. Concentración (g/hl p.a.) de compuestos volátiles mayoritarios en destilados de kiwi obtenidos en alambique Charentais y columna de relleno con tres levaduras ALAMBIQUE COLUMNA levadura EC1118 K6 espontánea EC1118 K6 espontánea mean±sd mean±sd mean±sd mean±sd mean±sd mean±sd etanol ( % v/v) metanol ± ± ± ± ± ±0.06 acetato de etilo ± ± ± ± ± ±0.10 acetato de metilo 3.35± ± ± ± ± ±0.01 acetaldehído 12.86± ± ± ± ± ±0.01 acetal 7.60± ± ± ± ± ± 0.01 Σ acetaldehído + acetal propanol 40.94± ± ± ± ± ± metil-1-propanol ± ± ± ± ± ± butanol 3.86± ± ± ± ± ± butanol 5.06± ± ± ± ± ± metil-1-butanol ± ± ± ± ± ± metil-1-butanol ± ± ± ± ± ±0.15 Σ alcoholes superiores alcohol alílico 0.10± ± ± ± ± ± feniletanol 14.51± ± ± ± ± ±0.51 lactato de etilo 20.57± ± ± ± ± ±0.02 hexanol 3.59± ± ± ± ± ±0.00 isobutiraldehído 0.04±0.01 LOD LOD LOD LOD LOD formiato de etilo 1.55± ± ± ± ± ±0.01 acroleína 0.26± ± ± ± ± ±0.04 hexanoato de etilo 0.32± ± ± ± ± ±0.06 octanoato de etilo 1.01± ± ± ± ± ±0.07 decanoato de etilo 1.95± ± ± ± ± ±0.20 Σ esteres SD: desviación estándar. LOD: limite de detección (mg/l) Como se observa en la Tabla 1, el grado alcohólico es mayor en los destilados obtenidos con la columna de relleno, ya que por el mayor fraccionamiento con este sistema de destilación se obtienen destilados más ricos en alcohol. Esto también fue observado por García- Llobodanin et al. (2010) y García-Llobodanin et al. (2011) en destilados de pera. El contenido de metanol es ligeramente superior en los destilados obtenidos con la columna (orden del 10%), aunque ninguno de ellos sobrepasa el límite máximo permitido en metanol de 1000 g/hl p.a. legislado por el Reglamento Europeo EC nº 110/2008. Los valores obtenidos son inferiores a los obtenidos con la misma variedad de kiwi por López-Vázquez et al. (2012), ya que en estas muestras no se ha hecho tratamiento enzimático. En lo que respecta a compuestos típicos de cabeza como acetato de etilo, acetato de metilo y acetaldehído, los destilados obtenidos en la columna muestran concentraciones inferiores a los destilados obtenidos en alambique. Entre estos, se observa en la Tabla 1 que la concentración de acetato de etilo en los destilados obtenidos en alambique (140g/hL a 179g/hL p.a.) está cerca del umbral de percepción 180g/hL p.a. (Soufleros et al., 2004),

4 mientras que los valores obtenidos en la columna ( g/hl p.a.) son mucho más bajos. Esto puede deberse a la rectificación en la columna que hace que estos compuestos se enriquezcan en la fracción inicial, reduciendo su concentración en los corazones (García- Llobodanin et al., 2010). A nivel de levaduras, en ambos sistemas de destilación, los destilados obtenidos por fermentación espontánea presentan mayor concentración de los acetatos de etilo y metilo comparado con las levaduras EC1118 y K6, presentándose con ésta última los valores más bajos. Los valores de acetaldehído son más bajos que los obtenidos en estudios previos con kiwi (López-Vázquez et al., 2012) y en destilados obtenidos a partir de moras (Morus nigra L.) y madroño (Arbutus unedo L.) (Soufleros et al., 2004, Soufleros et al., 2005). En este estudio, los destilados obtenidos en alambique se caracterizaron por ser más ricos en alcoholes superiores a nivel general, que los destilados obtenidos en columna. Esto concuerda con los datos obtenidos por García-Llobodanin et al. (2010) en aguardientes de pera. Aunque la suma total de alcoholes superiores en ambos sistemas es mayor a los datos encontrados en estudios previos con destilados de kiwi (López-Vázquez et al., 2012, Sensidoni et al., 1996) y