CelloFuel - Tecnologías basadas en el control de la contaminación bacteriana

Muchas personas en el mundo no ingieren suficientes proteínas en su dieta. India tiene un grave problema, ya que muchas personas son vegetarianas (o veganas) y, por tanto, no ingieren suficientes proteínas. Los indios también tienen un gran problema con la diabetes de tipo 2 porque hay demasiados carbohidratos en la dieta (arroz y azúcar). Proponemos una solución a este problema: fabricar proteína de levadura nutricional a partir de arroz partido y azúcar sobrante a un coste inferior al de la proteína de soja. La levadura nutricional es también una buena fuente de alimento para los vegetarianos (y veganos) de la India.

Proponemos fabricar fermentadores de bajo coste habilitados por nuestras tecnologías de control de la contaminación para fabricar esta proteína a partir de arroz partido y azúcar sobrante en la India. Buscamos empresas en la India que estén interesadas en asociarse con nosotros para fabricar estos fermentadores de bajo coste y utilizarlos para producir nuestro producto CelloFeed en la India.

Tenemos dos proyectos activos que utilizan nuestra tecnología patentada de control de la contaminación bacteriana:

  1. Elaborar proteínas asequibles y saludables a partir de arroz, maíz y trigo

  2. Mejora de la eficiencia y la rentabilidad de las plantas de etanol de caña de azúcar brasileñas e indias

Estos dos proyectos ilustran algunas de las formas de utilizar esta nueva tecnología para generar beneficios en comparación con tecnologías más antiguas.

La contaminación bacteriana es el principal reto en la fermentación de etanol a escala industrial o en el crecimiento de levaduras. Nuestro método patentado evita la contaminación bacteriana utilizando urea como única fuente de nitrógeno y manteniendo el níquel por debajo de 1 mg/kg. Las bacterias utilizan la enzima ureasa para producir amoníaco a partir de la urea, y esta enzima necesita níquel como cofactor. Sin níquel, las bacterias no pueden crecer cuando la urea es la única fuente de nitrógeno. Las levaduras utilizan la enzima urea amidoliasa para producir amoníaco a partir de la urea, por lo que pueden crecer sin níquel.

TorulaFeed™ de arroz, maíz y trigo para una proteína asequible y saludable

Visión general

Últimamente, muchas empresas del mercado de los sustitutos de la carne de origen vegetal han tenido problemas con la caída de sus ingresos. ¿Cuál es la causa de estos problemas? Los principales factores son las controversias nutricionales en torno a los alimentos vegetales y sus precios más elevados: a menudo cuestan bastante más que las proteínas de origen animal.

Paralelamente al mercado de los sustitutos de la carne de origen vegetal existe una oportunidad mucho mayor: fuentes de proteínas para peces y piensos más saludables que la harina de soja. Sin embargo, la harina de soja sigue siendo la opción proteica menos cara en la alimentación animal.

TorulaFeed™ se dirige a ambos mercados. Esta innovadora mezcla de levadura Torula y proteína de cereales proporciona una nutrición de alta calidad a un coste menor. Es menos costosa, más digestible y más nutritiva que la harina de soja u otras proteínas de origen vegetal o animal.

La levadura desafía las categorías tradicionales: no es de origen vegetal ni animal, pero es más sana que ambos y apta para peces, animales y humanos (incluidos los veganos). Al fin y al cabo, la mayoría de la gente consume levadura a diario en el pan. No sólo es nutritiva y segura, sino que también hemos resuelto su mayor obstáculo -producir proteína de levadura de forma más asequible que las alternativas de origen vegetal o animal- gracias a los avances en la fabricación rentable.

Las nuevas investigaciones subrayan por qué esto es importante: las proteínas favorecen la salud, mientras que el exceso de carbohidratos y aceites de semillas (ricos en ácidos grasos omega-6) puede perjudicarla. Los cereales como el arroz, el maíz y el trigo suelen contener sólo un 10% de proteínas, junto con un 70% de carbohidratos (sobre todo almidón), entre un 1 y un 4% de arabinoxilano (un tipo de fibra) y entre un 0,5 y un 3% de aceites omega 6. Nuestras tecnologías patentadas recuperan eficazmente las proteínas de estos cereales y convierten los componentes menos saludables (almidón, arabinoxilano y aceites omega-6) en levadura Torula .

Tamaño potencial del mercado de la proteína TorulaFeed

La proteína TorulaFeed compite en el mercado de los sustitutos de carne de origen vegetal, valorado entre 20.000 y 24.000 millones de dólares, con una tasa compuesta de crecimiento anual (TCAC) del 7-9%.

La proteína TorulaFeed también compite en el mercado de ingredientes proteicos para alimentación animal, valorado en unos 230.000-250.000 millones de dólares en 2023-2024 y que se prevé que alcance los 410.000 millones de dólares en 2032 con una CAGR del 6-9%, impulsado por la expansión de la alimentación animal y la acuicultura.

Específicamente para la acuicultura (un objetivo clave debido al perfil amigable para los peces de TorulaFeed), el mercado mundial de alimentos acuícolas se sitúa en 67-72 mil millones de dólares en 2024-2025, y se espera que crezca a 100-112 mil millones de dólares para 2030-2032 a una CAGR de 4-7,5%.

Proteína equilibrada

Las proteínas son más valiosas cuando los aminoácidos que las componen constituyen una fuente equilibrada de alimento para peces, animales y personas. Las proteínas de arroz, maíz y trigo son deficientes en lisina y ricas en metionina, mientras que las proteínas de levadura son ricas en lisina y deficientes en metionina. Por lo tanto, una mezcla de estos dos tipos de proteínas es más equilibrada (y, por lo tanto, más valiosa) que las proteínas de arroz, maíz y trigo solas. Este equilibrio es la razón de la tendencia moderna de las comidas veganas a base de seitán (gluten vital de trigo) mezclado con levadura nutricional.

Mejora de la salubridad

Nuestra misión es producir TorulaFeed que es menos costoso y más saludable que la proteína de legumbres como la soja, los guisantes y las habas. Estas legumbres contienen muchos factores antinutricionales (ANF) que las hacen menos que ideales para la alimentación animal y humana. Entre ellos se encuentran los inhibidores de la tripsina, las lectinas, los oligosacáridos, el ácido fítico, las saponinas, los antígenos, las isoflavonas y los taninos, todos ellos perjudiciales en los piensos. Los peces carnívoros (salmónidos/camarones) sufren enteritis/problemas de crecimiento con más de un 30% de soja. Los animales jóvenes (lechones/pollitos/terneros) sufren problemas digestivos; las aves de corral padecen diarrea y reducen su crecimiento. TorulaFeed no contiene ANF, por lo que los peces, pollos y cerdos están más sanos y las personas disfrutan de proteínas vegetales más sanas.

Reducción de costes

El elevado coste de producción de la proteína de levadura en comparación con la proteína de soja es una de las principales razones por las que no se ha utilizado anteriormente como sustituto de la proteína de soja, por lo que nos hemos centrado en tecnologías patentadas para hacer posible una producción de bajo coste.

Nuestro proceso reduce los gastos de capital (CAPEX) y los gastos de explotación (OPEX). Utiliza enzimas a baja temperatura para convertir el almidón del arroz, el maíz y el trigo molidos en azúcares simples, al tiempo que cultiva la levadura Torula (Candida utilis) en estos azúcares en un biorreactor de tambor giratorio (RDB). El aire soplado a través del tambor permite la refrigeración por evaporación, y añadimos agua para mantener la humedad sin exceso. Recogemos lotes parciales de levadura y reciclamos el resto junto con las enzimas para acelerar los ciclos posteriores.

