我们的科学与工艺

Cellofuel 的专利技术通过采用生物方法（而非化学方法）控制细菌污染，从而提高了生物乙醇（主要以玉米和甘蔗为原料）的生产效率。

我们采用一种有针对性的生物策略，优先利用酵母而非细菌，从而实现更高的乙醇产量、更低的运营成本以及更少的化学品投入。

我们目前有三个正在进行的项目，这些项目利用我们的专利技术消除细菌污染（感染），并提高利用酵母生产玉米乙醇、甘蔗乙醇和单细胞蛋白的盈利能力。

我们的技术如何运作

在循环利用过程中，我们没有在发酵罐中添加抗菌化学物质，也没有使用硫酸杀菌，而是采用了一种更明智的生物策略：

  • 我们杜绝了镍向工艺流程中的渗出。

  • 我们使用分批投料尿素作为唯一的氮源。

  • 这使得在回收酵母的同时，能够实现更快的发酵，且不会发生细菌污染（感染）

为什么这样有效：

  • 细菌需要镍作为辅因子才能在尿素上生长。如果没有镍，它们就无法繁殖。

  • 酵母只需生物素（维生素B7）就能利用尿素，因此能正常生长。

  • 这为酵母创造了天然优势，同时使细菌处于饥饿状态

该技术可提高生物乙醇工厂的盈利能力——减少用于细菌生长（感染）、乳酸生产和甘油生产的糖分。这使得乙醇产量增加，从而带来更高的利润。此外，该技术还能提高玉米油和DDGS等副产品的质量，进一步提升利润。 更高效的工厂运营也有助于提高利润，因为发酵周期缩短且清洁要求降低。缩短发酵周期时间还能降低扩大生产能力的资本成本。

发酵周期时间：

  • 在玉米乙醇工厂中，发酵周期缩短至 24-36小时 ，同时通过减少甘油产量和消除细菌污染来提高效率。这使得利用相同数量的玉米能获得更高的利润。此外，在将工厂产能翻倍时，由于无需增设新的发酵罐，还能显著节省成本。

  • 在甘蔗乙醇工厂中，生产周期比传统的梅勒-博伊诺工艺短2至4小时。

玉米乙醇工厂的盈利能力：

  • 年利润增长：每年1000万至2000万美元，主要得益于玉米油回收率提高、DDGS质量提升、乙醇产量增加（甘油产量减少）、蒸馏装置结垢和清洗次数减少，以及DDGS干燥机结垢减少（对于一家典型的年产1亿加仑的工厂，实际中位数为1200万至1500万美元）。

  • 根据《美国国内税收法》第45Z条可能获得的税收抵免：每年200万至400万美元

  • 淀粉转化为乙醇的收率：>92–94%（理论值）（相比之下，许多标准工厂的收率约为88–90%）

  • 降低生产成本：每加仑 0.02–0.06 美元

  • 所需资本调整：在玉米供应量不变的情况下：600万至1200万美元（实际中间值800万至1000万美元）；在玉米供应量翻倍的情况下：由于无需新增发酵罐，可节省3000万至4000万美元的资本支出。

巴西甘蔗乙醇工厂的盈利能力：

  • 年利润增长：通过增加乙醇产量、取消硫酸洗涤、减少蒸馏塔清洗以及缩短批次循环时间，每年可增加1000万美元利润。由于每批次时间缩短了2至4小时且工艺效率得到提升，因此节省的成本相当可观。

  • 假设乙醇价格为每升0.50美元，一家典型巴西甘蔗乙醇工厂通过消除发酵罐中的细菌污染，使乙醇产量增加6%（1200万升），其年收入增长约为6,000,000美元。这一数字可能在360万美元至840万美元之间波动，具体取决于乙醇价格或工厂规模。

  • 取消硫酸洗涤工艺每年可节省约50万美元的成本。

  • 通过从蒸馏塔中去除硫酸钙，每年可节省约130万美元的成本。

  • 将批次周期时间从12-15小时缩短至10-12小时所带来的成本节约约为每年130万美元。

营养酵母工厂的盈利能力：

  • 该技术能够以低于大豆蛋白的成本生产营养酵母蛋白，在采用固态发酵工艺加工谷物或糖类时，既能避免污染（感染），又能带来丰厚利润。

术语表
  • 抗生素：能够杀死或抑制细菌的药物。该技术无需使用抗生素即可控制有害细菌。
  • 细菌污染（感染）：当有害细菌进入发酵罐并干扰乙醇生产时。该技术无需使用化学物质即可防止这种情况发生。
  • 苛性清洗：使用强碱性化学品（如苛性钠）清洗设备。采用此工艺可节省时间并降低成本。
  • 玉米乙醇工厂：通过发酵将玉米转化为乙醇燃料的工厂。
  • 发酵周期：每批酵母将糖分转化为乙醇所需的时间。周期越短（24–36小时），日产量就越高。
  • 《美国国税法》第45Z条税收抵免：美国政府为生产低碳燃料提供的税收优惠政策，可为工厂带来显著的附加值。
  • 梅勒-布瓦诺工艺：传统酵母回收方法（在甘蔗加工厂中较为常见）通常采用酸洗工艺。该技术以一种更温和的方法取代了这些传统方法。
  • 营养酵母：将酵母加工成高蛋白产品，作为动物饲料或营养补充剂出售，从而创造额外收入。
  • 淀粉转乙醇收率：玉米中的淀粉转化为乙醇的效率。收率越高，意味着用同等数量的玉米能生产出更多的燃料。
  • 甘蔗乙醇厂：以甘蔗而非玉米作为主要原料的乙醇工厂。
  • 硫酸清洗：在回收过程中使用强酸清洗酵母或设备。该技术可省去这些步骤。
  • 酵母回收：将上一批次发酵中健康的酵母重新用于下一批次发酵，以降低成本并加快生产进程。

玉米乙醇工厂的技术

我们开发了一系列实用技术，可显著提高玉米乙醇工厂的效率和盈利能力。我们的方法侧重于酵母回收和对细菌污染的有效控制——无需采用传统的梅勒-博伊诺（Melle-Boinot）硫酸洗涤法或抗生素。

我们的技术如何运作

我们没有在发酵罐中添加抗菌化学物质，也没有在酵母回收过程中使用硫酸进行清洗，而是采用了一种更明智的生物策略：

  • 我们杜绝了镍向工艺流程中的渗出。

  • 我们使用分批投料尿素作为唯一的氮源。

  • 这使得利用 酵母回收

为什么这样有效：

  • 细菌需要镍作为辅因子才能在尿素上生长。如果没有镍，它们就无法繁殖。

  • 酵母只需生物素（维生素B7）就能利用尿素，因此能正常生长。

这为酵母创造了天然优势，同时使细菌处于饥饿状态

经济效益（以一座典型的年产100 MMGY的工厂为例）

  • 年度利润增长：每年1000万至2000万美元（现实的中位数：1200万至1500万美元）。
    收益主要来自乙醇产量的提高（包括利用玉米籽粒纤维）、玉米油回收率的提升、工厂处理能力的提高、监管抵免以及运营成本的降低。

  • 所需改造的资本成本：600万至1200万美元（中位数：800万至1000万美元）。

  • 降低生产成本：每加仑乙醇可节省0.02至0.06美元。

切合实际的绩效目标

  • 周期时间：24–36小时

  • 最终乙醇浓度：16.5%+（体积百分比）

  • 甘油：5–10 克/升

  • 淀粉转化为乙醇的总体收率：>92–94%（理论值）（相比之下，许多标准工厂的收率约为88–90%）

为什么这种技术如此高效？

糖类可转化为乙醇、甘油或生物质。我们的工艺通过最大限度地减少后两者的生成，使转化更倾向于乙醇。

当高浓度的葡萄糖和麦芽糖导致渗透应激时，酵母会产生甘油。我们通过逐渐加入葡萄糖淀粉酶来减轻这种渗透应激，从而减少甘油的产生。

酵母还会产生甘油，以将生物合成或发酵过程中产生的过量NADH重新氧化，尤其是在厌氧条件下。分批补料法虽然无法完全消除对甘油的需求，但能减轻因生物量快速形成而产生的氧化还原压力。通过以可控的方式减缓酵母生长，更多的NADH可通过乙醇代谢途径而非甘油代谢途径进行处理。

生物质生产主要有两种类型——酵母生长和细菌生长。我们通过将镍浓度控制在1 ppm以下，并使用分批添加的尿素作为氮源，从而抑制细菌生长。我们通过使用分批添加的尿素来抑制酵母生长，特别是在发酵后期停止这种添加。

如果能在发酵结束时保持酵母细胞的存活率，那么在酵母回收过程中所需的酵母生长量就会减少。将发酵度控制在16.5%乙醇（而非19%等更高目标）有助于提高酵母的存活率，从而便于回收，且蒸馏能耗仅略微增加约0.0015美元/加仑。

通过消除细菌污染、减少甘油产量以及抑制酵母生长，可以从玉米中生产出更多的乙醇。

在发酵后期略微降低温度，可以提高酵母的活力。

现有流程的主要变更

我们进行了以下有针对性的修改：

  1. 将玉米糊水解并液化，使淀粉更易于被酶作用。可使用含有耐热α-淀粉酶和内蛋白酶的喷射式烹饪机（热烹饪），或使用含有内蛋白酶的颗粒状淀粉水解酶（GSHE）（冷烹饪）。

  2. 添加纤维素酶、木聚糖酶和植酸酶，以提高玉米油的出油率并降低糖化液的粘度。

  3. 经过一段时间的酶解后，将麦芽浆冷却，然后转移至发酵罐中。

  4. 将从啤酒槽中回收的再生酵母直接加入糖化液中。

  5. 采用较高的初始酵母浓度，并进行一定的初始充气，以快速消耗游离氨基氮（FAN），从而促使酵母产生甾醇和不饱和脂肪酸。

  6. 以受控（分批补料）的方式向发酵罐中添加葡萄糖淀粉酶，以加速糖化发酵一体化（SSF）过程，同时减少甘油的产生。

  7. 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.

