jueves, 30 de mayo de 2013

Fenómenos coloidales en el vino



FENÓMENOS COLOIDALES EN EL VINO

En física y química un coloide, sistema coloidal, suspensión coloidal o dispersión coloidal es un sistema formado por dos o más fases, principalmente: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas; por lo general sólidas. La fase dispersa es la que se halla en menor proporción. Normalmente la fase continua es un líquido, pero pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación.

El nombre de coloide proviene de la raíz griega kolas que significa «que puede pegarse». Este nombre que hace referencia a una de las principales propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a agregar o formar coágulos.

Los coloides se diferencian de las suspensiones químicas, principalmente en el tamaño de las partículas de la fase dispersa. Las partículas en los coloides no son visibles directamente, son visibles a nivel microscópico (entre 1 nm y 1 µm), y en las suspensiones químicas sí son visibles a nivel macroscópico (mayores de 1 µm). Además, al reposar, las fases de una suspensión química se separan, mientras que las de un coloide no lo hacen. La suspensión química es filtrable, mientras que el coloide no es filtrable.

En algunos casos las partículas son moléculas muy grandes, como proteínas. En la fase acuosa, una molécula se pliega de tal manera que su parte hidrofílica se encuentra en el exterior, es decir la parte que puede formar interacciones con moléculas de agua a través de fuerzas ión-dipolo o fuerzas puente de hidrógeno se mueven a la parte externa de la molécula. Los coloides pueden tener una determinada viscosidad (la viscosidad es la resistencia interna que presenta un flúido [liquido o gas] al movimiento relativo de sus moléculas).

FENÓMENOS COLIDALES: "SISTEMAS DISPERSOS" O "DISPERSIONES"

- Fase dispersa, se denomina micelas a las partículas que forman la fase dispersa (fase sólida)

- Fase dispersante o medio de dispersión (fase líquida)

Se denominan “sistemas dispersos” a los sistemas constituidos por una sustancia diseminada en otra, especialmente en los líquidos.

- Partículas invisibles al microscopio electrónico y óptico: diámetro de partícula: 2 nm Disoluciones verdaderas → Azúcares; ácidos orgánicos; sales →  Atraviesan los filtros y ultrafiltros, se dispersan en disolución, no sedimentan.

- Partículas visibles al microscopio electrónico: 2 a 1000 nm → Partículas coloidales(opalescentes) → Coloides hidrófobos: materia colorante, núcleos de KHT y quiebra de metales en formación → Coloides hidrófilos: coloides proteicos, coloides glucídicos (polisacáridos) → Atraviesan los filtros y no ultrafiltros, se dispersan difícilmente, sedimentan muy lentamente.

- Partículas visibles al microscopio óptico: 0,3 micras → Suspensiones microbianas → levaduras (5 a 8 micras), bacterias (0,5 a 1 micra) → No atraviesan los filtros, se dispersan muy difícilmente, sedimentan muy rápido.

- Partículas visibles al ojo: 10 micras → Depósitos → Cristales de sales, materia colorante, celulosa, tierras de diatomeas, partículas amorfas → No atraviesan los filtros, se dispersan muy difícilmente, sedimentan muy rápido.

TIPOS DE DISPERSIONES COLOIDALES

- Coloides micelares: Unidas por fuerzas físicas, de baja energía: Molécula de polifenoles; Materia colorante coloidal; Núcleos de KHT y quiebra de metales en formación. La estabilidad de estas suspensiones depende de la existencia de cargas eléctricas, que producen una repulsión entre las partículas. Si estas cargas disminuyen o se anulan, se produce una floculación y precipitan. Estos colides son conocidos como lióbos, hidrófobos o microcristalinos.

La estructura de los coloides micelares es distinta, las partículas de estos no son moléculas, sino conglomerados de muchas moléculas pequeñas o grupos de átomos que son mantenidos juntos por valencias secundarias o por fuerzas de cohesión o de van der. Walls. Muchos coloides inorgánicos, emulsiones, jabones y detergentes, forman coloides micelares.

