ARROYO, Lorena HEINE, Rodolfo ROMANO, Eliana TOSCANO, Adriana

INTRODUCCION

Las levaduras son seres vivos, unicelulares, pertenecientes al reino de los hongos. Estos microorganismos tienen un papel importante en los procesos fermentativos, y comprenden un variado abanico de criaturas “especializadas” en panificación, vinificación, nutrición, usos farmacéuticos, usos cerveceros y destilería.

En todos los casos, la especie más comúnmente utilizada es la levadura de cerveza, cuyo nombre científico, Saccharomyces cerevisiae, indica que se trata de un hongo que fermenta el azúcar de los cereales (saccharomucus cerevisiae) para producir alcohol y dióxido de carbono.

CLASIFICACION COMERCIAL DE LA LEVADURA SEGÚN SU CONTENIDO DE HUMEDAD FINAL

Levadura fresca o prensada: contiene intramolecularmente un 70% de humedad y un 30% de sólidos. Su vida útil es de dos semanas y debe almacenarse refrigerada.

Levadura seca: contiene aproximadamente 10% de humedad intramolecularmente y, en consecuencia, un 90% de sólidos. Es la misma levadura fresca que se ha deshidratado. Tiene una vida útil de 6 meses y no es imprescindible refrigerarla. Requiere hidratación para su uso. Esta forma de presentación brinda al consumidor la posibilidad de almacenar el producto por un período prolongado y sin necesidad de mantenerlo refrigerado.

Levadura instantánea: contiene un 5% de humedad. Su vida útil, envasada al vacío, es de 2 años. No requiere refrigeración para su mantenimiento ni rehidratación para su uso. Su extensa vida útil posibilita su comercialización en mercados alejados: se trata de un producto transable. Por cuestiones operativas y/o tecnológicas las industrias panificadoras pueden preferir esta forma de presentación.

Levadura líquida: hasta el año 1825, cuando la levadura prensada fue introducida por Tebbenhof, la levadura se vendía en forma líquida. El retorno a esta forma de presentación fue una respuesta de los fabricantes a los pedidos de las panificadoras industriales.

Levadura desactivada: se halla despojada de todo su poder de fermentación. En la masa, las membranas permiten el escape del contenido entero de la célula. Uno de sus componentes, el glutatión, tiene un efecto reductor sobre el gluten. Esto permite mejorar la maquinabilidad de las masas duras o de las que han alcanzado un alto nivel de maduración, y acelerar el desarrollo durante la mezcla de la masa logrando una disminución del 15% al 20% en el tiempo de procesamiento. Esto reduce la oxidación de la masa durante la mezcla, por lo que mejora la conservación del sabor y la calidad aromática del producto final.

Las denominadas levaduras especiales son todos productos derivados de la inactivación, plasmólisis, autolisis o hidrólisis de las levaduras alimenticias. Se comercializan por su valor

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nutricional y por sus cualidades como saborizantes. Se trata de productos de uso industrial, con excepción de las levaduras de consumo directo que llegan al consumidor final.

ORGANIGRAMA

Antes de abordar los procesos de propagación industrial de la levadura, vamos a comentar sobre algunas de las áreas de responsabilidad presente en la mayoría de las grandes organizaciones y que la mayoría del público ajeno al entorno empresarial desconoce, nótese que utilizamos la palabra empresarial en vez de industrial, ya que, inclusive muchos trabajadores de la industria no tienen en cuenta el tamaño y complejidad de las organizaciones para las cuales trabajan. A continuación se expone un diagrama de correlación entre las distintas áreas de una empresa, en el cual el desorden no es accidental, tiene como objetivo esquematizar también la complejidad entre las relaciones.

MKT: marketing; MP: materia prima; PT: producto terminado

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Como podemos observar el área de producción es solo una pequeña célula del organismo de la organización, los trabajadores del entorno industrial aseguran que en realidad la producción es el corazón de la organización ya que es el área de mayor importancia, en nuestra experiencia, consideramos que todos las áreas cuentan con crítica importancia y su trabajo armónico y eficiente es lo que asegura el crecimiento y subsistencia de las organizaciones.

PROPAGACIÓN INDUSTRIAL DE LA LEVADURA

Como ya se ha mencionado la “producción” de levadura es llevada a cabo mediante procesos industriales altamente complejos, puesto que lo que se está manipulando es un organismo vivo, lo que hace más correcto nombrarla como “propagación” más que “producción”. La levadura obtenida al final del proceso de propagación puede seguir distintas líneas de proceso para dar productos de características y utilidades muy diferentes, sin mencionar los valores agregados. A continuación presentamos las distintas rutas productivas de la levadura.

