У нас есть три действующих проекта, в которых используется наша запатентованная технология для устранения бактериального загрязнения (инфекции) и повышения рентабельности использования дрожжей при производстве этанола из кукурузы, этанола из сахарного тростника и одноклеточного белка.
Как работает наша технология
Вместо добавления антибактериальных химикатов в ферментатор или использования серной кислоты для уничтожения бактерий во время рециркуляции мы применяем более эффективную биологическую стратегию:
Мы исключаем вымывание никеля в технологический процесс.
В качестве единственного источника азота мы используем карбамид, вводимый методом «фед-батч».
Это позволяет ускорить процесс брожения с повторным использованием дрожжей без бактериального загрязнения (заражения)
Почему это работает:
Бактериям нужен никель в качестве кофактора для роста на мочевине. Без него они не могут размножаться.
Дрожжам для усвоения мочевины требуется лишь биотин (витамин B7), поэтому они растут нормально.
Это создает естественное преимущество для дрожжей, одновременно лишая бактерии питательных веществ
Данная технология повышает рентабельность заводов по производству биоэтанола — за счет сокращения количества сахара, расходуемого на рост бактерий (закваску), производство молочной кислоты и глицерина. Это приводит к увеличению объема производства этанола, что способствует росту прибыли. Кроме того, это позволяет получать побочные продукты более высокого качества, такие как кукурузное масло и DDGS, что также способствует увеличению прибыли. Более эффективная эксплуатация завода также способствует увеличению прибыли за счет сокращения циклов ферментации и снижения требований к очистке. Сокращение продолжительности цикла ферментации также снижает капитальные затраты на расширение производственных мощностей.
Продолжительность циклов ферментации:
На заводах по производству этанола из кукурузы циклы ферментации сокращаются до 24–36 часов при одновременном повышении эффективности за счёт сокращения производства глицерина и устранения бактериального загрязнения. Это позволяет увеличить прибыль при использовании того же количества кукурузы. Кроме того, это обеспечивает значительную экономию затрат при удвоении мощности завода, поскольку отпадает необходимость в установке новых ферментеров.
На заводах по производству этанола из сахарного тростника продолжительность циклов на 2–4 часа короче, чем при традиционных процессах Мелле-Буано.
Рентабельность заводов по производству этанола из кукурузы:
Ежегодный рост прибыли: 10–20 млн долларов в год за счет более эффективного извлечения кукурузного масла, повышения качества DDGS, увеличения объема производства этанола (за счет сокращения выхода глицерина), уменьшения загрязнения дистилляционных котлов и сокращения затрат на их очистку, а также уменьшения загрязнения сушилки DDGS (реалистичное среднее значение: 12–15 млн долларов для типичного завода производительностью 100 MMGY).
Возможная налоговая льгота в соответствии с разделом 45Z Налогового кодекса США: 2–4 млн долларов в год
Выход этанола из крахмала: >92–94 % от теоретического (по сравнению с ~88–90 % на многих стандартных заводах)
Снижение производственных затрат: 0,02–0,06 доллара за галлон
Необходимые изменения в капитальных затратах: при неизменном объеме поставок кукурузы — 6–12 млн долларов (реалистичное среднее значение — 8–10 млн долларов); при удвоении объема поставок кукурузы — экономия капитальных затрат в размере 30–40 млн долларов, поскольку не потребуется установка новых ферментеров.
Рентабельность бразильских заводов по производству этанола из сахарного тростника:
Ежегодный рост прибыли: 10 миллионов долларов в год за счет увеличения объемов производства этанола, отказа от промывки серной кислотой, сокращения частоты очистки дистилляционных колонн и сокращения продолжительности технологического цикла. Экономия затрат является значительной благодаря сокращению времени на одну партию на 2–4 часа и повышению эффективности технологического процесса.
Увеличение дохода типичного бразильского завода по производству этанола из сахарного тростника, который производит на 6 % больше этанола (12 млн литров) благодаря устранению бактериального загрязнения в ферментерах, составляет примерно 6 000 000 долларов в год при цене на этанол 0,50 доллара за литр. Эта цифра может варьироваться от 3,6 млн до 8,4 млн долларов в зависимости от цен на этанол или размера завода.
Экономия за счет отказа от промывки серной кислотой составляет около 500 000 долларов в год.
Экономия затрат за счет исключения сульфата кальция из дистилляционных колонн составляет около 1,3 млн долларов в год.
Экономия затрат, достигнутая за счет сокращения продолжительности цикла производства партии с 12–15 часов до 10–12 часов, составляет около 1,3 млн долларов в год.
Рентабельность предприятий по производству пищевых дрожжей:
Данная технология позволяет производить пищевой дрожжевой белок с меньшими затратами, чем соевый белок, что обеспечивает значительную прибыль при переработке зерна или сахара методом твердофазного брожения без риска заражения (инфекции).
- Антибиотики: лекарственные средства, которые уничтожают бактерии или препятствуют их размножению. Данная технология позволяет сдерживать рост нежелательных бактерий без использования антибиотиков.
- Бактериальное загрязнение (инфекция): когда вредные бактерии попадают в бродильные чаны и препятствуют производству этанола. Данная технология предотвращает это без использования химикатов.
- Очистка щелочью: использование сильнощелочных химических веществ (таких как щелок) для очистки оборудования. Этот процесс позволяет сэкономить время и сократить расходы.
- Заводы по производству этанола из кукурузы: предприятия, на которых кукуруза путем ферментации перерабатывается в этанол — топливо.
- Циклы брожения: время, необходимое каждой партии дрожжей для преобразования сахаров в этанол. Более короткие циклы (24–36 часов) позволяют увеличить суточный объем производства.
- Налоговая льгота в соответствии с разделом 45Z Налогового кодекса США (IRS): налоговая льгота, предоставляемая правительством США для стимулирования производства топлива с более низким содержанием углерода, которая может значительно повысить стоимость завода.
- Процессы Мелле-Буано: традиционные методы рециркуляции дрожжей (широко применяемые на заводах по переработке сахарного тростника), при которых часто используются кислотные промывки. Данная технология заменяет их более щадящим подходом.
- Пищевые дрожжи: дрожжи, переработанные в продукт с высоким содержанием белка, который продается в качестве корма для животных или пищевой добавки, что позволяет получать дополнительный доход.
- Выход этанола из крахмала: насколько эффективно крахмал, содержащийся в кукурузе, преобразуется в этанол. Более высокий выход означает получение большего количества топлива из того же количества кукурузы.
- Заводы по производству этанола из сахарного тростника: заводы по производству этанола, использующие в качестве основного сырья сахарный тростник вместо кукурузы.
- Промывка серной кислотой: использование сильной кислоты для очистки дрожжей или оборудования в процессе повторного использования. Данная технология позволяет обойтись без этого.
- Повторное использование дрожжей: повторное использование жизнеспособных дрожжей из одной партии брожения в следующей с целью снижения затрат и ускорения процесса.
Технологии для заводов по производству этанола из кукурузы
Мы разработали практические технологии, которые позволяют значительно повысить эффективность и рентабельность заводов по производству этанола из кукурузы. В основе нашего подхода лежит рециркуляция дрожжей и эффективный контроль бактериального загрязнения — без использования традиционной промывки серной кислотой по методу Мелле-Буано или антибиотиков.
Как работает наша технология
Вместо добавления антибактериальных химикатов в ферментатор или использования серной кислоты для очистки дрожжей при повторном использовании мы применяем более эффективную биологическую стратегию:
Мы исключаем вымывание никеля в технологический процесс.
В качестве единственного источника азота мы используем карбамид, вводимый методом «фед-батч».
Это позволяет ускорить процесс брожения с повторным использованием дрожжей
Почему это работает:
Бактериям нужен никель в качестве кофактора для роста на мочевине. Без него они не могут размножаться.
Дрожжам для усвоения мочевины требуется лишь биотин (витамин B7), поэтому они растут нормально.
Это создает естественное преимущество для дрожжей, одновременно лишая бактерии питательных веществ
Финансовые выгоды (для типовой установки мощностью 100 MMGY)
Ежегодный рост прибыли: 10–20 млн долларов в год (реалистичное среднее значение: 12–15 млн долларов).
Прибыль обеспечивается в основном за счет повышения выхода этанола (в том числе из клетчатки кукурузных зерен), увеличения объема извлечения кукурузного масла, повышения пропускной способности завода, получения регуляторных льгот и снижения операционных затрат.Капитальные затраты на необходимые модификации: 6–12 млн долларов (среднее значение: 8–10 млн долларов).
Снижение производственных затрат: чистая экономия в размере 0,02–0,06 доллара за галлон этанола.
