Nuevas tecnologías para las proteínas unicelulares

Estrategia CelloFuel - ¿Qué hacemos?

Las mayores empresas de levadura del mundo, como LeSaffre, AB Mauri, Angel Yeast y Lallemand, producen levaduras demasiado caras para competir con la proteína de soja en la alimentación animal. Estamos desarrollando tecnologías para reducir el coste de producción de la levadura de modo que compita con la proteína de soja en la alimentación de peces y animales. Nuestra solución consiste en utilizar nuevas tecnologías para reducir significativamente el CAPEX y el OPEX para producir levadura a partir de maíz molido seco.

Más del 50% del coste de producir levadura se debe al coste del sustrato con el que se empieza. Es menos costoso cultivar levadura a partir de azúcares hidrolizados de maíz molido en seco que cualquier otro sustrato que hayamos encontrado. Sin embargo, hay que tener en cuenta que nuestras tecnologías pueden producir levadura a partir de cualquier tipo de grano, especialmente de trigo, pero el trigo es más caro que el maíz porque se utiliza para hacer pan (el gluten hace la masa, mientras que el maíz no). En los países con excedentes de trigo barato, se puede utilizar para producir levadura con nuestras tecnologías.

Nos centramos en tecnologías innovadoras y rentables para producir proteína unicelular (levadura) destinada a la alimentación de peces y animales a un coste inferior al de la proteína de soja. La levadura es también un pienso para peces y animales mucho más saludable que la proteína de soja.

Estamos concediendo licencias de estas patentes, tecnologías y diseños de referencia a clientes que tienen acceso a grandes cantidades de maíz barato y a mercados de piensos para peces y/o animales. Nuestros mercados objetivo se encuentran en todo el mundo, especialmente en EE.UU., Brasil, Rusia, India, China, Argentina y México.

Nuestra patente clave es una técnica de control de la contaminación bacteriana que consiste en limitar el níquel en el caldo de fermentación y utilizar únicamente urea como fuente de nitrógeno para la levadura. Las bacterias no pueden utilizar la urea como fuente de nitrógeno sin el níquel como cofactor, por lo que se impide el crecimiento bacteriano limitando el níquel. Las levaduras sólo necesitan biotina y no necesitan níquel para utilizar la urea como fuente de nitrógeno. Esta patente permite utilizar la refrigeración por evaporación para reducir el coste de producción de la levadura, ya que de otro modo la contaminación por el aire de refrigeración sería un problema.

Nuestro diseño de referencia clave para fabricar levadura es un fermentador en contenedor que utiliza un biorreactor de tambor giratorio fabricado con HDPE corrugado que no lixivia el níquel como lo hace el acero inoxidable. Este diseño de referencia utiliza refrigeración evaporativa en lugar de intercambiadores de calor de placas. Este diseño permite un funcionamiento desatendido durante meses porque no hay necesidad de limpiar los intercambiadores de calor de placas.

Estos fermentadores en contenedor utilizan contenedores de transporte estándar de 20 y 40 pies. Están diseñados para apilar 4 contenedores en funcionamiento, transportarlos en tren o camión y construir rápidamente grandes sistemas.

Control de la contaminación

La contaminación bacteriana suele ser el mayor problema técnico cuando se fermenta etanol o se cultivan levaduras a escala industrial.

Hemos inventado una tecnología patentada para prevenir la contaminación utilizando urea como única fuente de nitrógeno y garantizando que la concentración de níquel sea inferior a 1 mg/kg. No se necesita lavado ácido ni antibióticos para evitar el 100% de la contaminación bacteriana.

También estamos utilizando la alimentación por lotes de urea con sacarificación y fermentación simultáneas (SSF) del almidón, en un proceso continuo, lo que da lugar a una tasa de fermentación muy alta sin contaminación bacteriana.

Esta técnica permite la fermentación a pH 4 a pH 7 sin contaminación bacteriana.

Patente PCT WO2024092285A2

Patente estadounidense nº 12.297.423

Patente de EE.UU. App. No. 19/202,827, presentada el 8 de mayo de 2025

Biorreactor de tambor rotatorio

Estamos construyendo un biorreactor de tambor giratorio (RDB) que aprovecha nuestras patentes de control de la contaminación.

Está diseñado para el crecimiento aeróbico de la levadura utilizando maíz molido a martillo en un proceso que dura todo el año.

El componente básico de este fermentador RDB es un tubo corrugado de HDPE que nos permite construir grandes fermentadores apilables en contenedores por menos de 1000 $/m3, mientras que los fermentadores tradicionales cuestan más de 15.000 $/m3. El coste de funcionamiento de nuestros fermentadores RDB también es muy inferior al de la fermentación sumergida tradicional.

