La transformación de mosto de uva en vino es un proceso ecológico y bioquímico complejo que implica el desarrollo secuencial de diversas especies microbianas, tales como levaduras, bacterias lácticas y bacterias acéticas. Este proceso microbiano puede considerarse heterogéneo y su evolución está influenciada por factores como la composición del mosto, la temperatura, el pH, la concentración de oxígeno y las prácticas enológicas.
Dinámica Poblacional de las Levaduras en la Fermentación
En las primeras etapas de la fermentación del vino, varias docenas de especies de levadura pueden estar presentes. El número de levaduras en la uva, justo antes de la cosecha, varía de 103 a 106 células/mL en función de factores como las variedades de uvas, las condiciones climáticas, prácticas vitícolas, etapa de maduración, daño físico y fungicidas aplicados a los viñedos.
Fase Inicial: Predominio de Levaduras No-Saccharomyces
Al inicio de la fermentación, las especies de levaduras predominantes pertenecen a géneros como Hanseniaspora, Candida, Pichia, Metschnikowia, Kluyveromyces, Zygosaccharomyces, Torulaspora, Starmerella, Dekkera y Schizosaccharomyces. Estas levaduras no Saccharomyces proliferan en los primeros días de fermentación, alcanzando poblaciones de aproximadamente 106 - 107 células/mL. Aunque su capacidad fermentativa es limitada, contribuyen significativamente al perfil aromático inicial mediante la producción de compuestos secundarios como ésteres y alcoholes superiores. Además, pueden liberar enzimas extracelulares que confieren al vino características únicas.
Sin embargo, si el crecimiento de estas especies no-Saccharomyces no es controlado, o si determinadas cepas crecen en exceso, pueden alterar negativamente el vino, produciendo aromas desagradables o un exceso de acidez volátil. Por ejemplo, la levadura apiculada Hanseniaspora uvarum (también conocida como Kloeckera apiculata), que es posiblemente la levadura más abundante en los mostos antes de la fermentación, produce mayor cantidad de acidez volátil y acetato de etilo en comparación con S. cerevisiae.
Predominio de Saccharomyces cerevisiae
La fermentación alcohólica es un ecosistema que fluctúa rápidamente. En pocos días, el aumento de la concentración de etanol, el agotamiento de nutrientes claves como el nitrógeno y el aumento constante de la temperatura de fermentación favorecen la rápida proliferación de las cepas de S. cerevisiae en detrimento de otras especies. A medida que aumenta la concentración de alcohol, la población de levaduras progresivamente se ve dominada por levaduras pertenecientes al género Saccharomyces.
Con el establecimiento de la fermentación tumultuosa, el predominio de S. cerevisiae es prácticamente absoluto, llegando a alcanzar poblaciones entre 5x107 y 108 ufc/mL. S. cerevisiae se adapta mejor a las altas concentraciones de alcohol y a la reducción de nutrientes, además de ser más resistente al dióxido de azufre, pasando a dominar la población y completando la fermentación alcohólica, transformando los azúcares del mosto en alcohol y dióxido de carbono. Su actividad metabólica contribuye a la producción de glicerol, ácidos orgánicos y otros metabolitos que influyen en las propiedades sensoriales y químicas del vino.
Este efecto es conocido como la teoría make-accumulate-consume (hacer-acumular-consumir), un modelo que describe el comportamiento metabólico de las levaduras. S. cerevisiae es muy eficiente en el consumo de los azúcares del mosto como la glucosa y la fructosa, lo que les otorga una ventaja competitiva. El alcohol producido actúa como un potente inhibidor para otros microorganismos, reforzando la dominancia de S. cerevisiae. Esta capacidad de modular el consumo de diferentes fuentes de carbono es una característica clave de esta estrategia, a menudo asociada con el efecto Crabtree, en el cual la levadura es capaz de fermentar azúcares incluso en presencia de oxígeno.