  8. 发酵结束后，将发酵罐中的内容物快速泵入啤酒储罐，在不使用苛性化学品的情况下进行就地清洗（CIP），然后开始新的发酵周期（参见上文步骤1）。

  9. 持续使用由啤酒池供料的沉降式离心机，以回收湿酒糟（WDG）。

  10. 采用逆流洗涤法从WDG中回收乙醇，并将洗涤液送回啤酒塔的顶部。

  11. 在卧式离心机的出口处使用一台三相碟式堆叠离心机，以回收和循环利用酵母，同时提高玉米油的分离效率。

  12. 将盘式离心机中的澄清液送入啤酒塔的顶部。

  13. 不断从啤酒塔底部排出薄酒糟。

  14. 啤酒池使发酵罐能够采用高效的批量工艺，同时使离心机和蒸馏塔能够连续运行。

主要成果与效益

  • 发酵周期缩短至24至36小时。通过取消碱性清洗，发酵罐的清洗时间得以缩短。蒸馏塔只需每6至12个月清洗一次，而非每4周一次。

  • 甘油产量显著降低，这是因为高浓度的回流酵母抑制了葡萄糖/麦芽糖浓度升高，从而减轻了最初的渗透应激——这种应激在没有回流酵母的情况下会导致甘油生成。此外，分批投喂葡萄糖淀粉酶也能降低葡萄糖/麦芽糖浓度。

  • 多项关于厌氧乙醇发酵的研究表明，与铵盐相比，使用尿素时甘油产量较低，而乙醇产量较高。在玉米乙醇生产过程中，尿素通常能加速发酵动力学进程并提高乙醇产量。这种差异在氧化还原失衡较为显著的条件下最为明显。

  • 酵母回收工艺 可在高温蒸馏前及早去除固体物质并回收玉米油。这大大减少了啤酒塔和DDGS干燥机中的结垢现象，从而提高了处理能力（这两者是大多数玉米乙醇工厂的主要瓶颈）。

  • 现有的啤酒沉淀池可与现有的沉降式离心机配合使用，并配合新型碟片式离心机，用于回收湿酒糟（WDG）、玉米油和再生酵母。再生酵母被泵送至每个发酵罐对应的小储罐中，供下一周期使用。多余的酵母则加入到湿酒糟中。

  • 由于DDGS未经过蒸馏加热处理，其中的蛋白质保存得更为完整。这不仅提高了其营养价值、氨基酸组成和消化率，还减少了美拉德褐变反应（该反应会破坏赖氨酸和其他必需氨基酸）。

  • 添加纤维素酶/木聚糖酶可降低粘度并提高玉米油的回收率。纤维素酶还能从玉米籽粒纤维中释放出额外的葡萄糖，从而将乙醇产量提高约4%，并产生有价值的D3 RIN信用额。

  • 添加植酸酶可提高玉米油的回收率，并为酵母生长提供所需的额外磷元素。此外，通过分解植酸，植酸酶还能提高DDGS的营养质量，从而提高动物饲料中磷和矿物质的消化率，并减少粪便中的磷排泄量。

设备与酵母的兼容性

  • 目前大多数宽缝板式换热器（由316L不锈钢制成）的镍溶出量已控制在1 ppm以下。

  • 美国干法酿造厂中已安装的标准防爆卧式离心机，可改作他用，用于从啤酒槽中分离固体，而非从啤酒塔底部的浓缩酒糟中分离。

  • 利用汉密尔顿（Hamilton）Incyte Arc传感器，可以实时监测发酵罐中用于循环利用的活酵母浓度。

  • 该系统与Ethanol Red和Thermosacc Dry等耐受性强的酵母菌株配合良好；当通过采用葡萄糖淀粉酶的分批补料法进行固态发酵（SSF），从而省去酸洗工序并减轻渗透应激时，这些菌株的表现优于传统的巴西菌株（PE-2和CAT-1）。

长期优势

酵母回收将主要瓶颈从发酵环节转移到了冷却和蒸馏环节。对于大多数工厂而言，投资回报率次高的举措是增加定向蒸馏产能。通过此次升级新增的10–15 MMGY产能，每年可带来5–12百万美元的毛利润（扣除额外能源和运营成本后，净收益约为4–10百万美元）。

摘要

通过结合酵母回收、消除细菌污染、基于尿素的氮管理、有针对性地使用酶以及简化工艺，工厂可以实现更高的产量、更低的成本、更好的副产品品质，并大幅减少维护工作——且全程无需使用抗生素或硫酸清洗。

术语表
  • α-淀粉酶：一种热稳定性酶，通过将长链淀粉分解为较短的糊精，使玉米糊中的淀粉液化。用于喷射式烹饪设备中的热烹饪工艺。
  • 啤酒专栏：一种高大的设备，用于在发酵后利用热量将乙醇从水和其他液体中分离出来。
  • 啤酒储罐：用于存放发酵混合物（“啤酒”）的大型储罐，可在发酵罐进行分批发酵的同时，确保蒸馏过程连续进行。
  • 生物质：发酵过程中产生的活细胞（主要是酵母，以及任何细菌）。减少多余的生物质有助于提高乙醇产量。
  • 生物素（维生素B7）：一种B族维生素，当酵母以尿素作为氮源时，需要少量该维生素才能正常生长。
  • 纤维素酶：一种能将玉米籽粒纤维中的纤维素分解为糖类的酶。它能提高乙醇产量，降低糖化液粘度，并提高玉米油的回收率。
  • 就地清洗（CIP）：无需拆卸设备，通过循环溶液对管道和储罐进行清洗。此处采用的清洗方式不使用强腐蚀性化学品。
  • 玉米粒纤维：淀粉加工后剩余的玉米粒纤维部分。纤维素酶可将其部分转化为额外的葡萄糖，用于生产乙醇并获取D3 RIN积分。
  • 玉米油回收：在加工过程中将玉米中的有价值油脂分离出来，以便出售以获得额外收入。
  • 逆流洗涤：利用流向相反的液体冲洗固体，以尽可能多地回收乙醇。
  • D3 RIN 积分：根据《可再生燃料标准》，利用玉米籽粒纤维生产乙醇所获得的高价值积分。这些积分不仅能带来额外收入，还能享受美国国税局第45Z条规定的优惠。
  • DDGS（含可溶物的干酒糟）：乙醇生产过程中产生的干燥固体残渣，作为动物饲料出售。该工艺可生产出更高质量的DDGS。
  • 卧式离心机：一种通过旋转将固体（包括酵母）与液体分离的设备。
  • 碟式离心机：一种用于从混合物中分离出酵母和玉米油的高速离心分离器。
  • 内肽酶：一种能分解玉米糊中蛋白质的酶。无论在热制还是冷制工艺中，它都能提高淀粉对其他酶的可利用性。
  • 分批补料法：在发酵过程中分批逐步添加酶或营养物质，而非一次性全部添加，以便更好地控制发酵过程。
  • 游离氨基氮（FAN）：来自玉米蛋白的氮，酵母在发酵初期会利用这种氮。它有助于酵母合成固醇和不饱和脂肪酸，从而维持细胞健康。
  • 葡萄糖淀粉酶：一种缓慢添加的酶，用于将淀粉分解为糖分，供酵母转化为乙醇。
  • 甘油：酵母在发酵过程中自然产生的粘稠副产物。减少甘油的生成，可以相应地提高乙醇的产量。
  • 淀粉粒水解酶（GSHE）：一种能在较低温度下分解淀粉粒的酶。与内肽酶配合使用时，可实现无需喷射式烹饪机即可进行的低温烹饪工艺。
  • 喷射式烹饪机：一种利用高压蒸汽对玉米粉和水的混合物进行加热和烹饪的设备。
  • 美拉德褐变反应：在高温干燥过程中发生的反应，会破坏DDGS中的蛋白质并降低其营养质量。本工艺通过在蒸馏加热前分离固体物质，从而避免了这种反应。
  • 麦芽浆：由磨碎的玉米、水和酶混合而成的浓稠混合物，正在被加工成乙醇。
  • NADH：辅酶NAD+的还原形式；酵母糖酵解过程中产生的主要电子载体。过量的NADH会导致氧化还原失衡，使酵母产生更多甘油而非乙醇，从而降低生物乙醇发酵的产率。
  • 镍的浸出：金属设备中的镍会缓慢溶解到液体中。将镍含量控制在极低水平可防止细菌滋生（当以尿素作为氮源时，细菌需要镍）。
  • 渗透应激：高糖浓度对酵母细胞造成的应激，导致其产生更多甘油。通过逐步添加酶可减轻这种应激。
  • 植酸酶：一种能分解玉米中植酸的酶。它能提高玉米油的出油率，为酵母提供磷元素，并增强DDGS的营养价值。
  • 氧化还原失衡：酵母细胞内化学反应失衡，可能导致生成更多甘油而非乙醇。可通过投料策略加以调控。
  • 同步糖化发酵（SSF）：在同一反应釜中，将淀粉分解为糖，并同时将这些糖转化为乙醇。
  • 浓馏渣：传统工艺中蒸馏后残留的富含固体的液体。为减少结垢并提高处理量，已提前从啤酒槽中移除。
  • 稀醪：从发酵混合物中去除固体和乙醇后剩余的稀薄液体；通常在工厂内循环利用。
  • 尿素：一种常见且廉价的氮源（也用于肥料），用于培养酵母。将其与极低浓度的镍一起逐渐加入，以促进酵母生长而非细菌生长。
  • 湿酒糟（WDG）：发酵和分离后剩余的湿固体残渣；经加工后用作动物饲料。
  • 木聚糖酶：一种能分解玉米纤维中半纤维素的酶。它能降低糖化浆的粘度，并提高玉米油的出油率。
  • 酵母回收：将上一批次发酵中健康的酵母重新用于下一批次发酵，以降低成本并加快生产进程。
  • 酵母活力：指仍保持存活且健康的酵母细胞所占的百分比。更高的活力有助于提高循环利用率和生产性能，即使在高乙醇浓度条件下也是如此。

甘蔗乙醇工厂的技术

我们开发了一系列实用技术，可同时提高巴西和印度甘蔗乙醇工厂的效率和盈利能力。该系统无需使用抗生素，也无需采用传统的梅勒-博伊诺（Melle-Boinot）硫酸洗涤法处理回收酵母，便能有效控制细菌污染。

工作原理

在酵母回收过程中，我们没有在发酵罐中添加抗菌化学物质，也没有使用硫酸杀菌，而是采用了一种简单的生物方法：

  • 我们将氮源切换为尿素（分批添加）。

  • 我们消除了设备中镍的浸出。

细菌需要镍作为辅因子才能利用尿素生长，因此没有镍就无法有效繁殖。然而，酵母只需少量生物素（维生素B7）就能将尿素作为氮源利用。这种天然差异无需使用化学物质就能抑制细菌的生长。

投资与储蓄

对于一家典型的巴西大型甘蔗乙醇工厂而言，改造的总资本成本约为0.5至1.5百万美元（平均约1百万美元）。其中大部分成本用于尿素和活性二氧化硅的简单投加系统。

其经济影响非常巨大。据我们估算，每家工厂每年可节省约1000万美元。鉴于巴西约有200家大型乙醇工厂，这意味着整个行业每年可节省约20亿美元。

现有工厂需要进行的变更

需要进行以下修改：

  • 用尿素替代当前的氮源，并以受控的分批投料方式进行投喂。

  • 板式换热器应仅使用316L不锈钢，以防止镍渗入工艺流中。

  • 利用现有的沉降式离心机从发酵麦汁（啤酒）中回收酵母。这样就无需使用转基因絮凝酵母。

  • 在每个生产周期之间，请使用加压热水而非腐蚀性化学品对发酵罐进行清洗。

  • 停止对回收酵母进行硫酸清洗——酵母可直接回收回发酵罐。

  • 消除硫酸后，就无需再清除蒸馏塔顶部积聚的石膏/硫酸钙了。

  • 添加活性二氧化硅（巴西技术）以保持较高的酵母活力——即使在19%的乙醇浓度下，活性仍可保持在80%以上。这还能将甘油产量降低多达10%，并提高乙醇产量。

结果

这些改进使发酵周期比标准的梅勒-布瓦诺（Melle-Boinot）工艺缩短了2至4小时。由于该系统无需无菌（无菌）条件，因此比传统方法更简单、成本更低，且产量显著更高。

