NIR para detectar de forma sencilla una amplia gama de productos químicos en uvas

Vijayalaxmi Kinhal, Escritor científico, CID Bio-Science

  Los dispositivos portátiles basados ​​en espectroscopía de luz visible e infrarroja cercana han revolucionado el análisis de la uva en el viñedo, la cadena de suministro y el procesamiento de productos basados en la uva. Estas nuevas herramientas se pueden utilizar para recopilar información rápida y precisa sobre la composición química, el valor nutricional y la fisiología de las uvas. En este artículo proporcionamos una breve descripción de las muchas aplicaciones de la espectroscopia NIR en la producción de uva. Usos de las uvas La especie Vitis vinifera representa el 90% de las uvas cultivadas a nivel mundial. El cincuenta por ciento de la uva que se produce se utiliza para la elaboración de vino, el treinta por ciento se consume como fruta fresca y el resto se procesa para hacer pasas, zumos, mermeladas, etc. La apariencia, el sabor y la composición química deseados de las uvas diferirán según su uso final. Las uvas destinadas a la mesa son grandes, de aspecto atractivo, de piel fina y tienen más pulpa. Las uvas de mesa, especialmente las variedades sin semillas, tienen menos sabor que las uvas de vino. Las uvas de mesa también tienen menos azúcar (alrededor de 17-19 Brix) y poca acidez. Las uvas destinadas a la vinificación son más pequeñas. Tienen semillas, piel más gruesa y menos pulpa, pero contienen más jugo y mayor contenido de azúcar (alrededor de 24-26 Brix) y de ácido. Parámetros de calidad en uvas Se controlan muchos componentes químicos de las uvas. Además de los sólidos solubles totales (TSS) y la acidez titulable (TA) habituales que se miden en todas las frutas, también se miden las sustancias químicas que dan sabor. Estas incluyen antocianinas, polifenoles totales y muchos minerales. Tradicionalmente, las muestras de uva se recolectaban y transportaban a laboratorios para su análisis. Estos métodos requerían mucho tiempo, eran costosos e implicaban el uso de productos químicos. Los dispositivos portátiles que han miniaturizado la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) permiten ahora realizar análisis in situ, tanto en los viñedos como en las instalaciones de procesamiento. Herramientas NIR NIR es la parte del espectro de luz más adecuada para su uso en espectroscopía y se utiliza para estudiar la composición química y la concentración de los diversos compuestos. NIR , la radiación cercana al infrarrojo, interactúa con los enlaces químicos dentro de los compuestos y ayuda a una identificación precisa. Los productos químicos absorben, transmiten o reflejan la luz y esta interacción se mide mediante espectrómetros; ver gráfico 1. Como la espectroscopia NIR puede detectar una amplia gama de productos químicos en las uvas, una sola herramienta fácil de usar logra reemplazar una serie de complicados procedimientos de laboratorio. Basándose en los resultados, que se obtienen de inmediato, los agricultores, proveedores y procesadores pueden tomar decisiones de gestión vitales en tiempo real. Monitoreo de la calidad de las uvas en el viñedo Las uvas no son climatéricas y deben madurar en la planta. Por lo tanto, la calidad de la uva en el momento de la cosecha es de vital importancia y el proceso de maduración se controla durante toda la maduración. Los parámetros medidos sobre la marcha en el viñedo son los siguientes: Azúcares solubles totales estimados por BRIX Acidez titulable debido al ácido láctico, ácido tartárico y ácido málico Contenido de antocianinas y fenoles totales Determinación del momento de cosecha La calidad de las uvas no climatéricas en la cosecha determinará la satisfacción del consumidor de uvas de mesa, vino o pasas. El examen visual por sí solo no es lo suficientemente preciso para establecer el tiempo de cosecha. En este caso, el análisis químico interno por NIR es una gran ayuda. Los índices de madurez que se utilizan para establecer el tiempo de cosecha se