Tn: tonelada; LF: levadura fluida; LPF: levadura prensada familiar; LPS: levadura prensada salada; LPD: levadura prensada dulce; LS: levadura seca; LSF: levadura seca familiar; LSISalada: levadura seca industrial salada; LSIDulce: levadura seca industrial dulce.

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En este diagrama, se puede observar que la cantidad de masa de la cual se parte es 0.2g que es el peso aproximado de una ansada (ansa: material de laboratorio que se usa para realizar siembras) es pequeña en comparación con las masas de producto final obtenidas. Durante el desarrollo del trabajo explicaremos cuales son las operaciones y bajo qué condiciones deben realizarse para poder obtener estos rendimientos que en el caso de levadura fluida ronda el 1.8x1010 % en términos de levadura inicial.El objetivo del diagrama (más allá de sorprender con los rendimientos y motivar al lector a producir levadura) es mostrar cuales son las distintas rutas productivas y su variedad de productos finales.

OPERACIONES UNITARIAS EN LA PROPAGACIÓN INDUSTRIAL DE LA LEVADURA

En el siguiente diagrama de bloques presentamos las operaciones que se llevan a cabo para la propagación industrial de la levadura, hasta la obtención de levadura fluida que puede ser utilizada en procesos posteriores en alguna de las rutas anteriormente expuestas.

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PROPAGACIÓN EN LABORATORIO

-Cepa Pura: El proceso comienza con la recepción de la cepa genéticamente modificada. En la actualidad existen cientos de cepas con un linaje genético distinto adecuado para cada tipo de industria e inclusive de región. En el caso de Calsa actualmente trabaja con las cepas Y167 e Y169 entre otras. Las cepas provienen de países extranjeros (como Australia) en donde se realiza ingeniería genética sobre estos organismos a fin de mantener una línea genética sin mutaciones e ir agregando distintas modificaciones para cualificarlos más en parámetros como actividad (la actividad de la levadura está referida a la producción de CO2) y durabilidad entre otros parámetros.

A partir de la cepa se toma una pequeña cantidad extraída con un ansa (aproximadamente 0.2g en materia seca) la cual se siembra en un balón de 500ml que contiene una solución de extracto de malta y vitaminas (biotina y pantotenato de calcio), solución que se ha esterilizado previamente. Este inóculo se mantiene bajo agitación continua en una sala a 30°C durante 24 hs, transcurrido este tiempo se refrigera ente 3 y 5°C hasta el momento de ser utilizado. La siguiente operación comienza con la siembra del contenido de un balón en un Carlsberg (Es un fermentador en batch de 10L de capacidad, con cierre hermético y una salida lateral ubicada al fondo del mismo para realizar la posterior siembra. El Carlsberg contiene mosto cocido (mezcla de melaza y agua llevada a 105°C durante 30 min para esterilizarla) y un agregado de vitaminas. Una vez producida la siembra se cierra herméticamente y se incuba durante 18hs a 30°C con continua agitación. Pasado el tiempo de cultivo se refrigera para su posterior uso en el comienzo de la propagación industrial.

PROPAGACIÓN INDUSTRIAL

La propagación industrial se da mediante varias operaciones idénticas en aplicación pero en distinta escala, por lo cual explicaremos en detalle genéricamente una de ellas.

Fermentación a escala industrial:

Se mal llama fermentación al proceso de propagación, puesto que antiguamente toda la levadura que se propagaba solo tenía el fin de la producción de fermentos como la cerveza. El proceso conocido como fermentación en realidad es un proceso de propagación donde la levadura utiliza su metabolismo aeróbico en mayor proporción ya que hay que admitir que ambos mecanismos (respiración oxidativa y fermentativa) coexisten en el proceso.

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Preparación de la Cuba de Fermentación:

La cuba (cuya capacidad depende de la fase de propagación a considerar) es cargada con mosto cocido a 80°C (aproximadamente 5Tn y dependiendo de la etapa), luego se agrega agua hasta ocupar un 1/3 del volumen total, a fin de evitar que la proyección de burbujas y gotas producidas por la agitación y la actividad propia de la levadura conduzcan a perdidas por la boca superior. El mosto se forma por una mezcla de agua y melaza en proporciones controladas para obtener un contenido de 54% de azucares fermentecibles ( AF ), para luego ser esterilizados en un cocedor con camisa de vapor a 105°C. Se deja enfriar y al alcanzar los 80°C es dosificado en la cuba. El agregado de NaCl se realiza para controlar la osmolaridad del agua, parámetro fundamental para el crecimiento de microorganismos en soluciones acuosas. Los micronutrientes agregados son sales de cobalto, níquel, pantotenato de calcio y biotina entre otros. En el caso particular del Barbet, el contenido de llenado es esterilizado llevando la temperatura a 105°C mediante una camisa de vapor, el resto de las operaciones carece de este mecanismo, puesto que los volúmenes son tan grandes que volverían imposible o, sobre todo, peligrosa su aplicación.

