Cada vez que tomamos una cerveza con aceitunas, un vino tinto acompañado de quesos y embutidos o un café con un bizcocho de chocolate, consumimos productos de transformaciones microbianas en las que intervienen las levaduras. Estos microorganismos se utilizan desde hace miles de años para fermentar alimentos y bebidas, pero sus aplicaciones van mucho más allá de la elaboración tradicional.
Gracias a las nuevas técnicas biotecnológicas, las levaduras también pueden convertirse en microfactorías celulares capaces de producir ingredientes alimentarios de alto valor añadido y otros compuestos de interés industrial y comercial. Así lo destacan Amparo Querol, Ramón González y José Manuel Guillamón, investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y autores de Las levaduras en los alimentos, publicado en la colección ¿Qué sabemos de? del CSIC y Catarata.
En el libro, los expertos repasan la biología y la diversidad de estos microorganismos, su papel en la alimentación humana y tanto sus beneficios como los problemas que pueden ocasionar. También abordan los nuevos usos sostenibles de las levaduras mediante el aprovechamiento de residuos de la elaboración de vino, cerveza y productos lácteos, así como los avances en levaduras mejoradas genéticamente.
Las levaduras: una comunidad de microorganismos todavía por descubrir
Las levaduras son hongos unicelulares que comparten determinadas características biológicas, pero presentan una gran diversidad genética y funcional. Su presencia en los alimentos es más compleja de lo que puede parecer.
“Muchas personas no saben que detrás del vino o del pan no hay una sola levadura, sino comunidades enteras de especies distintas, cada una con su propio papel, su carácter y sus propias aportaciones de sabor”, apuntan los autores.
Aunque se han descrito más de 1.600 especies, la comunidad científica estima que apenas se ha identificado el 1 % de todas las que existen en la naturaleza. Se trata, por tanto, de un grupo de microorganismos cuyo potencial todavía está lejos de conocerse por completo.
Las levaduras habitan en una gran variedad de entornos, desde la piel de las frutas maduras, el suelo de los viñedos y la corteza de los árboles hasta los suelos árticos y las profundidades oceánicas. También pueden encontrarse en la superficie de nuestra piel y formar parte de la microbiota humana.
“Son capaces de colonizar cualquier ambiente donde haya una mínima fuente de carbono y de nitrógeno, y la suficiente disponibilidad de agua para sobrevivir y reproducirse”, explican los investigadores.
Saccharomyces cerevisiae, la levadura clave en la alimentación
Mucho antes de que existiera la microbiología como ciencia, los seres humanos ya utilizaban Saccharomyces cerevisiae para elaborar vino, cerveza y pan, aunque desconocieran la existencia de estos microorganismos.
Esta levadura transforma los azúcares en alcohol, dióxido de carbono y una gran variedad de compuestos aromáticos. En la actualidad, es la especie más habitual como ingrediente en la alimentación humana.
Su éxito se debe, en buena medida, a su capacidad para prosperar en condiciones que resultan hostiles para otros microorganismos.
“Durante una fermentación, la levadura se enfrenta a concentraciones muy altas de azúcar, niveles crecientes de alcohol —que resulta tóxico—, variaciones de temperatura, ambientes ácidos y, en muchas ocasiones, escasez de oxígeno, y, aun así, no solo sobrevive, sino que domina el proceso”.
Además de su importancia alimentaria, S. cerevisiae ocupa un lugar destacado en los laboratorios de todo el mundo como organismo modelo para la investigación científica. Se ha utilizado desde los inicios de la bioquímica moderna y ha permitido caracterizar la mayoría de las rutas bioquímicas que emplea el ser humano para producir moléculas esenciales para el funcionamiento celular.
Qué papel tienen las levaduras en la cerveza, el pan y otros alimentos
La cerveza, el vino y el pan son algunos de los alimentos fermentados por levaduras más conocidos en nuestra tradición cultural. En todos ellos, estos microorganismos transforman la materia prima inicial y contribuyen a las características del producto final.
Las levaduras que diferencian las cervezas ale y lager
Existen dos grandes tipos de cerveza que se diferencian, entre otros aspectos, por la levadura utilizada en su elaboración.
Las cervezas tipo ale, caracterizadas por su diversidad de estilos y perfiles aromáticos, se elaboran con Saccharomyces cerevisiae, que fermenta a temperaturas de entre 15 y 24 °C. Por su parte, las cervezas tipo lager, que incluyen las rubias de fermentación baja que dominan el mercado mundial, se producen con Saccharomyces pastorianus, que fermenta entre 5 y 15 °C.
