Capítulo 16: Vinagre

Facultad de Ciencias Agrarias U.N.Cuyo
Departamento de Tecnología Agroindustrial
FERMENTACION ACETICA
Por Héctor H. Mathey
Introducción
La oxidación del alcohol etílico del vino (como así también de sidras, cerveza y otras bebidas alcohólicas de relativa baja graduación), por acción de microorganismos estrictamente aerobios, origina la enfermedad más corriente, perjudicial y también de más difícil o imposible corrección: la
picadura acética o avinagramiento, tema este que ha sido desarrollado anteriormente.
Por otro lado, este proceso biológico, conducido adecuadamente nos lleva a obtener un producto
terminado de valor comercial.
Haciendo una breve reseña vemos que la producción de ácido acético a partir de líquidos alcohólicos
ha sido conocida desde hace tanto tiempo como la elaboración del vino (aproximadamente 10.000
años). El hombre aprendió a reconocer la utilidad del vinagre, si bien ésta no estaba impregnada de
las cualidades esotéricas o divinas del vino (que hace elevar el espíritu de los hombres). Su uso más
“pragmático” se encaminó más a las necesidades del cuerpo que a las del alma. Los Romanos y los
Griegos que utilizaban vinagre diluido como bebida refrescante, o en usos medicinales, lo producían
dejando el vino abierto al aire. Su naturaleza ácida empezó a asociarse a la garantía de estabilidad de
los alimentos, impidiendo el desarrollo de los gérmenes causantes de putrefacción. Entonces, su
aporte al sabor de los mismos fue tan aceptada que pasó a compartir el atributo de condimento.
Los primeros vinagres fabricados industrialmente (en la Edad Media) eran producidos en vasijas
semillenas abiertas. Eran procesos lentos, en los que flotaba una película de bacterias sobre la superficie del vino.
En el siglo diecinueve se modificaron los procesos en superficie hacia procesos más rápidos. Uno de
estos, el proceso del generador de goteo o (de circulación) se utiliza todavía en la actualidad. Los
procesos sumergidos se desarrollaron desde 1949.
Ambos tipos de procesos, el generador de goteo y el fermentador sumergido se utilizan en todo el
mundo; los antiguos métodos lentos, en casos especiales son utilizados debido al mejor sabor de los
productos que se obtienen.
Importancia económica
Como ejemplo de la escala del proceso, la producción de vinagre con 10% de acético en 1991 ascendió a 625 millones de litros en la Comunidad Económica Europea, 750 millones de litros en los
Estados Unidos y 2.500 millones de litros en todo el mundo (excluyendo a China y la ex Unión
Soviética).
En nuestro país, la industria del vinagre ocupa un importante lugar entre las industrias agropecuarias
(aunque no de privilegio). El producto elaborado puede destinarse al consumo directo o ser utilizado
por otra industria alimentaria igualmente importante como es la de los encurtidos.
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Estimamos que la producción Argentina estaría en el orden de los 30 millones de litros de vinagre de
alcohol, 15 millones de litros de vinagre de vino y 3 millones de litros de vinagre de manzana. Las
fábricas de mayor capacidad de elaboración (de vinagre de alcohol) se encuentran en Bs.As.
Aspectos biotecnológicos
Aunque el ácido acético es producido por muchas bacterias fermentativas, sólo miembros de un
grupo especial, las bacterias del ácido acético se utilizan en la producción comercial.
Bacterias acéticas
Los estudios de las bacterias del ácido acético son numerosos; desde 1822 en que Persoon
investigando el velo de vinagres identifica al Mycoderma, hasta el presente cuando se buscan cepas
de mayor resistencia al alcohol, temperatura, cultivos inmovilizados.
Taxonomía
En la actualidad están incluidas en dos géneros, Gluconobacter y Acetobacter, dentro de la Familia
Acetobateriaceae (9ª Edición del Bergey). Acetobacter con células inmóviles o con flagelación
perítrica, oxida lactato o acetato a CO2, mientras que Gluconobacter no posee esta capacidad de
sobreoxidación y si tienen flagelos son polares. Los miembros del género Acetobacter son bacterias
Gram negativas y ácido-tolerantes. Las cepas utilizadas comercialmente pertenecen generalmente a
esta especie (Acetobacter aceti).
Mutabilidad
Durante la producción aparecen cultivos mixtos, aunque se asume que el inóculo es puro, particularmente en los cultivos en superficie. Las cepas de producción parecen perder su carácter de alta
producción si son transportadas sobre agar a una nueva localidad. Para evitar este problema, las
cepas de producción se envían a las nuevas plantas de vinagre en pequeños fermentadores transportables.
Existe una contradicción aún no resuelta, entre los trabajos de Shimwell y Carr (que los considera
inestables biológicamente, y algunas especies más que otras), y las conclusiones de De Ley quien
opina que hay un biotipo ancestral (Acetobacter) no variable.
Biosíntesis del ácido acético
La producción de ácido acético es una oxidación incompleta más que una auténtica fermentación,
debido a que el poder reductor que se produce se transfiere al oxígeno. La primera etapa de oxidación a partir de etanol conduce a acetaldehído mediante una alcohol deshidrogenasa específica de
NAD o NADP. Existe luego una hidratación a acetaldehído hidrato y una segunda oxidación con
acetaldehído deshidrogenasa a ácido acético. Durante la oxidación se produce 1 mol (60 g) de ácido
acético por mol (46 g) de etanol. A partir de 1 litro de alcohol del 12% (v/v) se produce 1 litro de
ácido acético del 12,4%.(Esta conversión implica un rendimiento teórico del 130%).
Para la producción óptima se requiere suficiente oxígeno, que se reduce a través de la cadena respiratoria. La reacción es exergónica con un H = 493 KJ. Si no existe suficiente oxígeno, en presencia
de altas concentraciones de ácido acético y etanol, las células mueren. Después de una interrupción
de la aireación de 2 minutos, a una concentración de 5% de ácido acético y etanol muere el 34% de
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las bacterias; mientras que a una concentración del 12% de ácido acético y etanol la misma tasa de
muerte se produce después de solamente 10-20 segundos.
Tanto el ácido acético como el etanol deben estar presentes para el óptimo crecimiento de Acetobacter. El suministro de etanol es crítico y con menos del 0,2% (v/v) en solución aumenta la velocidad
de muerte. Sin embargo, la concentración máxima de etanol no debe exceder el 5% en los procesos
convencionales. Actualmente las cepas de alto rendimiento producen 13-14% de ácido acético.
El metabolismo del etanol ha sido minuciosamente estudiado, encontrándose fracciones "solubles" y
"particuladas" de los dos enzimas presentes en las reacciones (alcohol y aldehido deshidrogesas).
El metabolismo de los hidratos de carbono es expuesto esquemáticamente.
La producción de ésteres (acetato de etilo) que es tan manifiesta cuando un vino se “pica”, ocurre en
los métodos lentos de elaboración pero no necesariamente en los métodos rápidos, donde prácticamente se agota el alcohol.
Es considerable la producción de acetoina por acción de dos enzimas (a partir de -ceto-lactato o de
2 acetaldehido)
Tanto si la acetificación se realiza en régimen continuo, como si es en forma semicontinua, la descarga del producto supone extraer del fermentador, junto con él, parte de las bacterias. Para recuperar la velocidad de producción es preciso entonces favorecer el desarrollo de nuevas bacterias. La
tecnología de la fermentación acética implica:
a) el desarrollo rápido de bacterias acéticas que suplan a las descargadas en el anterior
ciclo de producción o a las extraídas en la descarga continua,
b) el mantenimiento de estas bacterias con actividad suficiente para realizar la acetificación a velocidades satisfactorias, y
c) la aportación al medio de los elementos necesarios para llevar a cabo la reacción de
oxidación.
Definición y tipos de vinagre
Vinagre deriva del francés «vin aigre» (vino agrio), por lo que solamente el procedente del vino
merece ese nombre. Por extensión, se denominan vinagres a los productos resultantes de la fermentación acética de diversos substratos alcohólicos, añadiendo al nombre de vinagre el del substrato
correspondiente, como vinagre de sidra, de malta, etc.
Los Países Miembros de FAO/OMS han coincidido en definir al vinagre como «Un líquido, apto
para el consumo humano, producido exclusivamente a partir de materias primas de origen agrícola,
que contengan almidón o azúcares o almidón y azúcares, por un doble proceso de fermentación:
alcohólica y acética» (Comisión del Codex Alimentarius, 1985).
Los vinagres deben contener cantidades determinadas de ácido acético (de origen natural, no agregado) e ingredientes opcionales tales como hierbas, especias, sal, que se especificarán por la Comisión del Codex Alimentarius. Dichos ingredientes se añaden en cantidades suficientes para conseguir las características de sabor peculiares de cada tipo de vinagre.
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En Argentina está definido en el Código Alimentario de la siguiente manera: «Se entenderá por
Vinagre o vinagre de vino al producto de la fermentación acética del vino. Los vinagre obtenidos
por fermentación de materias primas distintas al vino (cerveza, sidra, frutas, cereales, alcohol, etc.),
deberán venderse con el nombre que especifique su origen, ejemplo: “vinagre de cerveza”» (art.