术语表
  • 活性二氧化硅：一种特殊添加剂（源自巴西技术），即使在乙醇浓度较高的情况下，也能帮助酵母细胞保持健康和活性。它还能减少甘油废弃物，并提高乙醇产量。
  • 抗生素：能够杀死或抑制细菌的药物（这种方法完全避免使用抗生素）。
  • 无菌条件：一个完全无菌的操作环境，不允许存在任何细菌（此简易方法则无需此条件）。
  • 细菌污染：有害细菌进入发酵罐，与酵母竞争或降低乙醇产量。
  • 生物素（维生素B7）：一种B族维生素，当酵母以尿素作为氮源时，需要少量该维生素才能正常生长。
  • 腐蚀性化学品：传统上用于清洗储罐的强效、刺激性清洁剂（如苛性钠），此处已改用热水代替。
  • 卧式离心机：一种通过旋转将固体（包括酵母）与液体分离的设备。
  • 精馏塔：一种高大的塔状装置，通过将乙醇与水及其他液体分离来对乙醇进行纯化。
  • 计量系统：在适当时间精确添加少量物料（如尿素）的设备。
  • 乙醇浓度：发酵混合物中酒精所占的百分比（浓度越高，产量越大）。
  • 发酵周期：将甘蔗糖转化为乙醇、收获，然后重复这一过程的完整循环。
  • 絮凝酵母：一种经过特殊设计的酵母，能够聚集成团，以便于分离（此方法无需使用）。
  • 转基因：在实验室中对DNA水平进行改造（这种方法无需使用转基因酵母）。
  • 甘油：酵母在发酵过程中自然产生的粘稠副产物。减少甘油的生成，可以相应地提高乙醇的产量。
  • 石膏（硫酸钙沉积物）：一种呈粉笔状的沉积物，可能堵塞蒸馏设备，通常由使用酸类物质引起。
  • 梅勒-博伊诺特工艺：巴西一种常见的大规模甘蔗乙醇生产方法，采用分批进料发酵和酵母回收工艺，传统上通过向回收的酵母中添加硫酸来控制细菌。
  • 镍的浸出：金属设备中的镍溶解到液体中（细菌需要镍才能在尿素上生长，因此阻止这一过程就能抑制细菌）。
  • 氮源：向酵母或细菌提供氮（生长所需的关键组成成分）的化学物质——此处改为尿素。
  • 板式换热器：一种采用金属板的装置，用于高效地对工艺液体进行加热或冷却。
  • 加压热水：利用加压喷射的热水，无需使用强效化学品即可清洗储罐。
  • 回收酵母：从上一批发酵中保留下来的酵母，用于下一批发酵。
  • 316L不锈钢：一种用于设备部件的高品质金属，可防止镍溶解到液体中。
  • 硫酸清洗：使用强酸对回收酵母进行清洗和消毒（此方法中省略该步骤）。
  • 尿素：一种常见且廉价的氮源（也用于肥料），用于培养酵母。将其与极低浓度的镍一起逐渐加入，以促进酵母生长而非细菌生长。
  • 酵母活力：指仍保持存活且健康的酵母细胞所占的百分比。更高的活力有助于提高循环利用率和生产性能，即使在高乙醇浓度条件下也是如此。

巴西甘蔗乙醇生产中的发酵循环

在巴西，甘蔗乙醇生产通常采用 Melle-Boinot 工艺，这是一种饲料批量发酵工艺，因其高效和可扩展性而得到广泛应用。该工艺首先要制备一种基质，通常是甘蔗加工过程中产生的甘蔗汁或糖蜜。这种富含蔗糖、葡萄糖和果糖等可发酵糖的基质被送入大型发酵桶。发酵由酵母菌进行，这是一种非常适合生产乙醇的强健菌株。

  • 发酵阶段：酵母将糖发酵成乙醇和二氧化碳，发酵时间一般为 6 到 12 小时，具体取决于温度（保持在 30-34°C 左右）、糖浓度和酵母活性等因素。该过程采用 "分批添加 "的方式，即逐步添加基质，以避免糖分过高而抑制酵母的发酵。

  • 收获阶段：发酵完成后，将发酵液（含乙醇、酵母、水和残糖）离心。这将从酵母生物质中分离出液体部分（称为 "酒"，含有乙醇）。富含乙醇的液体进入蒸馏阶段，以提纯和浓缩乙醇，而酵母则被收集起来重新使用。

  • 酵母回收：在标准工艺中，约 90-95% 的离心酵母被回收到下一个发酵周期，以保持高生产率并降低成本。在回收之前，酵母通常要经过酸洗（使用硫酸）或水洗，以去除杂质，特别是细菌，并通过减少发酵副产品和死细胞的堆积来刷新酵母。

  • 发酵桶清洗：每次循环后，都要清洗发酵桶，以去除残留物，防止下一批产品受到污染。这种清洗通常使用烧碱（氢氧化钠），并经常加热，以确保彻底卫生，然后进行冲洗。

这种循环重复多次，利用回收的酵母最大限度地提高了巴西大规模乙醇工业的效率，该工业每年生产数十亿升乙醇。

术语表
  • 苛性钠（氢氧化钠）：一种强效化学清洁剂，用于清洗发酵罐。
  • 离心（离心处理）：将混合物高速旋转，以将酵母细胞与液体分离。
  • 分批添加法：将糖液（或营养物质）分批逐步加入，而不是一次性全部加入，以避免酵母无法承受。
  • 发酵阶段：这是酵母消耗糖分并将其转化为乙醇（酒精）和二氧化碳气体的关键步骤。
  • 收获阶段：发酵完成后，通过离心分离酵母和液体，收集成品混合物。
  • 梅勒-博伊诺特工艺：巴西一种常见的大规模甘蔗乙醇生产方法，采用分批进料发酵和酵母回收工艺，传统上通过向回收的酵母中添加硫酸来控制细菌。
  • 糖蜜：制糖过程中产生的浓稠、甜美的糖浆；用作酵母的廉价糖源。
  • 酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）：这种耐受性强的酵母菌株被广泛用于生产乙醇（以及面包和啤酒），其学名即为该菌株。
  • 基质：酵母赖以生存的含糖液体或物质（甘蔗汁或糖蜜）。
  • 甘蔗汁：从甘蔗茎中鲜榨而成的液体，富含天然糖分。
  • 发酵罐清洗：在不同批次之间清洗大型发酵罐，以清除残留物。
  • 葡萄酒：发酵后、经净化前产生的富含乙醇的液体。
  • 酵母生物量：离心/分离后收集到的酵母细胞。
  • 酵母回收：将上一批次发酵中健康的酵母重新用于下一批次发酵，以降低成本并加快工艺进程。

无细菌污染和无酵母清洗的改进

现在，让我们考虑一种改进的工艺，在这种工艺中，发酵过程中不会出现细菌污染，离心后的酵母也无需酸洗或水洗。取而代之的是，95% 的酵母不经水洗直接回收。以下是这种工艺的改变和潜在改进：

业务改进

  1. 取消酸洗中的乙醇回收：

    • 在标准工艺中，酸洗酵母会稀释酵母生物质中残留的乙醇。这些乙醇必须回收（如通过蒸馏），增加了一个能源密集型步骤。跳过水洗，乙醇就不会流失到水洗溶液中，从而省去了这一回收过程，节省了能源。

  2. 无酸性中和

    • 酸洗需要在回收之前中和酸性酵母浆（如使用石灰等碱类），以避免伤害酵母或改变发酵 pH 值。省去酸洗就无需中和，从而减少了化学投入、废物处理和相关成本。

  3. 简化流程：

    • 取消清洗步骤可以减少单元工序的数量，降低人工、设备维护和用水量，从而简化操作。

这些变化通过削减能源、化学品和运营费用提高了工厂效率。

代谢物和死细胞的平衡浓度

在不清洗的情况下，循环酵母会将发酵代谢物（如乙酸、甘油等有机酸和高级酒精）以及弱酵母细胞或死酵母细胞带入每个新的循环中。这就是稳定的方法：

  • 积累：起初，随着 95% 的酵母（包括其代谢物和死亡细胞）被重复使用，这些成分的浓度会随着每个循环而增加。

  • 清除和稀释：

    • 5% 的酵母损失：5% 的酵母未被回收（丢弃或损失），从系统中清除了一小部分这些成分。

    • 添加新鲜底物：每个周期引入新鲜甘蔗汁或糖蜜，稀释发酵液中的代谢物浓度。

  • 平衡：经过多个循环后，将达到一种平衡浓度，此时代谢物的生成速率和死细胞的积累速率等于其被清除（通过5%的酵母损失）和被稀释（通过新鲜底物）的速率。 该平衡水平将高于洗涤酵母系统——在该系统中，每次循环的洗涤过程都会清除部分代谢物和死细胞。然而，由于酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）能够耐受其自身的许多副产物（在一定阈值内），且不存在细菌竞争，因此即使浓度较高，也能在不对发酵效率造成显著影响的情况下加以控制。

从数量上看，这种平衡取决于发酵条件（如糖的浓度、周期的长短），但从质量上看，它稳定在一个反映生产、损失和稀释平衡的水平上。

利用水洗槽改进循环时间

最后，考虑一下用清水而不是腐蚀剂清洗发酵桶时，不清洗酵母会如何改善整个循环时间：

  • 标准周期组件：

    • 发酵：6-12 小时。

    • 收获（离心）：~1-2 小时

    • 酵母清洗：在标准工艺中，酸洗或水洗、中和和漂洗需要 1-2 个小时（取决于规模和方法）。

    • 大桶清洗：苛性碱清洗通常需要加热，然后冲洗，需要 2-3 个小时或更长时间。

  • 修改流程：

    • 无需清洗酵母：省去清洗步骤，每个周期可节省 1-2 个小时。离心后，酵母立即回收，减少了一个重要的制备步骤。

    • 水洗大桶：用水而不是腐蚀性物质清洗大桶更快，有可能将清洗时间缩短到 1-2 小时，因为它避免了加热、长时间接触化学品和大量冲洗。由于不存在细菌污染，因此用水就足够了，目的只是去除物理残留物（酵母、糖），而不是深度消毒。

  • 综合效果：如果不进行酵母清洗，发酵周期之间的间隔时间会直接缩短。再加上更快的水基大桶清洗，进一步缩短了停机时间，使周期可以更快地重新开始。例如，需要 12-15 小时的周期（发酵 + 收获 + 清洗 + 碱洗）可缩短至 10-12 小时，从而提高产量。

由于没有细菌污染，因此可以在不影响发酵性能的情况下实现这些简化，因为细菌通常是通过酸洗和腐蚀性清洗来控制的。

结论

在巴西甘蔗乙醇生产中，标准的分批进料发酵周期包括使用酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）对甘蔗汁或糖蜜进行发酵，随后进行离心、酵母洗涤以及用苛性碱清洗发酵罐。当未发生细菌污染且95%的离心酵母未经洗涤直接回收时：

  • 由于省去了乙醇回收和酸中和工序，节省了能源、化学品和时间，从而改善了工厂的运营。

  • 代谢物和死亡细胞的浓度达到一个较高但稳定的平衡，通过酵母损失和底物稀释达到平衡，由于没有细菌干扰，这种平衡是可以容忍的。

  • 由于取消了酵母清洗步骤（节省了 1-2 个小时），缩短了生产周期；当大桶采用水洗而非苛性碱清洗时，进一步减少了清洗时间（1-2 个小时对 2-3 个多小时），提高了整体效率。

这种优化工艺利用无污染的优势，简化并加快了乙醇的生产。

缩短发酵时间

在改进后的工艺中，由于酵母不再承受酸洗的压力，发酵时间缩短了。具体操作如下：

传统工艺中的酸洗

在传统的乙醇生产中，酵母通常在发酵周期之间循环使用，以最大限度地提高效率。为了控制回收过程中的细菌污染，酵母要经过硫酸洗涤。然而，这种酸接触会对酵母细胞造成压力。这种压力会破坏酵母细胞的细胞膜，降低它们的活力，减缓它们的新陈代谢活动。当这些受到压力的酵母细胞被重新使用时，它们需要时间来恢复，然后才能有效地发酵糖分。这个恢复期或滞后期会延长整个发酵时间。

在改进工艺中消除酸洗

在改进后的工艺中，酸洗步骤被完全省略。发酵后，95% 的酵母通过离心分离出来，并直接在下一个循环中重复使用，而不接触酸。由于没有酸洗，酵母避免了这种压力。因此

  • 活力更强：酵母细胞更健康，细胞膜完整，新陈代谢功能更强。

  • 无需恢复时间：酵母无需从酸压力中恢复，可以立即开始发酵新一批甘蔗汁或糖蜜。

如何缩短发酵时间

缩短发酵时间的关键在于改善酵母的状态：

  • 启动更快：在传统工艺中，酸洗酵母在从压力中恢复时可能会进入滞后期，从而延迟活性发酵的开始。而在改良工艺中，由于酵母没有受到压力，可以立即开始工作，因此可以最大限度地减少或消除这种滞后期。

