Estudio Botánico de la Cerveza

Estudio Botánico de la Cerveza José Manuel Camero Casares Facultad de Farmacia Universidad de Sevilla Universidad de Sevilla FACULTAD DE FARMACIA Departamento de Biología Vegetal y Ecología Área de Botánica GRADO EN FARMACIA Estudio Botánico de la Cerveza TRABAJO FIN DE GRADO Alumno: José Manuel Camero Casares Director: Dr. Francisco José González Minero Sevilla Diciembre de 2018 Resumen En este trabajo se presenta un estudio bibliográfico sobre los componentes botánicos de la cerveza. Es una bebida alcohólica que resulta de la fermentación de carbohidratos de semillas de cereales por levaduras y aromatizada con diferentes extractos de plantas. Su origen se remonta al período neolítico, y actualmente es una de las bebidas más consumidas en el mundo. El cereal más importante es la cebada (Hordeum vulgare), el aroma principal lo aportan las flores femeninas del lúpulo (Humulus lupulus) y la fermentación la realizan microorganismos del complejo Saccharomyces cerevisiae sensu stricto. En cada uno de estos tres taxones se estudian: posición taxonómica y descripción botánica, conocimientos genéticos y datos históricos, naturaleza química de sus moléculas, número de variedades cultivadas, condiciones de cultivo, enfermedades fúngicas y propiedades medicinales. Toda esta información se relaciona con las diferentes etapas de la elaboración de la cerveza. También se indica la influencia de cada componente botánico sobre las características finales de la bebida. Los resultados ponen de manifiesto la existencia de un gran número de variedades botánicas seleccionadas por el hombre para la elaboración de la cerveza, que tiene como consecuencia una gran diversidad de estilos de esta bebida fermentada. Palabras clave: Botánica económica, Cebada, Cerveza, Levaduras, Lúpulo. Abstract In this work a bibliographical study on the botanical components of beer is presented. It is an alcoholic beverage that results from the fermentation of carbohydrates from cereal seeds by yeasts and flavored with different plant extracts. Its origin dates back to the Neolithic period, and is currently one of the most consumed beverages in the world. The most important cereal is barley (Hordeum vulgare), the main aroma is provided by the female flowers of hop (Humulus lupulus) and the fermentation is carried out by microorganisms from the sensu stricto Saccharomyces cerevisiae complex. In each of these three taxa are studied: taxonomic position and botanical description, genetic and historical data, chemical nature of their molecules, number of cultivated varieties, culture conditions, fungal diseases and medicinal characteristics. All this information is related to the different stages of brewing. The influence of each botanical component on the final characteristics of the drink is also indicated. The results show the existence of a large number of botanical varieties selected by man for brewing, which has as consequence a great diversity of styles of this fermented drink. Key words: Barley, Beer, Economic Botany, Hop, Yeasts. Contenido INTRODUCCIÓN Definición de cerveza e impacto económico…………….…..……7 Proceso de fabricación de la cerveza y tipos de cerveza y características nutricionales ………………………………….…7 Apuntes sobre la historia de la cerveza………………………..….9 OBJETIVOS………………………………………………………....11 MATERIAL Y MÉTODOS………………………………………....12 RESULTADOS Y DISCUSIÓN…………………………………..…13 CEBADA Descripción botánica……………………………………..…14 Genética e historia………………………………………..…15 Química………………………………………………….…..18 Cultivo y variedades…………………………………….…..17 Enfermedades…………………………………………….….20 Propiedades medicinales…………………………….………20 LÚPULO Descripción botánica………………………………………….21 Genética e historia…………………………………………….22 Química………………………………………………………..23 Cultivo y variedades…………………………………………..25 Enfermedades………………………………………………….29 Propiedades medicinales………………………………………30 LEVADURAS Descripción y consideraciones generales………………..31 CONCLUSIONES……………………………………………………..