Novas tecnologias para proteínas de célula única

Estratégia do CelloFuel - O que fazemos?

As maiores empresas de levedura do mundo, incluindo LeSaffre, AB Mauri, Angel Yeast e Lallemand, produzem levedura que é muito cara para competir com a proteína de soja na alimentação animal. Estamos desenvolvendo tecnologias para reduzir o custo de produção de levedura para que ela possa competir com a proteína de soja em rações para peixes e animais. Nossa solução é usar novas tecnologias para reduzir significativamente o CAPEX e o OPEX para produzir levedura a partir de milho de moagem seca.

Mais de 50% do custo de produção da levedura se deve ao custo do substrato com o qual você começa. É mais barato cultivar levedura em açúcares hidrolisados de milho seco do que em qualquer outro substrato que encontramos. Observe, entretanto, que nossas tecnologias podem produzir levedura a partir de qualquer tipo de grão, especialmente o trigo, mas o trigo é mais caro do que o milho porque é usado para fazer pão (o glúten faz a massa, enquanto o milho não faz). Em países com um excedente de trigo de baixo custo, ele pode ser usado para produzir levedura com nossas tecnologias.

Nosso foco está em tecnologias inovadoras e econômicas para a produção de proteína unicelular (levedura) para ração de peixes e ração animal a um custo menor do que o da proteína de soja. A levedura também é uma ração para peixes e animais muito mais saudável do que a proteína de soja.

Estamos licenciando essas patentes, tecnologias e projetos de referência para clientes que têm acesso a grandes quantidades de milho barato e mercados de ração para peixes e/ou ração animal. Nossos mercados-alvo estão localizados em todo o mundo, especialmente nos EUA, Brasil, Rússia, Índia, China, Argentina e México.

Nossa principal patente é uma técnica de controle de contaminação bacteriana que envolve a limitação de níquel no caldo de fermentação e o uso apenas de ureia como fonte de nitrogênio para a levedura. As bactérias não podem usar a ureia como fonte de nitrogênio sem o níquel como cofator, impedindo assim o crescimento bacteriano por meio da limitação do níquel. As leveduras precisam apenas de biotina e não precisam de níquel para usar a ureia como fonte de nitrogênio. O uso dessa patente possibilita o uso do resfriamento evaporativo para reduzir o custo de produção de levedura, pois, caso contrário, a contaminação do ar de resfriamento seria um problema.

Nosso principal projeto de referência para a produção de levedura é um fermentador em contêineres que usa um biorreator de tambor rotativo feito de PEAD corrugado, que não lixivia o níquel como o aço inoxidável. Esse projeto de referência usa resfriamento evaporativo em vez de trocadores de calor a placas. Esse projeto permite a operação sem supervisão por meses a fio, pois não há necessidade de limpar os trocadores de calor a placas.

Esses fermentadores em contêineres usam contêineres de transporte padrão de 20 e 40 pés. Eles são projetados para serem empilhados em 4 alturas durante a operação, transportados por trem ou caminhão e construídos rapidamente em grandes sistemas.

Controle de contaminação

A contaminação bacteriana costuma ser o maior problema técnico na fermentação do etanol ou no cultivo de leveduras em escala industrial.

Inventamos uma tecnologia patenteada para evitar a contaminação usando a ureia como única fonte de nitrogênio e garantindo que a concentração de níquel seja inferior a 1 mg/kg. Não é necessária nenhuma lavagem ácida ou antibióticos para evitar 100% de toda contaminação bacteriana.

Também estamos usando alimentação em lote alimentado de ureia com sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) de amido, em um processo contínuo, o que resulta em uma taxa de fermentação muito alta sem contaminação bacteriana.

Essa técnica permite a fermentação em pH 4 a pH 7 sem contaminação bacteriana.

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

Estamos construindo um biorreator de tambor rotativo (RDB) que aproveita as vantagens de nossas patentes de controle de contaminação.

Ele foi projetado para o crescimento aeróbico de levedura usando milho moído a martelo em um processo que dura o ano todo.

O bloco de construção desse fermentador RDB é um tubo corrugado de HDPE que nos permite construir fermentadores grandes, em contêineres e empilháveis por menos de US$ 1.000/m3, enquanto os fermentadores tradicionais custam mais de US$ 15.000/m3. O custo operacional de nossos fermentadores RDB também é muito menor do que o da fermentação submersa tradicional.