rigen por el uso final de las uvas. Uva de mesa: Los parámetros habituales de cosecha utilizados para otras frutas, como el azúcar y la acidez, también se utilizan en la uva. Estas medidas se pueden utilizar para calcular la relación TSS / TA o determinar la maduración por los niveles de azúcar. Vinificación: Cuando se van a utilizar uvas para la elaboración de vino, los niveles de compuestos fenólicos, que contribuyen al aroma, pueden ser un criterio adicional. Los fenoles son los responsables de la maduración en los vinos tintos. La posición y orientación de los racimos de uva en una vid influirá en la composición química del producto, dependiendo de la exposición a la luz solar; por lo tanto, los espectros NIR obtenidos de ellos también serán diferentes. Con esta información, los agricultores pueden identificar los racimos de uva para la cosecha temprana, mediana y tardía. De esta forma los viñedos pueden mejorar y homogeneizar la calidad de la uva, a todos los efectos. Manejo del viñedo Las herramientas NIR se pueden utilizar con máquinas agrícolas para analizar la composición química de las uvas. En base al análisis, los propietarios de viñedos pueden hacer mapas espaciales de la calidad de la uva (ver gráfico 2) y rastrear estos datos hasta las variaciones en las condiciones del suelo y ambientales dentro del viñedo. Por ejemplo, el efecto de la labranza y las malezas sobre el crecimiento de las vides y la composición de las uvas se puede detectar midiendo el contenido de TSS, acidez, antocianina y fenol total en las uvas. Los mapas espaciales de la calidad de las uvas pueden orientar las decisiones futuras de los agricultores y ayudarles a modificar sus prácticas agrícolas para optimizar las condiciones según sea necesario. Cualquier viñedo puede aplicar estas técnicas de agricultura de precisión utilizando herramientas NIR, con una mínima inversión de efectivo. Cadena de suministro de uvas de mesa frescas Dado que las uvas no madurarán ni verán más mejoras de calidad después de la cosecha, las variedades de mesa frescas deben transportarse y almacenarse a bajas temperaturas para que puedan conservarse adecuadamente durante varias semanas. Durante este tiempo, hay cuatro usos del monitoreo NIR: Detección de frutos en mal estado: La calidad de las uvas se deteriora debido a la producción de compuestos glicosilados. La tasa de liberación de estos compuestos volátiles es mayor en las uvas que han comenzado a deteriorarse. Los compuestos glicosilados se pueden medir con precisión mediante espectroscopía NIR, desde el viñedo hasta el minorista. Selección y clasificación de uvas de mesa: NIR puede evaluar la calidad y frescura de las uvas almacenadas. Los parámetros comunes que se utilizan para juzgar la madurez, el sabor y el aroma son TSS, relación TSS / TA y compuestos fenólicos. Seleccionando y clasificando las frutas es posible aumentar la satisfacción del consumidor. Fijación de precios: Los precios de la uva se fijan en función de la calidad, estimados por la relación TSS / TA, TSS y compuestos fenólicos. Control de exportación: Las uvas de mesa deben cumplir con ciertos estándares de relación TSS / TA o contenido de TSS para cada cultivar, según lo especificado por cada país. Estos parámetros se verifican en el puerto de entrada, durante la exportación y mediante verificaciones aleatorias, utilizando herramientas NIR sin muestreo destructivo. A los lotes rechazados se les puede negar la entrada. Producción de pasas Uno de los productos importantes de la uva, las pasas, son ricas en fibra, carbohidratos y minerales como el cobre y el hierro. También tienen valor medicinal y ayudan a regular la presión arterial. NIR se puede utilizar para monitorear estos importantes productos a lo largo de las etapas de procesamiento y producto final. Elaboración: Las pasas se elaboran a partir del secado de uvas. Las herramientas NIR se pueden utilizar para medir el contenido de humedad y la actividad del agua (aw), que aumenta con la temperatura, durante el