Nouvelles technologies pour les protéines unicellulaires

Stratégie de CelloFuel - Que faisons-nous ?

Les plus grandes entreprises de levure au monde, dont LeSaffre, AB Mauri, Angel Yeast et Lallemand, produisent des levures trop chères pour concurrencer les protéines de soja dans l'alimentation animale. Nous développons des technologies permettant de réduire le coût de production de la levure afin qu'elle puisse concurrencer la protéine de soja dans l'alimentation des poissons et des animaux. Notre solution consiste à utiliser de nouvelles technologies pour réduire de manière significative les coûts d'investissement et d'exploitation liés à la production de levure à partir de maïs moulu à sec.

Plus de 50 % du coût de production de la levure est dû au coût du substrat de départ. Il est moins coûteux de cultiver de la levure sur des sucres hydrolysés provenant de maïs moulu à sec que sur tout autre substrat que nous avons trouvé. Il convient toutefois de noter que nos technologies peuvent produire de la levure à partir de n'importe quel type de grain, en particulier le blé, mais le blé est plus cher que le maïs parce qu'il est utilisé pour faire du pain (le gluten permet de faire de la pâte, ce qui n'est pas le cas du maïs). Dans les pays disposant d'un excédent de blé à bas prix, celui-ci peut être utilisé pour produire de la levure à l'aide de nos technologies.

Nous nous concentrons sur des technologies innovantes et rentables permettant de produire des protéines unicellulaires (levure) pour l'alimentation des poissons et des animaux à un coût inférieur à celui de la protéine de soja. La levure est également beaucoup plus saine que la protéine de soja pour l'alimentation des poissons et des animaux.

Nous concédons des licences sur ces brevets, technologies et modèles de référence à des clients qui ont accès à de grandes quantités de maïs bon marché et à des marchés pour l'alimentation des poissons et/ou des animaux. Nos marchés cibles sont situés dans le monde entier, en particulier aux États-Unis, au Brésil, en Russie, en Inde, en Chine, en Argentine et au Mexique.

Notre brevet clé est une technique de contrôle de la contamination bactérienne qui consiste à limiter le nickel dans le bouillon de fermentation tout en utilisant uniquement de l'urée comme source d'azote pour la levure. Les bactéries ne peuvent pas utiliser l'urée comme source d'azote sans le nickel comme cofacteur, ce qui empêche la croissance bactérienne en limitant le nickel. Les levures n'ont besoin que de biotine et n'ont pas besoin de nickel pour utiliser l'urée comme source d'azote. L'utilisation de ce brevet permet d'utiliser le refroidissement par évaporation pour réduire le coût de production de la levure, car sinon la contamination par l'air de refroidissement serait un problème.

Notre principal modèle de référence pour la production de levure est un fermenteur conteneurisé utilisant un bioréacteur à tambour rotatif en PEHD ondulé qui ne lixivie pas le nickel comme le fait l'acier inoxydable. Cette conception de référence utilise le refroidissement par évaporation au lieu d'échangeurs de chaleur à plaques. Cette conception permet un fonctionnement sans surveillance pendant des mois, car il n'est pas nécessaire de nettoyer les échangeurs de chaleur à plaques.

Ces fermenteurs conteneurisés utilisent des conteneurs d'expédition standard de 20 ou 40 pieds. Ils sont conçus pour être empilés par 4 en fonctionnement, pour être transportés par train ou par camion, et pour être rapidement construits en grands systèmes.

Contrôle de la contamination

La contamination bactérienne est souvent le principal problème technique lors de la fermentation de l'éthanol ou de la culture de levures à l'échelle industrielle.

Nous avons inventé une technologie brevetée pour prévenir la contamination en utilisant l'urée comme seule source d'azote et en veillant à ce que la concentration de nickel soit inférieure à 1 mg/kg. Aucun lavage à l'acide ou antibiotique n'est nécessaire pour prévenir 100 % de la contamination bactérienne.

Nous utilisons également l'alimentation en lots d'urée avec la saccharification et la fermentation simultanées (SSF) de l'amidon, dans un processus continu, ce qui permet d'obtenir un taux de fermentation très élevé sans contamination bactérienne.

