Aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación

El control de la cinética de fermentación es un factor determinante de la calidad del vino. Las fermentaciones discontinuas tradicionales exponen a la levadura a elevadas concentraciones iniciales de azúcar, provocando estrés osmótico y alteraciones metabólicas que favorecen la formación de metaboli...

Descripción completa

Guardado en:
Detalles Bibliográficos
Autores principales: Diaz Sambueza, Alejandra Mariela, Vargas Trinidad, Andrea Susana, Vorlet, Olivier, Bach, Benoît, Saavedra del Aguila, Juan, Dabros, Michal
Formato: Póster
Lenguaje:Español
Publicado: 2026
Materias:
Vinificación
Fermentación fed-batch
Pied-de-cuve
Seguimiento y control en línea
Acceso en línea:https://repositorio.umaza.edu.ar/handle/00261/3673
Aporte de:
UMAZA Digital (Universidad MAZA - Mendoza) de Universidad Juan Agustín MAZA
id I56-R162-00261-3673
record_format dspace
institution Universidad Juan Agustín MAZA
institution_str I-56
repository_str R-162
collection UMAZA Digital (Universidad MAZA - Mendoza)
language Español
orig_language_str_mv spa
topic Vinificación
Fermentación fed-batch
Pied-de-cuve
Seguimiento y control en línea
spellingShingle Vinificación
Fermentación fed-batch
Pied-de-cuve
Seguimiento y control en línea
Diaz Sambueza, Alejandra Mariela
Vargas Trinidad, Andrea Susana
Vorlet, Olivier
Bach, Benoît
Saavedra del Aguila, Juan
Dabros, Michal
Aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación
topic_facet Vinificación
Fermentación fed-batch
Pied-de-cuve
Seguimiento y control en línea
description El control de la cinética de fermentación es un factor determinante de la calidad del vino. Las fermentaciones discontinuas tradicionales exponen a la levadura a elevadas concentraciones iniciales de azúcar, provocando estrés osmótico y alteraciones metabólicas que favorecen la formación de metabolitos secundarios no deseados, como el ácido acético y el acetaldehído. Este fenómeno adquiere especial relevancia en el contexto actual de cambio climático, dado que el aumento de las temperaturas tiende a incrementar el contenido de azúcar en las uvas. En contraste, operar la fermentación en modo fed-batch —manteniendo una concentración de azúcar baja y constante en el biorreactor— puede favorecer el metabolismo alcohólico primario de la levadura, mejorando la calidad del producto final. El objetivo de este trabajo fue desarrollar y evaluar una estrategia automatizada de fermentación en modo fed-batch para mosto de uva, empleando espectroscopía de infrarrojo medio por transformada de Fourier (FT-MIR) y control por retroalimentación adaptativo, con el fin de mantener concentraciones de azúcar bajas y constantes, orientando el metabolismo de la levadura hacia la producción de etanol y minimizando la formación de metabolitos secundarios indeseables. Se utilizó un sistema de fermentación modelo con la levadura Saccharomyces cerevisiae y una solución de mosto de uva a pH 3,25, con 224 g/L de azúcares y 9,94 g/L de ácido tartárico. Se realizó una fermentación discontinua estándar como control y, posteriormente, se implementó un proceso fed-batch completamente automatizado que mantuvo la concentración total de azúcares en 50 g/kg mediante mediciones en línea por FT-MIR. La concentración baja y constante de azúcar redujo significativamente la formación de subproductos indeseados, confirmando que la estrategia fed-batch orienta eficazmente el metabolismo de la levadura hacia la producción de etanol. El ácido acético, cuantificado por HPLC, se redujo de 1000 ± 25 mg/L en el proceso discontinuo a 190 ± 8 mg/L en el fed-batch, mientras que el acetaldehído, determinado mediante análisis enzimático, disminuyó de 49 ± 2 mg/L a 22 ± 2 mg/L. El algoritmo de control proporcional-integral (PI) que regula el caudal de alimentación de mosto fue modificado específicamente para esta aplicación. Dado que la tasa de consumo de azúcar sigue una cinética de crecimiento exponencial, el diseño convencional de un controlador PI lineal resultó insuficiente. Por ello, se introdujo una estrategia de ganancia adaptativa que ajusta dinámicamente la respuesta del controlador a la actividad metabólica cambiante del cultivo, logrando un desempeño estable a pesar de la marcada no linealidad del sistema. El controlador y el modelo de calibración FT-MIR fueron ajustados para operar en un rango de concentraciones de azúcar de 0 a 140 g/L, alcanzando un excelente seguimiento del punto de ajuste durante fermentaciones de hasta cuatro días. La sedimentación ocasional de levadura sobre el cristal de la sonda generó una ligera deriva de la señal, mitigada mediante limpieza manual periódica y algoritmos de filtrado en el procesamiento de datos. En conjunto, los resultados demuestran que la fermentación fed-batch con monitorización en línea y control por retroalimentación constituye una herramienta eficaz para mejorar la calidad del vino mediante la orientación metabólica. Los trabajos futuros se centrarán en perfeccionar la lógica de control adaptativo para fermentaciones de mayor duración y en escalar la metodología a aplicaciones piloto o industriales, con especial interés en el desarrollo de sensores espectroscópicos de menor coste adecuados para entornos de bodega.
format Póster
author Diaz Sambueza, Alejandra Mariela
Vargas Trinidad, Andrea Susana
Vorlet, Olivier
Bach, Benoît
Saavedra del Aguila, Juan
Dabros, Michal
author_facet Diaz Sambueza, Alejandra Mariela
Vargas Trinidad, Andrea Susana
Vorlet, Olivier
Bach, Benoît
Saavedra del Aguila, Juan
Dabros, Michal
author_sort Diaz Sambueza, Alejandra Mariela
title Aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación
title_short Aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación
title_full Aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación
title_fullStr Aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación
title_full_unstemmed Aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación
title_sort aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación
publishDate 2026
url https://repositorio.umaza.edu.ar/handle/00261/3673
work_keys_str_mv AT diazsambuezaalejandramariela aplicaciondelcontrolenmodofedbatchalaproducciondevinosunaestrategiadebajocostoparamejorarlacalidaddelafermentacion
AT vargastrinidadandreasusana aplicaciondelcontrolenmodofedbatchalaproducciondevinosunaestrategiadebajocostoparamejorarlacalidaddelafermentacion
AT vorletolivier aplicaciondelcontrolenmodofedbatchalaproducciondevinosunaestrategiadebajocostoparamejorarlacalidaddelafermentacion
AT bachbenoit aplicaciondelcontrolenmodofedbatchalaproducciondevinosunaestrategiadebajocostoparamejorarlacalidaddelafermentacion
AT saavedradelaguilajuan aplicaciondelcontrolenmodofedbatchalaproducciondevinosunaestrategiadebajocostoparamejorarlacalidaddelafermentacion
AT dabrosmichal aplicaciondelcontrolenmodofedbatchalaproducciondevinosunaestrategiadebajocostoparamejorarlacalidaddelafermentacion
_version_ 1861877172545781760
spelling I56-R162-00261-36732026-03-30T17:00:55Z Aplicación del control en modo fed-batch a la producción de vinos: una estrategia de bajo costo para mejorar la calidad de la fermentación Diaz Sambueza, Alejandra Mariela Vargas Trinidad, Andrea Susana Vorlet, Olivier Bach, Benoît Saavedra del Aguila, Juan Dabros, Michal Vinificación Fermentación fed-batch Pied-de-cuve Seguimiento y control en línea El control de la cinética de fermentación es un factor determinante de la calidad del vino. Las fermentaciones discontinuas tradicionales exponen a la levadura a elevadas concentraciones iniciales de azúcar, provocando estrés osmótico y alteraciones metabólicas que favorecen la formación de metabolitos secundarios no deseados, como el ácido acético y el acetaldehído. Este fenómeno adquiere especial relevancia en el contexto actual de cambio climático, dado que el aumento de las temperaturas tiende a incrementar el contenido de azúcar en las uvas. En contraste, operar la fermentación en modo fed-batch —manteniendo una concentración de azúcar baja y constante en el biorreactor— puede favorecer el metabolismo alcohólico primario de la levadura, mejorando la calidad del producto final. El objetivo de este trabajo fue desarrollar y evaluar una estrategia automatizada de fermentación en modo fed-batch para mosto de uva, empleando espectroscopía de infrarrojo medio por transformada de Fourier (FT-MIR) y control por retroalimentación adaptativo, con el fin de mantener concentraciones de azúcar bajas y constantes, orientando el metabolismo de la levadura hacia la producción de etanol y minimizando la formación de metabolitos secundarios indeseables. Se utilizó un sistema de fermentación modelo con la levadura Saccharomyces cerevisiae y una solución de mosto de uva a pH 3,25, con 224 g/L de azúcares y 9,94 g/L de ácido tartárico. Se realizó una fermentación discontinua estándar como control y, posteriormente, se implementó un proceso fed-batch completamente automatizado que mantuvo la concentración total de azúcares en 50 g/kg mediante mediciones en línea por FT-MIR. La concentración baja y constante de azúcar redujo significativamente la formación de subproductos indeseados, confirmando que la estrategia fed-batch orienta eficazmente el metabolismo de la levadura hacia la producción de etanol. El ácido acético, cuantificado por HPLC, se redujo de 1000 ± 25 mg/L en el proceso discontinuo a 190 ± 8 mg/L en el fed-batch, mientras que el acetaldehído, determinado mediante análisis enzimático, disminuyó de 49 ± 2 mg/L a 22 ± 2 mg/L. El algoritmo de control proporcional-integral (PI) que regula el caudal de alimentación de mosto fue modificado específicamente para esta aplicación. Dado que la tasa de consumo de azúcar sigue una cinética de crecimiento exponencial, el diseño convencional de un controlador PI lineal resultó insuficiente. Por ello, se introdujo una estrategia de ganancia adaptativa que ajusta dinámicamente la respuesta del controlador a la actividad metabólica cambiante del cultivo, logrando un desempeño estable a pesar de la marcada no linealidad del sistema. El controlador y el modelo de calibración FT-MIR fueron ajustados para operar en un rango de concentraciones de azúcar de 0 a 140 g/L, alcanzando un excelente seguimiento del punto de ajuste durante fermentaciones de hasta cuatro días. La sedimentación ocasional de levadura sobre el cristal de la sonda generó una ligera deriva de la señal, mitigada mediante limpieza manual periódica y algoritmos de filtrado en el procesamiento de datos. En conjunto, los resultados demuestran que la fermentación fed-batch con monitorización en línea y control por retroalimentación constituye una herramienta eficaz para mejorar la calidad del vino mediante la orientación metabólica. Los trabajos futuros se centrarán en perfeccionar la lógica de control adaptativo para fermentaciones de mayor duración y en escalar la metodología a aplicaciones piloto o industriales, con especial interés en el desarrollo de sensores espectroscópicos de menor coste adecuados para entornos de bodega. 2026-03-30T13:39:04Z 2026-03-30T13:39:04Z 2025 Póster https://repositorio.umaza.edu.ar/handle/00261/3673 spa application/pdf

Ejemplares similares