Desde tiempos remotos, la humanidad ha empleado microorganismos como herramientas esenciales para la obtención de una amplia gama de productos. En el ámbito de la industria alimentaria y de bebidas alcohólicas, las levaduras han permitido desarrollar una inmensa variedad de productos, como vinos, cervezas, hidromieles, sidras, sake, whisky, gin y vodka. El creciente uso de estos microorganismos ha puesto de manifiesto la necesidad de mantenerlos en forma pura y viable, asegurando que sus características importantes permanezcan inalterables en el tiempo.
Métodos de Preservación de Levaduras
Los métodos de preservación de levaduras se pueden clasificar según si el microorganismo queda preservado de forma metabólicamente inactiva o activa.
Preservación Metabólicamente Inactiva
En este caso, la criopreservación y la liofilización son los métodos más utilizados para la preservación de levaduras.
- Liofilización: Este método se basa en la sublimación del agua en estado sólido a muy baja presión. El microorganismo queda en forma de polvo seco, el cual puede ser almacenado por períodos prolongados.
- Criopreservación: Requiere congeladores capaces de alcanzar temperaturas entre -80 °C y -150 °C. Una alternativa es la utilización de nitrógeno líquido, que permite alcanzar temperaturas inferiores a -190 °C. Para garantizar la preservación por largos períodos, se recomienda el uso de temperaturas inferiores a -150 °C. Las temperaturas de refrigeradores domésticos (4 °C a -20 °C) solo son útiles para períodos muy cortos.
Ventajas y Desventajas de la Preservación Inactiva
Las ventajas de estos métodos incluyen largos períodos de preservación, nulos cambios a nivel genético y menor riesgo de contaminación. Sin embargo, las desventajas radican en la necesidad de equipamiento sofisticado, personal capacitado y varios pasos para la regeneración de un cultivo viable.
Preservación Metabólicamente Activa
En fábricas de producción de cerveza que no cuentan con protocolos de preservación a largo plazo, se recurre a la transferencia periódica de los cultivos a un medio de cultivo fresco. Este método está condicionado por la calidad de los protocolos de higiene y las capacidades técnicas del personal.
Ventajas y Desventajas de la Preservación Activa
Las ventajas de este método son su simplicidad, la no necesidad de equipamiento especializado y la facilidad de recuperación del cultivo. No obstante, presenta un alto riesgo de contaminación y la posibilidad de cambios indeseados en las características genéticas y bioquímicas del microorganismo.
Reutilización de Levaduras
La posibilidad de reutilizar levaduras, un subproducto de la fermentación, representa una gran ventaja industrial. Para lograr productos repetibles y de buena calidad, los productores deben cubrir necesidades como una adecuada nutrición a las levaduras, seguir estrictos protocolos de limpieza y desinfección, y seleccionar metodologías de mantenimiento de microorganismos adecuadas.
Al elegir un método de mantenimiento, se debe prestar especial atención a la viabilidad, pureza y estabilidad de las propiedades celulares. Si el objetivo es la reutilización, se recomienda fijar un número determinado de reutilizaciones (3, 4, 8 o 10), dependiendo de la técnica empleada y las medidas de seguridad.
Una vez superado el límite de reutilizaciones, se recomienda adquirir levadura fresca de un proveedor para asegurar alta viabilidad y pureza, reiniciando así el ciclo de reutilización.
Buenas Prácticas de Manufactura (BPM)
La finalidad de establecer Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) es delinear prácticas de trabajo seguro para actividades con riesgo biológico en la cervecería, mediante la estandarización de procesos y normas de bioseguridad para reducir accidentes y contaminaciones.
Higiene
Es fundamental mantener un elevado nivel de higiene en todas las áreas de elaboración, incluyendo equipos, utensilios, pisos y paredes. Los operarios deben recibir capacitación en BPM, microbiología y seguridad biológica.
Inoculación
Para la inoculación de microorganismos en nuevas fermentaciones, se deben considerar los siguientes puntos:
- Instrumentos de trabajo limpios y desinfectados.
- Trabajo bajo un sistema cerrado de inyección/inoculación.
- Adecuado pitching rate para inocular en un rango de temperatura no mayor a 4 °C de la diferencia de temperatura de fermentación.
- Válvula de salida de CO2 sumergida en ácido peracético concentrado.
Mantenimiento de Microorganismos
Tras establecer y validar los procedimientos de limpieza, desinfección e inoculación, se debe implementar un plan de mantenimiento y reutilización de microorganismos. Los parámetros clave a considerar son:
- Nutrir al microorganismo al inicio de la fermentación.
- Realizar despiches periódicos durante el proceso fermentativo.
- Disponer de sistemas para bajar la temperatura del fermentador y facilitar la decantación o incorporación de CO2.
Los protocolos deben adaptarse a las recetas y a los períodos de mantenimiento requeridos, asegurando un sistema de frío adecuado para mantener la temperatura cercana a cero.