Реалистичные целевые показатели эффективности
Продолжительность цикла: 24–36 часов
Конечная концентрация этанола: 16,5 %+ по объему
Глицерин: 5–10 г/л
Общий выход этанола из крахмала: >92–94 % от теоретического (по сравнению с ~88–90 % на многих стандартных заводах)
Почему этот метод так эффективен?
Сахара превращаются в этанол, глицерин или биомассу. Наша технология обеспечивает более высокую долю этанола за счет минимизации содержания двух других компонентов.
Глицерин вырабатывается дрожжами, когда высокие концентрации глюкозы и мальтозы вызывают осмотический стресс. Мы снижаем этот осмотический стресс, постепенно вводя фермент глюкоамилазу, что позволяет уменьшить выработку глицерина.
Глицерин также вырабатывается дрожжами для повторного окисления избыточного NADH, образующегося в процессе биосинтеза или ферментации, особенно в анаэробных условиях. Метод «fed-batch» при производстве мочевины не устраняет потребность в глицерине полностью, но снижает окислительно-восстановительное давление, вызванное быстрым образованием биомассы. Благодаря контролируемому замедлению роста дрожжей большая часть NADH может быть направлена на синтез этанола, а не на синтез глицерина.
Существует два типа производства биомассы: рост дрожжей и рост бактерий. Мы исключаем рост бактерий, поддерживая содержание никеля на уровне ниже 1 ppm и используя мочевину, вводимую порциями, в качестве источника азота. Мы снижаем рост дрожжей за счет использования мочевины, вводимой порциями, в частности, прекращая эту подачу на поздней стадии ферментации.
Для повторного использования дрожжей требуется меньший объем их размножения, если по окончании брожения удается сохранить жизнеспособность дрожжевых клеток. Брожение до концентрации этанола 16,5 % (вместо более высоких целевых показателей, таких как 19 %) способствует повышению жизнеспособности дрожжей при повторном использовании, при этом затраты энергии на дистилляцию увеличиваются лишь незначительно — примерно на 0,0015 доллара за галлон.
Увеличить объем производства этанола из кукурузы можно за счет устранения бактериального загрязнения, сокращения выработки глицерина и сдерживания роста дрожжей.
Жизнеспособность дрожжей повышается за счет небольшого понижения температуры на заключительных этапах брожения.
Основные изменения в существующем процессе
Мы вносим следующие целенаправленные изменения:
Проведите гидролиз и разжижение кукурузного сусла, чтобы сделать крахмал более доступным для ферментов. Используйте струйную варочную установку с термостабильными ферментами альфа-амилазы и эндопротеазы (горячая обработка) или гранулированные ферменты для гидролиза крахмала (GSHE) с ферментами эндопротеазы (холодная обработка).
Добавьте ферменты целлюлазу, ксиланазу и фитазу для повышения выхода кукурузного масла и снижения вязкости затора.
После некоторого ферментативного гидролиза охладите сусло и перелейте его в бродильный чан.
Добавьте переработанные дрожжи, извлеченные из пивного колодца, непосредственно в затор.
Используйте высокую начальную концентрацию дрожжей и проведите первоначальную аэрацию, чтобы быстро расходовать свободный аминоазот (FAN) и дать дрожжам возможность синтезировать стеролы и ненасыщенные жирные кислоты.
Добавляйте глюкоамилазу в ферментер в режиме контролируемого периодического подачи (fed-batch) для ускорения одновременного осахаривания и ферментации (SSF) при одновременном снижении образования глицерина.
Feed urea in a controlled (fed-batch) manner with very low nickel content (< 1 ppm) to provide nitrogen without allowing bacterial growth and to control biomass production.
По окончании брожения быстро перекачайте содержимое бродильного чана в пивной резервуар, проведите очистку на месте (CIP) без использования едких химикатов и начните новый цикл брожения (шаг 1 выше).
Непрерывно использовать декантерную центрифугу, питаемую из пивного резервуара, для извлечения влажного дистилляционного зерна (WDG).
Используйте противоточную промывку для извлечения этанола из WDG и возвращения промывочной жидкости в верхнюю часть пивной колонны.
Используйте трёхфазную дисковую центрифугу, установленную на выходе декантерной центрифуги, для извлечения и повторного использования дрожжей, а также для улучшения отделения кукурузного масла.
Направьте осветлённую жидкость из дисковой центрифуги в верхнюю часть пивной колонны.
Непрерывно снимайте тонкий дистиллят со дна пивной колонны.
Пивная яма позволяет использовать в бродильных чанах эффективный периодический процесс, а центрифуги и дистилляционные колонны — работать в непрерывном режиме.
Основные результаты и преимущества
Продолжительность цикла ферментации сокращается до 24–36 часов. Время очистки ферментера сокращается за счет отказа от очистки щелочью. Дистилляционные колонны необходимо очищать только раз в 6–12 месяцев вместо каждых 4 недель.
Выработка глицерина значительно снижается, поскольку высокая концентрация рециркулируемых дрожжей препятствует достижению высоких концентраций глюкозы и мальтозы, что снижает начальный осмотический стресс, который в противном случае вызывает выработку глицерина. Подача глюкоамилазы методом «фед-батч» также снижает концентрации глюкозы и мальтозы.
Результаты многочисленных исследований анаэробного брожения с получением этанола показывают, что при использовании мочевины выход глицерина ниже, а выход этанола выше, чем при использовании солей аммония. Мочевина часто способствует ускорению кинетики брожения и повышению производительности этанола в процессах производства этанола из кукурузы. Эта разница наиболее заметна в условиях, когда наблюдается значительный окислительно-восстановительный дисбаланс.
Рециркуляция дрожжей позволяет на раннем этапе удалить твердые частицы и извлечь кукурузное масло до начала высокотемпературной дистилляции. Это значительно снижает загрязнение пивоваренной колонны и сушилок DDGS, что позволяет увеличить пропускную способность (это два основных узких места на большинстве заводов по производству кукурузного этанола).
Существующий пивной колодец можно использовать совместно с имеющимися декантерными центрифугами, а также с новыми дисковыми центрифугами для извлечения влажного дистилляционного зерна (WDG), кукурузного масла и регенерированных дрожжей. Регенерированные дрожжи перекачиваются в небольшой резервуар, прикрепленный к каждому ферментеру, для использования в следующем цикле. Излишки дрожжей добавляются в WDG.
Поскольку DDGS не подвергается воздействию температур, характерных для дистилляции, белки в нём сохраняются в более неповреждённом виде. Это повышает пищевую ценность, улучшает аминокислотный профиль и усвояемость, а также снижает интенсивность реакций Майяра (которые приводят к разрушению лизина и других незаменимых аминокислот).
Добавление ферментов целлюлазы и ксиланазы снижает вязкость и повышает выход кукурузного масла. Ферменты целлюлазы также выделяют дополнительную глюкозу из клетчатки кукурузных зерен, что увеличивает выход этанола примерно на 4 % и позволяет получить ценные кредиты D3 RIN
Добавление ферментов фитазы способствует увеличению выхода кукурузного масла и обеспечивает дополнительный фосфор, необходимый для роста дрожжей. Кроме того, это повышает питательную ценность DDGS за счет расщепления фитатов, что улучшает усвояемость фосфора и минеральных веществ в кормах для животных и снижает выделение фосфора с навозом.
Совместимость оборудования и дрожжей
В большинстве существующих пластинчатых теплообменников с широким зазором (изготовленных из нержавеющей стали марки 316L) уровень выщелачивания никеля уже не превышает 1 ppm.
Стандартные взрывозащищенные декантерные центрифуги, уже установленные на заводах по сухому помолу в США, можно переоборудовать для отделения твердых частиц непосредственно из пивного раствора, а не из густой осадки на дне пивной колонны.
Концентрацию живых дрожжей, предназначенных для повторного использования в ферментере, можно отслеживать в режиме реального времени с помощью датчика Hamilton Incyte Arc.
Система хорошо работает с устойчивыми штаммами дрожжей, такими как Ethanol Red и Thermosacc Dry, которые демонстрируют более высокую производительность по сравнению с традиционными бразильскими штаммами (PE-2 и CAT-1) при отказе от кислотной промывки и снижении осмотического стресса за счет использования метода SSF с подачей глюкоамилазы в режиме fed-batch.
Долгосрочное преимущество
Рециркуляция дрожжей переносит основное «узкое место» с этапа ферментации на этапы охлаждения и дистилляции. Для большинства заводов вторым по рентабельности вложением является расширение мощностей по целевой дистилляции. Дополнительные мощности в объеме 10–15 MMGY, полученные благодаря этой модернизации, могут принести ещё 5–12 млн долларов в год валовой прибыли (чистая прибыль составит примерно 4–10 млн долларов после вычета дополнительных затрат на энергию и эксплуатационные расходы).
