چالش ها و روندها در صنعت تغذیه و خوراک دام

Challenges and trends in animal nutrition and feed industry

چالش ها و روندها در صنعت تغذیه و خوراک دام

با استقبال از روندهایی مانند تغذیه دقیق، پروتئین های جایگزین و تحول دیجیتال، این صنعت می تواند چالش های خود را طی کند و در عین حال با تقاضای رو به رشد جهانی برای محصولات مشتق شده از حیوانات مواجه شود. همانطور که انتظارات مصرف کنندگان همچنان در حال تکامل هستند، صنعت خوراک باید چابک و متعهد به پیشبرد سلامت حیوانات، مراقبت از محیط زیست و انعطاف پذیری اقتصادی باقی بماند. آینده تغذیه حیوانات در راه حل های پایدار و علم محور نهفته است که به نفع حیوانات، تولیدکنندگان و سیاره زمین است.

صنعت تغذیه و خوراک دام نقشی اساسی در حمایت از صنایع دام و آبزی پروری دارد. مواد مغذی موجود در خوراک برای رشد بهینه، سلامت و بهره وری حیوانات برای اطمینان از کیفیت غذای حاصل از آنها حیاتی است. تولید جهانی خوراک دام در سال 2023 1.2 میلیارد متریک تن بود. این میزان 0.01 درصد یا 140000 متریک تن کمتر از سال قبل از سال 2022 بود. این گزارش اشاره می کند که این کاهش جزئی در تولید خوراک به دلیل استفاده کارآمدتر از خوراک است که با استفاده از سیستم های تولید فشرده امکان پذیر شده است.

کشاورزی دام توجه زیادی را به خود جلب کرده است، به ویژه به دلیل نقش آن در کمک به تغییرات آب و هوایی. سهم دام در تغییرات اقلیمی بین 20-12% تخمین زده می شود که عمدتا به صورت متان از نشخوارکنندگان و دی اکسید کربن آزاد شده از جنگل ها هنگام قطع برای ایجاد مراتع است. با این حال، تقاضای فزاینده ای برای پروتئین حیوانی به دلیل افزایش مداوم جمعیت انسانی و افزایش درآمد وجود دارد. 3 بخش پروتئین حیوانی که شامل گوشت، لبنیات و ماهی است، انتظار می رود تا سال 2033. به ترتیب 12٪، 1.6٪، 11.2٪ افزایش یابد.

بنابراین، به منظور رفع نیازهای انسانی و محیطی، بخش خوراک دام نقش مهمی ایفا خواهد کرد. این مقاله به چالش ها و روندهای فعلی در صنعت تغذیه و خوراک دام می پردازد. با این حال، با چالش های متعددی مواجه است و تحت تاثیر نوآوری های علمی، تغییرات نظارتی و پویایی بازار، در حال تغییر سریع است. این مقاله به چالش های کلیدی و روندهای نوظهور در شکل دهی به صنعت تغذیه و خوراک دام می پردازد.

چالش ها:

1. کمبود منابع و افزایش هزینه ها: یکی از مهم ترین چالش ها افزایش هزینه مواد خام است. موادی مانند ذرت، سویا و پودر ماهی که بخش عمده ای از خوراک دام را تشکیل می دهند، به دلیل عواملی مانند تغییرات آب و هوایی، تنش های ژئوپلیتیکی و افزایش رقابت برای این منابع از صنایع غذایی و سوخت زیستی انسانی، در معرض نوسانات قیمت هستند. کمبود آب و تخریب زمین این موضوع را تشدید می کند و دسترسی به منابع لازم برای تولید محصولات خوراکی را محدود می کند. علاوه بر این، تاثیر زیست محیطی اتکای بیش از حد به برخی مواد غذایی، مانند جنگل زدایی مرتبط با کشاورزی سویا، چالش های پایداری را ایجاد می کند.

