La fermentación alcohólica es un proceso biológico complejo, impulsado por seres vivos autónomos: las levaduras. Para asegurar el éxito completo de una fermentación alcohólica, especialmente en mostos que presentan desafíos, es vital comprender los factores que influyen directamente en la vida, actividad y supervivencia de estas levaduras.
Una investigación conjunta del Grupo ICV y la empresa canadiense Lallemand identificó 15 factores principales críticos, validados en levaduras seleccionadas y en bodegas con buenas prácticas de higiene. Estos puntos clave se distribuyen a lo largo de las diferentes etapas de la fermentación:
- 6 durante la inoculación
- 3 en el primer cuarto de la fermentación
- 3 al final del primer tercio de la fermentación
- 3 durante el último cuarto de la fermentación
A continuación, se detallan estos factores y se proponen soluciones operativas para enfrentar los problemas que puedan surgir.
Comprendiendo los Desafíos Iniciales: La Fase de Inoculación
La etapa de inoculación es crucial, ya que establece las bases para el comportamiento de la levadura durante toda la fermentación. Un inicio deficiente puede generar una fermentación "difícil".
Choques Osmóticos y Térmicos
El shock osmótico, provocado por la alta concentración de azúcar en el mosto, es el primer acontecimiento importante en la vida de una población de levaduras enológicas. Este choque afecta la fisiología de las células a lo largo de sus vidas, impactando su capacidad de fermentación. La capacidad para soportar los choques osmóticos varía según las levaduras, particularmente en mostos ricos en azúcar (por encima de 220 g/L de azúcares fermentables, lo que equivale a un 13% de alcohol potencial).
Cuanto mayor sea el nivel de alcohol potencial natural, más energía debe gastar la levadura para mantener el equilibrio entre el interior y el exterior de la célula, lo que la obliga a sintetizar más glicerol y, al mismo tiempo, a producir más ácido acético. Esta producción aumenta cuando los recursos de ácidos grasos y esteroles son insuficientes y cuando la levadura está sujeta a otros estreses como la temperatura o el SO2. No existe una manera real de reducir la fuente de riesgo asociada a este factor, ya que la madurez de la uva generalmente depende de los objetivos de mercado o sensoriales.
El segundo choque se refiere a la temperatura. La diferencia entre la temperatura del agua utilizada para rehidratar la levadura (normalmente 35°C) y la temperatura del mosto, cambia, entre otras cosas, la capacidad de la levadura para tomar un cierto número de compuestos como el nitrógeno del medio. Este choque se evalúa directamente por la diferencia de temperatura entre el mosto y el agua al final de la rehidratación, y la sensibilidad a dicho estrés varía según las levaduras.
La Selección Adecuada de la Levadura
La elección de la levadura es fundamental. Es esencial conocer sus capacidades y evaluarlas en relación con la uva a cosechar y la vinificación prevista. Preguntas clave son: ¿Cuánto azúcar puede fermentar? ¿Cuánto nitrógeno asimilable necesita? ¿Qué temperaturas puede soportar sin mayor riesgo?
Los factores de resistencia al estrés, como los ácidos grasos insaturados y los esteroles, son importantes para el correcto funcionamiento de la membrana celular. Su concentración puede evaluarse indirectamente a partir de la dosis de levadura seca activa (LSA) que se añade. Durante la multiplicación celular en el mosto de uva, la levadura tiene un metabolismo fermentativo, lo que dificulta la síntesis de estos factores de resistencia. La concentración inicial en las células se diluirá a lo largo de la fase de multiplicación celular. Por lo tanto, una población inicial alta de levadura significa que se requieren menos generaciones para alcanzar la colonización completa, lo que reduce la dilución del stock inicial de factores de resistencia.
Impacto del Desfangado
El desfangado, que es la eliminación de partículas y flóculos pécticos, también puede eliminar ácidos grasos poliinsaturados de interés para la levadura. Estos lípidos fomentan el consumo de nitrógeno asimilable por la levadura y la formación de esteroles de membrana, esenciales para la supervivencia de la levadura durante el último cuarto de la fermentación. Son hidrofóbicos y no están disueltos en el mosto. Este factor puede evaluarse indirectamente por la intensidad del desfangado (midiendo la NTU final o concentración de sólidos suspendidos). Si se desfanga el mosto para que esté muy claro, puede ser peligroso, especialmente si el alcohol potencial está por encima del 12.5 - 13%.
