Ingredientes (IV). La levadura

Levadura

Junto con el agua y los cereales, forma parte de la composición de la cerveza desde su mismo origen. Los cereales pueden variar según las regiones y las épocas históricas, el lúpulo se incorporó en la Edad Media en centroeuropa y ya en la Edad Moderna en España. Otros componentes son opcionales y variables a lo largo de la historia, pero la levadura, siendo consciente o no el hombre de su presencia, es imprescindible para producir los cambios en el “jugo de cereales” que lo transforman en cerveza propiamente dicha, mediante el proceso llamado fermentación.

S. serevisae Imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) con criofractura. A.V. Carrascosa

Originalmente, en la producción de cerveza por los pueblos de la antigüedad, la fermentación se produciría de forma espontánea, ya que la levadura se encuentra en el ambiente en cantidades suficientes para “inocular” tanto los mostos como las masas ricas en almidón.

Antiguamente ya se observó que en algunas sustancias se producían ciertos cambios espontáneos y que tomando una parte de esta materia transformada se podían provocar dichos cambios en otra materia igual. Dado que el efecto visible en la masa fermentada era su crecimiento o levación se denominó levadura a esta materia capaz de realizar el proceso en otra masa igual y fermento al “principio activo” de la misma, dándole al proceso de transformación el nombre de fermentación (del latín fermentum, compuesto por fervere, hervir y mentum, medio o instrumento para algo)¹.

En 1689 explica el médico italiano Juan Bautista Juanini: “A mas de lo referido tiene la fermentación otra particularidad, y es, que en muchas cosas introducidas una vez, sirve la misma materia para fermentar a otra, como vemos en la masa, la flor de la cerveza, y vinagre, y muchas otras materias, que puestas en otras, las unas fermentan a las otras...” [Discurso phisico, y polilico [sic], que demuestra los movimientos que produce la fermentación, y materias nitrosas en los cuerpos sublunares... Imprenta Real. Madrid,1689.] En el diccionario de 1732, “FERMENTO. Porcion de masa acéda, que mezclada con otra gran porción de su misma naturaleza, la esponja y rareface, moviendo y sutilizando sus particulas: y es lo que comunmente llamamos levadura en el pan.” [Diccionario de la Lengua Española. Real Academia Española. 1732]

En la elaboración de cerveza se reutilizaba la espuma procedente de la fermentación para acelerar el proceso en una nueva partida ². Incluso la filtración y prensado de esta espuma fue la primera levadura obtenida artificialmente para la fermentación del pan. La primera fábrica de levadura de nuestro país se estableció en Barcelona alrededor de 1857. Podemos leer en un número de la gaceta “La América” de ese año “Cerca de Barcelona, que camina siempre a la cabeza de los adelantos industriales en nuestro país, se ha establecido con Real Privilegio una magnífica fábrica de levadura fresca y dulce. Por medio de un aparato de vapor el trigo es molido en el mismo establecimiento: el residuo de la levadura se destina a la nutrición de un buen número de vacas de leche, procedentes de Suiza…..La levadura que no se expende a los panaderos sirve para la extracción del alcohol. “

Desde antiguo se conocía el fenómeno, pero hasta finales del siglo XIX no se supo qué era lo que realmente provocaba la fermentación. En 1829 todavía se dudaba de la naturaleza de las sustancias que causaban el fenómeno. En los tratados de química califican a la levadura de principio vegeto-animal: “La levadura es casi siempre una sustancia que ha empezado a fermentar, y que contiene un principio vegeto-animal en mas o menos cantidad. Para este efecto se hace uso, o de las espumas que se forman en la superficie de los liquidos que estan en fermentacion o de la pasta de harina de trigo, centeno o cebada fermentada”³.

La apasionante historia del descubrimiento de la naturaleza de las levaduras y la fermentación

Aunque en 1680 Anton van Leeuwenhoek describió unos pequeños glóbulos, a partir de sus observaciones microscópicas de los restos de un barril de cerveza, como posibles responsables de la fermentación, hasta principios del siglo XIX no se creía que la fermentación se debiera a la acción de organismos vivos, más bien era una materia de estudio de los químicos. Tanto es así que El Instituto de Francia del recién instaurado régimen republicano, concedía en 1803 nada menos que un kilo de oro a quien estableciera la diferencia entre las sustancias vegetales y animales que causaban la fermentación.