Hacia el final de la fermentación, cuando los azúcares fermentables se han agotado, la actividad metabólica de S. cerevisiae disminuye, y la población total de levaduras comienza a declinar. En esta etapa, algunas levaduras no-Saccharomyces que son tolerantes al alcohol, como Brettanomyces y Zygosaccharomyces, pueden persistir y crecer si las condiciones lo permiten.
El Concepto de Terroir Microbiano
El "terroir" del vino se caracteriza por un sabor y un estilo específico influenciado por el cultivar de las uvas, factores geográficos, climáticos, la geología del suelo y las prácticas vitícolas. A pesar de que los factores abióticos han sido ampliamente estudiados, las comunidades microbianas de la uva también son un elemento diferenciador de gran importancia en este concepto.
Las uvas albergan una comunidad rica de microorganismos que incluyen levaduras, bacterias y hongos, que colonizan su superficie desde el viñedo. Estos provienen del entorno (suelo, plantas cercanas), prácticas agrícolas y condiciones climáticas locales. Las levaduras no-Saccharomyces son dominantes en el viñedo, incluyendo géneros como Hanseniaspora, Metschnikowia, Pichia y Candida. Las bacterias lácticas (Lactobacillus, Oenococcus) y acéticas (Acetobacter, Gluconobacter) también forman parte del microbioma del viñedo.
El microbioma del viñedo se ve afectado por diversos factores, como la variedad de la uva, que presenta diferencias en la composición de compuestos que favorecen el crecimiento de distintos microorganismos. El microbioma del viñedo no solo determina los microorganismos iniciales presentes en el mosto, sino que también influye en la comunidad microbiana de la bodega. Los estudios metagenómicos han revolucionado la comprensión del terroir microbiano en el vino al proporcionar una visión integral de las comunidades microbianas presentes. Se ha identificado la relación entre las diferentes comunidades microbianas autóctonas y la calidad organoléptica de los vinos, demostrando que los microbiomas asociados a la fermentación presentan una biogeografía definida, con comunidades distintas en diferentes regiones vinícolas.
En definitiva, el terroir microbiano de la uva y la bodega es un componente esencial para la calidad y autenticidad del vino, contribuyendo al perfil sensorial y químico del vino y reforzando la conexión con su lugar de origen.
Impacto de las Interacciones Microbianas en la Calidad del Vino
Rol de las Levaduras No-Saccharomyces en la Calidad
A pesar del predominio de Saccharomyces cerevisiae, las especies no-Saccharomyces, cuando se desarrollan de manera controlada, pueden contribuir positivamente a las propiedades aromáticas y la composición química del vino. La industria del vino ya utiliza algunas levaduras no convencionales, como Torulaspora delbrueckii, Metschnikowia pulcherrima, Hanseniaspora vineae, Pichia kluyveri y Lachancea thermotolerans, seleccionadas por sus aportes de metabolitos de interés organoléptico.
Sin embargo, algunas especies de no-Saccharomyces, como las cepas de Dekkera/Brettanomyces, son probablemente las levaduras contaminantes más temidas por los enólogos. Aunque tienen un metabolismo muy lento y son poco competitivas durante la fermentación alcohólica, están bien equipadas para sobrevivir a las condiciones más duras de los vinos (alta concentración de alcohol, pH bajo, SO2) y pueden multiplicarse, produciendo compuestos indeseados que afectan al vino, como notas a "sudor de caballo".
Implicaciones de Saccharomyces cerevisiae en la Calidad
Aunque S. cerevisiae es el agente imprescindible durante la fermentación alcohólica, capaz de transformar casi todo el azúcar en etanol, algunas cepas indígenas o incluso comerciales pueden producir cantidades excesivas de ácido acético, compuestos sulfurosos, SO2, urea y sustancias volátiles perjudiciales para la calidad del vino. Por ello, algunas cepas silvestres de S. cerevisiae deben ser consideradas como microorganismos contaminantes.