Esses fermentadores RDB utilizam um processo contínuo usando enzimas hidrolisantes de amido granular (GSHE, uma combinação de glucoamilase e alfa-amilase) com milho moído a martelo e sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) a 38 °C com levedura Candida utilis (sinônimo de Cyberlindnera jadinii). Para acelerar o processo, fazemos a reciclagem da levedura e da enzima.

Esses fermentadores RDB não usam trocadores de calor para remover o calor da fermentação, mas, em vez disso, usam resfriamento evaporativo, o que reduz o CAPEX e o OPEX, além de eliminar a despesa de limpeza dos trocadores de calor de placas.

Esses fermentadores RDB são autolimpantes devido à abrasão do milho moído em rotação.

O custo de secagem da levedura é baixo porque o teor de água é de apenas 50%.

Esses fermentadores RDB são em contêineres e totalmente automatizados.

Mais saudável que a proteína de soja

Nosso biorreator de tambor rotativo produz levedura que é significativamente mais saudável do que a proteína de soja, a um preço competitivo.

O cultivo de soja utiliza muitos herbicidas e pesticidas prejudiciais à saúde, e esses entram na cadeia alimentar por meio da proteína de soja na ração animal.

A soja também contém muitos compostos antinutricionais que não são saudáveis para a alimentação de peixes e animais.

Foi demonstrado que a levedura é muito mais saudável do que a proteína de soja e tem um melhor equilíbrio de aminoácidos do que a proteína de soja. Também é mais sustentável, necessitando de menos terra do que a soja.

Nosso processo pode produzir leveduras que se mostraram muito nutritivas para peixes e frangos e, portanto, constituem um alimento mais valioso para peixes e frangos.

O preço base da levedura de forragem seca varia de acordo com o país, com economias de custo mais alto, como o Japão e os EUA, na extremidade superior.

O CAPEX e o OPEX reduzidos de nosso biorreator de tambor rotativo, juntamente com a produção de uma ração animal mais nutritiva do que a proteína de soja, resultam em um produto econômico.

Levedura de milho

Nosso biorreator de tambor rotativo pode produzir levedura rica em proteínas de forma econômica a partir de milho moído a seco.

Eles são hidrolisados em glicose por enzimas hidrolisantes de amido granular (enzimas GSHE, também chamadas de enzimas sem cozimento) e a glicose liberada é usada para cultivar leveduras ao mesmo tempo (sacarificação e fermentação simultâneas, SSF).

Essa é a fonte de açúcares de menor custo para o cultivo aeróbico de leveduras. Essas mesmas enzimas são usadas pela POET (um dos maiores fabricantes de bioetanol do mundo) para produzir etanol usando seu processo BPX. A POET produz etanol anaerobicamente enquanto nós produzimos levedura aerobicamente, mas estamos usando o mesmo processo SSF da POET.

O custo de energia da secagem dessa levedura é muito baixo, pois o nível de umidade da fermentação em estado sólido é de apenas 50% de umidade.

A levedura Candida utilis é geralmente reconhecida como segura (GRAS) e é aprovada mundialmente para consumo humano, ração para peixes e ração animal. Atualmente, ela é vendida em todo o mundo pela Lallemand como levedura Torula, é usada como ingrediente aromatizante e tem sido usada com segurança em rações para humanos, peixes e animais desde a década de 1930.

Acreditamos que podemos aumentar de forma econômica o teor de ácidos graxos ômega-3 da Candida utilis usando enzimas de lipase extracelular e enzimas de fitase extracelular secretadas pela Candida utilis durante o crescimento, de modo que a Candida utilis possa metabolizar o óleo de milho do milho moído a martelo.

Uso de levedura na alimentação animal

A levedura é muito saudável quando consumida por peixes, frangos, porcos e seres humanos. A taxa de conversão alimentar (quantos kg de ração são necessários por kg de ganho de peso) está entre 1,0 e 2,0 para peixes, entre 1,7 e 2,0 para frangos, entre 2,5 e 3,5 para suínos e entre 6,0 e 10,0 para bovinos (portanto, alimentar bovinos com levedura não é muito eficiente).

Cerca de 140 milhões de toneladas de frango (aves) são criadas por ano, 110 milhões de toneladas de suínos são criadas por ano e 90 milhões de toneladas de peixes são criadas na aquicultura por ano, portanto, o mercado de levedura para ração de peixes e ração animal é muito grande. O tamanho do mercado mundial de levedura nutricional para consumo humano é estimado em menos de 10.000 toneladas por ano.

