CelloFuel - Tecnologias viabilizadas pelo controle da contaminação bacteriana

Muitas pessoas no mundo não ingerem proteína suficiente em sua dieta. A Índia tem um problema grave, pois muitas pessoas são vegetarianas (ou veganas) e, portanto, não ingerem proteína suficiente. Os indianos também têm um grande problema com diabetes tipo 2 porque há muito carboidrato na dieta (arroz e açúcar). Propomos uma solução para esse problema: produzir proteína de levedura nutricional a partir de arroz quebrado e açúcar excedente a um custo menor do que a proteína de soja. A levedura nutricional também é uma boa fonte de alimento para vegetarianos (e veganos) na Índia.

Propomos a fabricação de fermentadores de baixo custo possibilitada por nossas tecnologias de controle de contaminação para produzir essa proteína a partir de arroz quebrado e açúcar excedente na Índia. Estamos procurando empresas na Índia que estejam interessadas em fazer uma parceria conosco para fabricar esses fermentadores de baixo custo e usá-los para produzir nosso produto CelloFeed na Índia.

Temos dois projetos ativos usando nossa tecnologia patenteada de controle de contaminação bacteriana:

  1. Produção de proteína saudável e acessível a partir de arroz, milho e trigo

  2. Melhoria da eficiência e da lucratividade das usinas de etanol de cana-de-açúcar brasileiras e indianas

Esses dois projetos ilustram algumas das maneiras de usar essa nova tecnologia para gerar lucros em comparação com as tecnologias mais antigas.

A contaminação bacteriana é o principal desafio na fermentação de etanol em escala industrial ou no crescimento de leveduras. Nosso método patenteado evita a contaminação bacteriana usando a ureia como única fonte de nitrogênio e mantendo o níquel abaixo de 1 mg/kg. As bactérias usam a enzima urease para produzir amônia a partir da ureia, e essa enzima requer níquel como cofator. Sem o níquel, as bactérias não conseguem crescer quando a ureia é a única fonte de nitrogênio. A levedura usa a enzima ureia amidolase para produzir amônia a partir da ureia, portanto, a levedura pode crescer sem níquel.

TorulaFeed™ de arroz, milho e trigo para uma proteína acessível e saudável

Visão geral

Recentemente, muitas empresas do mercado de substitutos de carne à base de vegetais têm enfrentado dificuldades com a queda de suas receitas. O que está causando esses problemas? Os principais fatores são as controvérsias nutricionais em torno dos alimentos à base de vegetais e seus preços mais altos - geralmente custam muito mais do que as proteínas de origem animal.

Paralelamente ao mercado de substitutos de carne à base de plantas, há uma oportunidade muito maior: fontes de proteína para peixes e ração animal que sejam mais saudáveis do que o farelo de soja. No entanto, o farelo de soja continua sendo a opção de proteína mais barata na alimentação animal.

O TorulaFeed™ atende a ambos os mercados. Essa mistura inovadora de levedura Torula e proteína de grãos oferece nutrição de alta qualidade a um custo menor. É mais barata, mais digerível e mais nutritiva do que a farinha de soja ou outras proteínas de origem vegetal ou animal.

A levedura desafia as categorias tradicionais: não é de origem vegetal nem animal, mas é mais saudável do que ambas e adequada para peixes, animais e seres humanos (inclusive veganos). Afinal de contas, a maioria das pessoas consome levedura diariamente no pão. Além de ser nutritiva e segura, também resolvemos seu maior obstáculo - produzir proteína de levedura de forma mais econômica do que as alternativas de origem vegetal ou animal - por meio de avanços na fabricação econômica.

Pesquisas recentes destacam a importância disso: a proteína apoia a saúde, enquanto o excesso de carboidratos e óleos de sementes (ricos em ácidos graxos ômega 6) pode prejudicá-la. Grãos como arroz, milho e trigo normalmente contêm apenas 10% de proteína, juntamente com 70% de carboidratos (principalmente amido), 1-4% de arabinoxilano (um tipo de fibra) e 0,5-3% de óleos ômega-6. Nossas tecnologias patenteadas recuperam com eficiência a proteína desses grãos e convertem os componentes menos saudáveis (amido, arabinoxilano e óleos ômega 6) em levedura Torula .

Tamanho do mercado potencial para a proteína TorulaFeed

A proteína TorulaFeed compete no mercado de substitutos de carne à base de plantas, avaliado entre US$ 20 e 24 bilhões, com uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 7 a 9%.

A proteína TorulaFeed também compete no mercado de ingredientes proteicos para ração animal, avaliado em cerca de US$ 230-250 bilhões em 2023-2024 e projetado para atingir US$ 410 bilhões até 2032, com um CAGR de 6-9%, impulsionado pela expansão da ração animal e da aquicultura.

Especificamente para a aquicultura (um alvo importante devido ao perfil amigável aos peixes do TorulaFeed), o mercado global de ração aquática é de US$ 67-72 bilhões em 2024-2025, com expectativa de crescimento para US$ 100-112 bilhões em 2030-2032 a uma CAGR de 4-7,5%.

Proteína balanceada

A proteína é mais valiosa quando os aminoácidos constituintes são uma fonte equilibrada de alimento para peixes, animais e pessoas. A proteína do arroz, do milho e do trigo é deficiente em lisina e rica em metionina, enquanto a proteína da levedura é rica em lisina e deficiente em metionina. Portanto, uma mistura desses dois tipos de proteína é mais equilibrada (e, portanto, mais valiosa) do que a proteína do arroz, do milho e do trigo isoladamente. Esse equilíbrio é a razão da tendência moderna de refeições veganas feitas de seitan (glúten de trigo vital) misturado com levedura nutricional.

Melhoria da saúde

Nossa missão é produzir TorulaFeed , que é mais barato e mais saudável do que a proteína de leguminosas como soja, ervilha e feijão faba. Essas leguminosas contêm muitos fatores antinutricionais (ANFs) que as tornam menos do que ideais para a alimentação animal e humana. Entre eles estão inibidores de tripsina, lectinas, oligossacarídeos, ácido fítico, saponinas, antígenos, isoflavonas, taninos - todos prejudiciais à ração. Peixes carnívoros (salmonídeos/camarões) sofrem de enterite/problemas de crescimento com mais de 30% de soja. Os animais jovens (leitões/pintinhos/bezerros) enfrentam problemas digestivos; as aves sofrem de diarreia e redução do crescimento. TorulaFeed não contém ANFs, o que resulta em peixes, frangos e porcos mais saudáveis e em proteínas vegetais mais saudáveis para as pessoas.

Redução de custos

O alto custo de produção da proteína de levedura em comparação com a proteína de soja é um dos principais motivos pelos quais ela não foi usada anteriormente como substituta da proteína de soja, por isso nos concentramos em tecnologias patenteadas para possibilitar a produção de baixo custo.

Nosso processo reduz as despesas de capital (CAPEX) e as despesas operacionais (OPEX). Ele utiliza enzimas de baixa temperatura para converter o amido do arroz, milho e trigo moídos em açúcares simples e, ao mesmo tempo, cultiva a levedura Torula (Candida utilis) nesses açúcares em um biorreator de tambor rotativo (RDB). O ar soprado através do tambor permite o resfriamento evaporativo, e adicionamos água para manter a umidade sem excesso de umidade. Colhemos lotes parciais de levedura, reciclando o restante junto com as enzimas para acelerar os ciclos subsequentes.

