افزودنی‌های خوراک، جایگزینی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در گاوهای شیری

سهم سیستم تولید لبنیات در تغییرات آب و هوایی در مقایسه با تولید برق یا حمل و نقل ناچیز است. گزارش سال 2022 آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده نشان داد که سهم بخش کشاورزی در انتشار کل گازهای گلخانه ای (GHG) در ایالات متحده حدود 10٪ معادل یک میلیون تن دی اکسید کربن (MMtCO2e) در سال 2020 بود و حدود 5/39 درصد از این 10 درصد انتشار متان دام از تخمیر روده¬ای و مدیریت کود می¬باشد.

متان: تولید لبنیات و تأثیر آب و هوا

متان یک گاز گلخانه¬ای است که 28 برابر دی¬اکسید کربن پتانسیل گرمایشی دارد و یک منطقه نگران کننده در کشاورزی دام است. علیرغم سهم اندک کشاورزی، سیستم¬های تولید لبنیات با توسعه استراتژی¬هایی برای کاهش گازهای گلخانه¬ای به عنوان بخشی ضروری از راه حل قرار می¬گیرند.

نشخوارکنندگان و تولید متان: تعاملات میکروبی

متان به دلیل اکوسیستم منحصربه‌فرد شکمبه که محیطی ایده‌آل برای نگهداری جمعیت‌های مختلف میکروارگانیسم‌ها از جمله آنهایی که متان تولید می‌کنند، در دام تولید می‌شود. جمعیت میکروب¬ها از طریق راهبردهای مختلفی مانند متقابل (منافع برای هر دو میکروارگانیسم)، ترکیب گرایی (منافع برای یکی بدون تأثیر بر دیگری)، انگلی (منافع برای یکی در مضرات برای دیگری) و رقابت (چندین میکروارگانیسم با هم توسط بستر یا فضا رقابت می کنند) در تعامل دائمی هستند، به نشخوارکننده اجازه می دهد تا مواد مغذی ضروری برای تغذیه خود را از طریق فرآیندهای تخمیر میکروبی به دست آورد (Restrepo و همکاران، 2005).

در شکمبه دسته ای از باکتری ها به نام متانوژن وجود دارد. این باکتری ها هیدروژن و دی اکسید کربن را در شکمبه به متان تبدیل می کنند. متان حدود 30 تا 40 درصد از گازهای موجود در شکمبه را تشکیل می دهد که با آروغ زدن از حیوان خارج می شود. اهمیت تولید این گاز به دلیل تعداد زیاد حیوانات و نوع و مقدار خوراک مصرفی آنها در حال افزایش است و در هر واحد خوراک مصرفی بیشتر گازهای متان تولید می شود.

بررسی افزودنی‌های خوراک: بازدارنده‌ها و اصلاح‌کننده‌های تخمیر

در حالی که تعداد مزارع کاهش یافته و تعداد گاوها در هر مزرعه افزایش یافته است، صنایع گوشت و لبنیات اهمیت کیفیت خوراک را برای کارایی خوراک و تولید متان درک می‌کنند. یکی از استراتژی‌هایی که به طور فزاینده‌ای مورد بررسی قرار گرفته، استفاده از افزودنی‌های خوراک برای کاهش انتشار متان از روده است.

این افزودنی‌ها به روش‌های مختلفی عمل می‌کنند و با تغییر عوامل کلیدی که به تشکیل متان کمک می‌کنند، به عنوان بازدارنده‌های متان یا به عنوان اصلاح‌کننده‌های تخمیر در شکمبه عمل می‌کنند. برخی از افزودنی‌های خوراکی محبوب که تولید متان را مهار می‌کنند شامل ۳-نیتروکسی‌پروپانول (3- NOP) و جلبک قرمز (Asparagopsis taxiformis) هستند.

از سوی دیگر، اصلاح‌کننده‌های تخمیر در شکمبه محیط بهتری را ایجاد می‌کنند که به افزایش تولید، سلامت و کارایی دام کمک می‌کند و همچنین با محافظت از پروتئین غذایی در برابر استفاده میکروب‌ها، دسترسی به پروتئین را برای دام افزایش می‌دهند. این اصلاح‌کننده‌های تخمیر شامل یونوفورها، تانن‌ها و روغن‌های ضروری هستند. برخی از این افزودنی‌ها به صورت تجاری در دسترس هستند، در حالی که برخی دیگر هنوز در مرحله تحقیق قرار دارند.

دستاورهای سیستم‌های تولید نشخوارکنندگان در ایالات متحده و سراسر جهان برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای بسیار چشمگیر است. این نتایج منجر به بهبود عملکرد دام و افزایش عرضه شیر شده است در حالی که تأثیرات زیست‌محیطی ناشی از انتشار گازهای گلخانه‌ای دام‌ها را به حداقل رسانده است. با این حال، تحقیقات بیشتری در مورد این افزودنی‌های خوراکی لازم است تا سیاست‌های نظارتی، قابلیت اجرای آن‌ها و تأثیر اقتصادی آن‌ها بر تولیدکنندگان لبنیات و گوشت بررسی شود.