2. متعادل کردن تغذیه با مقرون به صرفه بودن: ایجاد تعادل بین تغذیه بهینه با مقرون به صرفه بودن یک چالش همیشگی است. هدف تولیدکنندگان، به حداکثر رساندن عملکرد دام و در عین حال کنترل هزینه های خوراک است، زیرا خوراک معمولا بزرگترین هزینه در تولید دام را نشان می دهد که تا 70 درصد از کل هزینه ها را شامل می شود. دستیابی به این تعادل مستلزم فرمولاسیون دقیق و ادغام ترکیبات خوراک مقرون به صرفه و با کیفیت است. این موضوع را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

2.1) تنوع در محتوای مواد مغذی مواد غذایی: به منظور کاهش اثرات زیست محیطی مواد تشکیل دهنده خوراک و همچنین مقابله با نوسانات ترکیبات رایج خوراک، پیشرفت زیادی در درک عملکرد و کاربرد مواد جایگزین، به ویژه استفاده از محصولات جانبی از محصولات و فرآیندهای مختلف کشاورزی حاصل شده است. برای مثال ذرت و سویا مواد اصلی برای تامین انرژی و پروتئین در خوراک دام هستند. با این حال، سایر مواد غیر متعارف مانند سورگوم، گندم، کنجاله گلوتن ذرت، کنجاله کانولا، غلات تقطیر خشک با مواد محلول (DDGS)، ضایعات غذایی، حشرات و غیره در حال محبوبیت هستند. در حالی که این مواد ممکن است مشخصات تغذیه ای مشابهی داشته باشند، تنوع در محتوای مواد مغذی ممکن است به دلیل تفاوت در پارامترهای پردازش از محل جمع آوری آنها بیشتر باشد. این منجر به تغییر در عملکرد حیوانات می شود که بر اقتصاد صنایع غذایی حیوانات تاثیر می گذارد. یک راه برای مقابله با این تنوع، استفاده از مواد جایگزین در سطوح پایین تر گنجاندن است.

2.2) عوامل ضد تغذیه: عوامل ضد تغذیه (ANF) ترکیبات زیست فعال گیاهی هستند که ارزش غذایی ندارند، اما برای گیاهان برای محافظت از خود در برابر حشرات، بیماری ها، گیاه خواران و شرایط نامساعد حیاتی هستند. ANFها اثر مضری بر قابلیت هضم مواد مغذی دارند که منجر به کاهش بازده و رشد خوراک می شود. برای مثال کنجاله پنبه دانه (منبع پروتئین) دارای رنگدانه ای سمی به نام گوسیپول (هنگامی که به صورت آزاد و غیر متصل به پروتئین وجود دارد) دارد که بر روی غیر نشخوارکنندگان مانند خوک و طیور تاثیر می گذارد، کنجاله بادام زمینی ممکن است دارای آفلاتوکسین باشد، سورگوم دارای تانن و غیره است که بر کارایی کلی خوراک تاثیر می گذارد. به دلیل وجود ANFs در خوراک، حیوانات نمی توانند تقریبا از 25 درصد مواد مغذی موجود را به طور کامل استفاده کنند.

2.3) قابلیت هضم مواد مغذی: جدا از اینکه ANF ها بر قابلیت هضم مواد مغذی تاثیر می گذارند و در نتیجه پتانسیل سودمندی مواد مغذی در خوراک را کاهش می دهند، برخی از مواد ممکن است مشخصات تغذیه ای متناسب با نیازهای حیوانات نداشته باشند. به عنوان مثال: کنجاله کلزا حاوی پوسته های سخت هضم و مواد ANFمانند گلوکوزینولات، تانن ها، اسید اوریک و غیره است. کنجاله پر دارای عدم تعادل اسید آمینه است، کنجاله هسته خرما ممکن است بر خوش طعم بودن تاثیر بگذارد. کیتین از پوسته سخت پوستان یا اسکلت بیرونی حشرات نیز ممکن است قابلیت هضم را در حیواناتی مانند طیور و ماهی در صورت استفاده در سطوح بالاتر کاهش دهد.