…33 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………….35 7 INTRODUCCIÓN Definición de cerveza e impacto económico Cerveza es un alimento resultante de la fermentación, mediante levaduras seleccionadas, de un mosto cervecero elaborado a partir de materias primas naturales. Según sus características, se distinguen distintos tipos de cerveza, por ejemplo: a) Cerveza de cereales: cuando en el mosto cervecero la presencia de malta de cebada sea inferior al 50 % respecto al total de la malta, llevará la denominación de «Cerveza de» seguida del nombre del cereal con mayor contenido en peso. b) Cerveza extra: Cerveza con un extracto seco primitivo superior o igual al 15% en masa. c) Cerveza especial: Cerveza con un extracto seco primitivo superior o igual al 13% en masa e inferior al 15% en masa. d) Cerveza negra: Cerveza que supere las 50 unidades de color, conforme al método analítico de la European Brewery Convention (EBC). e) Cerveza de bajo contenido en alcohol: Cerveza cuya graduación alcohólica esté comprendida entre el 1 y el 3% en volumen. f) Cerveza sin alcohol: Cerveza cuya graduación alcohólica sea menor al 1% en volumen. g) Clara: Mezcla de cualquier tipo de cerveza con gaseosa, o con bebida refrescante (BOE, nº304. 17 de diciembre de 2016, en línea). Según un informe socioeconómico del sector cervecero español (https://cerveceros.org/), España es el cuarto país productor de cerveza de la Unión Europea, siendo el segundo país que más empleo (detrás de Alemania) genera en el sector (344.000 puestos de trabajo y un 1,4% del PIB). Por otra parte la cerveza es la bebida más bebida en el mundo, por detrás de otras no alcohólicas como el café o té (Faria-Oliveira et al., 2013). Proceso de fabricación de la cerveza, tipos de cerveza y características nutricionales La fabricación de la cerveza es un proceso complejo que consta de numerosas fases. En la figura 1 se muestra de forma esquemática. Según Molina-Cano (1987) el procedimiento general sería el siguiente: El malteo comienza con la selección de la cariópside (grano), ésta debe ser homogénea, estar libre de impurezas y tener aproximadamente un calibre similar. El grano se somete a remojo para inducir su germinación en condiciones aeróbicas y a una temperatura adecuada. Esta acción se detiene con un aumento de la temperatura (tostado) y bajada de la humedad relativa <5%. 14 CEBADA Clado: Angiospermas, Monocotiledóneas. Orden: Poales. Familia: Poaceae. Género: Hordeum L. Especie: Hordeum vulgare L. Sinónimos botánicos: 41 nombres válidos y 42 nombres ilegítimos (www.theplantlist.org). Cientos de variedades comerciales, reguladas por el Código Internacional de Plantas Cultivadas. Plantas anuales. Tallos erectos, 50-100 cm de alto, glabros. Vaina de la hoja generalmente glabra; aurículas presentes; lígula (1-2 mm) membranosa; vaina de la hoja 9-25 × 0.6-2 cm; hojas con 15-20 nervios (Fig. 5). Fig. 5. Hábito de la cebada. Hordeum vulgare L. Fuente: Wikipedia (dominio público). 15 Raquis flexible. Inflorescencia en espiga densa con espiguillas dispuestas en grupos de tres, la central sentada y las laterales pedunculadas; espiguillas unifloras; glumas puberulentas, acuminadas, lanceoladas en la base y progresivamente lineales (8-14 mm). Lema escábrida con una arista de 8-15 cm; pálea similar a la lema, sin aristas; ambas piezas estrechamente unidas al fruto en cariópside. 2n=14. Fl y Fr: IV-V (IX) (Fig. 5). Distribución: cosmopolita. Fuentes: Flora of China (en línea), UPNA (en línea) y Devesa-Alcaraz (1995). Genética y algo de historia de la cebada. La cebada pertenece a la subfamilia de gramíneas Pooideae (tribu Triticeae) (sujeto a revisión, http://families.e-monocot.org/), a la que pertenecen especies progenitoras de algunos cereales modernos como el trigo (Triticum) (Devesa-Alcaraz y Carrión-García, 2012). Los primeros restos arqueobotánicos (semillas y fitolitos) de la cebada se corresponden con el periodo Neolítico, entre 8000-5000 años a. C. en Siria, Irán y desierto de Judea (Fig. 6) (Zeist Bakker-Heeres, 1985; Riehl et al., 2013; Mascher et al., 2016). La cebada actual se originó en una sola domesticación a partir de una cebada silvestre (Hordeum spontaneum) (Badr et al., 2000; Diamond, 2002), después pasó a China (Wanga et al., 2016) y se propagó por el norte de África. En el siglo V a. C. se cultivaba la cebada en las islas de Lesbos y Tebas. En