Nossa ciência e nossos processos
A tecnologia patenteada da Cellofuel melhora a produção de bioetanol (principalmente a partir de milho e cana-de-açúcar) ao controlar a contaminação bacteriana por meio de uma abordagem biológica, em vez de produtos químicos.
Utilizamos uma estratégia biológica direcionada para favorecer a levedura em detrimento das bactérias, proporcionando maior produção de etanol, menores custos operacionais e redução do uso de produtos químicos.
Temos três projetos em andamento que utilizam nossa tecnologia patenteada para eliminar a contaminação bacteriana (infecção) e aumentar a rentabilidade do uso de leveduras na produção de etanol de milho, etanol de cana-de-açúcar e proteína de célula única.
Como funciona nossa tecnologia
Em vez de adicionar produtos químicos antibacterianos ao fermentador ou usar ácido sulfúrico para eliminar as bactérias durante a reciclagem, adotamos uma estratégia biológica mais inteligente:
Eliminamos a lixiviação de níquel no processo.
Utilizamos ureia em fed-batch como única fonte de nitrogênio.
Isso permite uma fermentação mais rápida com reciclagem de levedura, sem contaminação bacteriana (infecção)
Por que isso funciona:
As bactérias precisam do níquel como cofator para se desenvolverem na ureia. Sem ele, não conseguem se multiplicar.
A levedura precisa apenas de biotina (vitamina B7) para utilizar a ureia, de modo que cresce normalmente.
Isso cria uma vantagem natural para a levedura, ao mesmo tempo em que priva as bactérias de nutrientes
Essa tecnologia aumenta a rentabilidade das usinas de bioetanol — reduzindo a quantidade de açúcar destinada ao crescimento bacteriano (contaminação), à produção de ácido lático e à produção de glicerol. Isso resulta em maior produção de etanol, contribuindo para lucros mais elevados. Também resulta em coprodutos de melhor qualidade, como óleo de milho e DDGS, contribuindo ainda mais para o aumento dos lucros. Operações mais eficientes nas usinas também contribuem para lucros maiores, devido a ciclos de fermentação mais curtos e à redução das necessidades de limpeza. A redução do tempo do ciclo de fermentação também diminui os custos de capital necessários para expandir a capacidade de produção.
Tempos do ciclo de fermentação:
Nas usinas de etanol de milho, os ciclos de fermentação são reduzidos para 24 a 36 horas , ao mesmo tempo em que aumentam a eficiência por meio da redução da produção de glicerol e da eliminação da contaminação bacteriana. Isso aumenta os lucros a partir da mesma quantidade de milho. Além disso, gera uma economia significativa de custos ao dobrar a capacidade de uma usina, eliminando a necessidade de adicionar novos fermentadores.
Nas usinas de etanol de cana-de-açúcar, os ciclos são de 2 a 4 horas mais curtos do que nos processos tradicionais de Melle-Boinot.
Rentabilidade das usinas de etanol de milho:
Aumento anual do lucro: US$ 10–20 milhões por ano, decorrente de uma melhor recuperação do óleo de milho, DDGS de melhor qualidade, maior produção de etanol (menos glicerol), menor incrustação e necessidade de limpeza na destilação, e menor incrustação no secador de DDGS (valor médio realista: US$ 12–15 milhões para uma usina típica de 100 MMGY).
Crédito fiscal potencial nos termos da Seção 45Z do IRS: US$ 2 a 4 milhões por ano
Rendimento de amido para etanol: >92–94% do valor teórico (em comparação com ~88–90% em muitas usinas convencionais)
Redução dos custos de produção: US$ 0,02–0,06 por galão
Modificações necessárias no capital: com o mesmo volume de milho: US$ 6–12 milhões (valor médio realista: US$ 8–10 milhões); com o volume de milho duplicado: economia de capital de US$ 30 a US$ 40 milhões, uma vez que não serão necessários novos fermentadores.
Rentabilidade das usinas de etanol de cana-de-açúcar brasileiras:
Aumento anual do lucro: US$ 10 milhões por ano, proveniente do aumento da produção de etanol, da eliminação da lavagem com ácido sulfúrico, da redução da limpeza das colunas de destilação e da redução do tempo de ciclo de cada lote. A economia de custos é considerável, devido à redução do tempo por lote em 2 a 4 horas e à melhoria da eficiência do processo.
O aumento na receita de uma usina típica brasileira de etanol de cana-de-açúcar 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, considerando um preço do etanol de US$ 0,50 por litro. Esse valor pode variar entre US$ 3,6 milhões e US$ 8,4 milhões, dependendo dos preços do etanol ou do tamanho da usina.
A economia gerada pela eliminação da lavagem com ácido sulfúrico é de cerca de US$ 500.000 por ano.
A economia gerada pela eliminação do sulfato de cálcio das colunas de destilação é de cerca de US$ 1,3 milhão por ano.
A economia gerada pela redução do tempo de ciclo do lote de 12 a 15 horas para 10 a 12 horas é de cerca de US$ 1,3 milhão por ano.
Rentabilidade das fábricas de levedura nutricional:
Essa tecnologia permite a produção de proteína de levedura nutricional a um custo menor do que o da proteína de soja, gerando grandes lucros no processamento de grãos ou açúcares por meio da fermentação em estado sólido, sem contaminação (infecção).
- Antibióticos: Medicamentos que matam ou inibem as bactérias. Essa tecnologia controla as bactérias indesejadas sem o uso de antibióticos.
- Contaminação bacteriana (infecção): Quando bactérias nocivas entram nos tanques de fermentação e prejudicam a produção de etanol. A tecnologia evita isso sem o uso de produtos químicos.
- Limpeza cáustica: uso de produtos químicos alcalinos fortes (como soda cáustica) para limpar equipamentos. Esse processo permite economizar tempo e reduzir custos.
- Usinas de etanol de milho: Fábricas que transformam milho em etanol combustível por meio da fermentação.
- Ciclos de fermentação: O tempo necessário para que cada lote de levedura converta os açúcares em etanol. Ciclos mais curtos (24–36 horas) permitem uma maior produção por dia.
- Crédito fiscal previsto na Seção 45Z do IRS: Um incentivo fiscal do governo dos EUA para a produção de combustíveis com menor emissão de carbono, o que pode agregar um valor significativo à fábrica.
- Processos Melle-Boinot: Métodos tradicionais de reciclagem de leveduras (comuns em usinas de cana-de-açúcar) que costumam utilizar lavagens ácidas. Essa tecnologia os substitui por uma abordagem mais suave.
- Levedura nutricional: Levedura transformada em um produto rico em proteínas, comercializado como ração animal ou suplemento, gerando receita adicional.
- Rendimento de amido para etanol: a eficiência com que o amido do milho é convertido em etanol. Rendimentos mais altos significam mais combustível a partir da mesma quantidade de milho.
- Usinas de etanol de cana-de-açúcar: Fábricas de etanol que utilizam a cana-de-açúcar, em vez do milho, como principal matéria-prima.
- Lavagens com ácido sulfúrico: uso de ácido forte para limpar leveduras ou equipamentos durante a reciclagem. Essa tecnologia elimina a necessidade dessas lavagens.
- Reciclagem de levedura: reutilização de levedura saudável de um lote de fermentação no lote seguinte, a fim de reduzir custos e acelerar o processo.
Tecnologias para usinas de etanol de milho
Desenvolvemos tecnologias práticas que melhoram significativamente a eficiência e a rentabilidade das usinas de etanol de milho. Nossa abordagem se concentra na reciclagem de leveduras e no controle eficaz da contaminação bacteriana — sem recorrer à tradicional lavagem com ácido sulfúrico de Melle-Boinot nem ao uso de antibióticos.
Como funciona nossa tecnologia
Em vez de adicionar produtos químicos antibacterianos ao fermentador ou usar ácido sulfúrico para limpar a levedura durante a reciclagem, adotamos uma estratégia biológica mais inteligente:
Eliminamos a lixiviação de níquel no processo.
Utilizamos ureia em fed-batch como única fonte de nitrogênio.
Isso permite uma fermentação mais rápida com reciclagem de levedura
Por que isso funciona:
As bactérias precisam do níquel como cofator para se desenvolverem na ureia. Sem ele, não conseguem se multiplicar.
