La levadura es un organismo vivo, un hongo unicelular, capaz de crecer y reproducirse cuando encuentra el ambiente propicio. Estos microorganismos son muy abundantes en la naturaleza y se encuentran en el suelo, en las plantas (semillas, frutas, flores, etc.), y en el intestino de los animales. Una de sus principales funciones es la de descomponedores primarios de la materia muerta de plantas y animales en muchos ecosistemas.
Las levaduras presentan la particularidad de actuar principalmente sobre dos azúcares: el azúcar común o sacarosa y el azúcar natural de la harina o maltosa, transformándolas en alcohol y anhídrido carbónico (CO2), un gas que hace que las masas tomen volumen. Este proceso es conocido como fermentación.
Condiciones Óptimas para la Actividad y Proliferación de Levaduras
Para que las levaduras realicen su función de manera efectiva, necesitan ciertas condiciones ambientales. La comprensión de estas condiciones es crucial en procesos como la panificación o la elaboración de cerveza.
Humedad
La humedad es esencial, ya que sin ella las levaduras no pueden activarse. Necesitan que su alimento esté disuelto en agua para poder asimilarlo. Por ejemplo, en la panificación, la masa no debe quedar seca; una proporción habitual es de 60% harina / 40% agua. Un exceso de agua produce un pan más denso y pesado, un poco húmedo, que deja el cuchillo algo pegajoso. Las células de levadura solo pueden tomar nutrientes disueltos a través de los finos poros de su pared celular, para lo cual debe disponerse de suficiente cantidad de agua.
Sustrato (Alimento)
El alimento base de las levaduras son los azúcares, preferentemente la glucosa. También necesitan algo de nitrógeno (que toman de las proteínas) y algunos minerales. Las levaduras utilizan los azúcares de los alimentos que fermentan, transformándolos. Además de los hidratos de carbono de la harina, en la masa del pan se puede añadir una cucharadita de azúcar. El exceso de levadura es un problema frecuente, ya que se suele pensar que más levadura significa más volumen de pan. Sin embargo, lo contrario puede ocurrir: a partir de cierto punto, el pan se hunde, lo que sucede precisamente cuando la levadura se queda sin sustrato.
Las levaduras utilizadas en panadería son del género Saccharomyces cerevisiae, llamadas así porque transforman azúcares (Sacharomyces) y son utilizadas para hacer cerveza (cerevisiae), pan y vino. Estas levaduras solo pueden transformar algunos tipos de azúcares simples, como la glucosa, fructosa, sacarosa y maltosa. Otros azúcares simples, como la lactosa, no son fermentables, al igual que azúcares más complejos. La velocidad a la que transforman los azúcares varía: la glucosa y fructosa se transforman más rápidamente que la sacarosa, y esta más rápidamente que la maltosa.
Las levaduras también necesitan otros nutrientes, como vitaminas, minerales y aminoácidos. Afortunadamente, en las masas panarias las levaduras encuentran todos estos nutrientes, pero en otras elaboraciones, como en la vinificación, pueden tener dificultades. Los minerales necesarios incluyen fósforo, cobre, azufre, zinc, hierro, sodio y potasio.
Temperatura
La temperatura es un factor crítico. Las levaduras naturales utilizadas en recetas de panificación por debajo de 26ºC no actúan adecuadamente (o con dificultad) y por encima de 35ºC se debilitan demasiado. A 60ºC mueren. Para fermentar la masa de pan, la temperatura ideal se considera entre 32-35ºC, lo que explica por qué el pan sale mejor en verano y se reciben muchas consultas en invierno porque el pan no sube. Cuando la temperatura ambiente es de 20ºC o menos (frecuente en invierno o de noche al programar una panificadora), la máquina no puede alcanzar la temperatura óptima de fermentación, resultando en un pan que no ha subido bien.
La temperatura recomendada para una buena acción de la levadura es de 26 grados. Temperaturas más bajas retienen su acción, y a partir de 35 grados, las temperaturas altas la debilitan. Por encima de los 60 grados, la levadura muere totalmente.
En el contexto de la elaboración de cerveza, las levaduras, como todos los microorganismos, tienen un pH y temperatura óptimos, y un rango en el que actúan a menor velocidad. La temperatura óptima de actuación de las levaduras suele estar cercana a los 40ºC. Sin embargo, suele ser conveniente utilizar temperaturas de fermentación algo más bajas que las óptimas, ya que una fermentación más prolongada ayuda a la creación de aromas y a la actuación de ciertas enzimas, generando panes con mayor sabor y menos tendencia al endurecimiento. Las levaduras también actuarán por encima de 40ºC. En las primeras fases del horneado, si quedan azúcares fermentables, las levaduras siguen actuando, generando CO2 e incrementando el volumen de las masas.