Roma se hacía panis hordeaceus para ser consumido por pobres y esclavos. La cebada pasó a Europa en épocas tempranas (existen reseñas en Escandinavia hacia 2000 años a. C.), quizás por tratarse de un cultivo mejor adaptado al frío que el de trigo. La cebada llegó a América a partir de 1492 (Newman y Newman, 2006). Las mejoras genéticas han ido adaptando el cultivo de la cebada a condiciones agroclimáticas duras, y prácticamente se puede cultivar por todo el mundo (Silva, 1998, en línea). Hace poco tiempo se ha completado el primer genoma en la variedad de seis carreras Morex, con una estimación de 39000 genes (Mascher et al., 2017) (Fig. 6). Fig. 6. Restos arqueológicos de granos de cebada en la cueva de Yoram (Judea), grano seco. Cromosomas en interfase de cebada, rojo: centrómero; verde: telómero. Extraído a partir de Mascher et al. (2016; 2017). 16 Química de la cebada. Como se refirió con anterioridad la cebada presenta un fruto en cariópside, en el que el pericarpio del fruto y testa de la semilla se encuentran íntimamente soldados (Fig. 7). Fig. 7. Corte longitudinal de una cariópside. El pericarpio es abrasivo debido a la presencia de sílice en la epidermis. La testa o cubierta de la semilla es una membrana selectivamente permeable que contribuye a la entrada de agua para germinación. La aleurona es una capa fina de pocas células con paredes engrosadas. Estas células son ricas en hordeínas (unas prolaminas no del todo degradadas por las proteasas del embrión) y por tanto perjudiciales para los celiacos (Castelví, 2014), estas proteínas son también promotoras de la espuma de la cerveza junto con el CO2 disuelto (Evans y Bamfort, 2009). En la figura 8 se muestra la separación por electroforesis de estas proteínas en 14 variedades de cebada de Croacia (Strelec et al., 2011). Fig. 8. Electroforesis de hordeínas en variedades de cebada. Fuente: Strelec et al. (2011). El endospermo es un parénquima de reserva que será el alimento para el embrión durante la germinación. El embrión produce enzimas α y β amilasa, hemicelulasas, peptidasas, oxidasas, peroxidasas, y fitasas. En el proceso de malteo se rompe la latencia del embrión y se activan sus enzimas que difunden por todo el endospermo para movilizar las reservas de este último (almidón, fosfatos y restos de grasas) (UNSP Perú, en línea) (Fig. 9). 17 Fig. 9. Germinación de las semillas y acción enzimática. Elaborado a partir de: http://cerveceroscaseros.com/ y http://lccbtis7.blogspot.com/2011/06/enzimas.html. Según la Base de Datos Española de Composición de Alimentos (http://bedca.net/bdpub/), por 100g de cebada pura existen: 0 g de etanol, 401 Kcal de energía, 6.9 g de lípidos totales (2.2 AGMi, 2.5 g AGPi, 2.5 g y 1.2 AGi), 10.6 g de proteínas totales, 14.8g de fibra total, 66.3 g de hidratos de carbono, 0.7 mg de Vit E, 56 µg de folato, 0.96 mg de niacina, 0.76 mg de tiamina, 54 mg de Ca, 429 de K, 529 mg de Na, y 3.3 mg de Zn. Whittle et al. (1999) y Ullucci et al. (2016) describieron mediante cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC) los polifenoles más abundantes en distintas variedades de cebada: dímeros, trímeros, tetrámeros y pentámeros de protoantocianidinas. Shen et al (2016) demostraron en ratones la alta capacidad antioxidante de extractos de cebada negra, rica en otros polifenoles (ácido ferúlico y ácido pcumárico) (Zhang et al., 2016) (Fig. 10). Fig. 10. Compuestos fenólicos analizados en HPLC en cebada negra. 1: catequinas. 3. Ácido p-cumárico. 3. Ácido ferúlico. Elaborado a partir de Zhang et al. (2016). Cultivo y variedades de cebada. Fundamentalmente existen dos tipos de cebada. El de seis carreras o hexístico (Hordeum vulgare var. hexastichom), caracterizado por tener las tres 18 espiguillas flores fértiles. Se ha utilizado para alimentación humana y animal, también se le conoce como cebada caballar (UPNA, en línea). Presenta un mayor contenido en proteínas y menos cantidad de fibra. Las variedades de este tipo de cebada se adaptan a condiciones más rústicas, si bien ofrecen menor productividad y peso de grano (López-Querol et al., 2016) (Fig. 11). Fig.11. Cebada de seis carreras. Disposición de cariópside. Elaborado a partir