A levedura precisa apenas de biotina (vitamina B7) para utilizar a ureia, de modo que cresce normalmente.
Isso cria uma vantagem natural para a levedura, ao mesmo tempo em que priva as bactérias de nutrientes
Benefícios financeiros (para uma usina típica de 100 MMGY)
Aumento anual do lucro: US$ 10–20 milhões por ano (valor médio realista: US$ 12–15 milhões).
Os ganhos provêm principalmente de maiores rendimentos de etanol (incluindo a partir da fibra do grão de milho), maior recuperação de óleo de milho, maior capacidade de processamento da planta, créditos regulatórios e menores custos operacionais.Custo de capital das modificações necessárias: US$ 6–12 milhões (valor médio: US$ 8–10 milhões).
Redução dos custos de produção: economia líquida de US$ 0,02 a US$ 0,06 por galão de etanol.
Metas de desempenho realistas
Tempo de ciclo: 24–36 horas
Teor final de etanol: 16,5%+ v/v
Glicerol: 5–10 g/L
Rendimento geral de amido para etanol: >92–94% do valor teórico (em comparação com ~88–90% em muitas usinas padrão)
Por que essa técnica é tão eficiente?
Os açúcares são convertidos em etanol, glicerol ou biomassa. Nosso processo se concentra mais na produção de etanol, minimizando a produção dos outros dois.
O glicerol é produzido pela levedura quando altas concentrações de glicose e maltose causam estresse osmótico. Reduzimos esse estresse osmótico introduzindo gradualmente a enzima glucoamilase, o que resulta na produção de menos glicerol.
O glicerol também é produzido pela levedura para reoxidar o excesso de NADH gerado durante a biossíntese ou a fermentação, especialmente em condições anaeróbicas. O processo de fermentação em batelada alimentada com ureia não elimina totalmente a necessidade de glicerol, mas reduz a pressão redox causada pela rápida formação de biomassa. Ao desacelerar o crescimento da levedura de maneira controlada, uma quantidade maior de NADH pode ser direcionada para a via do etanol, em vez da via do glicerol.
Existem dois tipos de produção de biomassa: o crescimento de leveduras e o crescimento bacteriano. Eliminamos o crescimento bacteriano mantendo o níquel abaixo de 1 ppm e utilizando ureia em regime de alimentação em lote como fonte de nitrogênio. Reduzimos o crescimento de leveduras utilizando ureia em regime de alimentação em lote, especialmente interrompendo essa alimentação na fase final da fermentação.
É necessário um menor crescimento de levedura para a reciclagem da levedura se for possível manter a viabilidade das células de levedura ao final da fermentação. Fermentar até 16,5% de etanol (em vez de metas mais altas, como 19%) melhora a viabilidade da levedura para reciclagem, com apenas um pequeno aumento de aproximadamente US$ 0,0015 por galão no consumo de energia na destilação.
A produção de etanol a partir do milho é aumentada por meio da eliminação da contaminação bacteriana, da redução da produção de glicerol e da redução do crescimento de leveduras.
A viabilidade da levedura é melhorada ao diminuir ligeiramente a temperatura nas fases finais da fermentação.
Principais mudanças no processo atual
Realizamos as seguintes modificações específicas:
Hidrolise e liquefaça a pasta de milho para tornar o amido mais acessível às enzimas. Utilize um cozedor a jato com enzimas alfa-amilase e endoprotease termoestáveis (cozimento a quente) ou utilize enzimas granuladas de hidrólise de amido (GSHE) com enzimas endoprotease (cozimento a frio).
Adicione as enzimas celulase, xilanase e fitase para melhorar a recuperação do óleo de milho e reduzir a viscosidade da pasta.
Deixe o mosto esfriar após a hidrólise enzimática e transfira-o para o tanque de fermentação.
Adicione a levedura reciclada, recuperada diretamente do tanque de cerveja, diretamente ao mosto.
Utilize uma alta concentração inicial de levedura e um pouco de injeção de ar no início do processo para consumir rapidamente o nitrogênio amino livre (FAN) e permitir que a levedura produza esteróis e ácidos graxos insaturados.
Adicione glucoamilase ao fermentador de forma controlada (fed-batch) para acelerar a sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) e, ao mesmo tempo, reduzir a produção de glicerol.
Feed urea in a controlled (fed-batch) manner with very low nickel content (< 1 ppm) to provide nitrogen without allowing bacterial growth and to control biomass production.
Ao final da fermentação, transfira rapidamente o conteúdo do fermentador para o tanque de cerveja, realize a limpeza no local (CIP) sem o uso de produtos químicos cáusticos e inicie um novo ciclo de fermentação (etapa 1 acima).
Utilize continuamente uma centrífuga decantadora alimentada a partir do reservatório de cerveja para recuperar os grãos úmidos de destilação (WDG).
Utilize a lavagem em contracorrente para recuperar o etanol do WDG e devolver o líquido de lavagem à parte superior da coluna de cerveja.
Utilize uma centrífuga de discos em pilha trifásica na saída da centrífuga decantadora para recuperar e reciclar a levedura, melhorando, ao mesmo tempo, a separação do óleo de milho.
Envie o líquido clarificado da centrífuga de discos para a parte superior da coluna de cerveja.
Remova continuamente o resíduo fino do fundo da coluna de cerveja.
O tanque de cerveja permite que os fermentadores utilizem um processo em lote eficiente e que as centrífugas e as colunas de destilação operem de forma contínua.
Principais resultados e benefícios
O tempo do ciclo de fermentação cai para 24 a 36 horas. O tempo de limpeza do fermentador é reduzido com a eliminação da limpeza com produtos cáusticos. As colunas de destilação precisam ser limpas apenas a cada 6 a 12 meses, em vez de a cada 4 semanas.
A produção de glicerol é significativamente reduzida porque a alta concentração de levedura reciclada impede que haja altas concentrações de glicose/maltose, reduzindo assim o estresse osmótico inicial que, de outra forma, causaria a produção de glicerol. A adição em fed-batch de glucoamilase também reduz as concentrações de glicose/maltose.
Vários estudos sobre a fermentação anaeróbica do etanol mostram rendimentos menores de glicerol e maiores de etanol quando se utiliza ureia em comparação com sais de amônio. A ureia costuma resultar em uma cinética de fermentação mais rápida e maior produtividade de etanol nos processos de produção de etanol a partir do milho. A diferença é mais perceptível em condições em que o desequilíbrio redox é significativo.
A reciclagem de levedura remove os sólidos antecipadamente e recupera o óleo de milho antes da destilação em alta temperatura. Isso reduz significativamente o acúmulo de resíduos na coluna de cerveja e nos secadores de DDGS, permitindo um maior rendimento (esses são os dois principais gargalos na maioria das usinas de etanol de milho).
O poço de cerveja existente pode ser utilizado com as centrífugas decantadoras já instaladas, juntamente com novas centrífugas de discos empilhados, para a recuperação de grãos úmidos de destilação (WDG), óleo de milho e levedura reciclada. A levedura reciclada é bombeada para um pequeno tanque destinado a cada fermentador, para ser utilizada no próximo ciclo. O excesso de levedura é adicionado aos WDG.
Como o DDGS não foi exposto ao calor da destilação, as proteínas permanecem mais intactas. Isso melhora o valor nutricional, o perfil de aminoácidos e a digestibilidade, além de reduzir as reações de escurecimento de Maillard (que prejudicam a lisina e outros aminoácidos essenciais).
A adição de enzimas celulases/xilanases reduz a viscosidade e aumenta a recuperação do óleo de milho. As enzimas celulases também liberam glicose adicional da fibra do grão de milho, aumentando o rendimento de etanol em cerca de 4% e gerando valiosos créditos RIN D3
A adição de enzimas fitases aumenta a recuperação de óleo de milho e fornece o fósforo adicional necessário para o crescimento da levedura. Isso também melhora a qualidade nutricional do DDGS ao decompor o fitato, o que aumenta a digestibilidade do fósforo e dos minerais na ração animal e reduz a excreção de fósforo no esterco.
Compatibilidade entre equipamentos e leveduras
A maioria dos trocadores de calor de placas com grande distância entre placas (fabricados em aço inoxidável 316L) já mantém a lixiviação de níquel abaixo de 1 ppm.
