单细胞蛋白质新技术

CelloFuel 战略--我们做什么？

世界上最大的酵母公司，包括 LeSaffre、AB Mauri、Angel Yeast 和 Lallemand，生产的酵母成本太高，无法与动物饲料中的大豆蛋白竞争。 我们正在开发降低酵母生产成本的技术，以便在鱼饲料和动物饲料中与大豆蛋白竞争。 我们的解决方案是采用新技术，大幅降低用干磨玉米生产酵母的资本支出和运营支出。

生产酵母的成本有 50%以上是由于开始使用的基质的成本造成的。 与我们发现的其他基质相比，用干磨玉米水解糖培养酵母的成本更低。但要注意的是，我们的技术可以用任何谷物生产酵母，尤其是小麦，但小麦比玉米贵，因为小麦是用来做面包的（面筋可以制作面团，而玉米不能）。在低成本小麦过剩的国家，可以用我们的技术生产酵母。

我们的重点是以比大豆蛋白更低的成本生产用于鱼饲料和动物饲料的单细胞蛋白（酵母）的创新型、高成本效益技术。酵母还是比大豆蛋白更健康的鱼饲料和动物饲料。

我们正在将这些专利、技术和参考设计授权给能够获得大量廉价玉米和鱼饲料及/或动物饲料市场的客户。我们的目标市场遍布全球，尤其是美国、巴西、俄罗斯、印度、中国、阿根廷和墨西哥。

我们的关键专利是一种细菌污染控制技术，包括限制发酵液中的镍含量，同时只使用尿素作为酵母的氮源。 如果没有镍作为辅助因子，细菌就无法使用尿素作为氮源，因此通过限制镍来防止细菌生长。 酵母使用尿素作为氮源只需要生物素，不需要镍。使用这项专利可以利用蒸发冷却降低酵母的生产成本，否则冷却空气的污染将是一个问题。

我们制造酵母的主要参考设计是一个集装箱式发酵罐，使用波纹高密度聚乙烯制成的旋转滚筒生物反应器，这种材料不会像不锈钢那样浸出镍。该参考设计使用蒸发冷却代替板式热交换器。由于不需要清洗板式热交换器，因此这种设计可以在无人看管的情况下连续运行数月。

这些集装箱式发酵罐使用标准的 20 英尺和 40 英尺运输集装箱。 设计用于在操作时堆叠 4 层高，用火车或卡车运输，以及快速构建大型系统。

污染控制

在工业规模上发酵乙醇或种植酵母时，细菌污染往往是最大的技术问题。

我们发明了一种防止污染的专利技术，使用尿素作为唯一的氮源，同时确保镍浓度低于 1 毫克/千克。 无需酸洗或抗生素，就能 100% 防止所有细菌污染。

我们还在连续加工过程中采用分批喂入尿素，同时对淀粉进行糖化和发酵（SSF），这样发酵率非常高，而且没有细菌污染。

这种技术可以在 pH 值为 4 到 7 的条件下进行发酵，而不会受到细菌污染。

PCT 专利WO2024092285A2

美国专利号：12,297,423

美国专利 App.第 19/202,827 号，2025 年 5 月 8 日提交

转鼓生物反应器

我们正在利用我们的污染控制专利建造一个转鼓生物反应器（RDB）。

这是专为全年使用锤磨玉米进行酵母有氧生长而设计的。

这种 RDB 发酵罐的构件是波纹高密度聚乙烯管，这使我们能够以低于 1000 美元/立方米的价格建造大型、集装箱式、可堆叠的发酵罐，而传统发酵罐的成本超过 15,000 美元/立方米。我们的 RDB 发酵罐的运营成本也比传统的浸没式发酵低得多。

这些 RDB 发酵罐采用连续工艺，使用颗粒淀粉水解酶（GSHE，一种葡萄糖淀粉酶和α-淀粉酶的组合）和锤磨玉米，并使用Candida utilis 酵母菌（与Cyberlindnera jadinii 同义）在 38 C 温度下进行同步糖化和发酵（SSF）。为了加快进程，我们进行了酵母循环和酶循环。

