CelloFuel - технологии, основанные на контроле бактериального загрязнения

Многие люди в мире не получают достаточного количества белка в своем рационе. В Индии эта проблема стоит особенно остро: многие люди являются вегетарианцами (или веганами) и поэтому не получают достаточного количества белка. Кроме того, у индийцев большая проблема с диабетом второго типа, потому что в рационе слишком много углеводов (рис и сахар). Мы предлагаем решение этой проблемы - производить белок из пищевых дрожжей из дробленого риса и излишков сахара по более низкой цене, чем соевый белок. Пищевые дрожжи также являются хорошим источником питания для вегетарианцев (и веганов) в Индии.

Мы предлагаем производить недорогие ферментеры, оснащенные нашими технологиями контроля загрязнения, для производства этого белка из дробленого риса и излишков сахара в Индии. Мы ищем компании в Индии, которые заинтересованы в сотрудничестве с нами для производства этих недорогих ферментеров и использования их для производства нашего продукта CelloFeed в Индии.

У нас есть два активных проекта, в которых используется наша запатентованная технология борьбы с бактериальным загрязнением:

  1. Производство доступного и полезного белка из риса, кукурузы и пшеницы

  2. Повышение эффективности и рентабельности бразильских и индийских заводов по производству этанола из сахарного тростника

Эти два проекта иллюстрируют некоторые способы использования новой технологии для получения прибыли по сравнению со старыми технологиями.

Бактериальное загрязнение - главная проблема при промышленном брожении этанола или выращивании дрожжей. Наш запатентованный метод предотвращает бактериальное заражение, используя мочевину в качестве единственного источника азота и поддерживая содержание никеля на уровне менее 1 мг/кг. Бактерии используют фермент уреазу для производства аммиака из мочевины, а этот фермент требует никеля в качестве кофактора. Без никеля бактерии не могут расти, если мочевина является единственным источником азота. Дрожжи используют фермент амидолиазу мочевины для производства аммиака из мочевины, поэтому дрожжи могут расти без никеля.

TorulaFeed™ из риса, кукурузы и пшеницы для получения доступного и полезного белка

Обзор

В последнее время многие компании, работающие на рынке растительных заменителей мяса, столкнулись с проблемой падения доходов. В чем причина этих проблем? В первую очередь, это противоречия в отношении питания, связанные с растительными продуктами, и их более высокая цена - зачастую они стоят значительно дороже, чем белки животного происхождения.

Параллельно с рынком растительных заменителей мяса существует гораздо более широкая возможность: источники белка для рыбы и кормов для животных, более полезные, чем соевая мука. Тем не менее соевая мука остается самым дешевым вариантом белка для корма животных.

TorulaFeed™ удовлетворяет оба рынка. Эта инновационная смесь дрожжей Torula и зернового белка обеспечивает высококачественное питание по низкой цене. Она дешевле, лучше усваивается и более питательна, чем соевая мука или другие белки растительного и животного происхождения.

Дрожжи не поддаются традиционным категориям: они не относятся ни к растительной, ни к животной пище, но при этом полезнее и того, и другого, подходят для рыб, животных и людей (в том числе веганов). В конце концов, большинство людей ежедневно употребляют дрожжи в хлебе. Дрожжи не только питательны и безопасны, но мы также решили самую сложную проблему - производство дрожжевого белка по более доступной цене, чем растительные или животные альтернативы, - благодаря прорыву в экономически эффективном производстве.

Новые исследования показывают, почему это важно: белок поддерживает здоровье, в то время как избыток углеводов и семенных масел (богатых жирными кислотами омега-6) может нанести ему вред. Такие злаки, как рис, кукуруза и пшеница, обычно содержат всего 10 % белка, 70 % углеводов (в основном крахмал), 1-4 % арабиноксилана (тип клетчатки) и 0,5-3 % масел омега-6. Наши запатентованные технологии эффективно восстанавливают белок из этих зерен, преобразуя менее полезные компоненты (крахмал, арабиноксилан и омега-6 масла) в дрожжи Torula .

Потенциальный размер рынка TorulaFeed белка TorulaFeed

Протеин TorulaFeed конкурирует на рынке растительных заменителей мяса, который оценивается в 20-24 миллиарда долларов США с ежегодными темпами роста (CAGR) в 7-9%.

Протеин TorulaFeed также конкурирует на рынке белковых ингредиентов для кормов для животных, который оценивается примерно в $230-250 млрд в 2023-2024 годах и, по прогнозам, достигнет $410 млрд к 2032 году при темпах роста 6-9%, что обусловлено расширением производства кормов для животных и аквакультуры.

В частности, для аквакультуры (ключевая цель благодаря безвредности TorulaFeed для рыб) мировой рынок аквакормов составляет 67-72 млрд долларов в 2024-2025 годах и, как ожидается, вырастет до 100-112 млрд долларов к 2030-2032 годам при темпе роста 4-7,5%.

Сбалансированный белок

Белок более ценен, когда входящие в его состав аминокислоты являются сбалансированным источником пищи для рыб, животных и людей. Белок риса, кукурузы и пшеницы содержит мало лизина и много метионина, в то время как дрожжевой белок богат лизином и не содержит метионина. Поэтому смесь этих двух видов белка более сбалансирована (а значит, и более ценна), чем только рисовый, кукурузный и пшеничный белок. Именно благодаря такому балансу и возникла современная тенденция веганского питания из сейтана (жизненно важной пшеничной клейковины), смешанного с пищевыми дрожжами.

Улучшение здоровья

Наша миссия - производить TorulaFeed , который дешевле и полезнее, чем белок из бобовых, таких как соя, горох и конские бобы. Эти бобовые содержат множество антипитательных факторов (ANFs), которые делают их менее чем идеальными для корма животных и питания людей. К ним относятся ингибиторы трипсина, лектины, олигосахариды, фитиновая кислота, сапонины, антигены, изофлавоны, танины - все они вредны в кормах. Плотоядные рыбы (лососевые/креветки) страдают энтеритом/проблемами роста при содержании более 30% сои. Молодые животные (поросята/цыплята/телята) сталкиваются с проблемами пищеварения; домашняя птица страдает от диареи и снижения роста. TorulaFeed не содержит ANFs, что позволяет получить более здоровую рыбу/курицу/свиней и более здоровый растительный белок для людей.

Снижение стоимости

Высокая стоимость производства дрожжевого белка по сравнению с соевым - одна из основных причин, по которой он не использовался ранее в качестве замены соевого белка, поэтому мы сосредоточились на запатентованных технологиях, позволяющих сделать производство недорогим.

Наш процесс позволяет сократить капитальные затраты (CAPEX) и эксплуатационные расходы (OPEX). В нем используются низкотемпературные ферменты для преобразования крахмала в молотом рисе, кукурузе и пшенице в простые сахара с одновременным выращиванием дрожжей Torula (Candida utilis) на этих сахарах в биореакторе с вращающимся барабаном (RDB). Воздух, продуваемый через барабан, обеспечивает испарительное охлаждение, и мы добавляем воду для поддержания влажности без излишней сырости. Мы собираем частичные партии дрожжей, а оставшуюся часть вместе с ферментами перерабатываем для ускорения последующих циклов.