1328). En artículos sucesivos, nuestro Código Alimentario especifica las condiciones organolépticas, higiénicas y constitutivas que deben cumplir los diferentes productos; así también las prácticas
industriales autorizadas y lo prohibido. Se sugiere la lectura de los artículos correspondientes del
CAA (1328-1337)
Substratos
Las materias primas de origen agrícola son muy diversas. En particular en los países en que no se
cultiva la vid (Suecia, Gran Bretaña, Finlandia, Irlanda), se usan como materias primas los llamados
«vinos de frutas», sidra, malta, alcohol de vino, de cereales o de melazas. Los vinagres de sidra y
malta predominan en los países anglosajones y del norte de Europa. El vinagre de alcohol y los
vinagres de cereales se fabrican también en Estados Unidos y en varios países europeos. Así mismo
se produce vinagre a partir de suero de leche, de miel, de arroz, en Japón y China y vinagre de piña
en Malasia.
Existe el llamado vinagre destilado de malta, producido por la destilación de vinagre de malta bajo
presión reducida. Contiene solamente los componentes volátiles del vinagre de malta del que procede.
Particularmente el vinagre de alcohol es el de mayor producción y consumo en nuestro país, seguido
en orden de importancia por el de vino y en menor proporción se elabora vinagre de sidra, aparentemente no habría un consumidor que privilegie la calidad de un buen vinagre de vino.
Composición de los vinagres
Acidez total
Vinagre de vino (y alcohol), no menos de 5% expresada en ác. acético (5 g ac. acético/100 mL)
Otros vinagres (sidra, cerveza), no menos de 4 g. de ác. acético/100 mL (4% ác. acético).
Alcohol residual
El alcohol de fermentación que queda sin acetificar en los vinagres, no debe sobrepasar la décima
parte de la acidez total expresada en volumen (para un vinagre de vino con 5% de acidez, se admite
entonces hasta el 0,5 % de alcohol).
Conservadores
El conservador universalmente permitido en vinagres es el SO2, aunque también el Codex Alimentarius ha propuesto como antioxidante el ácido ascórbico. La concentración máxima de S02 admitida
es de 70 mg/Kg y la de ácido ascórbico de 400 mg/Kg.
Aditivos
Caramelo para colorear según las prácticas comúnmente admitidas.
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Contaminantes metálicos
Contenido en arsénico, máximo 1 mg/Kg.
Contenido en plomo, máximo 1 mg/Kg.
Suma de los contenidos en cobre y zinc, máximo 10 mg/Kg.
Hierro, máximo 10 mg/Kg.
Higiene
El vinagre debe aparecer libre de microorganismos que puedan desarrollarse en las condiciones
normales de almacenamiento del producto, en cantidades que representan riesgos para la salud del
consumidor.
Tampoco el vinagre puede contener anguílulas o cualquier sustancia en suspensión o formando
sedimentos. Tampoco se admite la turbidez debida al desarrollo de bacterias acéticas (madre del
vinagre) en vinagres listos para el consumo.
Tipos de vinagre
1.
Vinagre o vinagre de vino
Procede de la fermentación acética del vino, que es el sustrato más comúnmente utilizado en la
producción de vinagre, en países vinícolas, (salvo en el nuestro, ya que el de mayor producción es el
alcohol).
En los vinagres vínicos aparecen los componentes del vino que no se han metabolizado por las
bacterias (entre los más importantes ácido tartárico y prolina, que permiten identificarlo) y los que
resultan del desarrollo de las bacterias a expensas principalmente del etanol. El ácido acético es el
componente más abundante, ya que los restantes se hallan en cantidades de mg/L.
2.
Vinagre de vino envejecido
El vinagre que permanece durante un tiempo en barricas de madera adquiere aromas distintos que
los que presenta al término de la fabricación. Si el vinagre que envejece contiene etanol residual
(0,2º y hasta 3º alcohólicos) se favorece la formación de ésteres etílicos, principalmente acetato de
etilo. La oxidación de los polifenoles y el aumento de la cantidad de estos compuestos, por lenta
extracción de la madera son otras modificaciones importantes.
En Jerez, por ejemplo, se obtienen vinagres especiales con D.O., utilizando para el envejecimiento,
sistemas de soleras análogos a los usados en la crianza del vino fino.
En nuestro país, probablemente dado las preferencias de consumo interno y precio no compensatorio, no se elaboran industrialmente productos de calidad elevada. En los años‘80 hubo un emprendimiento de elaboración a partir de varietales finos que no prosperó.
3.
Vinagre de malta
Es uno de los tipos de vinagre de mayor consumo en Gran Bretaña y del que más se exporta a Estados Unidos.
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El substrato básico para este tipo de vinagre es malta cervecero, a la que, por razones económicas, se
añaden otras sustancias amiláceas como granos de arroz o maíz.
El líquido alcohólico, pasa a los acetificadores, y una vez transformado en vinagre de malta, se suele
dejar varias semanas en reposo en barricas de madera.
Tampoco se ha elaborado en nuestro medio no obstante el interés por parte de algún productor de
vinagre local.
4.
Vinagre de sidra
El vinagre de sidra procede de la fermentación alcohólica del jugo de manzana o concentrado de
zumo que se somete, posteriormente, a la fermentación acética.
Las especificaciones del vinagre de sidra incluyen las mismas características que la que se exigen al
vinagre de alcohol, excepto que se permiten menor contenido da acidez (4%)
En los generadores de relleno, el zumo de manzana fermentado o la sidra procedente de zumo concentrado, crea bastantes problemas porque da lugar a desarrollos de Acetobacter xylinum que obtura
el paso del aire con la formación de un polisacárido semejante a la celulosa. Naturalmente, este
inconveniente no existe en los acetificadores sin relleno, de cultivo sumergido.
El vinagre de sidra ofrece también mayores problemas que el de alcohol para la filtración y clarificación, e incluso se producen con alguna frecuencia depósitos en las botellas o turbidez, debidos a la
polimerización de los polifenoles y pectinas procedentes de la sidra.
5.
Vinagre de alcohol
Es el vinagre que se obtiene mediante la fermentación acética de soluciones acuosas de alcohol. El
alcohol debe proceder de la fermentación alcohólica de materias agrícolas, seguido de destilación.
En nuestro país el alcohol procedente de la fermentación de melazas de ingenios azucareros es el
más usado porque es más barato.
El alcohol se diluye a concentraciones semejantes a las que se halla en el vino y el proceso de fabricación es en todo semejante al del vinagre vínico. No obstante, el alcohol no contiene los nutrientes
que posee el vino, por lo que han de añadirse a fin de que tenga lugar la multiplicación y el desarrollo de las bacterias acéticas.
En fermentaciones realizadas en un Acetator Frings, en el que la transferencia de oxígeno es el
factor limitante en la velocidad de acetificación (Ebner et al. 1967), se estableció la composición de
un medio sintético que contiene: etanol 10 %; 1 g/L de glucosa como fuente de carbono; 13 mg/L de
pantotenato cálcico como fuente de vitaminas; 100 mg/L de citrato cálcico; 100 mg/L de citrato
potásico; fosfato biamónico 0,5 g/L; sulfato de magnesio 0,1 g/L; sulfato de manganeso 5 mg/L, y
cloruro férrico 1 mg/L.
Existe en los países anglosajones el llamado «White distilled vinegar», que se fabrica con etanol de
cualquier procedencia, incluso en EE.UU. utilizan alcohol de síntesis.
En EE.UU. el alcohol destinado a vinagre se desnaturaliza añadiéndose principalmente acetato de
etilo.
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En nuestro medio la desnaturalización del alcohol que ingresa a las fábricas de vinagre es exigida y
controlada por la DGI. Consiste en la mezcla con vinagre concentrado requiriéndose un mínimo del
4% de acidez en el corte final. La operación es controlada por inspectores
6.
Vinagre balsámico de Modena
La materia prima es mosto de uva blanca de la variedad Trebbiano, en óptimo grado de madurez.
Este mosto se concentra mediante ebullición suave, lo que consigue también la eliminación de la
flora espontánea. Las levaduras que llevan a cabo la fermentación alcohólica del mosto son levaduras osmófilas que se identifican como Zygosaccharomices. Simultáneamente las bacterias acéticas
metabolizan el etanol a ácido acético, en un lento proceso que caracteriza la obtención de este tipo
de vinagre.
El proceso de fabricación del vinagre balsámico de Modena se realiza en una batería de barriles de
diferente capacidad y construidos tradicionalmente con diferentes tipos de madera, buscando distinta
porosidad y que comuniquen a la mezcla de vino-vinagre las características que hacen tan peculiar a
este producto.
El vinagre terminado después de un proceso que dura varios años, se extrae del último barril de la
escala (de madera de moral o morera), de 20 litros de capacidad, que se rellena de vinagre procedente del anterior de 30 litros de capacidad, construido en madera de fresno, que a su vez se alimenta de
otro de 40 litros de capacidad y madera de cerezo. El último barril de la serie, o el segundo, según se
considere, es de madera de castaño de 50 litros de capacidad que recibe el vinagre de un barril de 60
litros de capacidad construido en madera de roble y al que se añade mosto de uva concentrado hasta
completar el volumen extraído. La porosidad de cada tipo de madera y la entrada de oxígeno que
permite, influye tanto en el desarrollo de la acetificación como en el aroma y color del vinagre obtenido.