Según los países, el arroz, el maíz y el trigo son las fuentes menos costosas de azúcares derivados del almidón, que no sólo producen proteína unicelular (SCP), sino que también convierten el aceite en proteína e incorporan al pienso la proteína, el potasio y el fósforo del grano.

Diseño del sistema

Nuestro diseño portátil cabe en contenedores de 20 pies y utiliza bidones ondulados de polietileno de alta densidad (HDPE) de 2 m de diámetro y 5 m de longitud. Estos bidones están fabricados con polietileno de alta densidad de calidad alimentaria y no filtran níquel como el acero inoxidable. Estos contenedores se montan en fábrica, son apilables (hasta 4 alturas), se pueden transportar en camión o tren y se montan rápidamente a gran escala.

Capacidad y coste de producción

El tambor rodante tiene un volumen de 15,7 m3. Puede llenarse hasta 1/3 de este volumen, que puede contener 2,9 toneladas métricas (Tm) de grano molido y 2,9 Tm de agua. El tambor de laminación produce aproximadamente 1,75 Tm de TorulaFeed en un ciclo de 48 horas. Un solo contenedor procesa 530 Tm/año de grano y produce 320 Tm/año de TorulaFeed.

Suponiendo 200 $/TM de grano, 20 $/TM de urea, 20 $/TM de enzimas, 20 $/TM de inactivación y secado, y 5 kW de potencia para hacer girar el tambor y alimentar los ventiladores, el coste de producción de TorulaFeed es de unos 385 $/TM.

La medida moderna de la calidad de las proteínas es la puntuación de aminoácidos digestibles indispensables (DIAAS). La puntuación DIAAS de la harina de soja es de aproximadamente 90 y la puntuación DIAAS de TorulaFeed es de aproximadamente 120.

El precio de mercado mundial de la harina de soja es de unos 350 $/TM. Dado que TorulaFeed tiene una puntuación DIAAS un 30% superior a la de la harina de soja, presenta menos Factores Antinutricionales (FAN) y es más nutritivo, TorulaFeed puede venderse de forma rentable a un precio superior a 500 $/TM con un margen de beneficio superior al 30%. El periodo de amortización es inferior a 6 meses.

Tecnologías

Este proceso es posible gracias a nuestra técnica de control de la contaminación bacteriana. Esto permite la fermentación en estado sólido en un RDB con reciclaje de levadura/enzima y enfriamiento evaporativo - evitando costosos fermentadores sumergidos, intercambiadores de calor, centrifugadoras y secadores.

Nos centramos en tecnologías CPS rentables para piensos más sanos que la soja. Concedemos licencias de patentes, tecnología y diseños a clientes con arroz, maíz y trigo baratos y acceso a los mercados de piensos, centrándonos en EE.UU., Brasil, Rusia, India, China, Argentina y México. Póngase en contacto con nosotros para obtener información sobre licencias en info@cellofuel.com.

Nuestra patente principal bloquea el crecimiento bacteriano limitando el níquel (menos de 1 mg/kg) y utilizando urea como única fuente de nitrógeno: la levadura prospera sin níquel, pero las bacterias no. El uso de esta patente permite el enfriamiento por evaporación y el reciclado de la levadura.

Control de procesos

Para un crecimiento óptimo de la levadura Torula , la temperatura del sustrato en el tambor de laminación debe mantenerse en un rango óptimo. La cantidad de refrigeración disponible está limitada por la humedad del aire, por lo que controlamos la temperatura del sustrato variando dos parámetros: la cantidad de aire soplado a través del tambor (refrigeración evaporativa) y la velocidad de rotación del tambor (oxigenación).

Una parte clave del control del proceso es una técnica patentada para variar las condiciones de crecimiento con el fin de producir Candida utilis con niveles reducidos de ácido ribonucleico (ARN) y glucógeno (un carbohidrato similar al almidón).

Proporcionamos el software de control del proceso como parte de la licencia. Las principales entradas para el control del proceso son las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono en la salida de aire y la temperatura del aire en la salida de aire. También controlamos el peso del tambor mediante células de carga para poder controlar la humedad del sustrato.

Nuestro ciclo de fermentación de referencia es de 48 horas. Las plantas brasileñas de etanol de caña de azúcar tienen un ciclo de tan sólo 12 horas y las plantas de etanol de maíz POET que utilizan el proceso BPX tienen un ciclo de hasta 72 horas. Nuestro tiempo de ciclo puede reducirse a 12-24 horas reciclando más levadura en cada ciclo y añadiendo más enzimas hidrolizadoras de almidón granular (GSHE). El tiempo de ciclo puede aumentarse a 72 horas reciclando menos levadura en cada ciclo y disminuyendo la cantidad de GSHE (reduciendo el coste de las enzimas).

Pruebe

Las proteínas de arroz, maíz y trigo tienen un sabor relativamente suave y la levadura Torula aporta un intenso sabor umami (carnoso), lo que confiere a la mezcla un sabor a carne muy sabroso para peces, animales y personas.

Recetas de muestra

Hemos elaborado algunas recetas con TorulaFeed para mostrar cómo utilizarlo para elaborar hamburguesas sanas y sabrosas con un equilibrio perfecto de ácidos grasos omega-6 y omega-3. TorulaFeed también puede utilizarse en otras recetas de albóndigas y carne picada. Los fabricantes de alimentos pueden producir hamburguesas TorulaBurger™ para la venta utilizando recetas similares, ya preparadas para cocinar.

TorulaFeed™ y TorulaBurger™ son marcas comerciales de Hamrick Engineering.

Elementos de ahorro Impacto Requisito previo
Fermentación en estado sólido con tambor rodante Sin centrifugadora ni secador por pulverización, baja potencia, sin espuma, alta transferencia de oxígeno
Enzimas hidrolizantes de almidón granulado Sin cocina a chorro ni altas temperaturas
Sacarificación y fermentación simultáneas (SSF) Producción más rápida de levadura
Refrigeración evaporativa Sin intercambiador de calor de placas ni enfriador de agua Control de la contaminación bacteriana
Tambor ondulado de HDPE 1/10 del coste del acero inoxidable Refrigeración evaporativa
Reciclaje de levadura Producción más rápida de levadura Control de la contaminación bacteriana
Cultivo de la levadura Torula Utiliza el aceite y el arabinoxilano del arroz, el maíz y el trigo para producir proteínas
Contenedores Producción en serie, fácil instalación, apilable

Control de la contaminación

La contaminación bacteriana es el principal reto en la fermentación de etanol a escala industrial o en el crecimiento de levaduras. Nuestro método patentado la evita utilizando urea como única fuente de nitrógeno y manteniendo el níquel por debajo de 1 mg/kg, lo que elimina los lavados ácidos o los antibióticos. La urea se añade gradualmente durante la sacarificación y fermentación simultáneas (SSF), acelerando el proceso sin problemas. Funciona a pH 4-7.

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

Nuestro fermentador RDB aprovecha nuestras patentes de control de la contaminación para el crecimiento aeróbico de levaduras durante todo el año en arroz, maíz y trigo molidos a martillo. Su núcleo es un tambor ondulado de polietileno de alta densidad (HDPE), que permite construir grandes unidades apilables en contenedores por menos de 1.000 $/m³, frente a los más de 15.000 $/m³ de las unidades tradicionales (por ejemplo, el tambor ondulado de HDPE cuesta menos de 1.000 $, frente a los más de 9.000 $ del acero inoxidable). Los costes de explotación son inferiores a los de la fermentación sumergida.