В зависимости от страны, рис, кукуруза и пшеница являются наименее затратными источниками сахаров, получаемых из крахмала, и позволяют получать не только одноклеточный белок (SCP), но и преобразовывать масло в белок, а также включать в корм белок, калий и фосфор, содержащиеся в зерне.

Дизайн системы

Наша портативная конструкция помещается в 20-футовые контейнеры для перевозки грузов, при этом используются гофрированные барабаны из полиэтилена высокой плотности (HDPE) диаметром 2 м и длиной 5 м. Эти барабаны изготовлены из пищевого ПЭВП и не выщелачивают никель, как это делает нержавеющая сталь. Эти контейнеры собираются на заводе, штабелируются (до 4-х штук в высоту), перевозятся грузовиками/поездами и поддерживают быструю крупномасштабную установку.

Мощность и стоимость производства

Объем подкатного барабана составляет 15,7 м3. Он может быть заполнен на 1/3 от этого объема, что позволяет вместить 2,9 метрических тонн (МТ) молотого зерна и 2,9 МТ воды. Вальцовый барабан производит около 1,75 млн тонн TorulaFeed за 48-часовой цикл. Один контейнер перерабатывает 530 млн тонн зерна в год и производит 320 млн тонн TorulaFeed в год.

Если учесть, что зерно стоит $200/МТ, мочевина - $20/МТ, ферменты - $20/МТ, инактивация и сушка - $20/МТ, а также 5 кВт электроэнергии для вращения барабана и работы вентиляторов, то себестоимость производства TorulaFeed составит около $385/МТ.

Современным показателем качества белка является показатель усвояемости незаменимых аминокислот (DIAAS). Показатель DIAAS соевого шрота составляет около 90, а показатель DIAAS TorulaFeed - около 120.

Цена соевого шрота на мировом рынке составляет около $350/МТ. Поскольку показатель DIAAS у TorulaFeed на 30% выше, чем у соевого шрота, в нем меньше антипитательных факторов (ANF) и он более питателен, TorulaFeed можно выгодно продавать по цене выше $500/МТ с нормой прибыли выше 30%. Срок окупаемости составляет менее 6 месяцев.

Технологии

Этот процесс стал возможен благодаря использованию нашей технологии контроля бактериального загрязнения. Это позволяет проводить твердофазную ферментацию в RDB с рециркуляцией дрожжей/ферментов и испарительным охлаждением - без дорогостоящих погружных ферментеров, теплообменников, центрифуг и сушилок.

Мы специализируемся на экономически эффективных технологиях SCP для кормов, более полезных, чем соя. Мы лицензируем патенты, технологии и разработки для клиентов с дешевым рисом, кукурузой и пшеницей и доступом к рынкам кормов, ориентируясь на США, Бразилию, Россию, Индию, Китай, Аргентину и Мексику. Свяжитесь с нами для получения информации о лицензировании по адресу info@cellofuel.com.

Наш основной патент блокирует рост бактерий, ограничивая количество никеля (менее 1 мг/кг) и используя мочевину в качестве единственного источника азота - дрожжи процветают без никеля, а бактерии - нет. Использование этого патента позволяет осуществлять испарительное охлаждение и рециркуляцию дрожжей.

Управление процессом

Для оптимального роста дрожжей Torula необходимо поддерживать оптимальную температуру субстрата в барабане. Количество доступного охлаждения ограничено влажностью воздуха, поэтому мы контролируем температуру субстрата, изменяя два параметра - количество воздуха, продуваемого через барабан (испарительное охлаждение), и скорость вращения барабана (насыщение кислородом).

Ключевой частью управления процессом является запатентованная технология изменения условий роста для получения Candida utilis с пониженным уровнем рибонуклеиновой кислоты (РНК) и гликогена (углевода, похожего на крахмал).

Мы предоставляем программное обеспечение для управления процессом в рамках лицензирования. Основными входными данными для управления процессом являются концентрация кислорода и углекислого газа на выходе воздуха и температура воздуха на выходе. Мы также контролируем вес барабана с помощью тензодатчиков, чтобы контролировать влажность субстрата.

Наше базовое время цикла ферментации составляет 48 часов. На бразильских заводах по производству этанола из сахарного тростника время цикла составляет всего 12 часов, а на заводах по производству этанола из кукурузы компании POET, использующих процесс BPX, - 72 часа. Время нашего цикла можно сократить до 12-24 часов, перерабатывая больше дрожжей в каждом цикле и добавляя больше ферментов, гидролизующих гранулированный крахмал (GSHE). Время цикла можно увеличить до 72 часов, если рециркулировать меньше дрожжей в каждом цикле и уменьшить количество GSHE (снизить стоимость ферментов).

Вкус

Рисовый, кукурузный и пшеничный белок имеет относительно мягкий вкус, а дрожжи Torula придают интенсивный вкус умами (мясной), придавая смеси мясной аромат, который очень нравится рыбам, животным и людям.

Образцы рецептов

Мы подготовили несколько рецептов с использованием TorulaFeed, чтобы показать, как с его помощью можно приготовить полезные и вкусные гамбургеры с идеальным балансом омега-6 и омега-3 жирных кислот. TorulaFeed можно использовать и в других рецептах приготовления фрикаделек и говяжьего фарша. Производители продуктов питания могут выпускать котлеты TorulaBurger™ на продажу по аналогичным рецептам, предварительно подготовив их к приготовлению.

TorulaFeed™ и TorulaBurger™ являются торговыми марками компании Hamrick Engineering.

Элементы экономии Воздействие Пререквизит
Твердофазная ферментация с катящимся барабаном Отсутствие центрифуги или распылительной сушилки, низкая мощность, отсутствие пены, высокий уровень переноса кислорода
Гранулированные ферменты для гидролиза крахмала Отсутствие реактивной плиты и высоких температур
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) Более быстрое производство дрожжей
Испарительное охлаждение Отсутствие пластинчатого теплообменника или водяного охладителя Контроль бактериального загрязнения
Гофрированный барабан для прокатки ПНД 1/10 стоимости нержавеющей стали Испарительное охлаждение
Переработка дрожжей Более быстрое производство дрожжей Контроль бактериального загрязнения
Выращивание дрожжей Torula Использует масло и арабиноксилан из риса, кукурузы и пшеницы для производства белка
Контейнеры Массовое производство, простая установка, возможность штабелирования

Контроль загрязнения

Бактериальное заражение - главная проблема при промышленном брожении этанола или выращивании дрожжей. Наш запатентованный метод предотвращает ее, используя мочевину в качестве единственного источника азота и поддерживая уровень никеля ниже 1 мг/кг, что позволяет отказаться от кислотных промывок и антибиотиков. Мочевина добавляется постепенно во время одновременного осахаривания и ферментации (SSF), ускоряя процесс без проблем. Работает при pH 4-7.

Патент РСТ WO2024092285A2

Патент США № 12,297,423

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

Биореактор с вращающимся барабаном

Наш ферментер RDB использует наши патенты на контроль загрязнения для круглогодичного аэробного роста дрожжей на молотом рисе, кукурузе и пшенице. Его основой является гофрированный барабан из ПЭВП, что позволяет создавать большие, контейнерные, штабелируемые установки по цене менее 1000 долларов США за куб. м против более 15 000 долларов США за куб. м для традиционных (например, гофрированный барабан из ПЭВП стоит менее 1000 долларов США против более 9000 долларов США для нержавеющей стали). Эксплуатационные расходы ниже, чем при погружной ферментации.