El proceso de acetificación se desarrolla junto con el de envejecimiento en madera, y el vinagre
balsámico que se obtiene depende, en cada batería de barriles, del tipo que se quiere obtener. La
legislación italiana exige que se envejezca un mínimo de 12 años (Turtura y Rosetti, 1984) y hacen
falta 50 años para que el vinagre tenga el flavor propio del vinagre de Modena. Por ello, el comercio
de este vinagre es muy limitado pero reconocido económicamente.
7.
Otros Vinagres elaborados
Es importante la producción de vinagre concentrado (generalmente de alcohol) utilizado en la
industrialización de encurtidos.
Otra modalidad comercial que podemos observar es la de los vinagres aromatizados.
Proceso industrial de elaboración del vinagre
Con este capítulo se pretende proporcionar una idea acerca del funcionamiento de una instalación
industrial dedicada a la fabricación de vinagre de vino. Aún cuando alguno de los aspectos presentados aquí es comun a los diversos tipos de proceso existentes, la redacción se ha inspirado en el
esquema de la llamada fermentación en cultivo sumergido, hacia cuya adopción es indudable la
orientación de la industria vinagrera.
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El orden de exposición empleado se atiene al orden que sigue la materia prima desde su recepción
como vino hasta su acondicionamiento como vinagre embotellado.
1.
Recepción de la materia prima
Las materias primas (vinos, sidras, alcohol, etc.) destinadas a ser transformadas en vinagre se reciben sobre depósitos expresamente previstos para ello y se desnaturalizan con vinagre concentrado.
Evidentemente, el material de construcción de estos depósitos se selecciona para que la permanencia
en ellos no altere la calidad de las materias primas. Los materiales habituales para este fin son madera, poliester (PRFV) o acero inoxidable Todo material que esté en contacto con estas materias primas ha de cumplir las mismas especificaciones (tanques de transporte, bombas, llaves, tuberías y
accesorios). Debe tenerse presente que el ácido acético y sus vapores son altamente corrosivos, por
lo que los locales también son afectados particularmente en sus partes métalicas.
Los depósitos de recepción de materias primas pueden encontrarse ubicados en la misma nave de
fabricación, incluyendo en ésta la fermentación acética y los posteriores tratamientos a los que se
somete el vinagre hasta su embotellado. La proximidad física entre las distintas secciones hace
necesario que la nave esté bien limpia, ya que tanto las levaduras como las bacterias que pueden
contaminar los vinos son ubicuas, al igual que las propias bacterias acéticas. La falta de higiene
puede dar lugar a posteriores complicaciones, bien por la alteración de los vinos o bien por la aparición de dificultades durante su posterior fermentación.
Al proyectar una industria de elaboración de vinagres se ha de tener en cuenta la posible diversidad
de las materias primas con el fin de prever depósitos de recepción distintos para cada una de ellas.
También se ha de considerar la necesidad de algún tipo de actuación sobre esta materia prima antes
de su alimentación al fermentador, como puede ser el ajuste a un grado alcohólico menor, la adición
de nutrientes, etc. En este caso, además del correspondiente depósito de recepción y preparación se
habrá de contar con un depósito auxiliar para el abastecimiento del fermentador.
2.
Condiciones de fermentación
Para que la fermentación acética transcurra sin problemas y el producto final no acuse alteraciones a
corto o largo plazo, se han de cumplir una serie de requisitos que afectan tanto a la materia prima
como al sistema de fermentación.
2.1.
Características de la materia prima
Los vinos utilizados como materia prima deben ser sanos (admitiéndose como excepción los atacados por bacterias acéticas), libres de olores y sabores extraños.
Han de estar libres de antifermentos.
Limpios y estabilizados.
Secos, sin restos de azúcares que puedan provocar contaminaciones posteriores
con levaduras.
En cuanto a su graduación alcohólica, tradicionalmente se ha venido considerando que los vinos utilizados en la acetificación habían de ser de baja graduación.
En la actualidad, las técnicas de fermentación permiten utilizar vinos con graduación alcohólica de 10-12º.
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2.2.
Temperatura y aireación
La temperatura de la fermentación debe estar comprendida dentro del intervalo
entre 30-31ºC, si bien este valor no resulta definitivo. La fermentación es viable
entre 28-33ºC, pero la velocidad de producción varía en función de la temperatura. Por otra parte, cuando la temperatura es elevada aumentan las pérdidas de alcohol y productos volátiles y, en menor cuantía, de ácido acético.
La incorporación de aire es fundamental, dado el carácter aerobio de las bacterias
acéticas. La cantidad de aire introducido se expresa generalmente como VVm
(volumen/volumen/minuto) o cantidad de aire en volumen por unidad de tiempo y
por unidad de volumen útil de fermentador. Es una característica de cada fermentador o de cada proceso, ya que normalmente podrá actuarse a voluntad para fijar
esta variable en cada caso. Además de la cantidad de aire, se ha de tener en cuenta
su calidad o pureza, ya que las bacterias acéticas son sensibles a los contaminantes del aire.
Cuando el suministro de aire es forzado, como es el caso del método sumergido,
la provisión se realiza generalmente con un compresor de aire (eléctrico). La aireación no puede ser interrumpida, por lo se necesita en la planta un equipo generador y un sistema de transferencia que funcione en casos de "cortes" en el suministro de energía eléctrica.
3.
Sistemas de fermentación
Los dos esquemas básicos bajo los que se realiza la fermentación acética son:
fermentación en cultivo superficial (lentos y rápido)
fermentación en cultivo sumergido
3 1. Fermentación en cultivo superficial
En términos generales, la fermentación superficial se caracteriza porque las bacterias acéticas se
encuentran en contacto directo con oxigeno gaseoso, situadas bien en la interfase líquido/gas, como
es el caso del método Orleans, o bien fijadas a soportes de materiales tales como virutas como en el
método alemán.
En éste último caso, el vino en proceso se rocía desde la parte superior del depósito que contiene el
material poroso, en cuya superficie se desarrollan las bacterias acéticas. El vino cae por gravedad
hasta el fondo del depósito, desde donde retorna a la parte superior mediante una bomba de recirculación. Cuando la concentración de alcohol desciende hasta aproximadamente 0,3º se descarga
aproximadamente las 4/5 partes del volumen total de líquido. Esta descarga se da con una periodicidad de 7-10 días.
El control de temperatura durante el proceso de fermentación se realiza por medio de un intercambiador de calor exterior refrigerado con agua de acuerdo con la señal procedente de un termostato.
La entrada de aire tiene lugar como consecuencia de la diferencia de temperatura entre el interior y
el exterior (la transformación del alcohol produce calor). El aire que se calienta interiormente produce un tiraje que es regulado en la chimenea superior del equipo.
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Este sistema constituyó el primer paso hacia la industrialización del proceso de fabricación de vinagre y, en cierto modo, es también precursor de los actuales sistemas de bacterias inmovilizadas. No
obstante, a pesar del notable avance tecnológico que supuso presentar una serie de desventajas tales
como:
La pérdida de sustancias volátiles por evaporación es del orden del 10 %.
El material de soporte, generalmente virutas de madera, se contamina fácilmente
y requiere una limpieza periódica. Prácticamente cada año se hace preciso reemplazarlo por material nuevo. (No obstante hay generadores con muchos años en
uso).
El nuevo material precisa un minucioso acondicionamiento hasta que queda totalmente impregnado de vinagre.
Ha sido usado en nuestro medio como soporte, sarmientos de vid y más frecuentemente marlo de maíz. Ambos materiales son de poca vida útil.
Además de los problemas expuestos, la lentitud del proceso hace que este sistema esté siendo relegado en beneficio de la fermentación sumergida.
3.2. Fermentación en cultivo sumergido
Este sistema se basa en la presencia de un cultivo de bacterias sumergidas libremente en el seno del
líquido a fermentar, en el que constantemente se introduce aire (sólo o enriquecido con oxígeno) en
condiciones que permitan la máxima transferencia posible desde la fase gaseosa a la fase líquida. Es
decir, en este caso no existe soporte alguno para las bacterias. Cuando el contenido del fermentador
reduce la concentración de alcohol hasta aproximadamente 0,2º (lo cual sucede generalmente dentro
de intervalos de 30-40 horas), se descarga aproximadamente el 40-45 % del volumen de líquido, que
se repone con nueva materia prima.
El control de la temperatura de este proceso se realiza mediante un refrigerante interno que actúa
automáticamente. La capacidad del sistema de refrigeración, impuesta por la superficie de intercambio, el caudal de agua, la temperatura de entrada de la misma y las condiciones dinámicas en el
exterior y en el interior del sistema, ha de corresponder a la superior carga térmica de este sistema en
relación con el anterior, debido a la mayor velocidad de acetificación conseguida y al mayor consumo de energía mecánica.
El agua de refrigeración puede formar parte de un circuito cerrado y ser refrigerada a su vez en una
torre, o bien, si el consumo es escaso, puede proceder de la red. Debe de ajustarse a requisitos de
calidad que impida la formación de incrustaciones y de temperatura de entrada.
