Desde la antigüedad diferentes culturas y civilizaciones de todo el mundo han usado sin saberlo levaduras. Lo hicieron fermentando de forma natural sus panes y bebidas alcohólicas, por lo que se pensaba que era algo misterioso y mágico. Esta idea comenzó a cambiar gracias a la ciencia con la intervención de Louis Pasteur, quién a mediados del siglo XIX probó que la fermentación alcohólica era hecha por levaduras y no por un catalizador químico que era lo que se había pensado hasta entonces. El trabajo de la levadura en este proceso es consumir azúcares para producir dos productos importantes: CO2, que es dióxido de carbono, y etanol. Además de esto, produce otros productos químicos en pequeñas cantidades, que es lo que le da a las diferentes bebidas sus diferentes sabores tan peculiares dependiendo de la levadura usada.
Tradicionalmente, la producción de vinos se ha realizado a partir de fermentaciones de los mostos, llevadas a cabo por cepas de levaduras endémicas residentes en las superficies de las uvas y de los equipos de las bodegas (Escalante et al. 2007) aunque se ha demostrado también que viven en asociación con la vid, hallándose usualmente sobre la corteza, las hojas, las flores y en la pruina de la baya. Y que su crecimiento sobre la superficie de las bayas está determinado por diversos factores ambientales, como la temperatura y la humedad, así como por el grado de madurez y el estado de salud (Claudia et al. 2007). La fermentación con estas levaduras endémicas se llama fermentación espontánea y son de gran importancia ya que con ellas consiguen características organolépticas típicas de la zona, que no estarían presentes si se utilizara un inóculo de cepas foráneas. Sin embargo la calidad del producto puede ser muy variable (Escalante et al. 2007).
La actividad metabólica de los diferentes géneros y especies de levaduras presentes en la superficie de las uvas en el viñedo, y capaces de resistir las condiciones de vinificación, influencian la calidad sensorial del vino obtenido. Siendo estas las especies Hanseniaspora uvarum (y su forma anamorfa Kloeckera apiculata) de 50-75% de la población total de levaduras aisladas, y en menor población se han encontrado presentes los géneros Candida, Cryptococcus, Hansenula, Kluyveromyces, Metschnikowia, Pichia y Rhodotorula, (Carrau 2005, Berradre et al. 2012, Esteve-Zarzoso et al. 1998, Di Maio et al. 2012). En la tabla 1 se muestran con más detalle cuáles son las levaduras relacionadas a la uva y el vino. Su crecimiento se limita generalmente a los dos o tres primeros días de fermentación, después de lo cual mueren. Posteriormente, la fermentación con más fuerza y más especies tolerantes al etanol de Saccharomyces se hacen cargo de la fermentación (Esteve-Zarzoso et al. 1998). Aunque contrario a lo que se pensaba, las especies fermentativas de Saccharomyces se han aislado en muy baja población sobre uvas sanas y han sido extrañamente aisladas de granos de uva intactos y de suelos de viñedos (Berradre et al. 2012). Antes de la maduración, las uvas están casi libre de S. cerevisiae (~ 0,05%), mientras que el 25% de las uvas maduras albergan tales levaduras. Por lo que esto sugiere que S. cerevisiae no se encuentre en el aire, y que requiere un vector para moverse, probablemente animales, insectos como abejas y avispas (Stefanini et al. 2012).
Se ha comprobado que estas especies fermentativas están asociadas con el área de la bodega y que son incorporadas dentro del mosto durante el tratamiento mecánico de la uva y el proceso de fermentación, (Berradre et al. 2012). La acción secuencial de estos diferentes géneros y especies de levadura, contribuyen al aroma y sabor de los vinos, determinando la calidad de estos. El aroma y el sabor están dados por los compuestos volátiles formados durante la fermentación incluyendo alcoholes, ésteres, ácidos orgánicos, fenoles, tioles, monoterpenos y norisoprenoides. Entre los compuestos volátiles derivados del metabolismo de la levadura se encuentran los ésteres, alcoholes y acetatos, que en diferentes combinaciones afectan la calidad del vino (Vilanova y Sieiro 2006, Hyma et al. 2011).