В нем используются ферменты для гидролиза зернистого крахмала (GSHE: глюкоамилаза + альфа-амилаза), SSF при 38°C с дрожжами Torula (также известными как Candida utilis и Cyberlindnera jadinii), а также рециркуляция дрожжей/ферментов для ускорения процесса.

Испарительное охлаждение позволяет обойтись без теплообменников, что сокращает CAPEX/OPEX и потребность в очистке. Барабаны самоочищаются за счет абразивного износа при вращении. Сушка дешева при влажности суспензии ~50%. Установки контейнерные и автоматизированные.

Полезнее соевого белка

Наш ферментер RDB производит дрожжи, которые полезнее соевого белка и имеют конкурентоспособную цену. При выращивании сои используются вредные гербициды/пестициды, которые попадают в пищевую цепочку, кроме того, соя содержит антипитательные соединения (например, ингибиторы трипсина, лектины). Дрожжи обеспечивают лучший аминокислотный баланс, экологичность (требуется меньше земли) и питание для рыбы/курицы.

Низкие капитальные и эксплуатационные расходы делают TorulaFeed экономически выгодной и питательной альтернативой соевому шроту.

Дрожжи из риса, кукурузы и пшеницы

Наш ферментер RDB позволяет экономически эффективно производить богатые белком дрожжи из молотого риса, кукурузы и пшеницы. Крахмал гидролизуется до глюкозы с помощью ферментов GSHE (без варки), а дрожжи выращиваются одновременно (SSF). Это самый дешевый аэробный источник сахара - зеркальное отражение процесса производства этанола POET, но аэробный для дрожжей. Энергия сушки низкая при влажности ~50%.

Дрожжи Torula признаны безопасными (GRAS), одобрены во всем мире для употребления в пищу рыбами, животными и людьми, широко продаются компанией Lallemand в качестве усилителя вкуса и безопасно используются с 1930-х годов для употребления рыбами, животными и людьми.

Мы увеличиваем количество дрожжей Torula в TorulaFeed , добавляя ферменты ксиланазы для получения арабинозы и ксилозы из арабиноксилана (клетчатки) в пшенице и кукурузе, которые дрожжи Torula метаболизируют. Дрожжи Torula также метаболизируют масло в рисе, кукурузе и пшенице, тем самым снижая содержание линолевой кислоты (омега-6) в TorulaFeed.

Состав TorulaFeed

Качество белка

Обогащенная белком сухая смесь, которую мы производим, TorulaFeed, содержит около 50 % белка и имеет высокий балл DIAAS по качеству белка - от 116 до 123. Дрожжи Torula и зерновой белок уже несколько десятилетий используются для замены сои в кормах для рыб и животных, и их богатая белком смесь хорошо подходит для замены сои. Соя, горох и белок конских бобов также часто используются в кормах в качестве заменителей мяса, но в TorulaFeed меньше антипитательных факторов (ANF).

Дрожжи Torula содержат в два раза больше лизина, чем зерновой протеин, а зерновой протеин содержит в два раза больше метионина, чем дрожжи Torula , поэтому вместе они имеют хорошо сбалансированный аминокислотный состав. Нет никакой существенной пользы от добавления в TorulaFeed лизина или метионина.

Самым современным показателем качества белка является показатель усвояемости незаменимых аминокислот (DIAAS). Ниже приведены значения DIAAS для TorulaFeed из коричневого риса, кукурузы и пшеницы.

Витамины

Дрожжи Torula обогащены всеми витаминами группы В, кроме витамина В12, включая тиамин, рибофлавин и ниацин. Дрожжи Torula также обогащены эргостеролом, который может быть преобразован в витамин D2 (эргокальциферол) с помощью ультрафиолетового облучения.

Жирные кислоты

TorulaFeed содержит очень низкий уровень жирных кислот, поскольку дрожжи Torula метаболизируют масла риса, кукурузы и пшеницы до белка. На рисунке 3 в Babij (1969) показано, что по мере истощения запасов глюкозы и перехода дрожжей Torula в стационарное состояние, количество жирных кислот в дрожжах Torula становится очень низким.

Поскольку в нашем процессе масло из риса, кукурузы и пшеницы преобразуется в белок перед высокотемпературной сушкой, поскольку в дрожжах Torula очень низкий уровень жирных кислот, способных окисляться, и поскольку дрожжи Torula содержат значительное количество трегалозы (антиоксиданта), прогорклые запахи при сушке и хранении TorulaFeed отсутствуют. Поскольку срок хранения инактивированных сушеных дрожжей Torula составляет 1-2 года, срок хранения TorulaFeed также составляет 1-2 года.

Мы производим корма для животных и котлеты для гамбургеров с TorulaFeed , добавляя 80/20% смеси масла канолы и льняного масла, чтобы обогатить TorulaFeed равным количеством омега-6 и омега-3 жирных кислот.

Поскольку масло канолы также содержит антиоксиданты токоферол (витамин Е), омега-3 жирные кислоты из льняного масла не окисляются при использовании этого масла для жарки или выпечки, что делает его идеальным маслом для добавления в котлеты для гамбургеров с идеальным балансом омега-6 и омега-3 жирных кислот. Это масло также приятно на вкус. Смесь омега-6 и омега-3 жирных кислот в соотношении 1:1 также хорошо подходит для кормления рыбы, кур и свиней.

Корм Балл DIAAS Белок / 100 г корма Линолевая кислота (LA) / 100 г корма Альфа-линоленовая кислота (ALA) / 100 г корма Соотношение LA : ALA
Коричневый рис 89 8.5 g 0.90 g 0.04 g 22.5
Кукуруза с желтыми зубчиками 62 8.8 g 2.12 g .05 g 42.4
Пшеница 60 14.8 g 0.67 g .07 g 9.6
Бобы фаба 55 26 g 0.58 g 0.05 g 11.6
Концентрат горохового белка 82 80 g 1.69 g 0.32 g 5.3
Соевая мука 91 49 g 0.82 g 0.11 g 7.5
Torula дрожжи 95 50 g 0.5 g 0.125 g 4
TorulaFeed (рис) 116 54 g .25 g 0.0625 g 4
TorulaFeed (кукуруза) 123 56 g .25 g 0.0625 g 4
TorulaFeed (пшеница) 116 54 g .25 g 0.0625 g 4
Еда Балл DIAAS Белок / 100 г пищи Линолевая кислота (LA) / 100 г продукта Альфа-линоленовая кислота (ALA) / 100 г продукта Соотношение LA : ALA
Атлантический лосось (дикий) 100 20 g 0.17 g 0.14 g 1.2
Атлантический лосось (выращенный) 100 20 g 1.67 g 0.11 g 15
Курица (выращенная на пастбище) 108 21 g 1.50 g 0.15 g 10
Курица (зерновое питание) 108 21 g 2.20 g 0.05 g 44
Яйца (выращенные на пастбище) 112 13 g 1.00 g 0.15 g 6.7
Яйца (зерновое питание) 112 13 g 1.83 g 0.06 g 30.5
Свинина (откормленная зерном) 113 21 g 0.50 g 0.02 g 25
Говядина (откормленная травой) 109 21 g 0.20 g 0.08 g 2.5
Говядина (зерновое откармливание) 109 21 g 0.40 g 0.02 g 20
Молоко (вскормленное травой) 114 3.3 g 0.08 g 0.05 g 1.6
Молоко (зерновое питание) 114 3.3 g 0.10 g 0.02 g 5

TorulaFeed в кормах для рыб и животных и в продуктах питания

Приятность (вкус) TorulaFeed

Зерновой белок содержит очень мало свободной глутаминовой кислоты и относительно безвкусен.