Anton van Leeuwenhoek, nacido en Delft en 1632, inventó un pequeño aparato precursor del microscopio, con el que realizó multitud de observaciones y descripciones del mundo microscópico. Leeuwenhoek mirando a través de su invento En una carta de van Leeuwenhoek del 14 de Junio de 1680, dirigida a Thomas Gale miembro de la Royal Society, en estos años con sede en Londres, podemos leer: He realizado varias observaciones respecto a la levadura y he visto que está compuesta por glóbulos flotando en una sustancia clara, que creo que es la cerveza… Además he visto claramente que cada glóbulo de levadura se rodea de otros seis cada uno del tamaño y aspecto de los glóbulos de nuestra sangre. Añade que al observar la cerveza se ven en el líquido muchas partículas pequeñas que causan la turbidez de la misma. Algunas son redondas, otras de formas irregulares y unas son más grandes que otras y parecen agregados de 2, 3 o 4 de las dichas partículas y otras incluso de 6 glóbulos. Leeuwenhoek creó un modelo de cera de estos glóbulos y añadió su dibujo en la carta. Dibujo de Leeuwenhoek y S.cerevisae con microscopio óptico a pocos aumentos Van Leeuwenhoek especula acerca del origen de tales glóbulos, simples o compuestos. La harina de cereales se compone de glóbulos que primero se deshidratan por el calor y una vez unidos por el agua lo que podemos llamar cerveza, las partículas muy pequeñas se agregan formando otras mayores al enfriarse, el glóbulo singlete. Estos singletes se agregan para formar sextetos, el glóbulo de levadura. Para Leeuwenhoek, la levadura no era un ser vivo independiente, sino agregados de cereal. Por cierto, levadura en holandés, el idioma original de la carta, es “gist”. Origen de nuestra palabra para designar la espuma de la cerveza “giste”. Texto original: Did van Leeuwenhoek Observe Yeast Cells in 1680? by Nanne Nanninga April 08, 2010 en:  http://schaechter.asmblog.org/schaechter/2010/04/did-van-leeuwenhoek-observe-yeast-cells-in-1680.html

Dibujos de Desmazières de la "Mycoderma cerevisae"

En 1825 el botánico Desmazières describió la película que recubre la superficie de la cerveza tras la fermentación al observarla al microscopio, denominándola Mycoderma cerevisae. El botánico Christiaan H. Persoon, considerado el “padre” de la micología sistemática,  había analizado una película formada en la espuma producida en la transformación del vino en vinagre (fermentación acética) y la había designado con el nombre de Mycoderma vini llegando a creer que estaba constituida por infusorios, lo que dará origen al género Mycoderma para los organimos identificados en estas “flores” o películas de la espuma formada en los distintos tipos de fermentaciones. En ese mismo año J.J. Colin confirmaba la hipótesis de Thenard de que las levaduras se formaban en la propia fermentación.

En 1838, Cagniard-Latour hizo nuevas observaciones microscópicas en la levadura de cerveza, y dijo que existía en ella un vegetal, “el cual no actúa en una disolucion de azúcar sino cuando está vivo, y como efecto de la vegetacion se desprende ácido carbónico (denominación antigua del dióxido de carbono o CO₂), trasformándose la solucion en un líquido espirituoso (con alcohol)”. Turpín tambien era de la misma opinión y creyó que los pequeños vegetales de la levadura no podían desarrollarse sino en un liquido azucarado ⁴.

También Theodor Schwann, considerado el fundador de la citología, en Berlín y Friederich