Dependendo do país, arroz, milho e trigo são as fontes mais baratas de açúcares derivados do amido, produzindo não apenas proteína unicelular (SCP), mas também convertendo óleo em proteína e incorporando a proteína, o potássio e o fósforo do grão à ração.

Projeto do sistema

Nosso projeto portátil cabe em contêineres de 20 pés, usando tambores ondulados de polietileno de alta densidade (HDPE) com 2 m de diâmetro e 5 m de comprimento. Esses tambores são feitos de HDPE de grau alimentício e não lixiviam o níquel como o aço inoxidável. Esses contêineres são montados na fábrica, empilháveis (até 4 de altura), transportáveis por caminhão/trem e permitem uma configuração rápida em grande escala.

Capacidade e custo de produção

O tambor de rolagem tem um volume de 15,7 m3. Ele pode ser enchido até 1/3 desse volume, que pode conter 2,9 toneladas métricas (MT) de grãos moídos e 2,9 MT de água. O tambor de laminação produz cerca de 1,75 MT de TorulaFeed em um ciclo de 48 horas. Um único contêiner processa 530 MT/ano de grãos e produz 320 MT/ano de TorulaFeed.

Considerando US$ 200/MT para grãos, US$ 20/MT para ureia, US$ 20/MT para enzimas, US$ 20/MT para inativação e secagem e 5 kW de energia para girar o tambor e alimentar os ventiladores, o custo de produção do TorulaFeed é de cerca de US$ 385/MT.

A medida moderna da qualidade da proteína é o Índice de Aminoácidos Digestíveis Indispensáveis (DIAAS). O escore DIAAS do farelo de soja é de aproximadamente 90 e o escore DIAAS da TorulaFeed é de aproximadamente 120.

O preço do farelo de soja no mercado mundial é de cerca de US$ 350/MT. Como TorulaFeed tem uma pontuação DIAAS 30% maior do que o farelo de soja, tem menos Fatores Antinutricionais (ANFs) e é mais nutritivo, TorulaFeed pode ser vendido com lucro a um preço acima de US$ 500/MT com uma margem de lucro acima de 30%. O período de retorno do investimento é inferior a 6 meses.

Tecnologias

Esse processo é possível graças à nossa técnica de controle de contaminação bacteriana. Isso permite a fermentação em estado sólido em um RDB com reciclagem de levedura/enzima e resfriamento evaporativo, evitando os caros fermentadores submersos, trocadores de calor, centrífugas e secadores.

Nosso foco é em tecnologias SCP econômicas para rações mais saudáveis do que a soja. Estamos licenciando patentes, tecnologia e projetos para clientes com arroz, milho e trigo baratos e acesso a mercados de ração, visando os EUA, Brasil, Rússia, Índia, China, Argentina e México. Entre em contato conosco para obter informações sobre licenciamento pelo e-mail info@cellofuel.com.

Nossa patente principal bloqueia o crescimento bacteriano limitando o níquel (menos de 1 mg/kg) e usando a ureia como única fonte de nitrogênio - a levedura prospera sem o níquel, mas as bactérias não. O uso dessa patente permite o resfriamento evaporativo e a reciclagem da levedura.

Controle de processos

Para o crescimento ideal da levedura Torula , a temperatura do substrato no tambor de laminação precisa ser mantida em uma faixa ideal. A quantidade de resfriamento disponível é limitada pela umidade do ar, portanto, controlamos a temperatura do substrato variando dois parâmetros: a quantidade de ar soprado pelo tambor (resfriamento evaporativo) e a taxa de rotação do tambor (oxigenação).

Uma parte importante do controle do processo é uma técnica patenteada para variar as condições de crescimento para produzir Candida utilis com níveis reduzidos de ácido ribonucleico (RNA) e glicogênio (um carboidrato semelhante ao amido).

Fornecemos o software de controle de processo como parte do licenciamento. As principais entradas para o controle do processo são as concentrações de oxigênio e dióxido de carbono na saída de ar e a temperatura do ar na saída de ar. Também monitoramos o peso do tambor usando células de carga para que possamos controlar a umidade do substrato.

Nosso tempo de ciclo de fermentação de referência é de 48 horas. As usinas brasileiras de etanol de cana-de-açúcar têm um tempo de ciclo tão baixo quanto 12 horas e as usinas de etanol de milho da POET que usam o processo BPX têm um tempo de ciclo tão alto quanto 72 horas. Nosso tempo de ciclo pode ser reduzido para 12-24 horas reciclando mais levedura a cada ciclo e adicionando mais enzimas de hidrólise de amido granular (GSHE). O tempo de ciclo pode ser aumentado para 72 horas reciclando menos levedura a cada ciclo e diminuindo a quantidade de GSHE (reduzindo o custo das enzimas).

Gosto

As proteínas de arroz, milho e trigo têm um sabor relativamente suave e a levedura Torula proporciona um intenso sabor umami (de carne), dando à mistura um sabor de carne que é muito saboroso para peixes, animais e pessoas.

Exemplos de receitas

Produzimos algumas receitas usando o TorulaFeed para mostrar como usá-lo para produzir hambúrgueres saudáveis e saborosos com um equilíbrio perfeito de ácidos graxos ômega 6 e ômega 3. TorulaFeed também pode ser usado em outras receitas de almôndegas e carne moída. Os fabricantes de alimentos podem produzir hambúrgueres TorulaBurger™ para venda usando receitas semelhantes, pré-preparados para o cozimento.

TorulaFeed™ e TorulaBurger™ são marcas registradas da Hamrick Engineering.

Elementos de economia de custos Impacto Pré-requisito
Fermentação em estado sólido com tambor rotativo Sem centrífuga ou secador por pulverização, baixa potência, sem espuma, alta transferência de oxigênio
Enzimas hidrolisantes de amido granular Sem fogão a jato ou altas temperaturas
Sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) Produção mais rápida de levedura
Resfriamento evaporativo Sem trocador de calor a placas ou resfriador de água Controle de contaminação bacteriana
Tambor de laminação de PEAD corrugado 1/10 do custo do aço inoxidável Resfriamento evaporativo
Reciclagem de levedura Produção mais rápida de levedura Controle de contaminação bacteriana
Cultivo da levedura Torula Usa o óleo e o arabinoxilano do arroz, do milho e do trigo para produzir proteínas
Em contêineres Produção em massa, fácil instalação, empilhável

Controle de contaminação

A contaminação bacteriana é o principal desafio na fermentação de etanol em escala industrial ou no crescimento de leveduras. Nosso método patenteado evita isso usando a ureia como única fonte de nitrogênio e mantendo o níquel abaixo de 1 mg/kg, eliminando lavagens ácidas ou antibióticos. A ureia é adicionada gradualmente durante a sacarificação e fermentação simultâneas (SSF), acelerando o processo sem problemas. Funciona em pH 4-7.

Patente PCT WO2024092285A2

Patente dos EUA nº 12.297.423

Patente dos EUA App. No. 19/202,827, registrada em 8 de maio de 2025

Biorreator de tambor rotativo

Nosso fermentador RDB aproveita nossas patentes de controle de contaminação para o crescimento de leveduras aeróbicas durante todo o ano em arroz, milho e trigo moídos a martelo. Seu núcleo é um tambor rolante de PEAD corrugado, que permite unidades grandes, em contêineres e empilháveis a menos de US$ 1.000/m³ - contra mais de US$ 15.000/m³ para as unidades tradicionais (por exemplo, o tambor rolante de PEAD corrugado custa menos de US$ 1.000 contra mais de US$ 9.000 para o aço inoxidável). Os custos operacionais são menores do que os da fermentação submersa.