Utiliza enzimas hidrolizadoras de almidón granular (GSHE: glucoamilasa + alfa-amilasa), SSF a 38°C con levadura Torula (también conocida como Candida utilis y Cyberlindnera jadinii), y reciclado de levadura/enzima para mayor velocidad.

La refrigeración evaporativa prescinde de intercambiadores de calor, lo que reduce los gastos de explotación y las necesidades de limpieza. Los tambores se autolimpian por abrasión durante la rotación. El secado es barato con un ~50% de humedad en el lodo. Unidades en contenedores y automatizadas.

Más saludable que la proteína de soja

Nuestro fermentador RDB produce levadura más saludable que la proteína de soja y a un precio competitivo. La soja se cultiva con herbicidas y pesticidas nocivos que entran en la cadena alimentaria, además de tener compuestos antinutricionales (por ejemplo, inhibidores de la tripsina, lectinas). La levadura ofrece un mejor equilibrio de aminoácidos, sostenibilidad (se necesita menos tierra) y nutrición para peces y pollos.

Nuestros bajos gastos de capital y de explotación hacen de TorulaFeed una alternativa rentable y nutritiva a la harina de soja.

Levadura de arroz, maíz y trigo

Nuestro fermentador RDB produce de forma rentable levadura rica en proteínas a partir de arroz, maíz y trigo molidos a martillo. El almidón se hidroliza en glucosa utilizando enzimas GSHE (sin cocción), con levadura cultivada simultáneamente (SSF). Se trata de la fuente de azúcar aeróbica más barata, similar al proceso de etanol de POET pero aeróbico para la levadura. La energía de secado es baja, con ~50% de humedad.

La levadura Torula es Generally Recognized As Safe (GRAS), aprobada mundialmente para el consumo de peces, animales y personas, es ampliamente vendida por Lallemand como potenciador del sabor, y se ha utilizado de forma segura desde la década de 1930 para el consumo de peces, animales y personas.

Aumentamos la cantidad de levadura Torula en TorulaFeed añadiendo enzimas xilanasas para producir arabinosa y xilosa a partir del arabinoxilano (fibra) del trigo y el maíz, que la levadura Torula metaboliza. La levadura Torula también metaboliza el aceite del arroz, el maíz y el trigo, reduciendo así el contenido de ácido linoleico (omega-6) de TorulaFeed.

Composición de TorulaFeed

Calidad de las proteínas

La mezcla desecada enriquecida en proteínas que producimos, TorulaFeed, tiene alrededor de un 50% de proteínas con una elevada puntuación DIAAS para la calidad de las proteínas, de entre 116 y 123 aproximadamente. Tanto la levadura Torula como la proteína de grano se han utilizado durante décadas para sustituir a la soja en la alimentación de peces y animales, y la mezcla rica en proteínas de ambos es muy adecuada para sustituir a la soja. Las proteínas de soja, guisante y haba también se utilizan habitualmente en los alimentos como sustitutos de la carne, pero TorulaFeed tiene menos factores antinutricionales (FAN).

La levadura Torula tiene el doble de lisina que la proteína de grano y la proteína de grano tiene el doble de metionina que la levadura Torula , por lo que juntas tienen una composición de aminoácidos bien equilibrada. No hay ningún beneficio significativo en suplementar TorulaFeed con lisina o metionina.

La medida más moderna de la calidad de las proteínas es la puntuación de aminoácidos digestibles indispensables (DIAAS). Consulte a continuación los valores DIAAS para TorulaFeed de arroz integral, maíz y trigo.

Vitaminas

La levadura Torula está enriquecida en todas las vitaminas del grupo B excepto en vitamina B12, incluidas tiamina, riboflavina y niacina. La levadura Torula también está enriquecida en ergosterol, que puede convertirse en vitamina D2 (ergocalciferol) mediante irradiación UV.

Ácidos grasos

TorulaFeed contiene niveles muy bajos de ácidos grasos, porque la levadura Torula metaboliza los aceites del arroz, el maíz y el trigo en proteínas. La figura 3 de Babij (1969) muestra que a medida que se agota la glucosa y la levadura Torula entra en estado estacionario, la cantidad de ácidos grasos dentro de la levadura Torula es muy baja.

Debido a que nuestro proceso convierte el aceite de arroz, maíz y trigo en proteína antes del secado a alta temperatura, debido a que hay niveles muy bajos de ácidos grasos en la levadura Torula para oxidar, y debido a que la levadura Torula contiene una cantidad significativa de trehalosa (antioxidante), no hay olores rancios por el secado o almacenamiento de TorulaFeed. Dado que la vida útil de la levadura Torula inactivada y desecada es de 1-2 años, TorulaFeed también tiene una vida útil de 1-2 años.

Producimos tanto piensos como hamburguesas con TorulaFeed añadiendo una mezcla 80/20% de aceite de canola y aceite de linaza para enriquecer TorulaFeed con cantidades iguales de ácidos grasos omega-6 y omega-3.

Dado que el aceite de canola también contiene antioxidantes tocoferol (vitamina E), los ácidos grasos omega-3 del aceite de linaza no se oxidan cuando este aceite se utiliza para freír u hornear, lo que lo convierte en un aceite ideal para incorporar a las hamburguesas con un equilibrio perfecto de ácidos grasos omega-6 y omega-3. Este aceite también tiene buen sabor. Una mezcla 1:1 de ácidos grasos omega-6 y omega-3 también es muy adecuada para la alimentación de peces, pollos y cerdos.

Alimentar Puntuación DIAAS Proteína / 100 g de alimento Ácido linoleico (LA) / 100 g de alimento Ácido alfa-linolénico (ALA) / 100 g de alimento Proporción LA : ALA
Arroz integral 89 8.5 g 0.90 g 0.04 g 22.5
Maíz dentado amarillo 62 8.8 g 2.12 g .05 g 42.4
Trigo 60 14.8 g 0.67 g .07 g 9.6
Habas 55 26 g 0.58 g 0.05 g 11.6
Concentrado de proteína de guisante 82 80 g 1.69 g 0.32 g 5.3
Harina de soja 91 49 g 0.82 g 0.11 g 7.5
Levadura Torula 95 50 g 0.5 g 0.125 g 4
TorulaFeed (Arroz) 116 54 g .25 g 0.0625 g 4
TorulaFeed (Maíz) 123 56 g .25 g 0.0625 g 4
TorulaFeed (Trigo) 116 54 g .25 g 0.0625 g 4
Alimentación Puntuación DIAAS Proteína / 100 g alimento Ácido linoleico (LA) / 100 g alimento Ácido alfa-linolénico (ALA) / 100 g alimento Proporción LA : ALA
Salmón atlántico (salvaje) 100 20 g 0.17 g 0.14 g 1.2
Salmón atlántico (de piscifactoría) 100 20 g 1.67 g 0.11 g 15
Pollo (criado en pastos) 108 21 g 1.50 g 0.15 g 10
Pollo (alimentado con cereales) 108 21 g 2.20 g 0.05 g 44
Huevos (criados en pastos) 112 13 g 1.00 g 0.15 g 6.7
Huevos (alimentados con cereales) 112 13 g 1.83 g 0.06 g 30.5
Cerdo (alimentado con cereales) 113 21 g 0.50 g 0.02 g 25
Carne de vacuno (alimentado con pasto) 109 21 g 0.20 g 0.08 g 2.5
Vacuno (alimentado con cereales) 109 21 g 0.40 g 0.02 g 20
Leche (de pasto) 114 3.3 g 0.08 g 0.05 g 1.6
Leche (en grano) 114 3.3 g 0.10 g 0.02 g 5

TorulaFeed en piensos para peces y animales y en alimentos

Palatabilidad (sabor) de TorulaFeed

La proteína de cereales tiene muy poco ácido glutámico libre y es relativamente insípida.