Estudios en los que se han investigado cultivos iniciadores y levaduras nativas han demostrado que existen diferencias significativas en la composición química de los vinos resultantes, (Vilanova y Masneuf-Pomarède 2005) Las levaduras del mosto de uva en el inicio de la fermentación del vino se pueden dividir a grandes rasgos en dos grupos, es decir, las levaduras Saccharomyces cerevisiae y las levaduras no-Saccharomyces. Las levaduras de Saccharomyces se derivan principalmente de los equipos de bodega y en muy bajo número en la uva. Las levaduras no-Saccharomyces, se encuentra predominantemente en las uvas, pero también en menor número en el equipo de bodega, (Jolly et al. 2003). Por lo que en la trituración de la uva, y las condiciones ambientales específicas en el mosto, es decir, la presión osmótica alta, la presencia de SO2, la temperatura y la higiene bodega, todos juegan un papel en la determinación de las especies que pueden sobrevivir y crecer en el mosto, (Jolly et al. 2003).
Saccharomyces cerevisiae
La levadura Saccharomyces cerevisiae es un hongo ascomiceto que ha sido ampliamente estudiado dada su importancia en la industria panadera y vitivinícola, así como por su capacidad de producir etanol, (Folch et al. 2004). Filogenéticamente de las cepas de Saccharomyces cerevisiae se ha encontrado que la especie en su conjunto consta de dos poblaciones, domésticos y salvaje (Schuller et al. 2012, Hyma et al. 2011). Algunas características de esta levadura que forman parte de su adaptación son el hecho de que pueda metabolizar la glucosa y la fructosa tanto por vía respiratoria como por vía fermentativa, y de crecer en condiciones aerobias o anaerobias (González et al. 2007). Siendo la fórmula simple de fermentación la siguiente (Garcia, 2008):
Saccharomyces cerevisiae es la especie de levadura más importante en microbiología del vino. Es mejor modelo industrial conocido por su miembro, la levadura S. cerevisiae, pero comprende además ocho especies estrechamente relacionadas. La opinión común coincide en que esta especie es un producto de la domesticación (Gonçalves et al. 2011). En particular se han realizado muchos estudios respecto al comportamiento y características bioquímicas, moleculares y bióticas de esta levadura. Los estudios relacionados con S. cerevisae y su rol en la fermentación han sido, por ejemplo, la caracterización por métodos moleculares, en relación a sus propiedades enzimáticas, modificación genética para producir otras enzimas, detección rápida de los cambios en la población durante los procesos, la detección de otras levaduras que actúan contra S. cerevisae o en sinergia con ella para mejorar el aroma, evaluación de factores nutricionales que afectan su comportamiento o de fracciones celulares que protegen el proceso, etc. (Rojas et al. 2005).
Tiene gran capacidad de crecer en el zumo de uva, que se caracteriza por un alto contenido de azúcares y bajo contenido de sustancias de nitrógeno. La especie produce altas cantidades de etanol a la vez que consume el contenido de azúcares y baja el pH (Tiago et al. 2012) que inhiben el crecimiento de cepas no- Saccharomyces (Cocolin et al. 2004). Además de poseer el fenómeno killer, que implica la secreción, por parte de ciertas cepas, de una proteína tóxica de baja masa molecular, llamada toxina killer, a la cual ellas son inmunes, que mata a células sensibles, las cuales pueden ser del mismo o diferentes géneros. Este tipo de interacciones pueden determinar la evolución de las distintas poblaciones de levaduras durante la fermentación. En algunas ocasiones una cepa killer de Saccharomyces cerevisiae predomina al final del proceso fermentativo, sugiriendo que la expresión de la toxina le permitió conducir parte de la vinificación. Este fenómeno killer pueden ser un método alternativo para el control de levaduras no deseadas, (M.C. Nally et al. 2005, Maqueda et al. 2012).
Estas levaduras también están presentes en el envejecimiento de vinos formando una película llamada velo de flor, por lo que se llaman levaduras flor, Su crecimiento en la superficie produce cambios importantes en las características del vino debido a su metabolismo oxidativo (Esteve-Zarzoso et al. 2001).
Las fermentaciones también son impulsadas en gran medida por inoculaciones de una sola cepa pura de S. cerevisiae seleccionada por el enólogo, que se añade al mosto de uva, después de la molienda. Para asegurar un mayor control de la vinificación, se obtienen resultados más predecibles y disminuye el riesgo de deterioro por otros microorganismos (Chambers et al. 2010). Las levaduras seleccionadas se han utilizado con excelentes resultados en muchos países, obteniéndose productos finales de calidad más uniforme que los que se producían con las fermentaciones espontáneas (Mas et al. 2006).