Ele usa enzimas de hidrólise de amido granular (GSHE: glucoamilase + alfa-amilase), SSF a 38°C com levedura Torula (também conhecida como Candida utilis e Cyberlindnera jadinii) e reciclagem de levedura/enzima para aumentar a velocidade.

O resfriamento evaporativo dispensa trocadores de calor, reduzindo o CAPEX/OPEX e as necessidades de limpeza. Os tambores se autolimpam por abrasão durante a rotação. A secagem é barata com ~50% de umidade na lama. As unidades são em contêineres e automatizadas.

Mais saudável que a proteína de soja

Nosso fermentador RDB produz levedura que é mais saudável do que a proteína de soja e tem preço competitivo. O cultivo da soja depende de herbicidas/pesticidas nocivos que entram na cadeia alimentar, além de a soja ter compostos antinutricionais (por exemplo, inibidores de tripsina, lectinas). A levedura oferece melhor equilíbrio de aminoácidos, sustentabilidade (menos terra necessária) e nutrição para peixes/galinhas.

Nosso baixo CAPEX e OPEX tornam TorulaFeed uma alternativa econômica e nutritiva ao farelo de soja.

Levedura de arroz, milho e trigo

Nosso fermentador RDB produz de forma econômica leveduras ricas em proteínas a partir de arroz, milho e trigo moídos a martelo. O amido é hidrolisado em glicose usando enzimas GSHE (sem cozimento), com levedura cultivada simultaneamente (SSF). Essa é a fonte de açúcar aeróbica mais barata - semelhante ao processo de etanol da POET, mas aeróbica para a levedura. A energia de secagem é baixa, com ~50% de umidade.

A levedura Torula é geralmente reconhecida como segura (GRAS), aprovada globalmente para o consumo de peixes, animais e pessoas, é amplamente vendida pela Lallemand como realçador de sabor e tem sido usada com segurança desde a década de 1930 para o consumo de peixes, animais e pessoas.

Aumentamos a quantidade de levedura Torula no TorulaFeed adicionando enzimas xilanase para produzir arabinose e xilose a partir do arabinoxilano (fibra) do trigo e do milho, que a levedura Torula metaboliza. A levedura Torula também metaboliza o óleo do arroz, do milho e do trigo, reduzindo assim o teor de ácido linoleico (ômega 6) do TorulaFeed.

Composição do TorulaFeed

Qualidade da proteína

A mistura seca enriquecida com proteína que produzimos, TorulaFeed, tem cerca de 50% de proteína com uma alta pontuação DIAAS para a qualidade da proteína de cerca de 116 a 123. A levedura Torula e a proteína de grãos têm sido usadas há décadas para substituir a soja na alimentação de peixes e animais, e a mistura rica em proteínas é adequada para substituir a soja. As proteínas da soja, da ervilha e da fava também são comumente usadas em alimentos como substitutos da carne, mas TorulaFeed tem menos fatores antinutricionais (ANFs).

A levedura Torula tem duas vezes mais lisina do que a proteína do grão e a proteína do grão tem duas vezes mais metionina do que a levedura Torula , portanto, juntas, elas têm uma composição de aminoácidos bem equilibrada. Não há nenhum benefício significativo em suplementar o TorulaFeed com lisina ou metionina.

A medida mais moderna da qualidade da proteína é o Digestible Indispensable Amino Acid Score (DIAAS). Veja abaixo os valores de DIAAS para TorulaFeed de arroz integral, milho e trigo.

Vitaminas

A levedura Torula é enriquecida com todas as vitaminas B, exceto a vitamina B12, incluindo tiamina, riboflavina e niacina. A levedura Torula também é enriquecida com ergosterol, que pode ser convertido em vitamina D2 (ergocalciferol) por meio de irradiação UV.

Ácidos graxos

TorulaFeed contém níveis muito baixos de ácidos graxos, porque a levedura Torula metaboliza os óleos do arroz, do milho e do trigo em proteínas. A Figura 3 em Babij (1969) mostra que, à medida que a glicose se esgota e a levedura Torula entra no estado estacionário, a quantidade de ácidos graxos dentro da levedura Torula é muito baixa.

Como o nosso processo converte o óleo de arroz, milho e trigo em proteína antes da secagem em alta temperatura, como há níveis muito baixos de ácidos graxos na levedura Torula para oxidar e como a levedura Torula contém trealose (antioxidante) significativa, não há odores rançosos na secagem ou no armazenamento do TorulaFeed. Como o prazo de validade da levedura Torula seca e inativada é de 1 a 2 anos, TorulaFeed também tem prazo de validade de 1 a 2 anos.

Produzimos ração animal e hambúrgueres com TorulaFeed adicionando uma mistura de 80/20% de óleo de canola e óleo de linhaça para enriquecer TorulaFeed com quantidades iguais de ácidos graxos ômega 6 e ômega 3.

Como o óleo de canola também contém antioxidantes de tocoferol (vitamina E), os ácidos graxos ômega-3 do óleo de linhaça não são oxidados quando esse óleo é usado para fritar ou assar, tornando-o um óleo ideal para incorporar em hambúrgueres com um equilíbrio perfeito de ácidos graxos ômega-6 e ômega-3. Esse óleo também tem um sabor agradável. Uma mistura de 1:1 de ácidos graxos ômega-6 e ômega-3 também é adequada para a nutrição de peixes, frangos e suínos.

Alimentação Pontuação DIAAS Proteína / 100 g de ração Ácido linoleico (LA) / 100 g de ração Ácido alfa-linolênico (ALA) / 100 g de ração Razão LA : ALA
Arroz integral 89 8.5 g 0.90 g 0.04 g 22.5
Milho amarelo dentado 62 8.8 g 2.12 g .05 g 42.4
Trigo 60 14.8 g 0.67 g .07 g 9.6
Feijões Faba 55 26 g 0.58 g 0.05 g 11.6
Concentrado de proteína de ervilha 82 80 g 1.69 g 0.32 g 5.3
Farelo de soja 91 49 g 0.82 g 0.11 g 7.5
Levedura de Torula 95 50 g 0.5 g 0.125 g 4
TorulaFeed (Arroz) 116 54 g .25 g 0.0625 g 4
TorulaFeed (milho) 123 56 g .25 g 0.0625 g 4
TorulaFeed (Trigo) 116 54 g .25 g 0.0625 g 4
Alimentos Pontuação DIAAS Proteína / 100 g de alimento Ácido linoleico (LA) / 100 g de alimento Ácido alfa-linolênico (ALA) / 100 g de alimento Razão LA : ALA
Salmão do Atlântico (selvagem) 100 20 g 0.17 g 0.14 g 1.2
Salmão do Atlântico (de viveiro) 100 20 g 1.67 g 0.11 g 15
Frango (criado em pasto) 108 21 g 1.50 g 0.15 g 10
Frango (alimentado com grãos) 108 21 g 2.20 g 0.05 g 44
Ovos (criados em pasto) 112 13 g 1.00 g 0.15 g 6.7
Ovos (alimentados com grãos) 112 13 g 1.83 g 0.06 g 30.5
Carne suína (alimentada com grãos) 113 21 g 0.50 g 0.02 g 25
Carne bovina (alimentada com capim) 109 21 g 0.20 g 0.08 g 2.5
Carne bovina (alimentada com grãos) 109 21 g 0.40 g 0.02 g 20
Leite (alimentado com capim) 114 3.3 g 0.08 g 0.05 g 1.6
Leite (alimentado com grãos) 114 3.3 g 0.10 g 0.02 g 5

TorulaFeed em rações para peixes e animais e em alimentos

Palatabilidade (sabor) da TorulaFeed

A proteína de grãos tem muito pouco ácido glutâmico livre e é relativamente insípida.