3. پایداری زیست محیطی و ردپای کربن: صنعت خوراک ردپای زیست محیطی قابل توجهی دارد. گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن، متان و اکسید نیتروژن بیش از 50 درصد از انتشار را تشکیل می دهند. این تاثیرات از طریق تغییر کاربری زمین، استفاده از انرژی و حمل و نقل رخ می دهد. فشار روزافزون مصرف کنندگان و سیاست گذاران برای داشتن عملیات پایدار، صنعت را به سمت اتخاذ شیوه هایی سوق می دهد که انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد، مصرف آب و انرژی را به حداقل می رساند و تنوع زیستی را ارتقا می بخشد. با این حال، برآورده کردن انتظارات نیازمند نوآوری و سرمایه گذاری قابل توجهی است.

4. مقاومت ضد میکروبی (AMR): آنتی بیوتیک ها اغلب به صورت پیشگیرانه از طریق غذا و آب علاوه بر تزریق و کاربردهای موضعی، برای جلوگیری از بیماری و افزایش رشد به حیوانات داده می شود (دیگر به طور کلی در ایالات متحده وجود ندارد). انتظار می رود آنتی بیوتیک های مورد استفاده در حیوانات غذایی تا سال 2030 به میزان 11.5 درصد افزایش یابد.9 حیوانات غذایی حدود 75 درصد از مواد ضد میکروبی تجویز شده به آنها را جذب نمی کنند که از طریق ادرار و مدفوع از بدن دفع می شود که به طور بالقوه می تواند محیط اطراف را آلوده کند. و باعث بحران های جهانی بهداشت انسان و دام شود. دولت ها و نهادهای نظارتی محدودیت های شدیدی را برای استفاده از آنتی بیوتیک در خوراک دام اعمال کرده اند و صنعت را مجبور به جستجوی راه حل های جایگزین مانند پروبیوتیک ها، پری بیوتیک ها و فیتوژنیک ها کرده اند.

5. فن آوری خوراک، ایمنی و کنترل کیفیت: به دلیل استفاده از ترکیبات و فرمولاسیون های مختلف دستور العمل، مقدار قابل توجهی داده در کارخانه های خوراک در دسترس است. با این حال، استفاده از این اطلاعات در فعالیت های مختلف مرتبط با تولید خوراک همچنان چالش برانگیز است. علاوه بر این، آلودگی خوراک با مایکوتوکسین ها، فلزات سنگین و عوامل بیماری زا خطری برای سلامت حیوانات و ایمنی مواد غذایی ایجاد می کند. حصول اطمینان از کیفیت خوراک مستلزم تست دقیق، نظارت و رعایت استانداردهای ایمنی دقیق است. اختلالات زنجیره تامین می تواند این خطرات را تشدید کند، به ویژه در طول بحران های جهانی مانند همه گیری ها.

6. خوراک های تخصصی: با پیچیده تر شدن سیستم های تولید حیوانات غذایی، تقاضای فزاینده ای برای خوراک های تخصصی متناسب با گونه های خاص، مراحل تولید و اهداف عملکردی وجود دارد. توسعه این فیدها مستلزم قابلیت های تحقیق و توسعه پیشرفته و همچنین دسترسی به مواد و فناوری های جدید است. علاوه بر این، در دسترس بودن محدود به دلیل، کیفیت ناسازگار، هزینه های بالاتر در مقایسه با خوراک استاندارد، نظارت بر مقررات پیچیده، چالش های لجستیکی و مشکلات احتمالی با یافتن یک تامین کننده قابل اعتماد به چالش های صنعت خوراک دام می افزاید. برای مثال رژیم های ریز مورد نیاز برای تغذیه باله ماهی های دریایی پس از تفریخ، در هفته های اولیه چالش برانگیز است، جایی که آنها از ریز سخت پوستان زنده مانند آرتمیا تغذیه می کنند. پرورش آرتمیا به عنوان طعمه، فرآیندی پرهزینه و پر زحمت است که می خواهد نیاز به خوراک های زنده را با خوراک های تخصصی به حداقل برساند یا از بین ببرد. تحقیقات قابل توجهی برای رسیدگی به چنین خواسته هایی مورد نیاز است.

7. انطباق با مقررات: در دنیایی که به طور فزاینده ای متصل می شود، چارچوب های نظارتی حاکم بر غذای حیوانات در مناطق مختلف به طور گسترده ای متفاوت است و به تجارت و عملیات جهانی پیچیدگی می بخشد. انطباق با استانداردهای ایمنی، الزامات برچسب گذاری، و محدودیت های مربوط به برخی افزودنی های خوراک نیازمند منابع قابل توجهی است.