Recuperación de Levaduras
Las levaduras deben ser cosechadas en un sistema cerrado, evitando el contacto con oxígeno, y mantenidas a una temperatura cercana a los 2 °C.
Implementación de Técnicas de Preservación de Levaduras
Mantener el proceso de fermentación bajo control requiere conocer todos los puntos críticos de la producción. Un aspecto crucial es mantener el mosto libre de contaminantes, considerando el origen de la levadura empleada.
Las levaduras comerciales deben utilizarse según las recomendaciones del fabricante. Utilizar cantidades menores a las indicadas o reservar levadura sobrante para lotes posteriores puede resultar en una densidad objetivo no alcanzada y amenazar la inocuidad del proceso. Se debe evitar el uso de productos con sellos adulterados.
Para levaduras propias o con licencia de uso, se recomienda preservarlas en lugares especializados como la Colección Chilena de Recursos Genéticos Microbianos (CChRGM) del Instituto de Investigaciones Agropecuarias, o asesorarse por profesionales del rubro cervecero.
Servicios de Preservación de Levaduras de la CChRGM
La CChRGM, ubicada en Chillán, se dedica a la preservación de microorganismos a largo plazo mediante liofilización y criopreservación. Ofrece servicios a la comunidad industrial en las categorías de depósito privado y privado para fines de patentamiento, asegurando que solo el depositante tenga acceso a su información.
La CChRGM cuenta con la categoría de Autoridad Internacional de Depósito (IDA) otorgada por la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (OMPI), siendo la primera en América Latina y la única en Chile y América del Sur.
La empresa posee una colección de cultivos de microorganismos endémicos de la zona austral de Chile, y fue pionera en aislar las primeras levaduras cerveceras de Chile. Mantiene un compromiso activo en proveer servicios de calidad, impulsando la revolución fermentativa en Latinoamérica.
Patagonian Yeast se dedica al desarrollo de biotecnologías y a la innovación, entregando nuevos microorganismos y asesorías. Gracias a la reutilización y descubrimiento continuo de levaduras, se dispone de una impresionante variedad genética de cepas seleccionadas para cada tipo de fermentado.
Qué son Levaduras? Cuál es su importancia? Cómo verlas reproduciéndose?
Inoculación de Levadura
La inoculación directa sobre el mosto es el método preferido, siendo más simple que la rehidratación y permitiendo un rendimiento más consistente y menor riesgo de contaminación. La dosis recomendada de inoculación para levaduras secas activas de vino es de 20-30 g/hL para lograr una población viable de 3-4 × 10⁶ células/mL.
En condiciones de fermentación más difíciles, se requieren tasas de inoculación más altas. Si el medio alcanza los 37 °C, se añade la levadura seca activa mientras se agita vigorosamente. No se debe dejar la levadura en agua de rehidratación por más de 30 minutos sin añadir mosto, ya que disminuirá el número de células viables.
Para depósitos grandes, la mezcla de levadura se añade al fondo del fermentador al inicio del llenado con mosto, dando ventaja a la levadura frente a especies autóctonas.
Especies como Hanseniaspora vineae requieren protocolos de rehidratación con azúcares distintos a la sacarosa. El uso de agentes de rehidratación como Anchor REVIVE implica añadir la levadura a una mezcla de rehidratación con agua y azúcar a una temperatura específica.
El proceso In-Line Ready permite inocular levadura Fermivin directamente en el mosto o sobre las uvas sin rehidratación, reduciendo costos y tiempo, y aumentando la resistencia de la levadura a condiciones adversas.
Seguridad Alimentaria y Fermentación
El consumo de alimentos fermentados como quesos, panes de masa madre, yogur, cerveza y vino familiariza a las personas con estos productos. La fermentación es crucial para producir y conservar alimentos de manera segura, ya que evita el crecimiento de bacterias dañinas. Sin embargo, es esencial seguir prácticas de higiene alimentaria.
Los beneficios de la fermentación incluyen la inhibición del crecimiento de bacterias patógenas y la formación de toxinas, además de preservar nutrientes y facilitar la digestión.
El potencial de la fermentación para controlar efectos nocivos de la contaminación depende de factores como el nivel inicial de contaminación, las condiciones locales, la higiene y el grado de acidez resultante. La fermentación por sí sola no elimina todos los riesgos, y no debe reemplazar las prácticas básicas de higiene alimentaria.
Prácticas Clave para una Fermentación Segura
- Selección de Materias Primas: Elegir ingredientes lo más frescos posible y asegurarse de que han sido cultivados siguiendo buenas prácticas de seguridad alimentaria.
- Higiene Rigurosa: Lavarse las manos antes de manipular alimentos, lavar los ingredientes adecuadamente y mantener limpios y desinfectados utensilios, superficies y recipientes.
- Temperatura Adecuada: Controlar la temperatura de fermentación según el alimento específico (ej. 18-22°C para chucrut, 37°C para yogur) y evitar fluctuaciones extremas.
- Tiempo de Fermentación: Respetar los tiempos de fermentación primaria y secundaria, que son cruciales para el resultado y la seguridad del producto.