Theodor Schwann

Kützing en Nordhausen, establecieron casi al mismo tiempo que la levadura consistía en células vivas de carácter vegetal y no eran “infusorios” como se consideraba hasta entonces. Infusorio era un descriptor ambiguo que se refería a los “pequeños seres” que se observaban en infusiones vegetales y que a diferencia de otros “corpúsculos inanimados” tenían movilidad propia. Schwann diseñó un minucioso experimento del que concluyó que la levadura es un ser vivo unicelular que se reproduce por gemación pudiendo formar largas cadenas ramificadas, que se alimenta de los azúcares del medio y de sustancias nitrogenadas y que el etanol es un producto de excreción ⁵. Llamó a este ser unicelular “Zuckerpilz” (hongo del azúcar) y tras consultar al micólogo F.J. Meyen, le asignó carácter vegetal. Meyen asignaría a las levaduras que fermentan el vino y la cerveza el género Saccharomyces (hongos del azúcar). Esto daría paso a la teoría vitalista de la fermentación, teoría ridiculizada por el célebre químico sueco Berzelius entre otros. Berzelius creía que la levadura actuaba puramente como un sustrato catalizador, es decir su presencia aceleraba el proceso de la fermentación de manera puramente física. En 1838 el químico alemán F.Whöler se mofaba de la observación de la levadura como organismo vivo, en un artículo publicado en la muy prestigiosa revista de química Annalen der Chemie, editada por su amigo J.Liebig, otro importante químico de la época.

Sin embargo otros famosos científicos aceptaron que las levaduras como seres vivos transformaban el azúcar dando alcohol. E.Mitscherlich demostró mediante un ingenioso experimento que sólo el azúcar en contacto con la levadura se transformaba en alcohol. Colocó un tubo sin fondo, taponado con papel de filtro y lleno de levadura en suspensión, dentro de un frasco con azúcar. Sólo dentro del tubo se produjo la fermentación. Esto le llevó a la errónea apreciación de que la acción era catalítica, meramente por contacto.

Sería Louis Pasteur, un químico reconvertido en microbiólogo, quien en 1856 tras iniciar una serie de estudios sobre la naturaleza de las alteraciones en la fabricación de cerveza, demostrara que la levadura no sólo es un organismo vivo sino que produce la fermentación alcohólica como consecuencia de su actividad fisiológica. Como describe Gabriel Puerta en 1868: “Para Pasteur, las fermentaciones reconocen por causa el desarrollo en las materias fermentescibles de ciertos séres organizados. Considera como tipo de todos los fermentos á la levadura de cerveza, y dice que las materias albuminoideas que la forman no son los fermentos, sino el alimento de los verdaderos fermentos que son séres vivos. Asegura Pasteur que en el aire ó en las sustancias azoadas, ó en las materias fermentescibles, existen los gérmenes que por su desarrollo dan lugar á los fermentos, con lo cual se opone á las generaciones espontáneas” ⁶. Sin embargo el incipiente conocimiento de la

En 1833 los químicos franceses Anselme Payen y Jean-François Persoz publicaron en la mítica revista dirigida por Gay-Lussac y Arago, Annales de Chimie et de Physique, uno de los artículos que constituyen el “corpus histórico” de la química y en este caso de la bioquímica. Era el trabajo titulado “Mémoire sur la Diastase, les principaux Produits de ses Réactions, et leurs applications aux arts industriels”1. En él se describe la obtención de la sustancia responsable de la conversión del almidón en dextrina que se produce al maltear el cereal, lo que en los estudios precedentes se describía como “sacarificación del almidón”. Llamaron a esta sustancia diastase (diastasa) dada su “propiedad de separación” según exponen. Diástasis significa separación o disociación en griego. El avance de la “química biológica” fue proporcionando nuevas sustancias con esta propiedad de descomponer sustancias complejas (polímeros) en sustancias más simples que unidas forman la original y al principio algunas de ellas se denominaron “diastasa de -“, como por ejemplo “diastasa de la saliva”. Aunque el término original se refiere a lo que Payen y Persoz creían una sustancia pura, se originó una denominación algo genérica que hoy en día sabemos que engloba a diferentes enzimas. 1. Annales de chimie et de physique. Vol. LIII. París, 1833. pp. 73-92.

diastasa, sustancia de origen biológico obtenida de la malta de los cereales que produce cambios químicos sin consumirse (una enzima), llevó a suponer al científico alemán Moritz Traube y luego al médico y fisiólogo francés Claude Bernard y también al importante químico Marcelin Berthelot, que existía una sustancia producida por la levadura que sería la responsable de la fermentación, aunque dudaba de si ésta se consumiría en el proceso o era del tipo de la diastasa. En el mismo libro de Puerta:“Teoría de Berthelot. Al hablar este autor de las fermentaciones dice, que los principios inmediatos contenidos en los tejidos de los séres organizados son susceptibles de sufrir diversas metamorfosis espontáneas provocadas por el contacto de alguno de aquellos, pero independientes de las reaciones recíprocas que la afinidad propiamente dicha seria capaz de desarrollar en estos principios. Para Berthelot, las fermentaciones reconocen por causa el contacto de ciertas materias que producen la descomposicion de otras, dando lugar á varios fenómenos de desdoblamiento, de hidratacion, de deshidratacion, cambios isoméricos, fenómenos de oxidacion, etc., etc”.