这些 RDB 发酵罐不使用热交换器来去除发酵热，而是使用蒸发冷却，从而降低了资本支出和运营支出，并省去了清洗板式热交换器的费用。

这些 RDB 发酵罐具有自清洁功能，可防止旋转的玉米粒磨损。

干燥酵母的成本很低，因为含水量只有 50%左右。

这些 RDB 发酵罐采用集装箱式设计，完全自动化。

比大豆蛋白更健康

我们的转鼓生物反应器生产的酵母明显比大豆蛋白更健康，而且价格极具竞争力。

种植大豆使用了许多不健康的除草剂和杀虫剂，这些物质通过动物饲料中的大豆蛋白进入食物链。

大豆还含有许多对鱼饲料和动物饲料不健康的抗营养化合物。

事实证明，酵母比大豆蛋白更健康，氨基酸的平衡性也比大豆蛋白更好。酵母还更具可持续性，比大豆需要更少的土地。

我们的工艺可以生产出对鱼类和鸡类营养价值极高的酵母，从而为鱼类和鸡类提供更有价值的饲料。

干饲料酵母的基本价格因国家而异，日本和美国等成本较高的经济体价格最高。

我们的转鼓生物反应器降低了资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX），同时还能生产出比大豆蛋白更有营养的动物饲料，因此是一种具有成本效益的产品。

玉米酵母

我们的转鼓生物反应器可以经济高效地利用干磨玉米生产富含蛋白质的酵母。

这些淀粉被颗粒淀粉水解酶（GSHE 酶，又称免煮酶）水解为葡萄糖，释放出的葡萄糖同时被用于酵母的生长（同时糖化和发酵，SSF）。

这是酵母有氧生长成本最低的糖源。 POET 公司（世界上最大的生物乙醇生产商之一）也使用这些酶来通过 BPX 工艺生产乙醇。 POET 采用厌氧法制造乙醇，而我们则采用有氧法制造酵母，但我们使用的 SSF 工艺与 POET 相同。

干燥这种酵母的能源成本非常低，因为固态发酵的水分含量只有 50%左右。

Candida utilis 酵母被公认为是安全的（GRAS），在全球范围内被批准用于人类食用、鱼饲料和动物饲料。它目前由 Lallemand 公司作为 Torula 酵母在全球销售，被用作调味成分，自 20 世纪 30 年代以来一直被安全地用于人类、鱼类和动物饲料中。

我们相信，通过利用利用念珠菌在生长过程中分泌的细胞外脂肪酶和细胞外植酸 酶，使利用念珠菌能够代谢锤磨玉米中的玉米油，我们可以经济有效地增加利用念珠菌的欧米伽-3 脂肪酸含量。

在动物饲料中使用酵母

鱼、鸡、猪和人食用酵母非常健康。鱼的饲料转化率（每增重一公斤需要多少公斤饲料）在 1.0 到 2.0 之间，鸡在 1.7 到 2.0 之间，猪在 2.5 到 3.5 之间，牛在 6.0 到 10.0 之间（因此用酵母喂牛的效率并不高）。

每年养鸡（家禽）约 1.4 亿吨，养猪约 1.1 亿吨，水产养殖约 9000 万吨，因此鱼饲料和动物饲料中的酵母市场非常大。全世界供人类食用的营养酵母市场规模估计每年不到 10,000 吨。

