PRODUCCIÓN DE LEVADURASPRODUCCIÓN DE LEVADURAS

Adriana ArenasAdriana ArenasCarolina MartínezCarolina Martínez

Erika CharaErika CharaFelipe NasnerFelipe Nasner

Técnico en Producción de Técnico en Producción de Biocombustibles y AlcoholesBiocombustibles y Alcoholes

LEVADURASLEVADURAS

INTRODUCCIÓN• Las levaduras son organismos pertenecientes al

reino de los hongos: Como tales, son organismos heterotróficos por el hecho de que solo pueden alimentarse de materia ya preformada (como nosotros los mamíferos), al contrario que las plantas, que son organismos autotróficos y que al estar dotadas de clorofila pueden utilizar la energía del sol juntamente con el aire y el agua para obtener todos los nutrientes.

• Las levaduras están distribuidas en casi todos los hábitats naturales. Son comunes en las hojas de las plantas y en las flores, también se encuentran en la superficie de la piel y en el tracto intestinal de los animales de sangre caliente donde pueden vivir en simbiosis o como parásitos.

• Se encuentran en los suelos y en el agua salada donde contribuyen a la descomposición de plantas y algas. Son muy parecidas a bacterias pero macroscópicamente son más cremosas, de colores blancos, beiges o algunas son rosadas porque tienen carotenoides. La manipulación es muy similar a las bacterias. Son ubicuos (en muchos hábitats). Algunas especies tienen un hábitat muy restringido. Algunas sólo crecen sobre azúcares, otras sólo sobre mucosas. Al microscopio se ven células de diferente forma (esférica o alargada) y se debe ver alguna gema (célula con otra al lado o encima)

• En la actualidad su uso es de gran importancia para los estudios en el área de la biotecnología y su aplicación en el mundo de la industria.

MORFOLOGÍA BASICA• Suelen ser esféricos, alargados, Tienen tendencia a

depositarse en el fondo del líquido o flotar. • La mayoría de las levaduras tienen un ciclo de

reproducción asexual por gemación. Algunas tienen una reproducción asexual por fisión binaria.

• Crecen más rápido que los hongos pero hace falta 48 horas como mínimo.

CARACTERÍSTICAS FISIOLÓGICAS Y BIOQUÍMICAS

• Participan en procesos que tardan entre 24-48 horas

• muchas son parecidas a las de las bacterias.• Crecen a temperaturas aproximadas a 32ºC.• Resistencia a actidiona o ciclohexidina.• Fermentación de carbohidratos.• Pruebas de asimilación de carbohidratos.• Están muy estandarizadas

PRODUCCIÓN DE PRODUCCIÓN DE LEVADURASLEVADURAS

UTILIZACIÓN DE LEVADURAUTILIZACIÓN DE LEVADURA• las levaduras mas conocidas y comercializadas

actualmente son las especies y cepas relacionadas con la Saccharomyces cerevisiae.

• Este organismo ha sido largamente utilizado para fermentar azúcares del arroz, del trigo, de la cebada y del maíz, para la producción de bebidas alcohólicas y en la industria de panificación para expandir o aumentar la masa. Saccharomyces cerevisiae es comúnmente usada como levadura en el pan y para algunos tipos de fermentación.

• Los extractos de levadura se administran a menudo como suplemento vitamínico ya que están constituidas en un 50% por proteínas y son fuente importante de vitaminas B, niacina, y ácido fólico.

TIPOS DE LEVADURA EN LA TIPOS DE LEVADURA EN LA PRODUCCIÓN INDUSTRIALPRODUCCIÓN INDUSTRIAL

• Los dos principales tipos de levaduras que se producen a nivel mundial son la levadura fresca y la levadura seca.

• En general la levadura fresca se utiliza en panaderías. La levadura seca se utiliza a nivel doméstico y actualmente se implementa en la industria de la fermentación.

• La levadura fresca contiene un 70% de humedad y su duración aproximada es de 1 mes. Dentro de las levaduras secas se distinguen dos tipos diferentes, la levadura seca instantánea, y la levadura seca activa o tradicional.

TIPOS DE LEVADURA EN LA TIPOS DE LEVADURA EN LA PRODUCCIÓN INDUSTRIALPRODUCCIÓN INDUSTRIAL

• La levadura seca instantánea se produce a partir de una cepa más reactiva que la utilizada en la levadura activa; contiene un 5% de humedad, tiene una duración de 24 meses y se adiciona directamente a la harina.

• La levadura seca activa o tradicional contiene un 8% de humedad, una duración de 12 meses, y debe ser disuelta en agua caliente antes de su uso.