روندهای در حال ظهور:

1. تغذیه یا خوراک دهی دقیق: این نوع تغذیه با یک سیستم یکپارچه مبتنی بر اطلاعات، عرضه و تقاضای مواد مغذی را برای حیوانات برای عملکرد هدف، سودآوری، ویژگی های محصول و نتایج زیست محیطی بهینه می کند. این امکان فراهم کردن مقدار مناسب غذا، در ترکیب مواد مغذی مناسب، در زمان مناسب را برای هر حیوان به صورت جداگانه فراهم می کند. پیشرفت ها در سیستم های تغذیه دقیق، مانند فیدرهای خودکار مجهز به حسگرها، امکان نظارت و تنظیم رژیم ها را در زمان واقعی فراهم می کند. با بهبود کارایی خوراک، تغذیه دقیق می تواند هزینه ها و اثرات زیست محیطی را کاهش دهد و در عین حال سلامت و بهره وری دام را افزایش دهد.

2. منابع جایگزین پروتئین: جستجو برای منابع پروتئینی پایدار و جایگزین، صنعت خوراک را در تلاش برای داشتن عملیات پایدار متحول می کند. برخی از نوآوری های قابل توجه عبارتند از:

2-1) کنجاله حشرات: حشرات مانند مگس سرباز سیاه و کرم آرد به عنوان مواد غذایی با پروتئین بالا مورد بررسی قرار می گیرند. آنها نسبت به محصولات سنتی به منابع کمتری برای تولید نیاز دارند و می توان آنها را با زباله های ارگانیک پرورش داد که به مدل های اقتصاد دایره ای کمک می کند.

2-2) محصولات جلبکی: جلبک ها، غنی از پروتئین ها، لیپیدها و اسیدهای چرب ضروری، پتانسیل را به عنوان یک ماده غذایی پایدار ارائه می دهند. ریز جلبک ها همچنین می توانند به عنوان منبع اسیدهای چرب امگا 3 عمل کنند و وابستگی به پودر ماهی را کاهش دهند.

2-3) پروتئین های تک سلولی (SCP): که توسط تخمیر میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها، قارچ ها یا مخمرها تولید می شوند، SCP ها به دلیل ارزش غذایی و مقیاس پذیری بالا، مورد توجه قرار می گیرند.

3. افزودنی های خوراک عملکردی: افزودنی های خوراکی عملکردی مواد غذایی هستند که به طور فزاینده ای برای بهبود سلامت دام، عملکرد، کیفیت محصول و محیط زیست و منافع اقتصادی استفاده می شوند. دسته بندی های کلیدی عبارتند از:

3-1) پروبیوتیک ها و پری بیوتیک ها: این افزودنی ها با حمایت از جمعیت های میکروبی مفید، سلامت روده و ایمنی را تقویت می کنند.

3-2) سلوبیوتیک ها: این اصطلاح جدیدی است که برای ترکیبات فعال زیستی یا متابولیت های میکروبی محصور در فیبر غذایی ابداع شده است که در طی تخمیر میکروبی توسط باکتری های روده، فراتر از اسیدهای چرب زنجیره کوتاه آزاد می شوند.13 این مفهوم به تازگی در انسان شروع به بررسی کرده است و احتمالا می تواند در خوراک حیوانات نیز استفاده شود.

3-3) فیتوژنیک: ترکیبات مشتق شده از گیاهان، مانند اسانس ها و تانن ها، به عنوان محرک های رشد طبیعی و عوامل ضد میکروبی استفاده می شوند.

3-4) آنزیم ها: آنزیم های خوراکی قابلیت هضم مواد مغذی را افزایش می دهند و ضایعات را کاهش می دهند و به استفاده کارآمدتر از خوراک کمک می کنند.