La levadura Torula seca es rica en ácido glutámico, lo que confiere a esta mezcla un sabor apetitoso y carnoso, sin dejar de ser apta para vegetarianos y veganos.

Color de TorulaFeed

La proteína del grano de arroz y trigo es de color neutro, mientras que la del grano de maíz es amarillenta porque contiene carotenoides.

Estos carotenoides pueden ser un problema en acuicultura, sobre todo en especies salmónidas como la trucha arco iris y el salmón. Los altos niveles de inclusión en las dietas de los peces se han relacionado con una pigmentación muscular subóptima, en la que los carotenoides amarillos se depositan en la carne, dando lugar a un tinte amarillento indeseable en lugar del tono rosado o anaranjado preferido de la astaxantina añadida. En el caso de los peces no salmónidos (por ejemplo, el siluro o la tilapia), puede producirse un amarilleamiento similar de los filetes.

Cuando se suministran a las aves de corral, estos carotenoides suelen valorarse por realzar la coloración amarilla de las yemas de huevo y la piel, que es deseable en muchos mercados.

No se observan inconvenientes significativos relacionados con los carotenoides cuando los consumen animales o personas, y a menudo aportan beneficios antioxidantes y para la salud ocular.

La levadura Torula seca es de color tostado o marrón claro y no aporta un color significativo cuando es consumida por peces, animales o personas.

Contenido de ARN de la levadura Torula

Las personas necesitan unos 0,8 g de proteínas al día por kg de peso corporal. Una persona normal pesa unos 62 kg y necesita unos 50 g de proteínas al día. Si la mitad de las necesidades diarias de proteínas son suministradas por TorulaFeed, esto requeriría 25 g de proteínas de TorulaFeed - unos 61 g de TorulaFeed al día, de los cuales serían unos 34 g de levadura Candida utilis al día. En condiciones normales de crecimiento, el contenido de ácido ribonucleico (ARN) de Candida utilis es de aproximadamente el 10% de la materia seca, por lo que 34 g de Candida util is contienen unos 3,4 g de ARN. El consumo diario máximo recomendado de ARN es inferior a 2 g/día, por lo que es necesario reducir el contenido de ARN de Candida utilis para el consumo humano, animal y de pescado.

Disponemos de un método patentado para reducir el contenido de ARN y glucógeno de Candida utilis variando las condiciones de crecimiento. Esto reduce el consumo medio diario de ARN muy por debajo de 1 g/día, al tiempo que reduce el contenido de glucógeno.

El secado a alta temperatura de TorulaFeed tiene un doble propósito: inactivar las células de levadura para hacerlas inviables y seguras para el consumo, al tiempo que mejora la digestibilidad al romper los componentes resistentes de la pared celular. TorulaFeed tiene bajos niveles de lípidos (grasas), por lo que el secado a alta temperatura no produce sabores rancios procedentes del aceite del arroz, el maíz y el trigo. La falta de lípidos en TorulaFeed también hace posible almacenar TorulaFeed en forma seca durante largos periodos (las grasas pueden enranciarse por el oxígeno). Además, está enriquecido en vitaminas del grupo B. Producimos tanto piensos como hamburguesas con TorulaFeed añadiendo una mezcla 80/20% de aceite de canola y aceite de linaza para enriquecer TorulaFeed con cantidades iguales de ácidos grasos omega-6 y omega-3.

Dado que el aceite de canola contiene antioxidantes de tocoferol (vitamina E), los ácidos grasos omega-3 del aceite de linaza no se oxidan cuando se utiliza este aceite para freír u hornear, lo que lo convierte en un aceite ideal para incorporar en las hamburguesas con un equilibrio perfecto de ácidos grasos omega-6 y omega-3. Este aceite también tiene buen sabor. Una mezcla 1:1 de ácidos grasos omega-6 y omega-3 también es muy adecuada para la alimentación de peces, pollos y cerdos.

Aspectos sanitarios de TorulaFeed cuando lo consumen peces, animales y personas

TorulaFeed es saludable para peces, pollos, cerdos y personas. Los índices de conversión alimenticia (kg de alimento/kg de ganancia de peso) son de 1,0-2,0 para el pescado, 1,7-2,0 para el pollo, 2,5-3,5 para el cerdo y 6,0-10,0 para el vacuno (el menos eficiente). El valor alimentario de la levadura Torula data de la Alemania de los años 40. Producción mundial: ~140M de toneladas de aves de corral, 110M de toneladas de cerdos, 90M de toneladas de acuicultura al año.

Ácidos grasos esenciales

Las personas no pueden producir estos ácidos grasos y sin ellos no pueden vivir:

  1. Ácido alfa-linolénico (ALA, omega-3): Salud del corazón/cerebro, antiinflamatorio (en semillas de lino, chía, nueces).

  2. Ácido linoleico (LA, omega-6): Piel/pelo, crecimiento, membranas (en aceites vegetales, frutos secos).

Existen trastornos metabólicos causados por consumir un exceso de ácidos grasos omega-6, y TorulaFeed, junto con una mezcla 80/20% de aceite de canola y aceite de linaza, produce un pienso que tiene cantidades iguales de ALA y LA. El cuerpo humano los convierte en EPA/DHA y un equilibrio de ALA y LA en la dieta previene la inflamación causada por un exceso de LA.

La soja, los guisantes y las habas tienen un exceso de omega-6 y carecen de omega-3/EPA/DHA, lo que perjudica la salud de las personas que los consumen, ya sea directa o indirectamente. El consumo de levadura es más saludable.

Factores antinutricionales (FAN) en las legumbres

Leguminosas como la soja, los guisantes y las habas contienen muchos factores antinutricionales que las hacen poco recomendables para la alimentación de peces, animales y personas. Entre ellos se encuentran los inhibidores de la tripsina, las lectinas, los oligosacáridos, el ácido fítico, las saponinas, los antígenos, las isoflavonas y los taninos, todos ellos perjudiciales en los piensos. Los peces carnívoros (salmónidos/camarones) sufren enteritis/problemas de crecimiento con más de un 30% de soja. Los animales jóvenes (lechones/pollitos/terneros) sufren problemas digestivos; las aves de corral padecen diarrea y reducen su crecimiento. La levadura no contiene FAN, por lo que los peces, pollos y cerdos son más sanos.

Mejora de la digestibilidad de TorulaFeed

No hay FAN en los residuos de levadura y grano, pero el fitato y el polisacárido no amiláceo (PNA) arabinoxilano pueden reducir la digestibilidad de TorulaFeed.

Los cereales contienen fitato, que se une al fosfato y provoca la quelación de muchos minerales críticos. Aunque Candida utilis segrega fitasa para liberar el fosfato del fitato, puede ser útil algún suplemento con fitasa durante el crecimiento de TorulaFeed .

El arabinoxilano de los cereales es indigesto para los peces, los pollos, los cerdos y las personas. Aunque la Candida util is segrega xilanasa, algún suplemento de xilanasa durante la fermentación puede aumentar el rendimiento de la Candida utilis (que crece con xilosa y arabinosa) y mejorar la digestibilidad de TorulaFeed.