- Coloides macromoleculares: Proteínas y polisacáridos. El carácter hidrófilo de estos coloides participan en su estabilidad.

Las partículas de los coloides moleculares son macromoléculas sencillas y su estructura es esencialmente la misma que la de estructura de pequeñas moléculas, los átomos están unidos por ligaduras químicas verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama coloides verdaderos. A este grupo de coloides moleculares pertenece la mayoría de los coloides orgánicos de nitrocelulosa, almidón, cloruro de polivinilo, caucho. Los esferocoloides también pueden ser moleculares.

PROPIEDADES COMUNES DE LAS DISOLUCIONES COLOIDALES

1. Movimiento browniano es más lento.
2. Poder de obturación o de colmatación fuerte: proteínas, polisacáridos y materia colorante coloidal.
3. El precipitado formado por las dispersiones coloidales son de aspecto amorfo.
4. La ley de Raoult no se aplica.
5. La composición de las partículas de un coloide no está perfectamente definida, variando su composición y dimensiones dependiendo de la manera de prepararlas y del medio dispersión.
6. Los mecanismos de floculación de un coloide en disolución no se rigen por la ley de acción de masas.
7. Las disoluciones coloidales difunden la luz al ser atravesadas, por lo que parecen siempre turbias.

CARGAS ELÉCTRICAS DE LAS PARTÍCULAS COLOIDALES AL pH DEL VINO

Cuando el Ph de la solución es bajo la carga total es positiva (caso del vino), cuando el Ph es alto la carga total es negativa y cuando el Ph es neutro la carga es neutra (llamado punto isoeléctrico). En el punto isoeléctrico precipitan los coloides por falta de repulsión eléctrica, solo actúa la fuerza de la gravedad.

En general los coloides no tienen un límite fijo de tamaño y se suelen estudiar bajo un enfoque fisicoquímico desde el punto de vista de sus propiedades. Un material coloidal puede tardar 755 días en sedimentar por tanto es importante cambiar esta condición.

Un coloide no puede ser Clarificado por filtración debido al tamaño de las partículas de tamaño inferior a 1 micrón.

- Cargados negativamente: Levaduras; Bacterias; Tanino y materia colorante; Fosfato férrico; Sulfato de cobre; Ferrocianuro férrico; Bentonita; Sílice coloidal; Carbones.

- Cargados positivamente: Proteínas; Fibras de celulosa.

En general, los clarificantes clarifican mejor a pH alto (baja acidez), pero depende de cada uno. Para la clarificación es necesario la presencia de cationes (elementos positivos). El más importante es el Fe3+, lo que pasa que da problemas de quiebra férrica dando lugar a precipitados no deseados. (Para que se produzca esta quiebra, Fe > 15-18 g/l en tintos y Fe > 10-12 g/l en blancos). Si la causa de que no se clarifique bien un vino es la ausencia de cationes, se pueden adicionar otros cationes como el Na+ (sal).


REACTIVIDAD DE LOS COLOIDES ¿POR QUÉ SON ESTABLES O INESTABLES LAS PARTÍCULAS COLOIDALES?

Las moléculas en un líquido están un constante movimiento errático, y las partículas coloidales son constantemente bombardeadas y empujadas en todas direcciones por las moléculas del líquido que las rodea. Este movimiento hace que las partículas coloidales no sedimenten debido a la leve fuerza que la gravedad ejerce sobre ellas. Ellas también resisten el empuje gravitacional porque las cargas eléctricas sobre las partículas coloidales en un sistema dado son del mismo signo (positivo o negativo) y su mutua repulsión evita el efecto de sedimentación de la gravedad.

F Resultante = F Atracción - F Repulsión (Aglomeración de partículas coloidales, y floculación = inestabilidad o sedimentación

- Fuerzas de repulsión: Movimiento browniano. El movimiento aleatorio de estas partículas se debe a que su superficie es bombardeada incesantemente por las moléculas (átomos) del fluido sometidas a una agitación térmica. Este bombardeo a escala atómica no es siempre completamente uniforme y sufre variaciones estadísticas importantes. Así, la presión ejercida sobre los lados puede variar ligeramente con el tiempo, y así se genera el movimiento observado. Tanto la difusión como la ósmosis se basan en el movimiento browniano.

