Seminário – Desafios e Melhorias/Desenvolvimentos na Indústria Vinícola
Boa tarde, bem-vindos a mais um seminário do departamento de Física. Esta semana o tema do seminário é “Desafios e
Desenvolvimentos da Indústria Vinícola” e está incluído programa curricular do Programa Doutoral de Engenharia Biomédica,
“Instrumentação para a Saúde da NOVA” (I4H).
O meu nome é Paulo Santos, sou Mestre em Engenharia Biomédica e, desde 2016, sou também aluno de doutoramento no âmbito
do Programa Doutoral I4H. Umas das áreas de investigação do nosso grupo foca a caracterização analítica de amostras biológicas
através de tecnologias de Espectrometria de Mobilidade Iónica.
É com essa ideia e missão em mente que aqui estou hoje, para vos transmitir o potencial da nossa investigação num mercado
vastamente implementado e importante como é o vinícola.
Assim, durante esta apresentação incluirá:
1.
Breve definição e introdução ao produto final (vinho),
2.
Apresentação de dados estatísticos relevantes,
3.
Sumarização do processo de produção de vinhos
4.
Discriminação detalhada dos principais desafios e obstáculos deste mercado
5.
Identificação de abordagens e ações implementadas assim como potencialidades ainda a explorar
Mais uma vez reforçarei aqui o passo incremental revolucionário das tecnologias de IMS (como o FlavourSpec) que poderá atenuar
alguns dos desafios aqui detalhados.
É do conhecimento geral que o VINHO é uma bebida com teor alcoólico variável proveniente da fermentação do sumo de fruta
(das uvas especificamente). É uma das 7 bebidas mais consumidas do mundo e a 2ª bebida alcoólica mais consumida depois da
cerveja.
O VINHO pode ser classificado através de diferentes métodos: por região, por tipo de uva ou simplesmente pelas suas
características (cor, sabor ou conteúdo).
É de realçar todos os benefícios já ligados ao consumo de vinho:
•
Sensação de aquecimento (através da dilatação venosa)
•
Existem indicações de que melhora a saúde cardíaca (taninas protegem de doenças cardíacas)
•
Faz-nos parecer melhor (mais relaxados e atrativos)
•
Queima gordura corporal
•
Melhora o sono (aumento do estado de sonolência)
•
Ajuda na luta contra doenças (antioxidantes limpam os radicais livres espalhados pelo corpo).
Existem também alguns problemas de saúde relacionados com o consumo de álcool, mas como este tema não interfere com o
rumo dos conteúdos da apresentação, enfatizei apenas os aspetos mais vantajosos.
O consumo de vinho tem vindo a aumentar ano após ano e, em 2018 estimam-se que 246 milhões de hectolitros de vinho tenham
sido consumidos (qualquer coisa como 2.46x10 10 litros de vinho).
Em 2018, metade do consumo de vinho foi dividido entre EUA, China, França, Itália e Alemanha, mas, se olharmos para o consumo
de vinho per capita, Portugal aparece num assustador 1º lugar com 62 litros por pessoa em 2018.
Se olharmos para a evolução da produção de vinho ao longo deste milénio, verificamos aumentos e diminuições irregulares que
culminam com um incremento de produção significativo durante 2018 (292.3 milhões de hectolitros).
Os países europeus foram, até ao ano de 2018, os maiores produtores globais de vinho (aproximadamente metade em Espanha,
Itália, França e Alemanha, curiosamente os países que também mais consomem).
Portugal, Brasil e Austrália registaram um aumento significativo de produção durante o período de 2013 a 2017.
Este incremento do consumo (procura) e da produção colocam o mercado dos barris de vinho num valor a rondar os 3330 milhões
de dólares americanos (em 2017) mas com um valor estimado de 5260 milhões em 2027 com uma taxa de crescimento anual
composta (CAGR) de 4.7%.
A produção de vinho assenta em algumas etapas fundamentais: a poda das uvas, a extração do sumo, a fermentação,
pressurização, filtração, envelhecimento, engarrafamento e depois finalmente o consumo.