Резюме
Благодаря сочетанию таких мер, как рециркуляция дрожжей, устранение бактериального загрязнения, регулирование содержания азота с помощью мочевины, целенаправленное использование ферментов и оптимизация технологического процесса, предприятия могут добиться повышения выхода продукции, снижения затрат, улучшения качества побочных продуктов и значительного сокращения объема технического обслуживания — и все это без применения антибиотиков и промывки серной кислотой.
- Альфа-амилаза: термостабильный фермент, который разжижает крахмал в кукурузном сусле, расщепляя длинные цепи на более короткие декстрины. Используется в струйных варочных аппаратах для процессов горячей обработки.
- Рубрика о пиве: Высокая установка, в которой с помощью нагрева после брожения из воды и других жидкостей отделяется этанол.
- Пивной резервуар: большой резервуар для хранения сброженной смеси («пива»), который позволяет осуществлять непрерывную дистилляцию, в то время как бродильные чаны работают в периодическом режиме.
- Биомасса: живые клетки (в основном дрожжи, а также бактерии), образующиеся в процессе ферментации. Уменьшение количества нежелательной биомассы способствует увеличению выхода этанола.
- Биотин (витамин B7): витамин группы B, который необходим дрожжам в небольших количествах для нормального роста при использовании мочевины в качестве источника азота.
- Целлюлаза: фермент, расщепляющий целлюлозу в клетчатке кукурузного зерна до сахаров. Он повышает выход этанола, снижает вязкость сусла и улучшает извлечение кукурузного масла.
- Очистка на месте (CIP): очистка трубопроводов и резервуаров путем циркуляции растворов без разборки оборудования. Здесь эта процедура проводится без использования агрессивных химикатов.
- Клетчатка кукурузных зерен: волокнистая часть кукурузных зерен, остающаяся после переработки крахмала. Ферменты целлюлазы преобразуют её часть в дополнительную глюкозу для производства этанола и получения кредитов RIN категории D3.
- Извлечение кукурузного масла: отделение ценного масла от кукурузы в процессе переработки с целью его последующей продажи для получения дополнительного дохода.
- Промывка в противотоке: промывка твердых частиц жидкостью, протекающей в противоположном направлении, с целью извлечения максимально возможного количества этанола.
- Кредиты D3 RIN: кредиты с более высокой стоимостью, получаемые за этанол, произведенный из клетчатки кукурузных зерен в соответствии со Стандартом возобновляемого топлива. Они обеспечивают дополнительный доход наряду с льготами, предусмотренными разделом 45Z Налогового кодекса США.
- DDGS (сухие зерновые отходы дистилляции с растворимыми веществами): сухие твердые остатки, получаемые в процессе производства этанола, которые реализуются в качестве корма для животных. Данный процесс позволяет получать DDGS более высокого качества.
- Декантерная центрифуга: вращающееся устройство, которое в ходе технологического процесса отделяет твердые частицы (в том числе дрожжи) от жидкости.
- Дисковая центрифуга: высокоскоростной сепаратор, используемый для извлечения дрожжей и кукурузного масла из смеси.
- Эндопротеаза: фермент, расщепляющий белки в кукурузном сусле. Он повышает доступность крахмала для других ферментов как при горячей, так и при холодной обработке.
- Фед-батч: постепенное добавление ферментов или питательных веществ в процессе ферментации вместо однократного введения, что позволяет лучше контролировать процесс.
- Свободный аминоазот (FAN): азот, содержащийся в белках кукурузы, который дрожжи используют на ранних этапах брожения. Он помогает дрожжам вырабатывать стеролы и ненасыщенные жирные кислоты, необходимые для поддержания здоровья клеток.
- Глюкоамилаза: фермент, который постепенно добавляют для расщепления крахмала на сахара, которые дрожжи могут преобразовывать в этанол.
- Глицерин: густой/липкий побочный продукт, который дрожжи естественным образом вырабатывают в процессе брожения. Уменьшение его количества позволяет вместо этого получить больше этанола.
- Ферменты, гидролизующие крахмальные гранулы (GSHE): ферменты, расщепляющие крахмальные гранулы при более низких температурах. В сочетании с эндопротеазой они позволяют осуществлять процессы холодного приготовления без использования струйной варочной установки.
- Струйная печь: оборудование, в котором для нагрева и приготовления смеси из молотой кукурузы и воды используется пар под высоким давлением.
- Реакции Майяра: реакции, происходящие при сушке при высоких температурах, которые приводят к повреждению белков в DDGS и снижению пищевой ценности. В данном случае их удается избежать за счет отделения твердых веществ до нагрева при дистилляции.
- Затор: густая смесь из молотой кукурузы, воды и ферментов, из которой получают этанол.
- НАДН: восстановленная форма кофермента НАД+; основной переносчик электронов, образующийся в процессе гликолиза у дрожжей. Избыток НАДН приводит к нарушению окислительно-восстановительного баланса, в результате чего дрожжи начинают вырабатывать больше глицерина вместо этанола, что снижает выход биоэтанола при ферментации.
- Выщелачивание никеля: никель из металлического оборудования постепенно растворяется в жидкости. Поддержание его концентрации на очень низком уровне препятствует росту бактерий (им необходим никель при использовании мочевины в качестве источника азота).
- Осмотический стресс: нагрузка на дрожжевые клетки, вызванная высоким содержанием сахара, что приводит к увеличению выработки ими глицерина. В данном случае его удалось снизить за счет постепенного введения ферментов.
- Фитаза: фермент, расщепляющий фитаты в кукурузе. Он способствует увеличению выхода кукурузного масла, обеспечивает дрожжи фосфором и повышает питательную ценность DDGS.
- Редокс-дисбаланс: нарушение баланса химических реакций внутри дрожжевых клеток, которое может привести к образованию большего количества глицерина вместо этанола. Регулируется стратегией кормления.
- Одновременное осахаривание и брожение (SSF): одновременное расщепление крахмала до сахаров и преобразование этих сахаров в этанол в одном и том же резервуаре.
- Густой остаток: жидкость с высоким содержанием твердых веществ, остающаяся после дистилляции по традиционной технологии. Раньше её удаляли из пивного колодца, чтобы уменьшить загрязнение и обеспечить более высокую производительность.
- Тонкий дистиллят: водянистая жидкость, остающаяся после удаления твердых частиц и этанола из ферментированной смеси; часто повторно используется на заводе.
- Мочевина: распространённый и недорогой источник азота (также используемый в удобрениях), который добавляют в среду для дрожжей. Её вводят постепенно в сочетании с очень низким содержанием никеля, чтобы стимулировать рост дрожжей в ущерб бактериям.
- Влажные дистилляционные остатки (WDG): влажные твердые остатки, образующиеся после ферментации и сепарации; перерабатываются в корм для животных.
- Ксиланаза: фермент, расщепляющий гемицеллюлозу в кукурузной клетчатке. Он снижает вязкость затора и повышает выход кукурузного масла.
- Повторное использование дрожжей: повторное использование жизнеспособных дрожжей из одной партии брожения в следующей с целью снижения затрат и ускорения процесса.
- Жизнеспособность дрожжей: процент дрожжевых клеток, остающихся живыми и здоровыми. Более высокая жизнеспособность способствует улучшению процесса рециркуляции и повышению производительности даже при высоких концентрациях этанола.
Технологии для заводов по производству этанола из сахарного тростника
Мы разработали практические технологии, которые позволяют повысить как эффективность, так и рентабельность заводов по производству этанола из сахарного тростника в Бразилии и Индии. Данная система обеспечивает эффективный контроль бактериального загрязнения без использования антибиотиков или традиционной промывки рециркулируемых дрожжей серной кислотой по методу Мелле-Буано.
Как это работает
Вместо добавления антибактериальных химических веществ в ферментатор или использования серной кислоты для уничтожения бактерий при повторном использовании дрожжей мы применяем простой биологический подход:
Мы переключаем источник азота на мочевину (подаваемую партиями).
Мы предотвращаем вымывание никеля из оборудования.
Бактериям никель необходим в качестве кофактора для роста на мочевине, поэтому без него они не могут эффективно размножаться. Дрожжам же требуется лишь небольшое количество биотина (витамина B7), чтобы использовать мочевину в качестве источника азота. Это естественное различие позволяет сдерживать рост бактерий без применения химических веществ.
Инвестиции и сбережения
Для типичного крупного бразильского завода по производству этанола из сахарного тростника общие капитальные затраты на модернизацию составляют примерно 0,5–1,5 млн долларов США (в среднем около 1 млн долларов). Большая часть этих затрат приходится на простые системы дозирования карбамида и активированного кремнезема.