Há dois aspectos importantes sobre os efeitos da levedura na saúde em rações para peixes e animais - se ela fornece aminoácidos essenciais para o crescimento dos peixes e dos animais e se há um bom equilíbrio de ácidos graxos essenciais nos peixes e nos animais.

Aminoácidos essenciais

Os aminoácidos essenciais são aminoácidos que peixes, frangos, porcos e seres humanos não conseguem sintetizar por conta própria e devem ser obtidos por meio da dieta. Há nove aminoácidos essenciais:

  1. Histidina - Auxilia no crescimento, no reparo dos tecidos e na produção de histamina.

  2. Isoleucina - Auxilia no metabolismo muscular, na regulação da energia e na produção de hemoglobina.

  3. Leucina - Promove a síntese de proteínas musculares e o reparo dos tecidos.

  4. Lisina - Envolvida na síntese de proteínas, na função hormonal e na produção de enzimas.

  5. Metionina - Auxilia na desintoxicação, no metabolismo e na produção de compostos contendo enxofre.

  6. Fenilalanina - Precursor de neurotransmissores como tirosina, dopamina e norepinefrina.

  7. Treonina - Essencial para o colágeno, a elastina e a função imunológica.

  8. Triptofano - Precursor da serotonina e da melatonina, auxiliando na regulação do humor e do sono.

  9. Valina - Apoia o crescimento muscular, a produção de energia e o reparo dos tecidos.

A arginina também é um aminoácido essencial na alimentação animal de peixes, frangos e porcos.

A levedura Candida utilis é completa em todos os aminoácidos essenciais e é prototrófica (autossuficiente) em biotina e todas as vitaminas B (exceto a vitamina B12). Dependendo do ambiente de crescimento, a levedura pode ser deficiente em metionina e/ou lisina e, às vezes, precisa ser suplementada em dietas de peixes, frangos, porcos e humanos.

Os aminoácidos sintéticos (por exemplo, L-lisina, DL-metionina, L-treonina) são comumente adicionados a dietas contendo levedura para corrigir deficiências, especialmente em frangos e suínos. Isso é economicamente viável e reduz a dependência de fontes tradicionais de proteína, como farinha de peixe ou farelo de soja.

A proteína de soja também é deficiente em metionina e lisina e fornece menos vitaminas B do que a levedura.

Ácidos graxos essenciais

Os ácidos graxos essenciais são ácidos graxos que o corpo humano não consegue produzir e devem ser consumidos por meio de alimentos. Há dois ácidos graxos essenciais:

  1. Ácido alfa-linolênico (ALA) - Ácido graxo ômega-3, essencial para a saúde do coração, a função cerebral e a redução da inflamação. Encontrado em sementes de linhaça, sementes de chia, nozes, sementes de cânhamo e determinados óleos (por exemplo, óleo de linhaça).

  2. Ácido linoleico (LA) - Ácido graxo ômega 6, importante para a saúde da pele e dos cabelos, para o crescimento e para a função da membrana celular. Encontrado em óleos vegetais (por exemplo, girassol, cártamo, milho), nozes, sementes e alimentos processados.

O corpo humano usa o ALA e o LA como precursores para sintetizar outros ácidos graxos, como o EPA e o DHA (ômega-3), embora a conversão seja limitada. Uma ingestão equilibrada de ácidos graxos ômega-3 e ômega-6 é importante para evitar a inflamação causada pelo consumo excessivo de ômega-6.

A Candida utilis produz esses dois ácidos graxos essenciais, especialmente com a fermentação em estado sólido, devido ao aumento da taxa de transferência de oxigênio. As enzimas que produzem esses ácidos graxos estão presentes na Candida utilis (mas não na S. cerevisiae) e precisam de oxigênio para dessaturar o ácido oleico em ácido linoleico (ômega 6) e dessaturar o ácido linoleico (ômega 6) em ácido alfa-linolênico (ômega 3). Como o ácido linoleico (ômega 6) do óleo de milho é metabolizado pela Candida utilis, a enzima CuFAD3 da Candida utilis pode dessaturá-lo em ácido alfa-linolênico (ômega 3).