  • 更高效的发酵：更健康的酵母能更快地将糖分转化为乙醇和二氧化碳。没有了修复酸引起的损伤的负担，酵母的发酵速度更快，更早完成循环。

节省了多少时间？

发酵时间的具体缩短取决于酵母菌株、糖浓度和发酵条件等因素。不过，通过避免酸压力，发酵时间可缩短约 10-20%。对于典型的 8-12 小时发酵周期，这意味着每批可节省 1-2 小时。

其他优势

除了缩短发酵时间，省略酸洗还能简化工艺。它省去了酸、中和剂和处理水洗等额外步骤，从而节省了时间和资源。由于发酵周期更快，工厂可以在相同的时间内处理更多批次的产品，从而提高整体生产率。

结论

通过消除酸洗，改进后的工艺使酵母更健康、更活跃，避免了传统方法中发酵缓慢的压力。这使得发酵启动更快，糖分转化更有效，最终缩短了发酵时间，同时提高了工艺的简便性和效率。

术语表
  • 酸中和：在清洗酵母后加入碱（如石灰）来中和酸性，以免影响下一批酵母。
  • 酸洗：用硫酸处理回收酵母，以杀灭细菌并进行清洗（此步骤在此处省略）。
  • 死酵母细胞：在发酵过程中死亡的酵母细胞，通常会通过洗涤将其去除。
  • 平衡浓度：代谢产物和死亡细胞经过多次循环后达到的稳定水平，此时新产生的物质与被清除和稀释的物质达到平衡。
  • 高级醇：发酵过程中产生的副产物醇类，若未对酵母进行洗涤，这些醇类可能会积累。
  • 代谢产物：酵母在发酵过程中产生的物质（如有机酸、甘油和醇类）。
  • 有机酸（例如乙酸）：发酵过程中产生的天然副产物，如果积累过多，可能会影响发酵过程。
  • 水洗发酵罐：仅使用加压热水而非强效化学品来清洗发酵罐（由于细菌已被有效控制，因此可行）。
  • 酵母清洗：用酸或水清洗回收的酵母，以去除杂质并使其恢复活性（此处省略该步骤，以节省时间、能源和化学品）。

改进巴西甘蔗乙醇工厂的污染控制

这项技术可用于巴西的甘蔗乙醇工厂，以提高效率、生产更多乙醇、减少起泡和降低蔗渣的强烈气味。使用这种污染控制技术后，无需酸洗就能实现酵母循环利用，从而加快柔性工厂的发酵时间。

需要更改：集成我们的污染控制技术所需的改动很小：

  1. 使用尿素作为唯一的氮源，取代硫酸铵

  2. 使用喂料-分批饲喂尿素

  3. 确保热交换器使用 316 级不锈钢（而不是 304 级）。

  4. 不使用酸洗，直接从离心机回收酵母膏

  5. 用高压喷水清洗大桶，不含腐蚀性物质

好处

  1. 减少野生酵母污染：在没有细菌污染的情况下，使用 PE-2 等快速生长的S. cerevisiae菌株就不会受到D. bruxellensis和其他野生酵母的污染。

  2. 减少起泡：由于消除了乳酸菌的胞外蛋白，因此起泡现象减少。

  3. 减少强烈气味：消除洗涤过程中的硫，将硫酸铵改为尿素，可显著减少蔗渣中的硫，从而减少细菌从蔗渣中产生硫化氢所产生的强烈气味。在甘蔗汁澄清过程中不使用二氧化硫，可进一步减少甘蔗渣产生的强烈气味。

  4. 减少蒸馏塔堵塞：取消硫酸洗涤后，从该洗涤液中回收乙醇时，蒸馏塔中不会再添加可溶性硫酸钙。 洗液中的硫酸钙也会在蒸馏塔中沉淀，造成堵塞，需要更多的清洗。

  5. 提高蒸馏效率：硫酸洗涤水会稀释正在蒸馏的醪液，从而增加蒸馏所需的能量和时间。将这些乙醇与回收的酵母一起带入下一个发酵周期会更有效。

  6. 增加利润：由于每批生产时间缩短了 2-4 个小时，并提高了工艺效率，因此可节省大量成本。假定乙醇价格为每升 0.50 美元，一个典型的巴西甘蔗乙醇厂由于消除了发酵罐中的细菌污染，每年多生产 6% 的乙醇（1200 万升），增加的收入约为 600 万美元。根据乙醇价格或工厂规模的不同，这一数字可能从 360 万美元到 840 万美元不等。取消硫酸洗涤每年可节约成本约 50 万美元。 消除蒸馏塔中的硫酸钙每年可节约成本约 130 万美元。将批次循环时间从 12-15 小时减少到 10-12 小时，每年可节约成本约 130 万美元。对于一个大型甘蔗乙醇厂来说，每年总共可节约成本约 10,000,000 美元。

术语表
  • 硫酸铵：一种有时用于为酵母提供氮源的化学物质（此处由尿素替代）。
  • 硫酸钙：一种矿物沉积物（也称为石膏），在使用酸洗时会污染蒸馏设备。
  • D. bruxellensis（Dekkera bruxellensis）：一种野生酵母，可能污染发酵过程，从而降低发酵效率或影响产品质量。
  • 细胞外蛋白：由污染细菌（如乳酸杆菌）释放的蛋白质，会导致过度起泡。
  • 灵活工厂：指既能生产糖又能生产乙醇的乙醇工厂，具体生产哪种产品取决于哪种更具盈利性。
  • 起泡：储罐内产生过多气泡，通常由细菌蛋白质引起，导致溢出或运行问题。
  • 硫化氢：一种带有腐蛋味的气体，由某些细菌从硫化合物中产生。
  • 乳酸杆菌：一种常见的细菌，会污染乙醇生产过程，与酵母争夺营养，并产生不需要的副产物。
  • 硫化合物：含有硫的化学物质，在存在细菌的情况下，会导致废物流中产生难闻的气味。
  • 酒糟水：蒸馏乙醇后残留的水状废液；常被用作肥料，但可能因细菌作用而产生强烈气味。
  • 野生酵母：除目标酵母（酿酒酵母，Saccharomyces cerevisiae）以外的任何酵母，它们可能侵入并降低产量。

营养酵母技术（TorulaFeed）

我们已开发出相关技术，可对现有生物乙醇工厂进行扩建，利用水稻、玉米和小麦生产价格实惠且健康的蛋白质（TorulaFeed™）。

动物饲料和人类营养领域对健康蛋白的需求巨大。美国、中国、俄罗斯和印度是生产TorulaFeed 的主要国家——因为这些国家拥有大量低成本谷物、用于蒸汽生产的低成本能源以及低成本尿素。

Torula （Candida utilis）已用于鱼类、动物和人类的饲料和食品已有一个多世纪的历史。

TorulaFeed 是由磨碎的谷物（大米、玉米或小麦）和尿素（蛋白质中的氮）经发酵制成。

谷物中约 70% 是淀粉，淀粉通过酶水解为糖（麦芽糖）。这种糖被用来培养Torula 酵母，为鱼类、动物和人类制造一种蛋白质含量为 50%的产品TorulaFeed）。

谷物的宝贵之处在于其所含的 10% 蛋白质，这种蛋白质已被纳入TorulaFeed。

谷物中价值较低的部分是纤维（阿拉伯木聚糖）和油脂（Omega-6），它们与糖一起被用来培育Torula 酵母。

TorulaFeed 的成本与豆粕相当，但更健康。

本发明的授权专利已在俄罗斯和巴西获批，目前正在美国接受审查，并正在中国和印度等待审查。

（CelloFuel™、TorulaFeed™ 和 TorulaBurger™ 是 Hamrick Engineering 的商标。）

术语表
  • 阿拉伯木聚糖：谷物中的一种纤维，可被酶分解为糖类（木糖和阿拉伯糖），酵母随后可利用这些糖类作为营养来源，从而生长并产生蛋白质。
  • Candida utilis：Torula （Torula ）的学名，这是一种特殊的微生物，100多年来一直被用于生产适用于鱼类、动物和人类的健康蛋白质。
  • 发酵：一种自然过程，酵母通过该过程分解谷物中的糖分，并将其转化为蛋白质及其他有益物质。
  • 淀粉水解（或称淀粉水解作用）：利用酶将谷物的主要能量来源（淀粉）分解为单糖，以便酵母能够利用它们。
  • 欧米伽-6：谷物中含有的健康油脂，酵母会将其与谷物的其他部分一起利用，以促进生长并产生更多蛋白质。
  • 蛋白质融合：指谷物中原本存在的天然蛋白质与酵母产生的新蛋白质相互融合，从而制成更优质的最终产品。
  • 单细胞蛋白（SCP）：通过培养酵母等微小生物制成的蛋白质，而非从大豆或动物中提取。
  • 淀粉：谷物中占比最大的成分（约70%），在生产过程中会被转化为糖分，以供酵母利用。
  • TorulaFeed：这是指利用谷物培养的Torula 制成的最终高蛋白（约50%）产品的品牌名称。
  • Torula ：一种营养丰富的酵母，专门利用廉价谷物培养而成，可生产价格实惠且健康的蛋白质，用于饲料或食品。

TorulaFeed 技术细节

概述

最近，植物肉类替代品市场上的许多公司都在为收入下降而苦苦挣扎。是什么造成了这些问题？主要因素是围绕植物性食品的营养争议及其较高的价格--它们的成本往往比动物性蛋白质高出许多。

与植物肉类替代品市场并行的是一个更大的机遇：比豆粕更健康的鱼类和动物饲料蛋白质来源。然而，豆粕仍然是动物饲料中成本最低的蛋白质选择。

TorulaFeed 可满足这两个市场的需求。这种创新性的Torula 酵母和谷物蛋白混合物能以较低的成本提供高质量的营养。它比豆粕或其他动植物蛋白更便宜、更易消化、更有营养。

酵母打破了传统的分类：它既不以植物为基础，也不以动物为基础，却比植物和动物都健康，适合鱼类、动物和人类（包括素食主义者）食用。毕竟，大多数人每天都在面包中食用酵母。酵母不仅营养丰富、安全可靠，而且我们还解决了酵母最大的障碍--通过成本效益生产技术的突破，生产酵母蛋白的成本比植物或动物性蛋白更低。

新的研究强调了这一点：蛋白质有助于健康，而过量的碳水化合物和种子油（富含欧米茄-6 脂肪酸）则会损害健康。大米、玉米和小麦等谷物通常只含有 10% 的蛋白质，以及 70% 的碳水化合物（主要是淀粉）、1-4% 的阿拉伯木聚糖（一种纤维）和 0.5-3% 的欧米伽-6 油脂。我们的专有技术能有效回收这些谷物中的蛋白质，同时将不太健康的成分（淀粉、阿拉伯木聚糖和欧米伽-6 油脂）转化Torula 酵母。

TorulaFeed 蛋白质的潜在市场规模

TorulaFeed 蛋白质参与了植物肉类替代品市场的竞争，该市场价值在 200-240 亿美元之间，复合年增长率 (CAGR) 为 7-9%。

TorulaFeed 蛋白还参与了动物饲料蛋白配料市场的竞争，该市场在 2023-2024 年的价值约为 2,300-2,500 亿美元，预计到 2032 年将达到 4,100 亿美元，年复合增长率为 6-9%，动物饲料和水产养殖业的扩张将推动该市场的发展。