Cette technique permet une fermentation à un pH de 4 à 7 sans contamination bactérienne.

Brevet PCT WO2024092285A2

Brevet américain n° 12 297 423

Brevet américain App. No. 19/202,827, déposé le 8 mai 2025

Bioréacteur à tambour rotatif

Nous construisons un bioréacteur à tambour rotatif (BTR) qui tire parti de nos brevets en matière de contrôle de la contamination.

Ce produit est conçu pour la croissance aérobie de levures à partir de maïs moulu par martelage dans le cadre d'un processus qui dure toute l'année.

L'élément constitutif de ce fermenteur RDB est un tuyau PEHD ondulé qui nous permet de construire de grands fermenteurs conteneurisés et empilables pour moins de 1000 $/m3, alors que les fermenteurs traditionnels coûtent plus de 15 000 $/m3. Le coût d'exploitation de nos fermenteurs RDB est également bien inférieur à celui de la fermentation submergée traditionnelle.

Ces fermenteurs RDB utilisent un processus continu utilisant des enzymes hydrolysant l'amidon granulaire (GSHE, une combinaison de glucoamylase et d'alpha-amylase) avec du maïs broyé au marteau et utilisant la saccharification et la fermentation simultanées (SSF) à 38 C avec la levure Candida utilis (synonyme de Cyberlindnera jadinii). Pour accélérer le processus, nous recyclons les levures et les enzymes.

Ces fermenteurs RDB n'utilisent pas d'échangeurs de chaleur pour éliminer la chaleur de la fermentation, mais plutôt un refroidissement par évaporation, ce qui réduit les dépenses d'investissement et d'exploitation et élimine les frais de nettoyage des échangeurs de chaleur à plaques.

Ces fermenteurs RDB sont autonettoyants en raison de l'abrasion causée par la rotation du maïs moulu.

Le coût du séchage de la levure est faible car elle ne contient qu'environ 50 % d'eau.

Ces fermenteurs RDB sont conteneurisés et entièrement automatisés.

Plus saine que la protéine de soja

Notre bioréacteur à tambour rotatif produit de la levure nettement plus saine que la protéine de soja, à un prix compétitif.

La culture du soja utilise de nombreux herbicides et pesticides nocifs pour la santé, qui entrent dans la chaîne alimentaire par le biais des protéines de soja contenues dans les aliments pour animaux.

Le soja contient également de nombreux composés antinutritionnels qui sont malsains dans les aliments pour poissons et pour animaux.

Il a été démontré que la levure est beaucoup plus saine que la protéine de soja et qu'elle présente un meilleur équilibre d'acides aminés que cette dernière. Elle est également plus durable, car elle nécessite moins de terres que le soja.

Notre procédé permet de produire de la levure qui s'est avérée très nutritive pour les poissons et les poulets, et qui constitue donc un aliment de plus grande valeur pour ces animaux.

Le prix de base de la levure fourragère séchée varie selon les pays, les économies à coûts élevés comme le Japon et les États-Unis se situant à l'extrémité supérieure.

La réduction des coûts d'investissement et d'exploitation de notre bioréacteur à tambour rotatif ainsi que la production d'un aliment pour animaux plus nutritif que la protéine de soja se traduisent par un produit rentable.

Levure de maïs

Notre bioréacteur à tambour rotatif peut produire de manière rentable de la levure riche en protéines à partir de maïs moulu à sec.

Ceux-ci sont hydrolysés en glucose par des enzymes d'hydrolyse de l'amidon granuleux (enzymes GSHE, également appelées enzymes de non-cuisson) et le glucose libéré est utilisé en même temps pour la croissance de la levure (saccharification et fermentation simultanées, SSF).

Il s'agit de la source de sucres la moins coûteuse pour la culture de la levure en aérobiose. Ces mêmes enzymes sont utilisées par POET (l'un des plus grands fabricants de bioéthanol au monde) pour produire de l'éthanol à l'aide de son procédé BPX. POET produit de l'éthanol en anaérobiose alors que nous produisons de la levure en aérobiose, mais nous utilisons le même procédé SSF que POET.