• El proceso de producción consiste básicamente en la propagación de la levadura adecuada (Saccharomyces cerevisae) en un sustrato de melaza, sales minerales y vitaminas.

PROCESO DE PRODUCCIÓN PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LEVADURA EN LA DE LEVADURA EN LA

INDUSTRIAINDUSTRIA

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LEVADURAS

reactores de fermentaciónlevadura del último reactormezcla en salmuera 30 min

agua helada (agitación)realizado al vacio

mezcla con emulsificantes y aceites

extracción, corte y embalaje

• Crecimiento o propagación

• Centrifugado • Deshidratado • Lavado • Filtrado • Preparación para el

comercio • Empaque

MATERIA PRIMASMATERIA PRIMAS• Las principales materias primas usadas en la

fabricación de levadura panadera son el cultivo puro de levadura y la melaza. La cepa de levadura utilizada para producir la levadura fresca es la Saccharomyces cerevisiae.

• La melaza de caña de azúcar y de remolacha son las principales fuentes de carbono que promueven el crecimiento de la levadura. La melaza contiene entre 45 a 55% en peso de azúcares fermentables.

• el pH entre 4,5 y 5,0 porque una mezcla alcalina promueve el crecimiento de bacterias. El crecimiento de bacterias ocurre bajo las mismas condiciones que el crecimiento de la levadura, y esto hace que el monitoreo del pH sea muy importante.

• La melaza es clarificada, con el fin de eliminar cualquier impureza; luego el mosto (melaza clarificada y diluida con el pH ajustado) se esteriliza con vapor a alta presión. Después de la esterilización, se diluye con agua y se mantiene en un estanque hasta que se necesite en el proceso de fermentación.

• La producción de levadura requiere además de una variedad de nutrientes esenciales y vitaminas. Entre los nutrientes y minerales necesarios están el nitrógeno, potasio, fosfato, magnesio, y calcio; y trazas de fierro, cinc, cobre, etc. Las vitaminas utilizadas en la producción de levadura son la biotina, inositol, ácido pantoténico y tiamina.

FERMENTACIÓNFERMENTACIÓN• La levadura crece en una serie de fermentadores. Estos

fermentadores son operados bajo condiciones aeróbicas (en presencia de oxígeno libre o exceso de aire), puesto que bajo condiciones anaeróbicas (limitación o ausencia de oxígeno) los azúcares fermentables son consumidos en la formación de etanol y dióxido de carbono, lo cual resulta en bajos rendimientos de levadura. Este proceso de fermentación aeróbico es exotérmico, lo cual implica que el fermentador debe ser enfriado para mantener la temperatura bajo 30ºC, mediante agua de refrigeración, consiguiendo así la temperatura óptima de crecimiento.

• Este proceso comprende un conjunto de 4 etapas para una producción optima y de alto rendimiento de celular.

FERMENTACIÓN – ETAPA 1FERMENTACIÓN – ETAPA 1

• La etapa inicial del crecimiento de la levadura tiene lugar en el laboratorio.

• Una porción de cepas de levadura (levadura madre) se mezcla con el mosto de la melaza en frascos esterilizados, y se deja crecer por 2 a 4 días. El contenido completo del frasco se usa para inocular el primer fermentador en la etapa del cultivo puro (siembra inicial).

• La fermentación del cultivo puro se realiza en fermentadores batch donde la levadura crece por un período de 13 a 24 horas; es usual que se usen dos fermentadores en esta etapa

FERMENTACIÓN – ETAPA 2FERMENTACIÓN – ETAPA 2• A continuación, el cultivo puro fermentado, o

levadura de siembra, es transferido a un fermentador intermedio, y posteriormente pasa a la etapa de la fermentación “stock”, donde se aumenta la alimentación con una buena aireación.

• Esta etapa es llamada “stock”, porque después que la fermentación se completa, la levadura es separada del medio de cultivo por centrifugación, produciendo la levadura “stock” para la próxima etapa.

FERMENTACIÓN – ETAPA 3FERMENTACIÓN – ETAPA 3

• En esta nueva etapa, denominada fermentación “pitch”, se realiza una aireación fuerte y se incrementa la adición de melaza y nutrientes, y se produce la levadura “pitch” para la última etapa de la fermentación.

• Alternativamente, la levadura producida en esta etapa se puede centrifugar y almacenar por varios días antes de ser utilizada en la última etapa de fermentación (“trade fermentation”).

FERMENTACIÓN – ETAPA 4FERMENTACIÓN – ETAPA 4• La etapa final de la fermentación tiene el grado de

aireación más alta, y se incrementa la alimentación de melaza y nutrientes.