Interacciones con Bacterias en la Fermentación
Bacterias Lácticas
Las bacterias lácticas (Lactobacillus, Oenococcus, Pediococcus) suelen tener un rol limitado durante la fermentación alcohólica. En el mosto, las principales especies son Lactobacillus plantarum, L. casei, L. hilgardii y L. brevis; y especies de Pediococcus como P. damnosus. Su tamaño poblacional en el mosto puede ir de 102 a 104 ufc/mL. La evolución de estas poblaciones depende fundamentalmente del pH del mosto y del SO2 añadido, ya que pH inferiores a 3,6 y la adición del antimicrobiano en concentraciones habituales inhiben su crecimiento.
No obstante, en fermentaciones espontáneas, con problemas de imposición de S. cerevisiae debido a elevadas poblaciones microbianas en mostos provenientes de uva muy dañada, puede haber un desarrollo importante de bacterias lácticas. Su principal reacción metabólica, la fermentación maloláctica, se lleva a cabo en condiciones normales después de la fermentación alcohólica, transformando el ácido málico en ácido láctico y CO2. La fase de crecimiento toma varios días y aumenta la población hasta 107 ufc/mL, declinando una vez que el ácido málico se transforma completamente.
Bacterias Acéticas
Las bacterias acéticas también pueden estar presentes durante la fermentación alcohólica, dependiendo mayoritariamente de la calidad sanitaria de la uva. Uvas podridas o contaminadas con Botrytis cinerea producen mostos con poblaciones muy elevadas de acéticas. Las especies mayoritarias en el mosto son Gluconobacter oxydans, Acetobacter aceti y A. pasteurianus. Durante la fermentación alcohólica, debido a las fuertes condiciones de anaerobiosis impuestas por el metabolismo de las levaduras y la alta dependencia del oxígeno que presentan las acéticas, las posibilidades de proliferación son prácticamente nulas.
Sin embargo, estas bacterias son mucho más resistentes al sulfuroso, bajo pH y etanol que las bacterias lácticas. Al final de la fermentación alcohólica, presentan poblaciones elevadas que pueden proliferar si las condiciones de almacenamiento o crianza del vino no son las adecuadas (falta de sulfitado correcto y almacenamiento en atmósferas anaerobias). Las especies mayoritarias al final de la alcohólica pertenecen al género Acetobacter, por su mayor facilidad para metabolizar etanol como fuente de carbono.
Estrategias para el Control Microbiano y la Mejora del Vino
Fermentaciones Espontáneas vs. Guiadas
La industria enológica ha utilizado tradicionalmente la inoculación de levaduras seleccionadas, principalmente cepas de S. cerevisiae, para asegurar fermentaciones y estandarizar la calidad de los vinos. Sin embargo, esta práctica puede llevar a un reduccionismo en la diversidad de poblaciones de levaduras y, por tanto, afectar la complejidad del vino.
Muchos enólogos han comprobado que fermentaciones espontáneas, donde interactúan una docena de cepas diferentes, conducen a productos más diferenciales, con mayor riqueza aromática y una mayor tipicidad. Una posible solución es el estudio pormenorizado de la microbiota presente en uvas y mostos en fermentación. Si el resultado de estas fermentaciones espontáneas es óptimo, se buscará seleccionar un consorcio de microorganismos (cepás no-Saccharomyces y S. cerevisiae) que reproduzca la dinámica poblacional de las fermentaciones espontáneas. Aunque no se podrá igualar el alto grado de diversidad, la selección de un consorcio de 3-4 cepas aumentaría la diversidad microbiana y metabólica en comparación con inoculaciones de una única cepa.
Cultivos Mixtos y Consorcios
El sector enológico ha mostrado un notable interés por la utilización de cultivos mixtos en la vinificación para producir vinos con mayor complejidad sensorial y tipicidad, en concordancia con el concepto de terroir microbiano. Esto ha llevado a una nueva área de investigación centrada en los consorcios microbianos, que incluyen diferentes especies de Saccharomyces y no-Saccharomyces. Para establecer el perfil aromático de un vino derivado de una combinación de cepas de levadura, es esencial examinar las interacciones que se producen entre estos microorganismos, ya que determinan los perfiles metabólicos y analíticos del vino.