Le coût énergétique du séchage de cette levure est très faible puisque le taux d'humidité de la fermentation à l'état solide n'est que d'environ 50 %.

La levure Candida utilis est généralement reconnue comme sûre (GRAS) et est approuvée dans le monde entier pour la consommation humaine, l'alimentation des poissons et des animaux. Elle est actuellement vendue dans le monde entier par Lallemand sous le nom de levure Torula, est utilisée comme ingrédient aromatique et a été utilisée en toute sécurité dans l'alimentation humaine, piscicole et animale depuis les années 1930.

Nous pensons pouvoir augmenter de manière rentable la teneur en acides gras oméga-3 du Candida utilis en utilisant des enzymes lipases extracellulaires et des enzymes phytases extracellulaires sécrétées par le Candida utilis au cours de sa croissance, de sorte que le Candida utilis puisse métaboliser l'huile de maïs provenant du maïs moulu par martelage.

Utilisation de levures dans l'alimentation animale

La levure est très saine lorsqu'elle est consommée par les poissons, les poulets, les porcs et les humains. L'indice de consommation (le nombre de kg d'aliments nécessaires par kg de gain de poids) se situe entre 1,0 et 2,0 pour les poissons, entre 1,7 et 2,0 pour les poulets, entre 2,5 et 3,5 pour les porcs et entre 6,0 et 10,0 pour les bovins (il n'est donc pas très efficace de nourrir les bovins avec de la levure).

Environ 140 millions de tonnes de poulets (volailles) sont élevés chaque année, 110 millions de tonnes de porcs sont élevés chaque année et 90 millions de tonnes de poissons sont élevés chaque année dans l'aquaculture, de sorte que le marché de la levure dans l'alimentation des poissons et des animaux est très important. La taille du marché mondial de la levure nutritionnelle pour la consommation humaine est estimée à moins de 10 000 tonnes par an.

Les effets sur la santé de la levure dans les aliments pour poissons et pour animaux comportent deux aspects importants : l'apport d'acides aminés essentiels pour la croissance des poissons et des animaux et le bon équilibre des acides gras essentiels chez les poissons et les animaux.

Acides aminés essentiels

Les acides aminés essentiels sont des acides aminés que les poissons, les poulets, les porcs et les humains ne peuvent pas synthétiser eux-mêmes et qui doivent être obtenus par le biais de l'alimentation. Il existe neuf acides aminés essentiels :

  1. Histidine - Favorise la croissance, la réparation des tissus et la production d'histamine.

  2. Isoleucine - Contribue au métabolisme musculaire, à la régulation de l'énergie et à la production d'hémoglobine.

  3. Leucine - Favorise la synthèse des protéines musculaires et la réparation des tissus.

  4. Lysine - participe à la synthèse des protéines, à la fonction hormonale et à la production d'enzymes.

  5. Méthionine - Favorise la désintoxication, le métabolisme et la production de composés contenant du soufre.

  6. Phénylalanine - Précurseur des neurotransmetteurs tels que la tyrosine, la dopamine et la noradrénaline.

  7. Thréonine - Essentielle pour le collagène, l'élastine et la fonction immunitaire.

  8. Tryptophane - Précurseur de la sérotonine et de la mélatonine, favorisant la régulation de l'humeur et du sommeil.

  9. Valine - Favorise la croissance musculaire, la production d'énergie et la réparation des tissus.

L'arginine est également un acide aminé essentiel dans l'alimentation des poissons, des poulets et des porcs.

La levure Candida utilis est complète pour tous les acides aminés essentiels et est prototrophe (autosuffisante) pour la biotine et toutes les vitamines B (à l'exception de la vitamine B12). En fonction de l'environnement de croissance, la levure peut être déficiente en méthionine et/ou en lysine et doit parfois être supplémentée dans l'alimentation des poissons, des poulets, des porcs et des humains.