具体到水产养殖业（由于TorulaFeed 的亲鱼特性，该产品成为主要目标），2024-2025 年全球水产饲料市场规模为 670-72 亿美元，预计到 2030-2032 年将增长到 1000-112 亿美元，年复合增长率为 4-7.5%。

均衡蛋白质

当蛋白质的组成氨基酸成为鱼类、动物和人类的均衡食物来源时，蛋白质才更有价值。大米、玉米、小麦和麸皮蛋白质缺乏赖氨酸而富含蛋氨酸，而酵母蛋白质富含赖氨酸而缺乏蛋氨酸。因此，这两种蛋白质的混合物比单独的大米、玉米、小麦和麸皮蛋白质更均衡（因此也更有价值）。这种平衡正是现代流行的由西坦（小麦麸）和营养酵母混合制成的素食的原因。

改善健康状况

我们的使命是生产比大豆、豌豆和蚕豆等豆类蛋白质更便宜、更健康的TorulaFeed 。 这些豆类含有许多抗营养因子（ANFs），使其成为不理想的动物饲料和人类营养品。 这些物质包括胰蛋白酶抑制剂、凝集素、低聚糖、植酸、皂甙、抗原、异黄酮、单宁--所有这些物质在饲料中都是有害的。肉食性鱼类（鲑鱼/虾）的大豆含量超过 30%，就会出现肠炎/生长问题。幼畜（仔猪/小鸡/犊牛）面临消化问题；家禽腹泻，生长速度下降。TorulaFeed 不含 ANFs，因此鱼/鸡/猪更健康，人食用的植物性蛋白质也更健康。

降低成本

与大豆蛋白相比，酵母蛋白的生产成本较高，这也是酵母蛋白尚未被用作大豆蛋白替代品的主要原因之一，因此我们将重点放在专利技术上，使低成本生产成为可能。

我们的工艺降低了资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX）。我们使用酶将碎米、玉米、小麦和麸皮中的淀粉和木聚糖转化为麦芽糖、木糖和阿拉伯糖，同时在转鼓生物反应器（RDB）中用这些糖培养Torula 酵母（念珠菌）。通过转鼓吹出的空气可实现蒸发冷却，我们还加水以保持湿度，而不会过度潮湿。我们收获部分酵母批次，回收剩余的酵母和酶，以加快后续循环。

根据国家的不同，大米、玉米、小麦和麸皮是淀粉衍生糖成本最低的来源，它们不仅能产生单细胞蛋白（SCP），还能将油脂转化为蛋白质，并将谷物的蛋白质、钾和磷融入饲料中。

系统设计

我们的便携式设计可装入20英尺集装箱，采用双层波纹高密度聚乙烯（HDPE）滚筒，直径1.5米，长度5米。这些滚筒由食品级HDPE制成，不会像不锈钢那样析出镍元素。 该集装箱采用工厂预装配，可通过卡车/火车运输，支持快速大规模部署。

生产能力和生产成本

滚筒容积为8.8立方米。其装填量可达容积的1/3，可容纳0.85公吨（MT）的粉碎谷物和1.7公吨的水。该滚筒TorulaFeed 12小时周期TorulaFeed 可生产约0.55公吨TorulaFeed 。 单台设备年处理谷物620公吨，年产TorulaFeed401公吨。

一个拥有 100 个集装箱的生产 基地每年可加工 62,000 公吨谷物，生产 40,100 公吨TorulaFeed。 一个拥有 700 个集装箱的TorulaFeed 基地可以加工与美国大型玉米乙醇厂同等数量的谷物，资本成本为 1 400 万美元，年利润为 3 600 万美元。

假设谷物价格为200美元/吨，尿素价格为20美元/吨，酶制剂价格为20美元/吨，灭活与干燥成本为20美元/吨，且需2千瓦电力驱动滚筒旋转及风扇运转TorulaFeed 的生产成本TorulaFeed 369美元/吨。

衡量蛋白质质量的现代标准是可消化不可缺少氨基酸评分（DIAAS）。 豆粕的 DIAAS 分值约为 90，而TorulaFeed 的 DIAAS 分值约为 120。

豆粕的世界市场价格约为 350 美元/吨。由于TorulaFeed 的 DIAAS 评分比豆粕高 30%，抗营养因子（ANF）更少，营养价值更高，因此TorulaFeed 的销售价格可超过 500 美元/吨，利润率超过 30%。投资回收期不到 6 个月。

假设单个集装箱的资本成本为 10,000 美元，则单个集装箱的利润为 (500-369) * 401 = 52,531 美元/年。假设 100 个集装箱的投资额为 100 万美元，谷物处理、锤式磨粉、面粉仓、酵母营养罐和气力输送设备的投资额为 100 万美元，那么200 万美元的资本投资可带来 510 万美元/年的利润。

技术

我们的细菌污染控制技术使这一工艺成为可能。这样就可以在 RDB 中进行固态发酵，并进行酵母/酶循环和蒸发冷却，从而避免了昂贵的浸没式发酵罐、热交换器、离心机和干燥机。

我们专注于为比大豆更健康 的 饲料提供具有成本效益的 SCP 技术。我们将专利、技术和设计授权给拥有廉价大米、玉米和小麦并能进入饲料市场的客户，目标市场是美国、巴西、俄罗斯、印度、中国、阿根廷和墨西哥。

我们的核心专利通过限制镍的含量（低于 1 毫克/千克）和使用尿素作为唯一的氮源来阻止细菌生长--酵母在没有镍的情况下也能茁壮成长，但细菌却不能。使用这项专利可以实现蒸发冷却和酵母循环。

过程控制

为了Torula 达到最佳生长状态，滚筒中基质的温度必须保持在最佳范围内。 可用的冷却量受到空气湿度的限制，因此我们通过改变两个参数来控制基质的温度，即通过滚筒吹出的空气量（蒸发冷却）和滚筒的旋转速度（充氧）。

该工艺控制的关键环节是一项专有技术，通过调节培养条件，生产出核糖核酸（RNA）和糖原（一种类似于淀粉的碳水化合物）含量较低的利用念珠菌。

我们提供过程控制软件，作为许可的一部分。 主要输入是滚筒内每米泥浆的温度，使用外壁和内壁之间的蓝牙-LE 传感器，由射频清除供电。

我们的基准工艺周期为12小时，其中约8小时用于发酵，其余4小时用于气动装料、淀粉水解、酵母灭活、产品干燥及卸料。这种短暂的发酵时间得益于酵母回收技术。

味道

大米、玉米、小麦和麸皮蛋白的味道相对温和，Torula 则能提供强烈的鲜味（肉味），使混合物具有肉味，对鱼、动物和人来说都非常美味。

食谱样本

我们用TorulaFeed制作了一些食谱，展示如何用它来制作健康美味的汉堡包，并完美平衡欧米伽-6 和欧米伽-3 脂肪酸。TorulaFeed 还可用于其他肉丸和碎牛肉食谱。食品生产商可以使用类似的食谱生产用于销售的TorulaBurger 肉饼，并预先做好烹饪准备。

术语表
  • 氨基酸平衡：通过合理搭配蛋白质的组成成分（酵母富含某种氨基酸，谷物则富含另一种），使蛋白质更具营养价值。
  • 抗营养因子（ANFs）：存在于大豆等某些植物蛋白中的有害物质，可能引发消化问题；TorulaFeed 此类物质。
  • 水产饲料：专为鱼类及其他水生动物配制的饲料。
  • 均衡蛋白质：一种含有鱼类、动物或人类健康生长所需所有基本营养成分的合理组合的蛋白质。
  • CAPEX（资本支出）：为购置设备和建设生产系统而预先支出的资金。
  • DIAAS 评分：该评分用于衡量人体消化和利用蛋白质的效率（数值越高越好）。TorulaFeed 116–123，表现非常出色。
  • 蒸发冷却：利用通过发酵罐的气流，通过水分蒸发来冷却发酵混合物。这同时还能为酵母提供氧气，并节省能源和设备成本。
  • 镍析出：金属设备中的镍缓慢溶解到产品中；此处通过使用专用塑料桶来避免这一问题。
  • OPEX（运营费用）：日常运营成本，如能源、原材料和人工费用。
  • 旋转鼓式生物反应器（RDB）：一种旋转罐（鼓），利用气流进行冷却和搅拌，使酵母在谷物上高效生长。
  • 固态发酵：在湿谷物上培养酵母（而非在大型液体发酵罐中），这种方法更简单、成本更低，且能耗更小。
  • 酵母回收：将上一批次发酵中健康的酵母重新用于下一批次发酵，以降低成本并加快生产进程。

TorulaFeed 每年加工 40 万公吨谷物

美国一家大型生物乙醇工厂每年可加工 400,000 公吨玉米，资本成本为 8,800 万美元。 这是一个TorulaFeed 工厂加工相同数量谷物的例子，资本成本为 1,400 万美元，每年可生产 26 万吨TorulaFeed 。

该设施由700个20英尺集装箱组成，每个集装箱内置一个1.5米×5米的滚筒式生物反应器。谷物储存于谷物筒仓（黄色），经锤式粉碎机（位于谷物筒仓旁建筑内）处理后，面粉储存于面粉筒仓（白色）。 面粉通过气力输送装入各集装箱TorulaFeed 小时将0.85公吨面粉转化为0.55公吨TorulaFeed 。该TorulaFeed 在容器TorulaFeed 失活干燥TorulaFeed TorulaFeed 气力TorulaFeed 至成品筒仓（橙色），TorulaFeed 包装后装车运出。整个过程不产生废水。

水箱（蓝色）沿筒仓旁的道路向水管供水，并向每列由 50 个集装箱组成的列车供水。 同样，酶溶液、尿素溶液和酵母营养液也由一条主干线和支线输送。蒸汽是在锤式粉碎机旁边产生的，同样也是通过沿路的主干线和支线分配到每个集装箱。电力同样分配到各个容器。每个容器使用一个三通球阀从每个支路泵送液体。

由 50 个集装箱组成的列车之间的道路用于对滑动安装的滚筒进行重型维护。潮湿的空气从每个容器的后部吸入并向上升起。 较干燥的冷空气从每个容器的入口进入，通过每个容器中的空气过滤器和滚筒内翻滚的发酵饼，通过气流的蒸发而冷却。

由于单个容器的性能一旦得到验证，该装置的其余部分就会采用生物乙醇装置的成熟技术，因此扩大该装置的规模不会有任何风险。

大部分制造工作将在不同国家建造集装箱的工厂进行，这将大大缩短建厂时间。 这些工厂的最佳选址是在谷物种植地附近。在美国、印度、中国和俄罗斯的市场上，每个国家至少有 100 家工厂。

术语表
  • 蒸发冷却：利用通过发酵罐的气流，通过水分蒸发来冷却发酵混合物。这同时还能为酵母提供氧气，并节省能源和设备成本。
  • 锤式粉碎：使用锤式粉碎机将全谷物研磨成细粉。
  • 公吨（MT）：一种重量单位，等于1,000千克（约2,200磅）。
  • 气力输送：利用气压或吸力（如真空系统）通过管道输送面粉或成品。
  • 滑轨式安装：设备安装在可移动的框架（滑轨）上，以便于安装或移动。
  • 筒仓：用于储存谷物、面粉或成品TorulaFeed的高大储罐或建筑。
  • 集装箱列车：50个海运集装箱排成一列，以便于维护人员进出。
  • 水分活度：衡量混合物中可供酵母生长的游离水含量的一项指标（需保持在适当水平以确保发酵顺利进行）。

