Новые технологии для получения одноклеточных белков

Стратегия CelloFuel - чем мы занимаемся?

Крупнейшие мировые дрожжевые компании, включая LeSaffre, AB Mauri, Angel Yeast и Lallemand, производят дрожжи, которые слишком дороги, чтобы конкурировать с соевым белком в кормах для животных. Мы разрабатываем технологии для снижения стоимости производства дрожжей, чтобы они могли конкурировать с соевым белком в кормах для рыб и животных. Наше решение заключается в использовании новых технологий для значительного снижения капитальных и операционных затрат на производство дрожжей из сухого помола кукурузы.

Более 50 % стоимости производства дрожжей обусловлено стоимостью субстрата, с которого вы начинаете. Выращивание дрожжей на гидролизованных сахарах из сухого помола кукурузы обходится дешевле, чем на любом другом субстрате, который нам удалось найти. Заметим, однако, что наши технологии позволяют производить дрожжи из любого зерна, особенно из пшеницы, но пшеница дороже кукурузы, поскольку используется для выпечки хлеба (клейковина делает тесто, а кукуруза - нет). В странах с избытком недорогой пшеницы ее можно использовать для производства дрожжей по нашим технологиям.

Мы специализируемся на инновационных, экономически эффективных технологиях производства одноклеточного белка (дрожжей) для рыбных кормов и кормов для животных по более низкой цене, чем соевый белок. Дрожжи также являются гораздо более полезным кормом для рыб и животных, чем соевый белок.

Мы лицензируем эти патенты, технологии и эталонные образцы клиентам, имеющим доступ к большому количеству недорогой кукурузы и рынкам рыбных кормов и/или кормов для животных. Наши целевые рынки расположены по всему миру, в частности в США, Бразилии, России, Индии, Китае, Аргентине и Мексике.

Наш ключевой патент - метод борьбы с бактериальным загрязнением, предусматривающий ограничение содержания никеля в ферментационном бульоне при использовании только мочевины в качестве источника азота для дрожжей. Бактерии не могут использовать мочевину в качестве источника азота без никеля в качестве кофактора, что позволяет предотвратить рост бактерий путем ограничения никеля. Дрожжам для использования мочевины в качестве источника азота нужен только биотин, а никель им не нужен. Использование этого патента позволяет использовать испарительное охлаждение для снижения стоимости производства дрожжей, поскольку в противном случае загрязнение охлаждающего воздуха стало бы проблемой.

Наш ключевой эталонный проект для производства дрожжей - контейнерный ферментер с биореактором с вращающимся барабаном из гофрированного полиэтилена высокой плотности, который не выщелачивает никель, как нержавеющая сталь. В этом эталонном проекте используется испарительное охлаждение вместо пластинчатых теплообменников. Такая конструкция позволяет работать без присмотра в течение нескольких месяцев, поскольку нет необходимости чистить пластинчатые теплообменники.

Для этих контейнерных ферментеров используются стандартные транспортные контейнеры 20 и 40 футов. Они предназначены для штабелирования на 4 высоты во время работы, транспортировки по железной дороге или грузовиком, а также для быстрого создания больших систем.

Контроль загрязнения

Бактериальное заражение часто является самой большой технической проблемой при сбраживании этанола или выращивании дрожжей в промышленных масштабах.

Мы изобрели запатентованную технологию предотвращения заражения, используя мочевину в качестве единственного источника азота, а также обеспечивая концентрацию никеля менее 1 мг/кг. Для предотвращения 100 % бактериального заражения не требуется кислотная промывка или антибиотики.

Мы также используем порционную подачу мочевины с одновременным осахариванием и ферментацией (SSF) крахмала в непрерывном процессе, что позволяет добиться очень высокой скорости ферментации без бактериального загрязнения.

Этот метод позволяет проводить ферментацию при pH от 4 до pH 7 без бактериального загрязнения.

Патент РСТ WO2024092285A2

Патент США № 12,297,423

Патентная заявка США. № 19/202,827, подана 8 мая 2025 г.

Биореактор с вращающимся барабаном

Мы создаем биореактор с вращающимся барабаном (RDB), в котором используются наши патенты на контроль загрязнения.

Предназначен для аэробного выращивания дрожжей с использованием кукурузы молотого помола в круглогодичном процессе.