Экономический эффект весьма значителен. По нашим оценкам, ежегодная экономия на каждом заводе составит около 10 миллионов долларов. Учитывая, что в Бразилии насчитывается примерно 200 крупных заводов по производству этанола, это означает потенциальную экономию для всей отрасли в размере около 2 миллиардов долларов в год.
Необходимые изменения на действующих предприятиях
Необходимо внести следующие изменения:
Заменить используемые в настоящее время азотные добавки на карбамид и вводить его контролируемым способом с периодической подачей.
В пластинчатых теплообменниках следует использовать исключительно нержавеющую сталь марки 316L, чтобы предотвратить вымывание никеля в технологический процесс.
Используйте имеющуюся декантерную центрифугу для извлечения дрожжей из сброженного сусла (пива). Это избавляет от необходимости использовать генетически модифицированные флокулирующие дрожжи.
Очищайте бродильный чан между циклами с помощью горячей воды под давлением вместо едких химикатов.
Прекратите промывку переработанных дрожжей серной кислотой — дрожжи можно сразу же возвращать обратно в бродильный чан.
Исключение использования серной кислоты избавляет от необходимости очищать верхнюю часть дистилляционных колонн от отложений гипса (сульфата кальция).
Добавьте активированный диоксид кремния (по бразильской технологии) для поддержания высокой жизнеспособности дрожжей — выше 80 % даже при концентрации этанола 19 %. Это также позволяет снизить выработку глицерина на 10 % и увеличить выработку этанола.
Результаты
Благодаря этим изменениям продолжительность циклов ферментации сокращается на 2–4 часа по сравнению со стандартным процессом Мелле-Буано. Поскольку система не требует стерильных (асептических) условий, она проще, дешевле и значительно производительнее, чем традиционные методы.
- Активированный диоксид кремния: специальная добавка (по бразильской технологии), которая помогает сохранить клетки дрожжей здоровыми и жизнеспособными даже при высоких концентрациях этанола. Кроме того, она позволяет сократить количество глицерина в отходах и повысить выход этанола.
- Антибиотики: лекарственные препараты, которые убивают бактерии или препятствуют их размножению (этот метод позволяет полностью обойтись без них).
- Асептические (стерильные) условия: Полностью стерильная обстановка, в которой не допускается присутствие бактерий (для этого более простого метода это не требуется).
- Бактериальное загрязнение: попадание нежелательных бактерий в бродильные чаны, что приводит к конкуренции с дрожжами или снижению выхода этанола.
- Биотин (витамин B7): витамин группы B, который необходим дрожжам в небольших количествах для нормального роста при использовании мочевины в качестве источника азота.
- Едкие химические вещества: сильные, агрессивные чистящие средства (такие как щелок), традиционно используемые для очистки резервуаров (в данном случае заменённые горячей водой).
- Декантерная центрифуга: вращающееся устройство, которое в ходе процесса отделяет твердые частицы (в том числе дрожжи) от жидкости.
- Дистилляционные колонны: высокие башни, в которых происходит очистка этанола путем его отделения от воды и других жидкостей.
- Системы дозирования: оборудование, которое в нужный момент точно дозирует небольшие количества веществ (например, мочевины).
- Концентрация этанола: процентное содержание спирта в бродильной смеси (чем выше концентрация, тем больше получается продукта).
- Циклы ферментации: полные циклы, включающие преобразование сахара из сахарного тростника в этанол, сбор урожая и повторение этого процесса.
- Флокулирующие дрожжи: специальные дрожжи, которые образуют скопления для облегчения отделения (в данном методе не требуются).
- Генетически модифицированный: изменен на уровне ДНК в лабораторных условиях (этот метод позволяет обойтись без использования модифицированных дрожжей).
- Глицерин: густой/липкий побочный продукт, который дрожжи естественным образом вырабатывают в процессе брожения. Уменьшение его количества позволяет вместо этого получить больше этанола.
- Гипс (отложения сульфата кальция): мелоподобные отложения, которые могут привести к засорению дистилляционного оборудования; часто возникают в результате использования кислот.
- Процесс Мелле-Буано: широко распространенный в Бразилии метод производства этанола из сахарного тростника с использованием ферментации по методу «fed-batch» и рециркуляции дрожжей, при котором традиционно осуществляется дозирование серной кислоты в рециркулируемые дрожжи для подавления роста бактерий.
- Выщелачивание никеля: никель из металлического оборудования растворяется в жидкости (бактериям он необходим для роста на мочевине, поэтому предотвращение этого процесса останавливает их рост).
- Источник азота: химическое вещество, обеспечивающее дрожжи или бактерии азотом (ключевым строительным блоком для роста) — в данном случае использована мочевина.
- Пластинчатые теплообменники: устройства с металлическими пластинами, используемые для эффективного нагрева или охлаждения технологических жидкостей.
- Горячая вода под давлением: горячая вода, распыляемая под давлением для очистки резервуаров без использования агрессивных химикатов.
- Повторно используемые дрожжи: дрожжи, сохраненные после одной партии брожения и повторно используемые в следующей.
- Нержавеющая сталь 316L: высококачественный металл, используемый в деталях оборудования для предотвращения растворения никеля в жидкости.
- Промывка серной кислотой: использование концентрированной кислоты для очистки и дезинфекции повторно используемых дрожжей (в данном методе этот этап исключен).
- Мочевина: распространённый и недорогой источник азота (также используемый в удобрениях), который добавляют в среду для дрожжей. Её вводят постепенно в сочетании с очень низким содержанием никеля, чтобы стимулировать рост дрожжей в ущерб бактериям.
- Жизнеспособность дрожжей: процент дрожжевых клеток, остающихся живыми и здоровыми. Более высокая жизнеспособность способствует улучшению процесса рециркуляции и повышению производительности даже при высоких концентрациях этанола.
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.
- Каустическая сода (гидроксид натрия): сильное химическое чистящее средство, используемое для промывки бродильных чанов.
- Центрифугирование (центрифугированный): вращение смеси с высокой скоростью для отделения дрожжевых клеток от жидкости.
- Фед-батч: постепенное добавление сахарного раствора (или питательных веществ) в течение определенного времени, а не сразу, чтобы не перегрузить дрожжи.
- Фаза брожения: основной этап, на котором дрожжи расщепляют сахара и преобразуют их в этанол (спирт) и углекислый газ.
- Этап сбора урожая: сбор готовой смеси после брожения путем центрифугирования для отделения дрожжей от жидкости.
- Процесс Мелле-Буано: широко распространенный в Бразилии метод производства этанола из сахарного тростника с использованием ферментации по методу «fed-batch» и рециркуляции дрожжей, при котором традиционно осуществляется дозирование серной кислоты в рециркулируемые дрожжи для подавления роста бактерий.
- Меласса: густой сладкий сироп, остающийся после производства сахара; используется в качестве недорогого источника сахара для дрожжей.
- Saccharomyces cerevisiae: научное название устойчивого штамма дрожжей, широко используемого для производства этанола (а также хлеба и пива).
- Субстрат: сахарная жидкость или вещество (сок сахарного тростника или меласса), служащее пищей для дрожжей.
- Сок сахарного тростника: свежая жидкость, отжатая из стеблей сахарного тростника, богатая природными сахарами.
- Очистка чанов: промывка больших бродильных чанов между партиями для удаления остатков.
- Вино: богатая этанолом жидкость, получаемая после брожения, до её очистки.
- Дрожжевая биомасса: собранные дрожжевые клетки после центрифугирования/сепарации.
- Повторное использование дрожжей: повторное применение жизнеспособных дрожжей из одной партии брожения в следующей с целью снижения затрат и ускорения процесса.
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
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.
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.
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: В течение нескольких циклов достигается равновесная концентрация, при которой скорость образования метаболитов и накопления мертвых клеток равна скорости их удаления (за счет 5-процентной потери дрожжей) и разбавления (за счет свежего субстрата). Этот уровень равновесия будет выше, чем в системе с промыванием дрожжей, где при каждом цикле промывка удаляет часть метаболитов и мертвых клеток. Однако, поскольку Saccharomyces cerevisiae толерантна ко многим собственным побочным продуктам (до определённых пороговых значений) и отсутствует конкуренция со стороны бактерий, с этой более высокой концентрацией можно справиться без значительного снижения эффективности ферментации.
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
При производстве этанола из сахарного тростника в Бразилии стандартный цикл ферментации методом «fed-batch» включает в себя ферментацию сока сахарного тростника или мелассы с использованием дрожжей Saccharomyces cerevisiae, после чего следует центрифугирование, промывка дрожжей и очистка бродильных чанов щелочью. Если бактериальное загрязнение отсутствует и 95 % центрифугированных дрожжей рециркулируются 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.
- Нейтрализация кислоты: добавление основания (например, извести) для нейтрализации кислоты после промывки дрожжей, чтобы она не повредила следующую партию.