Al entrar en el fermentador, el aire es dispersado de forma homogénea en toda la masa líquida en
forma de burbujas tan pequeñas como sea posible, ya que la superficie total de transferencia de
oxígeno es superior al disminuir el diámetro de las burbujas, y de esta velocidad de transferencia
depende a su vez la velocidad de producción de ácido acético.
Los avances tecnológicos introducidos en la fermentación sumergida aplicada al proceso de acetificación han aportado las siguientes ventajas:
La pérdida de volátiles por evaporación se reduce al 3- 5 %.
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Se prescinde del material de relleno y por tanto de los problemas que entraña.
Se facilita la incorporación de sistemas automáticos para la carga y descarga del
fermentador, control de espumas, etc.
Se consiguen temperaturas más uniformes, eliminándose las zonas de calentamiento local.
La limpieza y mantenimiento es más ágil y eficaz.
4.
Inicio de la fermentación
La fermentación acética no se manifiesta claramente hasta que la población bacteriana en el medio
es suficientemente elevada. Como tal manifestación se entiende el aumento evidente en la concentración de ácido acético. Si se dispone de un sistema de determinación de la concentración de oxígeno disuelto, el inicio de la fermentación se hace visible antes a través del descenso paulatino de
dicha concentración, siempre y cuando la cantidad de aire aportado en esa fase no sea innecesariamente elevada. Para que el desarrollo de las bacterias pueda realizarse con éxito es preciso reunir
una serie de condiciones adecuadas, tales como el mantenimiento de una temperatura y concentración de oxígeno disuelto adecuados, una calidad del aire correcta, concentración de etanol del orden
de 3-4 % y de acidez del orden de 6-7 %, etc.
Después de una parada de la instalación, se pueden conseguir nuevamente velocidades de acetificación comerciales practicando una siembra a partir de otro fermentador en marcha o bien dejando que
las bacterias acéticas ambientales comiencen a desarrollarse espontáneamente en el fermentador (lo
cual es lento). En ambos casos se ha de tener en cuenta la prácticamente total ausencia de desarrollo
térmico, por lo que la temperatura óptima de fermentación se ha de alcanzar y mantener mediante el
calor mecánico generado por los elementos de agitación.
5.
Rendimiento
Todos los sistemas de fermentación industrial originan unos cálculos teóricos que han de ser contrastados con los resultados de los procesos realizados cada día.
Anteriormente se ha indicado que las pérdidas estimadas para el sistema de fermentación superficial
son del orden del 10 %, mientras que en el sistema sumergido suponen aproximadamente un 5 %.
El cálculo de rendimiento real se hace en la industria comparando la concentración total del vinagre
descargado con la concentración total de la materia prima. En ambos casos, el concepto de concentración total es la suma de la acidez total (expresada en g de ácido acético/100 mL) y de la acidez
que se espera obtener por transformación del alcohol presente, introduciendo un factor de corrección
para compensar las distintas formas de expresar las concentraciones de ambos productos, es decir:
Concentración total = (% de alcohol x 1,043) + acidez total
Entonces, resulta:
Rendimiento = (Concentración total del vinagre /Concentración total del vino) X 100
Por ejemplo, en el caso de un vinagre final con 10,5 % de acidez total y 0,2 % de alcohol, obtenido a
partir de un vino con 11 % de alcohol y 0,4 % de acidez total, en rendimiento del proceso es:
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Rendimiento = 10,5 + (0,20 x 1,043) x 100 = 90,22 %
0,4 + (11,00 x 1,043)
6.
Clarificación
El vinagre obtenido como descarga del fermentador al final de cada ciclo de producción, presenta un
grado de turbidez que es mayor si el vinagre se obtiene por cultivo sumergido. Al margen de dicho
sistema, todos los vinagres requieren una clarificación que va a contribuir a la estabilidad del producto durante su posterior vida comercial.
Existen diversas operaciones dentro del proceso de clarificación quienes pueden ser complementarias o excluyentes entre sí, como la autoclarificación, floculación mediante agentes químicos, diversos tipos de filtración, etc.
En la operación de clarificación se han de tener en cuenta una serie de factores dependientes de las
características del vinagre antes y después de dicha operación. Estos factores pueden resumiese en:
a) Materia prima (vinos tinto o blanco). Las materias precipitables que aparecen en los
vinagres que salen de fermentador están relacionadas con el tipo de vino utilizado, su
procedencia, su sistema de elaboración y como es lógico, su color.
b) Turbidez del vinagre. La turbidez que presenta el vinagre depende directamente de
las características de la materia prima y del sistema de acetificación empleado, según
sea superficial o en cultivo sumergido.
c) Color del vinagre. El vinagre que se destina a la industria conservera ha de ser objeto de una decoloración total mediante un tratamiento específico a base de carbón vegetal, seguido de una clarificación enérgica.
d) Conservación de aromas. Cuando el vinagre ha sido cuidadosamente elaborado a
partir de vinos con buenas características aromáticas, estas características se mantienen en el mismo. En este caso hay que evitar el uso de clarificantes que eliminen tales aromas al flocular.
6.1. Autoclarificación
La autoclarificación es viable cuando el vinagre descargado del fermentador es suficientemente
limpio. La duración de este tipo de clarificación trae consigo la necesidad de disponer de grandes
depósitos, lo que supone un notable incremento en los costos de elaboración.
6.2. Clarificación físico-química
- La acción de los productos clarificantes consiste en la formación de complejos coloidales
por adsorción con sustancias insolubles del vinagre (polifenoles, taninos, proteínas, etc.).
Este sistema de clarificación es similar al estudiado para vinos.
Los clarificantes orgánicos más utilizados son la gelatina, albúmina de huevo, albúmina de sangre,
caseinato potásico. El de uso más extendido es la bentonita.
La dosificación de los clarificantes, así como la elección del más adecuado, se determina previamente realizando pruebas de laboratorio.
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7.
Filtración
La operación de filtración tiene como finalidad la separación definitiva de las impurezas del vinagre
mediante el empleo de un material filtrante.
Existen tres grados de filtración en función del diámetro de las partículas que van a ser retenidas.
Filtración de desbaste.
Filtración de profundidad o abrillantamiento
Filtración esterilizante o estabilizante
El rendimiento de filtración, expresado en litros/hora, es función de:
viscosidad y tipo de impurezas del vinagre
tamaño de poros de la celulosa y tierras elegidas
presión de filtración
Habitualmente el vinagre es sometido a dos filtraciones. La primera de ellas, de desbaste, se realiza
después de la clarificación y proporciona un líquido limpio. En este momento el vinagre tiene su
máxima concentración. Antes de ser embotellado, el vinagre es diluido con agua potable ajustándose
su acidez total en más del 5%, y en estas condiciones se realiza una segunda filtración, esta vez de
profundidad, que proporciona al producto un grado idóneo de brillantez.
8.
Envejecimiento
Los vinagres envejecidos son aquellos que, después del proceso normal de acetificación, clarificación y filtración, son sometidos a un período de maduración, al final del cual obtienen unas características organolépticas que no poseían al finalizar la fermentación acética. No todos los vinagres son
adecuados para el proceso de maduración dependiendo de la materia prima empleada en su elaboración y de sus características finales.
El período de envejecimiento puede variar entre 2 y 4 años, hasta alcanzar la calidad adecuada. En
este punto se ha de tener en cuenta el peligro de un exceso de permanencia del vinagre en madera.
La duración del periodo óptimo de maduración depende del tipo de vinagre, según sea blanco o
tinto. Las características de afinamiento se consiguen más rápidamente en los vinagres de vino
blanco que en los tintos.
Las dificultades técnicas y económicas que suponen este tratamiento constituyen un gran problema
para la obtención de vinagres de alta calidad.
9.
Estabilización biológica
La estabilización de los vinagres permite mantener las características físicas, químicas y organolépticas durante el período de comercialización. Puede realizarse por medios físicos o químicos.
Los métodos físicos (pasterización, filtración) no implican adición de sustancias extrañas al vinagre.
En los métodos químicos, por el contrario, la adición de algunas sustancias puede provocar directa o
indirectamente la modificación de la calidad.
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Métodos físicos
Los más utilizados en la industria vinagrera son la pasterización y la filtración esterilizante.
a) Pasteurización
Es el tratamiento térmico mediante el cual se destruyen bacterias y se inactivan enzimas responsables de posteriores alteraciones del vinagre. La temperatura de pasterización puede variar dentro del intervalo de 50º a 85ºC, y en función de esta variable el tratamiento podrá ser
largo a baja temperatura o corto a alta temperatura. Al determinar las condiciones de tratamiento se ha de procurar que el vinagre no se vea afectado en sus caracteres organolépticos.
Un tratamiento inadecuado puede dar lugar a reentubiamientos posteriores.
El pasterizador ha de estar construido en su totalidad en acero inoxidable de calidad AISI316, dado que la agresividad del producto se potencia con la temperatura elevada. En caso
contrario tendrá lugar un importante acortamiento en la vida del aparato, así como la no
deseable aportación de hierro al producto.
b) Filtración esterilizante
Como ya se ha indicado anteriormente, en la filtración esterilizante quedan retenidas los microorganismos que contribuyen al riesgo de inestabilidad. Este tipo de filtración no se consigue mediante un filtro común, sino por medio de membranas cuyo poro puede ser de hasta
0,45 micras. Actualmente esta técnica está en fase de introducción, mientras que la pasterización está más establecida en la industria vinagrera.