Сухие дрожжи Torula богаты глютаминовой кислотой, что придает смеси приятный мясной вкус, но при этом подходит для вегетарианцев и веганов.

Цвет TorulaFeed

Зерновой белок из риса и пшеницы имеет нейтральный цвет, а зерновой белок из кукурузы - желтоватый, поскольку содержит каротиноиды.

Эти каротиноиды могут стать проблемой в аквакультуре, особенно для лососевых видов рыб, таких как радужная форель и лосось. Высокие уровни включения в рацион рыбы были связаны с неоптимальной пигментацией мышц, когда желтые каротиноиды откладываются в мясе, что приводит к нежелательному желтоватому оттенку, а не к предпочтительному розовому или оранжевому оттенку от добавленного астаксантина. У нелососевых рыб (например, сома или тилапии) может наблюдаться аналогичное пожелтение филе.

При скармливании птице эти каротиноиды часто ценятся за усиление желтой окраски желтков и кожи, что является желательным на многих рынках.

При употреблении каротиноидов животными и людьми не отмечено никаких существенных недостатков, и они часто оказывают антиоксидантное действие и полезны для здоровья глаз.

Сушеные дрожжи Torula имеют загорелый или светло-коричневый цвет и не придают существенного оттенка при употреблении в пищу рыбой, животными или людьми.

Содержание РНК в дрожжах Torula

Людям требуется около 0,8 г белка в день на килограмм массы тела. Средний человек весит около 62 кг (137 фунтов), поэтому ему требуется около 50 г белка в день. Если половина суточной потребности в белке обеспечивается за счет TorulaFeed, то это потребует 25 г белка из TorulaFeed - около 61 г TorulaFeed в день, из которых около 34 г дрожжей Candida utilis в день. При нормальных условиях роста содержание рибонуклеиновой кислоты (РНК) в Candida utilis составляет около 10% от сухого вещества, поэтому 34 г Candida utilis содержат около 3,4 г РНК. Рекомендуемое максимальное суточное потребление РНК составляет менее 2 г/день, поэтому необходимо снизить содержание РНК в Candida utilis для потребления рыбой, животными и людьми.

У нас есть запатентованный метод снижения содержания РНК и гликогена в Candida utilis путем изменения условий роста. Это позволяет снизить среднесуточное потребление РНК до уровня менее 1 г/день при одновременном снижении содержания гликогена.

Высокотемпературная сушка TorulaFeed преследует две цели: инактивирует дрожжевые клетки, делая их нежизнеспособными и безопасными для употребления, а также улучшает усвояемость за счет разрушения прочных компонентов клеточной стенки. TorulaFeed содержит мало липидов (жиров), поэтому высокотемпературная сушка не вызывает прогорклого привкуса масла, содержащегося в рисе, кукурузе и пшенице. Отсутствие липидов в TorulaFeed также позволяет хранить TorulaFeed в сухом виде в течение длительного времени (жиры могут прогоркнуть под воздействием кислорода). Кроме того, он обогащен витаминами группы В. Мы производим корма для животных и котлеты для гамбургеров с TorulaFeed , добавляя 80/20% смеси масла канолы и льняного масла, чтобы обогатить TorulaFeed равным количеством омега-6 и омега-3 жирных кислот.

Поскольку масло канолы содержит антиоксиданты токоферол (витамин Е), омега-3 жирные кислоты из льняного масла не окисляются при использовании этого масла для жарки или выпечки, что делает его идеальным маслом для добавления в котлеты для гамбургеров с идеальным балансом омега-6 и омега-3 жирных кислот. Это масло также приятно на вкус. Смесь омега-6 и омега-3 жирных кислот в соотношении 1:1 также хорошо подходит для кормления рыбы, кур и свиней.

Медицинские аспекты TorulaFeed при употреблении рыбами, животными и людьми

TorulaFeed полезен для рыб, кур, свиней и людей. Коэффициент конверсии корма (кг корма/кг прироста веса) составляет 1,0-2,0 для рыбы, 1,7-2,0 для курицы, 2,5-3,5 для свиней и 6,0-10,0 для крупного рогатого скота (наименее эффективно). Кормовая ценность дрожжей Torula датируется 1940-ми годами в Германии. Мировое производство: ~140 млн тонн птицы, 110 млн тонн свиней, 90 млн тонн аквакультуры в год.

Незаменимые жирные кислоты

Люди не могут вырабатывать эти жирные кислоты, а без них они не могут жить:

  1. Альфа-линоленовая кислота (ALA, омега-3): Здоровье сердца/мозга, противовоспалительное действие (в семенах льна, чиа, грецких орехах).

  2. Линолевая кислота (LA, омега-6): Кожа/волосы, рост, мембраны (в растительных маслах, орехах).

При избыточном потреблении омега-6 жирных кислот возникают нарушения обмена веществ, а TorulaFeed, наряду с 80/20% смесью масла канолы и льняного масла, производит корм, содержащий равное количество ALA и LA. Человеческий организм преобразует их в EPA/DHA, а баланс ALA и LA в рационе предотвращает воспаления, вызванные избытком LA.

Соя, горох и конские бобы содержат избыток омега-6 и не содержат омега-3/EPA/DHA, что прямо или косвенно приводит к ухудшению здоровья людей. Дрожжи полезнее для здоровья.

Антипитательные факторы (АПФ) в бобовых культурах

Бобовые, такие как соя, горох и конские бобы, содержат множество антипитательных факторов, которые делают их менее чем идеальными для кормления рыб, животных и людей. К ним относятся ингибиторы трипсина, лектины, олигосахариды, фитиновая кислота, сапонины, антигены, изофлавоны, танины - все они вредны в кормах. Плотоядные рыбы (лососевые/креветки) страдают энтеритом/проблемами роста при содержании более 30% сои. Молодые животные (поросята/цыплята/телята) страдают от проблем с пищеварением; домашняя птица - от диареи и снижения роста. Дрожжи не содержат ANFs, что делает рыбу/курицу/свиней более здоровыми.

Повышение усвояемости TorulaFeed

В дрожжах и зерновых остатках нет ANF, но фитаты и некрахмальный полисахарид (NSP) арабиноксилан могут снизить переваримость TorulaFeed.

Злаки содержат фитат, который связывает фосфаты и вызывает хелатирование многих важных минералов. Несмотря на то, что Candida utilis выделяет фитазу для освобождения фосфатов, содержащихся в фитатах, добавление фитазы во время выращивания TorulaFeed может быть полезным.