Oxígeno
Las levaduras necesitan oxígeno para la combustión u oxidación de la glucosa que toman de los ingredientes. Sin embargo, su papel varía según la fase:
- Durante el crecimiento y reproducción, la levadura necesita mucho oxígeno para respirar; lo obtiene del aire de la harina ventilada y suelta, y con el agregado de líquidos ricos en aire. También es favorable una conducción de la masa aireándola durante el trabajo mecánico.
- En la panificación, la acción de las levaduras es principalmente anaerobia (ausencia de oxígeno) durante la fermentación, pero la presencia de oxígeno es recomendable para su propagación y crecimiento. En los procesos alimentarios, una primera fase aerobia ayuda a las levaduras a aclimatarse y a comenzar su funcionamiento. Esta oxigenación se produce durante el amasado.
Las levaduras necesitan oxígeno para reproducirse, ya que es necesario para la producción de componentes importantes de la pared celular. Sin suficiente oxígeno, la reproducción de las levaduras se ve seriamente comprometida. Para fabricar nuevas membranas de lípidos para su descendencia, necesitan ácidos grasos y esteroles, que mantienen la fluidez de la estructura celular y regulan su permeabilidad. Es importante proporcionar suficiente oxígeno al mosto al principio de la fermentación (entre 8 y 10 ppm óptimamente).
Fases del Ciclo de Vida de la Levadura en Fermentación
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La levadura no tiene un comportamiento único y uniforme durante la fermentación, sino que se comporta de manera diferente en función de las condiciones del mosto y de su propia influencia.
Período de Ajuste (Fase Lag)
En esta etapa, la levadura se está adaptando al nuevo entorno (cambios en temperatura, pH, contenido de azúcar, agua, etc.), lo que implica la activación del metabolismo. Su duración fluctúa mucho, dependiendo del tipo de organismo, la generación del cultivo y las condiciones de cultivo. La presencia de oxígeno durante este período es crítica, sin el cual las células de levadura no podrán reproducirse de manera efectiva. Esta etapa es susceptible a la invasión bacteriana, por lo que debe finalizarse lo antes posible.
Durante esta fase, la levadura empieza a usar minerales y aminoácidos (nitrógeno) del mosto para construir proteínas. Si no encuentra los aminoácidos necesarios, los fabricará por su cuenta. El mosto de malta bien macerado es una fuente formidable de nitrógeno y nutrientes. La mayoría de las vitaminas que las levaduras necesitan ya están en el mosto (riboflavina, inositol y biotina). El oxígeno es rápidamente absorbido por la levadura en esta primera fase. Esta fase se puede llevar a cabo a una temperatura más alta que el resto de la fermentación (por ejemplo, 22-24°C para Ale) ya que se producen pocos compuestos saborizantes y la producción de etanol es limitada.
Fase de Aceleración
Esta fase sigue inmediatamente al período de ajuste.
Fase de Crecimiento Logarítmico (Exponencial)
En esta fase, la levadura realiza principalmente respiración aeróbica, las células proliferan logarítmicamente y la tasa de proliferación es máxima y constante. El tiempo de generación es el más corto (90-120 min en condiciones óptimas). En esta fase, la levadura ya se ha adaptado al nuevo entorno, y el oxígeno, aminoácidos, azúcares y oligoelementos del mosto son suficientes. El mosto debe mantenerse dentro de un rango de temperatura razonable para mantener la reproducción benigna de la levadura. Todas las cepas pueden ser completamente cultivadas y fermentadas y transferidas a la etapa de reproducción masiva.
Al salir de la fase de latencia, la levadura comienza a consumir los azúcares del mosto, produciendo CO2, que causa el burbujeo y forma una capa de espuma (krausen) sobre la cerveza. Los azúcares se consumen en un orden de preferencia: primero glucosa, luego fructosa y sacarosa (azúcares simples); después maltosa (azúcar principal del mosto); finalmente, otros azúcares más complejos como las maltotriosas, cuya digestión varía según la cepa de levadura.
Fase Estacionaria
Durante esta fase, el número de microorganismos se mantiene constante; el número de células nuevas formadas es igual al número de células muertas. La reproducción masiva consume una gran cantidad de nutrientes y oxígeno, y el alcohol, dióxido de carbono y otros metabolitos inhiben la reproducción de las levaduras. En esta etapa, el crecimiento (reproducción) de la levadura se ralentiza. La mayoría de los compuestos de sabor y aroma ya se han producido. El acondicionamiento o maduración de la cerveza empieza a ser real: la levadura tiende a reabsorber compuestos producidos durante la fermentación (como el diacetilo), y el sulfuro de hidrógeno escapa en forma de gas, lo que hace el sabor más agradable.
Fase de Muerte
Durante esta fase, mueren más células que las que se forman, y el número total de levaduras activas disminuye. Los nutrientes restantes disminuyen, y la reproducción de la levadura se ve inhibida por una gran cantidad de metabolitos.
Tipos de Levaduras y su Conservación
La levadura se puede encontrar en diferentes formatos:
- Levadura líquida o crema de levadura: Se obtiene un líquido con alta concentración de levaduras tras centrifugación. Usada en grandes instalaciones industriales por su adaptación a sistemas de dosificación automática.
