Levaduras en el vino: Saccharomyces y no-Saccharomyces

El vino es el resultado de la fermentación alcohólica llevada a cabo por las levaduras vínicas. Aunque Saccharomyces cerevisiae es considerada como el agente más importante de esta fermentación, existen otros agentes que participan en este proceso metabólico, debido al complejo ecosistema microbiano que presenta el mosto de uva.

Estas otras levaduras pertenecen a otros géneros, como por ejemplo Hanseniaspora/KloeckeraPichiaCandida or Metschnikowia. En general, estas levaduras están implicadas en los primeros estadíos de fermentación. Todo este basto grupo de levaduras relativos a otros géneros diferentes a Saccharomyces, se denominan levaduras no-Saccharomyces.

Agentes involucrados en la fermentación alcohólica espontánea del vino

Aún con el complejo medio microbiano y el hecho de que algunas levaduras no-Saccharomyces pueden iniciar la fermentación alcohólicaS. cerevisiae tiene la habilidad de imponer su crecimiento sobre el resto de levaduras competidoras. Es por esto que S. cerevisiae domina la fermentación alcohólica desde estadíos medios hasta el final de fermentación. También, S. cerevisiae es la levadura vínica que presenta mayor resistencia al dióxido de azufre. Así, S. cerevisiae fue elegida como levadura óptima para el desarrollo de la tecnología de los inóculos.

No obstante, hoy en día, está crecido el interés en las no-Saccharomyces para llevar a cabo la fermentación alcohólica debido a una diferenciación y mejora en la complejidad del vino final. Los conocimientos actuales sobre las levaduras no-Saccharomyces han derivado en su uso como inóculo junto a S. cerevisiae en la elaboración del vino.

Generalmente, los vinos inoculados únicamente con no-Saccharomyces presentan gran concentración de ácido acético y otros compuestos no deseables. Además, en muchas ocasiones, no son capaces de terminar la fermentación.

Por el contrario, y lo que nos interesa, los vinos inoculados con esta combinación de no-Saccharomyces S. cerevisiae presentan mejoras organolépticas respecto a los mismos vinos inoculados únicamente con S. cerevisiaeEstas mejoras se deben a las actividades enzimáticas particulares que presentan las levaduras no-Saccharomyces, que están ausentes en S. cerevisiae, mejorando así la calidad y complejidad del vino.

Concretamente, las no-Saccharomyces más estudiadas para modular el perfil organoléptico del vino son Kloeckera apiculata, Torulaspora delbrueckii, Hanseniaspora guillermondi, H. uvarum, H. vineae, Starmerella bacillaris (syn. Candida zemplinina), etc. En cuanto a la producción de vinos más glicéricos (más untuosos en boca) se está usado C. stellata

También es interesante señalar que los vinos fermentados con estas combinaciones pueden producir vinos menos alcohólicos. Concretamente se está estudiando la posibilidad de utilizar Metschnikowia pulcherrima con S. cerevisiae para reducir el grado alcohólico de los vinos.

Imagen destacada: cultivo de una fermentación mixta entre M. pulcherrima (colonias pequeñas anaranjadas) y S. cerevisiae (colonias grandes de color blanco) en medio YPD.

 



Botrytis cinerea

¡Alerta! ¡Botrytis! Os presento a uno de los enemigos más temidos por los viticultores, Botrytis cinerea. B. cinerea es un microorganismo presente en el viñedo, perteneciente al reino Fungi. Se trata de un hongo filamentoso patógeno de plantas, que pone en riesgo año tras año, la cosecha de diferentes vegetales como la uva.

B. cinerea es la responsable de la denominada podredumbre gris. Esta enfermedad puede afectar a una amplia variedad de plantas así como frutas y vegetales almacenados. Como podréis imaginar, la enfermedad que origina es la podredumbre de los vegetales debido al crecimiento del hongo en frutos o vegetales de baja salubridad. El desarrollo de esta enfermedad se ve estimulada por las bajas temperaturas. Por otro lado, aunque el hongo esté adaptado al clima invernal, su temperatura óptima de crecimiento se encuentra entre 15-20ºC y una humedad relativa de más del 90%.

