La leva y el estrés de medio

 

En biología, cuando hablamos de estrés no nos referimos a ese agobio con sudoración que experimentamos las personas en ocasiones especialemente difíciles. El estrés en bioloía es referido a un ser vivo e implica una situación desfavorable para sus funciones vitales o su crecimiento.

Si nos paramos a valorar que efectos negativos sufren nuestras levaduras a lo largo de su vida en el uso que les damos como cerveceros caseros, los principales son tres:

El estrés por elevados niveles de alcohol,

El estres osmótico por ser sembrada en mostos densos en azúcares

El estres por los cambios de temperaturas

Una levadura casera se deberá enfrentar a todos estos factores, por mucho que nosotros la mimemos. Invariablemente se deberá enfrentar al cambio de temperatura del medio de almacenamiento al de trabajo, de la elevada osmolaridad inicial del mosto a la baja osmolaridad final de la birra y de un medio sin alcohol a un medio con concentraciones de alcohól elevadas.

Entender mejor el estrés que suponen todas esta situaciones para nuestra pequeña a amiga, y como se adapta a cada una de ellas nos permitirá tratar de aportarle, en cada fase, las mejores condiciones posibles, que nos permitan trabajar con una levadura sana y abundante.

La toxicidad del alcohol y el desarrollo de la tolerancia a este

Sabemos que el alcohol es tóxico, a determinadas dosis, para nosotros y para nuestra leva. ¿Pero como afecta el etanol a las células de levadura? Principalmente por dos medios.

El etanol altera la fluidez y permeabilidad de las membranas, dificultando o imposibilitando la absorción de nutrientes. También produce un descenso del ph intracelular, con lo que algunas enzimas necesarias dejan de estar activas.

La célula responde al etanol produciendo una membrana rica en ácidos grasos insaturados y ergosterol, aumentando el contenido de los primeros en aproximadamente dos veces mientras que de los últimos en hasta 18 veces (Ciesarova, Sajibidor et al., 1996).”

La tolerancia al etanol es dependiente de la habilidad de la célula para exportar el etanol del interior al medio externo, un proceso que depende de la composición de la membrana y de su fluidez (Reed, Nagodawithana, 1988).”

Las cepas alcoholtolerantes son capaces de adaptarse a este medio rico en etanol alterando la composición de ácidos grasos y esteroles de sus membranas. Por ello la cantidad necesaria de oxigeno disuelto será mayor cuanto mayor sea la densidad original del mosto.

O dicho de otro modo: En un medio oxigenado la leva es capaz adaptar mejor la fluidez de su membrana (sintetizando ergosteroles) para así absorber mejor nutrientes y eliminar mejor el alcohol del interior de su cuerpo. A mayor capacidad par hacer esto, mayor tolerancia tendrá la levadura al alcohol.

La temperatura también influye en el efecto tóxico del alcohol sobre la leva. Valores de temperatura extremos en el rango de trabajo de la levadura, incrementan su sensibilidad al alcohol. Según algunos artículos, se consideran valores extremos los menores a 13ºC y los superiores a 27ºC, para las cepas ale.

Digamos pues que las fementaciones “a la Belga” (de 24ºC hasta 28ºC) o los secundarios precoces en frío (menores a 12-14ºC) en cervezas de alta graduación (DO>1065) requerirán mayores cantidades iniciales de oxigeno disuelto para llegar a buen puerto y poder carbonatar el producto final con la leva de la fermentación, sin resiembra.

Por otro lado, la presencia de etanol en el momento de la inoculación alarga la fase de latencia, y este efecto se ve incrementado a temperaturas superiores al rango de trabajo de la cepa. Esto deberá ser considerado cuando sea necesario realizar una resiembra o repitch a la hora del carbonatado, evitando temperaturas superiores a 20-22ºC.

Estrés producido por la osmolaridad del mosto y la adaptación

Un ser vivo ha de poder mantener las condiciones de su medio interno detro de una estrecho margen. Esas condiciones serán las que permitan que sus procesos internos se desarrollen de forma adecuada. Alteraciones de esas condiciones, tanto de cantidad de agua, como de la relación entre la cantidad de esta y la cantidad de solutos (particulas en disolución) pueden llebar a provocar la incapacidad de que los procesos biologicos se llevan a cabo, deteniento la acción de las enzimas y provocando la muete del ser vivo.