Cómo consiguen las levaduras que el pan sea esponjoso
En la elaboración del pan, las levaduras también realizan una fermentación alcohólica que produce etanol y dióxido de carbono (CO₂). El etanol desaparece debido a las altas temperaturas del horneado, mientras que el dióxido de carbono queda atrapado en la red de gluten que se forma durante el amasado y provoca que la masa aumente de volumen.
Las levaduras utilizadas en este proceso deben tolerar, entre otras condiciones, la sal y el estrés mecánico del amasado. La formación de esa estructura es también una de las razones por las que resulta difícil conseguir panes sin gluten esponjosos.
La fermentación del pan de masa madre es microbiológicamente más compleja, aunque los procesos tecnológicos son similares y la fermentación es más lenta.
“Lo que llama la atención aquí es que la microbiota dominante no son levaduras, sino bacterias del ácido láctico”, destacan los científicos.
En las masas madre, la cantidad de levaduras es de diez a cien veces inferior a la de las bacterias del ácido láctico. Sin embargo, en términos de biomasa, la proporción está mucho más equilibrada, porque las células bacterianas son mucho más pequeñas que las de las levaduras.
De las aceitunas y el café al kéfir y la kombucha
Las levaduras también intervienen en la elaboración de sidra, aceitunas de mesa, café, cacao, salsa de soja, quesos y embutidos. En las aceitunas de mesa, por ejemplo, participan en los procesos de fermentación utilizados para eliminar su amargor.
Otros alimentos y bebidas dependen de consorcios microbianos formados por levaduras y bacterias. Entre ellos se encuentran el kéfir, originario del Cáucaso y elaborado con leche y granos de kéfir, y la kombucha, cuya base es el té negro o verde.
¿Pueden ser peligrosas las levaduras?
Las levaduras tienen una doble cara: pueden contribuir a producir alimentos apreciados por sus propiedades y sabores, pero también estropearlos o causar infecciones.
No obstante, los autores destacan su historial de seguridad en comparación con otros microorganismos.
“Las levaduras cuentan con un historial de seguridad realmente envidiable si las comparamos con virus o bacterias, y su capacidad infecciosa solo se manifiesta de forma anecdótica y casi exclusivamente en un contexto clínico muy concreto: personas hospitalizadas, inmunodeprimidas o sometidas a tratamientos que debilitan sus defensas naturales”, matizan.
Fermentación de precisión: cómo pueden producir nuevos ingredientes alimentarios
Las aplicaciones de las levaduras van más allá de la fermentación tradicional. Su metabolismo bien caracterizado, la facilidad de cultivo y la capacidad de manipulación genética las convierten en herramientas de interés para la producción biotecnológica de compuestos químicos.
A través de las llamadas fermentaciones de precisión, estos microorganismos pueden cultivarse en sustratos concretos para producir compuestos como proteínas, ácidos grasos, vitaminas, aromatizantes y colorantes.
Esta tecnología puede abrir nuevas posibilidades para la producción de ingredientes alimentarios y otros compuestos de interés industrial y comercial. Según los investigadores, podría suponer “una auténtica revolución en la producción de alimentos en los próximos años”.
Economía circular: aprovechar residuos agroalimentarios para producir compuestos de valor
Otra de las posibilidades que destacan los autores se basa en la economía circular: utilizar subproductos de la elaboración de vino, cerveza, cacao y aceite, así como de la industria láctea, como sustrato para el crecimiento de levaduras.
Los investigadores del Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA-CSIC) y del Instituto de la Vid y el Vino (ICVV-CSIC-La Rioja-UR) señalan que estos residuos comparten una característica fundamental.
“Contienen carbono en forma de azúcares, almidón, celulosa o hemicelulosa, es decir, exactamente el tipo de combustible que las levaduras necesitan”.
A partir de estos subproductos agroalimentarios se podría obtener un amplio catálogo de moléculas de alto valor añadido. Entre los ejemplos citados por los investigadores se encuentran los antioxidantes tirosol e hidroxitirosol, que pueden producirse a partir del alperujo, un subproducto de la elaboración del aceite de oliva.
Otro ejemplo es el ácido succínico, un ingrediente utilizado en cosméticos y en la síntesis de fármacos que puede obtenerse mediante la fermentación del suero de la leche con la levadura Kluyveromyces marxianus.
También destaca el ergosterol, un compuesto que se acumula de forma natural en las levaduras y que, al exponerse a radiación ultravioleta, se transforma en vitamina D.
Estas aplicaciones muestran el potencial de las levaduras tanto para la elaboración de alimentos como para el aprovechamiento de residuos agroalimentarios y la producción biotecnológica de ingredientes y compuestos de interés.