A levedura de Torula seca é rica em ácido glutâmico, o que dá a essa mistura um sabor agradável e carnudo, sendo ainda adequada para vegetarianos e veganos.

Cor da TorulaFeed

A proteína de grãos de arroz e trigo tem cor neutra, enquanto a proteína de grãos de milho é amarelada porque contém carotenoides.

Esses carotenoides podem ser um problema na aquicultura, principalmente para espécies de salmonídeos, como a truta arco-íris e o salmão. Altos níveis de inclusão em dietas de peixes têm sido associados à pigmentação muscular abaixo do ideal, em que os carotenoides amarelos se depositam na carne, resultando em uma tonalidade amarelada indesejável, em vez da tonalidade rosa ou laranja preferida da astaxantina adicionada. Em peixes não salmonídeos (por exemplo, bagre ou tilápia), pode ocorrer amarelamento semelhante dos filés.

Quando fornecidos às aves, esses carotenoides são frequentemente valorizados por melhorar a coloração amarela das gemas e da pele dos ovos, o que é desejável em muitos mercados.

Não são observadas desvantagens significativas relacionadas aos carotenoides quando consumidos por animais ou pessoas, e eles geralmente proporcionam benefícios antioxidantes e para a saúde dos olhos.

A levedura Torula seca é de cor bronzeada ou marrom-clara e não contribui significativamente com a cor quando consumida por peixes, animais ou pessoas.

Conteúdo de RNA da levedura Torula

As pessoas precisam de cerca de 0,8 g de proteína por dia por kg de peso corporal. A pessoa média pesa cerca de 62 kg (137 lbs) e, portanto, precisa de cerca de 50 g de proteína por dia. Se metade das necessidades diárias de proteína for suprida pelo TorulaFeed, isso exigiria 25 g de proteína do TorulaFeed - cerca de 61 g de TorulaFeed por dia, dos quais seriam cerca de 34 g de levedura Candida utilis por dia. Em condições normais de crescimento, o conteúdo de ácido ribonucleico (RNA) da Candida utilis é de cerca de 10% da matéria seca, portanto, 34 g de Candida utilis contém cerca de 3,4 g de RNA. O consumo diário máximo recomendado de RNA é inferior a 2 g/dia, portanto, é necessário reduzir o conteúdo de RNA da Candida utilis para consumo humano, animal e de peixes.

Temos um método patenteado para reduzir o conteúdo de RNA e glicogênio da Candida utilis, variando as condições de crescimento. Isso reduz o consumo médio diário de RNA para bem menos de 1 g/dia e, ao mesmo tempo, reduz o conteúdo de glicogênio.

A secagem em alta temperatura do TorulaFeed tem duas finalidades: inativar as células de levedura para torná-las inviáveis e seguras para o consumo e, ao mesmo tempo, aumentar a digestibilidade ao quebrar os componentes resistentes da parede celular. TorulaFeed tem baixos níveis de lipídios (gorduras), de modo que a secagem em alta temperatura não produz nenhum sabor rançoso do óleo do arroz, do milho e do trigo. A falta de lipídios na TorulaFeed também possibilita o armazenamento TorulaFeed na forma seca por longos períodos (as gorduras podem ficar rançosas devido ao oxigênio). Ele também é enriquecido com vitaminas B. Produzimos ração animal e hambúrgueres com TorulaFeed adicionando uma mistura de 80/20% de óleo de canola e óleo de linhaça para enriquecer TorulaFeed com quantidades iguais de ácidos graxos ômega 6 e ômega 3.

Como o óleo de canola contém antioxidantes tocoferol (vitamina E), os ácidos graxos ômega-3 do óleo de linhaça não são oxidados quando esse óleo é usado para fritar ou assar, tornando-o um óleo ideal para incorporar em hambúrgueres com um equilíbrio perfeito de ácidos graxos ômega-6 e ômega-3. Esse óleo também tem um sabor agradável. Uma mistura de 1:1 de ácidos graxos ômega-6 e ômega-3 também é adequada para a nutrição de peixes, frangos e suínos.

Aspectos de saúde do TorulaFeed quando consumido por peixes, animais e pessoas

TorulaFeed é saudável para peixes, frangos, porcos e pessoas. As taxas de conversão alimentar (kg de ração/kg de ganho de peso) são de 1,0-2,0 para peixes, 1,7-2,0 para frangos, 2,5-3,5 para suínos e 6,0-10,0 para bovinos (menos eficiente). O valor alimentar da levedura Torula remonta à Alemanha dos anos 1940. Produção global: ~140 milhões de toneladas de aves, 110 milhões de toneladas de suínos, 90 milhões de toneladas de aquicultura por ano.

Ácidos graxos essenciais

As pessoas não conseguem produzir esses ácidos graxos e, sem eles, não podem viver:

  1. Ácido alfa-linolênico (ALA, ômega-3): Saúde do coração/cérebro, anti-inflamação (em sementes de linhaça, chia, nozes).

  2. Ácido linoleico (LA, ômega 6): Pele/cabelo, crescimento, membranas (em óleos vegetais, nozes).

Há distúrbios metabólicos causados pelo consumo excessivo de ácidos graxos ômega 6, e TorulaFeed, juntamente com uma mistura de 80/20% de óleo de canola e óleo de linhaça, produz uma ração com quantidades iguais de ALA e LA. O corpo humano os converte em EPA/DHA e um equilíbrio de ALA e LA na dieta evita a inflamação causada pelo excesso de LA.

A soja, a ervilha e a fava têm um excesso de ômega 6 e não têm ômega 3/EPA/DHA, o que leva a problemas de saúde quando consumidos pelas pessoas, direta ou indiretamente. A levedura é mais saudável para o consumo.

Fatores antinutricionais (ANFs) em leguminosas

Leguminosas como a soja, a ervilha e a fava contêm muitos fatores antinutricionais que as tornam menos do que ideais para a alimentação de peixes, animais e pessoas. Esses fatores incluem inibidores de tripsina, lectinas, oligossacarídeos, ácido fítico, saponinas, antígenos, isoflavonas, taninos - todos prejudiciais à alimentação. Peixes carnívoros (salmonídeos/camarões) sofrem de enterite/problemas de crescimento com mais de 30% de soja. Os animais jovens (leitões/pintinhos/bezerros) enfrentam problemas digestivos; as aves sofrem de diarreia e redução do crescimento. A levedura não tem ANFs, produzindo peixes, frangos e suínos mais saudáveis.

Melhorando a digestibilidade do TorulaFeed

Não há ANFs na levedura e nos resíduos de grãos, mas o fitato e o polissacarídeo não amiláceo (NSP) arabinoxilano podem reduzir a digestibilidade do TorulaFeed.

Os grãos contêm fitato, que se liga ao fosfato e causa a quelação de muitos minerais essenciais. Embora a Candida utilis secrete fitase para liberar o fosfato do fitato, a suplementação com fitase durante o crescimento da TorulaFeed pode ser útil.

O arabinoxilano de grãos é indigesto para peixes, galinhas, porcos e pessoas. Embora a Candida utilis secrete xilanase, uma suplementação com xilanase durante a fermentação pode aumentar o rendimento da Candida utilis (que cresce com xilose e arabinose) e melhorar a digestibilidade do TorulaFeed.