Pasteur nunca admitió tal suposición ya que sus intentos de aislar tal compuesto fracasaron, y estableció que era necesaria la presencia del organismo vivo para causar la fermentación alcohólica.

En 1897 Eduard Buchner da fin al debate. Mezcló levadura con arena y tierra de Trípoli (tierra de diatomeas) triturándola y luego prensándola hasta obtener un jugo en el que prácticamente no había células vivas. De un kilo de levadura obtuvo medio litro de jugo que añadió a una solución de azúcar. Esto provocó la transformación del azúcar en alcohol con desprendimiento de CO₂. No quedaba establecido si el jugo obtenido contenía sólo una o diversas enzimas o diastasas activas en el proceso, al principio activo lo denominó zymase (zimasa) que deriva del griego zyme (levadura). Buchner obtuvo el Premio Nobel de química en el año 1907 por sus estudios sobre la fermentación, sin embargo en el propio discurso del Presidente de la Academia Sueca de las Ciencias preparado para la entrega del citado premio podemos leer “Mientras tanto, conocemos estos fermentos hasta ahora sólo por los efectos que producen. Su naturaleza última y su constitución interna aún nos son desconocidas”  ⁷. Pasarían algunos años hasta que se comprendiera totalmente el proceso de la fermentación gracias a la función enzimática.

Prensa que utilizó Buchner en su experimento

Hoy en día sabemos que la fermentación es un proceso fisiológico que realizan las levaduras como seres vivos para obtener energía. Toman sustancias del medio, azúcares simples, y mediante una cadena de reacciones catalizadas por enzimas obtienen energía, produciendo CO₂ y etanol. Las levaduras son hongos unicelulares con paredes rígidas que taxonómicamente se agrupan en el género Saccharomyces. Se encuentran frecuentemente asociados a las hojas de las plantas, flores, suelo, insectos y en la piel y el tracto intestinal de los mamíferos. La especie inicialmente mejor conocida fue Saccharomyces cerevisiae, que se utiliza en la elaboración del pan y cierto tipo de cerveza, pero hay más de ochocientas especies de levaduras y al menos ciento cincuenta de ellas pueden metabolizar el almidón.

El paso siguiente fue conseguir cultivos de levaduras puras

Una vez descubierto el fundamento del complejo proceso de la fermentación y la naturaleza y función de las levaduras en el mismo, el reto siguiente era conseguir “criar” estos organismos. En microbiología se denomina cepa al conjunto de de individuos que tienen exactamente los mismos genes (clones). Las levaduras, como seres vivos que son, pueden y de hecho lo hacen, presentar modificaciones en su material genético dentro de la misma especie que les dan unas características diferenciadoras (igual que en los seres humanos). En lo referente a la cervecería, estas características pueden afectar tanto a su “rendimiento” como a ciertos matices que puedan aportar al gusto final de la cerveza. Por tanto es lógico que interese aislar las “mejores” levaduras y multiplicarlas (clonarlas) obteniendo una cepa pura (aunque este adjetivo es aquí redundante se utiliza habitualmente) de las mismas. Hoy en día hay empresas especializadas en tales técnicas y por supuesto que las grandes cerveceras dedican un gran esfuerzo a crear y mantener sus propias cepas. Pero en los inicios de la microbiología tal cosa era un reto.

