Biodiversidad de levaduras como fuente de innovación en cerveza

El arte de la producción de cerveza lleva mejorándose desde hace milenios. Se sospecha que las primeras se generaron hace unos 10.000 años, con la llegada de las culturas agrícolas primigenias. Actualmente, encontramos tres tipos de producción cervecera que se diferencian principalmente en la manera de llevar a cabo la fermentación de la malta. Las consideradas más ancestrales, son aquellas donde se deja la malta abierta, para que levaduras salvajes, las responsables de consumir los azúcares de la malta y transformarlos en alcohol y aromas, lleguen a través del aire y produzcan una fermentación espontánea. Este tipo de cervezas no son muy comunes por la complejidad y poca repetitividad del proceso, pero todavía se utilizan para la producción de cervezas lámbicas, entre otras.

Si consideramos a las cervezas que utilizan la cebada como fuente primaria, tenemos las dos familias más exitosas. Por un lado, tenemos la cerveza Ale, y por otro la Lager, esta última acapara el 90% del mercado cervecero. Estos dos tipos se diferencian por las temperaturas de fermentación. La Ale se fermenta entre 15 y 25° C. En cambio, la Lager se lleva a cabo en condiciones de bajas temperaturas, entre 12 y 18° C. Se piensa que el proceso Lager no apareció hasta el siglo XV en Centro Europa, donde las condiciones climáticas favorecieron este tipo de fermentación a baja temperatura. El proceso de fermentación a partir del cual se producen estas dos grandes variedades de cerveza ha forzado el tipo de levaduras que las llevan a cabo.

En el grupo de Biología de Sistemas de Levaduras de Interés Industrial (SBYBI) del Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA), perteneciente al Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), se caracterizan molecularmente y fisiológicamente estas levaduras y estudian las diferencias con levaduras salvajes, aquellas aisladas de ambientes naturales. Quieren entender cómo las levaduras industriales han sido domesticadas, además de poder desarrollar nuevos métodos de generación de nuevas variedades de levaduras cerveceras a la carta.

Influencia de las levaduras en la diversidad de cervezas Ale

Las cervezas del tipo Ale son fermentadas por levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae, cuyas células tienden a permanecer en suspensión en el recipiente de fermentación, por lo que se las denomina levaduras de ‘alta fermentación’, que se realiza a temperaturas relativamente elevadas. Existen bastantes tipos de Ale, desarrollados originalmente en las Islas Británicas y que se han vuelto populares en otras partes del mundo. También, en Alemania se encuentran ejemplos de cervezas de alta fermentación como la Altbier o la Kölsch.

En los últimos años se ha producido un gran cambio en las tendencias de consumo. El comprador de cerveza es cada vez más exigente y busca nuevas características organolépticas para salir del abrumador dominio de las Lager

Las cepas de levaduras de cerveza Ale están presentes en diversos grupos filogenéticos ^[1], con un grupo principal compuesto por al menos tres subgrupos, representados predominantemente por las cervezas alemanas, británicas y de trigo. Estas cepas suelen presentar características genéticas específicas de la domesticación de levaduras de cerveza, como la presencia del clúster de genes RTM1, propuesto como marcador molecular para diferenciar a las cepas Ale, o como la inactivación de los genes PAD1 y FDC1, responsables de la producción de un sabor fenólico desagradable, que puede circunscribirse a las cervezas de estilo alemán e inglés.

Un caso especial de tipo Ale son las cervezas trapenses, así como otras de abadía que se fermentan primero en tanques a una temperatura entre 15 y 23° C y, posteriormente, se realiza una segunda fermentación a 15° C en botella, alcanzándose un grado alcohólico mayor. La temperatura y el alcohol podrían ser la razón principal para que en este tipo de fermentaciones se impongan levaduras híbridas, con genomas de dos especies diferentes, en este caso de S. cerevisiae y Saccharomyces kudriavzevii. Las temperaturas que se utilizan en la producción de cerveza trapense están más cerca de la de crecimiento óptima de S. kudriavzevii, que le proporcionaría al híbrido la ventaja de crecimiento a estas bajas temperaturas. En nuestro grupo hemos aislado y caracterizado híbridos de cervezas trapenses como Chimay, Orval y Westmalle, entre otros.

Los híbridos S. cerevisiae x S. eubayanus, responsables de la fermentación Lager

Durante décadas se intuía que las levaduras que se utilizan para la producción de cerveza Lager, eran diferentes a las de la especie S. cerevisiae de las cervezas Ale, por ello se las denominó Saccharomyces pastorianus (sinónimo de Saccharomyces carlsbergensis) (Figura 1).

Con la llegada de nuevos métodos moleculares y el abaratamiento de las técnicas de secuenciación de genomas completos se descubrió que las levaduras Lager eran híbridos de S. cerevisiae con otra especie cercana filogenéticamente a S. cerevisiae, pero diferente a la especie que generó los híbridos de cerveza trapense Ale. Hace apenas 7 años, se aisló de fuentes naturales de la Patagonia (Argentina) una nueva especie llamada Saccharomyces eubayanus, que ha resultado ser la pieza que faltaba en el puzle de los híbridos Lager. No obstante, nuevos datos filogenómicos han demostrado que debería haber otras cepas de S. eubayanus emparentadas con las cepas recientemente aisladas de Asia y América del Norte que habrían originado estos híbridos^[2]. La fermentación a bajas temperaturas de la cerveza Lager parece la razón por la cual S. cerevisiae hibridó con S. eubayanus, ya que esta última crece mejor a bajas temperaturas y tiene capacidad de utilizar maltosa, que junto a la propiedad de fermentar maltotriosa, los dos azúcares más abundantes en la malta, por parte de S. cerevisiae originó cepas mejor preparadas para llevar a cabo este proceso industrial.

