Levaduras

INTRODUCCIÓN

El hombre viene sirviéndose de las levaduras desde hace muchos siglos para fermentar zumos de frutas, para esponjar el pan y para hacer sabrosos y nutritivos ciertos productos alimenticios. Su importancia es aún mayor hoy que en tiempos pasados, porque nosotros las empleamos en procesos fermentativos más diversos, y además, para sintetizar ciertas vitaminas, grasas y proteínas partiendo de azúcares sencillos y de nitrógeno amoniacal. Se sabe, además, que algunas levaduras causan enfermedades en las plantas y en los animales y que otras alteran los alimentos y deterioran los productos textiles y otros materiales.
Las levaduras están muy difundidas en la naturaleza. Se encuentran en las frutas, los granos y otras materias nutritivas que contienen azúcares; en el suelo (especialmente en los viñedos y en los huertos), en el aire, en la piel y en el intestino de los animales y en algunos insectos. Se diseminan por intermedio de portadores y por el viento.
Las levaduras no contienen clorofila y, por consiguiente, dependen de las plantas superiores y de los animales para obtener su energía, la cual pueden conseguir por desasimilación oxidante aerobia o por fermentación anaerobia. Algunas son saprofitas (es decir, viven sobre materia orgánica muerta) y otras parásitas (viven en otros seres vivos y a expensas de ellos).
Las levaduras son, por lo general, organismos unicelulares, y se presentan en formas muy variadas, desde las esféricas, ovoides y elipsoidales, a las cilíndricas, que pueden ser muy alargadas y aun filamentosas. Estas formas, aunque diversas según las especies, son lo bastante características para ser base de clasificación. Su estructura interna es compleja. Se reproducen vegetativamente por gemación o por fisión, y sexualmente por producción de esporas.

CLASIFICACION DE LAS LEVADURAS

Durante muchos años, se han diferenciado las levaduras en grupos utilitarios, teniendo en cuenta las actividades que desarrollan los cultivos que se emplean en las fermentaciones industriales.
Así se distinguen comúnmente las levaduras verdaderas, falsas, naturales, altas y bajas. Estas denominaciones tienen poco significado científico, porque los grupos a que se refieren no ofrecen caracteres morfológicos, reproductores o fermentativos constantes. Algunas levaduras pueden pertenecer a más de uno de estos grupos. Sin embargo, los definiremos brevemente porque todavía se emplean corrientemente en la práctica industrial.

LEVADURAS INDUSTRIALES O CULTIVADAS

Se denominan levaduras verdaderas las que se utilizan en panadería y en las industrias de fermentación. Los cerveceros las clasifican en levaduras bajas, que se emplean comúnmente en la elaboración de la cerveza lager y levaduras altas, empleadas en las cervezas inglesas ales. Las levaduras de destilería producen más alcohol que las anteriores.

LEVADURAS NATURALES O SALVAJES

Las levaduras de este grupo se encuentran  sobre las uvas y otras frutas en estado natural. Son las que producen el vino por Fermentación del mosto, pero como su empleo no asegura siempre la obtención de un buen producto, en la práctica vinícola moderna se seleccionan mediante SO2, y solo se utilizan las razas conocidas que presentan las propiedades fermentativas deseadas. La procedencia de las mejores levaduras de fermentación ha sido, sin duda, las levaduras naturales recogida en lo viñedos.

LEVADURAS FALSAS

En este grupo se incluyen algunas levaduras, como las torulas, que se reproducen exclusivamente por gemación, y muchas de las levaduras que provocan reacciones de fermentación perjudiciales y algunas que tienen importancia en medicina.

LEVADURAS EN CERVECERIAS

Desde el punto de vista de un cervecero la levadura deberá ser:

1. Genéticamente estable durante varios ciclos continuos.
2. Capaz de fermentar mosto en un período de tiempo aceptable para producir nive­les de etanol con un rango de 4-12% (v/v).
3. Capaz de producir un medio de fermentación libre de cantidades de metabolitos indeseables responsables de car­acterísticas tales como sabores fenólicos, fusels o azufrados.
4. Fácilmente removibles del medio de fermentación ya sea mediante métodos naturales ( floculación) o mecánicos  (centrifugación).
5. Suficientemente viables, después de la cosecha que puedan ser reinoculados en el mosto.