Estos fermentadores RDB utilizan un proceso continuo con enzimas hidrolizantes de almidón granular (GSHE, una combinación de glucoamilasa y alfa-amilasa) con maíz molido a martillo y utilizando sacarificación y fermentación simultáneas (SSF) a 38 C con levadura Candida utilis (sinónimo de Cyberlindnera jadinii). Para acelerar el proceso, reciclamos la levadura y las enzimas.

Estos fermentadores RDB no utilizan intercambiadores de calor para eliminar el calor de la fermentación, sino que utilizan la refrigeración evaporativa , lo que reduce los gastos de capital y los gastos operativos, además de eliminar los gastos de limpieza de los intercambiadores de calor de placas.

Estos fermentadores RDB se autolimpian de la abrasión del maíz molido en rotación.

El coste del secado de la levadura es bajo porque sólo tiene un 50% de agua.

Estos fermentadores RDB son contenedores y están totalmente automatizados.

Más saludable que la proteína de soja

Nuestro biorreactor de tambor giratorio produce levadura mucho más saludable que la proteína de soja, a un precio competitivo.

En el cultivo de la soja se utilizan muchos herbicidas y pesticidas insalubres, que entran en la cadena alimentaria a través de la proteína de soja de los piensos.

La soja también contiene muchos compuestos antinutricionales que no son saludables en los piensos para peces y animales.

Se ha demostrado que la levadura es mucho más saludable que la proteína de soja y tiene un mejor equilibrio de aminoácidos que ésta. También es más sostenible, ya que necesita menos tierra que la soja.

Nuestro proceso puede producir levadura que ha demostrado ser muy nutritiva para los peces y los pollos, por lo que constituye un alimento más valioso para ellos.

El precio base de la levadura forrajera desecada varía según el país, situándose en el extremo superior las economías más costosas, como Japón y Estados Unidos.

Los reducidos gastos de capital y de explotación de nuestro biorreactor de tambor giratorio, junto con la producción de un pienso más nutritivo que la proteína de soja, dan como resultado un producto rentable.

Levadura de maíz

Nuestro biorreactor de tambor giratorio puede producir de forma rentable levadura rica en proteínas a partir de maíz molido seco.

Las enzimas hidrolizadoras de almidón granular (enzimas GSHE, también llamadas enzimas de no cocción) las hidrolizan en glucosa y la glucosa liberada se utiliza al mismo tiempo para cultivar levaduras (sacarificación y fermentación simultáneas, SSF).

Se trata de la fuente de azúcares más barata para el cultivo aeróbico de levaduras. Estas mismas enzimas las utiliza POET (uno de los mayores fabricantes de bioetanol del mundo) para fabricar etanol mediante su proceso BPX. POET produce etanol anaeróbicamente mientras que nosotros producimos levadura aeróbicamente, pero utilizamos el mismo proceso SSF que POET.

El coste energético del secado de esta levadura es muy bajo, ya que el nivel de humedad de la fermentación en estado sólido es sólo de aproximadamente el 50% de humedad.

La levadura Candida utilis es generalmente reconocida como segura (GRAS) y está aprobada en todo el mundo para el consumo humano, la alimentación de peces y la alimentación animal. Actualmente, Lallemand la comercializa en todo el mundo con el nombre de levadura Torula, se utiliza como ingrediente aromatizante y se emplea de forma segura en la alimentación humana, de peces y de animales desde la década de 1930.

Creemos que podemos aumentar de forma rentable el contenido de ácidos grasos omega-3 de Candida util is utilizando enzimas lipasa extracelular y enzimas fitasa extracelular secretadas por Candida utilis durante el crecimiento, de forma que Candida utilis pueda metabolizar el aceite de maíz procedente del maíz molido a martillo.

Uso de levaduras en la alimentación animal

La levadura es muy saludable cuando la consumen peces, pollos, cerdos y seres humanos. El índice de conversión alimenticia (cuántos kg de alimento se necesitan por kg de aumento de peso) oscila entre 1,0 y 2,0 para los peces, entre 1,7 y 2,0 para los pollos, entre 2,5 y 3,5 para los cerdos y entre 6,0 y 10,0 para los bovinos (por lo que alimentar al ganado con levadura no es muy eficiente).