El crecimiento filamentoso de B. cinerea rompe la piel de la uva, dejándola expuesta a la infección de este hongo, así como a la de otros patógenos. Una vez se ha producido la herida y las hifas (formaciones de crecimiento del hongo) han penetrado dentro de la uva, la microbiota natural de la piel comienza a consumir los azúcares de la baya, así como a producir otros compuestos indeseables de manera descontrolada. Además, la herida abierta permite la evaporación del agua interior, deshidratando la uva.

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Cultivo de vid afectado por la podredumbre noble (Magyar, 2011)

Contradictoriamente, B. cinerea es actor principal en la elaboracion de ciertos vinos dulces naturales. En ellos, el crecimiento de este patógeno es deseado y controlado por el viticultor, desarrollando en sus bayas la denominada podredumbre noble. Ejemplo de este tipo de elaboración son los vinos de Sauternes o Tokay. 

En las zonas de producción de estos vinos dulces naturales, existe un clima templado, soleado y aireado en los primeros estadios de infección del hongo. Una vez la herida ha sido abierta, el agua se evapora de la baya, comenzando el proceso de deshidratación; comienza la podredumbre noble. Así, como se ha explicado, el crecimiento de B. cinerea y otros microorganismos continúa consumiendo gran parte de los azúcares y ácidos presentes en la baya.  Por otro lado, en estas bayas afectadas por la podredumbre noble, se acumula gran concentración de diversos metabolitos secundarios como aromas.

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Copa de Sauternes

El resultado final es una uva deshidratada, es decir, con gran concentración de azúcar y muchos aromas. La fermentación del mosto obtenido a partir de estas uvas infectadas se reconoce como un vino dulce natural de gran valor.

No hay que olvidar que el matiz de podredumbre gris a podredumbre noble es mínimo. He ahí el gran precio de estos vinos, que se justifica con la gran apuesta que hace el productor a la hora de obtener estas uvas infectadas. Esto se repite en todos los vinos dulces naturales, como en los vinos de hielo o icewine.

Imagen destacadaBotrytis cinerea infectando un racimo de la variedad Riesling (Wikipedia EN).




LSA, levadura seca activa

Levadura seca activa o LSA (active dry yeast, ADY por sus siglas en inglés). Se trata del formato en el que se comercializan los inóculos de levaduras en enología (así como en la industria panadera) para realizar fermentaciones inoculadas.

Estas levaduras han sido especialmente seleccionadas por las casas comerciales por sus capacidades fermentativas y características especiales que aportan al vino que ellas producen.

¿A qué hace referencia exactamente LSA?

Como se ha dicho anteriormente es el formato en el que se comercializan los inóculos de levaduraEste tipo de inóculo tiene como principal característica de tener la levadura prácticamente deshidratada, con un 6-10% de humedad en su interior.

¿Os hacéis una idea? Haciendo una comparación con el cuerpo humano (que está compuesto de billones de células semejantes a las de las levaduras), contiene aproximadamente un 75% de agua. ¡Una barbaridad! Las levaduras están totalmente deshidratadas e inactivas bajo estas condiciones.

¿Cómo se produce LSA?

El proceso de producción de LSA consta de tres etapas esenciales.

Primeramente se da el crecimiento en biomasa (número de células) en medio de cultivo. El objetivo de esta etapa es obtener gran población celular. Sin biomasa, no hay materia prima con la que trabajar.

Las dos siguientes etapas consisten en un secado más o menos suave seguido de un secado más agresivo. Estos procesos han de realizarse lo suficientemente rápido y eficientes como para que la levadura no sufra demasiado estrés y daños celulares que acaben matando a la célula.

¿Cómo se utiliza la LSA?

Fácil. Siguiendo las instrucciones del proveedor en cuanto a cuanta cantidad a inocular en el volumen de mosto deseado, se vierte directamente en el tanque. Y ya. En algunos casos, el fabricante recomienda una hidratación previa en agua o mosto, previo a la inoculación del depósito.