VINHO TINTO – fermentação da uva com a casca | VINHO VERDE – Extração isolada do sumo da uva e da casca antes da
fermentação
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As mais pequenas alterações no processo de produção de vinho tornam o produto final distinto e, por isso, não existe uma
metodologia única para a sua produção. O segredo para a produção de vinhos de qualidade assenta em 3 fatores: experiência,
intuição e conhecimento de um grande leque variações processuais durante a produção e a sua afetação no produto final.
Um dos maiores desafios da indústria vinícola que tem vindo a acentuar-se ao longo dos anos é efeito do AQUECIMENTO GLOBAL.
Além de eventos catastróficos (como os incêndios, cheias, tempestades ou seca) cada vez mais frequentes e capazes de destruir
qualquer vinha.
Uma vez que a um maior período de crescimento está associado um aumento do sabor (ou dos níveis de açúcar), é sempre
adequado ter um período de crescimento das uvas algo longo.
Nos anos 50 os produtores de vinho tinham de afastar as folhas das vinhas para otimizar a fotossíntese. HOJE, de forma a manter
as características definidas para o vinho, a poda das uvas acontece 2 a 3 semanas mais cedo e as folhas tem de ser escondidas ou
cortadas 3 a 4 vezes por ano.
O 2º desafio da indústria vinícola que venho apresentar é o do controlo de contaminações microbiológicas. Durante o processo
de produção de vinho é essencial saber QUANDO e COMO controlar ou evitar determinada contaminação???
Existem contaminações que conferem aos vinhos um sabor aromático específico e que, pode inclusive, aumentar o interesse pelo
produto. Contudo a contaminação por cortiça é SEMPRE identificada como FALHA.
Mas, AFINAL, o que é isso de “sabor a ROLHA” muitas vezes mencionado. O sabor a ROLHA é muitas vezes comparado ao cheiro
de jornais velhos, a mofo, a cão molhado, …
SABOR A ROLHA:
• Afeta preço e qualidade do vinho
• Conjunto de odores indesejáveis e desagradáveis
• Detetado APENAS depois de engarrafar, envelhecer ou ao abrir a garrafa
• As ROLHAS de cortiça são as maiores responsáveis por este fenómeno (daí o nome)
• Dados estatísticos da taxa de incidência indicam valores discrepantes (entre 2 a 7% de todas as garrafas ou 1 em 20)
Em seguida irei apresentar 5 factos relacionados com “o sabor a rolha” em vinhos:
1.
O sabor a rolha é dado por uma família de moléculas e não apenas 1.
Normalmente sempre relacionado com um composto conhecido como TCA (2,4,6-Tricloroanisole).
O TCA é um produto vulgarmente presente na natureza e fruto da reação de anisole (produzido por alguns microrganismos
presentes na madeira) e de clorofenóis (formando DCA, TCA e TetraCA).
É então necessário que uma substância que contenha fenol entre em contacto com uma fonte de cloro. Se, por exemplo, se
lavar uma rolha de cortiça com cloro, potencia-se o eventual aparecimento de clorofenóis
A reação pode também acontecer espontaneamente pela reação de anisole com bromo (formando aí DBA, TBA e TetraBA).
Está maioritariamente associado à rolha de cortiça, MAS, virtualmente, pode ser formado em qualquer tipo de madeira.
2.
Só porque podemos não identificar o cheiro a rolha, NÃO SIGNIFICA que o vinho não esteja contaminado
Isto porque o limite sensorial do TCA pode ser realmente baixo e porque este composto ATENUA o perfil aromático dos vinhos.
A sua deteção é também complicada pois o OLFATO humano habitua-se rapidamente a este odor, tornando-o menos óbvio.
3.
Não temos todos a mesma capacidade de detetar o cheiro a rolha
O nosso limite de deteção sensorial em relação ao TCA pode chegar aos 1.5-2ppb (ou ng/l) MAS a nossa sensibilidade pode variar
por fator de 100 (devido a experiência com cheiro a TCA ou fatores genéticos).