Hidratación de levaduras para fermentar vinos
Beneficios Específicos de las Levaduras Non-Saccharomyces en Cultivos Mixtos
Las levaduras no-Saccharomyces (NS), utilizadas junto con las levaduras Saccharomyces, tienen características metabólicas únicas y ejercen una influencia muy positiva sobre distintos aspectos sensoriales y químicos del vino, complementando la fermentación y mejorando la calidad final.
Reducción del Contenido de Etanol
El calentamiento global ha incrementado el contenido de azúcares en las uvas, resultando en vinos con grados alcohólicos más elevados. El uso de levaduras no-Saccharomyces para reducir los niveles de etanol ha cobrado gran interés. La fermentación mixta con cepas seleccionadas de NS, como Hanseniaspora vineae (HV), Hanseniaspora uvarum (HU), Metschnikowia pulcherrima (MP), Pichia kluyveri (PK) y Wickerhamomyces anomalus (WA), en combinación con Saccharomyces (S), puede disminuir significativamente el contenido de etanol en el vino. Las NS presentan una mayor afinidad por la respiración aeróbica frente al metabolismo fermentativo, contribuyendo a una menor producción de etanol.
| Tipo de Levadura | Efecto en el Etanol |
|---|---|
| Saccharomyces (S) | Principal productor de etanol. |
| Non-Saccharomyces (NS) | Menor producción de etanol; algunas cepas contribuyen a su reducción. |
Mejora de la Aromaticidad y Complejidad
Las cepas de NS son capaces de sintetizar extracelularmente enzimas altamente activas, como glicosidasas y pectinasas, que intensifican el aroma varietal del vino. Algunas cepas de NS tienen una mayor capacidad de liberar polisacáridos que las Saccharomyces. La muerte temprana de las NS durante la fermentación libera manoproteínas y polisacáridos que modifican y mejoran la textura del vino. El glicerol es otro compuesto que aporta suavidad y cuerpo, y ciertas levaduras no-Saccharomyces pueden producir concentraciones más elevadas.
Influencia en el Color del Vino
Las levaduras no-Saccharomyces pueden mejorar el color del vino y favorecer la estabilidad de los antocianos. Estudios indican que Schizosaccharomyces produce niveles más altos de ácido pirúvico, que reacciona con los antocianos para formar piranoantocianos, contribuyendo a la estabilidad del color en vinos envejecidos. Por su parte, Lachancea thermotolerans (LT) metaboliza el ácido pirúvico generando ácido láctico, lo que provoca una disminución del pH que favorece una mayor concentración de antocianos. Starmerella bacillaris (SP) produce niveles elevados de acetaldehído, promoviendo la formación de pigmentos del tipo vitisina B, que confieren tonalidades anaranjadas-amarillas.
Aumento de la Acidez del Vino
Para contrarrestar la disminución de acidez en uvas de regiones cálidas, se proponen alternativas microbianas. Lachancea thermotolerans (LT) es considerada la especie de levadura NS con mayor capacidad de acidificación, pudiendo reducir el pH del vino hasta en 0,5 unidades. El mecanismo se basa en el metabolismo del piruvato para generar ácido L-láctico.
Impacto en la Inocuidad del Vino
La enología moderna ha identificado la presencia potencial de compuestos tóxicos en el vino, como aminas biógenas (AB), carbamato de etilo (CE) y ocratoxina A (OTA).
- Aminas Biógenas (AB): Producidas por microorganismos durante la fermentación. Algunas levaduras NS, como Torulaspora delbrueckii (TD), pueden producir más AB que otras. Starmerella bacillaris (SP) metaboliza el ácido málico directamente en etanol, evitando la fermentación maloláctica y reduciendo el riesgo de formación de AB.