Animal Nível de inclusão recomendado do TorulaFeed Principais bases da recomendação
Salmão 20% (até 25% em alguns testes) Não há efeitos adversos sobre o crescimento ou a saúde; benefícios potenciais para o intestino; maior quantidade pode perturbar o microbioma em dietas mistas.
Frango 20% Mantém o desempenho e o rendimento da carcaça; quanto maior, pior a eficiência alimentar.
Porco 20-26% Sem crescimento negativo ou diarreia; melhora a eficiência; até 40% de reposição de proteína.
Cão Até 20% Alta palatabilidade e digestibilidade, benefícios anti-inflamatórios; sem limite regulatório, mas alinhado com estudos.
Gato 20% Alta palatabilidade e digestibilidade; limitada por questões de qualidade fecal.

Uso do TorulaFeed em alimentos

TorulaFeed é uma mistura seca de sólidos de arroz, milho e trigo processados e levedura Torula com sabor de carne. Não requer refrigeração e pode ser rapidamente reconstituído como um substituto saudável da carne de hambúrguer (carne moída). É adequado para qualquer mercado com consumidores preocupados com a saúde, vegetarianos e veganos. É saboroso, com um perfil de sabor de nozes, defumado ou umami derivado da levedura, combinado com o sabor mais suave, semelhante a grãos, dos resíduos de arroz, milho e trigo. A levedura Torula está bem estabelecida como um realçador de sabor em alimentos, onde é valorizada por suas qualidades salgadas e pela capacidade de melhorar a palatabilidade geral em vários produtos. Ela é adequada para inclusão em alimentos, pois tanto o grão moído quanto a levedura Torula são reconhecidos como seguros para o consumo (com a levedura Torula tendo o status de GRAS da FDA) e porque produtos semelhantes de proteína unicelular à base de levedura ou substratos fermentados já são incorporados a itens como temperos, pastas, sopas, molhos, lanches e alternativas vegetarianas.

TorulaFeed não tem carboidratos na dieta, tem um bom equilíbrio de aminoácidos essenciais e tem baixo teor de gordura (sem lipídios), o que o torna uma adição especialmente saudável à nossa dieta.

TorulaFeed é produzido com conteúdo reduzido de ácido ribonucleico (RNA), o que resolve os problemas de níveis elevados de ácido úrico decorrentes do alto conteúdo de ácido nucleico. O processo descrito usa enzimas de grau alimentício e uma cepa de levedura amplamente utilizada no setor de alimentos, o que reforça sua adequação.

Receitas que usam TorulaFeed para hambúrgueres veganos

Elementos comuns em todas as receitas

O óleo é uma mistura de 80/20% de óleo de canola e óleo de linhaça, opcionalmente complementado com sabores como trufa.

O aglutinante é a metilcelulose E461 ou a semente de linhaça moída. Se for linhaça moída, adicione uma quantidade igual de óleo de canola.

A adição de óleo de canola cria uma proporção de 1:1 de ácidos graxos ômega 6 para ômega 3 e acrescenta antioxidantes.

Receita básica de hambúrguer vegano com baixo teor de carboidratos

Essa receita simples enfatiza o sabor TorulaFeed com um aglutinante para uma textura firme. É minimamente temperada para destacar o umami da levedura Torula , mantendo os carboidratos líquidos baixos. Rende 4 hambúrgueres (cerca de 100g cada após o cozimento).

Ingredientes:

  • 200g de TorulaFeed

  • 15 g de aglutinante; absorve a umidade

  • 5 g de temperos mistos (por exemplo, cebola em pó, alho em pó, páprica defumada)

  • 2 g de sal

  • 150-180 ml de água (ajuste a consistência)

  • 10 g de óleo (para misturar ou cozinhar; adiciona um mínimo de carboidratos)

Instruções:

  1. Misture a TorulaFeed, o aglutinante, as especiarias e o sal em uma tigela.

  2. Incorpore gradualmente a água e o óleo, mexendo até formar uma massa coesa (deixe descansar por 10 a 15 minutos para gelificar e dar liga).

  3. Divida em 4 porções e molde os hambúrgueres.

  4. Frite em uma frigideira antiaderente em fogo médio por 4-5 minutos de cada lado até ficar crocante ou asse a 190°C (375°F) por 15-20 minutos.

  5. Sirva com coberturas com baixo teor de carboidratos, como tomates fatiados ou queijo vegano.

Notas nutricionais:

  • Cerca de 19,6 g de proteína por hambúrguer

  • Sem carboidratos líquidos por hambúrguer

  • Cerca de 1g de ácidos graxos ômega 6 e 1g de ácidos graxos ômega 3 por hambúrguer

Receita de hambúrguer vegano com baixo teor de carboidratos e infusão de espinafre

Essa variação acrescenta espinafre finamente picado para aumentar a umidade e os nutrientes, sem ovos ou grãos. Ela mantém uma contagem baixa de carboidratos com um perfil de sabor fresco e verde. Rende 4 hambúrgueres.

Ingredientes:

  • 200g de TorulaFeed

  • 100 g de espinafre fresco (picado e murcho para reduzir o volume)

  • Fichário de 12g

  • 5 g de ervas e especiarias (por exemplo, manjericão, cominho, pimenta-do-reino)

  • 2 g de sal

  • 120 ml de água

  • 8 g de óleo (para murchar o espinafre e dar liga)

Instruções:

  1. Molhe o espinafre picado em 4 g de óleo em fogo médio por 2 a 3 minutos e depois esfrie.

  2. Combine TorulaFeed, aglutinante, ervas, especiarias e sal.

  3. Misture o espinafre murcho, a água e o óleo restante; deixe descansar por 10 minutos para dar liga.

  4. Forme 4 hambúrgueres e grelhe ou frite por 5 minutos de cada lado.

  5. Coma em uma cama de verduras para uma refeição com baixíssimo teor de carboidratos.

Receita de hambúrguer vegano de berinjela e especiarias com baixo teor de carboidratos

Incorporando berinjela assada para obter uma textura defumada e carnuda, essa fórmula usa o aglutinante para fazer um hambúrguer firme, resultando em aproximadamente 8 g de carboidratos líquidos por hambúrguer. A berinjela acrescenta volume sem proteínas ou carboidratos significativos. Rende 4 hambúrgueres.

Ingredientes:

  • 200g de TorulaFeed

  • 80 g de berinjela (cortada em cubos e assada)

  • Fichário de 14g

  • 6 g de especiarias (por exemplo, pimenta em pó, coentro, cúrcuma)

  • 2 g de sal

  • 140 ml de água

  • 10 g de óleo (para assar e misturar)

Instruções:

  1. Corte a berinjela em cubos, misture com 5 g de óleo e asse a 200 °C (400 °F) por 15 minutos até ficar macia.

  2. Amasse levemente a berinjela assada e misture com TorulaFeed, aglutinante, temperos e sal.

  3. Adicione água e o óleo restante; deixe a mistura hidratar por 15 minutos.

  4. Forme 4 hambúrgueres e asse a 190°C (375°F) por 20 minutos, virando uma vez, ou frite na frigideira.

  5. Combine com vegetais em conserva para dar mais sabor.

Uso da metilcelulose E461 como aglutinante

Os líderes de mercado em hambúrgueres de carne vegana são Impossible Burger, Beyond Burger, Gardein Ultimate Plant-Based Burger, Lightlife Plant-Based Burger e Incogmeato Burger Patties. Todos usam metilcelulose E461 como aglutinante em seus hambúrgueres à base de vegetais, o que produz uma textura mais suculenta, semelhante à da carne, que algumas pessoas preferem. Isso se firma quando aquecido, ajudando os hambúrgueres a manter a forma durante o cozimento e oferecendo uma mordida suculenta quando resfriados. A metilcelulose é derivada de fibra de celulose de origem vegetal, é aprovada para uso em alimentos em todo o mundo e é relativamente barata.