proceso. Control de calidad: La calidad del producto final puede estimarse mediante la composición química de las pasas. En este caso, los parámetros de calidad útiles son la densidad aparente, el color y el contenido de humedad. Vinificación El uso de NIR en la elaboración del vino aún no está muy extendido, aunque hay muchas etapas en las que su uso puede ser increíblemente beneficioso, como: Momento de la vendimia: La producción de vino de calidad comienza estableciendo el momento adecuado para la vendimia. Poscosecha: Las afecciones fúngicas, especialmente el mildiú pulverulento, son enfermedades comunes que afectan a las uvas. El examen visual de las grandes cantidades cosechadas por las máquinas puede resultar difícil e ineficaz. NIR puede identificar el ADN del mildiú polvoroso y puede ayudar a mantener la higiene de los vinos. Procesamiento: El vino y otros productos alcohólicos se elaboran fermentando uvas con microbios. Anteriormente, solo se controlaba el contenido de alcohol del vino durante el procesamiento. Ahora, con la ayuda de las herramientas NIR, las bodegas también pueden monitorear el azúcar reductor, el pH, la acidez volátil, los ácidos orgánicos y el dióxido de azufre en todos los vinos: tinto, blanco y rosado. Clasificación del vino: la determinación de la calidad del vino por parte de jueces y panelistas experimentados es subjetiva. Puede variar de una persona a otra o de un día a otro. La estimación NIR objetiva de los compuestos, que influyen en el sabor y el color de los vinos, se puede utilizar para clasificar los vinos. También permite a las bodegas desarrollar perfiles de vino individuales. Autenticidad del producto La composición química de las uvas se utiliza para establecer la autenticidad y variedad de los productos de la uva. Adición de compuestos externos: tanto en zumos como en la vinificación, los zumos de frutas más baratos se pueden utilizar como adulterantes o diluirse en exceso con agua. También se agregan azúcares, ácidos y compuestos volátiles para obtener la composición correcta. NIR puede detectar estos adulterantes basándose en la diferencia en sus espectros. Detectar variedades: Es difícil diferenciar uvas del mismo color. Aquí, las variaciones en la composición química y sus espectros NIR, que dependen de la variedad, son útiles. Uva de mesa - NIR ha demostrado su capacidad para diferenciar los cultivares Merlot, Garnacha y Tempranillo en España. Vinos - Los vinos blancos, como Riesling y Chardonnay, se han diferenciado con una precisión del 95% mediante espectroscopia NIR. Pasas - la variación de los valores nutricionales y medicinales entre las diferentes variedades de pasas influye en su valor comercial, por lo que NIR puede ayudar a fijar el precio correcto. El equipo F-750 Produce Quality Meter El medidor de calidad F-750 Produce Quality Meter, fabricado por Felix Instruments - Applied Food Science, puede medir de manera no destructiva los sólidos solubles totales por BRIX, acidez titulable y color. Ha sido probado para variedades de uva sin semillas y tiene un modelo inicial para uvas de mesa frescas Sultana. Modelos para otras variedades se pueden crear fácilmente usando las instrucciones incluidas en el equipo. Con una operación simple y un diseño robusto, el equipo está hecho para ser utilizado en toda la cadena de suministro, brindando a las partes interesadas desde el viñedo hasta la instalación de procesamiento la ventaja cuantitativa que necesitan. Gráficas 1 - Firma espectral de un racimo de uvas, Fernández-Novales, et al., 2019. (Créditos de imagen: Molecules 2019, 24 (15), 2795; https://doi.org/10.3390/molecules24152795) 2 - “Mapas de predicción de la variabilidad espacial de las concentraciones de antocianinas (A), sólidos solubles totales (B) y polifenoles totales (C) junto con el período de maduración de la uva (11 de agosto al 28 de septiembre)”, Fernández-Novales, et al., 2019. (Créditos de la imagen: Molecules 2019, 24 (15), 2795; https://doi.org/10.3390/molecules24152795) Fuente