Строительным блоком этого ферментера RDB является гофрированная труба HDPE, которая позволяет нам строить большие, контейнерные, штабелируемые ферментеры менее чем за 1000 долларов США/м3, в то время как традиционные ферментеры стоят более 15 000 долларов США/м3. Эксплуатационные расходы наших ферментеров RDB также намного ниже, чем при традиционной погружной ферментации.

В этих ферментерах RDB используется непрерывный процесс с применением ферментов для гидролиза гранулированного крахмала (GSHE, комбинация глюкоамилазы и альфа-амилазы) с молотой кукурузой и одновременным осахариванием и ферментацией (SSF) при 38 C с дрожжами Candida utilis (синоним Cyberlindnera jadinii). Для ускорения процесса мы проводим рециркуляцию дрожжей и ферментов.

В этих ферментерах RDB не используются теплообменники для отвода тепла ферментации, а применяется испарительное охлаждение, что снижает капитальные и операционные затраты, а также устраняет расходы на очистку пластинчатых теплообменников.

Эти ферментеры RDB самоочищаются от абразивных частиц вращающейся молотой кукурузы.

Стоимость сушки дрожжей невысока, поскольку содержание воды в них составляет всего около 50%.

Эти ферментеры RDB имеют контейнерную конструкцию и полностью автоматизированы.

Полезнее соевого белка

Наш биореактор с вращающимся барабаном производит дрожжи, которые значительно полезнее соевого белка, по конкурентоспособной цене.

При выращивании сои используется множество вредных для здоровья гербицидов и пестицидов, которые попадают в пищевую цепочку через соевый белок в кормах для животных.

Соя также содержит множество антипитательных соединений, которые вредны для рыбных и животных кормов.

Доказано, что дрожжи намного полезнее соевого белка и имеют лучший баланс аминокислот, чем соевый белок. Кроме того, он более экологичен: ему требуется меньше земли, чем соевым бобам.

Наш процесс позволяет производить дрожжи, которые, как было доказано, являются очень питательными для рыбы и курицы, что делает их более ценным кормом для рыбы и курицы.

Базовая цена сушеных кормовых дрожжей варьируется в зависимости от страны, причем в таких странах с более высокой стоимостью, как Япония и США, она находится на самом верхнем уровне.

Снижение капитальных и операционных затрат в нашем биореакторе с вращающимся барабаном, а также производство более питательного корма для животных, чем соевый белок, позволяет получить экономически эффективный продукт.

Дрожжи из кукурузы

Наш биореактор с вращающимся барабаном позволяет экономически эффективно производить богатые белком дрожжи из сухого помола кукурузы.

Они гидролизуются до глюкозы ферментами, гидролизующими гранулированный крахмал (ферменты GSHE, также называемые ферментами no-cook), а высвобождающаяся глюкоза используется для одновременного выращивания дрожжей (одновременное осахаривание и ферментация, SSF).

Это самый недорогой источник сахаров для аэробного выращивания дрожжей. Эти же ферменты используются компанией POET (одним из крупнейших в мире производителей биоэтанола) для производства этанола с помощью процесса BPX. POET производит этанол анаэробным способом, в то время как мы производим дрожжи аэробным способом, но мы используем тот же процесс SSF, что и POET.

Энергозатраты на сушку этих дрожжей очень низкие, так как влажность при твердофазном брожении составляет всего около 50%.

Дрожжи Candida utilis являются общепризнанными безопасными (GRAS) и одобрены во всем мире для потребления человеком, корма для рыб и животных. В настоящее время они продаются по всему миру компанией Lallemand как дрожжи Torula, используются в качестве вкусового ингредиента и безопасно применяются в кормах для людей, рыб и животных с 1930-х годов.

Мы считаем, что можем экономически эффективно увеличить содержание омега-3 жирных кислот в Candida utilis, используя внеклеточные ферменты липазы и внеклеточные ферменты фитазы, выделяемые Candida utilis во время роста, чтобы Candida utilis могла метаболизировать кукурузное масло из кукурузы, измельченной молотком.

Использование дрожжей в кормах для животных

Дрожжи очень полезны при употреблении рыбой, курицей, свиньями и людьми. Коэффициент конверсии корма (сколько килограммов корма требуется на килограмм прироста веса) составляет от 1,0 до 2,0 для рыбы, от 1,7 до 2,0 для курицы, от 2,5 до 3,5 для свиней и от 6,0 до 10,0 для крупного рогатого скота (поэтому кормление дрожжами крупного рогатого скота не очень эффективно).