La osmolaridad se define como la concentración absoluta de sustancias en una disolución. Si un medio tiene poca agua para mucho soluto tendrá una elevada osmolaridad. Y si por el contrario tiene mucha agua para poco soluto tendrá una baja osmolaridad. En nuestro caso, la osmolaridad del medio la va a determinar, sobre todo la cantidad de azucar en disolución en el mosto.

Si analizamos lo que la siembra supone para nuestra leva, vemos que esta está almacenada en un medio con una baja densidad (pensemos en la Df de una birra, digamos por ejemplo 1010), con poca azucar ya que gran parte se ha transformado en alcohol y gas. De pronto la inoculamos en un medio con gran densidad. La cantidad de sustancias (azúcar) disueltas en ese medio es alta (DO >1065 por ejemplo), por lo que su osmolaridad es alta.

Hay que entender que el agua, siempre viajará de una zona de baja osmolaridad a una de alta osmalaridad. Porque en bioquímica todos los medios buscan un equilibrio. Así que el agua buscara desplazarse de un medio a otro para igualar la concentración de solutos. Momento en que el agua dejará de moverse. Al inicio las dos zonas tenían osmolaridades diferentes, pero al final, las dos zonas tiene la misma osmolaridad. Se ha alcanzado un equilibrio.

Si ahora pensamos que una de las zonas es el medio y la otra es la levadura, podemos ver claro que un equilibrio puede ser contraproducente para un ser vivo, que necesita mantener las mismas condiciones internas para vivir, independiemtemente de los cambios en el medio. Así que para poder funcionar, la leva (o tu o yo) ha de tener siempre la misma osmolaridad en su interior.

Si el medio es rico en solutos y su osmolaridad es alta, la leva tendrá que ir aumentando poco a poco la cantidad de solutos de su citoplasma para mantener la cantidad de agua del interior, o irremediablemente perderá agua al exterior hasta quedar tan deshidratada que muere.

Si por el contrario el medio tiene una baja osmolaridad, la leva ha de ir expulsando solutos de su interior, o el agua comenzará a entrar en ella hasta hincharla y hacerla reventar. Literalmente.

Para adaptrase a distintas situaciones la leva sintetiza o elimina los llamados osmolitos. Los osmolitos son sustancias cuyo único interés es generar una gran fuerza a la hora de atraer el agua al interior de la celula. Es decir, generan presion osmótica positiva. El agua irá de fuera a dentro. Uno de los osmolitos que más sintetiza la leva es el glicerol.

Al verse expuesta a un medio rico en azucares, con una gran osmolaridad, la leva comienza a producir y almacenar glicerol. Mediante esta molécula trata de evitar la perdida de su agua interna al medio. Una vez sintetizado este, ajusta la osmolaridad de su medio interno de tal manera que pueda recuperar la cantidad de agua necesaria. Las funciones celulares se mantienen. Pero toda esta adaptación le lleva unas horas.

A una variación brusca de la osmolaridad del medio lo llamamos choque osmótico. Hemos visto como la leva puede adaptarse a un cambio de osmolaridad sintetizando (o elimimanado) glicerol. Pero tambien hemos visto que este proceso le cuesta unas horas. ¿Que ocurre pues cuando exponemos nuestro inóculo a un choque osmótico durante la siembra? Que la leva no tiene tiempo suficiente para producir glicerol. Así que comienza a perder agua, su membrana puede romperse y muchas células mueren. Las celulas supervivientes comienza su sintesis y se adaptan, pero el tamaño de nuestro inóculo se ha reducido drásticamente.

En nuestro primer supuesto, la perdida de osmolaridad del medio por consumo del azucar durante la fermentación, el cambio de osmolaridad del medio se produce paulatinamente. La leva va eliminanado lentamente glicerol y otros solutos y se va adecuando a la osmolaridad del medio.

Pero en nuestro segundo supuesto, la siembra en un mosto rico en azúcares, la leva pasa de forma rápida de un medio bajo en osmolaridad a otro de alta osmolaridad, sufre un choque osmótico y el tamaño del inóculo se reduce, incrementandose el periodo de latencia, el riesgo de contaminaciónes y la posibilidad de una fermentación incompleta.

Varios estudios demuestran que la celulas adaptadas a una mayor osmolaridad (mosto más concentrado) sobreviven mejor a un choque osmótico (pasarlas a un mosto más concentrado aún) De estos datos el cervecero casero ha se extraer que:

Es beneficioso escalar un estarter con adiciones sucesivas de mostos más concentrados cuando vamos a fermentar una cerveza de alta densidad. Así damos la oportunidad a la levadura de ir produciendo glicerol, lo que la prepara para “el gran salto”.