• Esta etapa tiene una duración que varía entre 11 y 15 horas.

• Después que toda la melaza y los nutrientes son adicionados, el líquido es aireado por un período adicional de 0,5 a 1 hora para permitir la total maduración de la levadura, permitiendo así una mayor estabilidad para el almacenamiento refrigerado.

COSECHA Y EMBALAJECOSECHA Y EMBALAJE• Una vez que se ha alcanzado el crecimiento óptimo

de levadura, ésta es recuperada desde el fermentador final mediante separación centrífuga. Luego la levadura se lava en un filtro rotatorio con agua helada para retirar la sal agregada antes de filtrar para obtener una mejor deshidratación.

• En la producción de levadura fresca, se agregan sustancias emulsionantes para darle a la levadura una apariencia cremosa y blanca. También se adiciona una cantidad de aceite, generalmente de soya, para ayudar a la formación de una banda continua de levadura a través de los extrusores. Posteriormente esta banda se corta, y la levadura es envuelta y enfriada bajo 8 ºC, hasta su despacho en camiones refrigerados.

• En la producción de levadura seca, el producto es enviado a los extrusores después de la filtración, donde se adicionan sustancias emulsionantes y aceites (diferentes de aquellos usados en la levadura fresca) para texturizar la levadura y para ayudar a la extrusión. Después que la levadura es extruida en bandas finas, se seca en sistemas de secado batch o continuos. A continuación, la levadura es empaquetada al vacío bajo una atmósfera de nitrógeno, antes del sellado en caliente. La levadura seca, tanto activa como instantánea, se conserva a temperatura ambiente entre uno a dos años

BIOQUÍMICA DE LA BIOQUÍMICA DE LA PRODUCCIÓN DE PRODUCCIÓN DE

LEVADURALEVADURA

• La producción de levadura depende de la habilidad de la Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae de asimilar el nitrógeno inorgánico y de crecer vía respiración en lugar de vía fermentación.

• La asimilación del nitrógeno inorgánico es importante porque esto permite a la levadura ser cultivada con melaza, una fuente económica de azucares y otros nutrientes.

• Las melazas son relativamente bajas en nitrógeno y debe ser suplementado de modo que la levadura pueda sintetizar la proteína y otros constituyentes celulares que necesitan para crecer. Ya que Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae puede usar nitrógeno inorgánico, una combinación de amonia y sales de amonia son suministradas para proveer de una fuente económica de nitrógeno y control de Ph.

• La reproducción vía respiración es importante porque es alrededor de dieciocho (18) veces mas eficiente que el de vía fermentación al convertir azúcar en levadura.

• La tendencia de la levadura al reproducirse vía respiración cuando grandes cantidades de oxigeno está presentes, se le conoce como efecto PasteurPasteur. La tendencia de la levadura al reproducirse vía fermentación cuando grandes cantidades de azúcar están presentes se le conoce como efecto CrabtreeCrabtree.

• La combinación de los efectos Pasteur y Crabtree en Saccharomyces cervisiaeSaccharomyces cervisiae es la razón por la que los productores comerciales de levadura usen alta aireación y dosis increméntales de alimento, para mantener un alto nivel de oxigeno y un bajo nivel de azúcar a través proceso de producción

PRODUCTO TERMINADOPRODUCTO TERMINADO

COMPOSICIÓN COMPOSICIÓN • La levadura comprimida contiene alrededor de un

70% de agua y 30% de sólidos de levadura. De los sólidos de levadura, alrededor de un 50% es proteína, 40% son carbohidratos, y el resto son grasa y cenizas. El contenido de sólidos puede variar desde un 27% a un 33%, dependiendo de cómo sea filtrada esta. A mayor concentración de sólidos, mayor será la actividad. El nivel de proteínas puede variar de un 45% a un 60%, y el nivel de carbohidratos de un 30% a un 45%, dependiendo esto de que tan rápido fue el proceso de cultivo. Altas velocidades de cultivo generan alto nivel de proteína, alta actividad, bajos niveles de carbohidratos, y baja estabilidad. Una lenta velocidad de cultivo genera bajos niveles de proteína, baja actividad, alto nivel de carbohidratos y alta estabilidad.