Rápidamente, la levadura comenzará la hidratación e iniciará su actividad fermentativa. En las primeras horas (10 horas aproximadamente), se adaptará al medio y pondrá toda la maquinaria celular en marcha para fermentar la gran cantidad de azúcares que tiene el mosto.

¿Por qué LSA?

Repasando lo comentado en la anterior entrada sobre fermentación inoculada-espontánea, la LSA se usa para asegurar la producción de vino, entre otros.

Es requisito imprescindible que las LSA se impongan en la fermentación, realicen su actividad fermentativa con una cinética rápida y aporten características específicas (en cuanto a metabolitos secundarios) que le interesen al enólogo.

No hay que olvidar que el mosto es un líquido vivo, tiene microbiota indígena y por ello estas LSA se tienen que imponer a esa microbiota residente. Cuando un productor compra un inóculo, persigue que ese inóculo sea el que realice la fermentación (se imponga) y que los compuestos secundarios que se formen, sean los que el inóculo elegido produzca.

Bacterias lácticas y fermentación maloláctica

Retomamos la microbiología enológica, esta vez centrándonos en las bacterias lácticas del vino. En esta entrada se concretará un poco más sobre estos microorganismos y su contexto enológico e importancia en la mejora organoléptica de los vinos.

La fermentación maloláctica (FML) es una segunda fermentación opcional del vino que realizan las bacterias lácticas (BAL) del vino, diferentes especies, pero sin duda Oenococcus oeni es la especie que de forma natural predomina y la que se inocula en los cultivos iniciadores.

Bacterias lácticas en el vino

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Microscopia electrónica de barrido de O. oeni (Fuente: Wikipedia)

Las BAL son un grupo microbiano muy interesante en el campo de la alimentación. Morfológicamente pueden ser bacilos (forma alargada) o cocos (forma redonda). En caso de O. oeni son cocobacilos.

A la hora de desarrollarse algunos pocos se encuentran células aisladas pero lo más típico es que se agrupen. Oenococcus oeni forma cadenas largas, cuanto más envejecido el cultivo, más largas son estas cadenas.

Oenococcus oeni

O. oeni se acaba imponiendo como BAL predominante porque es la que mejor está adaptada a las condiciones del vino, aunque tenga requerimientos nutricionales complejos.

Son acidófilas y sobre todo tienen gran resistencia a etanol. Es por ello que los nichos ecológicos más frecuentes de O. oeni son el vino y la sidra.

Bioquímica de la FML

La FML es un proceso metabólicamente simple que consta de una única reacción.

Transforma el ácido L-(-)-málico en L-(-)-láctico. Esta reacción está catalizada por el enzima maloláctico, que la tienen diferentes BAL.

Aparte del ácido láctico se genera CO2 ya que se trata de una descarboxilación. Como no es un proceso vigoroso, el CO2 no se aprecia tanto que como en la fermentación alcohólica.

Contexto energético de la FML

Una vez las levaduras han terminado de transformar el mosto en vino, el medio es totalmente diferente al de partida. Además de la elevada concentración de etanol, el pH y la escasa o nula presencia de azúcares, las levaduras han producido otra serie de compuestos tóxicos o inhibidores del crecimiento.

Ante esta situación, las BAL van a intentar sobrevivir en ese medio hostil de la mejor manera que puedan. Similar a las levaduras, las BAL también fermentan azúcares, pero en el vino no se encuentran en concentraciones tales como para sustentar el crecimiento de estos microorganismos.

Por ello, las BAL intentarán sobrevivir utilizando el ácido málico como sustrato. Si la fermentación alcohólica generaba poco rendimiento energético, la FML es menos rentable. Debido a esto, las BAL no crecerán mucho en población, casi exclusivamente utilizarán toda esta energía para mantenerse vivas.

Beneficios de la FML

Globalmente se considera que aporta una mejora a la calidad del vino. Es especialmente interesante para tintos, y para algunos blancos ácidos. El principal resultado es una desacidificación. Se pasa de un ácido dicarboxílico a un monocarboxílico. No es cuantitativamente muy grande, se cambian unas decimas de pH pero organolépticamente se aprecia muy bien.