As centrífugas decantadoras à prova de explosão padrão já instaladas em fábricas de moagem a seco nos EUA podem ser adaptadas para separar os sólidos do líquido da cerveja, em vez de separá-los do resíduo espesso no fundo da coluna de cerveja.
A concentração de leveduras vivas para reciclagem em um fermentador pode ser monitorada em tempo real por meio do sensor Hamilton Incyte Arc.
O sistema funciona bem com cepas de levedura robustas, como a Ethanol Red e a Thermosacc Dry, que apresentam desempenho superior ao das cepas brasileiras tradicionais (PE-2 e CAT-1) quando a lavagem ácida é eliminada e o estresse osmótico é reduzido por meio da fermentação em suspensão (SSF), utilizando alimentação em batelada (fed-batch) de glucoamilase.
Vantagem a longo prazo
A reciclagem de levedura transfere o principal gargalo da fermentação para o resfriamento e a destilação. Para a maioria das fábricas, o investimento com o segundo maior retorno sobre o investimento (ROI) é a adição de capacidade de destilação direcionada. Uma capacidade adicional de 10–15 MMGY, possibilitada por essa modernização, pode gerar mais US$ 5–12 milhões por ano em lucro bruto (resultando em cerca de US$ 4–10 milhões após a dedução dos custos extras de energia e operação).
Resumo
Ao combinar a reciclagem de leveduras, a eliminação da contaminação bacteriana, o controle de nitrogênio à base de ureia, o uso estratégico de enzimas e simplificações no processo, as fábricas podem alcançar rendimentos mais elevados, custos mais baixos, melhor qualidade dos coprodutos e uma redução significativa na manutenção — tudo isso sem o uso de antibióticos ou lavagem com ácido sulfúrico.
- Alfa-amilase: Enzima termoestável que liquefaz o amido na pasta de milho, decompondo cadeias longas em dextrinas mais curtas. Utilizada em cozedores a jato para processos de cozimento a quente.
- Coluna sobre cerveja: Equipamento alto que utiliza calor para separar o etanol da água e de outros líquidos após a fermentação.
- Tanque de cerveja: Um grande tanque de armazenamento para a mistura fermentada (“cerveja”) que permite que a destilação ocorra continuamente enquanto os fermentadores operam em lotes.
- Biomassa: As células vivas (principalmente leveduras, além de eventuais bactérias) produzidas durante a fermentação. A redução da biomassa indesejada ajuda a produzir mais etanol.
- Biotina (vitamina B7): Uma vitamina do complexo B de que a levedura necessita em pequenas quantidades para crescer adequadamente quando utiliza a ureia como fonte de nitrogênio.
- Celulase: Enzima que decompõe a celulose presente na fibra do grão de milho, transformando-a em açúcares. Ela aumenta o rendimento de etanol, reduz a viscosidade da mistura de fermentação e melhora a recuperação do óleo de milho.
- Limpeza no Local (CIP): Limpeza de tubulações e tanques por meio da circulação de soluções, sem a necessidade de desmontar o equipamento. Realizada aqui sem o uso de produtos químicos agressivos.
- Fibra do grão de milho: Parte fibrosa dos grãos de milho que permanece após o processamento do amido. As enzimas celulases convertem parte dessa fibra em glicose adicional para a produção de etanol e créditos RIN D3.
- Recuperação de óleo de milho: Separação do óleo valioso do milho durante o processamento, para que ele possa ser vendido e gerar uma renda extra.
- Lavagem em contracorrente: Enxágue de sólidos com um líquido que flui na direção oposta, a fim de recuperar o máximo possível de etanol.
- Créditos D3 RIN: créditos de maior valor obtidos a partir do etanol produzido com fibra de grão de milho, nos termos do Padrão de Combustíveis Renováveis. Eles geram receita, além dos benefícios previstos na Seção 45Z do IRS.
- DDGS (Grãos Secos de Destilaria com Solúveis): Os resíduos sólidos secos da produção de etanol, comercializados como ração animal. Esse processo produz DDGS de melhor qualidade.
- Centrífuga decantadora: Uma máquina giratória que separa os sólidos (incluindo a levedura) dos líquidos durante o processo.
- Centrífuga de pilha de discos: Um separador rotativo de alta velocidade utilizado para recuperar levedura e óleo de milho da mistura.
- Endoprotease: Enzima que decompõe as proteínas na pasta de milho. Ela melhora a acessibilidade do amido para outras enzimas, tanto em processos de cozimento a quente quanto a frio.
- Fed-batch: Adição gradual de enzimas ou nutrientes durante a fermentação, em vez de adotá-los todos de uma só vez, para um melhor controle.
- Nitrogênio amínico livre (FAN): Nitrogênio proveniente das proteínas do milho que a levedura utiliza no início da fermentação. Ele ajuda a levedura a produzir esteróis e ácidos graxos insaturados, essenciais para a saúde das células.
- Glucoamilase: uma enzima adicionada gradualmente para decompor os amidos em açúcares que a levedura pode transformar em etanol.
- Glicerol: Um subproduto espesso e pegajoso que a levedura produz naturalmente durante a fermentação. Reduzir sua quantidade permite que se produza mais etanol.
- Enzimas hidrolisantes de amido granular (GSHE): Enzimas que decompõem os grânulos de amido em temperaturas mais baixas. Quando utilizadas em conjunto com endoprotease, permitem processos de cozimento a frio sem a necessidade de um cozedor a jato.
- Fervedor a jato: Equipamento que utiliza vapor de alta pressão para aquecer e preparar a mistura de milho moído e água.
- Reações de Maillard: reações que ocorrem durante a secagem em alta temperatura e que danificam as proteínas do DDGS, reduzindo sua qualidade nutricional. Essas reações são evitadas neste processo por meio da separação dos sólidos antes do aquecimento da destilação.
- Mosto: Mistura espessa de milho moído, água e enzimas que está sendo transformada em etanol.
- NADH: Forma reduzida da coenzima NAD+; o principal transportador de elétrons gerado durante a glicólise na levedura. O excesso de NADH cria um desequilíbrio redox, fazendo com que a levedura produza mais glicerol em vez de etanol e reduzindo os rendimentos na fermentação de bioetanol.
- Lixiviação do níquel: O níquel dos equipamentos metálicos se dissolve lentamente no líquido. Manter os níveis muito baixos impede o crescimento de bactérias (elas precisam de níquel quando utilizam a ureia como fonte de nitrogênio).
- Estresse osmótico: Pressão exercida sobre as células de levedura devido a altos níveis de açúcar, o que as leva a produzir mais glicerol. Reduzido neste caso por meio da adição gradual de enzimas.
- Fitase: Enzima que decompõe o fitato presente no milho. Ela melhora a recuperação do óleo de milho, fornece fósforo para a levedura e aumenta o valor nutricional do DDGS.
- Desequilíbrio redox: Um desequilíbrio nas reações químicas no interior das células de levedura que pode levar à produção de mais glicerol em vez de etanol. Controlado pela estratégia de alimentação.
- Sacarificação e fermentação simultâneas (SSF): Decompor os amidos em açúcares e transformar esses açúcares em etanol ao mesmo tempo, no mesmo tanque.
- Residuo espesso: líquido rico em sólidos que resta após a destilação no processo tradicional. Retirado mais cedo do poço de cerveja para reduzir o acúmulo de resíduos e aumentar a produtividade.
- Residuo de fermentação: O líquido aguado que resta após a remoção dos sólidos e do etanol da mistura fermentada; frequentemente reciclado na fábrica.
- Ureia: Uma fonte de nitrogênio comum e barata (também utilizada em fertilizantes) fornecida às leveduras. É adicionada gradualmente, juntamente com uma quantidade muito baixa de níquel, para favorecer o crescimento das leveduras em detrimento das bactérias.
- Grãos úmidos de destilaria (WDG): Os resíduos sólidos úmidos resultantes da fermentação e da separação; transformados em ração animal.
- Xilanase: Enzima que decompõe a hemicelulose presente na fibra do milho. Ela reduz a viscosidade da pasta e melhora a recuperação do óleo de milho.
- Reciclagem de levedura: reutilização de levedura saudável de um lote de fermentação no lote seguinte, a fim de reduzir custos e acelerar o processo.