Animales Nivel de inclusión recomendado de TorulaFeed Fundamentos de la Recomendación
Salmón 20% (hasta 25% en algunos ensayos) Sin efectos adversos para el crecimiento o la salud; posibles beneficios intestinales; una mayor cantidad puede alterar el microbioma en dietas mixtas.
Pollo 20% Mantiene el rendimiento y el rendimiento de la canal; más alto empeora la eficiencia alimentaria.
Cerdo 20-26% Sin crecimiento negativo ni diarrea; mejora la eficiencia; hasta un 40% de sustitución proteica.
Perro Hasta el 20 Alta palatabilidad y digestibilidad, beneficios antiinflamatorios; sin límite reglamentario, pero en consonancia con los estudios.
Gato 20% Alta palatabilidad y digestibilidad; limitada por problemas de calidad fecal.

Uso de TorulaFeed en la alimentación

TorulaFeed es una mezcla deshidratada de sólidos procesados de arroz, maíz y trigo y levadura Torula que sabe a carne. No requiere refrigeración y puede reconstituirse rápidamente como sustituto saludable de la carne de hamburguesa (carne picada). Se adapta bien a cualquier mercado con consumidores preocupados por la salud, vegetarianos y veganos. Es sabroso, con un perfil de sabor a nuez, ahumado o umami derivado de la levadura, combinado con el sabor más suave, parecido al grano, de los residuos de arroz, maíz y trigo. La levadura Torula está bien establecida como potenciador del sabor en los alimentos, donde se valora por sus cualidades saladas y su capacidad para mejorar la palatabilidad general en diversos productos. Es adecuada para su inclusión en alimentos, porque tanto el grano molido como la levadura Torula están reconocidos como seguros para el consumo (la levadura Torula tiene el estatus GRAS de la FDA), y porque productos similares de proteína unicelular a base de levadura o sustratos fermentados ya están incorporados en artículos como condimentos, cremas para untar, sopas, salsas, aperitivos y alternativas vegetarianas.

TorulaFeed no contiene carbohidratos dietéticos, tiene un buen equilibrio de aminoácidos esenciales y es bajo en grasas (sin lípidos), lo que lo convierte en un complemento especialmente saludable para nuestra dieta.

TorulaFeed se produce con un contenido reducido de ácido ribonucleico (ARN), lo que resuelve los problemas de niveles elevados de ácido úrico derivados de un alto contenido de ácido nucleico. El proceso descrito utiliza enzimas de grado alimentario y una cepa de levadura ampliamente utilizada en la industria alimentaria, lo que avala su idoneidad.

Recetas con TorulaFeed para hamburguesas veganas

Elementos comunes a todas las recetas

El aceite es una mezcla 80/20% de aceite de canola y aceite de linaza, opcionalmente complementado con sabores como la trufa.

El aglutinante puede ser metilcelulosa E461 o linaza molida. Si es linaza molida, añada la misma cantidad de aceite de canola.

La adición de aceite de canola hace que la proporción entre ácidos grasos omega-6 y omega-3 sea de 1:1, y añade antioxidantes.

Receta básica de hamburguesa vegana baja en carbohidratos

Esta sencilla receta enfatiza el sabor TorulaFeed con un aglutinante para una textura firme. Está mínimamente condimentada para resaltar el umami de la levadura Torula , manteniendo bajos los carbohidratos netos. Rinde 4 hamburguesas (unos 100 g cada una después de la cocción).

Ingredientes:

  • 200g TorulaFeed

  • 15 g de aglutinante; absorbe la humedad

  • 5 g de mezcla de especias (por ejemplo, cebolla en polvo, ajo en polvo, pimentón ahumado)

  • 2 g de sal

  • 150-180 ml de agua (ajustar la consistencia)

  • 10 g de aceite (para mezclar o cocinar; añade un mínimo de carbohidratos)

Instrucciones:

  1. Mezclar en un bol el TorulaFeed, el aglutinante, las especias y la sal.

  2. Incorporar poco a poco el agua y el aceite, removiendo hasta que se forme una masa cohesiva (dejar reposar 10-15 minutos para que gelifique y ligue).

  3. Dividir en 4 porciones y formar hamburguesas.

  4. Freír en una sartén antiadherente a fuego medio durante 4-5 minutos por cada lado hasta que estén crujientes u hornear a 190°C (375°F) durante 15-20 minutos.

  5. Sírvelo con aderezos bajos en carbohidratos como rodajas de tomate o queso vegano.

Notas nutricionales:

  • Unos 19,6 g de proteínas por hamburguesa

  • Sin carbohidratos netos por hamburguesa

  • Alrededor de 1 g de ácidos grasos omega-6 y 1 g de ácidos grasos omega-3 por hamburguesa

Receta de hamburguesa vegana baja en carbohidratos con espinacas

Esta variación añade espinacas finamente picadas para añadir humedad y nutrientes, aglutinante sin huevos ni cereales. Mantiene un recuento bajo de carbohidratos con un perfil de sabor fresco y verde. Rinde 4 hamburguesas.

Ingredientes:

  • 200g TorulaFeed

  • 100 g de espinacas frescas (picadas y marchitas para reducir el volumen)

  • Carpeta de 12 g

  • 5 g de hierbas y especias (por ejemplo, albahaca, comino, pimienta negra)

  • 2 g de sal

  • 120 ml de agua

  • 8 g de aceite (para marchitar las espinacas y ligarlas)

Instrucciones:

  1. Escaldar las espinacas picadas en 4 g de aceite a fuego medio durante 2-3 minutos, después enfriar.

  2. Mezclar TorulaFeed, aglutinante, hierbas, especias y sal.

  3. Incorporar las espinacas marchitas, el agua y el aceite restante; dejar reposar 10 minutos para que se liguen.

  4. Formar 4 hamburguesas y asarlas a la parrilla o a la sartén durante 5 minutos por cada lado.

  5. Disfrútalo sobre un lecho de verduras para una comida ultra baja en carbohidratos.

Receta de hamburguesa vegana baja en carbohidratos de berenjena y especias

Incorpora berenjena asada para una textura ahumada y carnosa, esta fórmula utiliza el aglutinante para hacer una hamburguesa firme, resultando en ~8g de carbohidratos netos por hamburguesa. La berenjena añade volumen sin proteínas ni carbohidratos significativos. Rinde 4 hamburguesas.

Ingredientes:

  • 200g TorulaFeed

  • 80 g de berenjena (cortada en dados y asada)

  • Encuadernadora 14g

  • 6 g de especias (por ejemplo, chile en polvo, cilantro, cúrcuma)

  • 2 g de sal

  • 140 ml de agua

  • 10 g de aceite (para tostar y mezclar)

Instrucciones:

  1. Corte la berenjena en dados, mézclela con 5 g de aceite y ásela a 200°C durante 15 minutos hasta que esté blanda.

  2. Triture ligeramente la berenjena asada y mézclela con TorulaFeed, el aglutinante, las especias y la sal.

  3. Añadir el agua y el aceite restante; dejar que la mezcla se hidrate durante 15 minutos.

  4. Formar 4 hamburguesas y hornearlas a 190°C durante 20 minutos, dándoles la vuelta una vez, o freírlas en la sartén.

  5. Acompáñelo con verduras en escabeche para darle un toque picante.

Utilización de metilcelulosa E461 como aglutinante

Los líderes del mercado de hamburguesas veganas son Impossible Burger, Beyond Burger, Gardein Ultimate Plant-Based Burger, Lightlife Plant-Based Burger e Incogmeato Burger Patties. Todas ellas utilizan metilcelulosa E461 como aglutinante en sus hamburguesas vegetales, lo que produce una textura más jugosa y parecida a la carne que algunas personas prefieren. La metilcelulosa se reafirma al calentarse, lo que ayuda a las hamburguesas a mantener la forma durante la cocción y ofrece un bocado jugoso al enfriarse. La metilcelulosa se obtiene de la fibra de celulosa de origen vegetal, está aprobada para uso alimentario en todo el mundo y es relativamente barata.