Арабиноксилан из зерна не переваривается рыбой, курами, свиньями и людьми. Несмотря на то, что Candida utilis выделяет ксиланазу, добавление ксиланазы во время ферментации может повысить урожайность Candida utilis (которая растет на ксилозе и арабинозе) и улучшить усвояемость TorulaFeed.

Животные Рекомендуемый уровень включения TorulaFeed Ключевые основания для рекомендаций
Лосось 20% (до 25% в некоторых испытаниях) Не оказывает негативного влияния на рост и здоровье; потенциально полезен для кишечника; при смешанном питании может нарушить микробиом.
Курица 20% Поддерживает производительность и выход туши; более высокий уровень ухудшает эффективность кормления.
Свинья 20-26% Не вызывает отрицательного роста и диареи; повышает эффективность; до 40% замещения белка.
Собака До 20% Высокая вкусовая привлекательность и усвояемость, противовоспалительные свойства; нормативных ограничений нет, но они соответствуют результатам исследований.
Кот 20% Высокая вкусовая привлекательность и перевариваемость; ограничена проблемами качества фекалий.

Использование TorulaFeed в продуктах питания

TorulaFeed - это сухая смесь переработанных твердых частиц риса, кукурузы и пшеницы и дрожжей Torula , которая по вкусу напоминает мясо. Она не требует охлаждения и может быть быстро восстановлена в качестве здоровой замены мяса для гамбургеров (говяжьего фарша). Он хорошо подходит для любого рынка, где есть потребители, заботящиеся о здоровье, вегетарианцы и веганы. Это вкусный продукт с ореховым, дымным или "умами" вкусом, обусловленным дрожжами, в сочетании с более мягким, похожим на зерно вкусом остатков риса, кукурузы и пшеницы. Дрожжи Torula хорошо зарекомендовали себя в качестве усилителя вкуса в продуктах питания, где они ценятся за свои пикантные качества и способность улучшать общую вкусовую привлекательность различных продуктов. Они подходят для включения в состав продуктов питания, поскольку и молотое зерно, и дрожжи Torula признаны безопасными для употребления (дрожжи Torula имеют статус GRAS от FDA), а также потому, что аналогичные одноклеточные белковые продукты на основе дрожжей или ферментированные субстраты уже включены в состав таких продуктов, как приправы, спреды, супы, соусы, закуски и вегетарианские альтернативы.

TorulaFeed не содержит диетических углеводов, обладает хорошим балансом незаменимых аминокислот и низким содержанием жиров (без липидов), что делает его особенно полезным для здоровья дополнением к нашему рациону.

TorulaFeed производится с пониженным содержанием рибонуклеиновой кислоты (РНК), что решает проблему повышенного уровня мочевой кислоты из-за высокого содержания нуклеиновой кислоты. В описанном процессе используются ферменты пищевого класса и штамм дрожжей, широко используемый в пищевой промышленности, что подтверждает его пригодность.

Рецепты с использованием TorulaFeed для веганских бургеров

Общие элементы во всех рецептах

Масло представляет собой смесь 80/20% масла канолы и льняного масла, по желанию дополненную ароматизаторами, например, трюфелем.

В качестве связующего вещества используется либо метилцеллюлоза E461, либо молотое льняное семя. Если это молотое льняное семя, добавьте равное количество масла канолы.

Добавление масла канолы обеспечивает соотношение омега-6 и омега-3 жирных кислот 1:1, а также добавляет антиоксиданты.

Основной рецепт низкоуглеводного веганского бургера

В этом простом рецепте подчеркивается вкус TorulaFeed , а связующее вещество обеспечивает твердую текстуру. Он минимально приправлен, чтобы подчеркнуть умами дрожжей Torula и сохранить низкое содержание углеводов. Получается 4 котлеты (около 100 г каждая после приготовления).

Ингредиенты:

  • 200 г TorulaFeed

  • 15 г связующего вещества; поглощает влагу

  • 5 г смешанных специй (например, луковый порошок, чесночный порошок, копченая паприка)

  • 2 г соли

  • 150-180 мл воды (регулируйте по консистенции)

  • 10 г масла (для смешивания или приготовления пищи; содержит минимальное количество углеводов)

Инструкции:

  1. Смешайте TorulaFeed, связующее, специи и соль в миске.

  2. Постепенно добавляйте воду и масло, перемешивая до образования плотного теста (дайте постоять 10-15 минут, чтобы оно загустело и связалось).

  3. Разделите на 4 порции и сформируйте котлеты.

  4. Обжарьте в сковороде с антипригарным покрытием на среднем огне по 4-5 минут с каждой стороны до хрустящей корочки или запекайте при 190°C (375°F) в течение 15-20 минут.

  5. Подавайте с низкоуглеводными начинками, например, нарезанными помидорами или веганским сыром.

Пищевые заметки:

  • Около 19,6 г белка на одну лепешку

  • Без углеводов в каждой котлете

  • Около 1 г омега-6 и 1 г омега-3 жирных кислот на лепешку

Рецепт низкоуглеводного веганского бургера с добавлением шпината

В этом варианте добавляется мелко нарезанный шпинат для дополнительной влаги и питательных веществ, связующий компонент без яиц и злаков. При этом сохраняется низкое содержание углеводов и свежий, зеленый вкус. Получается 4 котлеты.

Ингредиенты:

  • 200 г TorulaFeed

  • 100 г свежего шпината (нарезанного и подвяленного, чтобы уменьшить объем)

  • 12-граммовый скоросшиватель

  • 5 г трав и специй (например, базилик, кумин, черный перец)

  • 2 г соли

  • 120 мл воды

  • 8 г масла (для поджаривания шпината и скрепления)

Инструкции:

  1. Нарезанный шпинат обжарьте в 4 г масла на среднем огне в течение 2-3 минут, затем остудите.

  2. Соедините TorulaFeed, связующее вещество, травы, специи и соль.

  3. Добавьте завядший шпинат, воду и оставшееся масло; отдохните 10 минут для связывания.

  4. Сформируйте 4 котлеты и обжарьте на гриле или в сковороде по 5 минут с каждой стороны.

  5. Подайте на стол с зеленью, чтобы получить ультранизкоуглеводное блюдо.

Рецепт низкоуглеводного веганского бургера с баклажанами и специями

В состав входят обжаренные баклажаны для придания мясной текстуры с дымком, а связующее вещество используется для получения твердой лепешки, в результате чего на одну лепешку приходится ~8 г чистых углеводов. Баклажан придает объем без значительного количества белка или углеводов. Получается 4 котлеты.

Ингредиенты:

  • 200 г TorulaFeed

  • 80 г баклажанов (нарезанных кубиками и обжаренных)

  • 14-граммовый скоросшиватель

  • 6 г специй (например, порошок чили, кориандр, куркума)

  • 2 г соли

  • 140 мл воды

  • 10 г масла (для обжаривания и перемешивания)

Инструкции:

  1. Нарежьте баклажаны кубиками, обмажьте 5 г масла и обжаривайте при 200°C (400°F) в течение 15 минут до мягкости.

  2. Обжаренные баклажаны слегка разомните в пюре и смешайте с TorulaFeed, связующим, специями и солью.

  3. Добавьте воду и оставшееся масло; дайте смеси увлажниться в течение 15 минут.

  4. Сформируйте 4 котлеты и запекайте при 190°C (375°F) в течение 20 минут, перевернув один раз, или обжарьте на сковороде.