Aunque Pasteur creyó haber descubierto una manera de conseguir cultivos de levaduras puras ⁸, el primer cultivo de cepas de levadura fue desarrollado por el danés Emil Christian

Emil Christian Hansen

Hansen en el año 1883, en los laboratorios de la fábrica de cerveza Carlsberg en Dinamarca, basándose en los estudios previos de Koch sobre el cultivo microbiano. Antiguamente el mosto se inoculaba con residuos de la fermentación anterior. Este fermento constituía una mezcla natural de levaduras en la que predominaba una especie. Debido a una característica de este tipo de organismos que tienden a agruparse pudiendo formar aglomerados, éstos pueden perder su flotabilidad y caer al fondo (flocular) de la tina de fermentación en una proporción que depende de la especie y de la cepa concreta dentro de cada especie ⁹. S. cerevisae tiene poca tendencia a flocular al contrario que S. pastorianus. Además ambas especies tienen un rendimiento óptimo a diferente temperatura. La cuestión es que la técnica desarrollada en Alemania para elaborar cerveza y conservarla en cuevas durante largos periodos, pudo crear las condiciones para “seleccionar” una de las levaduras predominantes en esa mezcla natural. Reutilizando el residuo del fondo de la tina para elaborar cerveza se fue “purificando” la mezcla hasta obtener una representación abrumadoramente mayoritaria de la especie floculante S.pastorianus. Esta forma de elaboración acabó dando un producto bien diferenciado de la tradicional cerveza tipo ale, era la cerveza tipo lager. Este estilo se impondría en la europa continental y por supuesto en la vecina Dinamarca. Así que cuando Hansen, en su laboratorio de Carlsberg, se dispuso a aislar y reproducir una levadura, con objeto de evitar la contaminación habitual de la cerveza, encontró una levadura floculante a la que denominó S. carlsbergensis, hoy en día renombrado como S. pastorianus aunque muchas veces todavía se utiliza la denominación anterior.  

La caracterización de las levaduras se efectuaba inicialmente sobre observaciones morfológicas y de interacción con distintos medios, por lo que hasta el desarrollo del análisis genómico (análisis de ADN) no se pudo distinguir algunos tipos entre sí. Incluso hoy en día el estudio genético de estos organismo es complejo. Las levaduras cerveceras son seres unicelulares poliploides aneuploides, lo cual hace difícil su estudio y manipulación genética ¹⁰. Es decir, el conjunto de cromosomas diferentes, genomio o genoma, está multiplicado (poliploidía) aunque a veces sólo algunos cromosomas (aneuploidía).

Hoy en día se clasifica a las levaduras del género Saccharomyces como hongos del grupo ascomicotas y comprende las especies S.cerevisae, S.pastorianus, S.bayanus,  S.paradoxus y S. eubayanus entre otras.

Reino:           Hongos (Fungi) Division:        Eucariotas (Eukaryota) Subdivisión:  Ascomicotas (Ascomycota) Clase:           Hemiascomicetes (Hemiascomycetes) Orden:           Endomicetales (Endomyces) Familia:         Sacaromicetos (Saccharomycetaceae) Subfamilia:   Sacaromicetoideos (Saccharomycetoideae) Género:        Saccharomyces The taxonomy of the genus Saccharomyces meyen ex reess: A short review for non-taxonomists.    J. A. BarnettIssue. Yeast. Volume 8, Issue 1, pages 1–23, January 1992

En cervecería se utilizan fundamentalmente dos especies distintas de Saccharomyces.

S. cerevisae, la misma que fermenta la masa del pan, es la que se utiliza en la actualidad para la fabricación de cervezas tipo ale. Es una levadura de fermentación alta, es decir que se mantiene en la parte superior de la cuba de fermentación mezclada con la espuma que se forma en el proceso. La otra especie que se denominó antiguamente S.carlsbergensis, hoy en día se identifica con S. pastorianus y se cree, por estudios filogenéticos, que proviene de una recombinación entre S.cerevisae y ciertas levaduras del género Saccharomyces resistentes (con actividad) a bajas temperaturas.

Genoma comparado de S.pastorianus (naranja) y S.cerevisae (azul). Diego Libkind et al.

Recientes estudios identifican estas especies con S. eubayanus, muy similar a S. bayanus, que sería un híbrido entre S. eubayanus, S. uvarum y S. cerevisae¹¹. Es una levadura que permanece en el fondo de la cuba, por lo que se denomina de baja fermentación y se utiliza para la elaboración de cervezas tipo lager. 

En el norte de Europa, especialmente en Bélgica, ciertos tipos de cerveza como las lambic se dejan fermentar espontáneamente, al estilo antiguo tradicional, encontrándose que la fermentación se produce por una variedad de levaduras y bacterias, que cada productor tiende a conservar en sus lagares. Otras cervezas se inoculan con otro tipo de levaduras como la Torulaspora delbrueckii, presente en el trigo, para producir la cerveza alemana tipo Weissbier, cerveza de trigo ¹².