Métodos químicos
Dentro de los métodos químicos de estabilización biológica, el producto autorizado para la estabilización del vinagre es el anhídrido sulfuroso. La dosis máxima permitida es 250 mg/l, expresado
como anhídrido sulfuroso total.
Como se ha estudiado, una vez incorporado, este producto se encuentra en forma libre o combinado.
La acción antiséptica la realiza la forma libre, siendo un bactericida eficaz incluso en cantidades tan
bajas como 5-10 mg/l.
El anhídrido sulfuroso experimenta transformaciones durante el período de maduración del vinagre,
y por ello se hace necesario controlar su contenido con el fin de mantener la dosis adecuada, que
suele ser del orden de 100-150 mg/l.
Este producto puede incorporarse en estado gaseoso, lo cual supone una serie de ventajas como son
su fácil dispersabilidad en la fase líquida, su pureza y su fácil conservación a lo largo del tiempo.
Otra posibilidad de adición de anhídrido sulfuroso es bajo la forma de metabisulfito potásico.
10.
Envasado
El envasado del vinagre vínico es el eslabón final en la cadena de su elaboración. Todos los esfuerzos anteriores para obtener un vino aceptable, lograr un rendimiento elevado en la transformación
del vinagre, filtrar y abrillantar el producto, pueden resultar fallidos si el envase no conserva las
características propias del vinagre genuino o altera su color y apariencia. Es evidente que no sólo el
vinagre vínico ha de ser de buena calidad, sino que esta calidad debe mantenerse intacta hasta llegar
al consumidor.
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El envase de vidrio ofrece ventajas en cuanto a la presentación del producto pero, por razones económicas, se ha extendido el uso del material plástico para fabricar las botellas para vinagre.
Existen diversos materiales plásticos que se pueden utilizar en el envasado de vinagres. Hay que
tener en cuenta, en el caso de la industria vinagrera, que el precio del envase no puede gravar el del
producto que, a veces, se mantiene en los límites de rentabilidad.
Dado el precio y condiciones favorables de los envases de PVC para embotellado de vinagre, son
éstos los que se han impuesto en el mercado en los últimos años. Las botellas de vidrio que últimamente se fabrican de menor peso y costo, van ganando adeptos entre consumidores más exigentes.
Aspectos críticos en la tecnología de la fermentación acética
Los principales factores que intervienen en la fermentación acética son el tipo y la
densidad de bacterias presentes, la temperatura, la concentración de etanol, la concentración de
ácido acético, la concentración total o suma de estas dos últimas, y la concentración de oxígeno
disuelto.
No se considera acá la presencia de nutrientes como uno de los factores que afectan a la acetificación; en el caso de la fabricación de vinagre de vino no es preciso tener en cuenta su adición ya que
tales nutrientes se encuentran normalmente en cantidad suficiente en los vinos empleados como
materia prima; en algunos casos, al igual que para la fabricación de vinagre de sidra, puede recomendarse, por ejemplo, la adición de fosfato amónico si se observa que la materia prima empleada
tiene un contenido en materia nitrogenada inusualmente bajo.
En general, y aunque esta observación afecta casi exclusivamente a la fabricación de vinagre de
alcohol, es conveniente limitar la presencia de nutrientes a las cantidades imprescindibles, ya que en
caso contrario las sucesivas generaciones de bacterias llegan a ser muy exigentes en sus requerimientos. En cambio, el desarrollo en medios relativamente escasos, permite una adaptación de las
bacterias a tales medios «pobres» que, evidentemente, resultan más económicos.
Densidad de población
La taxonomía de las bacterias acética y la complejidad de su estudio a nivel de laboratorio microbiológico (cabe recordar la polémica Schimwell - De Ley sobre la existencia o no de mutaciones constantes) se traduce a nivel industrial en la práctica imposibilidad de establecer conclusiones generales. Esto podría justificar el casi general desinterés que existe por parte de los industriales hacia los
trabajos de aislamiento de nuevas cepas o de clasificación de estos microorganismos, que son en
definitiva quienes mantienen su fábrica en funcionamiento. Pocos fabricantes de vinagre podrían
responder si se les pregunta cuál es la especie presente en sus acetificadores, entre otras razones
porque existe la convicción de que, al margen de la especie inicialmente sembrada, la flora predominante acaba por ser la autóctona de la zona, e incluso la de ese acetificador. Dado que el funcionamiento de los acetificadores dista mucho de tener lugar en condiciones de esterilidad, no cabe
pensar en la fabricación industrial de vinagre con cultivos puros; aparte de la posibilidad de mutaciones o adaptaciones a distintos medios, se ha de señalar la nada despreciable carga bacteriana de la
propia materia prima.
La especie más frecuente es la Acetobacter aceti, cuyas características se recogen en el capitulo
correspondiente a la descripción de las bacterias acéticas.
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En lo que respecta a los aspectos tecnológicos que ahora se tratan, se dará simplemente por supuesto
que las bacterias presentes reúnen las condiciones necesarias para llevar a cabo su cometido de
oxidación del etanol a ácido acético, siempre y cuando no «le fallen» los dispositivos mecánicos. Sin
embargo, conviene recordar que el concepto de «factores que intervienen sobre la fermentación
acética» se podría sustituir de forma más sutil por el concepto de «factores que intervienen sobre las
bacterias acéticas», ya que la práctica totalidad de los cuidados que ha de procurar una planta bien
diseñada se han de dirigir necesariamente a evitar condiciones nocivas para los microorganismos.
Como aspecto más importante de estas bacterias (no sólo desde el punto de vista taxonómico sino
por sus posibles consecuencias industriales) se ha de mencionar su capacidad para llevar a cabo la
sobreoxidación, es decir para oxidar el ácido acético hasta su conversión en CO2 y agua.
Es frecuente, y obvio, recomendar la adopción de especies que soporten elevadas concentraciones de
ácido acético y total (se entiende por concentración total la suma de las concentraciones de ácido y
etanol). Esta recomendación puede interpretarse más bien como una advertencia de la conveniencia
de cambiar paulatinamente, cuando ello sea necesario, la composición del medio a fermentar, sin
abusar de la adaptabilidad de las bacterias. En cuanto a la densidad de población como factor de
influencia sobre el proceso, resulta evidente la necesidad de alcanzar poblaciones numerosas en el
menor tiempo posible, si el objetivo tecnológico es conseguir conversiones rápidas del vino en
vinagre.
Como en cualquier otro proceso de fermentación, la población va a ser consecuencia de su velocidad
de crecimiento específico, que depende a su vez de las condiciones del proceso, especialmente de la
concentración de oxígeno y de la composición del medio.
Temperatura de proceso
Ningún proceso químico o físico-químico es ajeno a la influencia de la temperatura a la que se
realiza; tan sólo varía la magnitud de este efecto en cada caso.
Como en todas las fermentaciones, en la acética se dan distintos procesos bien diferenciados pero
estrechamente relacionados. Entre ellos, el mayor interés cuantitativo lo ostentan el desarrollo de los
microorganismos y la formación de producto como consecuencia del metabolismo de los mismos. A
su vez, ambos procesos son la consecuencia global de procesos parciales cuya dependencia con la
temperatura no es necesariamente la misma.
La temperatura óptima del proceso depende especialmente de la composición de la materia prima
empleada, en particular de la concentración total o grado total de la misma. La fermentación de
vinos o substratos alcohólicos de elevada concentración requiere el empleo de temperaturas de
fermentación más bajas.
En general, las temperaturas elevadas tienden a potenciar el efecto nocivo de otros factores sobre el
proceso de acetificación. Por ejemplo, la sensibilidad de las bacterias frente al ácido acético o frente
a la carencia de oxígeno resista superior a temperaturas elevadas. No obstante, también en este caso
existe una adaptación de las bacterias ante elevaciones de temperatura, siempre y cuando dichas
elevaciones no tengan lugar de una forma excesivamente rápida, ya que las bacterias acusan no sólo
el valor absoluto de la temperatura sino la velocidad de cambio de la misma.
Afortunadamente, no parece necesario proceder al aislamiento de especies termófilas para realizar
la acetificación a temperaturas ligeramente superiores (3-4º C) a la habitualmente especificada para
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la acetificación industrial (30º C), ya que la adaptación a estas temperaturas tiene también lugar de
forma espontánea. Sólo así puede explicarse el funcionamiento de los acetificadores cuya capacidad
de control de la temperatura ha sido rebasada por condiciones adversas, tales como una temperatura
ambiente inusitadamente elevada durante el verano, o la disminución de la capacidad de refrigeración de la planta por ensuciamiento de las superficies de intercambio, disminución del caudal de
agua, etc. A pesar de ello, no resulta infrecuente el fracaso fabril cuando las condiciones llegan a ser
excesivamente severas. pudiéndose llegar a la total paralización del proceso y a la pérdida del cultivo.