Utilizar la linaza como aglutinante

La linaza molida, combinada con cantidades iguales de aceite de canola, también es un aglutinante saludable. No es tan firme al cocinar, pero algunos consumidores opinan que es más natural que la metilcelulosa, que aporta cantidades iguales de ácidos grasos omega-6 y omega-3 y que es bastante sabrosa. Combinado con los antioxidantes del aceite de canola, no produce sabores desagradables por la peroxidación al freír.

Coste de las proteínas en los alimentos

Al comparar el coste por kg de proteína de distintos alimentos, las hamburguesas de carne vegana disponibles en el mercado son 3 veces más caras que la carne picada de vacuno y casi 50 veces más caras que la TorulaBurger™ (véase más abajo). Las hamburguesas de carne vegana se comercializan para consumidores adinerados que no son sensibles al coste de los alimentos, mientras que TorulaBurger es una fuente de proteínas de bajo coste tan saludable como el salmón, pero a 1/30 del precio por kg de proteína del salmón.

Fuente de proteínas Coste al por menor por kg de proteína
Hamburguesa Imposible Patty 157 $/kg
Más allá de la hamburguesa Patty 124 $/kg
Filete de salmón (atlántico, de piscifactoría) 85 $/kg
Carne picada (85-90% magra) 51 $/kg
Huevos 48 $/kg
Lomo de cerdo (deshuesado, con piel) 31 $/kg
Pechuga de pollo (deshuesada, sin piel) 30 $/kg
TorulaBurger™ 3 $/kg

Limpieza in situ (CIP) del biorreactor de tambor rodante

Al principio de cada ciclo de fermentación, el grano molido a martillo se trata con inyección de vapor con una humedad relativa del 100%. Esto mata todas las bacterias, levaduras y hongos del grano.

Cuando se cultiva Candida utilis en un biorreactor de tambor rodante utilizando como soporte las partes no amiláceas del arroz, el maíz y el trigo (es decir, salvado), la naturaleza particulada del salvado humedecido, combinada con la rotación del tambor a 3 rpm y la presencia de 8 elevadores (de 150 mm de altura), favorece el volteo constante y la caída en cascada del sustrato. Esta acción mecánica genera abrasión entre las partículas de salvado y las paredes del tambor, que están hechas de polietileno de alta densidad (HDPE), un material liso y antiadherente con baja energía superficial que resiste intrínsecamente la adherencia.

La abrasión producida por el sustrato de volteo limpia eficazmente el interior del tambor, evitando la acumulación de material en las paredes. La bibliografía sobre los RDB para SSF (incluso con salvado de trigo) hace hincapié en problemas como la transferencia de calor, la mezcla y la contaminación, pero no menciona el ensuciamiento de las paredes o el engrosamiento de la biopelícula como problemas, incluso en operaciones a largo plazo.

Candida utilis crece principalmente en las partículas de salvado en lugar de formar extensas biopelículas en las superficies del tambor, especialmente en condiciones secas y aireadas con refrigeración por evaporación y transporte neumático. La continua adición y eliminación de salvado mantiene además el flujo dinámico, reduciendo las posibilidades de acumulación estática.

De este modo, la abrasión del salvado mantiene limpio el tambor durante periodos de varios meses, sin evidencia de formación progresiva de biopelículas.

Además, utilizamos la inyección de vapor para inactivar, esterilizar y secar TorulaFeed, de modo que pueda envasarse para su envío directamente desde el biorreactor de tambor rodante. Para ello, elevamos la temperatura del TorulaFeed a 65 C con una humedad relativa del 100%, sin que el vapor incida en el HDPE del tambor. Esto inactiva completamente la levadura y cualquier bacteria que pudiera haber en el TorulaFeed. A continuación, utilizamos el enfriamiento evaporativo para preparar el TorulaFeed para su envasado y venta.

Mercados destinatarios

Nos dirigimos a regiones con abundante arroz, maíz y trigo baratos y con una fuerte demanda de pescado y piensos. Los azúcares del arroz, el maíz y el trigo hidrolizados son más baratos que la melaza para cultivar levadura.

India tiene el arroz blanco menos caro, en forma de arroz 100% partido (subproducto de la molienda). Se producen unos 20 MMT/año y cuesta unos 250 $/MT en el mercado interior indio. Añadiendo salvado de arroz a unos 200 $/TM se puede obtener un producto similar al arroz integral, pero menos caro, ya que el arroz partido es mucho menos costoso que el arroz blanco.

País Maíz Precio Trigo Precio
Estados Unidos 377 MMT/año 157 $/MT 54 MMT/año 221 $/MT
China 295 MMT/año 321 $/MT 140 MMT/año 285 $/MT
Brasil 132 MMT/año 191 $/MT 8 MMT/año 231 $/MT
Argentina 50 MMT/año 174 $/MT 19 MMT/año 232 $/MT
Rusia+Ucrania 41 MMT/año 175 $/MT 105 MMT/año 234 $/MT
India 43 MMT/año 315 $/MT 113 MMT/año 293 $/MT
México 25 MMT/año 210 $/MT 3 MMT/año 262 $/MT

Mejora del control de la contaminación en las plantas brasileñas de etanol de caña de azúcar

Hemos desarrollado tecnologías para el control rentable de la contaminación bacteriana durante la fermentación de levadura a gran escala (tanto aeróbica como anaeróbica). En lugar de añadir sustancias antibacterianas al fermentador o utilizar lavados con ácido sulfúrico para eliminar las bacterias durante el reciclado de la levadura, eliminamos la lixiviación con níquel y utilizamos urea como única fuente de nitrógeno. Las bacterias no pueden crecer con urea sin níquel como cofactor, pero las levaduras sólo necesitan biotina para crecer con urea.

Esta técnica permite la fermentación sin necesidad de condiciones asépticas, por lo que resulta mucho menos costosa que las técnicas de fermentación tradicionales.

Ejemplo de uso en Brasil:

Esta técnica puede utilizarse en las plantas de etanol de caña de azúcar de Brasil para mejorar la eficiencia, producir más etanol, reducir la formación de espuma y disminuir el fuerte olor de la vinaza. Los cambios realizados con esta técnica de control de la contaminación permiten utilizar el reciclado de levadura sin lavado ácido para acelerar el tiempo de fermentación en las plantas flex.

Cambios necesarios: Se necesitan cambios mínimos para integrar nuestra técnica de control de la contaminación:

  1. Utilizar urea como única fuente de nitrógeno, sustituyendo al sulfato de amonio.

  2. Utilizar la alimentación por lotes de urea

  3. Asegúrese de que los intercambiadores de calor utilizan acero inoxidable de grado 316 (no de grado 304)

  4. No utilice el lavado ácido, recicle la crema de levadura directamente de la centrifugadora

  5. Limpiar las cubas con agua pulverizada a alta presión, sin cáusticos

Ventajas:

  1. Reduce la contaminación por levaduras silvestres: Sin contaminación bacteriana, la contaminación por D. bruxellensis y otras levaduras silvestres no se produce cuando se utiliza una cepa de S. cerevisiae de crecimiento rápido como la PE-2.