Cada año se crían unos 140 millones de toneladas de pollos (aves de corral), 110 millones de toneladas de cerdos y 90 millones de toneladas de peces en acuicultura, por lo que el mercado de la levadura en la alimentación de peces y animales es muy grande. El tamaño del mercado mundial de levadura nutricional para consumo humano se estima en menos de 10.000 toneladas al año.

Hay dos aspectos importantes sobre los efectos saludables de la levadura en los piensos para peces y animales: si aporta aminoácidos esenciales para el crecimiento de peces y animales y si hay un buen equilibrio de ácidos grasos esenciales en peces y animales.

Aminoácidos esenciales

Los aminoácidos esenciales son aminoácidos que el pescado, el pollo, el cerdo y el ser humano no pueden sintetizar por sí mismos y deben obtenerse a través de la dieta. Hay nueve aminoácidos esenciales:

  1. Histidina - Favorece el crecimiento, la reparación de los tejidos y la producción de histamina.

  2. Isoleucina - Contribuye al metabolismo muscular, la regulación energética y la producción de hemoglobina.

  3. Leucina - Favorece la síntesis de proteínas musculares y la reparación de los tejidos.

  4. Lisina - Interviene en la síntesis de proteínas, la función hormonal y la producción de enzimas.

  5. Metionina - Favorece la desintoxicación, el metabolismo y la producción de compuestos azufrados.

  6. Fenilalanina - Precursor de neurotransmisores como la tirosina, la dopamina y la norepinefrina.

  7. Treonina - Esencial para el colágeno, la elastina y la función inmunitaria.

  8. Triptófano - Precursor de la serotonina y la melatonina, que ayuda a regular el estado de ánimo y el sueño.

  9. Valina - Favorece el crecimiento muscular, la producción de energía y la reparación de los tejidos.

La arginina también es un aminoácido esencial en la alimentación de peces, pollos y cerdos.

La levadura Candida utilis es completa en todos los aminoácidos esenciales y es prototrófica (autosuficiente) en biotina y todas las vitaminas B (excepto la vitamina B12). Dependiendo del entorno de crecimiento, la levadura puede ser deficiente en metionina y/o lisina y a veces necesita ser suplementada en dietas para peces, pollos, cerdos y humanos.

Los aminoácidos sintéticos (por ejemplo, L-lisina, DL-metionina, L-treonina) se añaden habitualmente a dietas que contienen levadura para corregir deficiencias, especialmente en pollos y cerdos. Esto es económicamente viable y reduce la dependencia de fuentes tradicionales de proteínas como la harina de pescado o de soja.

La proteína de soja también es deficiente en metionina y lisina y aporta menos vitaminas B que la levadura.

Ácidos grasos esenciales

Los ácidos grasos esenciales son ácidos grasos que el cuerpo humano no puede producir y deben consumirse a través de los alimentos. Hay dos ácidos grasos esenciales:

  1. Ácido alfa-linolénico (ALA) - Un ácido graso omega-3, crucial para la salud del corazón, la función cerebral y la reducción de la inflamación. Se encuentra en las semillas de lino, las semillas de chía, las nueces, las semillas de cáñamo y determinados aceites (por ejemplo, el aceite de linaza).

  2. Ácido linoleico (LA) - Un ácido graso omega-6, importante para la salud de la piel y el cabello, el crecimiento y la función de las membranas celulares. Se encuentra en aceites vegetales (girasol, cártamo, maíz), frutos secos, semillas y alimentos procesados.

El cuerpo humano utiliza el ALA y el LA como precursores para sintetizar otros ácidos grasos, como el EPA y el DHA (omega-3), aunque la conversión es limitada. Una ingesta equilibrada de ácidos grasos omega-3 y omega-6 es importante para evitar la inflamación por un consumo excesivo de omega-6.

Candida utilis produce estos dos ácidos grasos esenciales, especialmente con la fermentación en estado sólido debido a la mayor tasa de transferencia de oxígeno. Las enzimas que producen estos ácidos grasos están presentes en Candida utilis (pero no en S. cerevisiae) y necesitan oxígeno para desaturar el ácido oleico a ácido linoleico (omega-6) y desaturar el ácido linoleico (omega-6) a ácido alfa-linolénico (omega-3). Dado que el ácido linoleico (omega-6) del aceite de maíz es metabolizado por Candida utilis, la enzima CuFAD3 de Candida utilis puede desaturarlo a ácido alfa-linolénico (omega-3).

