El CSIC modela con IA la fermentación del vino

La fermentación del vino es un complejo proceso en el que intervienen microorganismos vivos, que implica muchas variantes y además resulta difícil de monitorizar. Investigadores del IIM-CSIC llevan años trabajando en el desarrollo de herramientas computacionales que permitan a los bodegueros modelizar esta fase de la producción y predecir su comportamiento. Y gracias a un nuevo proyecto financiado por la Agencia Estatal de Investigación, Tailored-Wine, añadirán la inteligencia artificial a sus modelos para hacerlos más precisos y así ayudar a la industria a hacer frente a la variabilidad de las materias primas y a los efectos del cambio climático.

El grupo de Biosistemas e Ingeniería de Bioprocesos ya desarrolló en una iniciativa anterior los primeros gemelos digitales para el sector vitivinícola. «La idea ahora es intentar entender con más detalle el metabolismo de las levaduras y aprovechar cómo gestionan el carbono y el nitrógeno durante los procesos de fermentación. La aproximación de Tailored-Wine es novedosa porque combinamos los modelos que ya teníamos, basados en el conocimiento fundamental de la física, la química y la biología que hay detrás del proceso, con herramientas propias de la inteligencia artificial para obtener modelos híbridos que, en principio, tienen mejores capacidades», resume la investigadora principal, Eva Balsa.

Como en el proyecto anterior, el grupo vigués colabora con otro centro del CSIC, el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA) de Valencia, en cuya bodega piloto se obtendrán los datos experimentales necesarios para la modelización bajo la coordinación de Amparo Queral y Eladio Barrio. Y también participa un experto del IATA en bioinformática y genética comparativa de levaduras para tener en cuenta esta información en los modelos y hacerlos más sofisticados.

Los resultados computacionales obtenidos por los investigadores del IIM se validarán después en la planta experimental de Valencia para poder trasladarlos en algún momento a la industria. «Queremos ir mejorando el detalle. Por ejemplo, estamos viendo que es muy importante tener en cuenta la variabilidad en la composición de nitrógeno y carbono que puede tener la uva. Es algo que depende de la variedad y de la añada, pero también está siendo motivado por el cambio climático, que parece tener un impacto bastante importante. Por lo tanto, en estos momentos es bastante prioritario para nosotros conocer con precisión qué ocurre cuando se producen cambios en el contenido y distribución de esos dos nutrientes», explica Balsa.

Los investigadores ya comenzaron a utilizar la inteligencia artificial en la etapa final del proyecto anterior: «Acabamos de publicar un artículo científico en el que comparamos los modelos basados en conocimiento o solo en IA y hemos comprobado que estos necesitan mucho más trabajo de laboratorio, como es lógico. Y que los híbridos son muy útiles cuando no dispones de un conocimiento tan detallado. También hemos visto que si utilizamos nuestros modelos de conocimiento para entrenar los de IA casi obtenemos la misma precisión y con mucha rapidez, por lo que tienen potencial para aplicaciones industriales. Vamos a aprovechar lo mejor de cada opción».

Otro proyecto en colaboración con Ramón Bilbao y Bodegas Roda

Para avanzar en ese salto a la industria y, de forma paralela a este proyecto, el equipo de Eva Balsa ha iniciado otro de colaboración público-privada y también financiación estatal y en el que volverán a colaborar con Ramón Bilbao. El consorcio lo completan Bodegas Roda, de Haro, un grupo de la Universidad de Zaragoza experto en aromas, la empresa de ingeniería Inconef y la multinacional de fermentación microbiana Lallemand: «Producen levaduras y también venden nutrientes y para ellos es muy interesante optimizar su uso y adaptarse a los cambios de composición motivados por el cambio climático con facilidad para comercializar mejor sus productos».

«En su día desarrollamos modelos sencillos que funcionaban con varias variedades de vino y especies de levaduras y ahora la idea es implementar en las bodegas un gemelo digital más detallado y combinarlo con sensores inteligentes que la industria todavía no tiene y con tecnologías hardware. Y todo ello configurará un sistema de apoyo a la toma de decisiones que debería funcionar en tiempo real. Este proyecto ya sería una aproximación industrial y buscamos dar respuestas más operativas a los bodegueros», destaca.

Todas estas herramientas digitales también se podrán aplicar en otros ámbitos: «Son bastante transversales porque las levaduras se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones en biotecnología. Para mí, el vino es un caso de estudio retador y muy divertido porque tiene peculiaridades que no existen en otros procesos, por ejemplo, la producción de aromas. Pero las estrategias de modelización que estamos desarrollando también se podrían aplicar en la fermentación de yogur».

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