مشخصات کلی و نحوه عملکرد افزودنی‌های مختلف خوراک در صنایع لبنی و گوشت گاو

3-نیتروکسی پروپانول (3-NOP): یک بازدارنده متان است. Bovaer، 3- NOP برای استفاده در اروپا، برخی کشورهای آمریکای لاتین و دیگر نقاط جهان تأیید شده است، اما هنوز توسط FDA تأیید نشده است. 3- NOP با تقلید از آنزیم مسئول مرحله نهایی تولید متان در شکمبه، متان را کاهش می‌دهد. مطالعات نشان داده‌اند که این افزودنی می‌تواند تولید متان را در گاوهای شیری بین ۲۸ درصد تا ۳۶ درصد کاهش دهد و همچنین باعث افزایش محتوای چربی شیر به میزان 19/0 درصد یا 21/0 پوند در روز شود، زمانی که به دام‌ها حدود ۱۲۳ گرم 3- NOP در روز داده می‌شود. همچنین، کاهش ۵۰ درصد در تولید متان در گاوهای گوشتی نیز مشاهده شده است.

جلبک دریایی قرمز: یک بازدارنده متان است. جلبک‌ها موجودات چندسلولی هستند که در محیط‌های دریایی و آب شیرین رشد می‌کنند. چندین گونه از جلبک‌ها به عنوان یک ماده در رژیم غذایی نشخوارکنندگان پیشنهاد شده‌اند، به دلیل قابلیت هضم و غلظت متابولیت‌های ثانویه که به کاهش تولید گاز متان کمک می‌کنند. جلبک‌های قرمز حاوی غلظت‌های بالایی از بروموفرم هستند و عملکرد آن جلوگیری از اتصال بین کوفاکتور ویتامین B12 (که برای تشکیل متان ضروری است) با آنزیم است که منجر به عدم تشکیل متان می‌شود.

چندین مطالعه کاهش تولید متان به ازای هر کیلوگرم مصرف ماده خشک تا ۵۵ درصد در گاوهای شیری و حدود ۹۸ درصد در گاوهای گوشتی را نشان داده‌اند. در نتیجه، در گاوهای شیری مقداری از ید و غلظت‌های برومید در شیر مشاهده شد و تأثیراتی بر سلامت و عملکرد دام داشت.

یونوفورها: یک اصلاح کننده تخمیر شکمبه¬ای است. یونوفورها، مانند لزالوسید، مونی‌سین، سالینومایسین، لیدلومایسین و نارسین، آنتی‌بیوتیک‌هایی هستند که در گاوها برای تغییر الگوهای تخمیر در شکمبه به منظور بهبود کارایی خوراک و عملکرد استفاده می‌شوند.

این مواد با هدف قرار دادن باکتری‌های مسئول تولید استات و بوتیرات از گلوکز عمل می‌کنند. با کاهش تولید متان و افزایش تولید پروپیونات، یونوفورها می‌توانند به طور بالقوه کارایی انرژی خوراک موجود و استفاده از فرآیند تخمیر را بهبود بخشند. تحقیقات نشان داده است که یونوفورها می‌توانند تولید متان را تا ۳۱ درصد کاهش دهند، چه در شرایط آزمایشگاهی و چه در شرایط واقعی، افزودن یونوفورها کاهش متوسطی در تولید متان به میزان ۲ درصد در گاوهای شیری و ۱۵ درصد در گاوهای گوشتی ایجاد کرده است.

تانن‌ها: یک اصلاح کننده تخمیر شکمبه¬ای است. تانن‌ها در غلظت‌های مختلف در برخی بافت‌های گیاهی، به ویژه در دو لپه‌ای‌ها، وجود دارند و جزء مهمی از سیستم‌های دفاعی بسیاری از گیاهان هستند. یکی از شناخته‌شده‌ترین عملکردهای تانن‌ها، توانایی آن‌ها در اتصال و دناتوره کردن پروتئین‌هاست که باعث کاهش تجزیه پروتئین‌ها در شکمبه توسط میکروب‌ها می‌شود.

برخی از تانن‌ها فعالیت‌های باکتری‌کش دارند: آن‌ها می‌توانند به غشاهای باکتریایی، به ویژه در باکتری‌های متانوژن، چسبیده و تغییرات مورفولوژیکی، کمبودهای تغذیه‌ای و کاهش رشد باکتری‌ها را ایجاد کنند. تانن‌ها پتانسیل کاهش انتشار متان را به میزان ۱۳درصد تا ۱۶ درصد در گاوهای شیری نشان داده‌اند. در نتیجه، مصرف بیش از حد تانن‌ها در جیره غذایی، به دلیل دشواری گاوها در هضم این تانن‌ها می‌تواند باعث کاهش مصرف خوراک شود و بر عملکرد دام تأثیر بگذارد.

اسانس‌ها: یک اصلاح کننده تخمیر شکمبه¬ای است. اسانس¬ها، مانند تانن‌ها، ترکیبات ثانویه معطر و فرار هستند که توسط گیاهان، به ویژه گیاهان دارویی و ادویه‌ها تولید می‌شوند. یکی از عملکردهای اصلی اسانس¬ها، فعالیت ضدعفونی‌کننده و ضد میکروبی آن‌هاست.

مطالعات مختلف نشان داده‌اند که استفاده از اسانس¬ها می‌تواند گردش نیتروژن درون شکمبه و دفع نیتروژن را کاهش دهد، تجزیه سوبستراهای غنی از نشاسته را کند و متانوژنز را مهار کند. مطالعات اخیر کاهش ۱۱ درصد تا ۲۰ درصدی شدت متان (متان/بازده تولیدی برای گاو؛ تولید متان به ازای هر کیلوگرم شیر اصلاح شده از نظر انرژی) را در گاوهای شیری که با غلظت ۱ گرم آگولین در روز تغذیه شده‌اند، نشان داده است.