El efecto perjudicial se manifiesta a través del descenso de la velocidad de producción de ácido, que
da lugar a ciclos de producción cada vez más largos y a mayores concentraciones de oxígeno disuelto como consecuencia de la menor demanda de oxígeno (no se tiene aquí en cuenta el efecto de la
temperatura sobre la transferencia de oxígeno).
Sin embargo, el efecto inicial de un aumento de temperatura es positivo dentro un margen bastante
amplio.
Concentración de etanol
El efecto de la concentración de etanol sobre la fermentación acética se ha de considerar bajo distintos aspectos y en función de las distintas fases de producción, cuando ésta se realiza según el esquema clásico de proceso por tandas. Como es habitual en ese proceso, no se puede establecer ninguna generalización válida, ya que el efecto de la concentración de etanol depende también de la
concentración de ácido, de la temperatura, etc.
Cabe distinguir entre el posible efecto en la fase inicial (concentración de etanol elevada) y en la
fase final (concentración baja).
En la fase inicial del ciclo de producción, desde el instante en que se inicia la reposición del volumen descargado, se puede presentar el efecto nocivo de un cambio brusco en la concentración de
etanol en zonas localizadas del fermentador si la alimentación se realiza de forma que la mezcla del
vino con el contenido del fermentador no es prácticamente instantánea
En general, es recomendable que la carga del fermentador entre ciclos se realice en tiempos
del orden de 2- 3 horas.
Si el etanol llega a agotarse totalmente, las bacterias acéticas mueren rápidamente y se pierde el
cultivo. Se acostumbra recomendar una concentración de etanol de 0.2 % como tope para proceder a
la descarga del fermentador y a la iniciación de un nuevo ciclo. Pero tampoco en este caso es prudente generalizar
El cultivo soporta bien concentraciones tan bajas de etanol cuando la concentración de ácido acético
es del orden de 10 % (es decir, una concentración total de 10,2 %). Sin embargo, para concentraciones más altas (del orden de 12 %), no resulta conveniente llegar hasta 0,2 % de etanol sino descargar
el fermentador un poco antes (0,3-0,4 %) si se desea evitar que la fase de desarrollo del ciclo siguiente se prolongue mucho.
El momento de comentar el efecto de la concentración de etanol en la fase final del proceso es también un buen momento para hacer alguna consideración sobre la reacción de sobreoxidación, para la
que están capacitadas la mayoría de las especies habitualmente empleadas en la industria. Esta
reacción, por la que el ácido acético es convertido en dióxido de carbono y agua, se da especialmen17
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te en condiciones de baja concentración de etanol y se manifiesta con mayor velocidad cuanto menor sea la concentración total del medio de cultivo. Por ello se puede observar con más frecuencia
en la fabricación de vinagres de sidra que en la de vinagres de vino. También parece existir una
cierta relación entre su incidencia y la excesiva riqueza de nutrientes del medio.
Así pues, la importancia del control de la concentración final de etanol justifica la realización de
análisis frecuentes o la adopción de medios automáticos capaces de realizar este análisis en forma
continua y de poner en marcha la fase de descarga/carga cuando se alcanza la consigna previamente
establecida.
Concentración de ácido acético
La sensibilidad de las bacterias acéticas frente al producto principal de su metabolismo (acetosensibilidad) es la causa de la dificultad para producir vinagres de elevada graduación.
Una vez más resulta imprudente generalizar el efecto de la concentración de ácido acético sobre la
marcha de proceso, ya que existe la tendencia hacia la adaptación de las bacterias a medios con
elevada concentración del mismo, lo cual puede conducir a resultados contradictorios al estudiar
este aspecto del proceso. En cualquier caso, esta adaptación ha de tener lugar de forma gradual.
Como se indicó anteriormente, el efecto de la concentración de ácido acético puede paliarse si se
realiza el proceso a temperaturas más bajas que la «tradicional» de 30º C.
Este efecto inhibidor es el principal factor a tener en cuenta cuando se trata de la posibilidad de
fabricación de vinagre en proceso continuo.
Concentración de oxígeno disuelto
Hasta ahora se ha comentado de forma muy somera el efecto de una serie de variables sobre el
proceso de acetificación. No puede decirse que alguna o algunas de ellas sean más importantes que
las demás, ya que en cualquier caso, la pérdida del control puede dar lugar a descenso de producción
más o menos importantes, a la paralización total del proceso, dependiendo del grado de descontrol
sufrido.
Sin embargo, hay varias razones para centrar la atención de forma preferente sobre la concentración
de oxígeno disuelto, y por tanto sobre los medios empleados para intervenir sobre esta variable.
En primer lugar, el proceso de fermentación acética se caracteriza por su elevado consumo de oxígeno. Por otra parte, las bacterias acéticas son extraordinariamente sensibles a situaciones carenciales de oxígeno, ante las cuales no se limitan a reducir su metabolismo sino que llegan a su destrucción, cuyo alcance, una vez más, depende sólo de la magnitud de la causa (duración del lapso sin
oxígeno o «anóxico») sino de las demás condiciones
Aparte de estas y otras posibles razones a considerar, parece evidente que la aportación de oxígeno
al medio es el aspecto del proceso sobre el que se centra la tecnología, y existe unanimidad al afirmar que el sistema de aireación es el «cuello de botella» de la planta de producción. Si la aireación
es «mala», el proceso es lento y la planta es «mala».
En nuestro caso, quizá arbitrariamente, estamos calificando como «buenos» los sistemas que permiten realizar conversiones rápidas y casi totales de vino en vinagre, debido a que este parece ser el
objetivo de la mayoría de los industriales, que abandonan sistemas tradicionales y «se pasan» a los
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sistemas de cultivo sumergido, más veloces. Sin embargo tales sistemas tradicionales siguen aún
vigentes para la preparación de vinagres cuya calidad, a veces muy justificadamente, alcanzan mejores precios en el mercado; por esta razón, convendrá calificar de «malos» o deficientes exclusivamente a aquellos sistemas que, habiendo sido diseñados para obtener altas velocidades, no consiguen este objetivo. Esta situación no es infrecuente cuando se ha intentado «copiar» instalaciones
con escaso éxito.
El efecto de la concentración de oxígeno se ha de considerar desde dos aspectos, según se trate de
las consecuencias de una interrupción accidental de la aireación o del efecto de la concentración
durante el proceso.
El primer caso se refiere al cese total de la aportación de oxígeno al medio, generalmente como
consecuencia de averías mecánicas o eléctricas. En este sentido, resultan ya clásicas las experiencias
en las que se cuantifica el efecto nocivo sobre las bacterias en función del tiempo de interrupción de
la aireación, de la composición del medio y de la velocidad de acetificación en ese instante. En
términos generales, el porcentaje de bacterias dañadas es más elevado cuanto mayor sea la concentración de ácido acético, la concentración total y la velocidad de acetificación en el momento en que
tiene lugar la interrupción. Por ello, si el accidente se produce al iniciarse un ciclo de fabricación, las
consecuencias resultan menos drásticas que cuando tiene lugar casi al final del mismo.
El efecto letal de la falta de oxígeno sobre las bacterias se atribuye a la acumulación de acetaldehído, al ser más lenta la oxidación del acetaldehído a ácido acético que la del etanol a acetaldehído.
Dependiendo de las condiciones, en experimentos de laboratorio se observa un fenómeno de recuperación parcial, e incluso total, de la actividad al restablecer la aireación al cabo de tiempos no excesivamente largos. Este efecto es lo suficientemente rápido como para que no pueda ser atribuido al
desarrollo de nuevas bacterias (también ha sido descrito en levaduras).
El descenso en la actividad celular se presenta antes de que la concentración de oxígeno llegue a ser
cero, debido a la existencia de un valor crítico para dicha concentración.
El segundo aspecto bajo el que cabe considerar el efecto de la concentración de oxígeno se refiere a
la marcha «normal» del proceso, bajo condiciones constantes e ininterrumpidas Aquí es necesario
mentalizarse para asumir una aparente paradoja: una vigorosa y eficaz aireación (o, dicho en otras
palabras, un proceso realizado bajo unas condiciones de transferencia de oxígeno muy elevada) no
supone que vaya a ser más alta la concentración de oxígeno disuelto en la fase estacionaria del
proceso De hecho, el valor de esta concentración para transferencias extremas resulta casi el mismo.
Esto se debe a que la concentración que hemos denominado «de equilibrios viene impuesta por el
balance entre la aportación de oxígeno y el consumo del mismo. En términos aproximados, por
ejemplo, la consecuencia que tendrá sobre la concentración de equilibrio una duplicación de la
transferencia será nula si se duplica el consumo (es decir si se duplica la velocidad de producción lo
cual es el fin perseguido).
Métodos de fabricación del vinagre
Antes de conocerse los microorganismos que dan lugar al vinagre, se fabricaba vinagre de vino en
los países vitivinícolas como Francia e Italia, vinagre de alcohol en Alemania o el vinagre de arroz
en China y Japón.