Al seleccionar levaduras comerciales se deben tener en cuenta las propiedades de estas y las características del vino que se quiere producir, tales como la concentración de metabolitos que toleran o se precisan para iniciar con éxito la fermentación, o la temperatura óptima de desarrollo: la mayoría lo hace entre 12 y 36º C; si la temperatura óptima es menor de 30º se denominan criófilas, si se encuentra entre 25 y 35º son mesófilas, y si la temperatura a la que se desarrolla preferentemente es mayor de 35º C se denominan termófilas (Bartra 2000).
A pesar de esto, es más efectivo el uso de cultivos puros de levaduras que procedan de la zona vitivinícola donde se van a utilizar, lo que se conoce como levaduras locales seleccionadas, ya que se cree que las levaduras que se encuentran en una microzona son:
• Específicas del área.
• Totalmente adaptadas a las condiciones climáticas de la zona.
• Totalmente adaptadas a la materia prima, es decir al mosto a fermentar.
• Responsables, al menos parcialmente, de las características únicas de los vinos obtenidos (Mas et al. 2006).
Para hacer una selección de levaduras, el criterio dependerá del tipo de fermentación, estos criterios pueden ser los que muestra la tabla 2.
No-Saccharomyces
Las levaduras no-Saccharomyces en la producción de vino se han considerado principalmente como organismos de descomposición. Los metabolitos de descomposición más importantes producidos por estas levaduras son el ácido acético, acetaldehído, acetoína y acetato de etilo, junto con malos olores, tales como el vinilo y etilfenoles que están relacionados con el desarrollo de Brettanomyces / Dekkera spp (Ciani et al. 2009). Afirmando además, que murieron durante las etapas iniciales de la fermentación debido a la toxicidad de la concentración de alcohol al aumentar el metabolismo de Saccharomyces cerevisiae (Jolly et al. 2003, Esteve-Zarzoso et al. 1998). Aunque se ha demostrado que algunas sobreviven durante la fermentación, y que además los metabolitos formados por algunas especies no-Saccharomyces pueden contribuir a la calidad del vino, por ejemplo la producción de glicerol por Candida stellata y la producción de éster por Candida pulcherrima que, en algunos vinos pueden tener una influencia positiva en la calidad del vino. Otras especies, tales como Kloeckera apiculata, se asocian con la producción de ácido acético que puede ser perjudicial para la calidad del vino. Algunas especies no-Saccharomyces también poseen actividad ß-Glucosidasa que pueden hidrolizar los precursores del aroma, (Jolly et al. 2003). Por lo que la actividad inicial de las levaduras no-Saccharomyces en el mosto de fermentación se considera importante para el perfil final de compuestos aromáticos de los vinos, debido a que estas levaduras son responsables de diferentes reacciones enzimáticas en el desarrollo de una amplia gama de los productos finales volátiles y no volátiles (Romancino et al. 2008). La producción de exo y endonucleasas por estas levaduras juega un papel muy importante, como lo son las pectinasas que tiene algunas aplicaciones de clarificación, filtración y también la extracción de color del vino. El uso de enzimas pectolíticas para la maceración también puede aumentar el contenido en jugo de terpenol. Otras enzimas son las esterasas formadoras de compuestos del aroma del vino y las lipasas que degradan los lípidos procedentes de la uva (Esteve-Zarzoso et al. 1998).
Fermentaciones mixtas
Usando cultivos de Saccharomyces cerevisiae y levaduras no-Saccharomyces representan una forma viable hacia la mejora de la complejidad y la mejora de las características particulares y específicas de los vinos. Las posibles interacciones sinérgicas entre diferentes levaduras pueden proporcionar una herramienta para la aplicación de las nuevas tecnologías de fermentación. Por lo tanto, el conocimiento de la interacción de estas levaduras durante la fermentación del vino necesita ser mejorado. Se ha demostrado que cuando algunas levaduras se desarrollan juntas en condiciones de fermentación, no lo hacen pasivamente, sino más bien interactúan (Ciani et al. 2009). En la tabla 3 se muestran algunas interacciones.
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