- Промывка кислотой: обработка вторичных дрожжей серной кислотой с целью уничтожения бактерий и очистки (в данном случае этот этап пропускается).
- Мертвые дрожжевые клетки: дрожжевые клетки, погибшие в процессе брожения и которые обычно удаляются при промывке.
- Равновесная концентрация: стабильный уровень, которого достигают продукты обмена веществ и отмершие клетки после множества циклов, при котором образование новых клеток уравновешивается их удалением и разбавлением.
- Высшие спирты: побочные спирты, образующиеся в процессе брожения, которые могут накапливаться, если дрожжи не промываются.
- Метаболиты: вещества (такие как органические кислоты, глицерин и спирты), образующиеся в процессе ферментации дрожжами.
- Органические кислоты (например, уксусная кислота): природные побочные продукты брожения, которые могут повлиять на процесс, если их скопится слишком много.
- Чан с промывкой водой: очистка бродильных чанов исключительно с помощью горячей воды под давлением вместо агрессивных химикатов (возможно благодаря контролю за ростом бактерий).
- Промывка дрожжей: очистка повторно используемых дрожжей с помощью кислоты или воды с целью удаления примесей и восстановления их активности (в данном случае этот этап исключен для экономии времени, энергии и химикатов).
Улучшенный контроль загрязнения на заводах по производству этанола из бразильского сахарного тростника
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:
Используйте мочевину в качестве единственного источника азота, заменяя ею сульфат аммония
Использование порционной подачи мочевины
Убедитесь, что в теплообменниках используется нержавеющая сталь марки 316 (не марки 304)
Не используйте кислотную промывку, перерабатывайте дрожжевые сливки прямо из центрифуги.
Очистка чанов с помощью распыления воды под высоким давлением, без использования каустика
Преимущества:
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.
Уменьшает пенообразование: Пенообразование снижается, так как устраняется внеклеточный белок лактобацилл.
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.
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.
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.
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.
- Сульфат аммония: химическое вещество, которое иногда используется для обеспечения дрожжей азотом (в данном случае заменено мочевиной).
- Сульфат кальция: минеральное отложение (также называемое гипсом), которое может привести к загрязнению дистилляционного оборудования при использовании кислотных промывок.
- D. bruxellensis (Dekkera bruxellensis): вид диких дрожжей, которые могут загрязнять бродильные процессы и снижать их эффективность или качество.
- Внеклеточный белок: белки, выделяемые бактериями-загрязнителями (например, Lactobacillus), которые вызывают чрезмерное пенообразование.
- Гибкие заводы: заводы по производству этанола, способные производить либо сахар, либо этанол, в зависимости от того, что более выгодно.
- Пенообразование: Чрезмерное образование пузырьков в резервуарах, часто вызываемое бактериальными белками, что приводит к утечкам или эксплуатационным проблемам.
- Сероводород: газ с запахом тухлых яиц, образующийся в результате жизнедеятельности некоторых бактерий из соединений серы.
- Lactobacillus: распространённые бактерии, которые загрязняют процесс производства этанола, конкурируют с дрожжами и приводят к образованию нежелательных побочных продуктов.
- Соединения серы: химические вещества, содержащие серу, которые при наличии бактерий могут вызывать появление неприятных запахов в потоках отходов.
- Винасса: водянистая отходная жидкость, остающаяся после дистилляции этанола; часто используется в качестве удобрения, но может иметь сильный запах, вызванный бактериями.
- Дикие дрожжи: любые дрожжи, кроме целевых Saccharomyces cerevisiae, которые могут проникнуть в культуру и снизить урожайность.
Технологии производства пищевых дрожжей (TorulaFeed)
Мы разработали технологии по расширению существующих заводов по производству биоэтанола, позволяющие получать доступный и полезный для здоровья белок (TorulaFeed™) из риса, кукурузы и пшеницы.
Существует обширный рынок здорового белка для производства кормов для животных и продуктов питания для людей. Основными странами-производителями TorulaFeed зерна являются США, Китай, Россия и Индия, поскольку в этих странах имеются значительные объемы недорогого зерна, недорогая энергия для производства пара и недорогая карбамид.
Torula (Candida utilis) уже более века используются в качестве корма для рыб, животных и людей.
TorulaFeed изготавливается из молотого зерна (риса, кукурузы или пшеницы) и мочевины (для получения азота в белке) методом ферментации.
Около 70% зерна составляет крахмал, который с помощью ферментов гидролизуется до сахара (мальтозы). Этот сахар используется для выращивания дрожжей Torula для производства 50-процентного белкового продуктаTorulaFeed) для рыб, животных и людей.
Ценная часть зерна - 10% белка, который содержится в нем, и этот белок входит в состав TorulaFeed.
Менее ценные части зерна - клетчатка (арабиноксилан) и масла (Омега-6) - используются вместе с сахаром для выращивания дрожжей Torula .
TorulaFeed по стоимости сопоставим с соевым шротом, но гораздо полезнее.
Мы заключили партнерское соглашение с компанией Shandong Acme Biotechnology Co., Ltd., которая будет заниматься производством, тестированием, продажей и установкой контейнерных модулей для производства TorulaFeed зерна. Компания Acme расположена в Циндао (Китай) — регионе, где находятся производители контейнеров и экструдированных пластиков с самыми низкими в мире ценами (на которые приходится 50 % стоимости этих модулей). Циндао также является крупным портовым городом, откуда эти модули можно транспортировать на контейнеровозах, что делает его идеальным местом для их производства. Время и стоимость доставки из Циндао в Россию, Индию и США минимальны.
В настоящее время компания Acme выращивает и тестирует TorulaFeed своей современной биотехнологической лаборатории с целью получения сертификата на его использование в пищевых целях для людей и животных. Патент на данное изобретение уже выдан в России и Бразилии, находится на рассмотрении в США и ожидает рассмотрения в Китае и Индии.
(CelloFuel™, TorulaFeed™ и TorulaBurger™ являются товарными знаками компании Hamrick Engineering.)
- Арабиноксилан: вид клетчатки, содержащейся в зернах, который под действием ферментов расщепляется на сахара (ксилозу и арабинозу), которые затем дрожжи могут использовать в качестве пищи для роста и синтеза белка.
- Candida utilis: научное название Torula — особого микроорганизма, который уже более 100 лет используется для производства полезного белка для рыб, животных и людей.
- Брожение: естественный процесс, при котором дрожжи расщепляют сахара, содержащиеся в зерне, и преобразуют их в белки и другие полезные вещества.
- Гидролиз крахмала (или гидролиз крахмала): расщепление основного источника энергии зерна (крахмала) на простые сахара с помощью ферментов, чтобы дрожжи могли их усваивать.
- Омега-6: полезные масла, содержащиеся в зерне, которые дрожжи используют вместе с другими компонентами зерна для роста и выработки большего количества белка.
- Включение белка: процесс, при котором природный белок, уже содержащийся в зерне, смешивается с новым белком, синтезируемым дрожжами, с целью получения конечного продукта более высокого качества.
- Одноклеточный белок (SCP): белок, получаемый путем культивирования микроорганизмов, таких как дрожжи, вместо того, чтобы извлекать его из сои или животных.
- Крахмал: основная составляющая зерна (около 70 %), которая в процессе производства превращается в сахар, служащий источником питания для дрожжей.
- TorulaFeed: Торговая марка конечного продукта с высоким содержанием белка (около 50 %), полученного из Torula , выращенных на зерновых культурах.
- Torula : питательный вид дрожжей, специально выращиваемый на недорогих зерновых культурах для получения доступного и полезного белка, используемого в качестве корма или пищевого продукта.
Технические характеристики TorulaFeed
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 предназначен для обоих рынков. 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 ваше здоровье, в то время как избыток углеводов и семенных масел (богатых жирными кислотами омега-6) может нанести вред вашему здоровью. 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, пшеницы и отрубей 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 (и, следовательно, более ценна), чем белок риса, кукурузы, пшеницы и отрубей. 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 снизить капитальные затраты (CAPEX) и операционные расходы (OPEX). Мы используем ферменты для преобразования крахмала и ксилана в молотом рисе, кукурузе, пшенице и отрубях в мальтозу, ксилозу и арабинозу, одновременно выращивая дрожжи 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 избыточного увлажнения. Мы собираем частичные партии дрожжей, а оставшуюся часть вместе с ферментами перерабатываем для ускорения последующих циклов.
В зависимости от страны, рис, кукуруза, пшеница и отруби являются наименее затратными источниками сахаров, получаемых из крахмала, и позволяют не только получать 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 транспортные контейнеры и использует гофрированные барабаны из полиэтилена высокой плотности (HDPE) с двойными стенками (DWC) диаметром 1,5 м и длиной 5 м. Эти барабаны изготовлены из пищевого полиэтилена высокой плотности и не выделяют никель, как нержавеющая сталь. Эти контейнеры собираются на заводе, транспортируются грузовиками/поездами и поддерживают быструю крупномасштабную установку.