- Viabilidade da levedura: A porcentagem de células de levedura que permanecem vivas e saudáveis. Uma maior viabilidade melhora a reciclagem e o desempenho, mesmo com altos níveis de etanol.
Tecnologias para usinas de etanol de cana-de-açúcar
Desenvolvemos tecnologias práticas que melhoram tanto a eficiência quanto a rentabilidade das usinas de etanol de cana-de-açúcar no Brasil e na Índia. O sistema controla a contaminação bacteriana de forma eficaz, sem o uso de antibióticos nem da tradicional lavagem com ácido sulfúrico de Melle-Boinot na levedura reciclada.
Como funciona
Em vez de adicionar produtos químicos antibacterianos ao fermentador ou usar ácido sulfúrico para eliminar as bactérias durante a reciclagem da levedura, adotamos uma abordagem biológica simples:
Mudamos a fonte de nitrogênio para ureia (alimentada em lotes).
Eliminamos a lixiviação de níquel do equipamento.
As bactérias precisam do níquel como cofator para crescerem na ureia; portanto, não conseguem se multiplicar de forma eficaz sem ele. A levedura, no entanto, precisa apenas de uma pequena quantidade de biotina (vitamina B7) para utilizar a ureia como fonte de nitrogênio. Essa diferença natural inibe o crescimento bacteriano sem o uso de produtos químicos.
Investimento e Poupança
Para uma usina típica de etanol de cana-de-açúcar de grande porte no Brasil, o custo total de capital das modificações é de aproximadamente US$ 0,5 a 1,5 milhão (média em torno de US$ 1 milhão). A maior parte desse custo refere-se a sistemas simples de dosagem de ureia e sílica ativada.
O impacto econômico é muito grande. Estimamos uma economia anual de cerca de US$ 10 milhões por usina. Com aproximadamente 200 grandes usinas de etanol no Brasil, isso representa uma economia potencial para todo o setor de cerca de US$ 2 bilhões por ano.
Alterações necessárias nas instalações existentes
São necessárias as seguintes modificações:
Substitua os suplementos de nitrogênio atuais por ureia e adicione-a de forma controlada, em batelada controlada.
Utilize apenas aço inoxidável 316L em trocadores de calor de placas para evitar que o níquel seja liberado no processo.
Utilize a centrífuga decantadora existente para recuperar a levedura do mosto fermentado (cerveja). Isso elimina a necessidade de utilizar levedura floculante geneticamente modificada.
Limpe o fermentador entre os ciclos usando água quente sob pressão, em vez de produtos químicos cáusticos.
Pare com a lavagem com ácido sulfúrico da levedura reciclada — a levedura pode ser reciclada diretamente de volta para o fermentador.
A eliminação do ácido sulfúrico dispensa a necessidade de limpar o acúmulo de gesso/sulfato de cálcio na parte superior das colunas de destilação.
Adicione sílica ativada (tecnologia brasileira) para manter uma alta viabilidade da levedura — acima de 80%, mesmo com concentração de etanol de 19%. Isso também reduz a produção de glicerol em até 10% e aumenta a produção de etanol.
Resultados
Essas mudanças resultam em ciclos de fermentação que são de 2 a 4 horas mais curtos do que o processo padrão de Melle-Boinot. Como o sistema não requer condições estéreis (assépticas), ele é mais simples, mais econômico e significativamente mais produtivo do que os métodos convencionais.
- Sílica ativada: Um aditivo especial (de tecnologia brasileira) que ajuda a manter as células de levedura saudáveis e vivas, mesmo quando os níveis de etanol são elevados. Ele também pode reduzir o desperdício de glicerol e aumentar a produção de etanol.
- Antibióticos: medicamentos que matam ou inibem as bactérias (esse método evita totalmente o uso deles).
- Condições assépticas (estéreis): Um ambiente totalmente livre de germes, no qual não é permitida a presença de bactérias (esse método mais simples não exige isso).
- Contaminação bacteriana: bactérias indesejadas que entram nos tanques de fermentação e competem com a levedura ou reduzem a produção de etanol.
- Biotina (vitamina B7): Uma vitamina do complexo B de que a levedura necessita em pequenas quantidades para crescer adequadamente quando utiliza a ureia como fonte de nitrogênio.
- Produtos químicos cáusticos: Produtos de limpeza fortes e agressivos (como a lixívia), tradicionalmente usados para esfregar tanques (substituídos aqui por água quente).
- Centrífuga decantadora: Uma máquina giratória que separa os sólidos (incluindo a levedura) dos líquidos durante o processo.
- Colunas de destilação: torres altas que purificam o etanol, separando-o da água e de outros líquidos.
- Sistemas de dosagem: Equipamentos que adicionam pequenas quantidades precisas de materiais (como ureia) nos momentos certos.
- Concentração de etanol: A porcentagem de álcool na mistura de fermentação (níveis mais altos significam maior produção).
- Ciclos de fermentação: Ciclos completos que envolvem a transformação dos açúcares da cana-de-açúcar em etanol, a colheita e a repetição do processo.
- Levedura floculante: Levedura especial projetada para se aglomerar, facilitando a separação (não é necessária neste método).
- Geneticamente modificado: alterado no nível do DNA em laboratório (esse método evita a necessidade de usar levedura modificada).
- Glicerol: Um subproduto espesso e pegajoso que a levedura produz naturalmente durante a fermentação. Reduzir sua quantidade permite que se produza mais etanol.
- Gesso (acúmulo de sulfato de cálcio): Depósitos calcários que podem obstruir equipamentos de destilação, frequentemente causados pelo uso de ácidos.
- Processo Melle-Boinot: O método brasileiro mais comum em grande escala para a produção de etanol de cana-de-açúcar por meio de fermentação em batelada alimentada e reciclagem de levedura, que tradicionalmente envolve a dosagem de ácido sulfúrico na levedura reciclada para controlar as bactérias.
- Lixiviação do níquel: O níquel proveniente dos equipamentos metálicos se dissolve no líquido (as bactérias precisam dele para se desenvolver na ureia; portanto, impedir isso as impede de se desenvolver).
- Fonte de nitrogênio: A substância química que fornece nitrogênio (um elemento essencial para o crescimento) à levedura ou às bactérias — substituída, neste caso, pela ureia.
- Trocadores de calor de placas: Dispositivos com placas metálicas utilizados para aquecer ou resfriar líquidos de processo de maneira eficiente.
- Água quente pressurizada: Água quente pulverizada sob pressão para limpar tanques sem o uso de produtos químicos agressivos.
- Levedura reciclada: Levedura guardada de um lote de fermentação e reutilizada no lote seguinte.
- Aço inoxidável 316L: Metal de alta qualidade utilizado em peças de equipamentos para impedir que o níquel se dissolva no líquido.
- Lavagem com ácido sulfúrico: Utilização de ácido forte para limpar e desinfetar a levedura reciclada (eliminada neste método).
- Ureia: Uma fonte de nitrogênio comum e barata (também utilizada em fertilizantes) fornecida às leveduras. É adicionada gradualmente, juntamente com uma quantidade muito baixa de níquel, para favorecer o crescimento das leveduras em detrimento das bactérias.
- Viabilidade da levedura: A porcentagem de células de levedura que permanecem vivas e saudáveis. Uma maior viabilidade melhora a reciclagem e o desempenho, mesmo com altos níveis de etanol.
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.
- Soda cáustica (hidróxido de sódio): Um forte produto de limpeza químico utilizado para lavar tanques de fermentação.
- Centrifugação (centrifugado): Girar a mistura em alta velocidade para separar as células de levedura do líquido.
- Fed-batch: Adicionar o líquido açucarado (ou nutrientes) gradualmente ao longo do tempo, em vez de tudo de uma vez, para evitar sobrecarregar a levedura.
- Fase de fermentação: A etapa principal em que a levedura consome os açúcares e os transforma em etanol (álcool) e gás carbônico.
- Fase de colheita: Recolher a mistura pronta após a fermentação, centrifugando-a para separar a levedura do líquido.
- Processo Melle-Boinot: O método brasileiro mais comum em grande escala para a produção de etanol de cana-de-açúcar por meio de fermentação em batelada alimentada e reciclagem de levedura, que tradicionalmente envolve a dosagem de ácido sulfúrico na levedura reciclada para controlar as bactérias.
- Melaço: xarope espesso e doce, resultante da produção de açúcar; utilizado como fonte barata de açúcar para a levedura.