Nutrición y Protección de la Levadura en la Inoculación
Un indicador operativo clave es la relación entre la adición de protectores complejos, como la levadura inactivada (ej. GoFerm Protect Evolution), y la tasa de inoculación, en el momento de la rehidratación. En este punto, la levadura tiene la capacidad de tomar los esteroles de estas preparaciones, así como los micronutrientes que contienen.
Las levaduras necesitan aminoácidos, ácidos grasos, micronutrientes (vitaminas y minerales) durante la fase de multiplicación celular, además de esteroles para soportar el choque osmótico y luego el alcohol. En el mosto, algunos de estos elementos no son biodisponibles cuando la levadura más los necesita. La adición de activadores orgánicos o complejos que contienen estos diferentes elementos en forma biodisponible puede reducir el riesgo de estrés nutricional en la levadura.
Cada levadura enológica tiene sus propias necesidades. Los niveles de adición de nutrientes están determinados por la elección de la levadura, pero también por otros factores como el estado sanitario de la cosecha (el mal estado sanitario conduce a niveles más bajos de nitrógeno asimilable), el alcohol potencial (más azúcar para fermentar = mayor necesidad de nitrógeno asimilable), el nivel de turbidez y el régimen térmico aplicado.
| Factor | Impacto en la Levadura | Ejemplo o Consecuencia |
|---|---|---|
| Estado sanitario de la cosecha | Menores niveles de nitrógeno asimilable | Requiere mayor suplementación nutricional |
| Alcohol potencial | Mayor necesidad de nitrógeno asimilable | Mostos con >220 g/L de azúcar |
| Nivel de turbidez | Puede influir en la disponibilidad de nutrientes | Mostos muy clarificados (desfangados) |
| Régimen térmico | Temperaturas extremas afectan la asimilación | Bajas temperaturas iniciales limitan nitrógeno |
| Oxigenación | Esencial para síntesis de lípidos y esteroles | Una oxigenación adecuada mejora la salud celular |
Más allá de la concentración inicial de vitaminas, oligoelementos y nitrógeno asimilable en el mosto, las deficiencias pueden resultar del crecimiento de microorganismos indígenas. La inoculación directa en una etapa temprana, así como la ausencia de sensibilidad al factor killer (fenotipo neutro o K2) de la levadura elegida, son formas de limitar este riesgo. Se debe inocular cuando lleguen las primeras uvas tintas, o al inicio del llenado para blanco, rosado o mosto de termo-vinificación, con aclimatación cuando sea necesario, sin esperar a que el depósito esté lleno.
Gestión Durante la Fermentación Activa
Una vez inoculadas, las levaduras comienzan su fase de multiplicación y fermentación, donde una gestión adecuada es esencial para evitar estancamientos y desviaciones.
Multiplicación Celular y Metabolismo
La fase de multiplicación corresponde al consumo de los primeros 50-60 gramos de azúcar, hasta aproximadamente una densidad inicial menos 30 puntos, cuando se alcanza la Vmáx o tasa máxima de fermentación. Después del choque osmótico inicial, esta es otra fase clave para la levadura. Para estas síntesis, la levadura necesita varias fuentes de nutrientes: todas las formas de nitrógeno asimilable (en particular aminoácidos) y lípidos (ácidos grasos poliinsaturados, esteroles). Cuando hay desequilibrios, la membrana celular puede estar dañada y la producción de ácido acético puede aumentar.
Control de Temperatura en la Fase de Crecimiento
Las bajas temperaturas durante la fase de crecimiento celular (generalmente ≤ 15°C) limitan la capacidad de las levaduras para asimilar el nitrógeno disponible, especialmente en forma de amonio. La capacidad general de la levadura para tomar nitrógeno en el medio disminuye a medida que avanza la fermentación alcohólica, por lo que una deficiencia inicial inducida por la baja temperatura durante las primeras 48 horas no puede ser compensada por el aumento del consumo de nitrógeno más adelante en la fermentación. Algunas levaduras son más sensibles que otras a estas condiciones. Si se realiza maceración en frío antes de la fermentación, es necesario inocular durante el llenado para evitar que la flora contaminante se establezca, consumiendo el nitrógeno y las vitaminas e induciendo carencias para la levadura.