- Fuerzas de atracción: Van der Waals. En fisicoquímica, las fuerzas de Van der Waals (o interacciones de Van der Waals), es la fuerza atractiva o repulsiva entre moléculas (o entre partes de una misma molécula) distintas a aquellas debidas al enlace covalente o a la interacción electrostática de iones con otros o con moléculas neutras. También se usa en ocasiones como un sinónimo para la totalidad de las fuerzas intermoleculares.

- Fuerzas de repulsión/atracción: Interacción electrostática. Las cargas electrostaticas interactuan entre si -de manera natural- por medio de dos fuerzas: atraccion y repulcion siempre en el mismo sentido: cargas iguales se repelen y cargas contrarias se atraen. La Ley de cargas enuncia que las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de diferente signo se atraen; es decir que las fuerzas electrostáticas entre cargas de igual signo (por ejemplo dos cargas positivas) son de repulsión, mientras que las fuerzas electrostáticas entre cargas de signos opuestos (una carga positiva y otra negativa), son de atracción. El atomo esta constituido por protones con carga positiva (+), electrones con carga negativa (-) y neutrones, unidos por la fuerza atomica. La fuerza que ejercen las respectivas cargas de protones y electrones se representan graficamente con lineas de fuerza electrostatica.

F Resultante = F Repulsión - F Atracción (Partículas coloidales en suspensión = estabilidad o no sedimentación)

- Interacción estérica: El efecto estérico (o efecto de la orientación) es un impedimento descrito en la química orgánica causado por la influencia de un grupo funcional de una molécula en el curso de una reacción química, ya que algunas reacciones son muy lentas cuando en el área de la reacción hay grandes átomos o grupos. Hay que tener en cuenta que, para que se produzca una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar de forma que su orientación relativa sea la correcta. También se produce este efecto cuando un grupo sustituyente interacciona con átomos o grupos de átomos de la cadena en la que se incluye modificando alguna de sus características, como el punto de ebullición.

- Hidratación/deshidratación: El término hidratación suele usarse para referirse a las reacciones de hidratación. Este tipo de reacción consiste en la adición de una o más moléculas de agua a un determinado compuesto. La deshidratación es la alteración de agua y sales minerales en el plasma de un cuerpo. Puede producirse por estar en una situación de mucho calor (sobre todo si hay mucha humedad).

- Presencia de coloides protectores: Los polisacáridos del vino presentan efectos dispares sobre la clarificaicón con las proteínas, pues por una parte se pueden comportar como coloides protectores, que llegan a impedir una correcta sedimentación, como el glucano de la Botrytis cinera o la goma arábiga añadida; mientras que por otra parte otros polisacáridos pueden presentar una acción activadora de la clarificación, como con las pectinas, ácido poligalacturónico y arabino galactanos procedentes de la uva.

REACTIVIDAD DE LOS COLOIDES

- Teoría actual del comportamiento coloidal del tanino: La presencia en el vino de  cationes como : calcio, sodio, potasio, magnesio, hierro, etc., es indispensable para la floculación y sedimentación de las proteínas con los taninos, pues según el mecanismo de la clarificación, los cationes descargan los coloides hidrófilos negativos del complejo tanino-proteína formado. El vino contiene una cantidad importante de cationes, por lo que nunca este factor se convierte en limitante.

- Floculación mutua de los coloides: Teniendo en cuenta que tanto los mostos como los vinos son soluciones pobres en coloides, su clarificación está ligada a los fenómenos químicos-físicos cómo la floculación mutua entre un coloide hidófilo y otro hidófobo.

- Fenómenos de adsorción (carbón activo): La adsorción es un proceso donde un sólido se utiliza para eliminar una sustancia soluble del agua. En este proceso el carbón activo es el sólido. El carbón activo se produce específicamente para alcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m 2 /g). Esta superficie interna grande hace que el carbón tenga una adsorción ideal.