- Saccharomyces cerevisiae: O nome científico da cepa robusta de levedura amplamente utilizada na produção de etanol (e de pão e cerveja).
- Substrato: O líquido ou material açucarado (suco de cana-de-açúcar ou melaço) do qual a levedura se alimenta.
- Suco de cana: Líquido fresco extraído dos talos de cana-de-açúcar, rico em açúcares naturais.
- Limpeza dos tanques: Lavagem dos grandes tanques de fermentação entre os lotes para remover resíduos.
- Vinho: O líquido rico em etanol produzido após a fermentação, antes de ser purificado.
- Biomassa de levedura: As células de levedura coletadas após a centrifugação/separação.
- Reciclagem de levedura: Reutilização de levedura saudável de um lote de fermentação no seguinte, a fim de reduzir custos e acelerar o processo.
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
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.
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.
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, alcança-se uma concentração de equilíbrio na qual a taxa de produção de metabólitos e o acúmulo de células mortas se igualam à sua remoção (por meio da perda de 5% das leveduras) e à diluição (por meio do substrato fresco). Esse nível de equilíbrio seria mais elevado do que em um sistema com levedura lavada, no qual 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 certos limites) e não há competição bacteriana, essa concentração mais elevada é controlável 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 envolve a fermentação do caldo de cana ou do melaço com Saccharomyces cerevisiae, seguida de centrifugação, lavagem da levedura e limpeza da cuba com soda cáustica. Quando não ocorre 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.
- Neutralização de ácido: Adição de uma base (como cal) para neutralizar o ácido após a lavagem da levedura, de modo que ela não prejudique o próximo lote.
- Lavagem com ácido: Tratamento da levedura reciclada com ácido sulfúrico para eliminar bactérias e limpá-la (essa etapa foi omitida aqui).
- Células de levedura mortas: Células de levedura que morreram durante a fermentação e que, normalmente, seriam removidas por meio da lavagem.
- Concentração de equilíbrio: O nível estável que os resíduos e as células mortas atingem após muitos ciclos, no qual a produção de novas células se equilibra com a remoção e a diluição.
- Álcoois superiores: Álcoois derivados produzidos durante a fermentação que podem se acumular se a levedura não for removida.
- Metabólitos: Substâncias (como ácidos orgânicos, glicerol e álcoois) produzidas pela levedura durante a fermentação.
- Ácidos orgânicos (por exemplo, ácido acético): subprodutos naturais da fermentação que podem afetar o processo caso se acumulem em excesso.
- Tanques lavados com água: Limpeza dos tanques de fermentação apenas com água quente sob pressão, em vez de produtos químicos agressivos (o que é possível porque as bactérias estão sob controle).
- Lavagem da levedura: Limpeza da levedura reciclada com ácido ou água para remover contaminantes e reativá-la (eliminada nesta etapa para economizar tempo, energia e produtos químicos).
Melhoria do controle de contaminação nas usinas de etanol de cana-de-açúcar do 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:
Use a ureia como única fonte de nitrogênio, substituindo o sulfato de amônio
Usar alimentação em lote alimentado de ureia
Certifique-se de que os trocadores de calor usem aço inoxidável grau 316 (não grau 304)
Não use lavagem ácida, recicle o creme de levedura diretamente da centrífuga
Limpe os tanques com spray de água de alta pressão, sem cáusticos
Benefícios:
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.
Reduz a formação de espuma: A formação de espuma é reduzida porque a proteína extracelular do Lactobacillus é eliminada.
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.
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.
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.
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.
- Sulfato de amônio: Um produto químico às vezes utilizado para fornecer nitrogênio à levedura (substituído aqui pela ureia).
- Sulfato de cálcio: Um depósito mineral (também chamado de gesso) que pode causar incrustações no equipamento de destilação quando são utilizadas lavagens ácidas.
- D. bruxellensis (Dekkera bruxellensis): Um tipo de levedura selvagem que pode contaminar as fermentações e reduzir a eficiência ou a qualidade.
- Proteína extracelular: proteínas liberadas por bactérias contaminantes (como o Lactobacillus) que causam formação excessiva de espuma.
- Usinas flexíveis: Usinas de etanol capazes de produzir tanto açúcar quanto etanol, dependendo do que for mais lucrativo.
- Formação de espuma: Formação excessiva de bolhas nos tanques, frequentemente causada por proteínas bacterianas, o que leva a derramamentos ou problemas operacionais.
- Sulfeto de hidrogênio: um gás com cheiro de ovo podre, produzido por algumas bactérias a partir de compostos de enxofre.
- Lactobacillus: bactérias comuns que contaminam a produção de etanol, competem com a levedura e geram subprodutos indesejados.
- Compostos de enxofre: Substâncias químicas que contêm enxofre e que podem causar maus odores nos fluxos de resíduos quando há bactérias presentes.
- Vinasse: O líquido residual aquoso que resta após a destilação do etanol; frequentemente utilizado como fertilizante, mas pode apresentar odores fortes causados por bactérias.
- Leveduras selvagens: Quaisquer leveduras, exceto a Saccharomyces cerevisiae desejada, que possam invadir o processo e reduzir a produção.
Tecnologias para levedura nutricional (TorulaFeed)
Desenvolvemos tecnologias para ampliar as usinas de bioetanol existentes, a fim de produzir proteína acessível e saudável (TorulaFeed™) a partir de arroz, milho e trigo.
Existe um grande mercado para proteínas saudáveis destinadas à alimentação animal e à nutrição humana. Os principais países produtores de TorulaFeed grãos são os EUA, a China, a Rússia e a Índia — pois esses países dispõem de grandes quantidades de grãos a baixo custo, energia barata para a geração de vapor e ureia a baixo custo.
Torula (Candida utilis) é utilizada há mais de um século na alimentação de peixes, animais e pessoas.
TorulaFeed é feito de grãos moídos (arroz, milho ou trigo) e ureia (para nitrogênio na proteína) por meio de fermentação.
Cerca de 70% do grão é amido, e esse amido é hidrolisado em açúcar (maltose) por meio de enzimas. Esse açúcar é usado para cultivar a levedura Torula para produzir um produto com 50% de proteínaTorulaFeed) para peixes, animais e pessoas.
A parte valiosa do grão é a proteína de 10% que ele contém, e essa proteína é incorporada ao TorulaFeed.
As partes menos valiosas do grão são a fibra (arabinoxilano) e os óleos (ômega 6), que são usados junto com o açúcar para cultivar a levedura Torula .
TorulaFeed tem custo competitivo em relação ao farelo de soja, mas é muito mais saudável.
A patente relativa a esta invenção já foi concedida na Rússia e no Brasil, está em fase de análise nos EUA e aguarda análise na China e na Índia.
(CelloFuel™, TorulaFeed™ e TorulaBurger™ são marcas registradas da Hamrick Engineering.)
- Arabinoxilano: Um tipo de fibra presente nos grãos que as enzimas decompõem em açúcares (xilose e arabinose), os quais a levedura pode então utilizar como alimento para crescer e produzir proteínas.
- Candida utilis: O nome científico da Torula , um microrganismo especial utilizado há mais de 100 anos na produção de proteínas saudáveis para peixes, animais e seres humanos.
- Fermentação: O processo natural em que a levedura se alimenta dos açúcares dos grãos e os transforma em proteínas e outras substâncias úteis.
- Amido hidrolisado (ou hidrólise do amido): Decomposição da principal fonte de energia dos grãos (o amido) em açúcares simples por meio de enzimas, para que a levedura possa utilizá-los.
- Ômega-6: Óleos saudáveis presentes nos grãos, que a levedura utiliza juntamente com outras partes do grão para crescer e produzir mais proteína.
- Incorporação de proteínas: O processo pelo qual a proteína natural já presente no grão se mistura com a nova proteína produzida pela levedura, a fim de criar um produto final de melhor qualidade.
- Proteína de célula única (SCP): Proteína produzida a partir do cultivo de organismos minúsculos, como a levedura, em vez de ser obtida da soja ou de animais.
- Amido: A maior parte do grão (cerca de 70%) que é transformada em açúcar para alimentar a levedura durante a produção.
- TorulaFeed: Nome comercial do produto final com alto teor de proteína (cerca de 50%), obtido a partir Torula cultivada em grãos.
