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什麼神奇的飼料新增劑,竟能讓牛放「香」屁?

2021-04-06 00:00:00健康

編者按:

據報道,全球反芻動物每年產生的甲烷約達 8×10[7] 噸,佔全球人類活動的甲烷排放量的 28%。而在反芻動物中,牛的甲烷排放量又佔了大頭。通常,一頭奶牛每年的甲烷排放量可達 110.7 kg。在全世界範圍內,每天都有十幾億頭牛在排放溫室氣體,因此,其對全球變暖的影響可想而知。

牛產生甲烷的機制主要依賴於瘤胃中產甲烷微生物。那麼我們是否可以透過改善飼料來降低牛的甲烷排放量呢?今天,我們共同關注可減少甲烷排放的飼料新增劑。希望本文能夠為相關的產業人士和諸位讀者帶來一些啟發。

①全球變暖都怪牛?

要養活超過 70 億人口,就不得不產生大量的碳足跡(Carbon Footprint):農業耕作需要砍伐大面積的森林;不可持續的耕作方式(如單一栽培、農藥濫用和土壤耕作)會導致大量溫室氣體的排放;食品運輸和儲存過程也會產生碳排放。然而,大家殊不知,最大的始作俑者卻是那個看似無辜的因素——牛打嗝和放屁釋放的甲烷。

甲烷是一種溫室氣體,其在大氣中停留的時間比二氧化碳短得多,但卻對全球變暖的影響更大。

牛每次打嗝或放屁都會排放出甲烷。它們的糞便會釋放出甲烷以及二氧化碳和一氧化二氮等其他溫室氣體。一頭牛每天產生多達 500 升的甲烷,而全世界有超過 10 億頭牛。

農業生產是甲烷排放的主要來源,而畜牧業產生的甲烷則佔了農業甲烷排放量的大頭。那麼,我們要如何解決這個問題呢?為了尋找答案,我們將目光投向牛的腸道,甲烷就是透過腸道發酵產生的。

牛和山羊等反芻動物的胃與人類的胃存在明顯的區別:牛和山羊等反芻動物的胃有四個不同的隔間。第一個腔室稱為瘤胃,是大部分活動發生的地方,它的運作方式就像一個發酵罐,微生物在其中分解澱粉和纖維素等複雜的碳水化合物,併產生副產物甲烷。近年來,科學家們一直在研究如何控制這一過程,以減少甲烷的生產。

② 保守策略:植生素

植生素(Phytogenics)是一種來源於植物的化合物,能夠促進農場動物的生長,並且不具有抗生素活性。這個詞是由奧地利公司 Delacon 在 80 年代創造的。

這些化合物能夠透過一種或多種機制來減少甲烷的產生:抑制產甲烷微生物的生長繁殖;抑制與產甲烷微生物協同生活的原生生物的生長繁殖;促進涉及利用氫的代謝途徑以抑制甲烷的產生。

Delacon 公司的 Thierry Aubert 是反芻動物專家,他說:「我們公司的植物性飼料新增劑利用了這三大機制,它會影響發酵過程,刺激瘤胃中的澱粉降解,直接影響原生動物和產甲烷古菌,並透過硫酸鹽還原劑利用一些植物提取物中的二氫。」

瑞士生物科技公司 Agolin 開發了一種混合精油,作為飼料新增劑用於減少甲烷排放量。Agolin 執行長 Kurt Schaller 表示:「當成年動物以每天1克的比率將該飼料新增劑新增到奶牛和肉牛飼料中時,研究證明,該精油能夠影響瘤胃中甲烷的產生,進而減少甲烷向環境的釋放量。」然而,目前還不清楚這種影響是由於它對牛腸道微生物的作用,還是由於發酵反應的改變。

不過,最近的一項分析表明,Agolin 公司的飼料新增劑很可能對腸道微生物和發酵過程均發揮作用。Schaller 補充說:「我們發現,在為期幾周的適應期後,瘤胃微生物組發生了積極的變化,即飼餵 Agolin 飼料新增劑後,瘤胃細菌數量顯著增加,而原生動物數量減少。」

另一家來自瑞士的生物科技公司 Mootral,則在其生產的飼料新增劑中添加了大蒜和柑橘類黃酮生物活性提取物。這種飼料新增劑能夠直接作用於產生甲烷的古菌,使得許多產甲烷的菌株數量急劇下降,並且不會對發酵過程產生負面影響。目前,Mootral 公司的飼料新增劑正在等待批准以進行商業使用。

但是值得注意的是,對於這些植生素新增劑來說,實踐操作過程中的甲烷減少量與實驗室中所得到的資料存在巨大差距。雖然改善飼料新增劑的功效對於彌補這一差距至關重要,但我們仍然需要面對動物行為方面的挑戰:牛是挑食的,如果飼料不符合它們的口味,它們就不會吃。此外,不同的餵養方式也會影響腸道微生物組的組成。

