Foto 1: Cepas resguardadas mediante liofilización en la Colección Chilena de Recursos Genéticos Microbianos del Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Chillán.
Introducción
Desde tiempos remotos, los microorganismos han sido empleados por la humanidad como herramientas esenciales para la obtención de medicamentos (antibióticos, vitaminas, aminoácidos), elaboración de alimentos (pan, queso, leche, bebidas y licores), fabricación de solventes, entre muchos otros productos. En el ámbito de la industria de las bebidas alcohólicas, los microorganismos, y en especial las levaduras, han permitido desarrollar una inmensa gama de productos y sub productos tales como, vinos, cervezas, hidromieles, sidras, sake, whisky, gin, vodka, entre otros, y que hoy en día están presentes en nuestra mesa y en nuestra vida social.
El fortaleciente uso de los microorganismos en la industria de bebidas alcohólicas ha dejado en evidencia la necesidad de mantenerlos en forma pura y viable, asegurando que las características que los hacen importantes permanezcan inalterables en el tiempo. En este punto, el concepto de preservación de microorganismos, entendiéndose como la acción de mantener cultivos microbianos puros por períodos de tiempo prolongados de forma viable y sin cambios genéticos, toma un papel relevante en esta industria, al igual que las buenas prácticas de manufactura y de higiene en el lugar de producción.
Este artículo se enfocará en revisar las buenas prácticas, técnicas y conceptos generales de mantención, reutilización y preservación de levaduras en la producción de cerveza, ya que su correcta implementación da garantías de obtener un producto estable y libre de contaminaciones indeseadas, entregando reproducibilidad en cada lote de producción de cerveza.
Métodos de preservación de levaduras
Existen diversos métodos de preservación de levaduras y cuya utilización dependerá de cómo esté organizado el proceso productivo y de las capacidades que tenga la fábrica, tanto en ámbitos operacionales como en capacidad humana profesional. Los métodos de preservación se pueden clasificar de acuerdo a si el microorganismo queda preservado de forma metabólicamente inactiva o de forma metabólicamente activa.
En el primer caso, la criopreservación y la liofilización son los métodos más utilizados para preservación de levaduras. El método de liofilización se basa en la sublimación del agua en estado sólido, fenómeno físico que ocurre a muy baja presión, y que se puede llevar a cabo en un equipo llamado liofilizador conectado a una bomba generadora de vacío. El microorganismo queda en forma de polvo seco, el cual puede ser almacenado por períodos prolongados. La criopreservación, por otro lado, requiere de congeladores que puedan disminuir la temperatura de su interior, idealmente, hasta alcanzar temperaturas entre –80 °C y –150 °C. Un segundo método de congelación es la utilización de nitrógeno líquido, el cual permite alcanzar temperaturas inferiores a –190 °C, para ello es necesario adquirir un tanque para nitrógeno líquido y suministrar de nitrógeno líquido periódicamente para compensar la evaporación del nitrógeno. Para garantizar la preservación por largos períodos de tiempo, se recomienda el uso de temperaturas inferiores a –150 °C. Las temperaturas entre 4 °C y –20 °C, como las usualmente encontradas en los refrigeradores del hogar, no representan un lugar ideal de preservación de levaduras en el largo plazo, sólo son útiles para períodos muy cortos de tiempo, por ejemplo, a escala de algunas semanas.
Las ventajas de estos métodos, es que se garantizan largos períodos de preservación, donde la actividad metabólica microbiana se mantiene inactiva, ocurren casi nulos cambios a nivel genético y se disminuye el riesgo de contaminación. Dentro de las desventajas está que se requiere de equipamiento sofisticado para la preservación y de personal capacitado para realizar estas labores, además, se requiere realizar varios pasos para la regeneración de un cultivo viable.