- Torula : Um tipo de levedura nutritiva cultivada especialmente a partir de grãos de baixo custo para produzir proteína saudável e acessível, destinada à alimentação animal ou humana.
Detalhes técnicos TorulaFeed
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.
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 por que isso é importante: a proteína contribui para a sua 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, milho, trigo e farelo 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, do trigo e do farelo 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). Usamos enzimas para converter o amido e a xilana do arroz, milho, trigo e farelo moídos em maltose, xilose e arabinose e, ao mesmo tempo, cultivamos 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, trigo e farelo 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 design portátil cabe em contêineres de 20 pés, usando tambores rolantes de polietileno de alta densidade (HDPE) com parede dupla (DWC) que têm 1,5 m de diâmetro e 5 m de comprimento. Esses tambores são feitos de HDPE de qualidade alimentar e não liberam níquel como o aço inoxidável. Esses contêineres são montados na fábrica, transportáveis por caminhão/trem e permitem uma instalação rápida em grande escala.
Capacidade e custo de produção
O tambor rotativo tem um volume de 8,8 m3. Ele pode ser enchido até 1/3 desse volume, o que permite armazenar 0,85 toneladas métricas (MT) de grãos moídos e 1,7 MT de água. O tambor rotativo produz cerca de 0,55 MT de TorulaFeed um ciclo de 12 horas. Um único contêiner processa 620 MT/ano de grãos e produz 401 MT/ano de TorulaFeed.
Um local com 100 contêineres pode processar 62.000 MT/ano de grãos e produzir 40.100 MT/ano de TorulaFeed. Um site TorulaFeed com 700 contêineres pode processar a mesma quantidade de grãos que uma grande usina de etanol de milho dos EUA, com um custo de capital de US$ 14 milhões e um lucro anual de US$ 36 milhões. O custo de capital de uma usina de etanol de milho do mesmo tamanho nos EUA é de cerca de US$ 88 milhões, cerca de 6 vezes mais caro que uma usina TorulaFeed .
Supondo US$ 200/MT para grãos, US$ 20/MT para ureia, US$ 20/MT para enzimas, US$ 20/MT para inativação e secagem e 2 kW de energia para girar o tambor e alimentar os ventiladores, o custo de produção do TorulaFeed cerca de US$ 369/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.
Considerando que o custo de capital de um único contêiner é de US$ 10.000, um único contêiner pode gerar um lucro de (500-369) * 401 = US$ 52.531/ano. Considerando um investimento de US$ 1 milhão em 100 contêineres e outro investimento de US$ 1 milhão em manuseio de grãos, moagem com martelo, silos de farinha, tanques de nutrição de levedura e equipamento de transporte pneumático, um investimento de capital de US$ 2 milhões pode gerar um lucro de US$ 5,1 milhões por ano.
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 são tecnologias de SCP com boa relação custo-benefício para rações mais saudáveis do que a soja. Estamos licenciando patentes, tecnologia e projetos para clientes que dispõem de arroz, milho e trigo a preços acessíveis e têm acesso aos mercados de rações, com foco nos EUA, Brasil, Rússia, Índia, China, Argentina e México.
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).
Um elemento fundamental do controle do processo é uma técnica exclusiva para variar as condições de crescimento, a fim de 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. A entrada principal é a temperatura da lama a cada metro dentro do tambor, usando sensores Bluetooth-LE entre a parede externa e a parede interna, alimentados por RF scavenging.
Nosso tempo de ciclo de processo básico é de 12 horas, compreendendo cerca de 8 horas para fermentação e outras 4 horas para carregamento pneumático, hidrólise do amido, inativação da levedura, secagem do produto e descarregamento. Esse curto tempo de fermentação é possível graças à reciclagem da levedura.
Gosto
As proteínas de arroz, milho, trigo e farelo 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.
- Equilíbrio de aminoácidos: Ter a combinação certa dos componentes básicos das proteínas (já que a levedura é rica em um tipo e os grãos, em outro), de modo que a proteína seja mais nutritiva e valiosa.
- Fatores antinutricionais (ANFs): substâncias nocivas encontradas em algumas proteínas vegetais, como a soja, que podem causar problemas digestivos; TorulaFeed nenhuma dessas substâncias.
- Ração aquática: Ração especial destinada a peixes e outros animais aquáticos.
- Proteína balanceada: Proteína que contém uma boa combinação de todos os componentes essenciais para o crescimento saudável de peixes, animais ou pessoas.
- CAPEX (Despesas de Capital): O dinheiro gasto inicialmente para adquirir equipamentos e construir o sistema de produção.
- Índice DIAAS: Um índice que mede a eficiência com que o corpo digere e utiliza as proteínas (quanto maior, melhor). TorulaFeed 116–123, o que é excelente.
- Resfriamento por evaporação: Utilização do fluxo de ar através dos tambores para resfriar a mistura em fermentação por meio da evaporação da umidade. Isso também fornece oxigênio à levedura e reduz os custos com energia e equipamentos.
- Lixiviação de níquel: o níquel proveniente dos equipamentos metálicos se dissolve lentamente no produto; isso é evitado aqui com o uso de tambores plásticos especiais.
- OPEX (Despesas Operacionais): Os custos de funcionamento diários, como energia, matérias-primas e mão de obra.
- Biorreator de tambor rotativo (RDB): Um tanque rotativo (tambor) no qual a levedura é cultivada de forma eficiente sobre grãos, utilizando fluxo de ar para resfriamento e mistura.
- Fermentação em estado sólido: Cultivo da levedura em grãos úmidos (e não em um grande tanque de líquido), o que é mais simples, mais barato e consome menos energia.
- Reciclagem de levedura: reutilização de levedura saudável de um lote de fermentação no lote seguinte, a fim de reduzir custos e acelerar o processo.
TorulaFeed Plant Processando 400.000 toneladas de grãos por ano
Uma grande usina de bioetanol dos EUA pode processar 400.000 toneladas métricas de milho por ano a um custo de capital de US$ 88 milhões. Este é um exemplo de uma fábrica de TorulaFeed que processa a mesma quantidade de grãos, com um custo de capital de US$ 14 milhões e produz 260.000 toneladas métricas de TorulaFeed por ano.
É composto por 700 contêineres de 20 pés, cada um contendo um biorreator de tambor rolante de 1,5 m x 5 m. Os grãos são armazenados em silos (amarelos), moídos em moinhos de martelo (no prédio ao lado dos silos) e a farinha é armazenada em silos de farinha (brancos). A farinha é carregada em cada contêiner de transporte por meio de transporte pneumático, cada contêiner converte 0,85 MT de farinha em 0,55 MT de TorulaFeed 12 horas, o TorulaFeed desativado e seco em cada contêiner, e o TorulaFeed resultante TorulaFeed transportado pneumaticamente para silos de produtos (laranja) e embalado e carregado em caminhões para envio. Não há águas residuais.
Os tanques de água (azul) alimentam um cano principal de água ao longo da estrada próxima aos silos e se ramificam para cada trem de 50 contêineres. Da mesma forma, as soluções enzimáticas, as soluções de ureia e as soluções de nutrição de levedura são distribuídas por uma linha principal e ramificações. O vapor é gerado próximo ao moinho de martelos e é distribuído de forma semelhante - uma linha principal ao longo da estrada e ramificações para cada contêiner. A energia é distribuída de forma semelhante para os contêineres. Cada contêiner usa uma válvula de esfera de 3 vias para bombear os líquidos de cada ramificação.
As estradas entre os trens de 50 contêineres servem para a manutenção pesada dos tambores, que são montados em skids. O ar úmido e molhado é puxado da parte de trás de cada contêiner e sobe. O ar mais frio e seco é puxado da entrada de cada contêiner, através de filtros de ar em cada contêiner e através do bolo de fermentação em movimento dentro do tambor, que é resfriado por evaporação por esse fluxo de ar.
Não há risco em aumentar a escala dessa planta, pois uma vez que o desempenho de um único contêiner é comprovado, o restante da planta é composto de tecnologias bem compreendidas da construção de plantas de bioetanol.
A maior parte do trabalho de fabricação será feita em fábricas que constroem contêineres em diferentes países e deve reduzir significativamente o tempo de construção de uma fábrica. Os locais ideais para essas fábricas são próximos de onde os grãos são cultivados. O mercado nos EUA, na Índia, na China e na Rússia é de pelo menos 100 fábricas em cada país.