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Métodos artesanales
En la antigüedad el vinagre se producía por el lento contacto de un sustrato alcohólico con el aire;
vino, malta fermentada, miel de dátiles, melazas de azucarera, alcohol de patatas, de cereales, suero
de leche fermentada, etc. La intervención humana consistía en añadir al sustrato alcohólico, vinagre
turbio o lo que se ha llamado la «madre del vinagre», una masa más o menos gelatinosa en la que
están presentes bacterias acéticas de distinto poder acetificante. Renovando el sustrato y extrayendo
el vinagre se conseguía continuar la acetificación obteniéndose vinagres de 4-5 % con la misma
cantidad de etanol sin transformar. El lento proceso y la presencia de alcohol residual debe favorecer
la formación de ésteres y otros compuestos volátiles que confieren aroma y sabor peculiares a estos
vinagres artesanales.
Métodos industriales
Métodos “lentos”
Francia, al disponer de la materia prima más indicada para hacer vinagre, esto es vino, exportó
vinagre a las Islas Británicas mucho antes de que en ellas se obtuviera vinagre de malta, de sidra o
de alcohol. La principal industria vinagrera se hallaba en Orleans, donde existen testimonios de que
apareció esta industria ya en el siglo XVII.
Método Orleans
El sistema conocido como superficial o estacionario, consistía en favorecer lo que la experiencia
había mostrado como más conveniente para transformar el vino en vinagre: el contacto con el aire
de una fina capa grasienta (velo) que se mantenía en la superficie del vino, procurando que no cayera al fondo del barril al renovar parcialmente el contenido. Por tanto, se disponían barriles medio
llenos de vino que se dejaban acetificar o se mezclaban con vinagre turbio para acelerar el proceso.
Las instalaciones consisten en baterías de barricas de 200-250 litros de capacidad, colocados tumbados en filas superpuestas. Las barricas, provistas de 2 agujeros de aproximadamente 5 cm en cada
extremo de los fondos del barril y por encima del centro del mismo, que se rellenan con estopa para
evitar la entrada de las moscas del vinagre pero dejando pasar aire. Un tubo que penetra casi hasta el
fondo del líquido permitiría renovar el sustrato sin alterar el velo bacteriano.
El líquido a acetificar es una mezcla de vino de bajo grado alcohólico con un 20 % de vinagre turbio. Colocado un tercio de la capacidad del barril de esta mezcla o de buen vinagre
nuevo, se añade después 10 a 15 litros de vino cada semana, durante un mes. A la semana
siguiente se saca el mismo volumen (10-15 litros) de vinagre y se reemplaza por vino nuevo.
Se repite la operación semanal de manera continua.
En vez de dejar estos barriles al aire libre se almacenaban en recintos o bodegas cuya temperatura se
mantenía alta en invierno, al comprobar que a mayor temperatura ambiente la acetificación se producía con más rapidez.
Los rendimientos de la transformación de etanol a acético eran bajos y el proceso lento. Entre los
inconvenientes de este sistema, se cuenta la proliferación de bacterias productoras de celulosa o
consumidoras de ácido acético y de anguílulas, ambos inconvenientes difíciles de eliminar en aquellas instalaciones.
No obstante, también el vinagre obtenido tenía el aroma y el gusto propio de la lentitud de la acetificación que favorecía el añejamiento.
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Método Pasteur
A raíz de sus estudios y comprendiendo que la transformación del alcohol requiere gran cantidad de
oxígeno y es en consecuencia un “fenómeno de superficie”, Pasteur propuso una patente en la que
revela «el secreto de una buena fabricación» que consistió en una mejora del proceso de elaboración.
Describe una instalación modelo, construida por una cuba o tina con un metro cuadrado de superficie en la que pone una capa de vino, cerveza o sidra de aproximadamente 20 cm de espesor o sea 50100 litros de líquido. En la superficie se siembran las bacterias y se tapa dejando algunas aberturas
para la entrada del aire. Por debajo de la película de bacterias una tapa flotante a la que se adhieren
los microorganismos, impide que se sumerjan en el líquido durante las operaciones de extraer y
agregar líquido.
Métodos “rápidos”
Los procesos rápidos de fabricación de vinagre se inician, por el holandés Boerhaave, a quien se
atribuye la construcción del primer generador de relleno para acelerar la acetificación, a comienzos
del siglo XVIII. Esta primitiva idea fue perfeccionada por Schüzenbach, usando las conocidas virutas de haya como relleno en un recipiente cilíndrico (semejante a una torre), con un falso fondo y,
provisto de agujeros en las paredes del recipiente por debajo de éste, para la aireación necesaria para
el proceso. El falso fondo permitía recoger el líquido y volverlo a echar por la parte superior todas
las veces necesarias hasta alcanzar el grado acético deseado.
La mezcla de vino y vinagre cae recorriendo los intersticios de las virutas, mientras que el aire que
penetra por los orificios del recipiente tiende a subir, al calentarse por la energía que se desprende en
el proceso de acetificación. Este proceso, era más rápido que el de Orleans y se usaba, sobre todo,
para hacer vinagre de alcohol.
Entre 1800 y 1900 se hicieron diversos intentos de acelerar la acetificación, por ejemplo con barriles
horizontales rellenos de virutas, que giraban sobre sí mismos produciendo un recorrido mayor del
vinagre sobre las virutas (Método Luxemburgués de cubas rotatorias).
También se procuró la mejor distribución del líquido cayendo sobre la parte superior, así como
variando el tipo de relleno (carbón, trozos de cerámica, distintas clases de madera y de otros materiales) con objeto de abaratar la construcción o mejorar la distribución de aire. En general, las virutas de haya fueron las más usadas como relleno y se han mantenido en uso ininterrumpidamente, en
generadores de vinagre incluso sin renovarlas durante más de 30 años.
Uno de los principales inconvenientes de este sistema de fabricación, era la acumulación sobre las
virutas de bacterias muertas, por falta de aireación o bruscos aumentos de temperatura, en algunas
zonas del generador, así como el desarrollo de bacterias productores de celulosa, que impedían la
buena circulación del aire reduciendo de hecho la capacidad del generador, alargando por ello el
proceso al aumentar el número de veces que era preciso pasar el líquido a acetificar a través del
relleno, etc. Por otra parte la infección de anguílulas era imposible de combatir una vez que se habían desarrollado en el interior de un generador de relleno.
A estos inconvenientes hay que sumar los aumentos de temperatura difícilmente controlables, las
pérdidas de alcohol por evaporación en la corriente ascendente de aire caliente, que sobre todo en
zonas cálidas, rebajaban notablemente los rendimientos (hasta valores del 60 %) en la fabricación
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industrial de vinagre, así como la exigencia de espacio que conlleva el procedimiento de generadores de relleno, que han de ser de gran tamaño.
Método alemán (en circulación o de goteo)
Hasta bien entrado el siglo XX no se introdujeron dispositivos para el control de la temperatura, para
mejorar la aireación forzada en el interior del generador o para la renovación semicontinua de la
carga vino-vinagre, que caracterizan al primitivo generador Frings, patentado en 1932 y que reemplazó a los antiguos generadores de relleno. Los equipos se construían en madera disponiendo de
sistemas de refrigeración para regular la temperatura interna del depósito por debajo de 35º C y
suministrando aire continuamente a través de las entradas distribuidas un poco por encima, del falso
fondo. Finalmente un dispositivo de aspersión lanzaba circularmente desde lo alto del generador el
líquido en fase de acetificación cuya temperatura se había reducido convenientemente.
Estas mejoras condujeron a los primitivos modelos Frings, con aire forzado en contracorriente y
control de la temperatura. El proceso semicontinuo aumentaba la rapidez y los rendimientos, logrando vinagre de mayor concentración en ácido acético. El relleno se normalizó y en vez de materiales
como sarmientos, trozos pequeños de carbón o cerámica, se utilizaron virutas de haya de determinado tamaño.
En la fabricación se establecieron tres factores a controlar: velocidad de paso del vino a través del
relleno, velocidad de circulación del agua de refrigeración, así como cantidad de aire insuflada al
interior, lo que unido al análisis del consumo de etanol, para no prolongar la operación cuando
restan de 0,3 a 0,5 grados alcohólicos, era cuanto se necesitaba para un buen funcionamiento.
El ciclo completo exige un tiempo de 7-9 días y, según datos de Mecca, un generador de 500 Hl de
capacidad produce 90-100 Hl de vinagre de 7-8º a la semana. Construidos en madera son grandes
barricas de cerca de 700 Hl de volumen total, apoyados sobre un basamento de hormigón de 50-60
cm de altura.
Además de los bajos rendimientos, no superiores al 80 % de producción de acético en relación al
alcohol consumido, no se repartía homogéneamente la película de bacterias, en el relleno de los
acetificadores de forma que alguna parte de las virutas no mostraba la actividad necesaria y no se
podía controlar la cantidad de alcohol transformada.
Método sumergido
Hasta, que en los años 40, la fabricación industrial de antibióticos, resolvió las dificultades que el
cultivo sumergido planteaba a las industrias de fermentación y éste fue aplicado a la fabricación de
vinagre por Hromatka y colaboradores. A partir de sus investigaciones fue construido el Acetator
Frings que se mantiene en funcionamiento, con algunas modificaciones, en gran parte de las fábricas
de vinagre actuales.
