¿Qué es la Levadura?
La levadura es un microorganismo unicelular, generalmente de la familia Saccharomyces cerevisiae, que pertenece al reino de los hongos. Se define como cualquiera de los hongos microscópicos predominantemente unicelulares en su ciclo de vida, usualmente caracterizados por dividirse asexualmente por gemación o bipartición, y por tener estados sexuales que no están adjuntos a un micelio o conjunto de hifas. Algunas levaduras como Candida pueden, sin embargo, formar cadenas de células conectadas, conocidas como pseudohifas. Este ser vivo invisible, mucho más pequeño que un grano de arena, se encuentra en todo el mundo y está compuesto por organismos unicelulares llamados células de levadura.
Las levaduras son importantes por su capacidad para realizar la descomposición mediante fermentación, predominantemente alcohólica, de diversos compuestos orgánicos, principalmente los azúcares o hidratos de carbono, produciendo distintas sustancias como dióxido de carbono y alcohol. Este proceso es un fenómeno natural que se produce en el medio ambiente en ausencia de aire. En presencia de oxígeno, la levadura no fermenta, sino que respira y se multiplica de forma abundante, transformando el azúcar en dióxido de carbono y agua (pero no en alcohol), lo que le proporciona la energía necesaria para desarrollarse.
La levadura está presente de forma natural en la Tierra desde hace millones de años. Su uso para fines domésticos data de hace cinco o seis milenios, utilizada para elaborar pan, vino, cerveza y otros alimentos fermentados. La levadura, siendo la más común Saccharomyces cerevisiae, se ha utilizado durante miles de años para hacer crecer panes y otros productos horneados.
¿Dónde se encuentra y se cultiva la Levadura?
Hábitats Naturales de la Levadura
Las levaduras suelen estar presentes en los suelos, rocas y ambientes acuáticos como ríos y mares. Se encuentran en las hojas de las plantas, en frutos (como las uvas), en la piel de los animales (donde también forman parte de la microbiota), sobre otros hongos macroscópicos como las setas y en alimentos donde se utilicen como fermento. Son descomponedores primarios de la materia muerta de plantas y animales en muchos ecosistemas.
Dato curioso: las levaduras flotan libremente en el aire que nos rodea. Es por eso que se puede cultivar un iniciador de masa madre simplemente dejando una mezcla de harina y agua en el mostrador: las levaduras del medio ambiente se asentarán en la mezcla y comenzarán a crecer y fermentar.
Aislamiento y Selección de Cepas
El cultivo de levadura comienza con el aislamiento y recolección de cepas. Las cepas de levadura se encuentran de forma natural en las uvas, en la bodega o en el entorno. Se emplean diversas pruebas y métodos de laboratorio para recolectarlas y aislarlas, obteniendo así un cultivo puro que será la base de la producción industrial.
Todas las levaduras son híbridas por definición, al igual que los seres humanos. Sin embargo, es posible reproducir en laboratorio las condiciones naturales que provocan la hibridación. Este proceso tiene lugar cuando dos cepas de levadura interactúan y se reproducen, dando lugar a una nueva cepa que combina las características de ambas progenitoras. Las cepas de levadura se cultivan en medios de esporulación, luego se permite que las cepas puras interactúen y se reproduzcan mediante un proceso conocido como apareamiento, que puede realizarse combinando las dos cepas o mediante un apareamiento masivo, esporulando múltiples levaduras y mezclando sus esporas.
Sea cual sea la técnica empleada, las cepas híbridas resultantes pasan por el mismo proceso que una levadura seleccionada: se identifican, se caracterizan, se prueban en fermentación y se verifican para garantizar su correcto funcionamiento y su capacidad para ser producidas y conservadas como cultivos puros en laboratorio.
Producción Industrial de Levadura
Cultivo y Multiplicación a Gran Escala
La producción de levadura seca activa, así como de otros tipos de levadura, comienza con el cultivo de una cepa pura en laboratorio. Una vez establecido el cultivo puro, también llamado inóculo, se trabaja bajo condiciones estrictamente asépticas para evitar cualquier riesgo de contaminación, un factor crucial para garantizar la calidad del producto final. Los productores de levadura almacenan estos cultivos puros de forma segura a temperaturas bajo cero para evitar que se mezclen con otros microorganismos, extrayendo solo pequeñas cantidades cuando son necesarias para la producción.
Posteriormente, este cultivo se multiplica en recipientes y tanques cada vez mayores. Para el crecimiento de las células de levadura, se requiere azúcar; el nutriente más utilizado es la melaza (de remolacha azucarera o caña de azúcar), que se limpia de sus residuos y se esteriliza con vapor. Se utiliza una fórmula específica que incluye agua, melaza, sales, oligoelementos y vitaminas, bajo un estricto control de pH.