Hay que evitar los cambios bruscos. Recolectar un barro, lavarlo con agua (medio de muy baja osmolaridad) y acto seguido reinocularlo en un mosto de alta osmolaridad siempre supondrá un mayor estres osmótico. Amén que el agua tiene un Ph mucho más alto que la cerveza final, y no cuenta con alcohol como antiseptico natural. Parece recomendble recolectar pues la levadura con algo de cerveza finalizada como medio de almacenamiento, y realizar siempre escalones en el estarter para acomodar el cultivo, como mínimo cada 12h, a la osmolaridad final para dar tiempoa la sintesis de glicerol. Evidentemente esto será más importante cuanto mayor sea la osmolaridad del medio de destino.

No olvidemos que el glicerol es un ácido graso, por lo que mostos ricos en acidos grasos (aceite de oliva, turbio caliente) y bien oxigenados permitirán a la levadura ser capaz de sintetizarlo de forma más eficaz.

El cambio de osmolaridad será máximo cuando inoculemos directamente una levadura deshidratada. En este caso es recomendable rehidratar previamente, y realizar, como mínimo un starter de un solo paso.

Si reutilizamos barros, siempre es buena idea emplear una levadura en cerveza de densidad menor antes de pasarla a una cerveza de densidad mayor. Por ejemplo en Abbaye Rochefort emplean la levadura varias veces en su Rocherfort 6 antes de inocularla en la Rochefort 10 (o eso se explica en el libro “brew like a monk”), pero esto no deja de ser un starter escalonado a mayor escala.

El estres producido por los cambios de temperatura

Los seres vivos tiene un rango de temperatura optimo, en el que pueden realizar sus funciones celulares, tales como alimentarse, crecer y multiplicarse. Si comenzamos a incrementar la temperatura, esta llegará a un valor máximo, momento en el que el ser vivo sufre un sock termico. Esa será la tamperatura a la que ya no puede mantener sus funciones vitales y muere.

Segun un artículo: “An increase in cultivation temperature from 25 °C to 46 °C (lethal heat shock, LHS) resulted, during 10 min, in a rapid decrease in cell viability. However, a mild increase in incubation temperature from 25 °C to 37 °C or 41 °C (mild heat shock, MHS) induced cell tolerance to LHS and the cells were able to survive at 46 °C for up to 30 min. ” (http://www.med.muni.cz/biomedjournal/pdf/2000/06/381-392.pdf).

Estudios sobre el estres térmico de S. Cerevisiae demuestran que esta fallece si la temperatura del medio se eleva bruscamente desde 25ºC hasta 46ºC y se mantiene por 10 minutos. En este caso todo el cultivo muere.

Si por el contrario se eleva la temperatura del cultivo de 25ºC a un escalon intermedio de 37ºC a 41ºC, la misma cepa luego puede tolerar la temperatura máxima de 46ºC durante treinta minutos. Es decir, la leva tiene cierta capacidad, si se le da tiempo suficiente para que emplee sus mecanismos de defensa, para adaptarse al estrés termico.

Por ello, un cultivo de levadura tolerará mucho mejor un incremento paulatino de temperatura durante la fermentación, incluso si esta se eleva significativamente, que si el incremento ocurre de forma brusca.

Si analizamos varias curvas que representan la viabilidad de un cultivo de levadura en función de la temperatura del medio, vemos como esta se incrementa paulatinamente conforme aumentamos la temperatura hasta un valor máximo, momento en el que empieza a descender.

Tanto el aumento como el descenso de la viabilidad ocurre de manera paulatina, dando a la curva el aspecto de una campana de Gauss, donde el centro de la curva es el punto optimo de temeperatura para el crecimiento de la cepa, y los extremos de la misma las zonas donde este se ve más dificultado o se detiene. Hay que entender que esta misma gráfica, solo que variando las temperaturas de cada punto, puede ser elaborada para cualquier ser vivo, no solo para la leva.

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Si analizamos la grafica para la cepa que más se ajusta a las temperaturas de trabajo de nuestras levas, (la primera de todas) podemos ver como el punto optimo DE CRECIMIENTO se encuentra entre los 22 y los 26 grados y como por encima de 30ºC su viabilidad cae en picado, llegando a colapsar por encima de los 35ºC.