用于制造TorulaFeed的酶

Sunson 麦芽糖淀粉酶，0.1 - 1 千克/吨面粉，20-80°C
用于将淀粉中的淀粉水解为麦芽糖

Sunson 拉兰酶，1-2 升/吨面粉，40-65°C
用于将淀粉中的直链淀粉水解为直链淀粉

Sunson 木聚糖酶，5-10 克/吨面粉，30-70°C
用于将谷物中的纤维（阿拉伯木聚糖）水解为木糖和阿拉伯糖

Sunson Nutrizyme PHY（植酸酶），100 克/吨，30-85°C
用于水解植酸并产生游离无机磷酸盐和矿物质

小麦

Sunson 酸性蛋白酶 APRS，0.01-0.5 千克/吨，30-70°C
用于将麸质蛋白水解为肽，不产生游离氨基氮

这些酶在 pH 值为 4-6 时具有显著活性。在 35°C 同步糖化和发酵（SSF）过程中，这些酶也有明显的活性，在 70°C 部分淀粉糊化过程中也不会变性。

术语表
  • 直链淀粉：谷物中淀粉的一种直链成分，可被酶分解为麦芽糖。
  • 支链淀粉：谷物中淀粉的分支部分，可被酶转化为更简单的糖类。
  • 阿拉伯木聚糖：谷物中的一种纤维，可被酶分解为糖类（木糖和阿拉伯糖），酵母随后可利用这些糖类作为营养来源，从而生长并产生蛋白质。
  • 糊化：将谷物中的淀粉加热，使其膨胀，从而更容易被酶分解。
  • 水解：利用酶和水将大分子（如淀粉或纤维）分解成更小、可被利用的糖。
  • 植酸：谷物中的一种天然化合物，能与矿物质结合，从而降低动物或人体对矿物质的吸收率；植酸酶可将矿物质从植酸中释放出来。
  • pH：衡量物质酸碱度的指标（这些酶在pH值为4-6的微酸性范围内活性最佳）。
  • 植酸酶：一种能分解谷物中的植酸，从而释放磷等重要矿物质的酶。
  • 普鲁兰酶：一种有助于将谷物中的支链淀粉分解为更简单形式的酶。
  • 同步糖化发酵（SSF）：同时进行两个步骤——酶将淀粉分解为糖，而酵母则将糖转化为蛋白质。
  • 木聚糖酶：一种能将谷物中的纤维（阿拉伯木聚糖）分解为酵母可利用的糖类的酶。

TorulaFeed 容器详细信息

TorulaFeed 由一个20英尺海运集装箱构成，内置一个1.5米×5米的滚筒式生物反应器。该滚筒采用双壁波纹（DWC）高密度聚乙烯材质，内壁光滑，外壁呈波纹状。中心轴线内置DN50不锈钢管道，用于输送液体和蒸汽。 滚筒内设有4根长4.5米的提升器（未示出）。在以下加工步骤中，滚筒以10转/分钟的速度持续旋转12小时：

  1. 加入水、酶和酵母营养液并混合

  2. 面粉通过气力输送进入滚筒，在室温下充分混合，水分活度为 0.95（水分重量比为 36）

  3. 加入蒸汽，使温度升至 70°C，持续 30 分钟，以杀菌并使面粉部分糊化

  4. 在水解从面粉中析出的直链淀粉时，温度逐渐降至 35°C

  5. 使用蠕动泵从合作容器中获得回收酵母（周期差为 12 小时）

  6. 快速发酵6小时，采用蒸发冷却法将温度维持在35°C

  7. 用蠕动泵将回收的酵母输送到合作容器中

  8. 在减少尿素和磷的条件下生长 2 小时，以降低 RNA 和糖原含量

  9. TorulaFeed 蒸汽灭活Candida utilis并杀灭TorulaFeed中的微生物

  10. 使用蒸汽加热空气和蒸发冷却进行干燥（水分 13% wb）。

  11. 利用气力输送提取TorulaFeed

请注意，这些容器可连续数月无人值守运行，具备自清洁功能，无废水产生，每12小时需消耗约1200公斤卫生级蒸汽（该蒸汽可循环利用），并需约2千瓦电力驱动滚筒以10转/分钟转速运转及风扇以8000立方米/小时风量运行。设备通过WiFi与中央维护站进行通信。

节约成本要素 影响 先决条件
滚筒式固态发酵 无需离心机或喷雾干燥器，功率低，无泡沫，氧气转移率高
70°C 时部分糊化 无需喷射式蒸煮器，可在 35°C 温度条件下加快酶水解速度
同时糖化和发酵（SSF） 更快地生产酵母
蒸发冷却 无板式热交换器或冷水机组 细菌污染控制
波纹高密度聚乙烯滚筒 成本仅为不锈钢的 1/10 蒸发冷却
复合低成本滚轮 标准滚轮的1/10成本
使用金属网格为下落的团块供氧的提升机 更快地生产酵母
酵母回收 更快地生产酵母 细菌污染控制
种植Torula 利用大米、玉米和小麦中的油脂和阿拉伯木聚糖生产蛋白质
每个周期后进行消毒 将温度升至 80°C，湿度 100%
低成本酶 Sunson 酶制剂质优价廉
就地连续清洁 使用灭菌和磨损技术进行 CIP
集装箱式 批量生产，易于安装
术语表
  • Candida utilis：在反应釜内培养的酵母菌种，用于生产富含蛋白质的TorulaFeed。
  • 双壁波纹（DWC）高密度聚乙烯（HDPE）桶：一种坚固且符合食品安全标准的塑料桶，外表面带有增强强度的波纹，内壁光滑；与金属不同，它不会析出镍。
  • 蒸发冷却：利用通过发酵罐的气流，通过水分蒸发来冷却发酵混合物。这同时还能为酵母提供氧气，并节省能源和设备成本。
  • 糖原：酵母细胞内的一种糖类储存形式；该工艺通过消耗糖原，以提升最终产品的营养价值。
  • 搅拌叶片：旋转鼓内侧的长形叶片或凸起，有助于混合和翻动谷物与酵母。
  • 蠕动泵：一种工作温和的泵，通过挤压软管，在容器之间输送酵母或液体，且不会对它们造成损伤。
  • RNA（核糖核酸）：酵母细胞内的一种分子；该过程可减少其含量，从而获得更健康的最终产品。
  • 固态发酵：在发酵罐内的湿润固体谷物上培养酵母，而不是在液体中培养。
  • 水分活度：混合物中可利用水分的含量（为确保酵母良好生长，混合过程中应将其维持在0.95左右）。

滚筒生物反应器就地清洁 (CIP)

在每个发酵周期开始时，锤磨谷物都要经过相对湿度为 100% 的蒸汽喷射处理。 这样可以杀死谷物中的所有细菌、酵母和真菌。

当在滚筒式生物反应器中利用稻米、玉米和小麦的非淀粉部分（即麸皮）作为载体培养念珠菌属时，湿润麸皮的颗粒特性结合滚筒10转/分钟的旋转速度及8个150毫米高的提升器，促使基质持续翻滚和层叠流动。 这种机械作用在麸皮颗粒与滚筒壁之间产生摩擦。滚筒壁由高密度聚乙烯（HDPE）制成——这种光滑的非粘附材料具有低表面能，天然具有抗粘附特性。

滚筒基质的磨损可有效冲刷滚筒内部，防止材料在筒壁上堆积。有关用于 SSF 的 RDB（包括使用麦麸的 RDB）的文献强调了热传导、混合和污染等挑战，但并未报告鼓壁结垢或生物膜增厚等问题，即使在长期运行中也是如此。

白色念珠菌主要生长在麸皮颗粒上，而不是在滚筒表面形成广泛的生物膜，尤其是在干燥、通气、蒸发冷却和气动输送的条件下。麸皮的持续添加和去除进一步保持了动态流动，减少了静态积聚的机会。

因此，麸皮的磨损可使滚筒在数月内保持清洁，而且没有迹象表明生物膜在逐渐形成。

此外，我们还利用蒸汽喷射对TorulaFeed 进行灭活、杀菌和干燥处理，使其可以直接从滚筒生物反应器中包装装运。我们的做法是将TorulaFeed 的温度提高到 80°C，相对湿度为 100%，蒸汽不会冲击滚筒中的高密度聚乙烯。这样可以完全灭活TorulaFeed 中的酵母和细菌。然后，我们使用蒸发冷却技术将TorulaFeed 做好包装和销售准备。

术语表
  • 研磨：翻滚的谷物颗粒与旋转的滚筒产生的轻微刮擦作用，有助于清洁内壁。
  • 生物膜：附着在设备上的由细菌或其他微生物组成的粘性层；通过定期清洁可加以预防。
  • 就地清洗（CIP）：无需拆卸设备即可对其进行自动清洗，此处采用蒸汽和工艺过程中的自然流动来完成。
  • 相对湿度：空气中的水分含量（使用100%湿度的蒸汽可有效对所有物品进行灭菌）。
  • 蒸汽注入/蒸汽灭菌：在每个循环的开始和结束时，利用高湿度下的热蒸汽杀灭所有细菌、酵母菌和真菌。
  • 灭菌：杀死所有不需要的微生物，以便仅让所需的Torula 生长。

TorulaFeed的成分

蛋白质质量

我们生产的富含蛋白质的干混合物TorulaFeed 蛋白质含量约为 50%，DIAAS 蛋白质质量得分高达 116 到 123 分。几十年来，Torula 酵母和谷物蛋白都被用来替代鱼类和动物饲料中的大豆，这些富含蛋白质的混合物非常适合用来替代大豆。 大豆、豌豆和蚕豆蛋白也是食品中常用的肉类替代品，TorulaFeed 中的抗营养因子（ANF）较少。

Torula 的赖氨酸含量是谷物蛋白质的两倍，谷物蛋白质的蛋氨酸含量是Torula 酵母的两倍，因此它们的氨基酸组成非常均衡。在TorulaFeed 中补充赖氨酸或蛋氨酸都没有明显的好处。

蛋白质质量的最新衡量标准是可消化不可或缺氨基酸评分（DIAAS）。 请参阅下文，了解糙米、玉米和小麦制成的TorulaFeed 的 DIAAS 值。

维生素

Torula 酵母富含除维生素 B12 以外的所有 B 族维生素，包括硫胺素、核黄素和烟酸。Torula 酵母还富含麦角固醇，通过紫外线照射，麦角固醇可转化为维生素 D2（麦角钙化醇）。

脂肪酸

TorulaFeed 中的脂肪酸含量非常低，因为Torula 会将大米、玉米、小麦和麦麸中的油脂代谢为蛋白质。巴比（Babij）（1969 年）的图 3 显示，当葡萄糖耗尽，Torula 进入静止状态时，Torula 中的脂肪酸含量非常低。

由于我们的工艺在高温干燥前将大米、玉米和小麦中的油转化为蛋白质，由于Torula 中可氧化的脂肪酸含量极低，而且Torula 含有大量的曲哈糖（抗氧化剂），因此干燥或储存TorulaFeed不会产生酸败的气味。由于灭活、干燥的Torula 的保质期为 1-2 年，因此TorulaFeed 的保质期也为 1-2 年。

我们使用TorulaFeed 生产动物饲料和汉堡肉饼，在其中添加 80/20% 的菜籽油和亚麻籽油混合物，使TorulaFeed 富含等量的欧米茄-6 和欧米茄-3 脂肪酸。

由于芥花籽油还含有生育酚抗氧化剂（维生素 E），因此亚麻籽油中的Ω-3 脂肪酸在用于煎炸或烘烤时不会被氧化，这使其成为一种理想的油，可用于制作汉堡肉饼，完美平衡Ω-6 和Ω-3 脂肪酸。这种油的味道也很好。1:1 的欧米伽-6 和欧米伽-3 脂肪酸混合物也非常适合鱼、鸡和猪的饲料营养。