- Resfriamento por evaporação: Utilização do fluxo de ar através dos tambores para resfriar a mistura em fermentação por meio da evaporação da umidade. Isso também fornece oxigênio à levedura e reduz os custos com energia e equipamentos.
- Moído em moinho de martelos: Moagem de grãos inteiros até se obter farinha fina, utilizando um moinho de martelos.
- Tonelada métrica (MT): Unidade de peso equivalente a 1.000 quilogramas (cerca de 2.200 libras).
- Transporte pneumático: Transporte de farinha ou produto acabado por meio de tubulações, utilizando pressão de ar ou sucção, como em um sistema a vácuo.
- Montado em skid: Equipamento construído sobre uma estrutura móvel (skid) para que possa ser facilmente instalado ou deslocado.
- Silos: Tanques ou edifícios altos destinados ao armazenamento de grãos, farinha ou TorulaFeed pronto para consumo.
- Comboios de contêineres: Grupos de 50 contêineres de transporte alinhados lado a lado para facilitar o acesso para manutenção.
- Atividade da água: Uma medida da quantidade de água livre disponível na mistura para o crescimento da levedura (mantida no nível adequado para uma boa fermentação).
Enzimas usadas para produzir TorulaFeed
Sunson maltogenic amylase, 0,1 - 1 kg/Ton de farinha, 20-80°C
para hidrolisar a amilose do amido em maltose
Sunson pullulanase, 1-2L/tonelada de farinha, 40-65°C
para hidrolisar a amilopectina do amido em amilose
Sunson xylanase, 5-10 g/Ton de farinha, 30-70°C
para hidrolisar a fibra (arabinoxilano) no grão em xilose e arabinose
Sunson Nutrizyme PHY (fitase), 100 g/Ton, 30-85°C
para hidrolisar o ácido fítico e produzir fosfato inorgânico livre e minerais
Para o trigo:
Sunson Acid Protease APRS, 0,01-0,5 kg/Ton, 30-70°C
para hidrolisar proteínas formadoras de glúten em peptídeos sem produzir nitrogênio amino livre
Essas enzimas têm atividade significativa em pH 4-6. Essas enzimas também têm atividade significativa durante a sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) a 35°C e não são desnaturadas durante a gelatinização parcial do amido a 70°C
- Amilose: Um componente de cadeia linear do amido presente nos grãos, que as enzimas decompõem no açúcar maltose.
- Amilopectina: A parte ramificada do amido presente nos grãos, que as enzimas convertem em açúcares mais simples.
- Arabinoxilano: Um tipo de fibra presente nos grãos que as enzimas decompõem em açúcares (xilose e arabinose), os quais a levedura pode então utilizar como alimento para crescer e produzir proteínas.
- Gelatinização: Aquecimento do amido presente nos grãos para que ele inche e se torne mais fácil de ser decomposto pelas enzimas.
- Hidrólise: Processo que utiliza enzimas e água para decompor moléculas grandes (como amido ou fibra) em açúcares menores e aproveitáveis.
- Ácido fítico: um composto natural presente nos grãos que pode se ligar aos minerais e dificultar sua absorção por animais ou pessoas; a fitase libera esses minerais.
- pH: Uma medida do grau de acidez ou alcalinidade de algo (essas enzimas funcionam bem na faixa levemente ácida de pH 4 a 6).
- Fitase: uma enzima que decompõe o ácido fítico presente nos grãos para liberar minerais importantes, como o fósforo.
- Pullulanase: uma enzima que ajuda a decompor o amido ramificado dos grãos em formas mais simples.
- Sacarificação e fermentação simultâneas (SSF): Realização de duas etapas ao mesmo tempo — as enzimas quebram o amido em açúcar, enquanto a levedura transforma o açúcar em proteína.
- Xilanase: uma enzima que decompõe a fibra (arabinoxilano) presente nos grãos, transformando-a em açúcares que a levedura pode utilizar.
Detalhes do contêiner TorulaFeed
Cada TorulaFeed é composto por um contêiner de transporte de 20 pés contendo um biorreator de tambor rolante de 1,5 m x 5 m. O tambor é um tambor de HDPE de parede dupla corrugada (DWC), com interior liso e exterior corrugado. O eixo central contém um tubo de aço inoxidável DN50 para distribuição de líquidos e vapor. O tambor contém 4 elevadores de 4,5 m de comprimento (não mostrados). O tambor gira a 10 rpm durante 12 horas durante as seguintes etapas de processamento:
Água, enzimas e nutrição de levedura são adicionadas e misturadas
A farinha é transportada pneumaticamente para o tambor e bem misturada em temperatura ambiente, atividade de água 0,95 (umidade 36% wb)
Vapor adicionado para elevar a temperatura a 70°C por 30 minutos para esterilizar e gelatinizar parcialmente a farinha
A temperatura é gradualmente reduzida para 35°C durante a hidrólise da amilose lixiviada da farinha
A levedura reciclada é obtida com uma bomba peristáltica do contêiner parceiro (diferença de ciclo de 12 horas)
Fermentação rápida durante 6 horas, resfriamento evaporativo para manter a temperatura em 35 °C.
A levedura reciclada é transferida com uma bomba peristáltica para um recipiente parceiro
Cultive por 2 horas com ureia e fósforo reduzidos para reduzir o conteúdo de RNA e glicogênio
Desativação da Candida utilis e esterilização do TorulaFeed vapor
Secagem com ar aquecido a vapor e resfriamento evaporativo, (umidade 13% wb)
Extração de TorulaFeed com transporte pneumático
Observe que esses contêineres funcionam sem supervisão por meses a fio, são autolimpantes, não geram águas residuais, precisam de cerca de 1.200 kg de vapor sanitário a cada 12 horas, que é reciclado, e precisam de cerca de 2 kW de energia para girar o tambor a 10 rpm e operar o ventilador a 8.000 m3/h. A comunicação é feita por WiFi com uma estação de manutenção central.
| 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 | |
| Gelatinização parcial a 70°C | Sem cozedor a jato, permite hidrólise enzimática mais rápida a 35°C | |
| 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 |
| Rolos compostos de baixo custo | 1/10 do custo dos rolos padrão | |
| Elevadores que utilizam uma grade metálica para oxigenar os aglomerados em queda | Produção mais rápida de levedura | |
| 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 | |
| Esterilização após cada ciclo | Aumenta a temperatura para 80°C com 100% de umidade | |
| Enzimas de baixo custo | As enzimas Sunson são de alta qualidade e de baixo custo | |
| Limpeza contínua no local | Usa esterilização e abrasão para CIP | |
| Em contêineres | Produção em massa, fácil instalação |
- Candida utilis: A espécie de levedura cultivada dentro do tambor para produzir o TorulaFeed, rico em proteínas.
- Balde de HDPE com parede dupla ondulada (DWC): Um balde de plástico resistente e adequado para contato com alimentos, com nervuras que conferem resistência e um interior liso; ele não libera níquel, ao contrário do que aconteceria com o metal.
- Resfriamento por evaporação: Utilização do fluxo de ar através dos tambores para resfriar a mistura em fermentação por meio da evaporação da umidade. Isso também fornece oxigênio à levedura e reduz os custos com energia e equipamentos.
- Glicogênio: uma forma de armazenamento de açúcar no interior das células de levedura; o processo reduz essa quantidade para melhorar o valor nutricional do produto final.
- Alevadores: lâminas longas ou saliências no interior do tambor giratório que ajudam a misturar e agitar os grãos e o fermento.
- Bomba peristáltica: Uma bomba suave que comprime tubos para transportar leveduras ou líquidos entre recipientes sem danificá-los.
- RNA (ácido ribonucleico): uma molécula presente nas células de levedura; o processo reduz sua quantidade para se obter um produto final mais saudável.
- Fermentação em estado sólido: Cultivo de leveduras em grãos sólidos úmidos dentro do tambor, em vez de em meio líquido.
- Atividade da água: A quantidade de umidade disponível na mistura (mantida em torno de 0,95 durante a mistura para garantir um bom crescimento do fermento).