En cervecería, estas características se encuentran en las cepas del género Saccharomyces. Todos los miembros de Saccharomyces fermentan glucosa, fruc­tosa y manosa, y la mayoría utiliza galactosa, tanto aeróbica como anaeróbica­mente. Los miembros de Saccharomyces no utilizan lactosa, y en la mayoría de los casos no asimilan pentosas ni polisacáridos más grandes tales como almidón. Los nitratos no puede ser utilizado como fuente de nitrógeno por estas levaduras.

SACCHAROMYCES CEREVISIAE

En el pasado los cerveceros clasificaban a las cepas de levaduras ale, como pertenecientes a S. Cerevisiae y a las cepas de levadura lager como pertenecientes a S. Carlsbergensis ó S. Uvarum, como resultado de una reciente reclasificación de las especies de Saccharomyces, ambas cepas de levadura, tanto para ale como lager, son ahora considerados como miembros de Saccharomyces Cerevisiae, de todas forma para entender las diferencias mantendremos la antigua clasificación.

DIFERENCIAS METABÓLICAS

Existen diferencias metabólicas marcadas entre las cepas de levaduras ale y lager. Las cepas de levaduras lager poseen la habilidad de hidrolizar el azúcar melobiosa en los monosacáridos glucosa y galactosa, las levaduras ale no pueden crecer en un medio que contiene melobiosa como la única fuente de carbono. Esta difer­encia metabólica puede ser utilizada para detectar la presencia de levaduras lager en cosechas de levadura ale.
Las cepas de levadura ale tienen la capacidad de crecer a 37°C, mientras que las cepas de levaduras lager simplemente no pueden hacerlo a una temperatura tan alta. Esta sensibilidad de temperatura diferencial es utilizada cuando se prueba la potencial presencia de cepas de levadura ale en los cultivos de levadura Lager.
Generalmente se consideran a las levaduras ale como de fermentación de superficie ya que floculan y ascienden a la superficie del fermentador hacia el final de la fermentación. Las cepas de levaduras lager, por otro lado, generalmente tienden a posarse en el fondo del fermentador cuan­do la fermentación está llegando a su final. También hay una tendencia general mayor en las cepas de levaduras lager a producir un nivel mayor de productos de azufre (tales como sulfuro de hidrógeno) que en las levaduras ales.

CICLO DE VIDA

La edad en las células de levadura se determina según el números de brotes producidos por la célula, generalmente una levadura joven deberá tener de tres a cuatro cicatrices de brotes, mientras que las células viejas llegan a tener por encima de 20 cicatrices, de todas formas el cervecero define la edad según el número de veces que un cultivo de levaduras fue utilizado en inocular el mosto. Dependiendo del tipo de instalaciones en que se produzca la fermentación o el manejo de los cultivos, los mismo se pueden considerar viejos por encima de las 10 generaciones  (vueltas ó inoculaciones). En la actualidad para simplificar el proceso y trabajar de forma segura, sin riesgo de contaminación, se introducen cultivos nuevos por encima de la 5ta generación.