Normalmente, en las fábricas de producción de cerveza que no tienen protocolos establecidos para la preservación a largo plazo de microorganismos, se realiza la transferencia periódica de los cultivos a un medio de cultivo fresco para permitir la continuidad de la viabilidad del cultivo. Este tipo de práctica corresponde a un método de preservación metabólicamente activa y está condicionada por la calidad de los protocolos de higiene establecidos, para evitar la contaminación del cultivo, y a las capacidades técnicas del personal a cargo de la manipulación de los microorganismos. Dentro de las ventajas de este método es que es simple de realizar, no se requiere equipamiento especializado y el cultivo es fácil de recuperar, sin embargo, existe un alto riesgo de contaminación, pueden ocurrir cambios en las características genéticas y bioquímica del microorganismo, lo cual es indeseado cuando se trata de mantener los procesos de fermentación de forma reproducible para obtener un producto de calidad muy similar lote a lote. Si las levaduras son mantenidas a 4 °C, necesariamente se deben realizar traspasos a un medio de cultivo nuevo para mantenerlas viables, lo cual, en un corto plazo, podría llevar a una diferencia en el resultado del producto fermentado debido a posibles modificaciones genéticas en la levadura, dada la adaptación de las mismas a las condiciones del proceso o a una contaminación del inóculo.
Reutilización de levaduras
El hecho de poder tomar un subproducto de la fermentación de cerveza, como es el caso de las levaduras, guardarlo y reutilizarlo en fermentaciones sucesivas es una gran ventaja. A nivel industrial, para lograr productos repetibles y de buena calidad, hay una serie de necesidades que los productores deben cubrir, tales como: asegurar una adecuada nutrición a las levaduras, seguir estrictos protocolos de limpieza y desinfección que tenga cada fábrica, y seleccionar las correctas metodologías de mantención de microorganismos, para así evitar perdidas de producciones por mala calidad, fermentaciones detenidas y/o posibles contaminaciones. Para la elección de un método de mantención, se debe tener especial cuidado en los parámetros de viabilidad, pureza y estabilidad de las propiedades de la célula. Para ello, se debe tener conocimiento acerca del (los) microorganismo(s) que se utiliza(n) en la fábrica, para así poder establecer parámetros comparativos entre una fermentación y otra.
Si el objetivo de la cervecería es mantener los microorganismos para su reutilización, la recomendación es fijar un número determinado de reutilizaciones, es decir 3, 4, 8 ó 10 reutilizaciones, la cual va a depender de la técnica empleada para llevarla a cabo y de las correspondientes medidas de seguridad para los microorganismos, por ejemplo, protección ante el estrés producido por el proceso fermentativo, por posibles mutaciones y/o contaminaciones que puedan ocurrir en el fermentador, o bien por un estrés fermentativo del proceso mismo por cambios extremos en las condiciones. Cuando se haya pasado el límite de reutilizaciones fijado, se recomienda concurrir al proveedor de levadura más cercano y con ello asegurar que el microorganismo adquirido es una generación fresca, con mayor viabilidad, y de pureza garantizada, lo que conllevará a una mejor calidad de las fermentaciones y reiniciará el contador de reutilización a cero. Esto, para asegurar en gran medida la estabilidad en los diferentes procesos fermentativos que se le exija a las levaduras en las cervecerías, y con ello, la estabilidad en el producto final, la cerveza.
Buenas prácticas de manufactura (BPM)
La finalidad de establecer buenas prácticas de manufactura (BPM) es delinear las prácticas de trabajo seguro para el desarrollo de actividades que implican riesgo biológico en la cervecería. Esto se logra a través de la estandarización de procesos y normas que den cumplimiento a las normas de bioseguridad, con el fin de reducir accidentes de trabajo y/o contaminaciones del proceso productivo. Algunas de buenas prácticas a considerar en la fábrica son:
Higiene
Al trabajar con productos para consumo humano, siempre es necesario mantener un elevado nivel de higiene. Para poder llegar a esto es necesario limpiar y desinfectar todos los sectores donde se realiza la elaboración de las bebidas, correspondiente a equipos, utensilios, pisos, paredes, etc.
Los operarios y trabajadores deben conocer en profundidad su rol como manipulador de bebidas y deben ser capacitados en BPM, en microbiología y sobre seguridad biológica, desde el primer día de trabajo en la planta de elaboración.
Inoculación
Para inocular los microorganismos en una nueva fermentación, se deben considerar los siguientes puntos:
a) Tener los instrumentos de trabajo previamente limpios y desinfectados.
b) Trabajar bajo un sistema cerrado de inyección/inoculación (de mosto y levaduras).
c) Si el pitching rate es adecuado, se pueden inocular los microorganismos en un rango de temperatura no más allá de 4 ºC de la diferencia de temperatura de fermentación.
d) Dejar la válvula de salida de CO2 sumergida en ácido peracético concentrado.