de Mundo agrícola y Ministerio de Agricultura 1484 (en línea). La cebada maltera o tipo dístico o de dos carreras (Hordeum vulgare var. distichom) es la preferida por la industria cervecera. En este caso sólo la espiguilla central (del grupo de tres) presenta una flor (UPNA, en línea) (Fig. 12). Fig. 12. Cebada de dos carreras. Disposición de cariópside. Elaborado a partir de Fito-agrícola y Ministerio de Agricultura 1487 (en línea). España es el país de la UE que dedica una mayor superficie al cultivo de cebada (de manera extensiva), aunque las condiciones de cultivo son peores: los suelos son más rústicos, tienen menor potencial cerealístico y la pluviometría es escasa. Aun así es el sexto productor del mundo de este cereal (Fig. 13). Esto ha sido posible gracias a una mejora genética de las nuevas 19 variedades que presentan un fenotipo con menor altura, menor encamado y mayor resistencia a plagas. Fig.13. Países productores de cebada. Toneladas x1000 y distribución geográfica (media1993-2016). Fuente: http://www.fao.org/faostat/ (en línea). Actualmente la mayoría de las variedades cultivadas en España son dísticas. El destino de la producción es otro factor a considerar a la hora de decidir la variedad a sembrar. Como se dijo anteriormente, la industria maltera se abastece mayoritariamente de variedades de 2 carreras, con granos de mayor calibre y peso específico (López-Querol et al., 2016). Las variedades de cebada cervecera más apreciadas en España por la asociación de malteros-cerveceros son: Scarlett, Pewter, Henley y Shakira (https://www.agrodigital.com/2004/12/23 /, en línea). Esta asociación establece unas recomendaciones orientativas para la calidad de la cebada, independientemente de la calidad futura de la cerveza: Humedad: 11.5%; Proteínas: 9.5-11%; Granos partidos más impurezas: <4%; Pureza de la variedad: mínimo 95%; Germinación: >97%; Calibre cariópside: >2.5 cm el 65%; < 2.2 cm máximo el 10%; ausencia de micotoxinas y, metales pesados según la legislación. En el mundo existen más de 1300 variedades comerciales de cebada, en la tabla 1 se recogen las variedades de cebada maltera más vendidas por Malteurop (en línea) (principal grupo de venta de cebada para fabricación de cerveza). Se trata de variedades de dos carreras, con un ciclo biológico corto (se siembran en primavera), con espigado corto o de mediana altura, lo que las hacen resistentes al encamado (pérdida de posición vertical de la planta, más susceptible a ataques por el hongo Fusarium y menor rendimiento fotosintético), lo que trae como consecuencia un mayor peso específico del grano (medido en número de cariópsides/hectolitro) que según la Comisión Europea, debe ser al menos del 62%, BOE, 18 agosto de 2010, en línea). 20 Tabla 1. Principales variedades de cebad a maltera vendidas por Malteurop. Enfermedades de la cebada. Las Micotoxinas son metabolitos secundarios fúngicos (Aspergillus, Penicillium y Fusarium,…) que afectan a leguminosas y cereales fundamentalmente en su proceso vegetativo o de almacenamiento, y de ahí pasan a la cadena alimentaria animal y humana. Aunque se intuye su presencia en “Las plagas de Egipto”, no fue hasta 1960 cuando se ponen en evidencia en la afectación del ganado o del ser humano (por ejemplo pueden producir necrosis hepáticas y renales y su toxicidad es muy alta, a niveles de 20 µg/kg de peso) (Hussein y Brasel, 2001; Richard, 2007). Los hongos que más afectan a la cebada, son especies del género Fusarium (Fig. 14) (Schwarz et al., 1995), que en situaciones de alta humedad o pluviosidad atacan las espiguillas de la planta y reducen su rendimiento agrícola (Riera, en línea), también producen vomitoxina, una micotoxina cuya estructura molecular se puede observar en la figura 14. Fig. 14. Estructura química de Vomitoxina o DON. Obtenido bajo las condiciones de la fuente original. Fate and Development of Naturally Occurring Fusarium Mycotoxins During Malting and Brewing. Y conidios de Fusarium graninearum. Fuente: ttps://www.wattagnet.com/articles/ (en línea). Propiedades medicinales de la cebada. Para finalizar con el capítulo de la cebada señalamos algunas de sus virtudes terapéuticas (planta por sí misma): el agua de cebada facilita la digestiones pesadas (Font-Quer, 2007). A preparaciones a base de cebada se le atribuyen propiedades hipolipemiantes e hipoglucemiantes. En uso tópico sirve para preparar geles y champús con propiedades emolientes (Herráiz, 2009). 