Não existe um limite legal para níveis aceitáveis de TCA no vinho pois afeta-os diferenciadamente.
4.
Não é apenas o cheiro do vinho que fica alterado, o TCA também destrói a estrutura do palato, a textura e o equilíbrio
do vinho
5.
O consumir pode e DEVE rejeitar e devolver vinho quando contaminado por TCA ou com sabor a rolha
Até porque o produtor é responsável por reembolsar a loja ou trocar a garrafa.
É também responsabilidade do produtor de vinho a verificação da origem do TCA pois pode ter sido gerado por um efeito
SISTÉMICO (presença em todas as garrafas do lote) ou estocástico (contaminação pontual).
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Se SISTÉMICO pode advir: do tipo de madeira usada e das condições da tanoaria (onde se fazem os barris para envelhecimento)
OU das condições da adega ou do processo de fabrico de vinho
Se ESTOCÁSTICO, deve-se maioritariamente ao produto utilizado para fecho da garrafa (a rolha) ou a condições de armazenamento
do vendedor final.
O termo francês ÉLEVAGE é utilizado para caracterizar o período da produção do vinho entre a fermentação e o engarrafamento.
Usualmente utilizam-se barris de madeira onde o vinho é “filtrado” (racking – retira-se o sedimento), testado, provado, agitado
e, muitas vezes misturado.
Os barris que são criteriosamente produzidos por influenciarem o envelhecimento do vinho, as mangueiras utlizadas durante o
processo de transferência de vinho em conjunto com condições ambientais (mofo das adegas, tintas, tratamentos antifúngicos)
são os maiores responsáveis pela contaminação SISTÉMICA.
Neste vídeo podemos verificar tanto o processo de remoção de sedimento (para posterior limpeza dos barris, e que se sabe ser
fulcral no processo de contaminação por TCA) e de mistura dos vinhos em que se percebe a vasta fonte de contaminações
introduzidas apenas pela inserção e remoção da ferramenta de transferência de vinho que vai acumulando microrganismos que
são, também eles transferidos para o vinho.
Estas contaminações podem ser evitadas através da aplicação de boas práticas nas adegas produtoras de vinho, controlando o
processo de produção de vinho e as ferramentas e materiais utilizados.
A limpeza de barris, tanques e do material utilizado por si só não é suficiente. É necessário:
•
•
•
Controlar os materiais e processos de produção e inspeção de barris (a montante) nas tanoarias
Adaptar os processos de produção de vinho (eliminação de lixivias, pesticidas, fungicidas e de preservativos de madeira)
Introduzir testes de controlo finais e intermédios para deteção e quantificação precoce de TCA aos produtos e
mercadorias
conseguido através tecnologias de elevado poder de deteção e sensibilidade como as tecnologias analíticas
•
Eliminar TCA: existem já empresas e tecnologias que afirmam ter sistemas de eliminação de TCA através de métodos de
adsorção polimérica. Também é de referenciar o processo inovador de eliminação de TCA por dessorção térmica
desenvolvido pelo professor Orlando Teodoro da nossa faculdade.
Por sua vez, a atenuação de contaminações ESTOCASTICAS (pontual e não em todas as garrafas do lote) por TCA deve ser
realizada através do controlo:
• Das condições de armazenamento dos vinhos (no vendedor)
• De qualidade dos materiais e dos processos de produção de rolhas de cortiça.
Uma vez que este representa 90% das contaminações por TCA é este ponto que irei focar também.
Atualmente existem diversas estruturas capazes de fechar as garrafas de vinho. Cada uma com as suas vantagens e
desvantagens. As mais utilizadas são (até à data) as rolhas de cortiça natural, mas também temos as rolhas técnicas, as sintéticas
e as tampas roscadas de alumínio.