鱼饲料和动物饲料中的酵母对健康的影响有两个重要方面，一是是否能提供鱼类和动物生长所必需的氨基酸，二是鱼类和动物体内的必需脂肪酸是否平衡。

必需氨基酸

必需氨基酸是鱼、鸡、猪和人类自身无法合成，必须从饮食中获取的氨基酸。人体必需的氨基酸有九种：

  1. 组氨酸 - 支持生长、组织修复和组胺生成。

  2. 异亮氨酸 - 有助于肌肉代谢、能量调节和血红蛋白生成。

  3. 亮氨酸 - 促进肌肉蛋白质合成和组织修复。

  4. 赖氨酸 - 参与蛋白质合成、激素功能和酶的产生。

  5. 蛋氨酸 - 支持解毒、新陈代谢和含硫化合物的生成。

  6. 苯丙氨酸 - 酪氨酸、多巴胺和去甲肾上腺素等神经递质的前体。

  7. 苏氨酸 - 胶原蛋白、弹性蛋白和免疫功能所必需的物质。

  8. 色氨酸 - 血清素和褪黑激素的前体，有助于调节情绪和睡眠。

  9. 缬氨酸 - 支持肌肉生长、能量生成和组织修复。

精氨酸还是鱼、鸡和猪等动物饲料中的必需氨基酸。

利用念珠菌酵母富含所有必需氨基酸，生物素和所有 B 族维生素（维生素 B12 除外）可自给自足。根据生长环境的不同，酵母菌可能会缺乏蛋氨酸和/或赖氨酸，因此有时需要在鱼、鸡、猪和人的饮食中补充蛋氨酸和/或赖氨酸。

合成氨基酸（如 L-赖氨酸、DL-蛋氨酸、L-苏氨酸）通常被添加到含有酵母的日粮中，以纠正缺乏症，尤其是鸡和猪的缺乏症。这在经济上是可行的，而且可以减少对鱼粉或豆粕等传统蛋白质来源的依赖。

大豆蛋白还缺乏蛋氨酸和赖氨酸，提供的 B 维生素也比酵母少。

必需脂肪酸

必需脂肪酸是人体无法产生的脂肪酸，必须通过食物摄取。人体必需的脂肪酸有两种：

  1. α-亚麻酸（ALA）--一种欧米伽-3 脂肪酸，对心脏健康、大脑功能和减少炎症至关重要。存在于亚麻籽、奇亚籽、核桃、大麻籽和某些油（如亚麻籽油）中。

  2. 亚油酸（LA）--一种欧米茄-6 脂肪酸，对皮肤和头发的健康、生长以及细胞膜功能非常重要。存在于植物油（如葵花籽油、红花籽油、玉米油）、坚果、种子和加工食品中。

人体利用 ALA 和 LA 作为前体合成其他脂肪酸，如 EPA 和 DHA（欧米伽-3），但转化率有限。均衡摄入欧米伽-3 和欧米伽-6 脂肪酸对于避免因摄入过量欧米伽-6 脂肪酸而引起炎症非常重要。

利用念珠菌能产生这两种必需脂肪酸，尤其是在固态发酵过程中，因为氧气转移率提高了。 产生这些脂肪酸的酶存在于利用念珠菌中（但不存在于S. cerevisiae 中），它们需要氧气将油酸脱亚油酸（Ω-6）和将亚油酸（Ω-6）脱α-亚麻酸（Ω-3）。由于玉米油中的亚油酸（omega-6）会被念珠菌代谢掉，因此念珠菌中的 CuFAD3 酶可以将亚油酸（omega-6）转化为α-亚麻酸（omega-3）。

大豆蛋白含有大量过剩的欧米伽-6 脂肪酸，缺乏欧米伽-3 脂肪酸，不含 EPA 或 DHA。 鱼饲料和动物饲料中的大豆蛋白会导致鱼类和动物体内的欧米伽-6 脂肪酸含量过高，最终不利于人类健康。 给鱼类和动物喂食含有欧米伽-3 脂肪酸的酵母比大豆蛋白更健康。

大豆蛋白中的抗营养因子 (ANF)

大豆蛋白中含有许多不利于鱼类和动物健康的抗营养化合物。其中包括胰蛋白酶抑制剂、凝集素、低聚糖、植酸、皂甙、大豆抗原、异黄酮和单宁酸。

肉食性鱼类（如鲑鱼、虾）对大豆 ANFs 特别敏感，因为它们消化植物性碳水化合物的能力有限，而且肠胃系统也很敏感。高大豆添加量（如大于 30% 的豆粕）通常会导致肠炎、生长减慢和肠道微生物群改变。

幼小的单胃动物（仔猪、雏鸡、小牛）由于消化系统尚未发育成熟，受影响最大。例如，半乳寡糖和胰蛋白酶抑制剂对仔猪至关重要，而抗原和凝集素则对小牛有问题。家禽对胰蛋白酶抑制剂和低聚糖很敏感，会导致腹泻和生长速度下降。