PUREZA PUREZA • La levadura es cultivada bajo condiciones sanitarias

para asegurar que la cepa se mantenga pura y que no se presenten organismos dañinos. A mejores condiciones sanitarias, menos etapas de fermentación, y bajos Ph en la fermentación genera menores niveles de contaminación. Todos los productos deben estar libres de Salmonela, Listeria y E. Coli, con bajos niveles de coliformes y otros microorganismos indicadores. Las bacterias ácido lácticas y levadura salvaje están siempre presentes ya que son comunes en el ambiente y crecen bajo las mismas condiciones que la levadura panadera. Niveles normales de esos microorganismos no son un problema ya que estos están presentes de manera natural en la harina, y las células de levadura panadera las rebasan en gran cantidad.

APARIENCIAAPARIENCIA• La levadura comprimida puede variar de un color café

obscuro hasta uno casi blanco, y la textura varia desde una desmoronable hasta una pegajosa. La apariencia se ve afectada por la cepa de levadura, fuente de la melaza, condiciones de fermentación, ayudas en el proceso, nivel de humedad, y la edad. Los bajos niveles de Ph en la fermentación producen alta pureza pero la levadura es obscura. Los emulsificantes generan color blanco y el almacenamiento en congelación produce una textura blandengue. Altas humedades obscurecen la levadura pero no afecta el desempeño, solo reduce el porcentaje de sólidos. El tiempo de almacenaje, la temperatura, y el oxigeno hacen a la levadura obscura y gomosa y reducen su nivel de desempeño.

EQUIPOS INDUSTRIALES EQUIPOS INDUSTRIALES PARA LA PRODUCCIÓN PARA LA PRODUCCIÓN

DE LEVADURASDE LEVADURAS

DESHIDRATADORA DE CREMA DESHIDRATADORA DE CREMA PARA LA PREPARACIÓN DE PARA LA PREPARACIÓN DE

LEVADURA FRESCALEVADURA FRESCA

LÍNEAS COMPLETAS Y LÍNEAS COMPLETAS Y AUTOMÁTICAS DE AUTOMÁTICAS DE EMPAQUETADOEMPAQUETADO

TANQUES DE FERMENTACIÓN CON TANQUES DE FERMENTACIÓN CON CONTROL DE TEMPERATURA CONTROL DE TEMPERATURA

GENERACION DE RESIDUOS GENERACION DE RESIDUOS Y Y

ASPECTOS AMBIENTALESASPECTOS AMBIENTALES

GENERACION DE RESIDUOS • La producción de levadura para panificación genera

principalmente cantidades significativas de residuos líquidos, emisiones de compuestos orgánicos volátiles responsables de los olores, y ruidos. Los denominados compuestos orgánicos volátiles (COVs) son generados principalmente como subproductos del proceso de fermentación, y están conformados básicamente por etanol y acetaldehído.

• Las fuentes responsables de estas emisiones son:

DESCARGA DE RESIDUOS LÍQUIDOSDESCARGA DE RESIDUOS LÍQUIDOS• Aguas de proceso provenientes de la separación del

mosto de levadura y posterior lavado (centrifugación), y del sistema de filtrado para generar levadura 30% materia seca (filtros rotatorios o filtros prensa).

• Agua de refrigeración.• Descargas eventuales de productos que no cumplen con

requerimientos de calidad, con una alta carga contaminante.

• Aguas de lavado y desinfección de maquinarias y lugares de trabajo.

• Aguas de baños, duchas y casino.

EMISIONES ATMOSFÉRICASEMISIONES ATMOSFÉRICAS

• Partículas y gases de combustión generadas por calderas.

• Compuestos orgánicos volátiles (COV) proveniente de los fermentadores, de la etapa de secado final de la levadura, y de las eventuales plantas de tratamiento de residuos industriales líquidos.

• Olores provenientes en general de toda la línea del proceso.

GENERACIÓN DE RUIDOS Y GENERACIÓN DE RUIDOS Y VIBRACIONESVIBRACIONES

• Compresores de aire para fermentadores.• Centrífugas de separación de sólidos.

ENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOSENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS• Barro proveniente de la clarificación y limpieza del tanque mezclador de melaza.• Envases de cartón (retirados por empresa de aseo).• Aceites usados (entregados a terceros).• En caso de calderas a carbón se genera negro de humo y escorias (entregados a terceros).

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA• www.cerveceroscaseros.com.ar/infobaslev• www.cuinant.com/elllevat1.htm• http://canalh.net/webs/sgonzalez002/Micologia/

LEVADURAS.apt.htm• http://www.lallemandmexico.com/pdf/LBU-01-

09.pdf• www.proconor.com • www.sofofa.cl/ambiente/documentos/Fabricaci

%F3n%20de%20Levadura.pdf• www.cuinant.com/elllevat1.htm• www.science.oas.org/Simbio/mbio_ind/cap8_mi.pdf

GRACIAS