Existem diversos critérios para a sua seleção da estrutura de fecho e alguma controvérsia na sua escolha:
• Facilidade de abertura da garrafa (maior nas tampas de alumínio)
• Capacidade de não contaminação por TCA (tampas de alumínio)
• Impacto ambiental (menor nas rolhas de cortiça)
• Custo (menor nas de alumínio e sintéticas)
• Capacidade de envelhecimento do vinho (maior nas rolhas naturais)
O tipo de rolha/tampa é normalmente definido dependendo do estilo de vinho produzido e do consumidor final.
Mesmo com a controvérsia gerada com o tipo de tampa ou estrutura de fecho a utilizar, as ROLHAS de cortiça ainda dominam o
mercado com 61% da partilha do mercado (2/3). MAS como é possível haver uma indústria que aceita 3 a 5% de falha como
“NORMAL”?
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O Diretor de Marketing do Grupo Amorim teve uma opinião curiosa que eu partilho: existe uma grande diferença na mente do
consumidor entre ACEITAÇÃO pelas tampas de alumínio e de PREFERÊNCA pelas rolhas de cortiça.
Beber vinho é visto pelos consumidores como uma experiência única e, parte dessa experiência passa por tirar uma rolha de
cortiça e por uma sensação de satisfação conseguida com um som característico (o efeito POP-UP).
A indústria da cortiça e das rolhas está maioritariamente implementada em Portugal devido à extensa área de sobreiro. Portugal
exporta 65% da cortiça a nível mundial para + de 130 países, sendo que 70% desses produtos são rolhas (o equivalente a 40M de
rolhas por dia).
A tecnologia envolvida/desenvolvida pelos produtores de tampas de garrafas de vinho obrigando os produtores de rolhas de
cortiça a melhorar significativamente os seus produtos.
Hoje os produtores de rolhas começam a aumentar a variabilidade de produtos de modo a agradar um maior número de cliente
através de uma personalização de produtos. É o caso do Grupo Amorim (a maior empresa de rolhas de cortiça a nível mundial)
que oferece um grande leque de rolhas, com diversas características adaptadas ao cliente.
Adicionalmente, começam a adaptar também os processos de produção de maneira a prevenir contaminação por TCA com um
enorme investimento em I&D (com 700M € investidos na última década, 99 pedidos de utilidade ou patentes nacionais e um total
de 691 registadas). Estas processos incluem:
• Melhores métodos e controlos da colheita da cortiça
• Controlos das condições de armazenamento e secagem da cortiça
• Novos procedimentos de compra e seleção de cortiça
• Novos sistemas de cozedura
• Procedimentos de limpeza e lavagem agressivos
• Técnicas com ozono para desinfetar as rolhas
Alguns destes sistemas são proprietários das grandes produtoras de rolhas nacionais como são os casos destes sistemas
atualmente utilizados a nível industrial.
Por fim, implementaram também métodos de controlo individual de rolhas de cortiça. Como são os casos do sistema da empresa
NDTech (que colabora com a empresa Amorim), o sistema OneByOne da MASILVa e o PerfectGO da Lafite’s
Estes sistemas permitiram aumentar o número de controlos por lote e vieram complementar a análise sensorial.
A análise sensorial é a ciência de examinar as propriedades organoléticas percetíveis de determinado produto através dos
sentidos. Pressupõe o cheiro e prova de uma solução de macerado de rolhas (“mergulhadas” durante 24h) em água ou soluções
com 12% de etanol. Após estes paços o painel de especialistas treinado e testado avalia o sabor das amostras através de um
vocabulário próprio padrão e segundo uma escala de intensidades.
Apesar de ainda ser o método padrão para empiricamente avaliar este tipo de contaminação, apresenta diversas desvantagens:
é um exame subjetivo (depende do quadro de especialistas), qualitativo, demorado, destrutivo e, por isso, difícil de ser aplicado
num vasto número de amostras de forma eficiente.
A evolução dos equipamentos de análise como a análise cromatográfica (com regras próprias) permitiram não só um rastreio
inicial das amostras a serem testadas pela análise sensorial. A otimização dos procedimentos de análise com estes equipamentos
permitiram melhorar o limite de quantificação (LOQs) para valores de ppt baixos (aproximadamente 0.5 ppt ou ng/L).