Las técnicas de ingeniería genética permiten hoy en día “fabricar” cadenas de material genético cuya expresión sea un carácter determinado e introducirlas en el material original de la levadura. Estos caracteres incluyen la capacidad de degradación de carbohidratos, cambios en las propiedades floculantes o en los procesos metabólicos responsables del gusto final de la cerveza. La forma de incluir estos genes o secuencias de material genético es la utilización de plásmidos. Desde la segunda mitad del siglo XX se han desarrollado técnicas para conseguir fragmentos de ADN que pudieran integrarse en el cromosoma adecuado. Hoy en día estas secuencias de nucleótidos pueden sintetizarse o extraerse de un cromosoma e “injertarse” en el ADN del receptor ¹³.

La levadura y los “azúcares”

El mosto obtenido de la malta de cebada contiene carbohidratos solubles, fundamentalmente fructosa (2%), glucosa (10%), sacarosa (8%), maltosa (50%) y maltotriosa (15%) como sustratos fermentables y el resto son fundamentalmente dextrinas (oligosacáridos de la glucosa). Los porcentajes expresados son valores promedio y varían algo en función del tipo de malta utilizada y el proceso concreto de obtención del mosto. Las  levaduras usadas en cervecería sólo pueden metabolizar mono, di o trisacáridos. Aunque la S.cerevisae var. diastaticus puede descomponer el almidón y las sustancias amiláceas mediante glucoamilasas extracelulares, esta acción de ruptura de las largas cadenas de almidón la realizan enzimas intracelulares de la semilla, activadas en el malteado.

Azúcares, sacáridos, hidratos de carbono, glúcidos, carbohidratos,….muchos nombres para la misma cosa. Un tipo de moléculas importante para la vida son los llamados glúcidos o sacáridos (del griego sacar, dulce), también designados como carbohidratos o hidratos de carbono. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC por sus siglas en inglés) recomienda el uso del término carbohidrato1. El análisis elemental de su composición refleja carbono, hidrógeno y oxígeno en proporción CnH2nOn. Como la proporción H:O es la misma que la del agua H2O, es decir dos átomos de hidrógeno por uno de oxígeno, se denominó a este tipo de compuestos carbo (de carbono) - hidratos (del griego idro = agua) o hidratos de carbono. Como generalmente tienen sabor dulce, también se denominaron sacáridos ( del griego sacar = azúcar) o glúcidos (de gleukos = vino dulce). Éstas moléculas fundamentales para (y de) los seres vivos están formadas básicamente por uno o varios conjuntos de cinco o seis átomos de carbono que forman un anillo en el que el “cierre”, o átomo que sirve de enlace entre los dos átomos de carbono que “cierran” el ciclo, es un átomo de oxígeno. Con la peculiaridad de que uno de estos cinco o seis átomos de carbono queda “fuera” del anillo como “colgando” del átomo que se une al oxígeno del anillo. Además excepto este átomo de carbono del que “cuelga” el “sobrante”, los demás también tienen un átomo de oxígeno, a su vez unido a un hidrógeno. Distintas representaciones de la glucosa. La distancia entre átomos está exagerada para facilitar la visualización. El anillo no es rígido y está “doblándose” continuamente, pero en un instante dado la mayoría de las moléculas tienen la “forma” de la derecha, similar a una persona sentada o como se dice en química “conformación de silla”. Los compuestos más simples, de un solo anillo (monosacáridos), como la glucosa, son la principal fuente de energía de las células de prácticamente todos los seres vivos (no la única). Su degradación produce energía necesaria para las funciones del organismo. Estas moléculas tienen la propiedad de unirse a otras moléculas del mismo tipo, iguales o no, formando cadenas (polímeros) de unas pocas unidades (oligosacáridos) o cientos y hasta miles de unidades (polisacáridos). Esto permite crear reservas de “energía concentrada” para ser utilizada cuando sea necesario, como el glucógeno o el almidón, polímeros de glucosa. Maltosa (disacárido formado por dos moléculas de glucosa), sacarosa (vulgarmente llamado azúcar, disácarido formado por glucosa y fructosa) y maltotriosa (trisacárido formado por tres moléculas de glucosa). La glucosa, la maltosa y la maltotriosa son productos de la “ruptura” de las cadenas de almidón por la acción de enzimas activadas durante el malteado. La sacarosa que puede descomponerse en glucosa y fructosa, es otro componente de la semilla de cebada. El almidón, ámilo en griego (de ahí el término sustancias amiláceas = que contienen almidón), es la reserva energética fundamental de las semillas de cereal y puede tener dos estructuras, una lineal denominada amilosa y otra ramificada llamada amilopectina. La amilosa está constituida por cadenas largas de unas 1000 a 2000 unidades de glucosa unidas por enlaces 1,4. La amilopectina está formada por cadenas de unas 24 a 30 moléculas de glucosa que son el eje principal del que se ramifican otras cadenas que a su vez se ramifican también, pudiendo alcanzar polímeros de 2000 a 3000 moléculas unidas por enlaces 1,6. El almidón se encuentra en los cereales y los tubérculos y está constituido por un 20-30% de amilosa y el resto de amilopectina. Cadenas ramificadas de glucosa forman la amilopectina que constituye el 70-80% del almidón. Los vegetales acumulan energía en forma de almidón o glucógeno, como las levaduras, los animales sólo en forma de glucógeno que es otro macropolímero de la glucosa con estructura ramificada. 1IUPAC Compendium of Chemical Terminology Gold Book version 2.3.2. IUPAC, 2012

