© The Authors, published by EDP Sciences, 2019

1. Introduction

Depuis quelques années, l'utilisation de Champs Electriques Pulsés (CEP) est expérimentée dans la filière œnologique [1, 2] avec pour objectif d'améliorer l'extraction des polyphénols lors de la vinification en rouge [3, 4], et d'assurer la stabilité microbiologique des moûts [5, 6] et des vins [7].

Jusqu'ici, presque toutes ces expérimentations étaient réalisées en condition de laboratoire [8, 9] sur quelques kilogrammes de raisins ou quelques litres de vin tout au plus. Depuis 2015, l'IFV teste un pilote semi-industriel, permettant le traitement de la vendange par des CEP, avec un débit de 1 à 2 t/h.

La technique des CEP est basée sur l'application d'un champ électrique haute tension (0.3–80 kV/cm) sous forme de courtes impulsions [10, 11] de quelques microsecondes (μs), à plusieurs millisecondes (ms) à des fréquences variables [12], conduisant à la perméabilisation des cellules [13, 14] (électro-poration) avec un chauffage minimum du produit. La valeur du champ électrique peut s'exprimer comme étant le rapport de la tension appliquée sur la distance inter-électrode, et s'exprime en kilovolts par centimètre (kV/cm). Lorsque les cellules biologiques sont soumises à un champ électrique, leur potentiel transmembranaire augmente jusqu'à un seuil critique, ou les phénomènes de répulsion entre les molécules chargées de la membrane cellulaire entrainent la formation de pores [15–17], ce qui accroit la perméabilité de la membrane (perméabilisation). En fonction des caractéristiques du champ électrique (tension et durées des impulsions principalement, et nombre d'impul-sions reçues), la formation des pores peut être réversible, permettant ainsi l'extraction des composés intra cellulaires d'intérêt, ou irréversibles conduisant au vidage total du contenu cellulaire, et la mort de la cellule microbienne (stabilité microbiologique).

En fonction de l'objectif : extraction des polyphénols ou stabilité microbienne, l'efficacité du traitement dépendra des paramètres de traitement tels que l'intensité du champ électrique, le nombre d'impulsions reçues, la durée des impulsions, le type de polarité des impulsions et la température.

Pour que le traitement soit efficace, l'énergie apportée par les CEP doit être environ de 80 kJ/kg de raisins [18], à comparer aux 200 à 300 kJ/kg de raisin pour la thermovinification [19].

2. Matériel et méthode

2.1. Description du matériel

L'équipement de traitement de la vendange par champs électriques pulsés comprend 2 parties :

• – Le générateur de champs électriques pulsés (CEP)

• – Les chambres de traitement de la vendange, au nombre de 3.

Le générateur de CEP est conçu pour délivrer des impulsions bipolaires de forme carrée d'une durée pouvant atteindre 100 ms sous une tension allant de 400 V/cm à 7 kV/cm. La durée des impulsions et leur fréquence peuvent être programmées en fonction des besoins de l'utilisateur. Le générateur est conçu pour un débit de vendange allant de 2 à 5 t/h en fonction de la puissance électrique disponible. Pour ces débits, le générateur présente un faible encombrement, et demande une surface au sol de moins de 2 m².

Les chambres d'impulsions au nombre de 3 sont montées en série et sont dimensionnées pour un débit maximum de 5 t/h. Ces chambres de traitement sont traversées de façon continue et régulière par de la vendange foulée et éraflée. Elles peuvent être placées directement sur une canalisation de transfert de la vendange ou sur un support spécifique. Pour des raisons de sécurité, les chambres de traitement sont enfermées dans un tube en plastique transparent étanche et isolant.

Le suivi des essais se fait par enregistrement en continu de la consommation électrique, des paramètres de conductivité et de température avant et après traitement de la vendange par des CEP.

Figure 1. Principe de l'électroporation.

Figure 2. Forme des impulsions et caractéristiques du générateur de CEP.

Figure 3. Trois chambres de traitement de la vendange montées en série.