A adaptação destes sistemas permitiu também aumentar o número de amostras para uma escala industrial.
Os últimos sistemas desenvolvidos analisam diretamente rolhas sem paço de extração do solvente. É o caso do sistema NDTech,
que permite a análise através de processos totalmente automáticos em que a vaporização de TCA da cortiça é induzida dentro de
recipiente hermeticamente fechado. A análise é feita através de cromatografia gasosa e permite a diferenciação das rolhas em 3
categorias de acordo com a concentração de TCA detetado.
Este sistema em particular permite uma análise automatizada, não-destrutiva, individual, em 20 segundos e com garantia de TCA
abaixo dos <0.5 ppt (o equivalente a uma gota de TCA em água de 800 piscinas olímpicas.
Por outro lado, este é um sistema em que um enorme investimento tem sido feito, em que ainda tem enormes falhas de controlo,
com necessidade de introdução de sensores e uma manutenção constante devido ao pó de cortiça acumulado. Apresenta ainda
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assim uma eficiência relativa baixa face à quantidade de rolhas produzidas (apenas 10% dos lotes são analisados e 25% dessas
análises falham – as rolhas são falsamente classificadas como sendo boas).
Assim sendo ainda há espaço para melhorias e avanços tecnológicos de forma a acompanhar o ritmo de produção com uma
eficiência de deteção maior.
O último, mas não menos importante desafio da indústria vinícola prende-se com a autenticação de vinhos, um problema avaliado
em biliões de dólares. Mas então agora preciso da vossa participação, qual a distinção nestes dois produtos. Há algum que vocês,
enquanto consumidores identificariam como sendo contrafeito?
A diferença está no rótulo e é muito ténue. O da esquerda é o contrafeito. Na verdade, é estimado que em 99% os vendedores só
reembolsam o cliente apos a assinatura de um acordo de confidencialidade e da devolução da garrafa (que na maior parte dos
casos é revendida.
Existem várias formas de contrafação:
• Recriação de garrafas (como o caso da figura em que se pretende uma versão autêntica da garrafa original)
• Garrafas “unicórnio” (garrafas que só existem na mente do comprador e do vendedor que as idealiza)
Mas e se o problema não está na garrafa? Existem outras formas de contrafação que incluem o reenchimento de garrafas
autênticas com vinhos diferentes, a adição de água ou mistura com outros vinhos. Existe aliás um mercado no ebay apenas para
garrafas de vinho usadas.
É estimado que o mercado de fraude associado a comida e bebidas seja de 40 biliões de dólares (aproximadamente 7x o do roube
de arte). O Conselho Interprofissional de Vinho de Bordéus afirma que só na china sejam vendidas cerca 30.000 garrafas de vinho
contrafeito por hora.
Existem vários métodos antifraude como a utilização de:
• Rótulos próprios com códigos de resposta rápida (ou QR codes) e de identificação por radiofrequência (RFID)
• Rolhas distintivas de uso único
• Rótulos com marcadores específicos a serem lidos com um leitor próprio
• Rótulos com marcas de água e código de barras
• Introdução de microchips nas garrafas e no seu invólucro
Todo este procedimento tem-se revelado infrutíferos devido à dedicação e grau de especialização dos contrafatores que, por
exemplo, são capazes de inverter o princípio de funcionamento de um Coravin para que possam esvaziar e reencher a garrafa
deixando a rolha virtualmente intacta. A incapacidade de solucionar este problema realça a necessidade de aplicação de uma nova
estratégia capaz de minimizar as perdas com este tipo de fenómeno mundial.
A campo de investigação da metabolómica tem uma vasta aplicabilidade e a deteção e identificação de microrganismos à avaliação
de bens consumíveis. Assim esta relativamente nova área de investigação que envolve o estudo científico de processos químicos
envolvendo metabolitos, substratos de pequenas moléculas, intermediários e produtos do metabolismo tem a potencialidade de
diminuir os efeitos dos problemas identificados da indústria vinícola.
