Forradalom a takarmányozásban

Innovatív biotechnológiai megoldások a fenntartható fehérjetermelés szolgálatában

Az előrejelzések szerint az emberiség népessége 2056-ra eléri a 10 milliárd főt (UN 2019 Revision of World Population Prospects), ami a globális élelmiszer-kereslet 50–80%-os növekedéséhez vezet. Napjaink mezőgazdasága ezt nem tudja kiszolgálni, és a jelenlegi élelmiszer-termelés folytatásának katasztrofális éghajlati hatása lenne.

Az éghajlatváltozás kapcsán egyértelmű, hogy nem folytathatjuk a hagyományos mezőgazdaságot (a Leibnizdíjas Prof. Largus Angenent)

Az állattenyésztés az üvegházhatású gázok kibocsátásának körülbelül 14,5%-áért és az ammóniakibocsátás körülbelül 65%-áért felelős. A globális mezőgazdaság és állattenyésztés a fenntarthatóság kihívásaival szembesül, amelyek között fontos a természeti erőforrások hatékony felhasználása, a környezeti terhelés csökkentése és az élelmiszer-biztonság növelése.

Az EU a fenntarthatóság előmozdítására tett erőfeszítéseivel vezető szerepet vállal a környezetbarát takarmánygyártás terén. A FEFAC (Európai Takarmánygyártók Szövetsége) élen jár a körkörös takarmányozás előmozdításában, amelynek célja a hulladékok újrahasznosítása és a természeti erőforrások hatékonyabb felhasználása. Az enzimek és aminosavak új felhasználási módjai szintén jelentős gazdasági előnyökkel járnak, miközben csökkentik a környezeti hatásokat.

Jelenleg egy sokrétű élelmiszer-termelési válság közepén vagyunk. Egyre nyilvánvalóbbak az állati eredetű fehérjetermelés környezetre gyakorolt káros következményei.

A FEFAC Kongresszuson a résztvevők elindították a 2030-as takarmányfenntarthatósági, 5 célkitűzést tartalmazó chartájukat, ami az európai takarmányipar válasza az EU Green Deal célkitűzéseire:

1. Hozzájárulás a klímasemleges állattenyésztési és akvakultúra-termelési rendszerek kialakításához a takarmányozás révén.

2. A fenntartható élelmiszerrendszerek kialakításának elősegítése az erőforrás- és tápanyag-hatékonyság növelésével.

3. A felelős beszerzési gyakorlatok előmozdítása.

4. Hozzájárulás a haszonállatok egészségének és jólétének javításához.

5. Az állattenyésztési és akvakultúra-ágazat társadalmi-gazdasági környezetének és ellenálló képességének javítása.

A charta konkrét uniós és nemzeti szintű takarmányágazati intézkedéseket tartalmaz olyan takarmányozási megoldásokkal, amelyek hozzájárulhatnak az állattenyésztési tevékenységek fenntarthatóságának növeléséhez. Céljuk, hogy érdemi válaszokat adjanak a növekvő piaci elvárásokra és a megnövekedett társadalmi igényekre uniós és globális szinten.

A Fenntartható takarmánytechnológia alapjai

Takarmánynak tekinthető minden olyan növényi, állati és ipari eredetű termék, amely táplálóértékkel bír, azt az állatok megeszik, és a bennük lévő táplálóanyagok érvényesülnek a szervezetükben. A takarmányok táplálóértéke kémiai összetételüktől és a táplálóanyagok biológiai hasznosulásától függ.

A takarmányok, illetve takarmány-összetevők makro- és mikrotáplálóanyagokat tartalmaznak; ezeken kívül egyéb, a tápláló (nutritív) hatást rontó ún. antinutritív anyagok is előfordulhatnak bennük. A makrotáplálóanyagoknak a takarmány legnagyobb részét kitevő, energiával rendelkező összetevői a fehérjék, a zsírok és a szénhidrátok. Mikro-táplálóanyagok ezzel szemben azok a kémiai összetevők, amelyek nem szolgáltatnak számottevő energiát, de táplálóértékkel bírnak, vagy szükségesek az életfolyamatokhoz. A mikro-táplálóanyagok között tartjuk számon az ásványi anyagokat, a vitaminokat, valamint az úgynevezett vitaminszerű anyagokat. Meg kell vizsgálnunk, milyen fontosabb tényezők befolyásolják a takarmányozástudomány fejlődését, és csak ezután próbáljuk meg prognosztizálni fejlődésének irányát. A takarmányozás fejlődésére ható tényezőket két nagy csoportba sorolhatjuk: 1.) természet- és műszaki tudományok fejlődése, valamint 2.) társadalmi tényezők.