Uso da linhaça como aglutinante

A semente de linhaça moída, quando combinada com quantidades iguais de óleo de canola, também é um aglutinante saudável. Não é tão firme ao cozinhar, mas alguns consumidores acham que é mais natural do que a metilcelulose, que adiciona quantidades iguais de ácidos graxos ômega 6 e ômega 3 e que é bastante saborosa. Quando combinado com os antioxidantes do óleo de canola, ele não produz sabores desagradáveis devido à peroxidação durante a fritura.

Custo da proteína nos alimentos

Ao comparar o custo por kg de proteína de diferentes alimentos, os hambúrgueres de carne veganos disponíveis comercialmente são 3 vezes mais caros do que a carne moída e quase 50 vezes mais caros do que o TorulaBurger™ (veja abaixo). Os hambúrgueres de carne veganos são comercializados para consumidores ricos que não são sensíveis ao custo dos alimentos, enquanto TorulaBurger é uma fonte de proteína de baixo custo, tão saudável quanto o salmão, mas a 1/30 do preço por kg de proteína do salmão.

Fonte de proteína Custo de varejo por kg de proteína
Hambúrguer Impossível $157/kg
Além do hambúrguer $124/kg
Filé de salmão (Atlântico, de viveiro) US$ 85/kg
Carne moída (85-90% magra) US$ 51/kg
Ovos US$ 48/kg
Lombo de porco (sem osso e sem pele) US$ 31/kg
Peito de frango (sem osso e sem pele) US$ 30/kg
TorulaBurger™ US$ 3/kg

Biorreator de tambor rotativo com limpeza no local (CIP)

No início de cada ciclo de fermentação, o grão moído a martelo é tratado com injeção de vapor com 100% de umidade relativa. Isso mata todas as bactérias, leveduras e fungos do grão.

Ao cultivar Candida utilis em um biorreator de tambor rotativo usando as partes sem amido do arroz, milho e trigo (ou seja, farelo) como suporte, a natureza particulada do farelo umedecido, combinada com a rotação do tambor a 3 rpm e a presença de 8 elevadores (150 mm de altura), promove o tombamento constante e a formação de cascatas no substrato. Essa ação mecânica gera abrasão entre as partículas de farelo e as paredes do tambor, que são feitas de polietileno de alta densidade (HDPE) - um material liso e antiaderente com baixa energia de superfície que inerentemente resiste à adesão.

A abrasão do substrato de tombamento limpa efetivamente o interior do tambor, evitando o acúmulo de material nas paredes. A literatura sobre RDBs para SSF (inclusive com farelo de trigo) enfatiza desafios como transferência de calor, mistura e contaminação, mas não relata incrustação nas paredes ou espessamento de biofilme como problemas, mesmo em operações de longo prazo.

A Candida utilis cresce principalmente nas partículas de farelo em vez de formar biofilmes extensos nas superfícies do tambor, especialmente sob condições secas e aeradas com resfriamento evaporativo e transporte pneumático. A adição e a remoção contínuas de farelo mantêm ainda mais o fluxo dinâmico, reduzindo as oportunidades de acúmulo de estática.

Assim, a abrasão do farelo mantém o tambor limpo por períodos de vários meses, sem evidência de formação progressiva de biofilme.

Além disso, usamos a injeção de vapor para inativar, esterilizar e secar TorulaFeed, de modo que ele possa ser embalado para envio diretamente do biorreator de tambor rotativo. Fazemos isso aumentando a temperatura do TorulaFeed para 65 °C com 100% de umidade relativa, sem que o vapor entre em contato com o HDPE no tambor. Isso inativa completamente a levedura e qualquer bactéria que possa estar no TorulaFeed. Em seguida, usamos o resfriamento evaporativo para preparar o TorulaFeed para embalagem e venda.

Mercados-alvo

Nosso alvo são regiões com abundância de arroz, milho e trigo baratos e com forte demanda por peixes e ração animal. Os açúcares de arroz, milho e trigo hidrolisados são mais baratos do que o melaço para o cultivo de leveduras.

A Índia tem o arroz branco mais barato, na forma de arroz 100% quebrado (um subproduto da moagem). Cerca de 20 MMT/ano são produzidos e custam aproximadamente US$ 250/MT no mercado interno indiano. A adição de farelo de arroz, a cerca de US$ 200/MT, pode produzir um produto semelhante ao arroz integral, mas a um custo menor, já que o arroz quebrado é muito mais barato que o arroz branco.

País Milho Preço Trigo Preço
Estados Unidos 377 MMT/ano US$157/MT 54 MMT/ano $221/MT
China 295 MMT/ano US$ 321/MT 140 MMT/ano $285/MT
Brasil 132 MMT/ano US$ 191/MT 8 MMT/ano $231/MT
Argentina 50 MMT/ano $174/MT 19 MMT/ano US$ 232/MT
Rússia+Ucrânia 41 MMT/ano $175/MT 105 MMT/ano $234/MT
Índia 43 MMT/ano US$ 315/MT 113 MMT/ano US$ 293/MT
México 25 MMT/ano $210/MT 3 MMT/ano US$ 262/MT

Melhoria do controle de contaminação nas usinas de etanol de cana-de-açúcar do Brasil

Desenvolvemos tecnologias para o controle econômico da contaminação bacteriana durante a fermentação de levedura em larga escala (aeróbica e anaeróbica). Em vez de adicionar substâncias antibacterianas a um fermentador ou usar lavagens com ácido sulfúrico para matar as bactérias durante a reciclagem da levedura, eliminamos a lixiviação de níquel e usamos a ureia como única fonte de nitrogênio. As bactérias não podem crescer com ureia sem o níquel como cofator, mas as leveduras só precisam de biotina para crescer com ureia.

Essa técnica permite a fermentação sem a necessidade de condições assépticas e, portanto, é muito mais barata do que as técnicas tradicionais de fermentação.

Exemplo de uso no Brasil:

Essa técnica pode ser usada em usinas de etanol de cana-de-açúcar no Brasil para melhorar a eficiência, produzir mais etanol, reduzir a formação de espuma e diminuir o forte odor da vinhaça. As mudanças que utilizam essa técnica de controle de contaminação permitem o uso da reciclagem de leveduras sem lavagem ácida para acelerar o tempo de fermentação em usinas flex.

Mudanças necessárias: São necessárias alterações mínimas para integrar nossa técnica de controle de contaminação:

  1. Use a ureia como única fonte de nitrogênio, substituindo o sulfato de amônio

  2. Usar alimentação em lote alimentado de ureia

  3. Certifique-se de que os trocadores de calor usem aço inoxidável grau 316 (não grau 304)

  4. Não use lavagem ácida, recicle o creme de levedura diretamente da centrífuga

  5. Limpe os tanques com spray de água de alta pressão, sem cáusticos

Benefícios:

  1. Reduz a contaminação por leveduras selvagens: Sem contaminação bacteriana, a contaminação por D. bruxellensis e outras leveduras selvagens não ocorre quando se usa uma cepa de S. cerevisiae de crescimento rápido como a PE-2.

  2. Reduz a formação de espuma: A formação de espuma é reduzida porque a proteína extracelular do Lactobacillus é eliminada.