Marcas biológicas características levam a fenótipos específicos com um padrão específico metabolómico que pode ser avaliado
com técnicas cromatográficas e espectrais (características de abordagens metabolómicas). Através de uma recolha, análise
analítica e de dados é assim virtualmente possível definir um perfil específico para um determinado vinho.
A análise de dados pressupõe a utilização de ferramentas de análise multivariada e de modelos de aprendizagem automática –
como são exemplos os testes de correlação, as análises discriminantes, a análise de componentes principais e as máquinas de
suporte vetorial.
Todas estas aqui apresentadas já foram utilizadas em estudos de autenticação de vinhos de forma a identificar adulterações,
determinar a idade e origem botânica e geográfica de vinhos.
No nosso grupo utilizamos tecnologias de IMS como este equipamento de análise, o FlavourSpec que combina a seletividade da
cromatografia gasosa com a sensibilidade de IMS permitindo a análise de compostos orgânicos voláteis do headspace de amostras
líquidas e sólidas sem necessidade de um pré-tratamento da amostra.
Este equipamento permite o controlo da qualidade de produtos e a otimização dos processos de produção através da definição
imparcial de sabores dos produtos, suporte prestado aos painéis/análises sensoriais, da quantificação individual de VOCs.
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O princípio de funcionamento das tecnologias de IMS pressupõe a entrada de amostra num tubo onde ocorre a ionização dos
compostos da amostra que são transportados ao longo da região de deriva a favor de um campo elétrico no sentido do movimento
e de um gás de deriva em sentido oposto até chegarem ao detetor.
Os compostos são assim separados de acordo com a sua carga, massa e forma (mais pesados chegam mais tarde). Assim a
identificação do composto é permitida através da combinação de duas variáveis o tempo de arraste ao longo da coluna GC e o
tempo de deriva no tubo IMS. A intensidade do sinal medido no detetor permite a quantificação do composto em questão.
Esta tecnologia apresenta múltiplas vantagens que incluem a elevada seletividade e sensibilidade, o facto de não precisar de
reagentes, realizar uma análise não-destrutiva, ser de baixo custo de operação, fácil de operar, portátil,…
A análise de dados espectrais (como já foi afirmada) é um processo faseado que pressupõe uma comparação visual seguida de
uma extração de variáveis e sua análise com técnicas já anteriormente referidas.
Em seguida vou dar alguns exemplos de aplicação da tecnologia que utilizamos em que farei uma comparação visual de espectros
obtidos em amostras relevantes.
O primeiro exemplo é o da Coca-cola e da Pepsi em que confirmamos a distinção de compostos pela diferenciação óbvia dos seus
espectros. De ambos os lados existem picos de intensidade (únicos a cada composto) que são comuns, mas também outros que
são característicos. Também as intensidades de alguns compostos são diferentes o que pressupõe uma diferente concentração
de compostos nas suas formulações.
O segundo estudo efetuado tentou averiguar o perfil de degradação de uma amostra de sumo de laranja natural deixado aberto
durante vários dias. Como podemos averiguar os espetros começam a variar significativamente entre o dia 2 e 3 e ao fim de 5 dias
o sumo de laranja já contém um perfil de compostos completamente diferente do original. Estas diferenças são resultado de
contaminação crescente por microrganismos.
Quando tentamos comparar amostras de diferentes vinhos (monte velho e de marca branca) verificamos também a existência de
picos comuns com diferente intensidade, assim como picos característicos e específicos a cada amostra. Daqui se conclui que
vinhos efetivamente diferentes tem padrões/fingerprints distintas.
Adicionalmente, efetuamos uma diluição de ambos os vinhos e voltamos a analisar… Apesar dos espetros entre as amostras
originais e diluídas parecerem visualmente semelhantes, a análise de componentes principais permitiu-nos claramente diferenciar
todos os grupos de amostras, realçando ainda mais o poder de aplicação do equipamento e métodos utilizados.
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