Des acides aminés synthétiques (par exemple, L-lysine, DL-méthionine, L-thréonine) sont couramment ajoutés aux régimes contenant de la levure pour corriger les carences, en particulier chez les poulets et les porcs. Cette méthode est économiquement viable et permet de réduire la dépendance à l'égard des sources de protéines traditionnelles telles que les farines de poisson ou de soja.

Les protéines de soja sont également déficientes en méthionine et en lysine et fournissent moins de vitamines B que la levure.

Acides gras essentiels

Les acides gras essentiels sont des acides gras que le corps humain ne peut pas produire et qui doivent être consommés par le biais de l'alimentation. Il existe deux acides gras essentiels :

  1. Acide alpha-linolénique (ALA) - Acide gras oméga-3, essentiel à la santé cardiaque, aux fonctions cérébrales et à la réduction de l'inflammation. On le trouve dans les graines de lin, les graines de chia, les noix, les graines de chanvre et certaines huiles (par exemple, l'huile de lin).

  2. Acide linoléique (LA) - Acide gras oméga-6, important pour la santé de la peau et des cheveux, la croissance et la fonction des membranes cellulaires. On le trouve dans les huiles végétales (tournesol, carthame, maïs), les noix, les graines et les aliments transformés.

Le corps humain utilise l'ALA et le LA comme précurseurs pour synthétiser d'autres acides gras, comme l'EPA et le DHA (oméga-3), bien que la conversion soit limitée. Un apport équilibré en acides gras oméga-3 et oméga-6 est important pour éviter l'inflammation due à une consommation excessive d'oméga-6.

Candida utilis produit ces deux acides gras essentiels, en particulier lors de la fermentation en milieu solide en raison de l'augmentation du taux de transfert d'oxygène. Les enzymes qui produisent ces acides gras sont présentes dans Candida utilis (mais pas dans S. cerevisiae) et ont besoin d'oxygène pour désaturer l'acide oléique en acide linoléique (oméga-6) et désaturer l'acide linoléique (oméga-6) en acide alpha-linolénique (oméga-3). Comme l'acide linoléique (oméga-6) de l'huile de maïs est métabolisé par le Candida utilis, l'enzyme CuFAD3 du Candida utilis peut le désaturer en acide alpha-linolénique (oméga-3).

Les protéines de soja présentent un excès important d'acides gras oméga-6, sont déficientes en acides gras oméga-3 et ne contiennent pas d'EPA ni de DHA. La protéine de soja dans les aliments pour poissons et pour animaux donne des poissons et des animaux trop riches en acides gras oméga-6, ce qui est en fin de compte mauvais pour la santé humaine. Nourrir les poissons et les animaux avec de la levure contenant des acides gras oméga-3 est beaucoup plus sain que les protéines de soja.

Facteurs antinutritionnels (FAN) dans les protéines de soja

Les protéines de soja contiennent de nombreux composés antinutritionnels qui sont malsains dans le régime alimentaire des poissons et des animaux. Il s'agit notamment d'inhibiteurs de la trypsine, de lectines, d'oligosaccharides, d'acide phytique, de saponines, d'antigènes de soja, d'isoflavones et de tanins.

Les poissons carnivores (par exemple, les salmonidés, les crevettes) sont particulièrement sensibles aux ANF de soja en raison de leur capacité limitée à digérer les hydrates de carbone d'origine végétale et de la sensibilité de leur système gastro-intestinal. Une forte inclusion de soja (par exemple, >30% de farine de soja) entraîne souvent des entérites, une réduction de la croissance et une altération du microbiote intestinal.

Les jeunes animaux monogastriques (porcelets, poussins, veaux) sont les plus touchés en raison de l'immaturité de leur système digestif. Par exemple, les galacto-oligosaccharides et les inhibiteurs de la trypsine sont essentiels pour les porcelets, tandis que les antigènes et les lectines sont problématiques pour les veaux. Les volailles sont sensibles aux inhibiteurs de la trypsine et aux oligosaccharides, ce qui entraîne des diarrhées et une croissance réduite.

La levure ne contient aucun de ces facteurs antinutritionnels et permet d'obtenir des poissons, des poulets et des porcs en meilleure santé lorsque la levure est incluse dans leur alimentation.