Más allá de la desacidificación hay otros procesos que mejoran las características organolépticas del vino.

Además, mejora la estabilidad microbiológica del vino. Consumiendo el málico de manera controlada en bodega, no hay tanto riesgo de que se diese lugar en botella. Si se da en botella tendríamos un vino tinto con aguja, no deseable.

Otro problema más grave es que el málico junto con otros compuestos nitrogenados, puedan ser utilizados por otros microorganismos como otras BAL contaminantes, como Pediococcus u otras bacterias lácticas.

Haciéndola de una manera controlada, se empobrece el vino en nutrientes y así se evita el riesgo de contaminación.




¿Fermentación espontánea o inoculada?

Por norma general, las bodegas se sienten orgullosas de exponer a sus visitantes que realizan una fermentación alcohólica espontánea. En caso contrario, cuando se realiza una fermentación inoculada, parece que lo ocultan o no se sienten cómodos con manifestarlo.

¿Por qué? ¿Qué diferencias hay? ¿Prestigio? ¿Dinero?

Ya se comentó en una entrada anterior que la principal reacción que transforma el mosto de uva en vino es la fermentación alcohólica que llevan a cabo las levaduras. Pues bien, el origen de estas levaduras va a determinar que la fermentación sea espontánea o inoculada.

Fermentaciones
Experimentación en laboratorio de fermentaciones con diferentes combinaciones de levaduras y bacterias lácticas.

La fermentación espontánea es aquella que se lleva a cabo por la microbiota de levaduras presente de forma natural en los hollejos de la uva. Se trata de una fermentación en la que participan gran cantidad de levaduras, que van creciendo y desarrollándose secuencialmente.

Esta fermentación es impredecible y muy dependiente de las condiciones climáticas de la añada. Muchas veces la microbiota que presentan las uvas es insuficiente o inadecuada y puede dar lugar a retrasos de fermentación o paradas de fermentación. Este problema se da especialmente en vinos blancos, en los cuales, el contacto con los hollejos ha sido mínimo.

Por otro lado, esta fermentación presenta una característica que la hace especial. Se consigue un vino con identidad de la zona geográfica donde se ha elaborado, reflejo del terruño y el clima de la añada.

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Cultivo de una fermentación mixta entre M. pulcherrima (colonias pequeñas anaranjadas) y S. cerevisiae (colonias grandes de color blanco) en medio YPD.

Como alternativa a la fermentación espontánea, está la fermentación inoculada. En esta, se inoculan levaduras “de sobre”. Estas levaduras han sido especialmente seleccionadas (existe un gran trabajo de investigación y trabajo de laboratorio detrás de esa selección) por sus excelentes cinéticas de fermentación y con ellas se puede llegar a asegurar un final de fermentación. Así, los productores pueden asegurar la producción.

La especie de levadura que se suele inocular es Saccharomyces cerevisiae. Lo que se persigue es que esta levadura “de sobre” se imponga sobre la microbiota natural y sea esta levadura la que lleve a cabo la fermentación. Esto se consigue inoculando una gran cantidad de levaduras (muy superior a las poblaciones naturales) muy bien adaptada al mosto.

Gracias a esto, se puede conseguir un producto más homogéneo durante los años. Inoculando la misma levadura, se obtendrá un vino más parecido año tras año (poco o nada influenciado por la microbiota natural).

Además, la fermentación inoculada comienza el proceso de transformación de los azúcares en etanol inmediatamente y suele durar una semana, aproximadamente. Por el contrario, la espontánea requiere de una fase de latencia, de aclimatación de las levaduras al mosto y puede llevar más de dos semanas. Y, ¿esto que supone? Que la fermentación espontánea inmoviliza tinas y tanques de fermentación por más tiempo (lo que se traduce en pérdidas de dinero).