В год выращивается около 140 миллионов тонн курицы (птицы), 110 миллионов тонн свиней и 90 миллионов тонн рыбы в год в аквакультуре, поэтому рынок дрожжей для рыбных кормов и кормов для животных очень велик. Объем мирового рынка пищевых дрожжей для потребления человеком оценивается менее чем в 10 000 тонн в год.

Существует два важных аспекта влияния дрожжей в кормах для рыб и животных на здоровье: обеспечивает ли корм незаменимые аминокислоты для роста рыб и животных и хороший ли баланс незаменимых жирных кислот в организме рыб и животных.

Незаменимые аминокислоты

Незаменимые аминокислоты - это аминокислоты, которые рыба, курица, свинья и человек не могут синтезировать самостоятельно и должны получать через рацион. Существует девять незаменимых аминокислот:

  1. Гистидин - способствует росту, восстановлению тканей и выработке гистамина.

  2. Изолейцин - участвует в мышечном метаболизме, регулировании энергии и производстве гемоглобина.

  3. Лейцин - способствует синтезу мышечного белка и восстановлению тканей.

  4. Лизин - участвует в синтезе белка, работе гормонов и производстве ферментов.

  5. Метионин - способствует детоксикации, метаболизму и выработке серосодержащих соединений.

  6. Фенилаланин - предшественник нейротрансмиттеров, таких как тирозин, допамин и норадреналин.

  7. Треонин - необходим для коллагена, эластина и иммунной функции.

  8. Триптофан - предшественник серотонина и мелатонина, помогающий регулировать настроение и сон.

  9. Валин - способствует росту мышц, выработке энергии и восстановлению тканей.

Аргинин также является незаменимой аминокислотой в кормах для рыб, кур и свиней.

Дрожжи Candida utilis содержат все незаменимые аминокислоты и являются прототрофными (самодостаточными) по биотину и всем витаминам группы В (за исключением витамина В12). В зависимости от условий выращивания дрожжи могут испытывать дефицит метионина и/или лизина, поэтому их иногда необходимо добавлять в рацион рыб, кур, свиней и людей.

Синтетические аминокислоты (например, L-лизин, DL-метионин, L-треонин) обычно добавляют в рационы, содержащие дрожжи, для устранения их дефицита, особенно у кур и свиней. Это экономически выгодно и снижает зависимость от традиционных источников белка, таких как рыбная или соевая мука.

Соевый белок также не содержит метионина и лизина и содержит меньше витаминов группы В, чем дрожжи.

Незаменимые жирные кислоты

Незаменимые жирные кислоты - это жирные кислоты, которые организм человека не может вырабатывать и должен получать с пищей. Существует две незаменимые жирные кислоты:

  1. Альфа-линоленовая кислота (ALA) - омега-3 жирная кислота, крайне важная для здоровья сердца, работы мозга и уменьшения воспаления. Содержится в семенах льна, семенах чиа, грецких орехах, семенах конопли и некоторых маслах (например, льняном).

  2. Линолевая кислота (LA) - жирная кислота омега-6, важная для здоровья кожи и волос, роста и функционирования клеточных мембран. Содержится в растительных маслах (например, подсолнечном, сафлоровом, кукурузном), орехах, семечках и переработанных продуктах.

Организм человека использует ALA и LA в качестве предшественников для синтеза других жирных кислот, таких как EPA и DHA (омега-3), хотя их преобразование ограничено. Сбалансированное потребление омега-3 и омега-6 жирных кислот важно для того, чтобы избежать воспаления, вызванного чрезмерным потреблением омега-6.

Candida utilis производит обе эти незаменимые жирные кислоты, особенно при твердофазной ферментации, поскольку скорость переноса кислорода увеличивается. Ферменты, вырабатывающие эти жирные кислоты, присутствуют в Candida utilis (но не в S. cerevisiae) и нуждаются в кислороде для десатурации олеиновой кислоты до линолевой кислоты (омега-6) и десатурации линолевой кислоты (омега-6) до альфа-линоленовой кислоты (омега-3). Поскольку линолевая кислота (омега-6) из кукурузного масла метаболизируется Candida utilis, фермент CuFAD3 в Candida utilis может десатурировать ее до альфа-линоленовой кислоты (омега-3).