La proteína de soja tiene un gran exceso de ácidos grasos omega-6, es deficiente en ácidos grasos omega-3 y no contiene EPA ni DHA. La proteína de soja en los piensos para peces y animales da como resultado peces y animales con un contenido excesivo de ácidos grasos omega-6, lo que en última instancia no es saludable para los seres humanos. Alimentar a peces y animales con levadura que contenga ácidos grasos omega-3 es mucho más saludable que la proteína de soja.

Factores antinutricionales (ANF) en la proteína de soja

La proteína de soja contiene muchos compuestos antinutricionales que no son saludables en la dieta de peces y animales. Entre ellos se encuentran los inhibidores de la tripsina, las lectinas, los oligosacáridos, el ácido fítico, las saponinas, los antígenos de la soja, las isoflavonas y los taninos.

Los peces carnívoros (por ejemplo, salmónidos y camarones) son especialmente sensibles a los ANF de soja debido a su limitada capacidad para digerir carbohidratos de origen vegetal y a la sensibilidad de su sistema gastrointestinal. Una elevada inclusión de soja (por ejemplo, >30% de harina de soja) suele provocar enteritis, reducción del crecimiento y alteración de la microbiota intestinal.

Los animales monogástricos jóvenes (lechones, pollitos, terneros) son los más afectados debido a la inmadurez de sus sistemas digestivos. Por ejemplo, los galactooligosacáridos y los inhibidores de la tripsina son críticos para los lechones, mientras que los antígenos y las lectinas son problemáticos para los terneros. Las aves de corral son sensibles a los inhibidores de la tripsina y a los oligosacáridos, lo que provoca diarrea y reduce el crecimiento.

La levadura no contiene ninguno de estos factores antinutricionales y da como resultado peces, pollos y cerdos más sanos cuando se incluye levadura en sus piensos.

Economía de la producción de levadura a partir de maíz molido en seco

Más del 50% del coste de producir levadura se debe al coste del sustrato con el que se empieza. Es más barato cultivar levadura con azúcares hidrolizados de maíz molido en seco que con cualquier otro sustrato que hayamos encontrado.

El trigo también es relativamente barato para producir levadura, pero es el principal cultivo utilizado en todo el mundo para el consumo humano. Es más caro producir levadura a partir de azúcares procedentes de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera, tanto de la melaza como del azúcar en bruto. Es más caro producir levadura a partir de pulpa de remolacha azucarera, lactosa en suero residual, glicerol, hidrolizado de lignocelulosa, licor de pulpa de sulfito e hidrolizado ácido diluido de madera. El tratamiento de las aguas residuales también encarece la fabricación de levadura con fermentación sumergida. Hemos analizado exhaustivamente los aspectos económicos de todos estos sustratos utilizando la IA más avanzada - Grok 4 - y la conclusión es siempre la misma, que el maíz molido en seco es el sustrato menos costoso para producir levadura.

La viabilidad económica depende de los bajos costes de capital y de funcionamiento del diseño del RDB, de sustratos baratos y de la proteína unicelular (SCP) de alto valor para piensos.

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

  • Gastos de explotación (OPEX):

    • Costes del sustrato: Factor dominante (35-62% de los costes totales en la producción de CPS).

      A 150 $/TM de maíz y ~0,385 $/TM de SCP (basado en un 70% de almidón, 1,1 g de glucosa/g de almidón, 0,5 g de biomasa/g de glucosa), el coste del sustrato es de ~390 $/TM de SCP.

    • Otros OPEX: enzimas, urea, energía para rotación/refrigeración y secado. El enfriamiento evaporativo y la autolimpieza eliminan el mantenimiento del intercambiador de calor (~0,05-0,10 $/kg de SCP en los sistemas tradicionales). El secado a partir del 50% de humedad es más barato que a partir del 90% en la fermentación sumergida. El OPEX total sin sustrato se estima en 200-300 $/MT de SCP.

    • Mano de obra y servicios públicos: El funcionamiento desatendido minimiza la mano de obra; la energía para la rotación/aireación es baja en las unidades en contenedores.

  • Rendimiento e ingresos: Rendimiento de SCP ~385 kg/TM de sustrato con un 45-50% de proteína.

    El precio de mercado de la levadura forrajera mezclada con DDGS (residuo seco tras la hidrólisis del almidón del maíz) varía según la región (por ejemplo, 500-1.000 $/TM para piensos, compitiendo con la harina de soja a ~400 $/TM con un 45% de proteína).

    Desde el punto de vista proteínico, el CPS ofrece entre 800 y 1.000 dólares por tonelada de proteína frente a los 890 dólares por tonelada de soja.

    Ingresos potenciales: 600-800 $/MT SCP vendida.