據 Mootral 公司動物健康科學經理 Ruchita Khurana 說:「瘤胃及其微生物組仍然是一個有待充分探究的領域。我們致力於在不同的農場、畜牧品種和飼餵方式條件下進行試驗,以評估 Mootral 產品在不同農業實踐中的影響。」

③ 一把雙刃劍:海藻

數千年來,沿海地區的人們一直在使用海藻作為牲畜飼料。近年來,一些研究證明瞭這種做法在減少甲烷排放量上的可能性。其中一項研究表明,將紫杉狀海門冬(一種紅藻類物種)新增到動物飼料中,可減少高達 99%的甲烷排放量。這是因為海藻能夠合成一種有效的甲基轉移酶抑制劑——溴仿,而甲基轉移酶是甲烷生產所必需的。

瑞典初創公司 Volta Greentech 利用紫杉狀海門冬來為奶牛生產飼料。該公司採用陸基生產系統和垂直生物反應器來最大化這種海藻的生產。透過迴圈海水和利用附近工業的廢熱,該公司還降低了生產過程中的溫室氣體排放。

而愛爾蘭初創公司 DúlaBio 則在飼料新增劑中加入了當地海藻的混合物。該公司透過促進再生海藻養殖和農村生物經濟來進一步減少氣體排放。

根據 Volta Greentech 和 DúlaBio 的報告,兩家公司都能降低近 80%的農田甲烷排放量。雖然與之前研究結果顯示的 99%減少率相差甚遠,但這遠遠高於植生素研究報告的最大減少率 38%。然而,海藻面臨的挑戰在於其大規模種植對經濟和環境的潛在影響。

首先,為達到解決牲畜甲烷排放的目的,海藻種植產量需要足夠多,這意味著海藻生產系統需要擴大規模。

此外,以海藻為食的牛體內可能會積累高水平的碘,這對人類來說是一個安全隱患,因為高水平的碘會影響甲狀腺健康。這可能會使一些生物技術公司對海藻新增劑的創新望而卻步。

另外,海藻能積聚鉛和汞等重金屬,溴仿被列為可能的人類致癌物。Aubert 評論說:「雖然紅海藻在減少甲烷排放方面有很好的潛力,但是,在歐洲,有規定限制了飲食中的碘、重金屬和溴仿(減少甲烷的主要成分之一)的含量。」

此外,隨著時間的推移,自然選擇會降低甲烷減排的效率。正如人類病原體隨著長期暴露在環境中而產生耐藥性一樣,反芻動物的微生物組可能會進化出防禦策略,以對抗減少它們數量的飼料新增劑。如果這種情況發生,生物技術公司將需要確定新的靶標代謝機制以作為應對策略。

④ 為什麼農民需要關心這些?

與其他人類活動不同,農業對環境的影響並不容易讓人察覺。並且,許多農民並不信任主流媒體和環保組織的宣傳。在發展中國家,大多數農民屬於貧困人口,減少溫室氣體排放的重擔本不應該落在他們身上。那麼,用什麼方式才能激勵農民積極響應減少甲烷排放的號召呢?

首先,農民是受氣候變化影響最大的群體。洪水、乾旱和野火都會對他們的農場造成嚴重破壞。不過,想要廣泛推廣飼料新增劑等特殊解決方案,必須讓農民獲得更加顯而易見的好處才行。

牛釋放的甲烷量反映了能源的浪費。因此,能夠減少甲烷排放量的飼料新增劑有助於提高飼料利用率。如果生物技術公司能夠將這些對牛的生產和健康都有明顯益處的飼料新增劑推向市場,那麼這對於減少農業中甲烷排放量會有很大的幫助。例如,透過降低氨排放和氮損失,Delacon 公司飼料新增劑可實現奶牛每天的產奶量增加 1.7 升。

展望未來,這項技術的實施可能會受益於與農民互動的大型機構的碳計量解決方案。據 Mootral 公司業務發展總監 Eileen Rüter 介紹,該公司正在開發一種碳信用額模式,在降低生產成本的同時實現減排完全可追溯。

Eileen Rüter 說:「我們的第一個進入商業化階段的商業模式依賴於加工公司、零售商或政府為支付產品成本而給予農民的激勵。我們正積極與幾家這樣的公司和政府組織接觸,希望可以把這些組織串聯起來。」


原文連結:

https://www.labiotech.eu/in-depth/feed-additives-cattle-methane-emissions/

作者|Sachin Rawat

編譯|張硯寧

審校|617

編輯|晴晴大人