  3. Reduz os odores fortes: Eliminar o enxofre da lavagem e trocar o sulfato de amônio por ureia resulta em uma redução significativa do enxofre na vinhaça, o que reduz o forte odor das bactérias que produzem sulfeto de hidrogênio a partir da vinhaça. A não utilização de dióxido de enxofre na clarificação do caldo de cana pode reduzir ainda mais o forte odor da vinhaça.

  4. Reduz a incrustação na coluna de destilação: A eliminação da lavagem com ácido sulfúrico elimina a adição de sulfato de cálcio solúvel às colunas de destilação ao recuperar o etanol dessa lavagem. O sulfato de cálcio da lavagem também se precipita na coluna de destilação, causando incrustação e exigindo mais limpeza.

  5. Melhora a eficiência da destilação: A água de lavagem com ácido sulfúrico dilui o mosto que está sendo destilado, o que aumenta a energia e o tempo necessários para a destilação. É mais eficiente transportar esse etanol com a levedura reciclada para o próximo ciclo de fermentação.

  6. Aumenta os lucros: A economia de custos é considerável devido à redução do tempo por lote em 2 a 4 horas e ao aumento da eficiência do processo. O aumento na renda de uma típica usina de etanol de cana-de-açúcar brasileira que produz 6% a mais de etanol (12 milhões de litros) devido à eliminação da contaminação bacteriana nos fermentadores é de aproximadamente US$ 6.000.000 por ano, supondo um preço de etanol de US$ 0,50 por litro. Esse valor pode variar de US$ 3,6 milhões a US$ 8,4 milhões, dependendo dos preços do etanol ou do tamanho da usina. A economia de custos decorrente da eliminação da lavagem com ácido sulfúrico é de aproximadamente US$ 500.000 por ano. A economia de custos com a eliminação do sulfato de cálcio das colunas de destilação é de cerca de US$ 1,3 milhão por ano. A economia de custos com a redução do tempo de ciclo do lote de 12-15 horas para 10-12 horas é de cerca de US$ 1,3 milhão por ano. A economia total de custos é de cerca de US$ 10.000.000 por ano para uma grande usina de etanol de cana-de-açúcar.

O ciclo de fermentação na produção brasileira de etanol de cana-de-açúcar

No Brasil, a produção de etanol de cana-de-açúcar normalmente emprega o processo Melle-Boinot, um processo de fermentação em lote alimentado, que é amplamente utilizado devido à sua eficiência e escalabilidade. O processo começa com a preparação de um substrato, geralmente caldo de cana ou melaço, derivado do processamento da cana-de-açúcar. Esse substrato, rico em açúcares fermentáveis como sacarose, glicose e frutose, é alimentado em grandes cubas de fermentação. A fermentação é realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae, uma cepa robusta e adequada para a produção de etanol.

  • Fase de fermentação: A levedura fermenta os açúcares em etanol e dióxido de carbono em um período que normalmente varia de 6 a 12 horas, dependendo de fatores como temperatura (mantida em torno de 30-34°C), concentração de açúcar e atividade da levedura. O processo é de "lote alimentado", o que significa que o substrato é adicionado gradualmente para evitar sobrecarregar a levedura com altos níveis de açúcar, o que poderia inibir a fermentação.

  • Fase de colheita: Após o término da fermentação, o caldo fermentado (contendo etanol, levedura, água e açúcares residuais) é centrifugado. Isso separa a fração líquida (chamada de "vinho", que contém etanol) da biomassa da levedura. O líquido rico em etanol segue para a destilação para purificar e concentrar o etanol, enquanto a levedura é coletada para reutilização.

  • Reciclagem de levedura: No processo padrão, aproximadamente 90-95% da levedura centrifugada é reciclada para o próximo ciclo de fermentação para manter a alta produtividade e reduzir os custos. Antes da reciclagem, a levedura é frequentemente submetida a uma lavagem ácida (usando ácido sulfúrico) ou a uma lavagem com água para remover contaminantes, principalmente bactérias, e para refrescar a levedura, reduzindo o acúmulo de subprodutos da fermentação e células mortas.

  • Limpeza das cubas: Após cada ciclo, as cubas de fermentação são limpas para remover resíduos e evitar a contaminação do próximo lote. Essa limpeza geralmente envolve soda cáustica (hidróxido de sódio), muitas vezes aquecida, para garantir uma higienização completa, seguida de enxágue.

Esse ciclo se repete várias vezes, aproveitando a levedura reciclada para maximizar a eficiência no setor de etanol em larga escala do Brasil, que produz bilhões de litros anualmente.

Aprimoramentos sem contaminação bacteriana e sem lavagem de leveduras

Agora, vamos considerar um processo modificado em que não ocorra contaminação bacteriana durante a fermentação e nenhuma lavagem com ácido ou água seja aplicada à levedura centrifugada. Em vez disso, 95% da levedura é reciclada diretamente sem lavagem. Veja como isso altera e pode melhorar o processo:

Melhorias operacionais

  1. Eliminação da recuperação de etanol da lavagem ácida:

    • No processo padrão, a lavagem ácida da levedura pode diluir qualquer etanol residual aderido à biomassa da levedura. Esse etanol deve ser recuperado (por exemplo, por meio de destilação), adicionando uma etapa que consome muita energia. Ao pular a lavagem, nenhum etanol é perdido em uma solução de lavagem, eliminando esse processo de recuperação e economizando energia.

  2. Sem neutralização de ácido:

    • A lavagem ácida requer a neutralização da pasta de levedura ácida (por exemplo, com uma base como a cal) antes da reciclagem para evitar prejudicar a levedura ou alterar o pH da fermentação. Ignorar a lavagem elimina a necessidade de neutralização, reduzindo os insumos químicos, o tratamento de resíduos e os custos associados.

  3. Processo simplificado:

    • A remoção da etapa de lavagem simplifica as operações ao reduzir o número de processos unitários, diminuindo a mão de obra, a manutenção de equipamentos e o uso de água.

Essas mudanças aumentam a eficiência da fábrica, reduzindo as despesas com energia, produtos químicos e operacionais.

Concentração de equilíbrio de metabólitos e células mortas

Sem lavagem, a levedura reciclada carrega os metabólitos da fermentação (por exemplo, ácidos orgânicos como ácido acético, glicerol e álcoois superiores) e células de levedura fracas ou mortas para cada novo ciclo. Veja como isso se estabiliza:

  • Acumulação: Inicialmente, as concentrações desses componentes aumentam a cada ciclo, pois 95% da levedura, incluindo seus metabólitos e células mortas, é reutilizada.

  • Remoção e diluição:

    • 5% de perda de levedura: Os 5% de levedura não reciclados (descartados ou perdidos) removem uma pequena fração desses componentes do sistema.

    • Adição de substrato fresco: Cada ciclo introduz suco de cana-de-açúcar ou melaço fresco, diluindo a concentração de metabólitos no caldo de fermentação.

  • Equilíbrio: Ao longo de vários ciclos, é atingida uma concentração de equilíbrio em que a taxa de produção de metabólitos e o acúmulo de células mortas são iguais à sua remoção (por meio da perda de 5% de levedura) e à diluição (por meio de substrato fresco). Esse nível de equilíbrio seria maior do que em um sistema de levedura lavada, em que a lavagem remove alguns metabólitos e células mortas a cada ciclo. No entanto, como a Saccharomyces cerevisiae é tolerante a muitos de seus próprios subprodutos (até determinados limites) e não há concorrência bacteriana, essa concentração mais alta é administrável sem prejudicar significativamente a eficiência da fermentação.