Remarco que es el punto optimo de CRECIEMIENTO para que no haya confusión de conceptos. No es el punto optimo de TRABAJO de nuestra cepa, punto al que aporta el perfil deseado a nuestar cerveza. Probablemente a esa temperatura, el perfil se pierda por exceso de Alcoholes superiores. Es tan solo el rango de temperatura al que nuestra leva crece mejor.

Hay que tener en cuenta que siempre es algo superior al punto optimo de trabajo, por lo que esos grados de más pueden dar lugar a romas no deseados en nuestra birra. En este artículo solo analizamos el efecto de la temperatura sobre el crecimiento de la levadura. En un artículo posterior analizaremos el efecto de la temperatura de fermentación en el perfil aromático que esta aporta a la cerveza.

La interpretación que podemos hacer de estos datos como cerveceros caseros es que nuestra levadura tiene muy poca capacidad para adaptarse a un cambio de temperatura brusco. Por ello, la diferencia de temperatura entre nuestro inóculo y nuestro mosto a la hora de la siembra tiene que ser lo menor posible.

Un vez más recalcamos la importancia del enfriado del mosto. Piensa que a veces consideramos un mosto a 30ºC como un mosto aceptablemente frío, por incapacidad de nuestro sistema de enfriado de bajar más o tedio de espera por el tiempo requerido, pero esos 8 ó 10 grados de más respecto a la temperatura de nuestro starter puede ser catastrófica para la viabilidad y tamaño de población de la levadura, lo que tendrá consecuencias negativas en la fase de latencia.

Al mismo tiempo la levadura puede tolerar mayores difrencias si se le permite acomodarse a un escalon de temperatura intermedio, o si las variaciones de temperatura ocurren paulatinamente (como suelen ser los incrementos a lo largo de la fermentación por el propio calor generado por las levas).

Si no eres capaz de enfriar tu mosto a una temperatura similar a la de tu starter, y mientras buscas un mejor modo de enfriarlo, tal vez te sea beneficioso elevar algunos grados la temperatura de este en las ultimas 24 horas. Teoricamente esto debería dar a tu levadura mejores posivilidaes de adaptación. Pero no hagas esto a la ligera. Incrementos de tan solo 4ºC durante la fermentación pueden destruir el perfil de la birra, así que lo ideal siempre será enfriar rápidamente el mosto a la temperatura de trabajo de la leva.

Valores de temperatura por encima de 30ºC pueden acabar con la viabilidad de la levadura, incluso aunque aumentes la temperatura paulatinamente, por lo que si fermentas “a la Belga” será mejor que no permitas que esta pase de 28ºC.

Conclusiones

Como conclusión te recomeindo que hagas lo que ya venias haciendo hasta ahora. Enfriar rápido hasta 20 grados y controlar la temperatura de la fermentación.

Realizar siempre un starter, hacerlo de forma escalonada incrementando el volumen y la concentración de los mostos, igualar o aproximar temperaturas y densidades de starter y medio en la siembra y oxigenar de forma abundante.

Evitar las temperaturas extremas, respetar la temperatura de trabajo de la leva y tener presente que el oxigeno no solo ayuda a crecer, sino que ayuda a tolerar todos los factores de estrés analizados aquí, puesto que es un elemento imprescindible para la síntesis de ácidos grasos y formación de la membrana celular, y será la membrana celular con lo que la leva se proteja de los cambios del medio.

Starter! Starter! Compren sus Starter! Damas y caballeros, no dejen pasar la oportunidad de incrementar la capacidad de multiplicación y fermentación de su levadura! Fermentaciones lentas? Levadura adormecida? El starter es la solución! Tendrá cervezas más refrescantes, en menos tiempo! Gane más por muy poco! No dejen pasar la oportunidad de poner un starter en su vida, hoy mismo!

 

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2 comentarios en “La leva y el estrés de medio

  1. Muy bueno el artículo, sí señor. Te has pegado la currada padre para recopilar toda esta información, y merece la pena tenerlo todo junto así. Sobre el estárter, para mi es fundamental en todas mis birras, incluidas las de baja densidad. Lo que diga la calculadora de Mr. Malty es lo que pongo, y con eso y oxígeno por ahora ningún problema. Normalmente fermentaciones de 3-4 días a temperatura que la mayoría considera “baja”, de entre 18ºC y 20ºC, incluso en birras de 1,070.

    Para el que le interese un vídeo de cómo hacer un estárter: http://cervezadegaraje.com/2014/05/16/como-hacer-un-estarter. A partir de ahora añadiré el meneo antes de poner en el stir plate 🙂

    ¡Salud!

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