21 LÚPULO Clado: Angiospermas, Eudicotiledóneas, Fábidas. Orden: Rosales Familia: Cannabaceae. Género: Humulus L. Especie: Humulus lulupus L. Sinónimos botánicos: 7 nombres válidos y 2 nombres ilegítimos (www.theplantlist.org). Taxa intraespecíficos: 2 Cientos de variedades comerciales según Código Internacional de Plantas Cultivadas. Hierbas vivaces por rizoma. Dioicas. Tallo anual de hasta 10 m de altura, voluble. Hojas opuestas, pecioladas, cordadas en la base, 3-5 lóbulos oval-lanceolados, haz con tricomas cistolíticos y envés pubescente y glanduloso, con estípulas. Fig. 15. Hábito del lúpulo. Humulus lupulus L. Fuente: Wikipedia (dominio público). 22 Inflorescencias masculinas laxas, multifloras. Inflorescencias femeninas compactas pecioladas y en forma de cono. Flores masculinas con 5 tépalos y 5 estambres opuestos a los tépalos. Flores femeninas bracteoladas (membranáceas) con periantio indiviso adherido al ovario, generalmente dos por bráctea, dos estigmas, con numerosos tricomas glandulares peltados en la base o glándulas de lupulina (resinas y aceites esenciales). Frutos en aquenio. Semilla con embrión recurvado, endospermo pequeño, oleoso (Fig. 15). 2n=10. Fl: verano; Fr: otoño. Originaria de Europa, Norte de África, Oeste de Asia y Norte de América. En el NO de España es frecuente en sotos, alisedas, ambientes húmedos. Ampliamente cultivado en países del hemisferio norte (entre 35-55ºN). Fuentes: Catalán (2005), Takhtajan (2009), Devesa-Alcaraz y Carrión-García (2012), Flora of China (en línea). Genética y algo de historia del lúpulo. El lúpulo no se usó como aromatizante en la cerveza primitiva egipcia ni en el mundo mediterráneo. Evidencias arqueológicas sugierren que el lúpulo empezó a utilizarse en Europa Central hacia el año 700y estuvo fielmente documentado en Alemania hacia el año 850. En el NO de Europa también se usarían como aromatizante hojas de Myrica gale (mirto de bravante) (Prance y Nesbitt, 2012). Laws (2012) atribuye la aparición de la asociación del lúpulo en el año 736 en el monasterio benedictino de Weihenstephan (cerca de Munich). En 1926 se creó en Baviera (Alemania) el Hop Research Center Huell (Hopfenforschungszentrum Hüll), un instituto de investigación en el que se estudian los avances en la química, reproducción y cultivo del lúpulo. Actualmente se centran en la obtención de nuevas variedades de lúpulo (en ausencia de ingeniería genética), innovadoras para satisfacer las demandas del sector cervecero (Seigner et al., 2009). En este sentido, en los últimos años se vienen realizado estudios con marcadores moleculares en el genoma de multitud de variedades de lúpulo con el objetivo de seleccionar aquellas con mejores propiedades para la elaboración de la cerveza, o más resistentes a enfermedades (Stajner et., 2005; Henning et al., 2011; Rodolfi et al., 2018). También se han realizado trabajos sobre expresión génica (Castro et al., 2008). Recientemente se ha secuenciado el 80% del genoma del lúpulo (Humulus lupulus var. lupulus cv. SW). Este genoma pesa entre 2050-2570 Kb, el triple en tamaño que el de otra cannabaceae, Cannabis sativa (variedad de marihuana PK) (2n=20), si bien el número de genes que codifican proteínas en ambas plantas son comparables (41228 en el lúpulo y 30074 en cannabis). A partir de éste y otros trabajos se han identificado ya genes que intervienen en el sabor y aroma de la cerveza (Natsume et al., 2015), lo que abre un campo inmenso en la biotecnología del lúpulo y de la cerveza. 