Como podéis imaginar, la fermentación espontánea es inviable cuando se manipulan grandes cantidades de mosto o se trabaja en cooperativa, donde la uva presenta gran heterogeneidad y los tanques tienen que liberarse en el menor tiempo posible, para así manipular el mosto en el menor tiempo posible.

Por ello, la fermentación espontánea solo es adecuada cuando se tiene tiempo, espacio y dinero para realizarla. Únicamente se realiza en bodegas familiares, donde se mima mucho la producción de los vinos o en gamas altas de productos en bodegas grandes.

Expuesto todo esto, ¿qué opinais? Desde mi humilde punto de vista, hay que juzgar el vino en su conjunto y no solo por el tipo de fermentación. Lo importante de todo esto es, que si la materia prima y la elaboración son buenas, el producto será bueno, independientemente de cómo se haya transformado.

Obviamente, la fermentación espontánea dará como resultado un vino con identidad propia, y cada añada tendrá mayor diferencia que los vinos de una fermentación inoculada. Ahora bien, la apuesta del productor por la espontánea, también se verá reflejada en el precio del vino.

Levaduras y fermentación alcohólica

Os presento a los microorganismos más relevantes del vino: las levaduras.

Las levaduras son microorganismos que realizan la fermentación alcohólica. Son las responsables de transformar los azúcares del mosto en etanol y CO2, transformando el mosto de uva en vino.

Las levaduras pertenecen al reino Fungi. Son seres unicelulares de vida libre presentes en todo tipo de ecosistemas. Centrándonos en el mundo enológico, las levaduras se pueden encontrar en: (1) la uva, y consecuentemente en el mosto y (2) en las instalaciones de la bodega.

Presencia, identidad  e importancia microbiológica

Como ya se ha dicho, dentro del contexto de la elaboración del vino, las levaduras pueden encontrarse de forma natural en la uva y en las instalaciones de la bodega. Además de estas levaduras de origen natural, existen las levaduras “de sobre”, inóculos de levadura que se utilizan para realizar fermentaciones inoculadas.

Cabe destacar que, en lo que a vino se refiere, se distinguen dos tipos de levaduras: (1) las levaduras Saccharomyces y (2) las levaduras no-Saccharomyces.

Las levaduras del género Saccharomyces son levaduras de fermentación vigorosa y muy bien adaptadas a fermentar azúcares en bodega. Su presencia en la uva es escasa en comparación con las levaduras no-Saccharomyces. Sin embargo, en los equipos de elaboración se encuentran en grandes poblaciones y perfectamente adaptadas al entorno bodeguero. La principal levadura que pertenece a este género es Saccharomyces cerevisiae.

S. cerevisiae QA23 40x
Cultivo de S. cerevisiae QA23 en medio YPD. Aumentos 40x.

Por otro lado, las levaduras no-Saccharomyces, o dicho de otra manera, las levaduras que no pertenecen al género Saccharomyces, se encuentran mejor adaptadas al viñedo. Mayoritariamente se encuentran en la uva. Influenciadas por el terruño y el clima, las diferentes especies de no-Saccharomyces van a aportar particularidades a los vinos, debido a sus distintas actividades metabólicas. Es por esto que los elaboradores aprecian cada día más a estas levaduras. Dentro de las no-Saccharomyces encontramos los géneros: Candida, Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia y Metschnikowia, entre otros

Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica es un metabolismo por el cual las levaduras consumen azúcares simples y los transforman en etanol y CO2. ¿Qué gana con esto la levadura? La levadura consigue energía oxidando parcialmente los azúcares a etanol.

ecuación fermentación alcohólica
Ecuación simplificada de la fermentación alcohólica

Una oxidación completa implicaría la transformación de todo el azúcar, tal y como hacemos los humanos, en CO2 y agua. Este metabolismo oxidativo aerobio (también denominado respiración, se requiere O2) es más ventajoso energéticamente, y aún así las levaduras, en condiciones enológicas no lo realizan. ¿Por qué?

Las levaduras están creciendo sobre mosto, un sustrato con una cantidad de azúcares enorme. Bajo estas condiciones, las levaduras, concretamente las Saccharomyces, son Crabtree positivas, esto es, que a altas concentraciones de azúcar preferentemente realizarán la fermentación alcohólica.