  2. Reduce la formación de espuma: Se reduce la formación de espuma porque se elimina la proteína extracelular del Lactobacillus.

  3. Reduce los olores fuertes: Eliminando el azufre del lavado y cambiando el sulfato de amonio por urea se consigue una reducción significativa del azufre en la vinaza, lo que reduce el fuerte olor de las bacterias que producen sulfuro de hidrógeno a partir de la vinaza. No utilizar dióxido de azufre en la clarificación del jugo de caña puede reducir aún más el fuerte olor de la vinaza.

  4. Reduce el ensuciamiento de la columna de destilación: La eliminación del lavado con ácido sulfúrico elimina la adición de sulfato de calcio soluble a las columnas de destilación cuando se recupera etanol de este lavado. El sulfato de calcio del lavado también precipita en la columna de destilación, lo que provoca suciedad y requiere más limpieza.

  5. Mejora la eficacia de la destilación: El agua de lavado con ácido sulfúrico diluye el mosto que se está destilando, lo que aumenta la energía y el tiempo necesarios para la destilación. Es más eficiente transportar este etanol con la levadura reciclada al siguiente ciclo de fermentación.

  6. Aumenta los beneficios: El ahorro de costes es considerable debido a la reducción del tiempo por lote en 2-4 horas y a la mejora de la eficiencia del proceso. El aumento de los ingresos de una planta brasileña típica de etanol de caña de azúcar que produzca un 6% más de etanol (12 millones de litros) gracias a la eliminación de la contaminación bacteriana en los fermentadores es de aproximadamente 6.000.000 de dólares al año, suponiendo un precio del etanol de 0,50 dólares por litro. Esta cifra podría oscilar entre 3,6 y 8,4 millones de dólares en función de los precios del etanol o del tamaño de la planta. El ahorro derivado de la eliminación del lavado con ácido sulfúrico es de unos 500.000 dólares anuales. El ahorro derivado de la eliminación del sulfato cálcico de las columnas de destilación es de aproximadamente 1,3 millones de dólares al año. El ahorro derivado de la reducción del tiempo de ciclo por lotes de 12-15 horas a 10-12 horas es de aproximadamente 1,3 millones de dólares al año. El ahorro total es de unos 10.000.000 de dólares anuales para una gran planta de etanol de caña de azúcar.

El ciclo de fermentación en la producción brasileña de etanol de caña de azúcar

En Brasil, la producción de etanol de caña de azúcar emplea típicamente el proceso Melle-Boinot, un proceso de fermentación por lotes alimentados, ampliamente utilizado debido a su eficiencia y escalabilidad. El proceso comienza con la preparación de un sustrato, generalmente jugo de caña o melaza, derivados del procesamiento de la caña de azúcar. Este sustrato, rico en azúcares fermentables como sacarosa, glucosa y fructosa, se introduce en grandes cubas de fermentación. La fermentación la lleva a cabo la levadura Saccharomyces cerevisiae, una cepa robusta muy adecuada para la producción de etanol.

  • Fase de fermentación: La levadura fermenta los azúcares en etanol y dióxido de carbono durante un periodo que suele oscilar entre 6 y 12 horas, dependiendo de factores como la temperatura (mantenida en torno a 30-34°C), la concentración de azúcar y la actividad de la levadura. El proceso es de "alimentación por lotes", lo que significa que el sustrato se añade gradualmente para evitar abrumar a la levadura con altos niveles de azúcar, que podrían inhibir la fermentación.

  • Fase de cosecha: Una vez finalizada la fermentación, se centrifuga el caldo fermentado (que contiene etanol, levadura, agua y azúcares residuales). Así se separa la fracción líquida (llamada "vino", que contiene etanol) de la biomasa de levadura. El líquido rico en etanol se somete a destilación para purificar y concentrar el etanol, mientras que la levadura se recoge para su reutilización.

  • Reciclaje de la levadura: En el proceso estándar, aproximadamente el 90-95% de la levadura centrifugada se recicla en el siguiente ciclo de fermentación para mantener una alta productividad y reducir costes. Antes del reciclado, la levadura suele someterse a un lavado ácido (con ácido sulfúrico) o a un lavado con agua para eliminar contaminantes, especialmente bacterias, y para refrescar la levadura reduciendo la acumulación de subproductos de la fermentación y células muertas.

  • Limpieza de las cubas: Después de cada ciclo, las cubas de fermentación se limpian para eliminar residuos y evitar la contaminación en el siguiente lote. Esta limpieza suele realizarse con sosa cáustica (hidróxido de sodio), a menudo calentada, para garantizar un saneamiento completo, seguido de un aclarado.

Este ciclo se repite varias veces, aprovechando la levadura reciclada para maximizar la eficiencia de la industria brasileña del etanol a gran escala, que produce miles de millones de litros al año.

Mejoras sin contaminación bacteriana y sin lavado de levadura

Consideremos ahora un proceso modificado en el que no se produce contaminación bacteriana durante la fermentación y no se aplica ningún lavado con ácido o agua a la levadura centrifugada. En su lugar, el 95% de la levadura se recicla directamente sin lavado. He aquí cómo esto altera y mejora potencialmente el proceso:

Mejoras operativas

  1. Eliminación de la recuperación de etanol del lavado ácido:

    • En el proceso estándar, el lavado ácido de la levadura puede diluir cualquier etanol residual adherido a la biomasa de levadura. Este etanol debe recuperarse (por ejemplo, mediante destilación), lo que añade un paso de alto consumo energético. Al omitir el lavado, no se pierde etanol en la solución de lavado, lo que elimina este proceso de recuperación y ahorra energía.

  2. Sin neutralización de ácidos:

    • El lavado ácido requiere neutralizar la suspensión ácida de levadura (por ejemplo, con una base como la cal) antes del reciclado para evitar dañar la levadura o alterar el pH de fermentación. La omisión del lavado elimina la necesidad de neutralización, reduciendo los insumos químicos, el tratamiento de residuos y los costes asociados.

  3. Proceso simplificado:

    • La eliminación de la fase de lavado agiliza las operaciones al reducir el número de procesos unitarios, disminuyendo la mano de obra, el mantenimiento de los equipos y el consumo de agua.

Estos cambios mejoran la eficiencia de la planta al reducir los gastos energéticos, químicos y operativos.

Concentración de equilibrio de metabolitos y células muertas

Sin lavado, la levadura reciclada arrastra metabolitos de fermentación (por ejemplo, ácidos orgánicos como ácido acético, glicerol y alcoholes superiores) y células de levadura débiles o muertas en cada nuevo ciclo. He aquí cómo se estabiliza esto:

  • Acumulación: Inicialmente, las concentraciones de estos componentes aumentan con cada ciclo a medida que se reutiliza el 95% de la levadura, incluidos sus metabolitos y células muertas.

  • Eliminación y dilución:

    • 5% de pérdida de levadura: El 5% de levadura no reciclada (desechada o perdida) elimina una pequeña fracción de estos componentes del sistema.

    • Adición de sustrato fresco: En cada ciclo se introduce jugo de caña de azúcar o melaza frescos, diluyendo la concentración de metabolitos en el caldo de fermentación.