Соевый белок содержит большое количество омега-6 жирных кислот, дефицит омега-3 жирных кислот и не содержит ЭПК и ДГК. Соевый белок в кормах для рыб и животных приводит к тому, что рыба и животные содержат слишком много омега-6 жирных кислот, что в конечном итоге вредно для здоровья человека. Кормить рыбу и животных дрожжами, содержащими омега-3 жирные кислоты, гораздо полезнее, чем соевым белком.

Антипитательные факторы (ANFs) в соевом белке

Соевый белок содержит множество антипитательных соединений, которые нежелательны в рационе рыб и животных. К ним относятся ингибиторы трипсина, лектины, олигосахариды, фитиновая кислота, сапонины, соевые антигены, изофлавоны и танины.

Плотоядные рыбы (например, лососевые, креветки) особенно чувствительны к соевым ANFs из-за их ограниченной способности переваривать углеводы растительного происхождения и чувствительной желудочно-кишечной системы. Высокое содержание сои (например, >30% соевой муки) часто приводит к энтериту, снижению роста и изменению микробиоты кишечника.

Молодые моногастричные животные (поросята, цыплята, телята) подвержены наибольшему воздействию из-за незрелой пищеварительной системы. Например, галактоолигосахариды и ингибиторы трипсина критичны для поросят, в то время как антигены и лектины представляют проблему для телят. Птица чувствительна к ингибиторам трипсина и олигосахаридам, что приводит к диарее и снижению роста.

Дрожжи не содержат ни одного из этих антипитательных факторов, поэтому при включении дрожжей в корм рыба, куры и свиньи становятся здоровее.

Экономика производства дрожжей из сухого помола кукурузы

Более 50 % стоимости производства дрожжей обусловлено стоимостью субстрата, с которого вы начинаете. Выращивание дрожжей на гидролизованных сахарах из сухого помола кукурузы обходится дешевле, чем на любом другом субстрате, который нам удалось найти.

Пшеница также относительно недорога для выращивания дрожжей, но это основная культура, используемая во всем мире для потребления человеком. Дороже производить дрожжи из сахаров, получаемых из сахарного тростника и сахарной свеклы, как из патоки, так и из сахара-сырца. Дороже производить дрожжи из жома сахарной свеклы, лактозы в отработанной сыворотке, глицерина, гидролизата лигноцеллюлозы, сульфитного щелока целлюлозы и разбавленного кислотного гидролизата древесины. Очистка сточных вод также удорожает производство дрожжей при погружной ферментации. Мы тщательно проанализировали экономические показатели всех этих субстратов с помощью самого современного искусственного интеллекта - Grok 4 - и вывод всегда один: сухой помол кукурузы является наименее затратным субстратом для производства дрожжей.

Экономическая жизнеспособность зависит от низких капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с конструкцией RDB, недорогих субстратов и высокоценного одноклеточного белка (SCP) для кормов.

  • 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.

  • Операционные расходы (OPEX):

    • Затраты на субстрат: Доминирующий фактор (35-62% от общих затрат на производство SCP).

      При цене $150/МТ кукурузы и ~0,385 МТ SCP/МТ кукурузы (из расчета 70% крахмала, 1,1 г глюкозы/г крахмала, 0,5 г биомассы/г глюкозы), стоимость субстрата составляет ~$390/МТ SCP.

    • Прочие операционные расходы: ферменты, мочевина, энергия для вращения/охлаждения и сушки. Испарительное охлаждение и самоочистка исключают обслуживание теплообменников (~$0,05-0,10/кг SCP в традиционных системах). Сушка с 50% влажности дешевле, чем с 90% при погружной ферментации. Общие эксплуатационные расходы, не связанные с субстратом, оцениваются в $200-300/МТ SCP.

    • Труд и коммунальные услуги: Работа без присмотра сводит к минимуму трудозатраты; энергия для вращения/аэрации в контейнерных установках невелика.

  • Урожайность и доходы: Выход SCP ~385 кг/МТ субстрата с 45-50% белка.

    Рыночная цена на кормовые дрожжи, смешанные с DDGS (сухим остатком после гидролиза крахмала в кукурузе), варьируется в зависимости от региона (например, $500-1000/МТ для корма животных, конкурируя с соевым шротом по цене ~$400/МТ с 45% белка).

    С точки зрения протеина, SCP стоит ~$800-1000/МТ протеина по сравнению с соей ~$890/МТ протеина, при этом SCP обеспечивает лучшую питательность для рыбы и корма для животных.

    Потенциальный доход: $600-800/МТ проданных SCP.