La levadura y el oxígeno

Una vez inoculadas en el mosto, las levaduras comienzan rápidamente a metabolizar los monosacáridos que entran en la célula por difusión a través de la membrana. La sacarosa, un disacárido, es  dividida en dos monosacáridos por una enzima de la membrana. La maltosa, disacárido, y la maltotriosa, trisacárido, son introducidas por transporte activo, una vez en el citoplasma son convertidos en glucosa, que es el verdadero sustrato de la fermentación. La levadura no utilizará otro carbohidrato si hay glucosa en el medio. En exceso de glucosa la levadura sintetizará un polímero, el glucógeno, para ser utilizado más tarde como fuente de energía. Como consecuencia de su actividad vital la levadura crecerá y se multiplicará. La cantidad de oxígeno presente en el medio limita la tasa de multiplicaciones de la levadura, que depende del tipo de cepa ¹⁴. El oxígeno interviene en el proceso de síntesis de un componente fundamental en la memebrana de la célula de levadura. Este componente es el ergoesterol, un precursor de la vitamina D₂, de ahí uno de los beneficios nutritivos de las levaduras. Pero lo que nos interesa ahora es que el oxígeno “sólo” es un acelerante del crecimiento celular debido a su acción sobre la velocidad de síntesis de un componente celular. Las levaduras S.cerevisae y S.pastorianus no mecesitan en absoluto el oxígeno, pero se ha observado un mejor crecimiento en mostos aireados. si se suministra ergosterol al medio, no se requiere airear el mosto ¹⁵.

De hecho en el proceso de división celular asimétrico, el papel fundamental parece tenerlo la quitina, una molécula que forma pate de la pared celular. Es la responsable de generar el “cierre” ( cicatriz o “bud scar”) de la célula una vez desprendida la recién formada ¹⁶. En todo este proceso no parece intervenir el oxígeno y aunque los estudios de velocidad de multiplicación en función de la concentración de oxígeno, parecen indicar que éste es un “acelerante” como dije, también son determinantes otros factores como pH, temperatura, nutrientes y"tasa" de dosificación del medio ¹⁷ .

Hay que “cuidar” a las levaduras

El sustrato que sirve de base para el desarrollo de las cepas es susceptible de contaminarse fácilmente. Éste es uno de los aspectos más importantes a controlar en una cervecería. Las principales contaminaciones se deben a otros tipos de levadura, pero también de bacterias como la acetobacteria responsable del avinagrado, conversión del alcohol etílico en ácido acético. Por eso cada fábrica mantiene sus propias cepas evitando cualquier contaminación.