Mientras las levaduras se alimentan y fermentan, se envían grandes cantidades de aire estéril al fermentador para abastecer la demanda de oxígeno de las células. En esta etapa, la fermentación es aeróbica (propagación), lo que permite que la levadura se reproduzca rápidamente y en grandes cantidades. Es así como los productores de levadura generan grandes volúmenes de este microorganismo.
El Proceso de Separación y Secado
Cuando llega el momento de la cosecha, la levadura recogida de los fermentadores se separa mediante separadores centrífugos que funcionan según el principio de centrifugación, produciendo un líquido lechoso llamado "crema de levadura". Esta crema se lava para producir levadura líquida.
La levadura líquida obtenida se seca mediante filtración y atomización. Las células de levadura se suspenden en una corriente de aire caliente, que elimina el agua sin dañar los microorganismos y deja una levadura seca y pulverulenta. Este proceso genera la levadura seca activa, que puede presentarse en forma de polvo o granulada, o en forma de fideo o vermicelli, que se obtiene durante el secado por atomización o la aglomeración.
Para la levadura nutricional, que pertenece a la misma especie que la levadura de panadería y cerveza (Saccharomyces cerevisiae), la crema de levadura se pasteuriza calentándola para desactivar las células, lo que significa que deja de fermentar y crecer. Posteriormente, se enriquece con minerales y vitaminas adicionales como la B12, ya que la levadura en sí no produce esta vitamina de forma natural, para aumentar su valor nutricional. Finalmente, se seca en secadoras giratorias y se estira hasta conseguir los copos o polvo, que luego se envasa y se envía para su comercialización.
Producción de levadura. Grado en Biotecnología UCA 2016/17
La levadura de panadero también se vende como levadura fresca comprimida en una "torta" cuadrada. Esta forma perece rápidamente, por lo que debe ser utilizada en un corto plazo después de la producción.
Control de Calidad y Almacenamiento
Antes de su comercialización, las levaduras se someten a rigurosas pruebas de pureza, viabilidad y rendimiento para cumplir las especificaciones requeridas y los estándares de la industria. Esto incluye la detección de contaminantes y la verificación del comportamiento fermentativo, garantizando la trazabilidad completa y productos de alta calidad.
La levadura seca activa ofrece un alto nivel de consistencia, es fácil de almacenar y de usar en la elaboración. Un gramo de levadura comprimida contiene más de siete mil millones de células. Para prolongar la vida útil de la levadura seca o fresca en casa, se puede almacenar en un recipiente hermético y luego en el congelador, e incluso hay quienes congelan sus cultivos de masa madre.
Aplicaciones de la Levadura en Diversas Industrias
La Levadura en la Elaboración de Alimentos y Bebidas
La levadura ha sido utilizada durante miles de años para hacer crecer panes y otros productos horneados, así como para la producción de bebidas alcohólicas. La especie Saccharomyces cerevisiae es la más común en estas aplicaciones, ya que tiene la facultad de crecer en forma anaerobia realizando la fermentación alcohólica.
Panadería y Repostería
En la panadería, la levadura (principalmente Saccharomyces cerevisiae y ocasionalmente Saccharomyces exiguus) es un agente de fermentación. Convierte los azúcares de la harina en gas dióxido de carbono (CO2) y alcohol etílico (etanol). Este proceso hace que la masa se expanda o aumente de tamaño, ya que el gas CO2 llena las bolsas de aire. Cuando se hornea, la levadura muere y las bolsas de aire quedan "fijadas", dando al producto horneado una textura suave y esponjosa. El alcohol producido durante esta fase se evapora completamente durante la cocción.
En la panificación, la levadura inicialmente respira aeróbicamente, produciendo dióxido de carbono y agua. El uso de patatas, agua de ebullición de patata, huevos o azúcar en una masa de pan acelera el crecimiento de las levaduras. El primer registro del uso de levadura para hacer pan proviene del Antiguo Egipto, especulándose que ocurrió accidentalmente al dejar una mezcla de harina y agua en un día cálido.
Producción de Vino y Cerveza
En enología, la levadura convierte los azúcares presentes en el mosto de uva en alcohol y dióxido de carbono, desempeñando un papel esencial en la elaboración del vino. También se utilizan levaduras no Saccharomyces, que contribuyen a la complejidad aromática del vino o a su bioprotección. Para la cerveza, la fermentación se produce a partir de los glúcidos derivados de la malta (cebada germinada).
Luis Pasteur, en 1856, reconoció la función de las levaduras como agentes fermentadores. Demostró que las células viables de levaduras causan fermentación en condiciones anaeróbicas, convirtiendo el azúcar del mosto en etanol y dióxido de carbono.
Otros Alimentos Fermentados
La levadura se utiliza en la producción de productos como mostaza, vinagre, salsa de soja, encurtidos y salsa de tomate. Además, naturalmente, la levadura se encuentra en contenidos de productos lácteos como el yogur, el kéfir y algunas variedades de quesos frescos.