2.2. Dispositif expérimental

La vendange est préalablement éraflée et foulée avant passage dans les chambres de traitement CEP. Pour une efficacité optimale de l'application des CEP, le flux de vendange doit être régulier et continu. Les systèmes de pompage de la vendange, qui entrainent des à-coups du flux de raisins comme les pompes à clapet, sont à proscrire. Pour ces essais, nous utilisons donc une pompe à rotor hélicoïdale. Les trois chambres de traitement ainsi que le générateur de CEP mis en œuvre sont dimensionnés pour un débit de 5 t/h. L'ensemble des essais a été réalisé à 2 t/h en raison de la limitation à 63 A par phase de notre installation électrique. Pour un fonctionnement à 5 t/h, la demande en puissance peut aller jusqu'à 120 A par phase. Les modalités traitées par les CEP reçoivent 30 impulsions de type bipolaire de 2 ms sous 400 V/cm qui entrainent une élévation de température de 15 à 20 ^∘C maximum.

Les essais en rouge sont réalisés sur Cabernet Sauvignon, Malbec, Syrah et Fer-Servadou. Pour chacun des quatre cépages étudiés, les raisins sont vendangés manuellement et répartis en lots homogènes de 60 kg. En fonction des cépages étudiés, 3 à 7 lots sont constitués par essai. Sur certains cépages, les essais sont réalisés uniquement en phase liquide (Syrah, Fer Servadou) mais sur Cabernet Sauvignon et Malbec des essais en vinification traditionnelle seront également étudiés.

En vinification phase liquide, les essais sont mis en œuvre en comparant la technologie des CEP à une thermovinification classique (70 ^∘C durant 20 mn suivie d'un pressurage) et à une modalité appelée « Blanc-CEP » qui correspond à une vendange qui a suivi les mêmes traitements que la modalité CEP, mais sans mise en marche des Champs électriques pulsés. Les modalités CEP et « Blanc-CEP » sont ensuite mises à macérer (bain Marie) durant 17 à 22h à la température de 35 ^∘C.

Pour la modalité « blanc-CEP », ou aucune élévation de température n'est mesurée, la macération est également réalisée à 35 ^∘C. A l'issue de cette phase de macération, les 2 modalités sont pressées dans un pressoir pneumatique. L'objectif de ce « blanc-CEP », est de mesurer l'effet des CEP indépendamment de l'élévation de température liée au traitement CEP et de la durée de macération.» 

Pour la modalité thermovinifiée, le chauffage de la vendange éraflée-foulée est réalisé selon la technique du « bain Marie » en plongeant la cuve de vendange dans un bac d'eau bouillante. La vendange est chauffée jusqu'à 70 ^∘C, puis maintenue à cette température durant 20 mn. Après chauffage, la vendange est pressée dans un pressoir pneumatique. Après pressurage, les moûts sont enzymés puis mis à débourber 48h à 5 ^∘C avant levurage et fermentation alcoolique, puis fermentation malolactique.

Pour les vinifications traditionnelles, après passage dans les chambres de traitement (témoin et modalité traitée), 2 durées de macération sont étudiées : 3 jours et 14 jours de cuvaison.

Un essai est réalisé sur une vendange blanche de Sauvignon. Il est réalisé de façon identique aux rouges, avec une durée de macération post traitement de 2h permettant de simuler le temps d'attente nécessaire au remplissage du pressoir. Après pressurage, le moût est enzymé et mis à débourber 48h à 5 ^∘C.

Les paramètres analytiques classiques ainsi que la mesure de la couleur, des anthocyanes et de l'Indice des Polyphénols totaux ont été suivis aux différents stades d'élaboration du vin. Des analyses de composés aromatiques sont également réalisées. Une analyse organoleptique est réalisée sur l'ensemble des vins.

Figure 4. Pilote de traitement de la vendange par les CEP à 2–5 t/h.

3. Résultats – discussion

3.1. Analyses des moûts

Dans la majorité des cas, on mesure une petite augmentation du pH sur les modalités traitées aux CEP en lien avec l'extraction accrue du potassium. On observe de petite variation pour les teneurs en acide tartrique et malique, sans que cela soit forcément corrélé au traitement CEP. L'extraction d'azote ammoniacal et surtout αaminée est également améliorée (6 à 24 %) dans les modalités traitées par les CEP. La conséquence des différentes extractions liées au traitement de la vendange par les CEP se traduit par une forte augmentation de la conductivité. Celle-ci peut alors être utilisée comme marqueur de l'efficacité du traitement. Dans tous les cas, la thermovinification entraine des modifications de la composition analy-tique du moût, supérieures au traitement de la vendange par les CEP.