FERMENTACIÓN DEL MOSTO

El mosto cervecero contiene los azúcares sacarosa, fructosa, glu­cosa, maltosa, maltotriosa y dextrinas(la sacarosa es hidrolizada en glucosa y fructuosa por una enzima llamada invertasa que se encuentra en la pared celular). Las cepas de levadura cervecera son típicamente capaces de utilizar sacarosa, fructosa, mal­tosa y maltotriosa, mientras que la maltotetrosa y otras dextrinas más grandes no son usualmente asimiladas. De aquí la importancia de tener bien en claro las temperaturas y pausas a utilizar en los cocimientos, teniendo siempre en cuenta que en la maceración las pausas de 53 a 62 grados centígrados favorecen la formación de maltosa, de 63 a 65 grados centígrados favorece a la formación máxima de maltosa, de 65 a 70 grados centígrados comienza la formación decreciente de maltosa y creciente de dextrina, de 70 a 75 grados centígrados la sacarificación es completa (la mayor parte del almidón queda transformado en azúcar), por encima de 75 grados centígrados se destruye toda acción enzimática. Las transformaciones químicas formadas en este proceso son idénticas en la fabricación de cualquier tipo de cerveza, tanto sea a nivel comercial, artesanal ó casero.
Para ser un poco más explicito y rayando lo grosero, la unidad básica de un azúcar es la glucosa, dos unidades de glucosa dependiendo del tipo de enlace que las una, forman la maltosa, tres unidades de glucosa dependiendo del tipo de enlace forma maltotriosa, hasta este punto la levadura fermenta consumiendo estos azúcares y produciendo alcohol  y  anhídrido carbónico (la maltosa y la maltotriosa son hidrolisadas enzimáticamente a glucosa dentro de la célula), estos azúcares producen por ende una cerveza alcohólica. De la maltotetrosa (cuatro unidades de glucosas unidos) en adelante pasan a ser dextrinas y al no haber en la levadura encimas que las hidrolicen en azúcares más sencillos y por ende sean fermentadas por la levaduras pasan a formar parte del azúcar no fermentable, este mismo es el que le da cuerpo a la cerveza. El cervecero puede dar “carácter” a su cerveza manejando estos factores.
Dependiendo del tipo de azúcar que se produzca en la maceración, más o menos atenuación tendremos en el mosto. La atenuación es el porcentaje de fermentación que tendrá nuestra cerveza una vez finalizada la misma,  está dada  por una formula. Otra practica habitual es el de dejar azúcares fermentables remanentes en la cerveza mediante la remoción de la levadura y la aplicación de frío para cortar la fermentación, este tratamiento deja un dulce residual en la cerveza y ha sido empleado en la elaboración de productos de bajo tenor alcohólico.

OXIGENACION DEL MOSTO

Aunque la fermentación de mosto se efectuada bajo condiciones anaeróbicas, se suministra oxígeno al cultivo de levadura durante la inoculación para poder sintetizar  los ácidos grasos no saturados, que son componentes esenciales de la membrana no encontrados en cantidades ideales en el mosto. La membrana cumple la función de transportar componentes hacia adentro o hacia afuera de la célula, regula  las enzimas lig­adas a la membrana, y  los componentes activos del sabor en la cerveza. Mientras que se encuentran en abundancia estos componentes en la malta, no son normalmente transferidos al mosto, y por esto deben ser producidos en un ambiente aeróbico  por la levadura. El requerimien­to de oxígeno pudiera ser compensado si es que los ácidos grasos no saturados  fueran añadidos al mosto. El nivel de oxigenación del mosto al momento de inoculación afecta no sola­mente al metabolismo de lípidos, sino que también al desempeño de la levadura y al sabor de la cerveza. Muy poco oxígeno resulta en una insuficiente produc­ción de lípidos de membrana, lo que a su tiempo lleva a una propagación limita­da de levadura, una tasa de fermentación baja y problemas de sabor aso­ciados. Demasiado oxígeno origina un crecimiento excesivo de levadura, con una perdida de nutrientes por la reproducción celular y poca producción de alcohol.

FLOCULACION DE  LEVADURA

Es la acción por la cual la levadura es atraída por las demás para formar flóculos, compuestos por miles o millones de células que se atraen entre si debido a la formación de puentes de calcio entre grupos carboxílicos de células adyacentes y puentes hidrógenos. Las cepas floculantes sedimentan más rapidamente que las no floculantes,  a estas últimas se la denominan pulverulentas. Cada uno de estos tipos de levadura se adaptan mejor a un determinado modelo de fermentador.

MANTENCIÓN DE CULTIVOS DE LEVADURAS

Cada célula individual puede separarse del resto mediante procesos de microencapsulación, es decir, utilizando varillas de vidrio microscópicas para empujar y arrastrar células y separar gotas de agua de manera que pueden ser recogidas, por medio de pequeñas piezas estériles de papel de filtro, y sembradas por separado en un frasco de caldo de cultivo estéril. Esta técnica se puede aplicar tan­to a una mezcla de levaduras como a un cultivo contaminado. Lue­go, será necesario seleccionar, de la colección obtenida, la levadura qué interese. Un método más sencillo, consiste en sembrar, con un ansa, el cultivo de levaduras mezcladas, o conta­minado, en un medio sólido y estéril (el mismo puede ser selectivo en donde se puede identificar  levaduras, levaduras salvajes y bacterias por el color de cada colonia desarrollada), sobre una placa de petri.,una vez desarrolladas, se seleccionan las colonias, se recogen algunas y se siembran de nuevo en medio sólido, las ahora desarrolladas constituyen la colección utilizada para seleccionar luego la que con­venga utilizar. Los cultivos de levaduras pueden conservarse en medio sólido a 3-4 grados centígrados por un período largo de tiempo en tubos inclinado en forma de estrías o en cajas de petri.