Mitől fenntartható?

A fenntartható takarmánytechnológia csökkenti a termelés ökológiai lábnyomát, miközben növeli a termelés hatékonyságát és gazdaságosságát. A fenntartható takarmánytechnológia egyre nagyobb jelentőséget kap az állattenyésztésben, mivel a mezőgazdasági iparágakra nehezedő környezeti nyomás és gazdasági kihívások növekednek. A fenntarthatóság alapjai a takarmánygyártásban azon alapulnak, hogy a takarmányok előállításához szükséges erőforrásokat hatékonyan használják fel, minimalizálják a hulladékot, és csökkentik az üvegházhatású gázok kibocsátását.

A fenntartható takarmánygyártás alapelve az erőforrás-kímélő technológiák alkalmazása, valamint az alternatív források, mint ipari melléktermékek és biohulladékok felhasználása.

Az egyik kulcselem a körkörös takarmányozás, ahol az alapanyagokat újrahasznosítják, és a hulladékot újra felhasználják takarmányként. A mezőgazdasági hulladék, melléktermékek és élelmiszeripari maradványok olyan források, amelyek hozzájárulhatnak a fenntartható takarmánygyártáshoz.

Eredetük alapján a takarmányok lehetnek zöldtakarmányok, gyökér- és gumós takarmányok, magvak, silózott takarmányok és melléktermékek. Ezek közül a zöldtakarmányok a legtermészetesebb táplálékforrások az állatok számára, a növények föld feletti részeiből, például szárból, levélből és termésből állnak. A fűféle zöldtakarmányok közül a kérődzők számára a kukorica az ideális, mert gazdag szénhidrátban, és szilázs formájában könnyen tárolható. Ezzel szemben a pillangós növények – mint a lucerna – magas fehérjetartalommal rendelkeznek, és frissen vagy szárítva is felhasználhatóak. A gyökér- és gumós takarmányok – például a cukorrépa, burgonya – nagy víztartalmuk és könnyen emészthető cukor- vagy keményítőtartalmuk miatt kiválóak laktagóg hatású takarmányként. A gabonamagvak általánosságban nagy keményítőtartalmuk miatt elsősorban energiaszolgáltatók, leginkább sertések és baromfifajok számára. A hüvelyes magvak – pl. a szója – gazdagok fehérjében és olajban. Az olajos magvak melléktermékei – pl. a napraforgó vagy repce – értékes fehérjeforrások az olaj kivonása után, magas biológiai értékük miatt már nélkülözhetetlenek a takarmányozásban.

A modern takarmányozásban azonban a melléktermékek szerepe is folyamatosan nő, hiszen csökkentik a környezetterhelést és a takarmányköltségeket. A felhasználásuk előtt azonban biztosítani kell, hogy táplálóanyag-tartalmuk megbízható legyen, folyamatosan rendelkezésre álljanak, és ne veszélyeztessék sem az állatokat, sem az élelmiszerek minőségét.

A modern takarmányozásban kulcsfontosságú a szakszerű takarmányreceptúra-készítés

Az állatok korának és hasznosítási irányának megfelelő energia- és táplálóanyag-ellátás csak a legújabb tudományos ismeretek alapján állítható össze. Abrakfogyasztó állatoknál az ideálisfehérje-elvet és az emészthetőaminosav-elvet figyelembe véve készülnek a receptúrák. Az ideális fehérje azt jelenti, hogy az aminosavak összetétele teljes mértékben megfelel az állat igényeinek, lizinarányában kifejezve. Az aminosavak egyensúlya megakadályozza a limitáló vagy túlzott aminosavak jelenlétét.