A proteína de soja tem um grande excesso de ácidos graxos ômega 6, é deficiente em ácidos graxos ômega 3 e não contém EPA ou DHA. A proteína de soja em rações para peixes e animais resulta em peixes e animais com muito conteúdo de ácidos graxos ômega 6, o que, em última análise, não é saudável para os seres humanos. Alimentar peixes e animais com levedura contendo ácidos graxos ômega-3 é muito mais saudável do que a proteína de soja.

Fatores antinutricionais (ANFs) na proteína de soja

A proteína de soja contém muitos compostos antinutricionais que não são saudáveis na dieta de peixes e animais. Isso inclui inibidores de tripsina, lectinas, oligossacarídeos, ácido fítico, saponinas, antígenos da soja, isoflavonas e taninos.

Os peixes carnívoros (por exemplo, salmonídeos, camarões) são particularmente sensíveis aos ANFs de soja devido à sua capacidade limitada de digerir carboidratos de origem vegetal e aos seus sistemas gastrointestinais sensíveis. A alta inclusão de soja (por exemplo, >30% de farelo de soja) geralmente leva a enterite, redução do crescimento e alteração da microbiota intestinal.

Os animais monogástricos jovens (leitões, pintinhos, bezerros) são os mais afetados devido aos sistemas digestivos imaturos. Por exemplo, galacto-oligossacarídeos e inibidores de tripsina são essenciais para leitões, enquanto antígenos e lectinas são problemáticos para bezerros. As aves domésticas são sensíveis aos inibidores de tripsina e aos oligossacarídeos, o que causa diarreia e redução do crescimento.

A levedura não contém nenhum desses fatores antinutricionais e resulta em peixes, frangos e suínos mais saudáveis quando a levedura é incluída em sua alimentação.

Economia da produção de levedura a partir de milho seco

Mais de 50% do custo de produção da levedura se deve ao custo do substrato com o qual você começa. É mais barato cultivar levedura em açúcares hidrolisados de milho moído a seco do que em qualquer outro substrato que encontramos.

O trigo também é relativamente barato para produzir levedura, mas é a principal cultura usada no mundo inteiro para consumo humano. É mais caro produzir levedura a partir de açúcares da cana-de-açúcar e da beterraba, tanto do melaço quanto do açúcar bruto. É mais caro produzir levedura a partir de polpa de beterraba, lactose em soro de leite residual, glicerol, hidrolisado de lignocelulose, licor de polpa de sulfito e hidrolisado ácido diluído de madeira. O tratamento de águas residuais também torna mais cara a produção de levedura com fermentação submersa. Analisamos extensivamente a economia de todos esses substratos usando a IA mais avançada, o Grok 4, e a conclusão é sempre a mesma: o milho moído a seco é o substrato mais barato para a produção de levedura.

A viabilidade econômica depende dos baixos custos operacionais e de capital do projeto do RDB, dos substratos baratos e da proteína unicelular (SCP) de alto valor para rações.

  • Capital Expenditures (CAPEX): RDB construction at <$1,000/m³ significantly undercuts traditional fermenters (>$15,000/m³), potentially reducing overall plant CAPEX by 50-80% for a modular setup.

  • Despesas operacionais (OPEX):

    • Custos de substrato: Fator dominante (35-62% dos custos totais na produção de SCP).

      A US$ 150/MT de milho e ~0,385 MT de SCP/MT de milho (com base em 70% de amido, 1,1 g de glicose/g de amido, 0,5 g de biomassa/g de glicose), o custo do substrato é de ~$ 390/MT de SCP.

    • Outros custos operacionais: Enzimas, ureia, energia para rotação/resfriamento e secagem. O resfriamento evaporativo e a autolimpeza eliminam a manutenção do trocador de calor (~$ 0,05-0,10/kg de SCP em sistemas tradicionais). A secagem a partir de 50% de umidade é mais barata do que a partir de 90% na fermentação submersa. OPEX total sem substrato estimado em US$ 200-300/MT SCP.

    • Mão de obra e serviços públicos: A operação sem supervisão minimiza a mão de obra; a energia para rotação/aeração é baixa em unidades em contêineres.

  • Rendimento e receita: O SCP rende ~385 kg/MT de substrato com 45-50% de proteína.

    O preço de mercado da levedura forrageira misturada com DDGS (resíduo seco após a hidrólise do amido do milho) varia de acordo com a região (por exemplo, US$ 500-1.000/MT para ração animal, competindo com o farelo de soja a ~US$ 400/MT com 45% de proteína).