La Importancia de la Oxigenación
Durante la multiplicación celular, la levadura utiliza el oxígeno para sintetizar ácidos grasos monoinsaturados y su ergosterol. Esto pone la membrana celular en una mejor condición fisiológica y limita el riesgo de excesiva producción de acidez volátil. La adición de 3 a 5 mg/L de oxígeno disuelto es eficaz. Es un riesgo importante el no airear, especialmente a un tercio de la fermentación alcohólica, cuando cualquier oxígeno añadido es completamente consumido por las levaduras en pocos segundos.
Manejo de la Cinética de Fermentación
Cuando la levadura se multiplica rápidamente, la cinética de la producción de etanol es mayor. En una situación industrial, una tasa de multiplicación inicial rápida conduce a un aumento de la temperatura que es difícil de controlar, especialmente para los grandes depósitos de fermentación. Esto puede llevar al deterioro de la condición fisiológica de la membrana celular, incluso si la concentración de alcohol en el mosto sigue siendo modesta. En el mosto de uva, la tasa de multiplicación celular es más alta a 28°C. Conseguir una temperatura alta en el sombrero para ayudar a la extracción no es recomendable, ya que cuanto más calientes son las uvas, más sufren y mueren las levaduras, independientemente de cuándo "se calientan".
Estrategias para la Fase Estacionaria y Final de la Fermentación
A medida que la fermentación avanza, las condiciones se vuelven más hostiles para las levaduras, lo que requiere un manejo cuidadoso para asegurar la finalización.
Resistencia a Condiciones Adversas
A la densidad inicial menos 30 puntos, o más generalmente entre la densidad 1060 y 1040, la población de levaduras ha colonizado completamente el medio y la multiplicación activa de las células se detiene. Las levaduras dirigen su metabolismo hacia la resistencia a condiciones difíciles: una disminución de la disponibilidad de nutrientes y una concentración creciente de etanol. En este punto, la célula de levadura aún puede almacenar compuestos de resistencia a la membrana, como esteroles y ácidos grasos monoinsaturados.
Impacto Crítico de la Temperatura Elevada
La alta temperatura es el único factor que tiene un efecto letal directo en las células, y este efecto depende de la condición en la que se encuentre la levadura. Existen diferencias conocidas entre la resistencia de diferentes levaduras enológicas. Para la mayoría de las variedades de uva mediterráneas, por encima de 28°C existe un fuerte riesgo de mortalidad muy alta, lo que no permitirá la supervivencia de una población suficiente para completar el consumo de los azúcares.
Adición de Nutrientes en Fases Posteriores
En esta etapa, la adición de nutrientes puede ser crucial. Un indicador operativo es la adición de nutrientes orgánicos o complejos que contienen levaduras inactivadas o levaduras autolisadas, con sus dosis adecuadas. Estos nutrientes proporcionan todas las formas de nitrógeno asimilable. Las necesidades nutricionales varían según las levaduras enológicas.
Otro indicador es la adición de sulfato o fosfato de amonio, con su dosis. Sin embargo, en algunas variedades y mostos, la adición excesiva puede causar desequilibrio nutricional, desviaciones en el metabolismo del azufre y la producción de aromas azufrados desagradables. Por lo tanto, el sulfato o fosfato diamónico no es siempre el nutriente de nitrógeno más eficaz.
Hidratación de levaduras para fermentar vinos
Re-oxigenación Controlada
Al final del crecimiento de la población, la levadura utiliza el oxígeno para sintetizar ácidos grasos monoinsaturados y esteroles. Esto le permite mantener la membrana celular en una buena condición fisiológica. La adición de 5 a 8 mg/L de oxígeno disuelto es eficaz en este punto. Trabajos recientes demuestran que los residuos de cobre no tienen un efecto significativo en la fermentación, y la coinoculación de levadura y bacterias lácticas (Oenococcus oeni, Lactiplantibacillus plantarum) no dificulta la fermentación alcohólica.
Asegurando la Supervivencia de las Células y la Finalización
En el último cuarto de la fermentación, la mayoría de las células son fisiológicamente viejas y se encuentran en un estado de supervivencia. Las acciones prácticas en esta etapa están dirigidas únicamente a mantener a toda la población de células en suspensión y, por lo tanto, en contacto con el mosto.