23 Química del lúpulo. Las glándulas florales del lúpulo producen lupulina, que es una mezcla de resina formada por α y β ácidos (25% del extracto seco), aceites esenciales volátiles (ésteres y terpenoides) y polifenoles (De Keukeleire, 2000; Jaskula et al., 2007; Van Holle et al., 2017). El sabor amargo de la cerveza lo proporcionan los α-ácidos: conjunto de tres moléculas llamadas humulonas, de las que la cohumulona es la principal responsable del amargor. Estas humulonas se isomerizan en cis y trans iso-α ácidos, con el resultado de seis moléculas diferentes que se pueden separar por HPLC (Jaskula et al., 2007) (Fig. 16). La cantidad de iso-α- ácidos en la cerveza (isohumulonas) varía entre 15 y 100 ppm y pueden otorgar un sabor amargo equivalente al de la quinina. Las humulonas poseen propiedades tensioactivas y estabilizan la espuma de la cerveza. Así mismo tienen propiedades bacteriostáticas sobre las bacterias Gram negativas, lo que ayudan a la conservación de la cerveza. Los α-ácidos reaccionan con la luz y transmiten a la cerveza un olor desagradable (efecto light-struck), de ahí que esta bebida deba conservarse en envases opacos. Los β-ácidos son moléculas tipo lupulona y poseen gran poder bacteriostático, no aportan amargor a la cerveza. Los lúpulos con altas proporciones de estas moléculas son menos apreciados por los cerveceros (De Keukeleire, 2000). Fig. 16. Moléculas de la resina del lúpulo. A: Resina. B. α-ácidos. C. Separación por HPLC. Fuente: Jaskula et al. (2007); Van De Holle et al. (2017). 30 las nuevas formas de resistencia (Fig. 23). La “virulencia” de esta enfermedad depende de la cepa de Verticillium en cuestión (Sewell y Wilson, 1984), por lo que es esencial la elección de variedades de lúpulo resistentes. Como complemento a estas notas, indicamos los resultados de Naraine y Small (2017), donde se estudia la densidad abaxial (envés) de glándulas foliares como una forma no química de proteger a las hojas de los insectos herbívoros. Los autores llegaron a la conclusión que las variedades de lúpulo norteamericanas poseían una densidad de glándulas de 2 a 4 veces superior a las variedades europeas, como hecho a tener en cuenta a la hora de obtener nuevas variedades de lúpulo. Fig. 23. Ciclo biológico de Verticillium. Redibujado a partir de Berlanger y Powelson. (2000). Propiedades medicinales del lúpulo. Font-Quer (2007) le atribuye propiedades diuréticas, sedantes e hipnóticas. En la actualidad se emplea conjuntamente valeriana (Valeriana offiicinalis) y lúpulo como mezcla inductora del sueño (Mayer, 2003). El extracto de lúpulo también posee propiedades fitoestrogénicas. Era un hecho conocido que a las mujeres que recolectaban el lúpulo de forma manual se les alteraba el ciclo menstrual (Bravo-Díaz, 1969), si bien este hecho no se pudo demostrar en ratas. En los últimos 20 años se están concretando las posibles propiedades beneficiosas para la salud: fitoestrógénicas contra la menopausia (Keiler et. 2013), anticancerígenas, lucha contra el Alzheimer (Natsume et al., 2015), hipolipemiante, hipoglucemiante (Takahashi y Osada, 2017). 31 LEVADURAS Clado: Fungi, Ascomycota, Hemiascomycetes (Saccharomycetes). Orden: Saccharomycetales Familia: Saccharomycetaceae. Género: Saccharomyces Meyen. Especie: complejo sensu stricto de Saccharomyces (Varias especies). Taxa asociados: al género Saccharomuces están asociados 439 taxa (especies, incluyendo subespecies y variedades) (http://www.mycobank.org/). Centenares de cepas comerciales y de laboratorio (seleccionadas como consecuencia de mutaciones e hibridaciones). Alexopoulos y Mins (1985) consideran que el término “levadura” no tiene significación taxonómica, generalmente se aplica a hongos unicelulares (con escaso micelio o ausencia del mismo) que se reproducen por gemación o fisión, lo que tiene lugar en varios grupos de ascomicetos (Pneumocystis, Taphrina, Candida) y algunos basidiomicetos. Por ello estos autores definen el concepto de “levaduras verdaderas”: hongos unicelulares, sin hifas ni ascocarpos y, cuando forman ascas, éstas se originan directamente a partir del zigoto. Viven en exudados vegetales azucarados como el néctar de las flores y frutos en descomposición. La importancia en la vida humana es enorme por sus usos tradicionales en la fermentación de bebidas alcohólicas, industria panadera y elaboración de queso; existen otras aplicaciones: en farmacia (producción de vitaminas y proteínas recombinantes como hormonas y vacunas), investigación biológica, biotecnología ambiental (absorción de metales pesados), nutrición animal (fuente de proteínas), etc. (Mejías-Barajas