4. دیجیتالی شدن و کلان داده ها: ابزارهای دیجیتال در مدیریت خوراک و تغذیه دام انقلابی ایجاد می کنند. دستگاه های اینترنت اشیا (IoT)، حسگرها و هوش مصنوعی (AI) امکان ردیابی دقیق میزان مصرف خوراک، رشد حیوانات و پارامترهای سلامتی را فراهم می کنند. تجزیه و تحلیل داده های بزرگ بینش هایی را در مورد بهینه سازی استراتژی های خوراک، بهبود بهره وری و پیش بینی شیوع بیماری ارائه می دهد. فناوری بلاک چین همچنین برای بهبود قابلیت ردیابی و شفافیت در زنجیره تامین خوراک مورد توجه قرار می گیرد و نگرانی های مصرف کننده در مورد ایمنی مواد غذایی و منبع اخلاقی را برطرف می کند. فن آوری های پیشرفته فرمولاسیون که از داده های مربوط به مواد تشکیل دهنده، منابع آنها، میزان کاربرد و غیره استفاده می کند، برای کمک به فرمولاسیون دقیق همراه با ردپای محیطی آن اهمیت بیشتری پیدا می کند.

5. سلامت روده: سلامت روده به طور فزاینده ای به عنوان سنگ بنای رفاه و عملکرد حیوانات شناخته می شود. استراتژی های خوراک اکنون بر حمایت از میکروبیوم روده تاکید دارند که نقشی حیاتی در جذب مواد مغذی، ایمنی و مقاومت در برابر بیماری ایفا می کند. این تمرکز باعث افزایش تقاضا برای پروبیوتیک ها، پری بیوتیک ها و پست بیوتیک ها و همچنین فرمولاسیون های غذایی نوآورانه ای شده است که استرس روده را کاهش می دهد. سلوبیوتیک ها توانایی تاثیرگذاری بر سلامت روده را فراتر از فواید اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه دارند. این مفهوم بسیار جدید است و احتمالا باید برای تاثیر آن در حیوانات غذایی مورد بررسی قرار گیرد.

6. محصولات خوراکی مقاوم در برابر آب و هوا: توسعه محصولات خوراکی مقاوم به آب و هوا برای مقابله با چالش های ناشی از تغییرات آب و هوایی ضروری است. برنامه های اصلاحی بر بهبود تحمل به خشکی، مقاومت در برابر آفات و تراکم مواد مغذی در محصولات غذایی اصلی مانند ذرت، سورگوم و یونجه تمرکز دارند. ابزارهای ژنومی، مانند CRISPR، این پیشرفت ها را تسریع می کنند.

7. اقتصاد چرخشی: صنعت در حال پذیرش اصول اقتصاد چرخشه ای برای افزایش پایداری است. ضایعات حاصل از پردازش مواد غذایی، مانند غلات آبجو، تفاله میوه و ضایعات نانوایی، به خوراک دام تبدیل می شوند. این رویکرد نه تنها ضایعات را کاهش می دهد، بلکه مواد غذایی مقرون به صرفه را نیز فراهم می کند.

8. ترکیبات گیاهی و مصنوعی: با افزایش نگرانی ها در مورد اثرات زیست محیطی مواد غذایی سنتی، جایگزین های گیاهی و مصنوعی توجه را به خود جلب می کنند. عصاره های گیاهی مانند اسانس، آنتی اکسیدان ها (مانند اسیدهای فنولیک، فلاونوئیدها و غیره)، و مواد حاصل از تخمیر، مانند اسیدهای آمینه مصنوعی و ویتامین ها، کیفیت ثابت و استفاده کمتری از منابع را در مقایسه با منابع معمولی ارائه می دهند.

9. رفاه حیوانات: در حالی که تمرکز تغذیه دام بر ایجاد یک خوراک کارآمد به شیوه ای پایدار است، رفاه حیوانات نقش مهمی در دستیابی به این هدف دارد. تولیدکنندگان حیوانات باید به رفاه حیوانات توجه کنند تا بتوانند زندگی سالمی داشته باشند و فرصت استفاده بهینه از تغذیه را داشته باشند. این به تولید محصولات حیوانی با کیفیت بهتر به روشی مقرون به صرفه کمک می کند که از پایداری در صنعت خوراک حمایت می کند.