Siembra:

Una vez concluida la carga y cuando el medio alcanza una temperatura alrededor de los 30⁰C se procede a la siembra, en el caso del barbet, el inoculo proviene del carlsberg, en el caso de la cuba madre proviene del barbet y en el fermentador proviene de la cuba madre. En el caso del barbet como el volumen de siembra es muy pequeño (10L) la siembra se realiza desde la boca de la cuba a fin de evitar pérdidas por restos en las cañerías.

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Fermentación:

Una vez producida la siembra comienza el proceso de fermentación. Durante el cual se agrega continuamente (y bajo una receta llamada “colada”) cantidades de mosto y amoniaco, tratando de controlar los parámetros internos como la concentración de alcohol, la temperatura y el pH. El mosto agregado cumple la función de proveer los macronutrientes a la levadura (sacarosa, glucosa, fructosa), así como algunos micronutrientes presentes en sus cenizas (como nitritos asimilables, Zn, Ca entre otros) esto acompaña la realidad de que cuanto menor sea la calidad de la melaza que generará el mosto mayor será su rendimiento. El agregado de amoniaco se realiza en forma gaseosa y tiene como objetivo proveer a la levadura el nitrógeno suficiente para la formación de proteínas, parámetro que las impulsa a duplicarse.El aire que se insufla desde abajo cumple varias funciones, como la agitación y disminución de la temperatura; pero su objetivo principal es convertir el medio en un medio aeróbico que permita a la levadura reproducirse usando una respiración oxidativa que es mucho más eficiente en relación a la fermentación la cual es más eficaz. Aclarando esto, la respiración oxidativa produce 32 a 36 moléculas de ATP por molécula de glucosa consumida, mientras que la fermentación produce solo 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa, esta última se produce mucho más rápido que la respiración oxidativa, lo que lleva a una reproducción más rápida también, pero tiene como defecto la generación de alcohol que en ciertas proporciones es tóxico para la levadura inhibiendo su crecimiento. Además al tener un rendimiento tan bajo si el proceso fuese solo fermentativo llevaría a costos de producción más elevados. No obstante en el arranque de la propagación se deja que predomine la fermentación a fin de disminuir la fase log de crecimiento, cuando este alcanza la fase exponencial se aumenta la dosificación de aire pasando a una respiración en mayor

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proporción oxidativa.El cuidado de la temperatura durante la fermentación es crucial, ya que una elevada temperatura produce en principio una mayor actividad fermentativa sobre la actividad oxidativa (como vimos anteriormente esto es no deseado) y pasando los 35°C se produce la inhibición térmica de la levadura, experimentalmente comprobamos que este límite está arriba de los 39°C. Si la temperatura bajara demasiado (lo que en la industria no es frecuente) disminuiría la tasa de reproducción, pero, solo por debajo de los 5°C se produce la inhibición del crecimiento. En cuanto al pH, el nivel óptimo reportado para la levadura es 5.3, afortunadamente es el pH natural del mosto cocido, y aún más, dada la cantidad de uso este actúa como buffer durante la fermentación.Otro parámetro a controlar es el nivel de alcohol en la cuba, esto se logra mediante el manejo de los parámetros de insuflación de aire y alimentación de azucares fermentecibles (AF). Cuando el programa de la colada va llegando a su final (habiendo transcurrido por ejemplo 18 hs para la obtención de levadura fluida) se debe ajustar los parámetros a fin de “especializar” a la levadura según la etapa del proceso donde nos encontremos, por ejemplo estamos en la etapa de barbet o madre, buscaremos que no aumente demasiado la temperatura y suministraremos amoniaco a volumen constante hasta el final, bajando la cantidad de AF, a fin de producir una levadura rica en proteínas (entre 50 a 54%) pero de tamaño reducido, ya que al servir como “pie” de fermentación de la siguiente etapa esta levadura tiene que encontrarse en la fase exponencial para disminuir el periodo de adaptación.En cambio sí estamos realizado la fermentación de una “crema comercial” (nombre común al resultado del último paso de la propagación industrial) lo que haremos es darle a la levadura la señal de muerte. Esto no significa otra cosa más que un aumento de pH (que se realiza mediante el agregado de carbonato de calcio) y un aumento de la temperatura, así la levadura activará sus mecanismos de defensa frente al estímulo negativo produciendo la acumulación de azucares de reserva y la disminución de la proteína; este proceso se conoce como “maduración de la levadura”.