饲料 DIAAS 分数 蛋白质/100 克饲料 亚油酸 (LA) / 100 克饲料 α-亚麻酸 (ALA) / 100 克饲料 LA : ALA 比例
糙米 89 8.5 g 0.90 g 0.04 g 22.5
黄牙玉米 62 8.8 g 2.12 g .05 g 42.4
小麦 60 14.8 g 0.67 g .07 g 9.6
咖啡豆 55 26 g 0.58 g 0.05 g 11.6
浓缩豌豆蛋白 82 80 g 1.69 g 0.32 g 5.3
大豆粉 91 49 g 0.82 g 0.11 g 7.5
Torula 酵母 95 50 g 0.5 g 0.125 g 4
TorulaFeed （大米） 116 54 g .25 g 0.0625 g 4
TorulaFeed （玉米） 123 56 g .25 g 0.0625 g 4
TorulaFeed （小麦） 116 54 g .25 g 0.0625 g 4
食品 DIAAS 分数 蛋白质/100 克食物 亚油酸 (LA) / 100 克食物 α-亚麻酸（ALA）/100 克食物 LA : ALA 比例
大西洋鲑（野生） 100 20 g 0.17 g 0.14 g 1.2
大西洋鲑（养殖） 100 20 g 1.67 g 0.11 g 15
鸡肉（牧场饲养） 108 21 g 1.50 g 0.15 g 10
鸡肉（谷物喂养） 108 21 g 2.20 g 0.05 g 44
鸡蛋（牧场饲养） 112 13 g 1.00 g 0.15 g 6.7
鸡蛋（谷物喂养） 112 13 g 1.83 g 0.06 g 30.5
猪肉（谷物喂养） 113 21 g 0.50 g 0.02 g 25
牛肉（草饲） 109 21 g 0.20 g 0.08 g 2.5
牛肉（谷物喂养） 109 21 g 0.40 g 0.02 g 20
牛奶（草饲） 114 3.3 g 0.08 g 0.05 g 1.6
牛奶（谷物喂养） 114 3.3 g 0.10 g 0.02 g 5
术语表
  • ANFs（抗营养因子）：植物蛋白中有时会含有的有害物质；TorulaFeed 此类物质，因此更健康。
  • DIAAS 评分：该评分用于衡量人体消化和利用蛋白质的效率（数值越高越好）。TorulaFeed 116–123，表现非常出色。
  • 麦角甾醇：一种存在于酵母中的天然化合物，人体可将其转化为维生素D2。
  • 脂肪酸：脂肪的基本组成单位；TorulaFeed 较低，因为酵母消耗了谷物中的大部分油脂。
  • LA:ALA 比例：两种脂肪（ω-6 与 ω-3）之间的平衡；TorulaFeed 该比例约为 4，处于健康范围。
  • 脂类：脂肪和油脂；TorulaFeed 极低，这有助于其更长时间保持新鲜，不易变质。
  • 蛋白质含量：TorulaFeed 中约 50%TorulaFeed 优质蛋白质，其氨基酸组成均衡。
  • 保质期：产品保持良好状态且可安全使用的时长（由于脂肪含量较低，在妥善保存的情况下，保质期为1–2年）。
  • 维生素（B族维生素）：TorulaFeed 天然富含大多数有助于补充能量、维护健康的 B族维生素。

TorulaFeed 在鱼类、动物饲料和食品中的应用

TorulaFeed的适口性（味道

谷物蛋白和麸皮蛋白中的游离谷氨酸含量极低，味道相对淡。

Torula 酵母富含谷氨酸，使这种混合物具有鲜美的肉味，同时也适合素食主义者。

TorulaFeed的颜色

大米和小麦的谷物蛋白质呈中性色，而玉米的谷物蛋白质因含有类胡萝卜素而呈黄色。

这些类胡萝卜素可能是水产养殖中的一个问题，尤其是对虹鳟鱼和鲑鱼等鲑科鱼类而言。鱼类日粮中的高含量与肌肉色素沉着不理想有关，黄色类胡萝卜素会沉积在鱼肉中，造成不理想的黄色色调，而不是添加虾青素后的粉色或橙色色调。非鲑科鱼类（如鲶鱼或罗非鱼）的鱼片也会出现类似的发黄现象。

在给家禽喂食时，这些类胡萝卜素通常会提高蛋黄和蛋皮的黄色，这在许多市场上都很受欢迎。

在动物或人类食用类胡萝卜素时，没有发现与之相关的明显缺点，而且类胡萝卜素通常具有抗氧化和保护眼睛健康的功效。

干燥的Torula 酵母呈棕褐色或浅棕色，鱼类、动物或人类食用后不会产生明显的色素。

Torula 酵母的 RNA 含量

人体每天每公斤体重需要约 0.8 克蛋白质。 一般人的体重约为 62 公斤（137 磅），因此每天需要约 50 克蛋白质。如果每天所需蛋白质的一半TorulaFeed提供，则需要TorulaFeed 中摄取 25 克蛋白质--每天约 61TorulaFeed ，其中每天约 34 克为念珠菌酵母。在正常生长条件下，利用念珠菌的核糖核酸（RNA）含量约为干物质的 10%，因此 34 克利用念珠菌含有约 3.4 克 RNA。建议的 RNA 每日最大摄入量少于 2 克，因此有必要减少鱼类、动物和人类食用的郧阳念珠菌的 RNA 含量。

我们有一种专有方法，可以通过改变生长条件来降低念珠菌的 RNA 和糖原含量。这种方法可将 RNA 的日均消耗量降至远低于 1 克/天，同时降低糖原含量。

TorulaFeed 的高温烘干具有双重目的：使酵母细胞失活，使其无法存活并可安全食用，同时还可通过分解坚硬的细胞壁成分来提高消化率。芝麻TorulaFeed 中的脂质（脂肪）含量很低，因此高温干燥不会产生大米、玉米和小麦中的油脂所产生的任何酸败味道。由于芝麻TorulaFeed 不含脂肪，因此TorulaFeed 可以长期干燥保存（脂肪会因氧气而变质）。它还富含 B 族维生素。我们用TorulaFeed 制作动物饲料和汉堡肉饼时，会添加 80/20% 的菜籽油和亚麻籽油混合物，使TorulaFeed 富含等量的欧米茄-6 和欧米茄-3 脂肪酸。

由于菜籽油中含有生育酚抗氧化剂（维生素 E），亚麻籽油中的Ω-3 脂肪酸在用于煎炸或烘烤时不会被氧化，因此它是一种理想的油，可用于制作汉堡肉饼，完美平衡Ω-6 和Ω-3 脂肪酸。这种油的味道也很好。1:1 的欧米伽-6 和欧米伽-3 脂肪酸混合物也非常适合鱼、鸡和猪的饲料营养。

鱼类、动物和人类食用TorulaFeed 对健康的影响

TorulaFeed 对鱼、鸡、猪和人都有益健康。鱼的饲料转化率（公斤饲料/公斤增重）为 1.0-2.0，鸡为 1.7-2.0，猪为 2.5-3.5，牛为 6.0-10.0（效率最低）。Torula 酵母的饲料价值可追溯到 20 世纪 40 年代的德国。全球产量：~每年约 1.4 亿吨家禽、1.1 亿吨猪、9000 万吨水产养殖。

必需脂肪酸

人无法产生这些脂肪酸，而没有这些脂肪酸，人就无法生存：

  1. α-亚麻酸（ALA，ω-3）：心脏/大脑健康，抗炎（亚麻籽、奇亚籽、核桃中的成分）。

  2. 亚油酸（LA，ω-6）：皮肤/头发、生长、膜（植物油、坚果中）。

摄入过量的欧米伽-6 脂肪酸会导致代谢紊乱，而TorulaFeed 以及 80/20% 的菜籽油和亚麻籽油混合物所生产的饲料中含有等量的 ALA 和 LA。人体会将它们转化为 EPA/DHA，饮食中 ALA 和 LA 的平衡可防止因 LA 过多而引起的炎症。

大豆、豌豆和蚕豆中含有过量的欧米伽-6，而没有欧米伽-3/EPA/DHA，直接或间接食用会导致健康不良。食用酵母更健康。

豆类中的抗营养因子 (ANF)

豆类，如大豆、豌豆和蚕豆，含有许多抗营养因子，不适合喂鱼、喂动物和喂人。 这些因素包括胰蛋白酶抑制剂、凝集素、低聚糖、植酸、皂甙、抗原、异黄酮、单宁--所有这些在饲料中都是有害的。肉食性鱼类（鲑鱼/虾）的大豆含量超过 30%，就会出现肠炎/生长问题。幼畜（仔猪/小鸡/犊牛）会出现消化问题；家禽会腹泻和生长减慢。酵母不含 ANF，因此鱼/鸡/猪更健康。

提高TorulaFeed的消化率

酵母和谷物残渣中不含有 ANF，但植酸和非淀粉多糖（NSP）阿拉伯木聚糖会降低TorulaFeed 的消化率。

谷物中含有植酸，它会结合磷酸盐并导致许多重要矿物质被螯合。尽管念珠菌会分泌植酸酶来释放植酸中的磷酸盐，但在TorulaFeed 的生长过程中补充一些植酸酶可能会有所帮助。

鱼、鸡、猪和人都无法消化谷物中的阿拉伯木聚糖。尽管利用念珠菌能分泌木聚糖酶，但在发酵过程中补充一些木聚糖酶可能会增加利用念珠菌（它以木糖和阿拉伯糖为原料）的产量，并提高TorulaFeed 的消化率。

动物 TorulaFeed的建议加入量 建议的主要依据
三文鱼 20%（某些试验高达 25） 对生长或健康无不良影响；对肠道有潜在益处；混合膳食中较高的含量可能会破坏微生物群。
鸡肉 20% 保持性能和胴体产量；过高会降低饲料效率。
猪 20-26% 无负增长或腹泻；提高效率；蛋白质替代率高达 40%。
狗 高达 20 适口性和消化率高，具有抗炎功效；没有法规限制，但与研究结果一致。
猫 20% 适口性和消化率高；受粪便质量问题的限制。
术语表
  • 水产饲料：专门为鱼类养殖及其他水生动物配制的饲料。
  • 食肉鱼：以其他动物为食的鱼类（如鲑鱼）；它们若摄入过多大豆可能会出现消化问题，但食用TorulaFeed则效果良好。
  • 肠炎：某些鱼类因食用高大豆饮食而引发的肠道炎症；使用TorulaFeed可避免此病。
  • 植物性肉类替代品：外观和口感与肉类相似，但仅使用植物或酵母成分制成的食品。
  • 面筋：一种由小麦面筋制成的富含蛋白质的食物，通常与营养酵母混合，用于制作营养均衡的纯素餐点。
  • 大豆粕：动物饲料中最常见的廉价蛋白质来源，但其中含有抗营养因子，TorulaFeed 这些成分。
  • 纯素餐食：不含任何动物性成分的食物；TorulaFeed 非常TorulaFeed 此类餐食，因为它是酵母基产品。

在食品中使用TorulaFeed

TorulaFeed 是一种由加工过的大米、玉米、小麦固体和Torula 酵母制成的干混合物，吃起来像肉。它不需要冷藏，可以快速重组，作为健康汉堡肉（碎牛肉）的替代品。它非常适合有健康意识、素食和纯素消费者的任何市场。它味道鲜美，具有来自酵母的坚果、烟熏或鲜味，以及大米、玉米和小麦残留物的温和谷物味。Torula 酵母在食品中作为增味剂已得到广泛认可，它的咸味品质和改善各种产品整体适口性的能力使其备受推崇。由于谷物Torula 酵母都被认为可以安全食用（Torula 鲁Torula 酵母获得了美国食品及药物管理局的 GRAS 认证），而且类似的酵母单细胞蛋白产品或发酵基质已经被添加到调味料、涂抹酱、汤、调味汁、零食和素食替代品等产品中，因此Torula 非常适合添加到食品中。