El boom de las artesanales es una oportunidad para innovar

A partir de la década de los años 80, la producción de cerveza en España ha estado dominada por las grandes multinacionales del sector, como Heineken o ABInveb, las cuales han aglutinado y estandarizado el mercado de estas bebidas. Estas empresas han basado su estrategia comercial en la venta de cervezas tipo Lager, copando una gran parte del mercado de la cerveza. Sin embargo, en los últimos años se ha producido un gran cambio en las tendencias de consumo. El comprador de estas bebidas es cada vez más exigente y busca nuevas características organolépticas para salir del abrumador y tedioso dominio de las Lager.

Este fenómeno ha fomentado enormemente el boom de las denominadas cervezas artesanales^[3], que tienden a buscar nuevas características, sabores e ingredientes. Así, es frecuente la producción de tipo Ale, donde las levaduras S. cerevisiae desempeñan un papel preponderante. Estas variedades se producen en microcervecerias o pequeñas empresas cerveceras utilizando una gran gama de procesos fermentativos. El número de estas compañías ha crecido exponencialmente en los últimos años pasando de 21 en 2008 a 480 en 2017, con un crecimiento del sector cercano al 40% en 2017, según un informe del Observatorio Sectorial DBK. Este cambio no ha pasado desapercibido por las grandes multinacionales del sector que están lanzando sus propias líneas de cervezas. Muchas de estas empresas empiezan a ver que tienen poco margen de innovación utilizando S. cerevisiae y empiezan a ver atractivo utilizar otro tipo de levaduras.

Levaduras salvajes todavía por explotar

En SBYBI-IATA, estudiamos las propiedades fermentativas (Figura 2) de nuevas especies de levaduras pertenecientes al género Saccharomyces. Existen ocho especies en el género que llevan diferenciándose desde, al menos, 10-20 millones de años. Esto se traduce en diferencias a nivel genómico como las que podríamos encontrar al comparar humanos y aves. Estos cambios a nivel genómico provocan que haya diferencias a nivel de producción de aromas y que presenten diferentes propiedades de resistencia al estrés del proceso de fermentación de la cerveza.

Buscamos aquellas cepas mejor preparadas para aguantar niveles de estrés altos. En SBYBI-IATA, descubrimos que ciertos genes asociados con la producción de glicerol y acetaldehído junto con una mayor eficiencia en la traducción de proteínas son las responsables de la mayor tolerancia al frío de S. kudriavzevii. Además, queremos conocer que cepas tienen un mayor perfil aromático que puedan agregar nuevas propiedades sensoriales a la cerveza. Variantes alélicas de los genes ATF1, ATF2 y ARO10 en S. kudriavzevii y Saccharomyces uvarum son responsables de una mayor producción de ciertos aromas. También, aislamos y caracterizamos levaduras salvajes que puedan dar un toque personalizado y local a las microcervecerías.

Hemos visto que levaduras de S. kudriavzevii, aisladas de roble de Castellón y Ciudad Real, aunque muy parecidas entre ellas a nivel genómico, son capaces de dar diferentes perfiles aromáticos.

Un caso de éxito, de uno de nuestros colaboradores y que intentamos imitar, es el de la levadura S. eubayanus de Argentina, la cual está siendo explotada por Heineken y ha dado lugar a la cerveza salvaje Patagónica H41^[4].

Aunque menos conocidas, existen otras levaduras fuera del género Saccharomyces y que empiezan a tener un gran atractivo para la industria cervecera. Estas levaduras pueden complementar el perfil aromático y darle un nuevo atractivo al proceso de producción.

Métodos para producir mayor biodiversidad de levaduras

Uno de los problemas a los que nos vemos abocados en SBYBI-IATA es la incapacidad de utilizar técnicas de recombinación genética para introducir aquellos genes que no estén en la cepa domesticada de S. cerevisiae que, por ejemplo, incrementen la resistencia al estrés o generen o aumenten ciertos aromas. Sin embargo, hemos desarrollado técnicas de cruzamiento de especies sin la necesidad de herramientas moleculares, y que por tanto no son considerados como Organismos Modificados Genéticamente (OMGs). Estas técnicas nos permiten cruzar levaduras que presenten unas ciertas características positivas para la producción de cervezas. Tras el cruce y unos pases de adaptación al proceso fermentativo buscamos generar versiones mejoradas o nuevas de las levaduras industriales. Recientemente, hemos recibido un proyecto Europeo dentro del marco H2020 para el desarrollo de levaduras capaces de rebajar el contenido en alcohol y mantener los perfiles aromáticos ^[5].

Todos estos estudios nos van a permitir crear levaduras a la carta y desarrollar proyectos de investigación que generen nuevos productos cerveceros autóctonos con carácter de denominación de origen.

Referencias
[1] https://elpais.com/elpais/2016/09/08/ciencia/1473343881_413042.html
[2] https://www.agenciasinc.es/Noticias/El-viaje-de-las-levaduras-para-crear-la-cerveza-Lager
[3] https://www.efe.com/efe/espana/gente/en-espana-hay-unos-450-fabricantes-de-cervezas-artesanas-un-boom-que-crece/10007-3571508
[4] https://www.heineken.com/ie/H41/Home
[5] https://cordis.europa.eu/project/rcn/208929_es.html

David Peris Navarro (1) y Roberto Pérez-Torrado (2). Grupo de Biología de Sistemas de Levaduras de Interés Industrial, Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos, CSIC, Paterna.
(1) Investigador postdoctoral Marie Curie (2) Investigador contratado doctor.