Los carbones enológicos son sustancias de color negro, que se presentan en finísimas partículas esponjosas, cuyo volumen de poros es superior a los 0,2 a 0,8 ml/g, con una superficie especifica entre 400 a 1200 m2/g. En suspensiones acuosas su pH oscila entre 4 a 6, formando coloides hidrófofos con carga eléctrica negativa. Presenta gran afinidad por las sustancias apolares y por las que contienen anillos bencénicos.

- Coloides protectores: Son compuestos de polímeros de alto peso molecular solubles en agua. Proveen estabilidad coloidal a las partículas en crecimiento, esto es, estabilizan la emulsión rodeando las partículas (no forman micelas) evitando que estas puedan colapsar.

COLOIDES PROTECTORES. GOMA ARÁBIGA

- Coloide hidrófilo o macromolecular (al coloide macromolecular se le denomina coloide protector): polisacáridos de la uva y de los microorganismos (P) → Puede impedir la precipitación de otros coloides hidrófobos o micelares (Coloide hidrófobo, permanece estable en el vino).

-  Condiciones necesarias:
1º. Interacción entre P y coloide hidrófobo
2º. Concentración adecuada de P

+ Mayor sensación de volumen en boca y retener sustancias aromáticas de mediano a reducido peso molecular (ésteres etílicos).

- Se oponen a la sedimentación de las partículas en suspensión, retardando la clarificación espontánea o dificultando la clarificación con agentes de clarificación.

- Colmatación rápida de las superficies filtrantes.

+ El vino limpio y estabilizado, y antes de embotellar es interesante adicionar goma arábiga para impedir la precipitación en el tiempo de determinados coloides.

GOMA ARÁBIGA: COLOIDE PROTECTOR EXTERNO

La goma arábiga está autorizada para clarificar vinos y como coloide protector de los vinos jóvenes para mejorar su estabilidad en botella, al evitar que precipite la materia colorante inestable (pigmentos y tartratos) y aumentar el equilibrio y las características organolépticas del vino, reduciendo la amargura y la astringencia, incrementando la suavidad y el cuerpo y mejorando la sensación grasa del vino.

La goma llamada arábiga es una exudación gomosa, endurecida por el aire, que fluye de forma natural o por incisión del tronco y de las ramas de Acacia senegal (L. Willdenow) y otras especies de Acacia de origen africano. Está constituida por lágrimas esféricas, ovaladas y a veces irregulares, de un diámetro de 1 a 3 cm. Esta goma arábiga es presentada en forma de polvo o bien en solución coloidal.

- Polisacárido procedente de la acacia verek, de peso molecular muy elevado (1.106 Dalton)

- Dosis máxima permitida 200 mg/l.

- Se comporta como un coloide protector que impide sobre todo la caída de coloides hidrófobos o micelares del vino.

- Adición de goma arábiga. Se debe ajustar exactamente la dosis: Tipo de coloide hidrófobo → Dosis → Tipo de vino
. Compuestos fenólicos, especialmente materia colorante coloidal:
Próxima a 200 mg/l (Dosis ) → VT joven (Tipo de vino).
No exceder de 100 mg/L (Dosis ) →  VT de larga estancia en botella (Tipo de vino).
. Quiebra cúprica: 100 a 150 mg/l (Dosis ) → V con contenido < de 1 mg/l de Cu (Tipo de vino).
. Quiebra férrica: > 200 mg/l (Dosis ) → No es eficaz

- Preparación de la goma arábiga:
. Se prepara una disolución concentrada de 300 g/l en agua fría o tibia, conservándola con 0,5 a 1 g/l de SO2.
. Comerciales: preparadas al 20 ó al 30%.

Densidad → Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))
1,050 (Densidad) → 120 (Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))
1,060 (Densidad) → 145 (Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))
1,070 (Densidad) → 170 (Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))
1,080 (Densidad) → 195 (Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))
1,090 (Densidad) → 220 (Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))
1,100 (Densidad) → 245 (Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))
1,100 (Densidad) → 270 (Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))
1,120 (Densidad) → 295 (Concentración aproximada de goma arábiga (g/l))

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