Aunque la fermentación sea energéticamente menos rentable, es un metabolismo más rápido y productor de etanol. El etanol es un compuesto tóxico para los microorganismos, al que las levaduras Saccharomyces están muy bien adaptadas. Por tanto, este metabolismo fermentativo, elimina competidores, ayudando a la supervivencia de estas levaduras sobre otros microorganismos.

Dinámica de la fermentación espontánea

Durante el desarrollo de una fermentación espontánea, las levaduras no-Saccharomyces comienzan la fermentación y continuan metabólicamente activas durante unos pocos días. Cuando el grado alcohólico va aumentando, su metabolismo comienza a inactivarse y comienza un crecimiento vigoroso de las Saccharomyces. En poco tiempo, las levaduras Saccharomyces se imponen, en el medio, consumen los nutrientes y terminan la fermentación alcohólica. Finalmente, los azúcares se consumen por completo y las levaduras se inactivan, dejando un nuevo medio, el vino, para el crecimiento de otros microorganismos: bacterias lácticas y bacterias acéticas, principalmente.




Están ahí…

La uva, el vino, pasando por el mosto… Son los ecosistemas que ofrece la elaboración del vino para los microorganismos. Diferentes nichos ecológicos donde los microorganismos crecen, se multiplican y aportan sus particularidades al medio.

Toda presencia microbiológica en el proceso de elaboración del vino deja su huella en el producto final. Tanto positiva como negativamente, el vino va a estar influenciado por los microorganismos que allí crecen.

Levaduras, bacterias lácticas y bacterias acéticas son los microorganismos más importantes en el vino. Es también habitual encontrar hongos filamentosos (mohos), especialmente en el corcho. En cualquier caso, la presencia de estos últimos es indeseable en vinos.

Las levaduras van a ser las protagonistas. Van a realizar la fermentación alcohólica del mosto, para trasformarlo en vino. Van a consumir los azúcares del mosto y los van a transformar en etanol y CO2. Según las levaduras que lleven a cabo esta fermentación, también consumirán otras moléculas y dejarán otro tipo de sustancias en el vino, así como liberar los aromas encerrados en el mosto en forma de precursores aromáticos. De la levadura por excelencia Saccharomyces cerevisiae y sus “primas” las levaduras no-Saccharomyces hablaremos más adelante cuando se trate la fermentación espontánea.

Modesta es la presencia o importancia que se le da a las bacterias lácticas. Capitaneadas por la bacteria láctica más importante en vino; Oenococcus oeni, estas bacterias llevan a cabo la fermentación maloláctica. Esta fermentación transforma el ácido málico (ácido dicarboxílico, un ácido fuerte) en ácido láctico (ácido monocarboxílico, un ácido más débil y agradable en boca). Esta transformación es interesante en vinos tintos y, también, en blancos de climas fríos donde la acidez del vino es muy elevada. La desacidificación de los tintos es interesante ya que una acidez excesiva acentúa la astringencia.

Por último, las bacterias acéticas, al contrario que los anteriores microorganismos, son indeseables. Éstas transforman el etanol del vino en ácido acético (ácido del vinagre). Las buenas prácticas en bodega permiten controlar la incidencia de estas bacterias acéticas y así evitar la acetificación del vino.

Para finalizar, un resumen. Los microorganismos principales que encontramos en vino son:

  • Levaduras: llevan a cabo la transformación esencial del mosto a vino; la fermentación alcohólica.
  • Bacterias lácticas: transforman el ácido málico en ácido láctico, desacidifican ligeramente el vino, interesante en ciertos casos.
  • Bacterias acéticas: producen ácido acético consumiendo etanol. Totalmente indeseables en la elaboración de un vino.

 

Imagen de cabecera: micrografías de levaduras no-Saccharomyces creciendo en medio de cultivo YPD. A) Hanseniaspora uvarum, aumentos: x100. B) Metschnikowia pulcherrima, aumentos: x100.