La levadura, como ser vivo, tiene un número finito de ciclos de actividad. Este número depende de las divisiones celulares que hayan tenido lugar. Conforme las células envejecen su fisiología cambia, de manera que su papel en la fermentación se ve afectado. Cambia su capacidad de ingestión de azúcar, su capacidad de producción alcohólica, se modifica el sabor que originan e incluso sus propiedades de floculación. Las mejores “prestaciones” se obtienen de células maduras que todavía no han envejecido. Mediante técnicas adecuadas de sedimentación se pueden separar las levaduras por “edades”. Para tener un número suficiente de levaduras óptimas es necesario renovar constantemente las cepas que se inoculan en el mosto ¹⁸.

Si no se mantienen las condiciones adecuadas, se podrían generar sustancias indeseables que aportan a la cerveza sabores desagradables. Estos sabores son consecuencia de productos generados en el proceso de fermentación. Son debidos a organismos contaminantes o a defectos en las condiciones, que causan alteraciones en los procesos metabólicos de la levadura. Uno de los más frecuentes es la generación de diacetilo, ya sea por defectos en la oxidación metabólica por parte de la levadura o por contaminación con bacterias lácticas.

Además de las cepas propias de cada fábrica cervecera, existen proveedores de cepas puras en diversos formatos. Una propiedad de las levaduras es que pueden liofilizarse y al rehidratarlas recuperan su actividad vital. También pueden congelarse y así mismo recuperan su vitalidad al devolverlas a temperatura ambiente. Esto facilita mucho la conservación de líneas puras y el suministro de cepas.

Enlaces

http://seresmodelicos.csic.es/llevat.html
     llevat (cat.) = levadura

Imágenes

Criofractura SEM S.cerevisae de A.V. Carrascosa (ICTAN-CSIC)

Dibujo Leeuwenhoek. Wikicommons sin atribución de autor.


Leeuwenhoek mirando por el microscopio. Wellcome Library, London. Wellcome Images. Leeuwenhoek with his microscope. Oil painting by Ernest Board. By: Ernest BoardPublished: -

Copyrighted work available under Creative Commons Attribution only licence CC BY 4.0

Dibujo desmazières, fotografías de Schwann y Hansen. Wikicommons sin atribución de autor. 

Gráfico comparativo de genoma S.pastorianus y S.cerevisae. Diego Libkind.

Fotomicrografía  microscopio óptico S.cerevisae y resto de gráficos y dibujos. M.Juanco  Licencia CC non commercial use.

Bibliografía

Para una revisión histórica de los descubrimientos acerca de la naturaleza de las levaduras y la fermentación, tres artículos aparecidos en la revista Yeast  referidos a continuación. Estos tres artículos forman parte de una serie de quince, escritos por J.A. Barnett, algunos de ellos en colaboración con otros autores, publicados en Yeast entre 1998 y 2010, que en conjunto constituyen la más completa revisión histórica (en mi modesta opinión) acerca de la naturaleza y función de las levaduras:

James A. Barnett. A History of Research on Yeasts 1: Work By Chemists

and Biologists, 1789-1850. Yeast. 14. Año1998. pp. 1439-1451.

James A. Barnett . A History of Research on Yeasts 2: Louis Pasteur and

his contemporaries, 1850-1880. Yeast. 16. Año 2000. pp.755-771.

James A. Barnett and Frieder W. Lichtenthaler. A History of Research on Yeasts 3: Emil Fischer, Eduard Buchner and their contemporaries, 1880-1900. Yeast. 18. Año 2001. pp. 363-388.

Para una visión general de las levaduras en cervecería:

Handbook of Brewing: Processes, Technology, Markets. Edited by H. M. Esslinger. Willey, 2009. Capítulo 5: Yeasts.

Referencias

1. Página web http://etimologias.dechile.net/?fermento

2. Diario Curioso, Histórico, Erudito, Comercial Civil y Económico. nº 172. Barcelona 1772

3. Química aplicada a la agricultura. Por el Conde Chaptal. Barcelona 1829. p.302

4. Jean Francoise Turpin. Memoires Sur La Cause Et Les Effets De La Fermentation alcoolique Et Acéteuse. Mémoires de l'Académie royale des sciences de l'Institut de France, Volumen 17 (1838). p 95

   

     Arthur Harden. Alcoholic Fermentation. Second Edition, 1914. Monographs On Biochemistry. Edited By R. H. A. Plimmer et al.

5. James A. Barnett. Beginnings of microbiology and biochemistry: the

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