CONTAMINACIÓN CON LEVADURAS SALVAJES

Algunas son razas de Sacharomyces Cerevisiae o de otras especies del mismo género, otras pertenecen a los géneros Candida, Pichia, Hansenula, o Torulopsis. Muchas imparten a la cerveza bouquets y aromas anómalos o turbidez difícil de eliminar y otras producen velos en la superficies. La mayorías pueden competir de manera efectiva, tanto aerobia como anaerobicamente, por los nutrientes del mosto utilizados por la levaduras cerveceras, pueden reducir productos tales como dextrinas o proteínas, dejando cervezas sobreatenuadas y sin cuerpo. Alteran las características de floculación fermentando de forma pulverulenta. Algunas levaduras silvestres poseen la habilidad de matar a levaduras cerveceras por medio de una secreción tóxica que libera en el medio,  a estas se la conocen como levaduras asesinas.

CONTAMINACIÓN BACTERIANA

El mosto es un medio de cultivo, relativamente rico, pero se so­mete a ebullición y muy poco después se inocula con levadura. Du­rante la fermentación, el pH desciende de 5,3 a 4,1, se produce eta­nol hasta una concentración de 4-5 % v/v y descienden sustancial­mente las concentraciones de azúcares, aminoácidos y vitaminas. La cerveza constituye, por tanto, un medio poco adecuado para el desarrollo de las bacterias. El número de géneros y especies que la contaminan o es limitado. Al igual que las levaduras salvajes, las bacterias contaminantes provocan turbidez y generan olores y bouquets anómalos.
Las únicas bacterias que causan problemas gra­ves en el ambiente de las  cervecerías  son las bacterias ácido lácticas (gram positivas). La  encontradas sólo per­tenecen a dos géneros: Lactobacillus y Pediococcus, las especies del género Lactobacillus tienen células en forma de bastoncillo, las del género Pediococcus son esféricas. Desde un punto de vis­ta fisiológico, las bacterias acidolácticas pertenecen a dos grupos: termófilas y mesófilas., pueden dividirse también en las que producen ácido láctico y las que generan además otros productos entre ellos el ácido acético.
Las bacterias ácido lácticas representan una contaminación grave de la cerveza y producen cantidades importantes de productos in­deseables, entre los que se halla el precursor del diacetilo, respon­sable del aroma y bouquet a mantequilla.
Es probable que las bacterias de más interés en la cervecería sean las llamadas bacterias del mosto. Perte­necen a la familia de las Enterobacteriaceas (gram negativas), entre las que se encuen­tran muchas asociadas con la materia vegetal, o con el contenido del intestino, cuyo ejemplo más conocido es Escherichia coli. Exis­ten dos grandes tipos entre las que se desarrollan en el mosto. El primero crece bien hasta que (debido a la actividad fermentativa de la levadura) el pH del medio desciende a valores de aproximada­mente 4,4 y el alcohol alcanza tasas del orden del 2%. En estas circunstancias, mueren géneros como Enterobacter y Citrobacter, aun­que los productos de su metabolismo permanezcan en la cerveza, dando, a veces, origen a bouquets y aromas anómalos. El segundo tipo está constituido por bacterias que sobreviven en la fermentación y que se recogen junto a la levadura, por lo que son luego transferi­das a las siguientes fermentaciones. Estas bacterias (Hafnia, Obesumbacterium)   tienen propiedades metabólicas similares a las de la levadura, pero producen sustancias responsables de bouquets anó­malos, como cantidades excesivas de volátiles sulfurados. Pueden dar origen a pH más elevados que los normales en la cerveza, limi­tar el crecimiento de las levaduras y, en general, modificar el am­biente, de modo que resulte favorable a su supervivencia.
    
Entre otras bacterias (gram negativas) que es frecuente encon­trar en las fábricas de cerveza, se hallan las pertenecientes al género Zymomonas, común en cerveza dulce. Pro­duce cantidades excesivas de acetaldehído y sulfuro de hidrógeno.

27 Abril 2005  Hugo Walter Schaufler 

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