  5. Подавайте с маринованными овощами, чтобы придать им дополнительную остроту.

Использование метилцеллюлозы E461 в качестве связующего вещества

Лидерами рынка веганских мясных котлет являются Impossible Burger, Beyond Burger, Gardein Ultimate Plant-Based Burger, Lightlife Plant-Based Burger и Incogmeato Burger Patties. Все они используют метилцеллюлозу E461 в качестве связующего вещества в своих растительных котлетах для бургеров, что позволяет получить более сочную, похожую на мясо текстуру, которую предпочитают некоторые люди. Она застывает при нагревании, помогая котлетам сохранять форму во время приготовления и обеспечивая сочность при остывании. Метилцеллюлоза производится из растительного целлюлозного волокна, одобрена для использования в пищевых продуктах по всему миру и стоит относительно недорого.

Использование льняного семени в качестве связующего вещества

Молотое льняное семя, смешанное с равным количеством масла канолы, также является полезным связующим веществом. Он не такой твердый при приготовлении, но некоторые потребители считают его более натуральным, чем метилцеллюлоза, что он добавляет равное количество омега-6 и омега-3 жирных кислот и что он довольно вкусный. В сочетании с антиоксидантами масла канолы оно не дает неприятного привкуса из-за перекисного окисления при жарке.

Стоимость белка в продуктах питания

Если сравнивать стоимость килограмма белка в разных продуктах, то имеющиеся в продаже веганские мясные котлеты в 3 раза дороже говяжьего фарша и почти в 50 раз дороже TorulaBurger™ (см. ниже). Веганские мясные котлеты рассчитаны на состоятельных потребителей, которые не чувствительны к стоимости продуктов питания, в то время как TorulaBurger - это недорогой источник белка, такого же полезного, как лосось, но по цене в 1/30 от стоимости килограмма белка в лососе.

Источник белка Розничная стоимость за кг белка
Невозможный бургер Патти $157/кг
Патти для бургера Beyond Burger $124/кг
Филе лосося (атлантического, выращенного) $85/кг
Говяжий фарш (85-90% постного мяса) $51/кг
Яйца $48/кг
Свиная вырезка (без костей и кожи) $31/кг
Куриная грудка (без костей и кожи) $30/кг
TorulaBurger™ $3/кг

Биореактор с вращающимся барабаном, очищаемый на месте (CIP)

В начале каждого цикла ферментации молотое зерно обрабатывается паром с относительной влажностью 100%. Это убивает все бактерии, дрожжи и грибки в зерне.

При выращивании Candida utilis в биореакторе с катящимся барабаном с использованием некрахмальных частей риса, кукурузы и пшеницы (т. е. отрубей) в качестве опоры, частицы увлажненных отрубей в сочетании с вращением барабана со скоростью 3 об/мин и наличием 8 подъемников (высотой 150 мм) способствуют постоянному кувырканию и каскадному перемещению субстрата. Это механическое воздействие приводит к истиранию между частицами отрубей и стенками барабана, которые изготовлены из полиэтилена высокой плотности (HDPE) - гладкого, антипригарного материала с низкой поверхностной энергией, который по своей природе противостоит прилипанию.

Абразивное воздействие от вращающегося субстрата эффективно очищает внутреннюю поверхность барабана, предотвращая накопление материала на стенках. В литературе, посвященной использованию РБД для SSF (в том числе с пшеничными отрубями), подчеркиваются такие проблемы, как теплопередача, перемешивание и загрязнение, но не сообщается о загрязнении стенок или сгущении биопленки, даже при длительной эксплуатации.

Candida utilis в основном растет на частицах отрубей, а не образует обширные биопленки на поверхности барабана, особенно в сухих, аэрируемых условиях с испарительным охлаждением и пневматической транспортировкой. Непрерывное добавление и удаление отрубей поддерживает динамический поток, уменьшая возможность образования статического электричества.

Таким образом, истирание отрубей обеспечивает чистоту барабана в течение нескольких месяцев, при этом не наблюдается прогрессирующего образования биопленки.

Кроме того, мы используем подачу пара для инактивации, стерилизации и сушки TorulaFeed, чтобы его можно было упаковать для отправки прямо из биореактора с катящимся барабаном. Для этого мы повышаем температуру TorulaFeed до 65 C при относительной влажности 100%, при этом пар не воздействует на ПЭВП в барабане. Это полностью инактивирует дрожжи и любые бактерии, которые могут находиться в TorulaFeed. Затем мы используем испарительное охлаждение для подготовки TorulaFeed к упаковке и продаже.

Целевые рынки

Мы ориентируемся на регионы с обилием дешевого риса, кукурузы и пшеницы и высоким спросом на рыбу и корма для животных. Сахар из гидролизованного риса, кукурузы и пшеницы дешевле, чем меласса для выращивания дрожжей.

В Индии производится самый недорогой белый рис в виде 100%-ного дробленого риса (побочный продукт размола). Производится около 20 млн тонн в год и стоит на внутреннем индийском рынке около $250/тонна. Добавление рисовых отрубей по цене около $200/МТ позволяет получить продукт, аналогичный коричневому рису, но менее дорогой, поскольку битый рис стоит гораздо дешевле белого.

Страна Кукуруза Цена Пшеница Цена
Соединенные Штаты 377 млн т/г $157/МТ 54 млн т/г $221/МТ
Китай 295 млн т/г $321/МТ 140 млн т/г $285/МТ
Бразилия 132 млн т/г $191/МТ 8 млн т/г $231/МТ
Аргентина 50 млн т/г $174/МТ 19 млн т/г $232/МТ
Россия+Украина 41 млн т/г $175/МТ 105 млн т/г $234/МТ
Индия 43 млн т/г 315 $/МТ 113 млн т/г $293/МТ
Мексика 25 млн т/г $210/МТ 3 млн т/г $262/МТ

Улучшенный контроль загрязнения на заводах по производству этанола из бразильского сахарного тростника

Мы разработали технологии для экономически эффективного контроля бактериального загрязнения в ходе крупномасштабной дрожжевой ферментации (как аэробной, так и анаэробной). Вместо того чтобы добавлять в ферментер антибактериальные вещества или использовать промывку серной кислотой для уничтожения бактерий во время переработки дрожжей, мы исключаем выщелачивание никеля и используем мочевину в качестве единственного источника азота. Бактерии не могут расти на мочевине без никеля в качестве кофактора, а дрожжам для роста на мочевине нужен только биотин.

Этот метод позволяет проводить ферментацию без соблюдения асептических условий и, таким образом, является гораздо менее дорогостоящим, чем традиционные методы ферментации.

Пример использования в Бразилии:

Эта технология может быть использована на заводах по производству этанола из сахарного тростника в Бразилии для повышения эффективности, производства большего количества этанола, снижения пенообразования и уменьшения сильного запаха от винассы. Изменения, внесенные с помощью этого метода контроля загрязнения, позволяют использовать рециркуляцию дрожжей без кислотной промывки для ускорения времени ферментации на заводах по производству гибких материалов.