- Control del pH: Asegurar que los preparados alcancen una acidez por debajo de pH 4 lo más rápido posible para evitar la proliferación de bacterias perjudiciales.
- Recetas Probadas: Utilizar recetas garantizadas con concentraciones adecuadas de levaduras y ácidos para un proceso controlado.
La implantación de un sistema de Análisis de Peligros y Puntos de Control Críticos (APPCC) es altamente recomendable para identificar y evaluar riesgos. En entornos profesionales como restaurantes, es importante contar con asesoría y formación en seguridad alimentaria.
Aspectos Nutricionales y Aplicaciones Industriales de las Levaduras
Las levaduras, hongos unicelulares, son microorganismos abundantes en la naturaleza y desempeñan roles cruciales en diversos ecosistemas. Han sido fundamentales en la obtención de alimentos fermentados durante siglos.
Nutrición y Salud
Las levaduras son una fuente excepcional de nutrientes, incluyendo proteínas, enzimas, minerales (zinc, cromo, selenio) y vitaminas (grupos B y D). Son particularmente valiosas en dietas vegetarianas o en casos de deficiencia nutricional.
Se utilizan como alimento probiótico, favoreciendo el equilibrio de la flora intestinal, potenciando el sistema inmunológico y mejorando el estado fisiológico y el tracto digestivo. En la producción ganadera, su inclusión en la dieta de vacas lecheras mejora el bienestar animal y la calidad de la leche. También se usan como aditivo en alimentos para perros y gatos para mejorar la digestión.
Agricultura y Protección de Cultivos
Los descubrimientos sobre el uso de levaduras en la fertilización y protección de cultivos son cada vez más importantes. Permiten reducir el uso de fertilizantes y fitosanitarios de síntesis química. Su uso para controlar diversas enfermedades de los cultivos y evitar el desarrollo de hongos en los frutos representa una alternativa a los tratamientos tradicionales.
Industria y Biotecnología
La producción de alcoholes para consumo humano, uso industrial y farmacéutico es un uso tradicional de las levaduras. El bioetanol producido a partir de levaduras reduce las emisiones de CO2 y la contaminación.
De las paredes celulares de las levaduras se extraen beta-glucanos, que refuerzan el sistema inmunológico. Otra sustancia importante extraída comercialmente es la S-adenosil-metionina.
La resistencia de las levaduras a ambientes extremos las convierte en "fábricas" de moléculas celulares, como hidrocortisona e insulina. La producción de insulina en células de levadura ha sido fundamental para millones de enfermos de diabetes.
Cosmética y Medio Ambiente
Los extractos de células de levadura son apreciados en productos cosméticos por favorecer la síntesis de colágeno, la hidratación y oxigenación de la piel, siendo indicados para cremas antiarrugas y antienvejecimiento.
Desde el punto de vista ecológico, las levaduras son ubicuas y desempeñan un papel en la descomposición de materia orgánica.
Especies de Levaduras y su Rol en la Industria
Entre las especies de levaduras más importantes y conocidas destaca Saccharomyces cerevisiae, la más utilizada en procesos industriales, seguida por S. bayanus y S. pastorianus.
En los últimos años, levaduras no convencionales como Hanseniaspora, Candida, Pichia, Metschnikowia, Kluyveromyces e Issatchenkia han adquirido relevancia en la fermentación de alimentos y bebidas como sidra, vino, productos lácteos y masas panarias.
Especies del género Pichia, como P. jadinii (Candida utilis), P. membranifaciens, P. ciferri, P. holstii, P. sydowiorum y P. anomala, participan en la producción de quesos, embutidos y encurtidos vegetales.
A pesar de la creciente investigación, el conocimiento de las características fenotípicas y genotípicas de las levaduras no convencionales es aún limitado. Sin embargo, técnicas de biología molecular han permitido su estudio en mayor profundidad.
Especies como Pichia angusta (Hansenula polymorpha), P. pastoris y P. methanolica destacan por su capacidad para utilizar metanol como única fuente de carbono.
Levaduras Contaminantes y Patógenas
Además de sus usos beneficiosos, las levaduras pueden causar importantes pérdidas económicas por su actividad contaminante y alterante en la producción y conservación de alimentos y bebidas.
Los alimentos representan nichos ecológicos diversos, y cada tipo de alimento es colonizado por especies de levaduras características. En bebidas alcohólicas, los contaminantes habituales incluyen géneros como Dekkera y Saccharomycodes ludwigii en vinos, y S. diastáticus en cerveza. En alimentos con alto contenido de azúcar, destacan especies de Zygosaccharomyces.
La preocupación por la seguridad microbiológica de los alimentos ha incrementado el interés en la incidencia de las levaduras como patógenos humanos. Aunque tradicionalmente no se consideran patógenas, la Autoridad Europea para la Seguridad de Alimentos (EFSA) ha citado a P. anomala y P. angusta como responsables de procesos infecciosos en neonatos en Brasil, así como a P. jadinii (C.