- Ocratoxina A (OTA): Micotoxina producida por infecciones fúngicas en las uvas. Starmerella bacillaris (SP) es eficaz en la eliminación de OTA (hasta un 70%). Las cepas de Lachancea thermotolerans (LT) pueden inhibir el crecimiento de hongos productores de toxinas.
- Carbamato de Etilo (CE): Se forma por la reacción de la urea con el etanol. Starmerella bacillaris (SP) muestra fuerte actividad ureásica, metabolizando la urea y evitando la formación de CE.
Nutrición y Salud de las Levaduras
Las levaduras fermentan azúcares como glucosa, fructosa, maltosa y sacarosa para obtener energía, produciendo alcohol y dióxido de carbono. También requieren aminoácidos, péptidos, nitrógeno inorgánico (ion amonio), vitaminas (especialmente del grupo B) y lípidos.
Los agentes de rehidratación se añaden a la levadura seca en agua tibia antes de incorporarla al mosto, conteniendo protectores celulares que estabilizan las membranas de las levaduras, mejorando su resistencia al estrés osmótico y térmico.
El término YAN (Yeast Assimilable Nitrogen) se refiere al nitrógeno asimilable por la levadura, crucial para su crecimiento y actividad. La adición de nutrientes para levaduras en la vinificación ofrece varias ventajas, como una fermentación más rápida y completa, mejor salud y viabilidad de la levadura, reducción de compuestos indeseables y optimización del rendimiento.
El nitrógeno orgánico en el contexto del YAN es principalmente el nitrógeno amínico libre (FAN), que incluye aminoácidos y pequeños péptidos. El fosfato de diamonio (DAP) es un aditivo común para proporcionar nitrógeno inorgánico y fósforo, ayudando a prevenir fermentaciones lentas o incompletas y reduciendo la producción de compuestos sulfurados.
Crianza y Autolisis de Levaduras
La crianza es una etapa crucial del proceso de vinificación. La autolisis de las levaduras, un proceso por el cual las células liberan su contenido al medio, permite la difusión de diversas moléculas de interés:
- Manoproteínas: Actúan sobre la estabilidad tartárica y suavizan el vino.
- Polisacáridos y compuestos aromáticos: Contribuyen a un "bouquet" aromático más complejo.
Muchos viticultores prefieren clarificar el vino después de las fermentaciones para evitar desviaciones organolépticas, aunque esto conlleva el riesgo de perder los beneficios de la crianza sobre lías.
Investigación Reciente sobre Interacciones y Factores Externos
Un estudio liderado por la Universidad Complutense de Madrid (UCM) ha investigado la relación entre la composición de las especies de levaduras, los factores que influyen en su diversidad, y el perfil aromático del vino. Se destaca que, aunque ciertas estrategias fermentativas influyen en Saccharomyces cerevisiae, no tuvieron el mismo efecto sobre otras especies de levaduras. Este estudio, que analizó muestras de uvas en viñedos ecológicos y convencionales, busca descifrar los mecanismos por los cuales las levaduras presentes en el proceso de fermentación vínica influyen en las características aromáticas del vino final.
Otro estudio abordó la interacción entre cuatro cepas de levadura comercial y los contaminantes químicos del mosto durante la fermentación alcohólica. Cepas industriales de Saccharomyces cerevisiae, una mutante con fenotipo de bajo productor de H2S, híbridos interespecíficos de S. cerevisiae y S. kudriavzevii, y un híbrido de estas, se expusieron a fungicidas (pirimetanil y fenhexamida) y a la micotoxina ocratoxina A (OTA). Se observó que los contaminantes influían de forma importante en el rendimiento de la fermentación y en la actividad metabólica de todas las cepas de levaduras. La composición química y la cantidad de compuestos aromáticos producidos por la levadura fueron significativamente diferentes respecto al control, siendo la producción de compuestos aromáticos significativamente menor en presencia de contaminantes.
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