La Levadura en la Biotecnología Blanca
Las propiedades fisiológicas de la levadura han impulsado su uso en el campo de la biotecnología. Es la primera célula eucariota en la que se ha intentado expresar proteínas recombinantes, siendo de fácil uso industrial: es barata, sencilla de cultivar (se duplica cada 90 minutos en condiciones nutritivas favorables) y fácil de modificar genéticamente.
Producción de Moléculas Útiles
La levadura puede utilizarse para producir una variedad de sustancias naturales, como proteínas, aromas y enzimas. Permite también desarrollar biomateriales y nuevas moléculas para fines nutricionales o médicos en volúmenes comerciales. Su capacidad como "fábrica celular" le permite absorber lípidos y aminoácidos naturales, así como todos los elementos necesarios para su crecimiento a partir de su entorno. Este enfoque, que se alimenta de materia prima renovable como la melaza o cereales, es claramente más respetuoso con el medio ambiente en comparación con otros procedimientos de fabricación de compuestos químicos.
El uso de un microorganismo vivo como la levadura para fabricar productos como alimentos, productos farmacéuticos y fuentes de energía se enmarca en la biotecnología blanca. Esta constituye un nuevo ámbito prometedor con la intención de afrontar los desafíos medioambientales, permitiendo sintetizar productos fácilmente degradables. Estos pueden utilizarse especialmente para:
- La producción de metabolitos, enzimas, vitaminas, aromas, etc.
- El tratamiento de residuos, para reducir la contaminación.
- La producción de agentes de lucha biológica, para combatir insectos nocivos, agentes patógenos y malas hierbas.
Aplicaciones Médicas y Energéticas
Entre los principales descubrimientos relacionados con el uso de la levadura como microfábrica en medicina figura la creación de una hormona humana: la hidrocortisona, una hormona esteroide que disminuye la inflamación. La levadura también se utiliza para producir insulina, la hormona que le falta a las personas que padecen diabetes. Esto permite a los científicos generar gran cantidad de nuevos compuestos que pronto ocuparán un lugar importante en nuestras vidas.
La levadura es el organismo más apto para obtener alcohol por fermentación a nivel industrial. El alcohol obtenido de esta manera, el etanol puro, se puede utilizar para la preparación de licores, en perfumería y como biocarburante alternativo a la gasolina. La levadura produce etanol a partir de glúcidos (o azúcares) por medio del proceso natural de fermentación. La primera generación de biocarburantes se derivó del almidón de cultivos alimentarios (granos, cereales, patatas, yuca) y del azúcar (caña de azúcar). Los azúcares destinados a los biocarburantes de segunda generación se derivan de un abanico más amplio de recursos, incluidas las fibras vegetales que no sirven para la fabricación de alimentos (madera, partes no comestibles de las plantas) e incluso los residuos vegetales, contribuyendo así a las energías renovables y al desarrollo sostenible.
Biología y Metabolismo de la Levadura
Nutrición y Condiciones de Crecimiento
Las levaduras son quimioorganótrofas, ya que utilizan compuestos orgánicos como fuente de energía y no necesitan la luz solar para crecer. Obtienen carbono principalmente de azúcares hexosas, como la glucosa y la fructosa, o disacáridos como la sacarosa y la maltosa. Algunas especies pueden metabolizar azúcares de pentosa como la ribosa, alcoholes y ácidos orgánicos.
Las especies de levadura requieren oxígeno para la respiración aeróbica (aerobios obligados), pero también tienen métodos facultativos de producción de energía (anaerobios facultativos). A diferencia de las bacterias, ninguna especie de levadura conocida crece solo de forma anaeróbica. La mayoría de las levaduras crecen mejor en un entorno de pH neutro o ligeramente ácido. Las levaduras varían en cuanto al rango de temperatura en el que crecen mejor; por ejemplo, Leucosporidium frigidum crece de -2 a 20 °C, mientras que Candida slooffi lo hace de 28 a 45 °C.
Reproducción de la Levadura
Las levaduras se reproducen asexualmente por gemación o brotación: en la célula madre se forma y crece una yema que, cuando alcanza el tamaño adulto, se separa dando vida a una nueva célula. También pueden reproducirse sexualmente mediante ascosporas o basidioesporas, especialmente en condiciones de escasez de nutrientes.
El genoma de las levaduras está compuesto por aproximadamente 12.156.677 pares de bases y 6275 genes organizados de manera compacta en 16 cromosomas, con un tamaño promedio de genes de 1.45 kb. El ADN mitocondrial también forma parte del genoma de la levadura y codifica para componentes de la maquinaria traduccional y proteínas mitocondriales. Existen mutantes que carecen de ADN mitocondrial, denominadas ro, las cuales son incapaces de llevar a cabo el metabolismo respiratorio, pero son viables y capaces de fermentar sustratos como la glucosa.