Las ventajas de la obtención de vinagre en acetificadores sin relleno, en cultivo sumergido, son
muchas. Son más altos los rendimientos de la transformación del alcohol en acético (hasta el 94 %),
mayor la velocidad a que se desarrolla el proceso (25-30 horas) así como la uniformidad del producto y sobre todo, se puede lograr la acetificación de iguales volúmenes de alcohol en mucho menor
volumen de instalación, con el consiguiente ahorro de espacio, pudiendo trabajar con dispositivos
automáticos que no sólo regulen el control de la temperatura y de la aireación, sino también los
ciclos de carga y descarga.
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Son numerosos los equipos patentados, además del Acetator, por ejemplo Cavitator, desarrollado en
U.S.A., el Vinegator de Suiza, utilizando la turbina Effigas para la producción de vinagre. La diferencia fundamental está en el diseño de la turbina de aireación.
Actualmente existen algunas nuevas patentes con sistemas de aireación basados en la autoaspiración
de aire y mezclado simultáneo con el líquido. Estos nuevos aparatos se han diseñado para procesos
de fermentación en general y no especialmente para la fabricación de vinagres). Pese ello, la velocidad de producción de vinagre es en estos sistemas bastante alta y los rendimientos alcanzados hasta
del 90 %.
Los acetificadores de torre difieren mucho de los anteriormente descritos, que disponen de
agitación mecánica con turbinas autoaspirantes. En las columnas de burbujeo, tanto la aireación
como la agitación, se logran por medio de aire comprimido que se introduce a través del fondo de la
torre, en la cual la relación altura-diámetro es alta.
Las burbujas que se forman son pequeñas, porque el aire se inyecta a través de una placa perforada o
porosa y en algunos casos con un pulverizador. En este tipo de acetificadores de columna se ha
logrado una velocidad de transferencia de oxígeno relativamente alta con un bajo gasto de energía.
La torre se construye con una relación altura-diámetro bastante alta. No existen en nuestra industria.
Hay también en el mercado otro tipo de acetificador que es un híbrido del de la torre y del de agitación mecánica. La aireación se logra por medio de aire comprimido desde el fondo de una torre con
una relación 5:1, consiguiendo la dispersión del aire con agitación y una eficaz disposición de bafles. Se logran rendimientos en la transformación de alcohol en acético del 98 %.
Una patente norteamericana (US Patent 4282) protege un sistema de fabricación de vinagre, en dos
fases, que según los autores llega a concentraciones de ácido acético del 20 % o más. En la primera
fase la temperatura se mantiene entre 27- 32º C y en la segunda se rebaja a 18-20º C.
Alteraciones y defectos del vinagre
Los vinagres, al igual que ocurre en los vinos, pueden resultar defectuosos por dos razones: a)
deficiencias en su elaboración y b) un mal sistema de conservación. En cualquier caso, los vinagres
alterados presentan sabor y aroma anormales.
Son bastante conocidos los accidentes que pueden perjudicar la limpidez y presentación de un
vinagre, en cambio no tanto la prevención o remedio de los mismos. Las alteraciones principales
son las causadas por contaminaciones metálicas, quiebra oxidásica e infecciones microbianas o por
anguilulas.
Contaminaciones metálicas
Las contaminaciones metálicas más frecuentes en los vinagres son las producidas por los cationes
hierro y cobre.
Todos los defectos del vinagre debidos a contaminaciones metálicas se pueden prevenir evitando el
contacto del producto con superficies fáciles de atacar. Si el fenómeno ya tuvo lugar, hay que proce23
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der a los tratamientos de desmetalización con productos adecuados, tales como: ferrocianuro potásico, resinas catiónicas, fitatos, polifosfatos, etc.
Quiebra oxidásica
El origen de esta alteración y los medios preventivos y curativos que se aplican a la misma en nada
difieren de los aplicados al vino que presenta análoga alteración.
Alteraciones microbianas
No son frecuentes, aunque tampoco imposibles, las invasiones de los vinagres por bacterias lácticas
causantes de las enfermedades de los vinos; cuando se opera con vinos o piquetas sanos, o ligeramente picados y sin azúcares residuales, el riesgo de contraer alteraciones de este tipo es prácticamente nulo. Contribuye también a ello la dificultad de las bacterias para desarrollar en medios tan
ricos en ácido acético.
Más peligroso es el desarrollo y actividad de otras especies de bacterias acéticas indeseables en el
vinagre, capacitadas para oxidar el acético ya formado, rebajando su grado.
El tratamiento encaminado a corregir la pérdida de grado acético, o debilitamiento de los vinagres,
consiste en sembrar los generadores con bacterias acéticas de alto poder acetificante, pero incapaces
de oxidar el acético producido. Debido a la facilidad de mutación que presentan las bacterias acéticas, si el inóculo se mantiene mucho tiempo en reciclados continuos sin renovación, se pueden
originar dentro del tanque cepas que realizan una sobreoxidación del vinagre.
Otra alteración que antes era muy común en los generadores de relleno, y que hoy prácticamente no
se produce en los métodos de fermentación sumergida, es el desarrollo de especies de bacterias
acéticas productoras de mucilagos y membranas celulósicas. Esta alteración puede producirse, aunque con menos frecuencia, en los tanques de almacenado, y a veces en el vinagre envasado.
La especie más común en esta alteración es acetobacter xylinum, aunque también se ha aislado
Acetobacter acetigenum acompañando a la anterior.
Acetobacter xylinum origina sobre los vinos que se avinagran una película blanquecina, que se
espesa mucho, viscosa y húmeda que cae al fondo del depósito formando masas blancas gelatinosas. Su presencia es nefasta, ya que reduce el grado de acidez, consume alcohol y estropea los
generadores por obstruir los intersticios que dejan entre sí las virutas de haya.
Una higiene rigurosa durante la elaboración y envasado, y la pasterización del vinagre terminado,
resulta el método más eficaz en lucha contra este tipo de alteraciones.
Anguílulas
Las anguílulas son nemátodos pequeños (1-2 mm de longitud por 0,03- 0,04 mm de ancho), que por
la forma cilíndrica de su cuerpo se han denominado gusanos en contraposición a los platelmintos o
gusanos planos.
De morfología fusiforme o filamentosa, no suelen presentar pigmentación, siendo algunas especies
totalmente transparentes. Colonizan ambientes diversos. Se encuentran en musgos, líquenes, aguas
salobres, y numerosas especies son parásitas del hombre y los animales.
Se multiplican con mucha facilidad en el vinagre, siempre que tengan suficiente aporte de oxígeno.
Por esta necesidad de oxígeno se reúnen en la superficie del vinagre terminado; si encuentran condiciones óptimas de desarrollo, también se multiplican en el interior de los generadores durante el
proceso de fabricación, ofreciendo un aspecto repugnante que exige su completa eliminación de los
vinagres terminados.
Sobre su existencia en los generadores hay opiniones diversas. Por una parte, parece que se alimentan de las propias bacterias acéticas disputándoles el oxígeno que penetra en el generador. Por ello
se consideraban perjudiciales en los antiguos procesos tipo Orleans, ya que eran responsables del
hundimiento de los velos.
Actualmente, y refiriéndose a los procesos de fermentación sumergida, se sostienen teorías sobre la
mutua ayuda que se prestan las bacterias y las anguílulas, suponiéndose que los productos residuales del metabolismo de las anguílulas constituyen un buen alimento para el desarrollo de las bacte24
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rias acéticas. Se sostiene esta teoría debido a que se han hallado mayores rendimientos en generadores experimentales infectados con estos nemátodos.
Por encima de 45º C mueren en pocos minutos. El tratamiento de vinagres invadidos de anguílulas
consiste precisamente en calentar a 50-55º C; después filtrar y clarificar.
BIBLIOGRAFÍA
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CRUEGER, W. 1989. “Biotecnología: manual de microbiología industrial”. Ed. Acribia
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Ed. Díaz de Santos.
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LLAGUNO C. y M C. POLO. 1991. “El vinagre de vino”. Consejo Superior de Investigaciones
Científicas. Madrid.
MECCA, F., R. ANDREOTTI e I. VERONELLI. 1979. “L’Aceto”. Ed. AEB -Brescia
SUAREZ LEPE, J. A. y B. IÑIGO LEAL. 1990. “Microbiología Enológica”. Ed. Mundi-Prensa.
Madrid.
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INDICE
Introducción
1
Aspectos biotecnológicos
2
Biosíntesis del ácido acético
2
Definición y tipos de vinagre
3
Substratos
4
Composición de los vinagres
4
Tipos de vinagre
5
Proceso industrial de elaboración del vinagre
7
1.
Recepción de la materia prima
8
2.
Condiciones de fermentación
8
3.
Sistemas de fermentación
9
4.
Inicio de la fermentación
11
5.
Rendimiento
11
6.
Clarificación
12
7.
Filtración
13
8.
Envejecimiento
13
9.
Estabilización biológica
13
10.
Envasado
14
Aspectos críticos en la tecnología de la fermentación acética
15
Densidad de población
15
Temperatura de proceso
16
Concentración de etanol
17
Concentración de ácido acético
18
Concentración de oxígeno disuelto
18
Métodos de fabricación del vinagre
19
Métodos artesanales
20
Métodos industriales
20
Métodos “lentos”
20
Métodos “rápidos”
21
Alteraciones y defectos del vinagre
BIBLIOGRAFÍA
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