Необходимые изменения: Для интеграции нашего метода контроля загрязнения требуются минимальные изменения:

  1. Используйте мочевину в качестве единственного источника азота, заменяя ею сульфат аммония

  2. Использование порционной подачи мочевины

  3. Убедитесь, что в теплообменниках используется нержавеющая сталь марки 316 (не марки 304)

  4. Не используйте кислотную промывку, перерабатывайте дрожжевые сливки прямо из центрифуги.

  5. Очистка чанов с помощью распыления воды под высоким давлением, без использования каустика

Преимущества:

  1. Уменьшает загрязнение дикими дрожжами: При использовании быстрорастущего штамма S. cerevisiae, такого как PE-2, не происходит бактериального заражения, загрязнения D. bruxellensis и другими дикими дрожжами.

  2. Уменьшает пенообразование: Пенообразование снижается, так как устраняется внеклеточный белок лактобацилл.

  3. Уменьшение сильных запахов: Исключение серы из промывки и замена сульфата аммония на мочевину приводит к значительному снижению содержания серы в винассе, что уменьшает сильный запах от бактерий, вырабатывающих сероводород из винассы. Отказ от использования диоксида серы при осветлении сока сахарного тростника может еще больше снизить сильный запах от винассы.

  4. Уменьшает загрязнение дистилляционных колонн: Отказ от промывки серной кислотой исключает добавление растворимого сульфата кальция в дистилляционные колонны при восстановлении этанола из этой промывки. Сульфат кальция из промывки также выпадает в осадок в дистилляционной колонне, вызывая ее засорение и требуя дополнительной очистки.

  5. Повышает эффективность дистилляции: Сернокислотная промывочная вода разбавляет дистиллируемое сусло, что увеличивает затраты энергии и времени на дистилляцию. Более эффективно переносить этанол вместе с переработанными дрожжами в следующий цикл брожения.

  6. Увеличивает прибыль: Экономия затрат значительна благодаря сокращению времени на изготовление одной партии на 2-4 часа и повышению эффективности процесса. Увеличение дохода типичного бразильского завода по производству этанола из сахарного тростника, производящего на 6 % больше этанола (12 миллионов литров) за счет устранения бактериального загрязнения в ферментерах, составляет примерно 6 000 000 долларов в год при цене этанола 0,50 доллара за литр. Эта цифра может варьироваться от 3,6 до 8,4 миллиона долларов в зависимости от цен на этанол или размера завода. Экономия средств за счет отказа от промывки серной кислотой составляет около 500 000 долларов в год. Экономия средств за счет исключения сульфата кальция из дистилляционных колонн составляет около 1,3 миллиона долларов в год. Экономия средств за счет сокращения времени цикла обработки партии с 12-15 часов до 10-12 часов составляет около 1,3 миллиона долларов в год. Общая экономия затрат составляет около 10 000 000 долларов в год для крупного завода по производству этанола из сахарного тростника.

Цикл ферментации при производстве этанола из бразильского сахарного тростника

В Бразилии для производства этанола из сахарного тростника обычно используется процесс Мелле-Бойнота - процесс ферментации с питанием, который широко применяется благодаря своей эффективности и масштабируемости. Процесс начинается с подготовки субстрата, обычно сока сахарного тростника или мелассы, получаемых в результате переработки сахарного тростника. Этот субстрат, богатый ферментируемыми сахарами, такими как сахароза, глюкоза и фруктоза, подается в большие ферментационные чаны. Брожение осуществляется дрожжами Saccharomyces cerevisiae, устойчивым штаммом, хорошо подходящим для производства этанола.

  • Фаза брожения: Дрожжи сбраживают сахар в этанол и углекислый газ в течение 6-12 часов, в зависимости от таких факторов, как температура (поддерживается на уровне 30-34°C), концентрация сахара и активность дрожжей. Процесс происходит по принципу "feed-batch", то есть субстрат добавляется постепенно, чтобы не перегружать дрожжи высоким уровнем сахара, который может препятствовать брожению.

  • Фаза сбора урожая: После завершения ферментации сброженный бульон (содержащий этанол, дрожжи, воду и остаточные сахара) центрифугируют. При этом жидкая фракция (так называемое "вино", содержащее этанол) отделяется от дрожжевой биомассы. Богатая этанолом жидкость поступает на дистилляцию для очистки и концентрации этанола, а дрожжи собираются для повторного использования.

  • Рециркуляция дрожжей: В стандартном процессе примерно 90-95% центрифугированных дрожжей перерабатывается для следующего цикла ферментации, чтобы сохранить высокую производительность и снизить затраты. Перед переработкой дрожжи часто подвергают кислотной (с использованием серной кислоты) или водной промывке, чтобы удалить загрязнения, в частности бактерии, и освежить дрожжи, уменьшив скопление побочных продуктов ферментации и мертвых клеток.

  • Очистка чанов: После каждого цикла ферментационные чаны очищаются, чтобы удалить остатки и предотвратить загрязнение следующей партии. Обычно для такой очистки используется каустическая сода (гидроксид натрия), часто нагретая, для обеспечения тщательной санитарной обработки, после чего следует промывка.

Этот цикл повторяется многократно, используя переработанные дрожжи для достижения максимальной эффективности в крупномасштабной бразильской индустрии этанола, которая производит миллиарды литров в год.

Улучшения без бактериального загрязнения и без дрожжевой стирки

Теперь рассмотрим модифицированный процесс, при котором во время ферментации не происходит бактериального заражения, а центрифугированные дрожжи не промываются кислотой или водой. Вместо этого 95 % дрожжей перерабатываются непосредственно без промывки. Вот как это изменяет и потенциально улучшает процесс:

Операционные улучшения

  1. Устранение восстановления этанола из кислотной промывки:

    • В стандартном процессе кислотная промывка дрожжей может разбавить остаточный этанол, прилипший к биомассе дрожжей. Этот этанол необходимо регенерировать (например, путем дистилляции), что требует дополнительных энергозатрат. Пропуская промывку, этанол не теряется в промывочном растворе, что исключает этот процесс восстановления и экономит энергию.

  2. Нет нейтрализации кислот:

    • Кислотная промывка требует нейтрализации кислой дрожжевой суспензии (например, с помощью основания, такого как известь) перед переработкой, чтобы не навредить дрожжам и не изменить pH брожения. Пропуск промывки устраняет необходимость в нейтрализации, что сокращает расход химикатов, переработку отходов и сопутствующие расходы.

  3. Упрощенный процесс:

    • Устранение этапа промывки упрощает работу за счет сокращения количества технологических операций, уменьшения трудозатрат, обслуживания оборудования и расхода воды.

Эти изменения повышают эффективность предприятия, снижая затраты на электроэнергию, химикаты и эксплуатационные расходы.

Равновесная концентрация метаболитов и мертвых клеток

Без промывки переработанные дрожжи переносят метаболиты брожения (например, органические кислоты, такие как уксусная кислота, глицерин и высшие спирты) и слабые или мертвые дрожжевые клетки в каждый новый цикл. Вот как это стабилизируется:

  • Накопление: Первоначально концентрация этих компонентов увеличивается с каждым циклом, поскольку 95% дрожжей, включая их метаболиты и мертвые клетки, используются повторно.

  • Удаление и разбавление:

    • 5% потери дрожжей: 5% дрожжей, которые не перерабатываются (выбрасываются или теряются), удаляют небольшую часть этих компонентов из системы.