en destilados obtenidos a partir de otros frutos como la pera (García-Llobodanin et al., 2007, 2010). Esto puede deberse al metabolismo de levaduras de fermentación empleadas en este estudio. La mayor influencia a nivel de sistemas se obtuvo en los alcoholes isoamílicos, 2-metil-1-propanol, compuestos que imparten cuerpo al destilado y 2-butanol, compuesto con aromas desagradables. A nivel de levaduras no se ve una clara influencia, excepto en 1-propanol que es mayor cuando se fermenta con la levadura comercial EC1118. El hexanol es un compuesto de origen varietal. Cuando excede g/hl p.a., se puede percibir aromas herbales desagradables (Cantagrel et al., 1997). Las concentraciones obtenidas en este estudio no superan éste límite y con la columna de destilación se obtienen aguardientes con menor concentración de este compuesto. Los valores obtenidos en este estudio son inferiores a lo reportado por López-Vázquez et al., (2012) en aguardientes de kiwi de la misma variedad destilados en alambique. Lactato de etilo y 2-feniletanol, compuestos típicos de cola, tienden a ser menores en los aguardientes de kiwi obtenidos con la columna. Los datos obtenidos en este estudio son superiores a lo reportado por López-Vázquez et al., (2012) en kiwi y similares a lo encontrado por García-Llobodanin et al., (2007) en pera. Se observa también que la concentración en ésteres frutales (c6-c10) fueron 2 o 3 veces más alto en los aguardientes obtenidos con la columna de relleno. De igual forma, los destilados obtenidos con la levadura K6 presentan mayor cantidad de estos compuestos. Nuestros resultados soportan estudios previos realizados con destilados de frutas notando que las destilaciones obtenidas en columna enriquecen los aromas afrutados comparado con las destilaciones en alambique (García-Llobodanin et al., 2010, 2011; López-Vázquez et al., 2011) Finalmente, para determinar la influencia del sistema de destilación y/o de la levadura usada, se llevó a cabo un análisis de componentes principales (PCA) con las diferentes composiciones de los aguardientes. En la Tabla 2 se muestran los resultados de los cuatro componentes principales, que explican el 96.13% de la varianza. Los primeros dos componentes (CP1 y CP2), que explican el 51.4% y 21.9% respectivamente de la varianza, se han representado en la Figura 1. CP1 separa los aguardientes de kiwi de acuerdo al sistema de destilación por mayores valores en acetato de etilo, hexanol, acetato de metilo, 2-feniletanol, 2-metil-1-propanol, 2-metil-1-butanol, 2-butanol, 3-metil-1-butanol y 1- butanol, y menores de metanol, octanoato de etilo, hexanoato de etilo, y decanoato de etilo en los aguardientes destilados en alambique. CP2 compuesto por formiato de etilo, propanol, isobutiraldehído y lactato de etilo, diferencia los aguardientes de kiwi de acuerdo a la levadura usada en la fermentación, por mayores valores de estos compuestos en los destilados obtenidos con la levadura comercial EC1118. El componente principal 3 también contribuye a diferenciar los destilados de acuerdo a la levadura por menores concentraciones de acetal y acetaldehído con la levadura K6 en comparación con la levadura EC118 y la espontánea (resultados no mostrados). PC4 no tiene ninguna influencia en cuanto a sistema de destilación ni levadura usada en la fermentación. En resumen los alcoholes superiores y los acetatos de etilo y metilo contribuyen a caracterizar los destilados obtenidos en alambique Charentais, mientras que los ésteres de cadena corta (c6-c10) son característicos de los destilados obtenidos en columna.