- Levadura prensada: Más concentrada que la levadura líquida, se presenta en pastillas. Necesita frío para su correcta conservación y tiene una vida útil escasa, aunque puede congelarse. Es la preferida en zonas con alto consumo y rotación.
- Levadura seca: Desarrollada para solventar los inconvenientes de la levadura prensada, ofrece buena actividad fermentativa y es fácil de disolver e incorporar a la masa. Utilizada en zonas donde el suministro de levadura puede presentar problemas.
Es importante saber que todos los procesos de secado pueden conllevar una pérdida de poder fermentativo. En general, cuanto menor es el contenido de agua, mayor es la concentración de levadura y menor la cantidad a utilizar.
Levaduras Especializadas
En el mercado existen levaduras adaptadas a distintas elaboraciones:
- Levaduras osmotolerantes: Desarrolladas para masas con presiones osmóticas elevadas (altos contenidos de azúcar y sal), ya que las levaduras normales toleran mal estas condiciones.
- Levaduras criotolerantes: Más aptas para procesos que involucran frío. Las levaduras normales no toleran bien las bajas temperaturas, especialmente después de empezar a reproducirse. Es crucial reducir las temperaturas en el amasado y reposos para evitar que actúen antes de aplicar el frío.
- Levaduras resistentes al propionato: Adecuadas para panes con conservantes como el propionato o ácido propiónico, que aunque son más efectivos contra mohos y bacterias, también afectan a las levaduras.
Tradicionalmente, los fabricantes han buscado levaduras con alta capacidad de producción de CO2 y adaptación a la transformación de maltosa. En otros procesos, como la elaboración de vino o cerveza, el foco está en la capacidad de las levaduras para aportar aromas agradables. Actualmente, las investigaciones se centran en levaduras panaderas que aporten aromas en fermentaciones largas y levaduras capaces de fermentar otros tipos de azúcares.
La Levadura Saccharomyces boulardii como Probiótico
La levadura Saccharomyces boulardii es una levadura probiótica con propiedades bioterapéuticas comprobadas, a menudo considerada una variedad de Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae var. boulardii).
Los probióticos son cultivos microbianos vivos y activos que benefician la salud humana. A diferencia de las bacterias lácticas (la mayoría de los probióticos), las levaduras probióticas, como S. boulardii, presentan ventajas interesantes:
- Resistencia a antibióticos: Son resistentes a antibióticos usados en infecciones bacterianas entéricas.
- Resistencia ambiental: Tienen mayor resistencia a cambios ambientales bruscos (pH, cambios osmóticos) y menores requerimientos nutricionales, lo que reduce costes de producción.
- Ácido-tolerancia: Su mayor ácido-tolerancia es una ventaja en fermentaciones (disminuye contaminación bacteriana) y en la calidad probiótica del producto.
S. boulardii se comercializa como producto liofilizado, un proceso que involucra congelación y puede afectar la supervivencia y calidad probiótica. La congelación rápida o lenta de células causa estrés hiperosmótico debido a la disminución de agua libre, lo que las obliga a activar mecanismos de protección, como la acumulación de solutos compatibles. Factores como la concentración celular inicial, medios y condiciones de crecimiento, secado, rehidratación y almacenamiento pueden afectar la viabilidad.
La exposición previa a un estrés subletal puede estimular la protección contra aplicaciones letales futuras (protección cruzada), confiriendo tolerancia a situaciones ambientales desfavorables. En probióticos, esto estimula respuestas adaptadas a las condiciones del procesamiento industrial y el tránsito gástrico.
Otro indicador de calidad es la vitalidad de las levaduras, evaluada por su actividad metabólica. El método del "poder de acidificación" mide el cambio de pH extracelular al suspender levaduras en agua pura y luego añadir glucosa, reflejando las reservas de energía endógena y la actividad glucolítica.
Un estudio evaluó la producción de biomasa de S. boulardii y el mantenimiento de sus propiedades probióticas tras congelación, así como la influencia del preacondicionamiento fisiológico. Se observó que, aunque las temperaturas óptimas de crecimiento de las levaduras están entre 27 y 32°C, S. boulardii mostró velocidades de crecimiento y biomasa comparables a 28 y 37°C. Esto permitiría la producción a 37°C, lo que es una ventaja para microorganismos probióticos y garantiza una buena producción en un rango amplio de temperaturas.
Las fermentaciones en lote son una metodología sencilla y adecuada para obtener biomasa de S. boulardii, tanto en medios semisintéticos con glucosa como en medios más económicos con melaza de caña de azúcar. Aunque las fermentaciones en lote alimentado pueden ofrecer rendimientos similares, la producción de biomasa en lote presenta ventajas para la implementación a mayor escala por su sencillez y menores riesgos de contaminación al ser un sistema cerrado.
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