    • Добавление свежего субстрата: В каждом цикле вносят свежий сок сахарного тростника или мелассу, разбавляя концентрацию метаболитов в ферментационном бульоне.

  • Равновесие: За несколько циклов достигается равновесная концентрация, при которой скорость производства метаболитов и накопления мертвых клеток равна их удалению (за счет потери 5% дрожжей) и разбавлению (за счет свежего субстрата). Этот равновесный уровень будет выше, чем в системе с промытыми дрожжами, где промывка удаляет часть метаболитов и мертвых клеток каждый цикл. Однако, поскольку Saccharomyces cerevisiae толерантна ко многим собственным побочным продуктам (до определенного порога), а бактериальная конкуренция отсутствует, эта более высокая концентрация является управляемой без существенного снижения эффективности брожения.

Количественно это равновесие зависит от условий ферментации (например, концентрации сахара, продолжительности цикла), но качественно оно стабилизируется на уровне, отражающем баланс производства, потерь и разбавления.

Улучшение времени цикла при использовании чанов с водяной промывкой

Наконец, подумайте о том, как отказ от мытья дрожжей улучшает общее время цикла, когда бродильные чаны очищаются водой, а не каустиком:

  • Компоненты стандартного времени цикла:

    • Брожение: 6-12 часов.

    • Сбор урожая (центрифугирование): ~1-2 часа.

    • Промывка дрожжей: В стандартном процессе промывка кислотой или водой, нейтрализация и ополаскивание занимают 1-2 часа (в зависимости от масштаба и метода).

    • Очистка чана: Каустическая очистка, часто с нагревом и последующим ополаскиванием, занимает 2-3 часа и более.

  • Модифицированный процесс:

    • Отсутствие промывки дрожжей: отказ от промывки позволяет сэкономить 1-2 часа за цикл. После центрифугирования дрожжи сразу же утилизируются, что сокращает значительный этап подготовки.

    • Чаны с водяной промывкой: Очистка чанов водой вместо каустика происходит быстрее - потенциально время очистки может сократиться до 1-2 часов, поскольку она позволяет избежать нагрева, длительного воздействия химикатов и тщательного ополаскивания. Воды здесь достаточно, поскольку бактериальное загрязнение отсутствует, а цель - просто удалить физические остатки (дрожжи, сахар), а не провести глубокую дезинфекцию.

  • Комбинированный эффект: Без промывки дрожжей время между циклами брожения напрямую сокращается. В сочетании с быстрой очисткой чана водой время простоя еще больше сокращается, что позволяет быстрее возобновить цикл. Например, цикл, занимавший 12-15 часов (ферментация + сбор урожая + промывка + очистка каустиком), может сократиться до 10-12 часов, что повысит производительность.

Отсутствие бактериального загрязнения позволяет упростить процесс ферментации без риска для его эффективности, поскольку бактерии, с которыми обычно борются с помощью промывки кислотой и очистки каустиком, не являются фактором.

Заключение

В бразильском производстве этанола из сахарного тростника стандартный цикл ферментации с питанием включает брожение сока сахарного тростника или мелассы с Saccharomyces cerevisiae, затем центрифугирование, промывку дрожжей и очистку чана с помощью каустика. При отсутствии бактериального заражения 95% центрифугированных дрожжей перерабатывается без промывки:

  • Благодаря отказу от регенерации этанола и нейтрализации кислоты улучшается работа завода, что позволяет экономить энергию, химикаты и время.

  • Концентрация метаболитов и мертвых клеток достигает более высокого, но стабильного равновесия, уравновешенного потерей дрожжей и разбавлением субстрата, допустимого благодаря отсутствию бактериального вмешательства.

  • Время цикла сокращается за счет исключения этапа промывки дрожжей (экономия 1-2 часа), а при промывке чанов водой вместо очистки каустиком время очистки еще больше сокращается (1-2 часа против 2-3 с лишним часов), что повышает общую эффективность.

Этот оптимизированный процесс использует отсутствие загрязнений для упрощения и ускорения производства этанола.

Сокращает время ферментации:

В усовершенствованном процессе время брожения сокращается, поскольку дрожжи больше не подвергаются стрессу от кислотного омыления. Вот как это работает:

Кислотная промывка в традиционных процессах

При традиционном производстве этанола дрожжи часто используются повторно между циклами ферментации для достижения максимальной эффективности. Для борьбы с бактериальным загрязнением во время такой переработки дрожжи промывают серной кислотой. Однако такое воздействие кислоты вызывает стресс у дрожжевых клеток. Стресс может повредить их клеточные мембраны, снизить жизнеспособность и замедлить метаболическую активность. Когда дрожжевые клетки, подвергшиеся стрессу, используются повторно, им необходимо время для восстановления, чтобы эффективно сбраживать сахара. Этот период восстановления, или лаг-фаза, увеличивает общее время брожения.

Устранение кислотной промывки в улучшенном процессе

В усовершенствованном процессе этап промывки кислотой полностью пропущен. После ферментации 95 % дрожжей отделяются с помощью центрифугирования и непосредственно используются в следующем цикле без воздействия кислоты. Поскольку кислотная промывка отсутствует, дрожжи избегают этого стресса. В результате:

  • Повышенная жизнеспособность: Клетки дрожжей остаются более здоровыми, с неповрежденными мембранами и улучшенной метаболической функцией.

  • Отсутствие времени на восстановление: дрожжам не нужно восстанавливаться после кислотного стресса, они могут сразу же начать сбраживать новую порцию сока сахарного тростника или мелассы.

Как это сокращает время брожения

Ключ к сокращению времени брожения лежит в улучшении состояния дрожжей:

  • Более быстрый старт: В традиционном процессе омыленные кислотой дрожжи могут вступить в лаг-фазу, когда они восстанавливаются после стресса, что задерживает начало активного брожения. В усовершенствованном процессе эта лаг-фаза сведена к минимуму или вовсе отсутствует, поскольку дрожжи не испытывают стресса и сразу же готовы к работе.

  • Более эффективное брожение: Здоровые дрожжи быстрее превращают сахара в этанол и углекислый газ. Без необходимости восстанавливать повреждения, вызванные кислотой, дрожжи сбраживают быстрее, быстрее завершая цикл.

Сколько времени экономится?

Точное сокращение времени брожения зависит от таких факторов, как штамм дрожжей, концентрация сахара и условия брожения. Однако, избегая кислотного стресса, можно сократить время брожения примерно на 10-20 %. Для типичного 8-12-часового цикла брожения это означает экономию 1-2 часов на партию.

Дополнительные преимущества

Помимо сокращения времени ферментации, отказ от кислотной промывки упрощает процесс. Отпадает необходимость в кислоте, нейтрализующих агентах и дополнительных этапах, таких как обработка промывки, что также экономит время и ресурсы. Благодаря более быстрому циклу ферментации завод может обрабатывать больше партий за то же время, что повышает общую производительность.

Заключение

Благодаря отсутствию кислотного омыления улучшенный процесс сохраняет дрожжи более здоровыми и активными, избегая стресса, который замедляет брожение при традиционном методе. Это приводит к более быстрому началу процесса и более эффективному преобразованию сахара, что в конечном итоге сокращает время брожения и одновременно повышает простоту и эффективность процесса.

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