A modern takarmánygyártás technológiája az állattenyésztés versenyképességének az alapja, mivel a takarmányozás a termelési költségek 60–70%-át teszi ki, és alapvetően befolyásolja a végtermék minőségét is. A takarmányiparban elengedhetetlen a kutatási eredmények gyors alkalmazása, azonban még a legújabb szakmai ismeretek alapján készített receptúra sem ér sokat, ha a gyártás nem követi a megfelelő biológiai és technikai normákat.

Matematikai modellek a modern takarmánykészítésben

Az állatitermék-előállításban a teljesítménymodellek célja gyakorlatorientált: a takarmány összetételéből és az állatok jellemzőiből (genotípus, ivar, kor) kiindulva megjósolják a termelhető hús, tej vagy tojás mennyiségét és összetételét. Ezek a modellek komplex ismereteket követelnek meg a genetika, fiziológia, biokémia és takarmányozás területén.

A precíziós takarmányozás szerves része a teljes termékpályának, amely magában foglalja a növénytermesztést, az állattenyésztést és az állati termékek feldolgozását is. A teljes ellenőrzés és nyomon követés laborvizsgálatokkal és informatikai eszközökkel történik, interdiszciplináris tudást alkalmaz, beleértve a táplálkozás-élettan, immunológia, mikrobiológia és molekuláris genetika területeit is. Ugyanakkor az új technológiák, a nanotechnológia és a biotechnológia segít az állati táplálkozás optimalizálásában, javítva a mikrotáplálóanyagok felszívódását és az általános egészségügyi eredményeket.

Úttörő innováció a takarmányozás világából

Az 1960-as években a világűrben hasznosítható egysejtű fehérjék (SCP) előállítása érdekében a tudósok Knallgas baktériumokat alkalmaztak. Ezek az aerob, hidrogén-oxidáló baktériumok H₂-t oxidálnak, és O₂-t használnak végső elektronakceptorként, így energiát termelve és biomasszát állítva elő. A legjobban tanulmányozott Knallgasbaktérium, a Cupriavidus necator képes CO₂-t megkötni ribulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz/oxigenáz segítségével, így biomasszát hozva létre fényműködés nélkül, ezáltal elkerülve a fotobioreaktorok komplexitását.

Az egysejtűfehérje- (SCP-) termelés jelenleg is nagyban támaszkodik élelmiszer-minőségű alapanyagokra, ami számos kihívást jelent a környezetvédelmi szempontból fenntartható gazdálkodás szempontjából. Az SCP-termelés alapvető célja, hogy fenntartható alternatívát nyújtson a fosszilis tüzelőanyagok használatának csökkentésére az élelmiszer- és takarmánytermelésben. A gázerjesztési technológiák felhasználása lehetőséget kínál a körforgásos gazdaság támogatására, ahol a szén-dioxid újrahasznosítása jelentősen növeli az SCP-termelés gazdasági fenntarthatóságát. Az SCP-gyártás során felhasznált alapanyagok árának jelentős hatása van az előállítás gazdasági életképességére. A gázerjesztési módszereket már az 1970-es években is alkalmazták az SCP-termelésben, de a kereskedelmi siker elmaradása miatt az érdeklődés az utóbbi években, a klímaváltozás fényében újraéledt.

Az acetogén gázfermentációs folyamat új irányítása ecetsav előállítására, az elektrolízissel előállított CO₂ és H₂ keverék felhasználásával, a vízből származó O₂ és a légzés során keletkező CO₂ újrahasznosításával kínál megoldást. Ez a kétlépcsős folyamat lehetővé teszi a biomassza- és energiatermelés hatékonyságának növelését, ahol a gombák vagy élesztők által létrehozott SCP közvetlen emberi fogyasztásra is alkalmazható, míg az első szakaszból származó acetogén biomassza állati takarmányként hasznosul.

Az SCP-termelés szintetikus biológia általi optimalizálása és az élelmiszer-ellátás fenntartható fejlesztésének előmozdítása kulcsfontosságú az új generációs élelmiszer-termelési technológiákban.