3.2. Analyses de la couleur et des polyphénols des vins rouge fin FML

En vinification phase liquide, le traitement de la vendange par des CEP conduit à une augmentation de l'intensité colorante des vins de 20 à 30 % et de 10 à 30 % pour les anthocyanes totales. Cette efficacité variable du traitement CEP dépend du cépage et des niveaux de maturité différents. Vinifiés en phase liquide, les CEP ont un effet plus limité (7 à 17 %) sur l'extraction des tanins (IPT), probablement en raison de la phase de macération en milieu « non alcoolique ». Vinifié en phase liquide, le traitement de la vendange avec des CEP ne permet pas encore d'obtenir un niveau d'extraction aussi élevé qu'un vin issu de Thermovinification. Les niveaux d'extraction polyphénolique et colorimétrique obtenus avec le traitement de la vendange par les champs électriques pulsés sont inférieurs d'environ 30 % par rapport aux mêmes vins obtenus par thermovinification.

Les résultats de vinification traditionnelle sur Cabernet-Sauvignon des lots CEP montrent qu'une fermentation de 3 jours en phase solide, avec une fin de fermentation en phase liquide, permet d'obtenir un vin avec une intensité colorante comparable à la thermovinification. L'intensité colorante obtenue après 3 jours de macération sur une vendange traitée aux CEP (CEP 3J), est supérieure de 16 % au Témoin avec une durée de cuvaison de 14 jours (TEM 14J). L'extraction des tanins, mesurée par l'IPT, est inférieure de seulement 3.7 % pour la modalité CEP avec 3 jours de macération (CEP 3J) par rapport au Témoin avec 14 jours de cuvaison (TEM 14J). Le gain en IPT est supérieur de 30 % entre le CEP 3 jours et 14 jours de macération.

Figure 5a. Influence du traitement de la vendange de Cabernet-Sauvignon par des CEP et de la technique de vinification sur la couleur des vins.

Figure 5b. Influence du traitement de la vendange de Cabernet-Sauvignon par des CEP et de la technique de vinification sur l'Indice des polyphénols Totaux.

3.3. Analyses des composés aromatiques

Pour les différents cépages étudiés, le dosage des composés aromatiques n'a pas été réalisé sur l'ensem-ble des modalités. Seules les modalités analysées sont présentées dans les Figs. 5a et 5b.

La composition des vins en esters éthyliques est plus ou moins influencée par le traitement de la vendange par des champs électriques pulsés. En fonction du cépage et du type de vinification, on peut mesurer de petits écarts entre modalités, mais qui ne vont pas toujours dans le même sens. Il conviendra de vérifier l'évolution de ces composés sur d'autres essais.

Le traitement de la vendange par des CEP peut, dans certains cas, augmenter la teneur des vins en β-damascénone et β-ionone, par rapport au Blanc-CEP et/ou à une thermovinification. Cette augmentation semble plus importante dans les vinifications réalisées en phase liquide.

Sur Sauvignon, les teneurs en terpénols semblent supérieures après le traitement de la vendange par les CEP. Ce cépage n'étant pas particulièrement connu pour avoir des teneurs élevées en terpénols, il conviendra de réaliser de nouvelles études sur des cépages blancs plus appropriés comme le Riesling ou le Gewurztraminer.

On ne note aucune apparition d'IBMP lors du traitement des vins par les CEP.

3.4. Caractéristiques organoleptiques des vins

Les vins sont dégustés par un jury entrainé de 10 personnes, composé d'œnologues et de techniciens. Les données sont traitées par le logiciel d'analyse de dégustation Tastel V2015.

Bien que cela ne ressorte pas clairement dans l'ACP (Fig. 6), les raisins traités par des CEP et vinifiés en phase liquide ont un profil aromatique différent des thermovinifications, et ne présentent pas de notes de « cuits»  et de « confits ». L'absence de chauffage élevé (35 ^∘C maximum) lors du traitement de la vendange aux CEP, semble expliquer cette perception.

Le profil aromatique des modalités « Blanc-CEP » se caractérise par leurs intensités aromatiques au nez, leurs notes épicées et surtout de fruits rouges. En bouche, ces vins présentent une astringence et une acidité marquées.

Mis à part les notes fermentaires au nez, les lots traités par les CEP et les thermovinifications, se distinguent surtout par leurs caractéristiques en bouche. Ces vins présentent une forte intensité aroma-tique en bouche. Comme pour les thermovinifications, ce qui caractérise les vins traités par les CEP est la perception plus importante du gras et de la sucrosité par rapport aux modalités « Blanc-CEP». Cela se traduit également par une plus faible perception de l'acidité et de l'astringence.