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OBTENCIÓN DE LOS DISTINTOS PRODUCTOS TERMINADOS:

Levadura Fluida: luego del proceso de fermentación y estando almacenada en los termos (contenedores térmicos refrigerados por glicol) la levadura fluida es cargada en palecones (tanques de 1000L a 2000L) o en camiones cisternas para ser enviados directamente al cliente. Esta levadura posee un valor de materia seca alrededor del 20 a 22%.

Levadura Prensada: en primer lugar la levadura liquida cae en un piletón donde es mezclada con salmuera para producir una leve deshidratación de la levadura (esto ayudará a su conservación) la cual es tomada por un filtro rotativo que aprovecha la fuerza centrípeta para generar un vacío que separa el agua de la levadura. El filtro se encuentra recubierto con una “pre capa” de almidón de papa, el cual sirve como soporte y a la vez como membrana semipermeable para la separación de

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la levadura, la levadura filtrada se recoge con una cuchilla del contrario al que fue tomada, en este punto la levadura ha quedado con una materia seca del 32.5 a 33.0%.Luego de la filtración pasa a una amasadora que la empuja hacia un extrusor que le dará la forma de cubito (50g) en el caso de LPF (levadura prensada familiar) o de pan (500g) en el caso de LPI (levadura prensada industrial). Finalmente es envuelta en celofán, encajonada y enviada a la cámara frigorífica donde aguardará hasta su despacho.

Levadura Seca: al igual que en la levadura prensada el primer proceso es la filtración en un FRV y luego un extrusado, salvo la diferencia que en este caso el extrusado tendrá la forma de un fideo (similar al fideo cabello de ángel) con el objetivo de aumentar la superficie de contacto con el aire, puesto que a continuación caerá desde la parte más alta de un secador a contracorriente donde el aire alcanza una temperatura de 50°C con una humedad relativa menor al 5%, condición que parece inalcanzable en Tucumán, para ello se utiliza un secado de aire (cilindro de silica-gel de 3m de diámetro que gira a velocidad constante y a media que pasa el aire absorbe su humedad y al final del ciclo es regenerado por un calentador a vapor) Luego de producirse el secado la levadura queda con una humedad de 5% que es lo mismo que una materia seca del 95% y finalmente es almacenada en silos conservados con nitrógeno a fin de evitar la oxidación de la levadura indefensa.El contenido de los silos puede almacenarse en las distintas presentaciones, ya sea industrial o familiar, siendo el 95% de lo producido con destino de exportación.

Extracto de Levadura: la levadura líquida obtenida de la fermentación (generalmente la que no alcanza los requisitos para la producción de levadura para panificación) es pasada a otra unidad funcional de la fábrica, donde en un tanque similar al fermentador, se produce el calentamiento lo que da a la levadura, como vimos anteriormente, la señal de muerte. Al producirse las primeras muertes se produce la plasmólisis con lo que las organelas de la levadura quedan en el medio extracelular, pero no solo las organelas, sino también todas las proteínas y enzimas presentes dentro de ellas. Una de estas enzimas produce la hidrolización de la membrana plasmática de las otras levaduras produciéndose así una muerte en cadena. Cuando se finaliza el proceso se realiza una centrifugación para separar los restos de membrana plasmática del medio extracelular. Este producto luego es concentrado hasta alcanzar una materia seca entre el 45 al 48% dando el extracto líquido, el cual puede ser enviado a un secador tipo spray para convertirse en extracto en polvo. Ambos productos son envasados y almacenados a temperatura ambiente.

Levadura Alimenticia: al igual que en el proceso de producción de extracto se crea mediante condiciones desfavorables la señal de muerte en el lote de levadura fluida, la cual pasará luego a un secador rotativo por contacto, el cual consta de una camisa interior calefaccionada por vapor y una cuchilla raspadora en el lado opuesto a la alimentación. El producto obtenido tiene una materia seca superior al 98%, el cual pasa a un molino para darle el aspecto de impalpable y finalmente envasado y despachado para su distribución en dietéticas y farmacias.

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Esta ha sido una breve descripción de los procesos de propagación industrial, puesto que tras las operaciones mencionadas hay decenas de otras que no encuadran con los fines del presente trabajo.Como conclusión general podemos decir que el estudio de la propagación industrial de la levadura es tan extenso como interesante puesto que une diversas áreas de conocimiento como la biotecnología, ingeniería, química y bioquímica. Y es base para la comprensión de muchas otras industrias biotecnológicas e industrias que utilizan sus productos como materias primas.

BIBLIOGRAFIA

Cadena de la levadura ( Informe del producto Marzo 2012) Ing. Alim. Elizabeth Lezcano.

PCS7 EN LA INDUSTRIA ALIMENTICIA. Control Total de Procesos de una Planta de Levaduras.

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