酵母不含任何这些抗营养因子，在饲料中添加酵母后，鱼、鸡和猪会更健康。

利用干玉米生产酵母的经济性

生产酵母的成本有 50%以上是由于开始使用的基质的成本造成的。 与我们发现的其他基质相比，用干磨玉米水解糖培养酵母的成本更低。

小麦种植酵母的成本也相对较低，但它是全世界人类消费的主要作物。用甘蔗和甜菜中的糖，包括糖蜜和原糖生产酵母的成本较高。 用甜菜浆、废乳清中的乳糖、甘油、木质纤维素水解物、亚硫酸盐浆液和稀酸木材水解物生产酵母的成本更高。 废水处理也使浸没式发酵法制造酵母的成本更高。我们使用最先进的人工智能 Grok 4 广泛分析了所有这些基质的经济性，结论始终如一，即干磨玉米是生产酵母成本最低的基质。

经济可行性取决于 RDB 设计的低资本和运营成本、廉价基质以及用于饲料的高价值单细胞蛋白 (SCP)。

  • Capital Expenditures (CAPEX): RDB construction at <$1,000/m³ significantly undercuts traditional fermenters (>$15,000/m³), potentially reducing overall plant CAPEX by 50-80% for a modular setup.

  • 运营支出（OPEX）：

    • 基质成本：主要因素（占 SCP 生产总成本的 35-62%）。

      按 150 美元/吨玉米和 ~0.385 公吨 SCP/吨玉米计算（基于 70% 淀粉、1.1 克葡萄糖/克淀粉、0.5 克生物质/克葡萄糖），基质成本为 ~390 美元/吨 SCP。

    • 其他运营支出：酶、尿素、旋转/冷却和干燥所需的能源。蒸发冷却和自清洁消除了热交换器的维护（在传统系统中约为 0.05-0.10 美元/千克 SCP）。从 50% 水分开始干燥比从 90% 水分开始浸没式发酵便宜。非基质运营总支出估计为 200-300 美元/公吨 SCP。

    • 劳动力和公用设施：无人值守操作可最大限度地减少劳动力；集装箱式设备的旋转/曝气能耗较低。

  • 产量和收入：SCP 产量约为 385 公斤/公吨基质，蛋白质含量为 45-50%。

    与 DDGS（玉米中淀粉水解后的干燥残渣）混合的饲料酵母的市场价格因地区而异（例如，用于动物饲料的价格为 500-1000 美元/吨，与蛋白质含量为 45% 的豆粕的竞争价格约为 400 美元/吨）。

    就蛋白质而言，SCP 的蛋白质约为 800-1,000 美元/吨，而大豆的蛋白质约为 890 美元/吨，SCP 可为鱼类和动物饲料提供更好的营养。

    潜在收入：600-800 美元/公吨 SCP 售出量。

  • 盈利能力：

    基质成本（/公吨 SCP） 390 美元（玉米 150 美元/公吨）

    总生产成本（/MT SCP） 600-700 美元

    CAPEX (/m³ fermenter) <$1,000

    盈亏平衡价格（/MT SCP） 550-650 美元

    投资回报率（5 年，5 万公吨/年工厂） 20-30

    RDB 的低成本可带来 20-40% 的利润率，尤其是在饲料需求量大的地区。

总之，RDB 方法在饲料市场上似乎具有经济竞争力，其成本优势可实现规模化盈利，但全面商业化还需要试验验证。

目标市场

我们的目标市场是有大量用于制造酵母的玉米以及鱼饲料和/或动物饲料市场的地方。

美国每年生产3.99 亿吨（百万吨）玉米，拥有巨大的动物饲料市场。

中国 每年生产2.95 亿吨玉米，拥有巨大的鱼饲料和动物饲料市场。

巴西 年产 1.31 亿吨玉米，拥有巨大的动物饲料市场。

阿根廷 年产玉米5 300 万吨，拥有巨大的动物饲料市场。

俄罗斯和乌克兰 每年共生产4 500 万吨玉米，拥有巨大的鱼饲料和动物饲料市场。

印度 每年生产4 200 万吨玉米，拥有巨大的鱼饲料和动物饲料市场。

墨西哥 年产 2 500 万吨玉米，拥有巨大的动物饲料市场。

玉米的世界价格约为每吨 150 美元。水解后，玉米糖类的价格明显低于甘蔗糖或甜菜糖。

我们是谁？

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。

Hamrick 工程专利组合