5 Tabla 2. Resultado de componentes principales para los compuestos volátiles analizados en la fracción corazón de los destilados obtenidos. componente principal compuesto loading varianza explicada (%) varianza total(%) acetato de etilo 0,994 hexanol 0,994 acetato de metilo 0,991 metanol -0,973 2-feniletanol 0,901 2-metil-1-propanol 0,882 PC1 2-metil-1-butanol 0,876 51,43 51,43 2-butanol 0,854 3-metil-1butanol 0,846 octanoato de etilo -0,817 hexanoato de etilo -0,778 decanoato de etilo -0,711 1-butanol 0,665 formiato de etilo 0,956 1-propanol 0,925 PC2 isobutiraldehído 0,871 21,95 73,38 lactato de etilo 0,622 alcohol alílico -0,591 PC3 acetal 0,862 acetaldehído 0, ,38 PC4 acetoína 0,971 10,75 96,13 Figura 1. Biplot de análisis de componentes principales realizado con los compuestos volátiles de aguardientes de kiwi destilados en alambique de cobre Charentais y columna de relleno

6 CONCLUSIONES El sistema de destilación ha influido en la calidad final de destilados obtenidos a partir de frutos de kiwi fermentado, obteniéndose con la columna de relleno destilados con un mayor carácter frutal y menor concentración de compuestos negativos desde el punto de vista organoléptico. La levadura K6 permitió la obtención de aguardientes de kiwi de mejor calidad, ya que presenta menores concentraciones de compuestos negativos como el acetal y acetaldehído. En trabajos futuros, estos estudios se pueden complementar mediante el análisis de otros compuestos minoritarios (alcoholes minoritarios y monoterpenoles) y evaluación sensorial. AGRADECIMIENTOS J.R.P. appreciates the support of AGAUR from the Generalitat de Catalunya through grant 2007PIV and Pontificia Universidad Católica de Chile for financial support for a sabbatical stay at Department D Enginyeria Química at Universitat Rovira i Virgili. Part of this work was financially supported by Fondecyt project # C.L.-V. acknowledges the Ph.D. fellowship from INIA. The reported research has been funded by FEDER and INIA (Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria) (RTA C02-01). The authors declare that they have no conflict of interest. BIBLIOGRAFÍA Arrizon J.; Calderón C., Sandoval G. (2006) Effect of different fermentation conditions on the kinetic parameters and production of volatile compounds during the elaboration of a prickly pear distilled beverage, Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 33, Cantagrel R., Lurton L., Vidal J. P., Galy B. (1997) From vine to cognac. In Fermented Beverage Production, 1st ed., Lea, A. G. H., Piggott, J. R., Eds., Blackie Academic and Professional: London, U.K., pp García-Llobodanin L., Achaerandio I., Ferrando M., Güell C., López F. (2007) Pear distillates from pear juice concentrate: effect of lees in the aromatic composition. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55, García-Llobodanin L. (2008) Potential of Blanquilla pear variety to produce pear spirits: Influence of the fermentation and distillation conditions in the final quality, PhD thesis. Universitat Rovira i Virgili, Tarragona, Spain. García-Llobodanin L., Senn T., Ferrando M., Güell C., López F. (2010) Influence of the fermentation ph on the final quality of Blanquilla pear spirits, International Journal of Food Science & Technology, 45, García-Llobodanin L., Roca J., López J.R., Pérez-Correa J.R., López F. (2011) The lack of reproducibility of different distillation techniques and its impact on pear spirit composition, International Journal of Food Science & Technology, 46, Hernández-Gómez L.F., Ubeda J., Briones A. (2003) Melon fruit distillates: comparison of different distillation methods. Food Chemistry, 82, López-Vázquez C., Bollaín M. H., Bertsch K., Orriols I. (2010a) Fast determination of principal volatile compounds in distilled spirits, Food Control, 21, López-Vázquez C., Bollaín M. H., Moser S., Orriols I. (2010b) Characterization and differentiation of monovarietal grape pomace distillate from native varieties of Galicia. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58, López-Vázquez C., Garcia Llobodanin L., Pérez-Correa J.R., López F., Blanco P., Orriols I. (2011) Influence of distillations system on volatile composition in kiwi spirits. XXV Interamerican Congress of Chemical Engineering. November 14-17, 2011, Santiago-Chile. López-Vázquez C., Garcia Llobodanin L., Pérez-Correa J.R., López F., Blanco P., Orriols, I. (2012). Aromatic Characterization of Pot Distilled Kiwi Spirits. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60, Sensidoni A., Da Porto C., Dalla Rosa M., Testolin R. (1997) Utilization of reject kiwifruit fruit for alcoholic and non-alcoholic beverages, Acta Horticulturae, 444,

7 Soufleros E.H., Pissa I., Petridis D., Lygerakis M., Mermelas K., Boukouvalas G., Tsimitakis E. (2001) Instrumental analysis of volatile and other compounds of Greek kiwi wine, sensory evaluation and optimisation of its composition, Food Chemistry, 75, Soufleros E. H., Mygdalia A. S., Natskoulis P. (2004) Characterization and safety evaluation of the traditional Greek fruit distillate Mouro by flavor compounds and mineral analysis. Food Chemistry, 86, Soufleros E. H., Mygdalia A. S., Natskoulis P. (2005). Production process and characterization of the traditional Greek fruit distillate Koumaro by aromatic and mineral composition. Journal of Food Composition and Analysis, 18, Schehl B., Müller C., Senn T., Heinisch J. J. (2004) A laboratory yeast strain suitable for spirit production. Yeast, 21, Versini G., Franco M. A., Moser S., Barchetti P., Manca G. (2009) Characterisation of apple distillates from native varieties of Sardinia island and comparison with other Italian products. Food Chemistry, 113,