  • Rentabilidad:

    Coste del sustrato (/Tm SCP) 390 $ (maíz a 150 $/Tm)

    Coste total de producción (/MT SCP) $600-700

    CAPEX (/m³ fermenter) <$1,000

    Precio de equilibrio (/MT SCP) $550-650

    Retorno de la inversión (5 años, planta de 50.000 Tm/año) 20-30

    Los bajos costes del RDB podrían generar márgenes del 20-40%, sobre todo en regiones de gran demanda de piensos.

En resumen, el enfoque RDB parece económicamente competitivo para los mercados de piensos, con ventajas de costes que permiten la rentabilidad a escala, aunque la plena comercialización requeriría una validación piloto.

Mercados destinatarios

Nuestros mercados objetivo son aquellos en los que hay una gran cantidad de maíz para fabricar levadura y un gran mercado de piensos para peces y/o animales.

Estados Unidos produce 399 MMT/año (millones de toneladas métricas al año) de maíz y tiene un gran mercado de piensos.

China produce 295 MMT/año de maíz y tiene un gran mercado de piensos para peces y animales.

Brasil produce 131 MMT/año de maíz y tiene un gran mercado de piensos.

Argentina produce 53 MMT/año de maíz y tiene un gran mercado de piensos.

Rusia y Ucrania producen juntas 45 MMT/año de maíz y tienen un gran mercado de piensos para peces y animales

India produce 42 MMT/año de maíz y tiene un gran mercado de piensos para peces y animales.

México produce 25 MMT/año de maíz y tiene un gran mercado de piensos.

El precio mundial del maíz es de unos 150 $/TM. Cuando se hidrolizan, los azúcares del maíz son bastante menos caros que los de la caña de azúcar o la remolacha azucarera.

¿Quiénes somos?

Hamrick Engineering fue fundada en 2013 por Edward B. Hamrick.

Edward (Ed) Hamrick se licenció con honores en Ingeniería y Ciencias Aplicadas por el Instituto Tecnológico de California (CalTech). Trabajó durante tres años en NASA/JPL en los proyectos International Ultraviolet Explorer y Voyager y trabajó durante diez años en Boeing como Ingeniero Superior de Sistemas y Director de Ingeniería. Posteriormente, Ed trabajó durante cinco años en Convex Computer Corporation como Ingeniero de Sistemas y Director de Ingeniería de Sistemas. Ed ha sido un empresario de éxito durante los últimos 25 años.

Alex Ablaev, MBA, PhD es Desarrollador de Negocio Mundial Senior. Alex trabajó anteriormente para la división de hidrólisis enzimática de Genencor, y es Presidente de la Asociación Rusa de Biocombustibles, así como Director General de NanoTaiga, una empresa rusa que utiliza las tecnologías de CelloFuel en Rusia.

Alan Pryce, CEng es el Ingeniero Jefe. Alan es un experimentado ingeniero mecánico profesional - Ingeniero colegiado (CEng) - Miembro del Instituto de Ingenieros Mecánicos (IMechE) - con más de 10 años de experiencia en el diseño mecánico y la gestión de proyectos de automatización de fábricas en el Reino Unido y Europa. Ha sido consultor principal de diseño y gestor de proyectos durante más de 30 años trabajando para Frazer-Nash Consultancy Ltd. y ha participado en numerosos contratos de diseño y construcción en los sectores militar, ferroviario, manufacturero y nuclear.

Maria Kharina, PhD, es Científica Superior de Microbiología. Maria es doctora en Biotecnología e investigadora con más de 10 años de experiencia. Maria fue becaria Fulbright en Estados Unidos entre 2016 y 2017.

Beverley Nash es Directora de Marketing. Beverley ha dirigido Nash Marketing durante más de 30 años y tiene una amplia experiencia en planificación y desarrollo de marketing tanto para empresas nuevas como ya establecidas. Beverley ha trabajado para muchas corporaciones globales en el mercado técnico y ha sido responsable tanto de la planificación como de la gestión de muchos programas relacionados con todos los aspectos del crecimiento de empresas y productos.

El Dr. Ryan P. O'Connor(www.oconnor-company.com) ofrece asesoramiento sobre estrategias de propiedad intelectual y tramitación de patentes. El Dr. O'Connor es licenciado en Ingeniería Química por la Universidad de Notre Dame y doctor en Ingeniería Química por la Universidad de Minnesota. Ha presentado más de 1000 solicitudes en EE.UU. y PCT y está admitido en el Colegio de Abogados de Patentes de la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos.

Cartera de patentes de Hamrick Engineering