Quantitativamente, esse equilíbrio depende das condições de fermentação (por exemplo, concentração de açúcar, duração do ciclo), mas, qualitativamente, ele se estabiliza em um nível que reflete o equilíbrio da produção, da perda e da diluição.

Melhoria do tempo de ciclo com cubas lavadas com água

Por fim, considere como o fato de não lavar a levedura melhora o tempo total do ciclo quando as cubas de fermentação são limpas com água em vez de soda cáustica:

  • Componentes de tempo de ciclo padrão:

    • Fermentação: 6-12 horas.

    • Colheita (centrifugação): ~1-2 horas.

    • Lavagem da levedura: no processo padrão, a lavagem com ácido ou água, a neutralização e o enxágue levam de 1 a 2 horas (dependendo da escala e do método).

    • Limpeza de cubas: A limpeza cáustica, geralmente aquecida e seguida de enxágue, leva de 2 a 3 horas ou mais.

  • Processo modificado:

    • Sem lavagem da levedura: a eliminação da etapa de lavagem economiza de 1 a 2 horas por ciclo. Após a centrifugação, a levedura é imediatamente reciclada, eliminando uma etapa significativa de preparação.

    • Cubas lavadas com água: A limpeza de dornas com água em vez de cáusticos é mais rápida - potencialmente reduzindo o tempo de limpeza para 1 a 2 horas - pois evita o aquecimento, a exposição prolongada a produtos químicos e o enxágue extensivo. A água é suficiente aqui porque não há contaminação bacteriana e o objetivo é simplesmente remover os resíduos físicos (levedura, açúcares) em vez de higienizar profundamente.

  • Efeito combinado: Sem a lavagem da levedura, o tempo entre os ciclos de fermentação diminui diretamente. A combinação disso com uma limpeza mais rápida do tanque à base de água reduz ainda mais o tempo de inatividade, permitindo que os ciclos sejam reiniciados mais cedo. Por exemplo, um ciclo que levava de 12 a 15 horas (fermentação + colheita + lavagem + limpeza cáustica) poderia cair para 10 a 12 horas, aumentando a produtividade.

A ausência de contaminação bacteriana permite essas simplificações sem arriscar o desempenho da fermentação, pois as bactérias - normalmente controladas por lavagem ácida e limpeza cáustica - não são um fator.

Conclusão

Na produção brasileira de etanol de cana-de-açúcar, o ciclo padrão de fermentação em batelada alimentada envolve a fermentação do caldo de cana ou do melaço com Saccharomyces cerevisiae, seguida de centrifugação, lavagem da levedura e limpeza da cuba com cáustico. Quando não há contaminação bacteriana e 95% da levedura centrifugada é reciclada sem lavagem:

  • As operações da fábrica melhoram com a eliminação da recuperação de etanol e da neutralização de ácido, economizando energia, produtos químicos e tempo.

  • As concentrações de metabólitos e células mortas atingem um equilíbrio mais alto, porém estável, equilibrado pela perda de levedura e diluição do substrato, tolerável devido à ausência de interferência bacteriana.

  • O tempo do ciclo diminui com a remoção da etapa de lavagem da levedura (economia de 1 a 2 horas) e, quando as cubas são lavadas com água em vez de serem limpas com soda cáustica, reduzem ainda mais o tempo de limpeza (1 a 2 horas em vez de 2 a 3 horas ou mais), aumentando a eficiência geral.

Esse processo otimizado aproveita a ausência de contaminação para simplificar e acelerar a produção de etanol.

Reduz o tempo de fermentação:

No processo aprimorado, o tempo de fermentação é reduzido porque a levedura não é mais submetida ao estresse da lavagem ácida. Veja como isso funciona:

Lavagem com ácido em processos tradicionais

Na produção tradicional de etanol, a levedura é frequentemente reciclada entre os ciclos de fermentação para maximizar a eficiência. Para controlar a contaminação bacteriana durante essa reciclagem, a levedura é lavada com ácido sulfúrico. No entanto, essa exposição ao ácido estressa as células da levedura. O estresse pode danificar as membranas celulares, reduzir sua viabilidade e diminuir sua atividade metabólica. Quando essas células de levedura estressadas são reutilizadas, elas precisam de tempo para se recuperar antes de poderem fermentar os açúcares com eficiência. Esse período de recuperação, ou fase lag, prolonga o tempo total de fermentação.

Eliminação da lavagem ácida no processo aprimorado

No processo aprimorado, a etapa de lavagem com ácido é totalmente ignorada. Após a fermentação, 95% da levedura é separada por centrifugação e reutilizada diretamente no próximo ciclo sem ser exposta ao ácido. Como não há lavagem com ácido, a levedura evita esse estresse. Como resultado:

  • Maior viabilidade: As células de levedura permanecem mais saudáveis, com membranas intactas e melhor função metabólica.

  • Sem tempo de recuperação: sem a necessidade de se recuperar do estresse ácido, a levedura pode começar a fermentar o novo lote de caldo de cana ou melaço imediatamente.

Como isso reduz o tempo de fermentação

A chave para um tempo de fermentação mais curto está na condição aprimorada da levedura:

  • Início mais rápido: No processo tradicional, a levedura lavada com ácido pode entrar em uma fase de retardo à medida que se recupera do estresse, atrasando o início da fermentação ativa. No processo aprimorado, essa fase de atraso é minimizada ou eliminada porque a levedura não está estressada e está pronta para trabalhar imediatamente.

  • Fermentação mais eficiente: Leveduras mais saudáveis convertem os açúcares em etanol e dióxido de carbono mais rapidamente. Sem o ônus de reparar os danos induzidos pelo ácido, a levedura fermenta em um ritmo mais rápido, completando o ciclo mais cedo.

Quanto tempo é economizado?

A redução exata do tempo de fermentação depende de fatores como a cepa da levedura, a concentração de açúcar e as condições de fermentação. No entanto, ao evitar o estresse ácido, a fermentação pode ser reduzida em aproximadamente 10 a 20%. Em um ciclo de fermentação típico de 8 a 12 horas, isso pode significar uma economia de 1 a 2 horas por lote.

Vantagens adicionais

Além de reduzir o tempo de fermentação, pular a lavagem ácida simplifica o processo. Ele elimina a necessidade de ácido, agentes neutralizantes e etapas extras, como o tratamento da lavagem, o que também economiza tempo e recursos. Com ciclos de fermentação mais rápidos, a fábrica pode processar mais lotes no mesmo período de tempo, aumentando a produtividade geral.

Conclusão

Ao eliminar a lavagem ácida, o processo aprimorado mantém a levedura mais saudável e mais ativa, evitando o estresse que retarda a fermentação no método tradicional. Isso leva a um início mais rápido e a uma conversão de açúcar mais eficiente, reduzindo o tempo de fermentação e melhorando a simplicidade e a eficiência do processo.

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Edward (Ed) Hamrick formou-se com louvor no Instituto de Tecnologia da Califórnia (CalTech) em Engenharia e Ciências Aplicadas. Ele trabalhou por três anos na NASA/JPL nos projetos International Ultraviolet Explorer e Voyager e trabalhou por dez anos na Boeing como engenheiro de sistemas sênior e gerente de engenharia. Posteriormente, Ed trabalhou por cinco anos na Convex Computer Corporation como engenheiro de sistemas e gerente de engenharia de sistemas. Ed tem sido um empresário bem-sucedido nos últimos 25 anos.

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