    Em termos de proteína, a SCP custa cerca de US$ 800-1.000/MT de proteína em comparação com a soja, que custa cerca de US$ 890/MT de proteína, e a SCP oferece melhor nutrição para peixes e ração animal.

    Receita potencial: US$ 600-800/MT de SCP vendida.

  • Lucratividade:

    Custo do substrato (/MT SCP) $390 (milho a $150/MT)

    Custo total de produção (/MT SCP) $600-700

    CAPEX (/m³ fermenter) <$1,000

    Preço de equilíbrio (/MT SCP) $550-650

    ROI (5 anos, planta de 50k MT/ano) 20-30%

    Os baixos custos do RDB podem gerar margens de 20 a 40%, especialmente em regiões com alta demanda de ração.

Em resumo, a abordagem RDB parece ser economicamente competitiva para os mercados de ração, com vantagens de custo que permitem a lucratividade em escala, embora a comercialização completa exija validação piloto.

Mercados-alvo

Nossos mercados-alvo são aqueles em que há uma grande quantidade de milho para a produção de levedura e um grande mercado de ração para peixes e/ou animais.

Os Estados Unidos produzem 399 MMT/ano (milhões de toneladas métricas por ano) de milho e têm um grande mercado para ração animal.

A China produz 295 MMT/ano de milho e tem um grande mercado de ração para peixes e animais.

O Brasil produz 131 MMT/ano de milho e tem um grande mercado para ração animal.

A Argentina produz 53 MMT/ano de milho e tem um grande mercado para ração animal.

A Rússia e a Ucrânia produzem juntas 45 MMT/ano de milho e têm um grande mercado de ração para peixes e animais

A Índia produz 42 MMT/ano de milho e tem um grande mercado para ração de peixes e ração animal.

O México produz 25 MMT/ano de milho e tem um grande mercado para ração animal.

O preço mundial do milho é de cerca de US$ 150/MT. Quando hidrolisados, os açúcares do milho são significativamente mais baratos do que os açúcares da cana-de-açúcar ou da beterraba.

Quem somos nós?

A Hamrick Engineering foi fundada em 2013 por Edward B. Hamrick.

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.

Alex Ablaev, MBA, PhD, é Desenvolvedor Sênior de Negócios Mundiais. Alex trabalhou anteriormente na divisão de hidrólise enzimática da Genencor e é presidente da Associação Russa de Biocombustíveis, bem como gerente geral da NanoTaiga, uma empresa russa que utiliza as tecnologias da CelloFuel na Rússia.

Alan Pryce, CEng, é o engenheiro-chefe. Alan é um engenheiro mecânico profissional experiente - Chartered Engineer (CEng) - membro do Institute of Mechanical Engineers (IMechE) - com mais de 10 anos de experiência em design mecânico e gerenciamento de projetos de automação de fábricas no Reino Unido e na Europa. Ele é consultor sênior de design e gerente de projetos há mais de 30 anos, trabalhando para a Frazer-Nash Consultancy Ltd, envolvido em muitos contratos de design e construção nos setores militar, ferroviário, de manufatura e nuclear.

Maria Kharina, PhD, é cientista sênior de microbiologia. Maria tem doutorado em biotecnologia e é pesquisadora com mais de 10 anos de experiência. Maria foi bolsista da Fulbright nos EUA de 2016 a 2017.

Beverley Nash é diretora de marketing. Beverley dirige a Nash Marketing há mais de 30 anos e tem ampla experiência em planejamento e desenvolvimento de marketing para empresas novas e estabelecidas. Beverley trabalhou para muitas corporações globais no mercado técnico e foi responsável pelo planejamento e gerenciamento de muitos programas que lidam com todos os aspectos do crescimento de empresas e produtos.

O Dr. Ryan P. O'Connor(www.oconnor-company.com) presta consultoria em estratégia de propriedade intelectual e processamento de patentes. O Dr. O'Connor é formado em Engenharia Química pela Universidade de Notre Dame e tem Ph.D. em Engenharia Química pela Universidade de Minnesota. Ele registrou mais de 1.000 pedidos de patentes nos EUA e PCT e é admitido na Ordem dos Advogados de Patentes do Escritório de Patentes e Marcas Registradas dos Estados Unidos.

Portfólio de patentes da Hamrick Engineering