نتیجه گیری:

صنعت تغذیه و خوراک دام در تقاطع چالش های عظیم و فرصت های بی سابقه قرار دارد. پرداختن به الزامات دوگانه پایداری و بهره وری مستلزم رویکردی کل نگر است که نوآوری فناورانه، بهره وری منابع و انطباق با مقررات را ادغام می کند. با استقبال از روندهایی مانند تغذیه دقیق، پروتئین های جایگزین و تحول دیجیتال، این صنعت می تواند چالش های خود را طی کند و در عین حال با تقاضای رو به رشد جهانی برای محصولات مشتق شده از حیوانات مواجه شود. همانطور که انتظارات مصرف کنندگان همچنان در حال تکامل هستند، صنعت خوراک باید چابک و متعهد به پیشبرد سلامت حیوانات، مراقبت از محیط زیست و انعطاف پذیری اقتصادی باقی بماند. آینده تغذیه حیوانات در راه حل های پایدار و علم محور نهفته است که به نفع حیوانات، تولیدکنندگان و سیاره زمین است.

References

1Alltech. 2024 Alltech Agri-Food Outlook shares global feed production survey data and influential trends in agriculture. 2024.

2Neslen, A. FAO draft report backs growth of livestock industry despite emissions Available online: https://www.climatechangenews.com/2024/08/14/fao-draft-report-backs-growth-of-livestock-industry-despite-emissions/ (accessed on 12/9/2024).

3USSOY. Feeding Sustainable Animal Protein Growth. Available online: https://ussoy.org/feeding-sustainable-animal-protein-growth/ (accessed on 12/9/2024).

4OECD/FAO. OECD-FAO Agricultural Outlook 2024-2033. 2024.

5Ali, A.; Devrajan, S.; Manickavasagan, A.; Ata, A. Antinutritional Factors and Biological Constraints in the Utilization of Plant Protein Foods. In Plant Protein Foods, 1st ed.; Manickavasagan, A., Lim, L.-T., Ali, A., Eds.; Springer Nature Switzerland AG: Cham, Switzerland, 2022; pp. 407-438.

6Nath, H.; Samtiya, M.; Dhewa, T. Beneficial attributes and adverse effects of major plant-based foods anti-nutrients on health: A review. Human Nutrition & Metabolism 2022, 28, doi: https://doi.org/10.1016/j.hnm.2022.200147.

7McKinney, K. How to solve the greatest challenge in the feed industry. Available online: https://www.alltech.com/blog/how-solve-greatest-challenge-feed-industry (accessed on 12/10/2024).

8Rivera, V.B. Reducing feed emissions is critical to advancing sustainability. Available online: https://www.allaboutfeed.net/animal-feed/feed-additives/reducing-feed-emissions-is-critical-to-advancing-sustainability/ (accessed on 12/10/2024).

9Tiseo, K.; Huber, L.; Gilbert, M.; Robinson, T.P.; van Boeckel, T.P. Global Trends in Antimicrobial Use in Food Animals from 2017 to 2030. Antibiotics (Basel) 2020, 9, 918, doi:10.3390/antibiotics9120918.

10Mackie, R.I.; Koike, S.; Krapac, I.; Chee-Sanford, J.; Maxwell, S.; Aminov, R.I. Tetracycline residues and tetracycline resistance genes in groundwater impacted by swine production facilities. Animal Biotechnology 2006, 17, 157-176, doi:10.1080/10495390600956953.

11Zhou, J.; Yun, X.; Wang, J.; Li, Q.; Wang, Y. A review on the ecotoxicological effect of sulphonamides on aquatic organisms. Toxicology Reports 2022, 9, 534-540, doi: https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2022.03.034.

12Gonzalez, L.A.; Kyriazakis, I.; Tedeschi, L.O. Review: Precision nutrition of ruminants: approaches, challenges and potential gains. Animal 2018, 12, s246-s261, doi:10.1017/S1751731118002288.

13Grant, E.T.; De Franco, H.; Desai, M.S. Non-SCFA microbial metabolites associated with fiber fermentation and host health. Trends in Endocrinology & Metabolism 2024, 1-13, doi:10.1016/j.tem.2024.06.009.