Мощность и стоимость производства
Объем вращающегося барабана составляет 8,8 м3. Он может быть заполнен до 1/3 этого объема, что позволяет вместить 0,85 метрической тонны (МТ) измельченного зерна и 1,7 МТ воды. Вращающийся барабан производит около 0,55 МТ TorulaFeed 12-часовой цикл. Один контейнер перерабатывает 620 МТ/год зерна и производит 401 МТ/год TorulaFeed.
Площадка со 100 контейнерами может перерабатывать 62 000 MT/г зерна и производить 40 100 MT/г TorulaFeed. Площадка TorulaFeed с 700 контейнерами может перерабатывать столько же зерна, сколько крупный американский завод по производству кукурузного этанола, с капитальными затратами в $14 млн и годовой прибылью в $36 млн. Капитальные затраты американского завода по производству кукурузного этанола такого же размера составляют около $88 млн, что примерно в 6 раз дороже, чем у завода TorulaFeed .
Принимая во внимание, что стоимость зерна составляет 200 долларов за тонну, мочевины — 20 долларов за тонну, ферментов — 20 долларов за тонну, инактивации и сушки — 20 долларов за тонну, а также 2 кВт энергии для вращения барабана и питания вентиляторов, себестоимость производства TorulaFeed около 369 долларов за тонну.
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.
Если предположить, что капитальные затраты на один контейнер составляют $10 000, то один контейнер может принести прибыль в размере (500-369) * 401 = $52 531/год. Если предположить, что инвестиции в 100 контейнеров составят $1 млн, а еще $1 млн будет вложено в оборудование для обработки зерна, молотковый помол, бункеры для муки, емкости для дрожжей и пневмотранспортное оборудование, то капитальные инвестиции в размере $2 млн могут принести прибыль в размере $5,1 млн в год.
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 производства кормов, более полезных для животных, чем соя. Мы предоставляем лицензии на патенты, технологии и конструкции клиентам, располагающим недорогими запасами риса, кукурузы и пшеницы и имеющим доступ к рынкам кормов, ориентируясь на США, Бразилию, Россию, Индию, Китай, Аргентину и Мексику.
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).
Ключевым элементом процесса контроля является запатентованная технология изменения условий культивирования, позволяющая получать штамм Candida utilis с пониженным содержанием рибонуклеиновой кислоты (РНК) и гликогена (углевода, схожего с крахмалом).
Мы предоставляем программное обеспечение для управления процессом в рамках лицензирования. Основным входным сигналом является температура суспензии через каждый метр внутри барабана с помощью Bluetooth-LE датчиков между внешней и внутренней стенками, питающихся от радиочастотных фильтров.
Наш базовый цикл производства занимает 12 часов, из которых около 8 часов уходит на ферментацию, а еще 4 часа — на пневматическую загрузку, гидролиз крахмала, инактивацию дрожжей, сушку продукта и разгрузку. Такое короткое время ферментации стало возможным благодаря повторному использованию дрожжей.
Вкус
Белок риса, кукурузы, пшеницы и отрубей 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 подготовленным к приготовлению.
- Аминокислотный баланс: Наличие правильного сочетания строительных блоков белка (дрожжи богаты одним типом, а зерно — другим), благодаря чему белок становится более питательным и ценным.
- Антипитательные факторы (ANF): вредные вещества, содержащиеся в некоторых растительных белках, таких как соя, которые могут вызывать проблемы с пищеварением; TorulaFeed таких веществ TorulaFeed .
- Корма для водных животных: специальные корма, предназначенные для рыб и других водных животных.
- Сбалансированный белок: белок, содержащий оптимальное сочетание всех строительных блоков, необходимых для здорового роста рыб, животных или людей.
- CAPEX (капитальные затраты): средства, затрачиваемые на начальном этапе на приобретение оборудования и создание производственной системы.
- Показатель DIAAS: показатель, характеризующий эффективность усвоения и использования белков организмом (чем выше, тем лучше). TorulaFeed 116–123, что является отличным результатом.
- Испарительное охлаждение: использование воздушного потока, проходящего через бродильные чаны, для охлаждения бродильной смеси за счет испарения влаги. Это также обеспечивает поступление кислорода к дрожжам и позволяет сократить затраты на энергию и оборудование.
- Выщелачивание никеля: никель из металлического оборудования постепенно растворяется в продукте; в данном случае этого удается избежать за счет использования специальных пластиковых бочек.
- OPEX (операционные расходы): расходы на повседневное функционирование, такие как затраты на энергию, сырье и оплату труда.
- Биореактор с вращающимся барабаном (RDB): вращающаяся емкость (барабан), в которой дрожжи эффективно культивируются на зерне с использованием воздушного потока для охлаждения и перемешивания.
- Твердофазное брожение: выращивание дрожжей на влажном зерне (а не в большом резервуаре с жидкостью), что проще, дешевле и требует меньших затрат энергии.
- Повторное использование дрожжей: повторное использование жизнеспособных дрожжей из одной партии брожения в следующей с целью снижения затрат и ускорения процесса.
TorulaFeed завод перерабатывает 400 000 тонн зерна в год
Крупный американский завод по производству биоэтанола может перерабатывать 400 000 метрических тонн кукурузы в год при капитальных затратах в 88 млн долларов. Это пример завода TorulaFeed , перерабатывающего такое же количество зерна при капитальных затратах в 14 млн долларов и производящего 260 000 метрических тонн TorulaFeed в год.
Он состоит из 700 20-футовых транспортных контейнеров, каждый из которых содержит биореактор с вращающимся барабаном размером 1,5 м x 5 м. Зерно хранится в зерновых силосах (желтого цвета), измельчается в молотках (в здании рядом с зерновыми силосами), а мука хранится в мучных силосах (белого цвета). Мука загружается в каждый транспортный контейнер с помощью пневматической транспортировки, каждый контейнер преобразует 0,85 т муки в 0,55 т TorulaFeed 12 часов, TorulaFeed и сушится в каждом контейнере, а полученный TorulaFeed пневматически TorulaFeed в силосы для продукции (оранжевые), упаковывается и загружается в грузовики для отправки. Сточные воды не образуются.
Резервуары для воды (синие) подаются по магистрали вдоль дороги рядом с силосными ямами и ответвляются к каждому составу из 50 контейнеров. Аналогичным образом растворы ферментов, мочевины и дрожжевой подкормки распределяются по магистрали и ответвлениям. Пар вырабатывается рядом с молотковой мельницей и распределяется аналогичным образом - магистраль вдоль дороги и ответвления к каждому контейнеру. Электроэнергия аналогично распределяется по контейнерам. В каждой емкости используется 3-ходовой шаровой клапан для перекачки жидкостей из каждой ветки.
Дороги между поездами из 50 контейнеров предназначены для тяжелого обслуживания барабанов, установленных на салазках. Влажный воздух вытягивается из задней части каждого контейнера и поднимается вверх. Более холодный и сухой воздух поступает от входа в каждый контейнер, проходит через воздушные фильтры в каждом контейнере и через вращающийся ферментационный жмых внутри барабана, который охлаждается за счет испарения этим воздушным потоком.
Масштабирование этой установки не сопряжено с риском, поскольку после того, как будет доказана эффективность работы одного контейнера, остальная часть установки будет состоять из хорошо известных технологий, применяемых при строительстве заводов по производству биоэтанола.
Большая часть производства будет осуществляться на заводах, строящих контейнеры в разных странах, что должно значительно сократить время на строительство завода. Оптимальное расположение заводов - вблизи мест выращивания зерна. Рынок США, Индии, Китая и России - это не менее 100 заводов в каждой стране.
- Испарительное охлаждение: использование воздушного потока, проходящего через бродильные чаны, для охлаждения бродильной смеси за счет испарения влаги. Это также обеспечивает поступление кислорода к дрожжам и позволяет сократить затраты на энергию и оборудование.
- Измельчение на молотковой мельнице: измельчение цельного зерна в мелкую муку с помощью молотковой мельницы.
- Метрическая тонна (MT): единица веса, равная 1 000 килограммам (около 2 200 фунтов).
- Пневматическая транспортировка: перемещение муки или готовой продукции по трубам с помощью давления воздуха или всасывания, например, с помощью вакуумной системы.
- На салазках: Оборудование, смонтированное на подвижной раме (салазках), что позволяет легко устанавливать или перемещать его.
- Силосы: высокие резервуары или здания для хранения зерна, муки или готового TorulaFeed.
- Контейнерные поезда: группы из 50 транспортных контейнеров, выстроенных в ряд для облегчения доступа при техническом обслуживании.