et al., 2016). La familia y género de levaduras más importantes en este trabajo son Saccharomycetaceae y Saccharomyces respectivamente. Las especies que intervienen en la elaboración de la cerveza son: S. cerevisiae, S. pastorianus = S. carlsbergensis, S. bayanus, y S. uvarum (ambientes antrópicos); S. cariocanus, S. mikatae, S. paradoxus y S. kudriavzevii (ambientes naturales, raramente en ambientes antrópicos) (Azumi y Goto-Yamamoto, 2001; Sicard y Legras, 2011). Las levaduras son los organismos eucariotas más simples del árbol filogenético (Faria-Oliveira et al., 2013). En ausencia de ascas y ascosporas, la identificación de Saccharomyces es difícil, de ahí haya que recurrir a test fisiológicos (capacidad de asimilar fuentes de hidratos de carbono o nitrógeno) o a pruebas de secuenciación de ADN. Las células tienen un tamaño pequeño (6-8 x 5-6 µm), la forma es variable según la especie (esférica, ovoide, alargada), quedando a veces unidas entre sí en un pseudomicelio (Fig. 24). En el citoplasma aparecen numerosas inclusiones y gran cantidad de orgánulos. Presentan un sólo núcleo y una enorme vacuola central, las mitocondrias son activas en periodos de demanda de energía o tienden a fragmentarse en periodos de poca actividad metabólica (fermentación anaeróbica) (Webster y Weber, 2013). El genoma de 32 S. cerevisiae se secuenció completo en 1996 (n=16, 12Mb, aproximadamente 6000 genes) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/g ). Fig. 24. Características de Saccharomyces cerevisiae. A: Foto Microscopio electrónico. B: Componentes celulares. C: Proceso de endomitosis. D: Pseudomicelio. E: Ciclo biológico. Elaboración propia a partir de: Alexopoulos y Mims (1985), Webster y Weber (2013) y Wikipedia. Las células vegetativas de S. cerevisiae son haploides o diploides, si bien suelen ocurrir fenómenos de poliploidía (p.e. las cepas para panadería son autotetraploides) (Webster y Weber, 2013). La reproducción asexual en S. cerevisiae ocurre por gemación de la pared celular y la mitosis es intranuclear (no desaparece la membrana nuclear). La gemación ocurre en puntos 33 predeterminados (cicatrices), cada célula tiene una cicatriz de nacimiento y otras cicatrices de gemación. La reproducción sexual ocurre por la unión de dos células somáticas o también de dos ascosporas (realizan la función de gametangios de copulación) que originan un zigoto, del que se origina un asca con 1 a 8 ascosporas (Alexopoulos y Mims, 1985) (Fig. 24). A diferencia de otras levaduras, las del género Saccharomyces son anaerobias facultativas. En ausencia de oxígeno utilizan las hexosas (preferentemente glucosa) para producir alcohol y dióxido de carbono. Este fenómeno fue observado por Pasteur en 1860 (Baxter, 2001; Sicard y Legras, 2011). En presencia de oxígeno y altas concentraciones de glucosa, Saccharomyces también fermenta. La fermentación se detiene con elevadas concentraciones de alcohol, que empieza a utilizarse como sustrato en el ciclo de Krebs; de ahí que al final de este proceso se obtengan otras sustancias como cetonas, aldehídos, ésteres y ácidos orgánicos que proporcionan sabores y aromas especiales a la cerveza (Faria-Oliveira et al., 2013). De hecho, la fermentación es un proceso sometido a muchas variables, de ahí que según se controlen estas variables, se puedan obtener multitud de cervezas diferentes. Por ejemplo, según las características de proceso, el tipo de lúpulo y cepa de levadura, actúan sinérgicamente de una u otra de forma (mecanismo poco estudiado) en la composición final de compuestos volátiles de la cerveza (Steyer et al., 2017). Desde el punto de vista de la elaboración de la cerveza existen dos familias de levaduras, Ale y Lager. En la primera se incluye cepas de S. cerevisiae que fermenta durante días u horas a 15- 24ºC y son las utilizadas desde la antigüedad. Las levaduras Lager (S. pastorianus) son más recientes y fermentan a baja temperatura (5-14ºC) durante meses. S. pastorianus es la resultante de la hibridación y selección interespecífica de S. cerevisiae y S. bayanus, esta última aislada en zonas frías de la Patagonia, y que de alguna manera llegó a Europa con los viajes marítimos en el