TorulaFeed 不含膳食碳水化合物，具有良好的必需氨基酸平衡，而且脂肪含量低（不含脂类），是我们饮食中特别健康的补充。

TorulaFeed是在降低核糖核酸（RNA）含量的条件下生产的，从而解决了因核酸含量过高导致的尿酸水平升高问题。所述工艺采用食品级酶和一种在食品工业中广泛应用的酵母菌株，这进一步证明了其适用性。

术语表
  • 营养酵母：一种失活（死亡）Torula 因其鲜味和蛋白质含量而被用作食品配料。
  • 植物性蛋白质：来自谷物、大豆或酵母等非动物来源的蛋白质；TorulaFeed 健康且经济实惠的选择。
  • TorulaFeed ：将这种高蛋白酵母产品作为人类食品的配料，以增加营养和风味。
  • 鲜味：一种TorulaFeed 菜肴TorulaFeed 、带有肉香或汤汁般的风味。
  • 适合纯素食者：适合不食用任何动物性产品的人群；TorulaFeed 酵母TorulaFeed 非常适合用于纯素食食谱。
  • 日常食物中的酵母：大多数人每天都会通过面包摄入酵母；TorulaFeed 类似的、安全且营养丰富的酵母形式。

使用TorulaFeed 制作素食汉堡的食谱

所有食谱中的共同要素

油是菜籽油和亚麻籽油 80/20% 的混合物，可选择添加松露等香料。

粘合剂是 E461 甲基纤维素或磨碎的亚麻籽。 如果是磨碎的亚麻籽，则加入等量的菜籽油。

加入菜籽油后，欧米伽-6 和欧米伽-3 脂肪酸的比例为 1:1，并增加了抗氧化剂。

低碳水化合物素食汉堡基本食谱

这款简单的食谱强调了TorulaFeed 的风味，并加入了粘合剂，使口感更紧实。为了突出Torula 酵母的鲜美，它只使用了少量调味料，同时保持了较低的净碳水化合物含量。可制作 4 个肉饼（烹饪后每个约重 100 克）。

成分

  • 200TorulaFeed

  • 15 克粘合剂；吸湿

  • 5 克混合香料（如洋葱粉、大蒜粉、烟熏辣椒粉）

  • 2 克盐

  • 150-180 毫升水（根据浓度调整）

  • 10 克油（用于搅拌或烹饪；添加的碳水化合物极少）

说明：

  1. 在碗中混合TorulaFeed、粘合剂、香料和盐。

  2. 逐渐加入水和油，搅拌直至形成一个粘稠的面团（静置 10-15 分钟，使其凝胶化）。

  3. 分成 4 份，做成肉饼。

  4. 在不粘锅中用中火每面煎 4-5 分钟至酥脆，或在 190°C （375°F）下烤 15-20 分钟。

  5. 配上低碳水化合物配料，如西红柿片或素食奶酪。

营养说明

  • 每块肉饼约含 19.6 克蛋白质

  • 每块饼不含净碳水化合物

  • 每块肉饼约含 1 克欧米伽-6 和 1 克欧米伽-3 脂肪酸

菠菜低卡素食汉堡食谱

这种变体添加了切碎的菠菜，以增加水分和营养，不含鸡蛋或谷物的粘合剂。它保持了低碳水化合物含量和新鲜的绿色风味。可制作 4 个肉饼。

成分

  • 200TorulaFeed

  • 100 克新鲜菠菜（切碎、打蔫以减少体积）

  • 12 克活页夹

  • 5 克香草和香料（如罗勒、小茴香、黑胡椒）

  • 2 克盐

  • 120 毫升水

  • 8 克油（用于使菠菜变蔫和粘合）

说明：

  1. 将切碎的菠菜放入 4 克油中，用中火加热 2-3 分钟，然后冷却。

  2. 将TorulaFeed、粘合剂、香草、香料和盐混合。

  3. 拌入蔫的菠菜、水和余下的油，静置 10 分钟使其粘合。

  4. 做成 4 个肉饼，每面烤或煎 5 分钟。

  5. 配上绿色蔬菜，是一道超低碳水化合物的美食。

茄子香料低卡素食汉堡食谱

该配方采用烤茄子制作烟熏肉质口感，使用粘合剂制作坚硬的肉饼，每块肉饼的净碳水化合物含量约为 8 克。茄子增加了体积，却没有大量的蛋白质或碳水化合物。可制作 4 个肉饼。

成分

  • 200TorulaFeed

  • 80 克茄子（切丁并烤熟）

  • 14 克装订机

  • 6 克香料（如辣椒粉、香菜、姜黄）

  • 2 克盐

  • 140 毫升水

  • 10 克油（用于烘烤和搅拌）

说明：

  1. 将茄子切丁，拌上 5 克油，在 200°C （400°F）的温度下烘烤 15 分钟直至变软。

  2. 将烤茄子稍微捣碎，然后与TorulaFeed、粘合剂、香料和盐混合。

  3. 加入水和剩余的油，让混合物水合 15 分钟。

  4. 做成 4 个肉饼，在 190°C （375°F）的温度下烘烤 20 分钟，翻面一次，或煎炸。

  5. 与腌制蔬菜搭配可增加口感。

使用 E461 甲基纤维素作为粘合剂

素食肉饼的市场领导者有 Impossible Burger、Beyond Burger、Gardein Ultimate Plant-Based Burger、Lightlife Plant-Based Burger 和 Incogmeato Burger Patties。 它们都在植物汉堡肉饼中使用 E461 甲基纤维素作为粘合剂，这种粘合剂能产生更多汁、更像肉的口感，有些人更喜欢这种口感。 这种粘合剂在加热时会变硬，帮助肉饼在烹饪过程中保持形状，冷却后咬起来鲜嫩多汁。甲基纤维素提取自植物纤维素纤维，在全球范围内被批准用于食品，而且价格相对便宜。

使用亚麻籽作为粘合剂

磨碎的亚麻籽与等量的菜籽油混合，也是一种健康的粘合剂。 它在烹饪时并不那么坚固，但一些消费者认为它比甲基纤维素更天然，它增加了等量的欧米伽-6 和欧米伽-3 脂肪酸，而且相当美味。加上菜籽油的抗氧化剂，它在油炸时不会因过氧化而产生异味。

食品中蛋白质的成本

在比较不同食品每公斤蛋白质的成本时，市售的素食肉饼比碎牛肉贵 3 倍，TorulaBurger 贵近 50 倍（见下文）。 素食肉饼的销售对象是对食品价格不敏感的富裕消费者，TorulaBurger 是一种低成本的蛋白质来源，其健康程度不亚于三文鱼，但每公斤蛋白质的价格仅为三文鱼的 1/30。

蛋白质来源 每公斤蛋白质的零售成本
不可能的汉堡肉饼 157 美元/公斤
超越汉堡肉饼 124 美元/公斤
三文鱼片（大西洋，养殖） 85 美元/公斤
碎牛肉（瘦肉率 85-90） 51 美元/公斤
鸡蛋 48 美元/公斤
猪里脊肉（去骨、皮） 31 美元/公斤
鸡胸肉（去骨、去皮） 30 美元/公斤
TorulaBurger 3美元/公斤
术语表
  • 粘合剂：一种有助于将纯素汉堡肉饼粘合在一起的原料（如亚麻籽），以防止其在烹饪时散开。
  • 坚果味、烟熏味或鲜味： TorulaFeed 为汉堡及其他食品TorulaFeed 这种令人愉悦的鲜味，略带坚果味或烟熏味。
  • 植物基肉类替代品：一种不含真实肉类的汉堡或肉饼，使用TorulaFeed 等原料TorulaFeed 蛋白质和口感。
  • 质地优化：TorulaFeed 如何TorulaFeed 素食汉堡获得更佳、更接近肉类的嚼劲和口感。
  • TorulaBurger™：指以TorulaFeed 主要蛋白质成分制成的纯素汉堡或汉堡肉饼的品牌名称。
  • 纯素汉堡：一种适合纯素食者的无肉肉饼，通常会TorulaFeed 营养TorulaFeed 、风味及粘合性。

目标市场

我们的目标地区拥有丰富的廉价大米、玉米和小麦，而且对鱼类和动物饲料的需求旺盛。水解大米、玉米和小麦产生的糖比糖蜜更便宜，更适合酵母生长。

印度的白米价格最低，为 100% 碎米（碾米的副产品）。年产量约为 2000 万吨，在印度国内市场的价格约为 250 美元/吨。添加米糠的价格约为 200 美元/吨，可以生产出与糙米类似的产品，但价格更低，因为碎米的成本比白米低得多。

国家 玉米 价格 小麦 价格
美国 377 公吨/年 $157/MT 54 公吨/年 $221/MT
中国 295 公吨/年 321 美元/公吨 140 公吨/年 $285/MT
巴西 132 公吨/年 191/MT 美元 8 百万吨/年 231 美元/公吨
阿根廷 50 公吨/年 $174/MT 19 公吨/年 232 美元/吨
俄罗斯+乌克兰 41 公吨/年 175 美元/吨 105 公吨/年 234/MT 美元
印度 43 公吨/年 315 美元/公吨 113 公吨/年 293 美元/公吨
墨西哥 25 公吨/年 210美元/公吨 3 百万吨/年 $262/MT

关于我们

Hamrick 工程公司由 Edward B. Hamrick 创立于 2013 年。

Edward (Ed) Hamrick以优异成绩毕业于加州理工学院（CalTech），获得工程与应用科学学位。他曾在 NASA/JPL 的国际紫外线探测器和旅行者项目工作过三年，并在波音公司担任过十年的高级系统工程师和工程经理。随后，Ed 在 Convex Computer Corporation 工作了五年，担任系统工程师和系统工程经理。在过去的 25 年里，埃德一直是一名成功的企业家。

亚历克斯-阿布拉耶夫（Alex Ablaev），工商管理硕士、博士，现任全球业务高级开发员。亚历克斯曾就职于 Genencor 公司的酶水解部门，现任俄罗斯生物燃料协会主席，以及在俄罗斯使用 CelloFuel 技术的 NanoTaiga 公司总经理。

艾伦-普莱斯（Alan Pryce），特许工程师，现任总工程师。艾伦是一名经验丰富的专业机械工程师--特许工程师（CEng）--机械工程师学会（IMechE）会员，在英国和欧洲工厂自动化项目的机械设计和项目管理方面拥有 10 多年的经验。在 Frazer-Nash Consultancy Ltd 工作的 30 多年时间里，他一直担任高级设计顾问和项目经理，参与了军事、铁路、制造和核工业领域的许多设计和建造合同。

Maria Kharina 博士是微生物学高级科学家。Maria 拥有生物技术博士学位，是一名拥有 10 多年经验的研究员。玛丽亚曾于 2016-2017 年在美国获得富布赖特奖学金。

贝弗利-纳什（Beverley Nash）是营销总监。贝弗利经营纳什营销公司已有 30 多年，在新老企业的营销策划和发展方面拥有丰富的经验。贝弗利曾在技术市场的许多全球性公司工作过，负责规划和管理涉及公司和产品发展各个方面的许多项目。

Ryan P. O'Connor 博士(www.oconnor-company.com) 提供知识产权战略咨询和专利申请服务。O'Connor 博士拥有圣母大学化学工程学位和明尼苏达大学化学工程博士学位。他已提交 1000 多份美国和 PCT 申请，并获得美国专利商标局专利律师资格。

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