A szén-dioxid átalakításának egyik legígéretesebb módszere a mikrobiális fermentáció, amelynek során specifikus mikroorganizmusok, például cianobaktériumok és egyéb fotoszintetizáló mikrobák használják fel a szén-dioxidot mint szénforrást. A folyamat során ezek a mikroorganizmusok képesek fehérjét, zsírokat és egyéb tápanyagokat előállítani, amelyek közvetlenül takarmányként használhatók fel.

A szén-dioxid-alapú fehérjetermelés piaci potenciálja jelentős, különösen az állati takarmányok piacán, ahol folyamatosan nő az igény a fenntartható és környezetbarát takarmányalternatívák iránt. A technológia képes lehet alternatívát nyújtani a hagyományos takarmány-összetevők, mint a hal- és szójaliszt helyettesítésére, amelyek drágábbak, és környezeti kihívásokkal járnak. Emellett a növekvő globális populáció és a fehérjeigény növekedése tovább erősíti a technológia piaci relevanciáját.

Milyen hatása lehet?

A szén-dioxidból fehérjévé alakító technológia nemcsak gazdasági előnyöket kínál, hanem jelentős környezeti és társadalmi hatásokkal is bír. A technológia környezeti fenntarthatóságra és az élelmiszer-biztonság javítására gyakorolt hatásainak elemzése kulcsfontosságú a teljes körű értékeléshez.

A szén-dioxid felhasználása fehérjévé alakításra jelentős mértékben csökkentheti az üvegházhatású gázok kibocsátását, mivel a szén-dioxidot produktív módon használja fel, ahelyett, hogy az az atmoszférába kerülne. Továbbá a technológia segíthet csökkenteni a hagyományos takarmánytermesztés, például a szója és halliszt termelése során felmerülő környezeti problémákat, mint a földhasználat, az erózió és a vízfelhasználás. Az alternatív takarmányforrások előállítása így hozzájárulhat a biodiverzitás megőrzéséhez és a természetes erőforrások védelméhez.

A szén-dioxidból készült fehérje társadalmi szempontból is jelentős előnyökkel bír. Az élelmiszer-biztonság javulása a növekvő populáció számára kulcsfontosságú, különösen a fejlődő országokban, ahol az élelmiszerhiány és a malnutríció súlyos probléma. A fenntartható és költséghatékony takarmányforrások hozzáférhetőbbé tétele javíthatja az állattenyésztés hatékonyságát, ezáltal növelve az állati eredetű élelmiszerek elérhetőségét és megfizethetőségét.

A technológia elősegítheti a fenntartható mezőgazdasági gyakorlatokat, mivel kevésbé támaszkodik a környezeti erőforrások intenzív kihasználására. A szén-dioxid-alapú fehérjévé alakítás javíthatja a mezőgazdasági rendszerek rezilienciáját is, különösen az éghajlatváltozás és a természeti erőforrások csökkenése által sújtott területeken. Ezáltal a technológia hozzájárulhat a globális élelmiszerrendszerek stabilitásának növeléséhez.

Az Európai Unióban számos cég és intézmény foglalkozik a szén-dioxid újrahasznosításával és takarmánygyártással. Néhány vállalat és projekt, amely a szén-dioxidot újrahasznosítja takarmányok előállítására: NovoNutrients, Sustainable Energy Solutions (SES), Carbon Recycling International (CRI), Solar Foods. A modern takarmányozás innovatív megközelítései, mint a mikrobák és egysejtű fehérjék (SCP) használata, forradalmasítják az állatitakarmány- és élelmiszer-termelést. Ezek a technológiák lehetővé teszik, hogy a szén-dioxidot és egyéb alapanyagokat környezetbarát módon alakítsuk át tápláló fehérjévé, csökkentve ezzel az éghajlatváltozásra gyakorolt hatást és az élelmiszer-termelés költségeit. Az új módszerek, mint a gázerjesztés és a szintetikus biológia, ígéretesek az alacsony költségű, magas tápértékű takarmányok és élelmiszerek előállításában, ami a jövőben világszerte jelentősen hozzájárulhat a fenntartható élelmiszer-ellátáshoz.

Vlaszák Lajos