Mantenimiento de la Población en Suspensión
Al final de la fermentación, el nivel de producción de CO2 es bajo y, por lo tanto, hay poco movimiento natural en el mosto. Como resultado, las levaduras permanecen en suspensión por un tiempo más corto. Las levaduras que se asientan en el fondo del depósito ya no están en contacto con el mosto que todavía contiene azúcar. Mueren por la falta de una fuente de energía y su incapacidad para mantener el pH intracelular, lo que reduce las levaduras activas. Las levaduras muertas en un medio reductor liberan con frecuencia compuestos azufrados desagradables.
Métodos de Re-suspensión
El indicador operativo es el número de veces al día que todas las levaduras se vuelven a poner en suspensión. Diferentes métodos son eficaces: delestage, agitación en recipientes pequeños, bazuqueos con lanzas de N2 o CO2, adición de pellets de hielo seco o bombeo interno continuo utilizando una bomba sumergible. El remontado en circuito cerrado es ineficaz porque crea canales preferenciales en el mosto que limitan la agitación en la parte inferior del depósito. La agitación también ayuda a controlar los riesgos de desviaciones aromáticas por compuestos azufrados indeseables.
Casos Específicos de Fermentación Difícil
Más allá de los vinos, otras bebidas fermentadas presentan sus propias particularidades cuando se trata de mostos difíciles de manejar.
Fermentación de Hidromiel (Miel)
Fermentar miel es un desafío, ya que la miel en sí es un medio antimicrobiano debido a su bajo contenido de agua, alta concentración de azúcares, bajo pH y abundancia de azúcares reductores, lo que dificulta la acción microbiana. La elaboración del mosto para hidromiel es sencilla, pero la fermentación requiere un cuidado especial.
Es imprescindible comenzar con un estarter muy grande y vigoroso, ya que un estarter pequeño puede conducir a fermentaciones incompletas o sabores no deseados. Se obtienen buenos resultados haciendo un estarter en mosto de cebada, que es un medio mucho más rico en aminoácidos y minerales que la miel. Además, el uso de nutrientes para levadura es indispensable para añadir los aminoácidos, ácidos grasos y minerales de los que la miel es deficiente. Se pueden añadir manzana rallada o zumo de frutas; incluso levadura vieja esterilizada puede servir como nutriente. Se recomienda hacer un mosto de hidromiel con una densidad inicial de 1080 o 1090 (aproximadamente 3 kg de miel para 10-12 litros finales).
Después de sembrar la levadura, es crucial mantener el mosto en agitación durante 24 o 48 horas para que la levadura se multiplique y capte una gran cantidad de oxígeno, lo cual es necesario para la síntesis de ácidos grasos y el desarrollo de tolerancia al alcohol. Otros aditivos recomendados son los taninos del té y ácido para mantener el pH entre 3 y 4 (muchas fuentes sugieren 3.7 como ideal).
Fermentación de Mostos de Alta Densidad en Cerveza
La fermentación de mostos de alta densidad en la elaboración de cerveza también plantea desafíos únicos. No todas las cepas de levadura pueden soportar el mayor contenido de alcohol y la presión osmótica asociados con la elaboración de cerveza de alta densidad. Es crucial elegir una cepa de levadura que tolere estas condiciones y produzca sabores deseables. El control de la temperatura es vital, ya que el mayor contenido de alcohol puede estresar la levadura, produciendo sabores desagradables. Asimismo, la gestión de la nutrición es crucial, ya que la alta concentración de azúcar puede provocar deficiencias de nutrientes, lo que lleva a fermentaciones lentas o estancadas. Se suelen emplear suplementos de nutrientes, como energizantes de levadura o cáscaras de levadura.