Mantención de microorganismos
Una vez establecidos los procedimientos de limpieza, desinfección e inoculación, es necesario validarlos, para luego recién poder comenzar con un plan de mantención y reutilización de microorganismos en fábrica. Se debe poner especial atención a los cuidados del microorganismo utilizado en el proceso de elaboración de cerveza, por lo cual, los parámetros más importantes a considerar son:
a) Nutrir al microorganismo al inicio de la fermentación.
b) Hacer despiches periódicos durante el proceso fermentativo.
c) Tener disponibilidad de bajar la temperatura del fermentador, para así producir la decantación y/o incorporación de CO2 al fermentador.
Luego, se deben adaptar los protocolos dependiendo de las recetas que se produzcan en la fábrica y en función de que la mantención de los microorganismos sea por periodos cortos, por ejemplo 1 a 2 días, o bien, que dado los ciclos productivos de las recetas que se reutilizará en la fábrica, las levaduras deban permanecer más tiempo en mantención. Para esto, se debe asegurar de tener un adecuado sistema de frío, donde se pueda mantener la temperatura lo mas cercana a cero.
Recuperación de levaduras
Las levaduras deben ser cosechadas en un sistema cerrado, evitando que el oxígeno entre en contacto con las levaduras en su mantenedor, posteriormente, estas se deben mantener a una temperatura cercana a los 2 ºC.
Implementación de técnicas de preservación de levaduras
La mantención del proceso de fermentación bajo control se puede lograr una vez conocidos todos los puntos críticos del proceso de producción de cerveza. Un aspecto importante del proceso es mantener libre de contaminantes el mosto de fermentación y, para ello, además de los protocolos de limpieza descritos anteriormente, se debe considerar el origen de la levadura empleada.
Las levaduras adquiridas desde proveedores comerciales poseen una descripción de cómo utilizarlas y muchas veces los productores, con la intención de ahorrar, utilizan una menor cantidad a la indicada o reservan parte de lo que sobra para un siguiente lote. Esto trae consigo algunas consecuencias indeseadas, por ejemplo, no lograr la densidad objetivo en el producto final y, al mismo tiempo, amenazar la inocuidad del proceso lo cual puede llevar a contaminaciones. Siempre se recomienda utilizar las levaduras comerciales de acuerdo a las recomendaciones del fabricante, evitando usar una menor cantidad de levadura o recibir productos con sus sellos adulterados. Para el caso de levaduras propias o que se tenga una licencia de uso en el proceso productivo, se recomienda preservar el microorganismo en lugares especializados para estos fines, como por ejemplo la Colección Chilena de Recursos Genéticos Microbianos (CChRGM) del Instituto de Investigaciones Agropecuarias y asesorarse por profesionales especializados del rubro cervecero como, por ejemplo, Patagonian Yeast.
Servicios de preservación de levaduras de la CChRGM
La Colección Chilena de Recursos Genéticos Microbianos (CChRGM) es una colección de cultivos de microorganismos que se encuentra en el Instituto de Investigaciones Agropecuarias en la ciudad de Chillán. La CChRGM se dedica a la preservación de microorganismos a largo plazo por métodos de liofilización y criopreservación, servicio que se ajusta a las necesidades de cada cliente. En este lugar trabaja personal especializado en manejo de técnicas de microbiología y posee instalaciones y equipamiento necesarios para garantizar la preservación de microorganismos a través de estos dos sistemas. La CChRGM ofrece servicios de preservación de microorganismos a la comunidad industrial en las categorías de depósito privado y privado para fines de patentamiento.
En ambos casos, tanto el microorganismo como su información sólo pueden ser solicitadas por el depositante y nadie más tiene acceso a estos, lo cual se alinea con los requerimientos del sector industrial. Es importante mencionar que la categoría de depósito privado para fines de patentamiento sólo puede ser ofrecido por colecciones de cultivos que tengan la categoría de Autoridad Internacional de Depósito (IDA), otorgada por la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (OMPI). La CChRGM posee esta categoría, siendo la primera IDA de toda América Latina, la única en Chile y en América del Sur. Si tienes dudas sobre cómo acceder a este u otro tipo de depósitos, no dudes en escribirnos un correo a curador.brgm@inia.cl.