siglo XIX (identificada en el Instituto Calsberg); aunque existen otros trabajos que proponen que ésta llegó a Baviera en el siglo XVI procedente de Asia (originando las primitivas cervezas Lager) (Bing et al., 2014). En este sentido la cerveza, S. pastorianus no se ha encontrado en Europa en estado silvestre. Por último, señalar que en los estilos Lager Pilsen (lúpulo Saaz- República Checa) y Calsberg (Dinamarca), las levaduras son diploides, mientras que en la cerveza estilo Frohberg (Holanda), las levaduras son triploides, con dos juegos cromosómicos de S. cerevisiae y uno de S. bayanus. Además se han detectado otros híbridos entre representantes del complejo S. cerevisiae. El hecho de que las levaduras industriales sean poliploides, supone una ventaja sobre las silvestres (diploides), ya que las primeras contienen más loci de genes que intervienen en la fermentación (Sicard y Legras, 2011). 34 CONCLUSIONES La elaboración de la cerveza es un proceso complejo y quizás uno de los más antiguos de la humanidad, que ha ido perpetuándose a través de los siglos y civilizaciones con progresivos cambios, pero con la misma estructura: la fermentación de granos de cereales por levaduras, pasando de un líquido de elaboración artesanal en áreas geográficas determinadas, a una bebida producida en todo el mundo. Los cuantiosos estilos de cerveza son el resultado de la enorme variabilidad botánica que se emplea en su fabricación. En la cebada, lúpulo y levaduras existen cientos de variedades comerciales producto de la selección humana, que se ha visto potenciada con estudios genéticos y moleculares, por ejemplo, ya se han secuenciado el genoma de cada uno de ellos, paso previo, para la mejora y obtención de nuevos estilos de cerveza. La cebada de dos carreras es el principal cereal que se usa en la cerveza, la que le otorga el sabor característico a la bebida. La cebada (a diferencia del trigo) se puede cultivar en amplias regiones del mundo por su mejor adaptación a suelos pobres y a climas fríos. En la actualidad se trabaja para obtener variedades de ciclo corto, resistentes al encamado y al ataque por hongos. El lúpulo se empezó a añadir a la cerveza en el medievo centro-europeo y se distribuyó por el resto del mundo, siendo Alemania y Estados Unidos, los principales productores y donde existen instituciones destinadas exclusivamente al estudio del lúpulo. Los iso-α-ácidos (humulonas) son los responsables del amargor de la cerveza y los compuestos volátiles (ésteres y terpenoides) son los responsables del aroma (distintas notas frutales, a tierra, madera, etc.). Actualmente existe una tecnología avanzada del lúpulo, lo que permite una producción más diversa de cervezas. Este hecho es importante en la elaboración de cervezas artesanales, que a su vez reforzado por la modificación controlada de las diversas variables que intervienen en la fermentación (tiempo, temperatura, concentración de sustrato, etc.). El último elemento en descubrirse científicamente fueron las levaduras. Estos microorganismos, del complejo Saccharomyces cerevisiae se hibridan entre sí y en muchos casos están domesticados por el hombre y se encuentran en la naturaleza de forma silvestre. Con la aparición de S. pastorianus, que fermenta a bajas temperaturas, y las técnicas de refrigeración, la cerveza se puede elaborar en cualquier parte del mundo a partir de las materias primas adecuadas. En este trabajo se han aunado los estudios de cebada, lúpulo y levaduras, por lo que sus resultados son parciales y pueden ampliarse en futuras investigaciones en las que se estudien cada elemento por separado. 35 BIBLIOGRAFÍA 1. Alexopoulos CJ, Mims CW. Introducción a la Micología. Barcelona: Omega. 1985. 2. Araújo G, López D, Reyes D, Romero G. Utilización de cebada como adjunto para la elaboración de una Pilsen por decocción según “Reinheitsgebot”. Cerveza y Malta. 2016; 211: 36-43. 3. Azumi M, Goto-Yamamoto N. AFLP analysis of type strains and laboratory and industrial strains of Saccharomyces sensu stricto and its application to phenetic clustering. Yeast. 2001; 18: 1145-1154. 4. Badr A, Müller K, Schäfer R. et al. 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