Économie de la production de levure à partir de maïs moulu à sec

Plus de 50 % du coût de production de la levure est dû au coût du substrat de départ. Il est moins coûteux de cultiver de la levure sur des sucres hydrolysés provenant de maïs moulu à sec que sur n'importe quel autre substrat que nous avons trouvé.

Le blé est également relativement peu coûteux pour la culture de la levure, mais c'est la principale culture utilisée dans le monde pour la consommation humaine. Il est plus coûteux de produire de la levure à partir de sucres provenant de la canne à sucre et de la betterave sucrière, qu'il s'agisse de mélasse ou de sucre brut. Il est plus coûteux de produire de la levure à partir de pulpe de betterave sucrière, de lactose dans le lactosérum usagé, de glycérol, d'hydrolysat de lignocellulose, de liqueur de pâte au sulfite et d'hydrolysat de bois à l'acide dilué. Le traitement des eaux usées rend également plus coûteuse la production de levure par fermentation submergée. Nous avons analysé en profondeur l'économie de tous ces substrats en utilisant l'IA la plus avancée - Grok 4 - et la conclusion est toujours la même : le maïs moulu à sec est le substrat le moins coûteux pour la production de levure.

La viabilité économique dépend des faibles coûts d'investissement et d'exploitation liés à la conception de la RDB, des substrats peu coûteux et des protéines unicellulaires de grande valeur (SCP) pour les aliments pour animaux.

  • 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.

  • Dépenses d'exploitation (OPEX):

    • Coûts des substrats: Facteur dominant (35-62% des coûts totaux de la production de SCP).

      À 150 $/MT de maïs et ~0,385 MT SCP/MT de maïs (sur la base de 70 % d'amidon, 1,1 g de glucose/g d'amidon, 0,5 g de biomasse/g de glucose), le coût du substrat est d'environ 390 $/MT SCP.

    • Autres OPEX: enzymes, urée, énergie pour la rotation/le refroidissement et le séchage. Le refroidissement par évaporation et l'autonettoyage éliminent l'entretien de l'échangeur de chaleur (~0,05-0,10 $/kg SCP dans les systèmes traditionnels). Le séchage à partir de 50 % d'humidité est moins coûteux qu'à partir de 90 % dans la fermentation submergée. L'OPEX total sans substrat est estimé à 200-300 $/MT SCP.

    • Main-d'œuvre et services publics: Le fonctionnement sans surveillance minimise la main d'œuvre ; l'énergie nécessaire à la rotation/aération est faible dans les unités conteneurisées.

  • Rendements et recettes: Le rendement du SCP est d'environ 385 kg/MT de substrat avec 45-50% de protéines.

    Le prix du marché de la levure fourragère mélangée au DDGS (résidu séché après hydrolyse de l'amidon du maïs) varie selon les régions (par exemple, 500-1 000 $/MT pour l'alimentation animale, en concurrence avec le tourteau de soja à ~400 $/MT avec 45 % de protéines).

    En ce qui concerne les protéines, le SCP se situe entre 800 et 1 000 $/MT de protéines contre 890 $/MT de protéines pour le soja, le SCP offrant une meilleure nutrition pour les poissons et les aliments pour animaux.

    Recettes potentielles : 600-800 $/MT SCP vendus.

  • Rentabilité:

    Coût du substrat (/MT SCP) 390 $ (maïs à 150 $/MT)

    Coût total de production (/MT SCP) 600-700

    CAPEX (/m³ fermenter) <$1,000

    Prix d'équilibre (/MT SCP) 550-650

    RCI (5 ans, usine de 50k MT/an) 20-30%

    Les faibles coûts du RDB pourraient permettre de dégager des marges de 20 à 40 %, en particulier dans les régions à forte demande d'aliments pour animaux.

En résumé, l'approche RDB semble économiquement compétitive pour les marchés de l'alimentation animale, avec des avantages en termes de coûts permettant une rentabilité à l'échelle, bien qu'une commercialisation complète nécessite une validation pilote.

Marchés cibles

Nos marchés cibles sont ceux où il y a une grande quantité de maïs pour la fabrication de levure et un grand marché pour l'alimentation des poissons et/ou des animaux.