- Водоактивность: показатель, характеризующий количество свободной воды в смеси, доступной для роста дрожжей (поддерживается на необходимом уровне для обеспечения нормального брожения).
Ферменты, используемые для производства TorulaFeed
Мальтогенная амилаза Sunson, 0,1 - 1 кг/тонна муки, 20-80°C
для гидролиза амилозы в крахмале до мальтозы
Sunson pullulanase, 1-2 л/тонну муки, 40-65°C
для гидролиза амилопектина в крахмале до амилозы
Ксиланаза Sunson, 5-10 г/тонну муки, 30-70°C
для гидролиза клетчатки (арабиноксилан) в зерне до ксилозы и арабинозы
Sunson Nutrizyme PHY (фитаза), 100 г/тонна, 30-85°C
для гидролиза фитиновой кислоты и получения свободных неорганических фосфатов и минералов
Для пшеницы:
Sunson Acid Protease APRS, 0,01-0,5 кг/тонна, 30-70°C
для гидролиза глютенообразующих белков до пептидов без образования свободного аминоазота.
Эти ферменты обладают значительной активностью при pH 4-6. Эти ферменты также обладают значительной активностью при одновременном осахаривании и ферментации (SSF) при 35°C и не денатурируются при частичной желатинизации крахмала при 70°C.
- Амилоза: одна из прямоцепочечных составляющих крахмала в зерне, которую ферменты расщепляют до сахара — мальтозы.
- Амилопектин: разветвленная часть крахмала в зерне, которую ферменты преобразуют в простые сахара.
- Арабиноксилан: вид клетчатки, содержащейся в зернах, который под действием ферментов расщепляется на сахара (ксилозу и арабинозу), которые затем дрожжи могут использовать в качестве пищи для роста и синтеза белка.
- Желатинизация: нагревание крахмала в зерне с целью его набухания, что облегчает его расщепление ферментами.
- Гидролиз: процесс расщепления крупных молекул (таких как крахмал или клетчатка) с помощью ферментов и воды на более мелкие, усваиваемые сахара.
- Фитиновая кислота: природное соединение, содержащееся в зерновых культурах, которое может связывать минералы и затруднять их усвоение животными или людьми; фитаза высвобождает эти минералы.
- pH: показатель, характеризующий степень кислотности или щелочности вещества (эти ферменты наиболее эффективно работают в слабокислом диапазоне pH 4–6).
- Фитаза: фермент, расщепляющий фитиновую кислоту в зерне с целью высвобождения важных минералов, таких как фосфор.
- Пуллуланаза: фермент, способствующий расщеплению разветвленного крахмала, содержащегося в зерне, на более простые формы.
- Одновременное осахаривание и брожение (SSF): одновременное выполнение двух этапов — ферменты расщепляют крахмал на сахар, а дрожжи превращают сахар в белок.
- Ксиланаза: фермент, расщепляющий клетчатку (арабиноксилан) в зерне на сахара, которые могут усваиваться дрожжами.
Детали контейнера TorulaFeed
Каждый TorulaFeed состоит из 20-футового транспортного контейнера, содержащего биореактор с вращающимся барабаном размером 1,5 м x 5 м. Барабан представляет собой гофрированный барабан из полиэтилена высокой плотности (DWC) с гладкой внутренней поверхностью и гофрированной внешней поверхностью. Центральная ось содержит трубу из нержавеющей стали DN50 для распределения жидкостей и пара. Барабан содержит 4 подъемника длиной 4,5 м (не показаны). Барабан вращается со скоростью 10 об/мин в течение 12 часов во время следующих этапов обработки:
Добавляется вода, ферменты и дрожжевая подкормка, перемешивается.
Мука пневматически подается в барабан и хорошо перемешивается при комнатной температуре, активность воды 0,95 (влажность 36% wb)
Добавление пара для повышения температуры до 70°C в течение 30 минут для стерилизации и частичного желатинирования муки
Температура постепенно снижается до 35°C при гидролизе амилозы, выщелоченной из муки.
Переработанные дрожжи получают с помощью перистальтического насоса из контейнера партнера (разница в цикле 12 часов)
Быстрое брожение в течение 6 часов, испарительное охлаждение для поддержания температуры на уровне 35 °C.
Переработанные дрожжи перекачиваются перистальтическим насосом в партнерский контейнер
Выращивание в течение 2 часов с пониженным содержанием мочевины и фосфора для снижения содержания РНК и гликогена
Инактивация Candida utilis и стерилизация TorulaFeed паром
Сушка с использованием нагретого паром воздуха и испарительного охлаждения, (влажность 13% wb)
Извлечение TorulaFeed с помощью пневматической транспортировки
Обратите внимание, что эти контейнеры работают без присмотра в течение нескольких месяцев, самоочищаются, не производят сточных вод, каждые 12 часов требуется около 1200 кг санитарного пара, который затем рециркулируется, а для вращения барабана со скоростью 10 об/мин и работы вентилятора со скоростью 8000 м3/ч требуется около 2 кВт энергии. Связь осуществляется по WiFi с центральной станцией технического обслуживания.
| Элементы экономии | Воздействие | Пререквизит |
|---|---|---|
| Твердофазная ферментация с катящимся барабаном | Отсутствие центрифуги или распылительной сушилки, низкая мощность, отсутствие пены, высокий уровень переноса кислорода | |
| Частичная желатинизация при 70°C | Отсутствие струйной варки позволяет ускорить ферментативный гидролиз при 35°C | |
| 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 |
| Композитные недорогие ролики | 1/10 стоимости стандартных роликов | |
| Грибники, использующие металлическую сетку для насыщения кислородом падающих гроздей | Более быстрое производство дрожжей | |
| Переработка дрожжей | Более быстрое производство дрожжей | Контроль бактериального загрязнения |
| Выращивание дрожжей Torula | Использует масло и арабиноксилан из риса, кукурузы и пшеницы для производства белка | |
| Стерилизация после каждого цикла | Повышает температуру до 80°C при влажности 100% | |
| Недорогие ферменты | Ферменты Sunson отличаются высоким качеством и низкой ценой | |
| Непрерывная очистка на месте | Использует стерилизацию и абразивную обработку для CIP | |
| Контейнеры | Массовое производство, простая установка |
- Candida utilis: вид дрожжей, культивируемый внутри барабана для производства богатого белком корма TorulaFeed.
- Двухстенная гофрированная бочка из полиэтилена высокой плотности (DWC): прочная пластиковая бочка, пригодная для пищевых продуктов, с ребрами жесткости и гладкой внутренней поверхностью; в отличие от металла, она не выделяет никель.
- Испарительное охлаждение: использование воздушного потока, проходящего через бродильные чаны, для охлаждения бродильной смеси за счет испарения влаги. Это также обеспечивает поступление кислорода к дрожжам и позволяет сократить затраты на энергию и оборудование.
- Гликоген: форма накопления сахара в клетках дрожжей; в ходе этого процесса его количество уменьшается, что способствует улучшению питательной ценности конечного продукта.
- Подъемники: длинные лопасти или ребра внутри вращающегося барабана, которые способствуют перемешиванию и переворачиванию зерна и дрожжей.
- Перистальтический насос: щадящий насос, который сжимает трубки для перемещения дрожжей или жидкостей из одной емкости в другую, не повреждая их.
- РНК (рибонуклеиновая кислота): молекула, содержащаяся в клетках дрожжей; в ходе этого процесса её количество уменьшается, что позволяет получить более полезный конечный продукт.
- Твердофазное брожение: выращивание дрожжей на влажном твердом зерне внутри барабана, а не в жидкости.
- Водяная активность: количество доступной влаги в смеси (во время замеса поддерживается на уровне около 0,95 для обеспечения хорошего роста дрожжей).
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 вращающимся барабаном с использованием некрахмальных частей риса, кукурузы и пшеницы (т. е. отрубей) в качестве подложки, частичная природа увлажненных отрубей в сочетании с вращением барабана со скоростью 10 об/мин и наличием 8 подъемников (высотой 150 мм) способствует постоянному перемешиванию и каскадированию субстрата. Это механическое воздействие вызывает истирание 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 адгезии.
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 поднимаем температуру TorulaFeed до 80°C при относительной влажности 100%, при этом пар не попадает на полиэтилен высокой плотности 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.
- Абразивное воздействие: Мягкое скребущее действие, создаваемое перемешивающимися частицами зерна и вращающимся барабаном, способствует очистке внутренних поверхностей.
- Биопленки: липкие слои бактерий или других микроорганизмов, которые могут образовываться на оборудовании; их появлению здесь предотвращают путем регулярной очистки.
- Очистка на месте (CIP): автоматическая очистка оборудования без его разборки, которая здесь осуществляется с помощью пара и естественного движения технологического потока.