  • Рентабельность:

    Стоимость субстрата (/МТ SCP) $390 (кукуруза по цене $150/МТ)

    Общая стоимость производства (/МТ SCP) $600-700

    CAPEX (/m³ fermenter) <$1,000

    Цена безубыточности (/MT SCP) $550-650

    Окупаемость инвестиций (5 лет, завод мощностью 50 тыс. т/год) 20-30%

    Низкая стоимость RDB может обеспечить рентабельность в 20-40%, особенно в регионах с высоким спросом на корма.

В целом, подход RDB представляется экономически конкурентоспособным для кормовых рынков, а преимущества в стоимости обеспечивают рентабельность в масштабе, хотя для полной коммерциализации потребуется экспериментальная проверка.

Целевые рынки

Наши целевые рынки находятся там, где есть большое количество кукурузы для производства дрожжей и большой рынок рыбных кормов и/или кормов для животных.

Соединенные Штаты производят 399 млн тонн кукурузы в год и имеют большой рынок кормов для животных.

Китай производит 295 млн тонн кукурузы в год и имеет большой рынок рыбных кормов и кормов для животных.

Бразилия производит 131 млн т/г кукурузы и имеет большой рынок кормов для животных.

Аргентина производит 53 млн тонн кукурузы в год и имеет большой рынок кормов для животных.

Россия и Украина вместе производят 45 млн т/г кукурузы и имеют большой рынок для рыбных кормов и кормов для животных

Индия производит 42 млн т/г кукурузы и имеет большой рынок для рыбных кормов и кормов для животных.

Мексика производит 25 млн тонн кукурузы в год и имеет большой рынок кормов для животных.

Мировая цена на кукурузу составляет около 150 долларов США за тонну. При гидролизе кукурузные сахара значительно дешевле сахаров из сахарного тростника или сахарной свеклы.

Кто мы?

Компания Hamrick Engineering была основана в 2013 году Эдвардом Б. Хэмриком.

Эдвард (Эд) Хэмрик с отличием окончил Калифорнийский технологический институт (CalTech) по специальности "инженер и прикладные науки". В течение трех лет он работал в NASA/JPL над проектами International Ultraviolet Explorer и Voyager, а затем десять лет трудился в компании Boeing в качестве старшего системного инженера и руководителя инженерного отдела. Затем Эд в течение пяти лет работал в компании Convex Computer Corporation в качестве системного инженера и менеджера по системному проектированию. Последние 25 лет Эд является успешным предпринимателем.

Алекс Аблаев, MBA, PhD - старший специалист по развитию бизнеса в мире. Ранее Алекс работал в подразделении ферментативного гидролиза компании Genencor, является президентом Российской ассоциации биотоплива, а также генеральным директором компании "НаноТайга", использующей технологии CelloFuel в России.

Алан Прайс (Alan Pryce, CEng) - главный инженер. Алан - опытный профессиональный инженер-механик - дипломированный инженер (CEng) - член Института инженеров-механиков (IMechE) - с более чем 10-летним опытом работы в области механического проектирования и управления проектами по автоматизации заводов в Великобритании и на европейских предприятиях. Более 30 лет он работал старшим консультантом по проектированию и руководителем проектов в компании Frazer-Nash Consultancy Ltd, участвуя во многих проектных и строительных контрактах в военной, железнодорожной, производственной и атомной промышленности.

Мария Харина, кандидат наук, старший научный сотрудник по микробиологии. Мария имеет степень кандидата наук в области биотехнологии и является исследователем с более чем 10-летним опытом работы. В 2016-2017 годах Мария была стипендиатом программы Фулбрайта в США.

Беверли Нэш - директор по маркетингу. Беверли руководит компанией Nash Marketing более 30 лет и обладает обширным опытом в области маркетингового планирования и развития как новых, так и уже существующих компаний. Беверли работала во многих мировых корпорациях, работающих на техническом рынке, и отвечала за планирование и управление многими программами, связанными со всеми аспектами развития компании и продукции.

Доктор Райан П. О'Коннор(www.oconnor-company.com) консультирует по вопросам стратегии интеллектуальной собственности и занимается патентным преследованием. Доктор О'Коннор получил степень по химической инженерии в Университете Нотр-Дам и докторскую степень по химической инженерии в Университете Миннесоты. Он подал более 1000 заявок на патенты США и РСТ и допущен к патентной практике в Бюро по патентам и товарным знакам США.

Портфель патентов компании Hamrick Engineering