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 não amiláceas do arroz, milho e trigo (ou seja, farelo) como suporte, a natureza particulada do farelo umedecido, combinada com a rotação do tambor a 10 rpm e a presença de 8 elevadores (150 mm de altura), promove o movimento constante e a cascata do 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 superficial que resiste inerentemente 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 elevando a temperatura do TorulaFeed a 80°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.
- Abrasão: A ação de raspagem suave causada pelo movimento das partículas de grãos no tambor e pela rotação do próprio tambor, que ajuda a limpar as superfícies internas.
- Biofilmes: camadas pegajosas de bactérias ou outros micróbios que podem se acumular nos equipamentos; aqui, isso é evitado por meio de limpeza regular.
- Limpeza no Local (CIP): Limpeza automática do equipamento sem desmontá-lo, realizada aqui por meio de vapor e do movimento natural do processo.
- Umidade relativa: A quantidade de umidade presente no ar (utiliza-se 100% de umidade com vapor para esterilizar tudo de forma eficaz).
- Injeção de vapor / Esterilização a vapor: Utilização de vapor quente em condições de alta umidade para eliminar todas as bactérias, leveduras e fungos no início e no final de cada ciclo.
- Esterilização: Eliminar todos os micróbios indesejados para que apenas a Torula desejada cresça.
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, milho, trigo e farelo em proteína. 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 |
- ANFs (fatores antinutricionais): substâncias nocivas que às vezes são encontradas nas proteínas vegetais; TorulaFeed nenhuma delas, o que o torna mais saudável.
- Índice DIAAS: Um índice que mede a eficiência com que o corpo digere e utiliza as proteínas (quanto maior, melhor). TorulaFeed 116–123, o que é excelente.
- Ergosterol: Um composto natural presente na levedura que o corpo pode transformar em vitamina D2.
- Ácidos graxos: os componentes básicos das gorduras; TorulaFeed baixos teores, pois a levedura consome a maior parte dos óleos dos grãos.
- Proporção LA:ALA: O equilíbrio entre dois tipos de gorduras (ômega-6 e ômega-3); TorulaFeed uma proporção saudável em torno de 4.
- Lipídios: Gorduras e óleos; TorulaFeed teores muito baixos, o que ajuda a mantê-lo fresco por mais tempo, sem que fique rançoso.
- Teor de proteína: Cerca de 50% do TorulaFeed proteína de alta qualidade, com um bom equilíbrio de aminoácidos.
- Prazo de validade: Por quanto tempo o produto permanece em boas condições e seguro para consumo (1 a 2 anos, quando armazenado adequadamente, devido ao baixo teor de gordura).
- Vitaminas (vitaminas do complexo B): TorulaFeed naturalmente rico na maioria das vitaminas do complexo B, que contribuem para a energia e a saúde.
TorulaFeed em rações para peixes e animais e em alimentos
Palatabilidade (sabor) da TorulaFeed
A proteína do grão e a proteína do farelo contêm muito pouco ácido glutâmico livre e são relativamente insossas.
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:
Ácido alfa-linolênico (ALA, ômega-3): Saúde do coração/cérebro, anti-inflamação (em sementes de linhaça, chia, nozes).
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. |
- Ração aquática: Ração especialmente formulada para a piscicultura e outros animais aquáticos.
- Peixes carnívoros: peixes que se alimentam de outros animais (como o salmão); eles podem apresentar problemas digestivos se ingerirem soja em excesso, mas se dão bem com TorulaFeed.
- Enterite: inflamação no intestino que alguns peixes desenvolvem devido a dietas ricas em soja; evitada com TorulaFeed.
- Substitutos da carne à base de plantas: Alimentos produzidos para terem a aparência e o sabor da carne, mas utilizando apenas ingredientes vegetais ou à base de levedura.
- Seitan: Um alimento rico em proteínas feito de glúten de trigo, frequentemente misturado com levedura nutricional para refeições veganas equilibradas.
- Farelo de soja: a fonte de proteína barata mais comum na ração animal, mas contém fatores antinutricionais que TorulaFeed .
- Refeições veganas: Alimentos preparados sem nenhum produto de origem animal; TorulaFeed bem nessas receitas, pois é à base de levedura.
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.
O TorulaFeed é produzido com teor reduzido de ácido ribonucleico (RNA), o que resolve os problemas decorrentes dos níveis elevados de ácido úrico causados pelo alto teor de ácido nucleico. O processo descrito utiliza enzimas de grau alimentício e uma cepa de levedura amplamente utilizada na indústria alimentícia, o que comprova sua adequação.
- Levedura nutricional: Torula inativa (morta) utilizada como ingrediente alimentício devido ao seu sabor salgado e ao seu teor de proteínas.
- Proteína de origem vegetal: proteína proveniente de fontes não animais, como grãos, soja ou levedura; TorulaFeed uma opção saudável e acessível.
- TorulaFeed alimentação: Utilização desse produto à base de levedura, rico em proteínas, como ingrediente em alimentos para consumo humano, a fim de proporcionar nutrição e sabor adicionais.
- Sabor umami: um sabor salgado, semelhante ao da carne ou ao de um caldo, que TorulaFeed conferir aos pratos.
- Adequado para veganos: Indicado para pessoas que não consomem produtos de origem animal; TorulaFeed à base de levedura e funciona bem em receitas veganas.
- Levedura na alimentação cotidiana: a maioria das pessoas já consome levedura diariamente no pão; TorulaFeed uma forma semelhante, segura e nutritiva.
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:
Misture a TorulaFeed, o aglutinante, as especiarias e o sal em uma tigela.
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).
Divida em 4 porções e molde os hambúrgueres.
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.
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:
Molhe o espinafre picado em 4 g de óleo em fogo médio por 2 a 3 minutos e depois esfrie.
Combine TorulaFeed, aglutinante, ervas, especiarias e sal.
Misture o espinafre murcho, a água e o óleo restante; deixe descansar por 10 minutos para dar liga.
Forme 4 hambúrgueres e grelhe ou frite por 5 minutos de cada lado.
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:
Corte a berinjela em cubos, misture com 5 g de óleo e asse a 200 °C (400 °F) por 15 minutos até ficar macia.
Amasse levemente a berinjela assada e misture com TorulaFeed, aglutinante, temperos e sal.
Adicione água e o óleo restante; deixe a mistura hidratar por 15 minutos.
Forme 4 hambúrgueres e asse a 190°C (375°F) por 20 minutos, virando uma vez, ou frite na frigideira.
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 veganos disponíveis no mercado 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 |
- Aglutinante: Um ingrediente (como a semente de linhaça) que ajuda a manter os hambúrgueres veganos unidos, para que não se desfaçam durante o cozimento.
- Perfil de sabor de nozes, defumado ou umami: o sabor agradável, levemente salgado, com notas de nozes ou defumado que TorulaFeed aos hambúrgueres e a outros alimentos.
- Alternativa à carne à base de plantas: um hambúrguer ou um hambúrguer vegetal feito sem carne de verdade, utilizando ingredientes como TorulaFeed proteína e textura.
- Melhoria na textura: Como TorulaFeed conferir aos hambúrgueres veganos uma textura e uma sensação na boca melhores, semelhantes às da carne.
- TorulaBurger™: Nome da marca de hambúrgueres ou hambúrgueres veganos produzidos com TorulaFeed principal ingrediente proteico.
- Hambúrguer vegano: Um hambúrguer sem carne, adequado para veganos, frequentemente enriquecido com TorulaFeed o valor nutricional, o sabor e a consistência.
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 |
Sobre nós
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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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Controle de contaminação no cultivo de leveduras
US12297423B2 (EUA) status: Concedida
Status CN118043470A (China): Publicado
Status RU2826104 (Rússia): Concedido
Status BR112024003499 (Brasil): Concedido
Métodos para fermentar culturas ricas em carboidratos
Status US9499839 (EUA): Concedido
Status RU2642296 (Rússia): Concedido
Status BR112016005352 (Brasil): Concedido
Status CN107109440B (China): Concedido
Status do EP3140411 (União Europeia): Concedido
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Notificação de concessão pelo escritório de patentes da Ucrânia
Método para fermentar talos da família Poaceae
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Métodos e aparelhos para separar o etanol da biomassa fermentada
Status US10087411 (EUA): Concedido
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Métodos e sistemas para a produção de açúcares a partir de substratos ricos em carboidratos
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