Figure 6. Analyse en Composante Principale (ACP) sur les principales caractéristiques organoleptiques des vins rouge vinifiés en phase liquide.

3.5. Résultats obtenus sur Sauvignon-Blanc

Sur vin fini, l'analyse des thiols (cf. Tableau 9) montre une augmentation de +126 % pour le lot traité aux CEP, résultat confirmé par l'analyse organo-leptique, avec une « intensité aromatique »et une note de « thiols fruités » significativement plus élevées sur la modalité traitée aux CEP. Ce gain aromatique s'accompagne cependant d'une forte augmentation de l'extraction des polyphénols de 30 %, qui entraine une plus grande amertume. Des études complémentaires sont en cours pour limiter l'effet de l'augmentation des polyphénols.

Figure 7. Influence du traitement de la vendange de Sauvignon par des CEP sur la composante aromatique de type « thiol »des vins.

4. Conclusions

Cette nouvelle méthode d'extraction des constituants de la pellicule en conditions semi-industrielles (2 t/h) est intéressante à plusieurs titres. En vinification phase liquide, les niveaux d'intensité colorante obtenus sont 20 à 30 % plus élevés que les « Blanc-CEP », mais restent inférieurs à la thermovinification. Le gain d'extraction en tanins (IPT) est plus limité (7 à 17 %) mais aussi plus faible que la thermo-vinification, bien que dans les deux cas la phase de macération a lieu en milieu « non alcoolique ». Outre l'extraction des polyphénols, la technologie des CEP par l'électroporation qu'elle entraine, semble permettre l'extraction d'autres constituants de la pellicule, comme l'azote assimilable, les précurseurs aromatiques, ….

Vinifiée en phase solide, la vendange traitée des CEP permet d'obtenir après 3 jours de macération, sur vin fin FML, une intensité colorante comparable à la thermovinification, avec une extraction de tanins fortement améliorée par rapport à une vinification phase liquide.

L'application de CEP sur de la vendange fraîche se traduit par une petite augmentation du pH liée à une libération accrue du potassium lors de l'électro-poration. Dans de nombreux cas, on observe également une petite augmentation de l'extraction en acide tartrique et malique ainsi que de l'azote assimilable. Dans tous les cas, ces extractions sont inférieures à celles obtenues par la thermo-vinification.

Le traitement de la vendange par des CEP a tendance à augmenter la teneur des vins en β-damascénone et β-ionone par rapport au « témoin-CEP »et à une thermovinification. Cette augmentation semble plus importante dans les vinifications réalisées en phase liquide. Au niveau aromatique, le traitement de la vendange par des CEP n'entraine aucune augmentation de la teneur des vins en IBMP.

Vinifiés en phase liquide, les vins traités ont un profil aromatique différent de la thermovinification. Par rapport au « Blanc-CEP », le traitement CEP a tendance à augmenter l'intensité aromatique en bouche et renforcer les notes fermentaires. Ces vins sont jugés moins acides avec parfois plus de gras et plus de sucrosité, ce qui atténue l'agressivité globale du vin.

L'essai préliminaire de traitement d'une vendange blanche de Sauvignon par les CEP montre un gain significatif de la teneur en thiols des vins obtenus, qui est corrélé avec les résultats de l'analyse organoleptique. Cependant, la plus forte extraction conduit aussi à plus de polyphénols renforçant l'amertume et la dureté du vin. Des études sont actuellement en cours afin de limiter ces extractions de polyphénols. Au niveau de la consommation énergétique globale, la mise en œuvre des CEP est plus de 3 fois plus faible que la thermovinification classique.

Références

All Tables

All Figures

	Figure 1. Principe de l'électroporation.
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	Figure 2. Forme des impulsions et caractéristiques du générateur de CEP.
In the text

	Figure 3. Trois chambres de traitement de la vendange montées en série.
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	Figure 4. Pilote de traitement de la vendange par les CEP à 2–5 t/h.
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	Figure 5a. Influence du traitement de la vendange de Cabernet-Sauvignon par des CEP et de la technique de vinification sur la couleur des vins.
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	Figure 5b. Influence du traitement de la vendange de Cabernet-Sauvignon par des CEP et de la technique de vinification sur l'Indice des polyphénols Totaux.
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	Figure 6. Analyse en Composante Principale (ACP) sur les principales caractéristiques organoleptiques des vins rouge vinifiés en phase liquide.
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	Figure 7. Influence du traitement de la vendange de Sauvignon par des CEP sur la composante aromatique de type « thiol »des vins.
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