Servicios de propagación, innovación y asesoría en fermentaciones de Patagonian Yeast
Patagonian Yeast es una empresa dedicada a la investigación y desarrollo en tecnología de fermentaciones para la industria alimentaria y de bebidas. La empresa cuenta con una colección de cultivos de microorganismos endémicos de la zona austral de Chile, actualmente aislados, domesticados, caracterizados, validados y registrados tanto en la CChRGM como en el Reino Unido. La empresa, aisló las primeras levaduras cerveceras de Chile, reconocimiento que se le brindó a nivel nacional e internacional a su fundadora en el año 2015 y 2017. Desde sus inicios, la empresa mantiene un compromiso activo en proveer el mejor servicio para sus clientes, a través de la búsqueda, creación y adaptación constante de mejores prácticas y tecnologías que permitan asegurar la calidad de sus fermentaciones, impulsando con esto, el desarrollo de la revolución fermentativa que se requiere en Latinoamérica. Hoy, Patagonian Yeast está dedicado al desarrollo de biotecnologías que respondan a las necesidades productivas de la industria y a la innovación que el consumidor requiere, entregando nuevos microorganismos, desarrollo constante de innovaciones a través de asesorías y puesta en marcha de protocolos y laboratorios de control de calidad a las diferentes empresas con las que trabaja. Contáctanos para más información sobre nuestras levaduras y asesorías en protocolización, innovación, mantención y reutilización de levaduras, escríbenos a info@patagonianyeast.com
Conclusiones
Los productores de bebidas fermentadas han utilizado levadura en la elaboración de bebidas alcohólicas desde mucho antes que supieran que eran las levaduras las responsables de la producción de sus bebidas. Gracias a la reutilización y descubrimiento continuo de levaduras, es que hoy tenemos una impresionante variedad genética de cepas, específicamente seleccionadas para cada fermentado que queramos producir, ya sea cerveza, vinos, hidromiel, sidras, fermentados que se destilaran, fermentados sólidos (poolish), entre otros.
Cada vez que termina un proceso fermentativo, los microorganismos “terminan un ciclo”, donde ellos ya no son los mismos que se inocularon al inicio de la fermentación. Esto significa que, para lograr obtener características repetibles en cada lote de producción, se debe tener cuidado al momento de recolectar, almacenar e inocular la levadura. Siempre se debe hacer un correcto control de calidad, prestando particular atención a los parámetros de cuidado de los microorganismos, ya que un maestro cervecero puede obtener entre 3 a 10 generaciones de levadura de buena calidad para sus fermentaciones siguientes, si establece estrictos protocolos de Buenas Prácticas de Manufactura.
Si la viabilidad de las células de levadura es baja o el maestro cervecero comienza a notar diferencias en la calidad de sus lotes, es momento de tomar una pausa y pensar en los posibles problemas que puedan haber afectado su producción. Lo más probable es que se deba reemplazar algunos de los insumos, entre ellos la levadura. Finalmente, si se quiere implementar un programa de mantención y reutilización de levaduras en la fabrica, se debe tener presente que los microorganismos están presentes en el aire, asociados a partículas de polvo, pequeñas gotas de humedad, y siempre donde hay algo donde puedan alimentarse. También pueden ser transportados por insectos. Por lo que se debe hacer todo lo posible para mantener el ambiente de elaboración de cerveza lo más limpio posible y minimizar la entrada de polvo desde el exterior o desde el lugar de la molienda de granos.
Le recomendamos a todos los maestros cerveceros a considerar estos consejo y resguardar sus levaduras en su estado original en instituciones que se dediquen a este tipo de actividades como es el caso de la Colección Chilena de Recursos Genéticos Microbianos y atreverse a utilizar nuevas levaduras en sus procesos como son las ofrecidas por Patagonian Yeast, dándole un sello original a sus procesos de producción y mejorando la calidad de sus productos finales.
Autores
Victoria Lobos, Directora de Investigación, Innovación y Desarrollo, Patagonian Yeast.
Directora de Producción Microbiológica en Bio Dream.
Jean Franco Castro, Curador Colección Chilena de Recursos Genéticos (CChRGM), Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA).
Bioingeniero de la Universidad de Concepción y Doctor en Ingeniería Química y Biotecnología de la Universidad de Chile. Actualmente se desempeña como curador de la Colección Chilena de Recursos Genéticos Microbianos del Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional de Investigación Quilamapu.