Les États-Unis produisent 399 MMT/an (millions de tonnes métriques par an) de maïs et disposent d'un vaste marché pour l'alimentation animale.

La Chine produit 295 millions de tonnes de maïs par an et dispose d'un vaste marché pour les aliments pour poissons et pour animaux.

Le Brésil produit 131 millions de tonnes de maïs par an et dispose d'un vaste marché pour l'alimentation animale.

L'Argentine produit 53 millions de tonnes de maïs par an et dispose d'un vaste marché pour l'alimentation animale.

La Russie et l'Ukraine produisent ensemble 45 millions de tonnes de maïs par an et disposent d'un vaste marché pour les aliments pour poissons et pour animaux.

L'Inde produit 42 millions de tonnes de maïs par an et dispose d'un vaste marché pour les aliments pour poissons et pour animaux.

Le Mexique produit 25 millions de tonnes de maïs par an et dispose d'un vaste marché pour l'alimentation animale.

Le prix mondial du maïs est d'environ 150 $/MT. Lorsqu'ils sont hydrolysés, les sucres de maïs sont nettement moins chers que les sucres de canne à sucre ou de betterave sucrière.

Qui sommes-nous ?

Hamrick Engineering a été fondé en 2013 par Edward B. Hamrick.

Edward (Ed) Hamrick a obtenu un diplôme d'ingénieur et de sciences appliquées avec mention à l'Institut de technologie de Californie (CalTech). Il a travaillé pendant trois ans à la NASA/JPL sur les projets International Ultraviolet Explorer et Voyager et a travaillé pendant dix ans chez Boeing en tant qu'ingénieur système principal et directeur de l'ingénierie. Ensuite, Ed a travaillé pendant cinq ans chez Convex Computer Corporation en tant qu'ingénieur système et responsable de l'ingénierie système. Ed est un entrepreneur prospère depuis 25 ans.

Alex Ablaev, MBA, PhD, est développeur d'affaires senior au niveau mondial. Alex a précédemment travaillé pour la division d'hydrolyse enzymatique de Genencor. Il est président de l'Association russe des biocarburants et directeur général de NanoTaiga, une entreprise russe qui utilise les technologies de CelloFuel en Russie.

Alan Pryce, CEng, est ingénieur en chef. Alan est un ingénieur mécanicien professionnel expérimenté - Chartered Engineer (CEng) - membre de l'Institute of Mechanical Engineers (IMechE) - avec plus de 10 ans d'expérience dans la conception mécanique et la gestion de projets d'automatisation d'usines au Royaume-Uni et en Europe. Il a été consultant principal en conception et chef de projet pendant plus de 30 ans au sein de Frazer-Nash Consultancy Ltd, où il a participé à de nombreux contrats de conception et de construction dans les secteurs militaire, ferroviaire, manufacturier et nucléaire.

Maria Kharina, PhD, est scientifique senior en microbiologie. Maria est titulaire d'un doctorat en biotechnologie et est une chercheuse avec plus de 10 ans d'expérience. Maria a été boursière Fulbright aux États-Unis en 2016-2017.

Beverley Nash est directrice du marketing. Beverley dirige Nash Marketing depuis plus de 30 ans et possède une vaste expérience en matière de planification et de développement du marketing, tant pour les entreprises nouvelles que pour les entreprises établies. Beverley a travaillé pour de nombreuses sociétés internationales sur le marché technique et a été responsable de la planification et de la gestion de nombreux programmes portant sur tous les aspects de la croissance des entreprises et des produits.

Ryan P. O'Connor(www.oconnor-company.com) fournit des conseils en matière de stratégie de propriété intellectuelle et de dépôt de brevets. M. O'Connor est titulaire d'un diplôme en génie chimique de l'Université de Notre Dame et d'un doctorat en génie chimique de l'Université du Minnesota. Il a déposé plus de 1000 demandes aux États-Unis et dans le cadre du PCT et est admis au barreau des brevets de l'Office des brevets et des marques des États-Unis.

Portefeuille de brevets de Hamrick Engineering