- Относительная влажность: количество влаги в воздухе (для эффективной стерилизации всего используют 100-процентную влажность с паром).
- Паровая обработка / Паровая стерилизация: использование горячего пара с высокой влажностью для уничтожения всех бактерий, дрожжей и грибков в начале и в конце каждого цикла.
- Стерилизация: уничтожение всех нежелательных микроорганизмов, чтобы размножались только нужные Torula .
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, пшеницы и отрубей 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 |
- АНФ (антипитательные факторы): вредные вещества, которые иногда содержатся в растительных белках; TorulaFeed , что делает этот продукт более полезным для здоровья.
- Показатель DIAAS: показатель, характеризующий эффективность усвоения и использования белков организмом (чем выше, тем лучше). TorulaFeed 116–123, что является отличным результатом.
- Эргостерол: природное соединение, содержащееся в дрожжах, которое организм может преобразовывать в витамин D2.
- Жирные кислоты: строительные блоки жиров; TorulaFeed содержание низкое, поскольку дрожжи потребляют большую часть масел, содержащихся в зерне.
- Соотношение LA:ALA: баланс между двумя типами жиров (омега-6 к омега-3); в корме TorulaFeed это соотношение TorulaFeed около 4.
- Липиды: жиры и масла; TorulaFeed содержание очень низкое, что позволяет продукту дольше сохранять свежесть и не прогоркать.
- Содержание белка: Около 50 % состава TorulaFeed высококачественный белок с оптимальным соотношением аминокислот.
- Срок годности: период, в течение которого продукт сохраняет свои качества и остается безопасным для употребления (1–2 года при правильном хранении благодаря низкому содержанию жира).
- Витамины (витамины группы B): TorulaFeed по своей природе TorulaFeed большинством витаминов группы B, которые способствуют поддержанию энергии и здоровья.
TorulaFeed в кормах для рыб и животных и в продуктах питания
Приятность (вкус) TorulaFeed
Белок зерна и белок отрубей содержат очень мало свободной глутаминовой кислоты и имеют относительно нейтральный вкус.
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:
Альфа-линоленовая кислота (ALA, омега-3): Здоровье сердца/мозга, противовоспалительное действие (в семенах льна, чиа, грецких орехах).
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. |
- Корма для аквакультуры: корма, специально разработанные для разведения рыбы и других водных животных.
- Плотоядные рыбы: рыбы, питающиеся другими животными (например, лосось); при избыточном потреблении сои у них могут возникать проблемы с пищеварением, но корм TorulaFeed им подходит.
- Энтерит: воспаление кишечника, возникающее у некоторых рыб при кормлении рационом с высоким содержанием сои; его можно избежать с помощью TorulaFeed.
- Растительные заменители мяса: продукты, которые по внешнему виду и вкусу напоминают мясо, но при этом изготовлены исключительно из растительных или дрожжевых ингредиентов.
- Сейтан: богатый белком продукт, изготовленный из пшеничного глютена, который часто смешивают с пищевыми дрожжами для приготовления сбалансированных веганских блюд.
- Соевая мука: самый распространённый и дешёвый источник белка в кормах для животных, однако она содержит антипитательные факторы, которых TorulaFeed .
- Веганские блюда: блюда, приготовленные без использования продуктов животного происхождения; TorulaFeed отлично TorulaFeed для них, поскольку изготовлен на основе дрожжей.
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 позволяет решить проблемы, связанные с повышенным уровнем мочевой кислоты, обусловленным высоким содержанием нуклеиновых кислот. В описанном процессе используются ферменты пищевого качества и штамм дрожжей, широко применяемый в пищевой промышленности, что подтверждает его пригодность для данного применения.
- Пищевые дрожжи: неактивные (мертвые) Torula , используемые в качестве пищевого ингредиента благодаря своему пикантному вкусу и содержанию белка.
- Растительный белок: белок из неживотных источников, таких как зерновые, соя или дрожжи; TorulaFeed полезный и доступный по цене вариант.
- TorulaFeed пищевой промышленности: использование этого высокобелкового дрожжевого продукта в качестве ингредиента в продуктах питания для людей с целью обогащения их питательной ценности и улучшения вкусовых качеств.
- Вкус «умами»: пикантный, мясной или напоминающий бульон вкус, который TorulaFeed придать блюдам.
- Подходит для веганов: подходит для людей, не употребляющих продукты животного происхождения; TorulaFeed на основе дрожжей и отлично подходит для веганских рецептов.
- Дрожжи в повседневном рационе: большинство людей уже ежедневно употребляют дрожжи в составе хлеба; TorulaFeed аналогичный, безопасный и питательный продукт.
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:
Смешайте TorulaFeed, связующее, специи и соль в миске.
Постепенно добавляйте воду и масло, перемешивая до образования плотного теста (дайте постоять 10-15 минут, чтобы оно загустело и связалось).
Разделите на 4 порции и сформируйте котлеты.
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.
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:
Нарезанный шпинат обжарьте в 4 г масла на среднем огне в течение 2-3 минут, затем остудите.
Соедините TorulaFeed, связующее вещество, травы, специи и соль.
Добавьте завядший шпинат, воду и оставшееся масло; отдохните 10 минут для связывания.
Сформируйте 4 котлеты и обжарьте на гриле или в сковороде по 5 минут с каждой стороны.
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:
Нарежьте баклажаны кубиками, обмажьте 5 г масла и обжаривайте при 200°C (400°F) в течение 15 минут до мягкости.
Обжаренные баклажаны слегка разомните в пюре и смешайте с TorulaFeed, связующим, специями и солью.
Добавьте воду и оставшееся масло; дайте смеси увлажниться в течение 15 минут.
Сформируйте 4 котлеты и запекайте при 190°C (375°F) в течение 20 минут, перевернув один раз, или обжарьте на сковороде.
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 доступные 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 |
- Связующее вещество: ингредиент (например, льняное семя), который помогает скрепить веганские котлеты, чтобы они не разваливались при приготовлении.
- Ореховый, дымный или «умами» вкусовой профиль: приятный пикантный, слегка ореховый или дымный вкус, который TorulaFeed гамбургерам и другим блюдам.
- Растительная альтернатива мясу: бургер или котлета, приготовленные без использования настоящего мяса, с использованием таких ингредиентов, как TorulaFeed белок и текстуру.
- Улучшение текстуры: как TorulaFeed придать веганским бургерам более приятную, похожую на мясо, текстуру и ощущение во рту.
- TorulaBurger™: торговая марка веганских бургеров или котлет, изготовленных с использованием TorulaFeed основного белкового ингредиента.
- Веганский бургер: котлета без мяса, подходящая для веганов, которую часто обогащают добавкой TorulaFeed повышения питательной ценности, улучшения вкуса и обеспечения связующего эффекта.
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 |
О нас
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.
Контроль загрязнения при выращивании дрожжей
US12297423B2 (США) Статус: Патент выдан
Статус CN118043470A (Китай): Опубликовано
RU2826104 (Россия) статус: Предоставлено
BR112024003499 (Бразилия) статус: Предоставлено
Методы ферментации культур, богатых углеводами
Статус US9499839 (США): Предоставлено
RU2642296 (Россия) статус: Предоставлено
BR112016005352 (Бразилия) статус: Предоставлено
Статус CN107109440B (Китай): Предоставлено
Статус EP3140411 (Европейский Союз): Предоставлено
Статус AR106148A1 (Аргентина): Предоставлено
IN328228 (Индия) статус: Предоставлено
Уведомление о выдаче патента патентным ведомством Украины
Метод ферментации стеблей растений семейства Poaceae
Статус US9631209 (США): Предоставлено
RU2650870 (Россия) статус: Предоставлено
Статус EP3277825B1 (ЕС): Предоставлено
MX363750B (Мексика) статус: Предоставлено
Статус CN107849585B (Китай): Предоставлено
BR112017008075 (Бразилия) статус: Предоставлено
Методы и устройства для выделения этанола из ферментированной биомассы
US10087411 (США) статус: Предоставлено
RU2685209 (Россия) статус: Предоставлено
Статус EP3541489A1 (ЕС): Предоставлено
MX371710 (Мексика) статус: Предоставлено
BR112018075838A2 (Бразилия) статус: Предоставлено
IN332722 (Индия) статус: Предоставлено
Статус CA3025016A1 (Канада): Предоставлено
UA119630C2 (Украина) статус: Предоставлено
Методы и системы для получения сахаров из богатых углеводами субстратов
Статус US9194012 (США): Предоставлено
RU9194012 (Россия) статус: Предоставлено
Статус CA2884907 (Канада): Разрешено
Статус CN105283468 (Китай): Предоставлено
Статус EP3004178 (Европейский Союз): Предоставлено