Los niveles de oxigenación adecuados al comienzo de la fermentación son cruciales para la salud y reproducción de la levadura, pero una exposición excesiva al oxígeno durante la fermentación puede provocar la producción de sabores desagradables como acetaldehído u oxidación. El control del pH también es importante, ya que el aumento del contenido de alcohol puede afectar el pH, desequilibrando el sabor de la cerveza. Los mostos de alta densidad tienden a tener una menor solubilidad en oxígeno, lo que dificulta el acceso de la levadura al oxígeno necesario. A pesar de la planificación, pueden surgir problemas como fermentación estancada o sabores extraños, y los cerveceros deben estar preparados para identificar y abordar estos problemas rápidamente. Para que la fermentación a alta gravedad tenga éxito es necesario emplear técnicas específicas adaptadas a los desafíos en cuestión, incluyendo una oxigenación y aireación adecuadas durante la manipulación y transferencia del mosto para estimular el crecimiento y la reproducción de la levadura.
Corrección de Mostos: Acidez y Nutrientes
Las correcciones en los mostos se pueden resumir en dos tipos principales. Una de ellas, la menos frecuente, es la adición de fosfato amónico en años de excesiva maduración o por defecto de sales amoniacales, antes de la fermentación para favorecerla; su necesidad suele ser bastante infrecuente.
La otra es más habitual: corregir la acidez de los mostos, casi siempre con la necesidad de incrementarla. El momento óptimo para hacerlo es antes de la fermentación. Las dosis deben ser suficientes para que los mostos queden con unos niveles mínimos de 4 gr./l. de acidez total expresada en ácido sulfúrico. El ácido a utilizar es el tartárico, pensando en unas necesidades aproximadamente dobles a la corrección deseada, debido a la merma por precipitaciones en forma de tartratos y bitartratos durante la fermentación. Por ejemplo, si se quiere incrementar la acidez total en 1 gr./l., habrá que añadir en mosto 2 gr./l. de ácido tartárico. La utilización de ácido cítrico como corrector de acidez escasa en vendimia resulta un error enológico, por su inestabilidad ante las bacterias y por condicionante legal en la dosis total de producto acabado (entre 1 y 2 gr./l.).
| Tipo de Corrección | Momento Óptimo | Ácido Recomendado | Dosis Aproximada | Consideraciones |
|---|---|---|---|---|
| Incrementar Acidez | Antes de la fermentación | Ácido Tartárico | Doble de la corrección deseada (ej. 2 gr/L para +1 gr/L) | Nivel objetivo: Mínimo 4 gr/L de acidez total (H2SO4). Evitar ácido cítrico. |
| Suplementar Nitrógeno (menos frecuente) | Antes de la fermentación | Fosfato Amónico | Según análisis y necesidades de levadura | Solo en casos de deficiencia severa por maduración excesiva o falta de sales amoniacales. |
Procesos Complementarios en la Vinificación
Más allá de la fermentación en sí, existen procesos post-fermentativos que son cruciales para la calidad final del producto, especialmente en vinos.
Clarificación y Filtrado del Vino
Una vez finalizada la fermentación, se separa el líquido de los sólidos y se filtra el vino. Se utilizan clarificantes que ayudan a filtrar y limpiar, como las bentonitas, dejándolos actuar durante dos o tres días. En temperaturas inferiores a diez grados se logra una estabilización más efectiva y en menor tiempo. Es necesario filtrar el vino al menos tres veces, con una graduación de filtros que va de más gruesos a más finos, para asegurar su limpidez y estabilidad.
El Trasiego: Purificación y Oxigenación
El trasiego es un proceso esencial en la vinificación cuyo objetivo es separar el vino claro de los sedimentos (pieles, semillas, levaduras muertas) que se han depositado en el fondo. Requiere destreza, habilidad, precisión y atención meticulosa para asegurar que el vino final mantenga su calidad y expresión deseada. Se realiza generalmente después de la fermentación alcohólica. El vino se extrae cuidadosamente del recipiente original para evitar perturbar los sedimentos.
Durante el trasiego, se logra una purificación del vino al dejar atrás los sedimentos. Aprovechando la oportunidad, se puede permitir una leve oxigenación controlada del vino. La frecuencia del trasiego depende de diversos factores, como el tipo de vino y las características deseadas. Algunos vinos jóvenes requieren múltiples trasiegos, mientras que otros, como los vinos Gran Reserva, se benefician de un envejecimiento más prolongado en contacto con sus sedimentos. Existe la tradición de que la luna descendente favorece el trasiego, aunque la ciencia no respalde completamente esta creencia, muchos enólogos continúan respetando las fases lunares en sus prácticas.