  • Equilibrio: A lo largo de varios ciclos, se alcanza una concentración de equilibrio en la que la tasa de producción de metabolitos y de acumulación de células muertas es igual a su eliminación (a través de la pérdida del 5% de levadura) y a la dilución (a través del sustrato fresco). Este nivel de equilibrio sería mayor que en un sistema de levadura lavada, en el que el lavado elimina algunos metabolitos y células muertas en cada ciclo. Sin embargo, como Saccharomyces cerevisiae tolera muchos de sus propios subproductos (hasta ciertos umbrales) y no existe competencia bacteriana, esta concentración más alta es manejable sin perjudicar significativamente la eficacia de la fermentación.

Cuantitativamente, este equilibrio depende de las condiciones de fermentación (por ejemplo, concentración de azúcar, duración del ciclo), pero cualitativamente, se estabiliza en un nivel que refleja el equilibrio entre producción, pérdida y dilución.

Mejora del tiempo de ciclo con cubas lavadas con agua

Por último, considere cómo el hecho de no lavar la levadura mejora el tiempo total del ciclo cuando las cubas de fermentación se limpian con agua en lugar de cáusticos:

  • Componentes del tiempo de ciclo estándar:

    • Fermentación: 6-12 horas.

    • Recolección (centrifugación): ~1-2 horas.

    • Lavado de la levadura: En el proceso estándar, el lavado con ácido o agua, la neutralización y el aclarado añaden 1-2 horas (dependiendo de la escala y el método).

    • Limpieza en cuba: La limpieza cáustica, a menudo calentada y seguida de aclarado, dura 2-3 horas o más.

  • Proceso modificado:

    • Sin lavado de la levadura: La eliminación del paso de lavado ahorra 1-2 horas por ciclo. Tras la centrifugación, la levadura se recicla inmediatamente, lo que reduce considerablemente el tiempo de preparación.

    • Cubas lavadas con agua: La limpieza de las cubas con agua en lugar de sosa cáustica es más rápida, pudiendo reducir el tiempo de limpieza a 1-2 horas, ya que evita el calentamiento, la exposición prolongada a productos químicos y el aclarado exhaustivo. El agua es suficiente en este caso porque no hay contaminación bacteriana y el objetivo es simplemente eliminar los residuos físicos (levadura, azúcares) en lugar de desinfectar en profundidad.

  • Efecto combinado: Sin el lavado de la levadura, el tiempo entre ciclos de fermentación se reduce directamente. Si se combina con una limpieza más rápida de las cubas con agua, el tiempo de inactividad se acorta aún más, lo que permite reiniciar antes los ciclos. Por ejemplo, un ciclo que duraba entre 12 y 15 horas (fermentación + cosecha + lavado + limpieza cáustica) puede reducirse a 10-12 horas, lo que aumenta el rendimiento.

La ausencia de contaminación bacteriana permite estas simplificaciones sin poner en riesgo el rendimiento de la fermentación, ya que las bacterias -típicamente controladas mediante lavado ácido y limpieza cáustica- no son un factor.

Conclusión

En la producción brasileña de etanol de caña de azúcar, el ciclo estándar de fermentación por lotes alimentados implica la fermentación del jugo de caña o de la melaza con Saccharomyces cerevisiae, seguida de centrifugación, lavado de la levadura y limpieza de la cuba con sosa cáustica. Cuando no se produce contaminación bacteriana y el 95% de la levadura centrifugada se recicla sin lavarse:

  • Las operaciones de la planta mejoran al eliminar la recuperación de etanol y la neutralización de ácidos, ahorrando energía, productos químicos y tiempo.

  • Las concentraciones de metabolitos y células muertas alcanzan un equilibrio superior pero estable, equilibrado por la pérdida de levadura y la dilución del sustrato, tolerable debido a la ausencia de interferencias bacterianas.

  • El tiempo de ciclo se acorta al eliminar el paso de lavado de la levadura (1-2 horas ahorradas) y, cuando las cubas se lavan con agua en lugar de limpiarse con sosa cáustica, se reduce aún más el tiempo de limpieza (1-2 horas frente a 2-3+ horas), mejorando la eficiencia global.

Este proceso optimizado aprovecha la ausencia de contaminación para simplificar y acelerar la producción de etanol.

Reduce el tiempo de fermentación:

En el proceso mejorado, el tiempo de fermentación se reduce porque la levadura ya no está sometida al estrés del lavado ácido. Así es como funciona:

Lavado ácido en procesos tradicionales

En la producción tradicional de etanol, la levadura suele reciclarse entre ciclos de fermentación para maximizar la eficiencia. Para controlar la contaminación bacteriana durante este reciclaje, la levadura se lava con ácido sulfúrico. Sin embargo, esta exposición al ácido estresa las células de levadura. El estrés puede dañar sus membranas celulares, reducir su viabilidad y ralentizar su actividad metabólica. Cuando estas células de levadura estresadas se reutilizan, necesitan tiempo para recuperarse antes de poder fermentar azúcares de forma eficiente. Este periodo de recuperación, o fase de latencia, prolonga el tiempo total de fermentación.

Eliminación del lavado ácido en el proceso de mejora

En el proceso mejorado, la etapa de lavado con ácido se omite por completo. Tras la fermentación, el 95% de la levadura se separa mediante centrifugación y se reutiliza directamente en el siguiente ciclo sin exponerla al ácido. Al no haber lavado ácido, la levadura evita este estrés. Como resultado:

  • Mayor viabilidad: Las células de levadura se mantienen más sanas, con membranas intactas y mejor función metabólica.

  • Sin tiempo de recuperación: Sin necesidad de recuperarse del estrés ácido, la levadura puede empezar a fermentar el nuevo lote de jugo de caña o melaza inmediatamente.

Cómo se reduce el tiempo de fermentación

La clave para acortar el tiempo de fermentación reside en el mejor estado de la levadura:

  • Inicio más rápido: En el proceso tradicional, la levadura lavada con ácido puede entrar en una fase de latencia al recuperarse del estrés, lo que retrasa el inicio de la fermentación activa. En el proceso mejorado, esta fase de latencia se minimiza o elimina porque la levadura no está estresada y está lista para trabajar de inmediato.

  • Fermentación más eficaz: Una levadura más sana convierte los azúcares en etanol y dióxido de carbono más rápidamente. Sin la carga de reparar los daños inducidos por los ácidos, la levadura fermenta a mayor velocidad, completando antes el ciclo.

¿Cuánto tiempo se ahorra?

La reducción exacta del tiempo de fermentación depende de factores como la cepa de levadura, la concentración de azúcar y las condiciones de fermentación. Sin embargo, al evitar el estrés ácido, la fermentación podría acortarse aproximadamente entre un 10 y un 20%. Para un ciclo de fermentación típico de 8-12 horas, esto podría suponer un ahorro de 1-2 horas por lote.

Ventajas adicionales

Además de reducir el tiempo de fermentación, prescindir del lavado ácido simplifica el proceso. Elimina la necesidad de ácido, agentes neutralizantes y pasos adicionales como el tratamiento del lavado, lo que también ahorra tiempo y recursos. Con ciclos de fermentación más rápidos, la planta puede procesar más lotes en el mismo tiempo, lo que aumenta la productividad global.

Conclusión

Al eliminar el lavado ácido, el proceso mejorado mantiene la levadura más sana y activa, evitando el estrés que ralentiza la fermentación en el método tradicional. Esto permite un inicio más rápido y una conversión más eficaz del azúcar, reduciendo en última instancia el tiempo de fermentación y mejorando al mismo tiempo la sencillez y eficacia del proceso.

¿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 el 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