“A Stroke of Serendipity” – เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมไบโอเอธานอลมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมสำหรับการผลิตเนื้อวัวและนม

ข้าวโพดส่วนใหญ่ที่ปลูกในสหรัฐอเมริกาได้รับการปรับปรุงโดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพเพื่อป้องกันความเสียหายจากแมลงและ/หรือความทนทานต่อสารกำจัดวัชพืช ลักษณะการต้านทานของแมลงมีประโยชน์เพิ่มเติมในการลดการปนเปื้อนของสารพิษจากเชื้อราในเมล็ดพืช และลักษณะความทนทานต่อสารกำจัดวัชพืชเป็นเครื่องมือในการขยายการใช้วิธีการทำไร่แบบไม่ไถพรวน ซึ่งเป็นศูนย์กลางของระบบการปลูกที่ส่งผลให้เกิดการกักเก็บคาร์บอนสุทธิในดินเกษตรกรรม มีลักษณะพิเศษทางเทคโนโลยีชีวภาพอีกอย่างหนึ่งในข้าวโพดที่จำหน่ายภายใต้แบรนด์ Enogen โดย Syngentaตา
เมล็ดพันธุ์และเดิมได้รับการพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไบโอเอธานอล หลุยส์ ปาสเตอร์ เคยกล่าวไว้ว่า: “โอกาสเอื้ออำนวยแก่จิตใจที่เตรียมพร้อม” และปรากฏการณ์ดังกล่าวแสดงให้เห็นในการค้นพบว่าเมื่อใช้ข้าวโพดชนิดเดียวกันนี้เป็นส่วนหนึ่งของอาหารสัตว์สำหรับโคนมและโคเนื้อ จะสามารถลดต้นทุนและปรับปรุงโปรไฟล์ด้านสิ่งแวดล้อมของระบบการผลิตเหล่านั้นได้

ภูมิหลังบางอย่างเกี่ยวกับอุตสาหกรรมเหล่านั้นก่อน เนื้อวัวและผลิตภัณฑ์จากนมเป็นส่วนที่ได้รับความนิยมและมีคุณค่าทางโภชนาการสูงในการจัดหาอาหารของเรา และกระบวนการผลิตก็มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ปริมาณเนื้อสัตว์ที่ผลิตได้ต่อสัตว์หนึ่งตัวเพิ่มขึ้นประมาณ 1% ต่อปีตั้งแต่ปี 1960 และปัจจุบันเพิ่มขึ้นเกือบ 1.7 เท่าเมื่อเทียบกับช่วงปี 1950 ปริมาณการผลิตนมต่อวัวหนึ่งตัวเพิ่มขึ้นสามเท่าตั้งแต่ทศวรรษที่ 1980 ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นนี้หมายความว่าการผลิตอาหารเหล่านี้ต้องใช้ทรัพยากรน้อยลงต่อหน่วยอาหาร และทำได้โดยมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลง

ส่วนสำคัญของความก้าวหน้านี้เป็นผลมาจากโครงการปรับปรุงพันธุ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น ความคืบหน้าที่เหลือส่วนใหญ่มาจากการเพิ่มประสิทธิภาพของอาหารเพื่อให้สัตว์ที่มีความยืดหยุ่นสูงเหล่านี้สามารถเจริญเติบโตได้ สิ่งนี้เรียกว่าประสิทธิภาพการใช้อาหารสัตว์ – สามารถสร้างเนื้อหรือนมได้กี่ปอนด์ต่ออาหารหนึ่งปอนด์ หนึ่งในตัวเลือกอาหารหลักสำหรับโคคือข้าวโพดที่มีให้ในรูปแบบเมล็ดพืชหรือในรูปของหญ้าหมักที่ทำจากพืชทั้งหมด ทั้งสองอย่างนี้เป็นตัวเลือกที่สำคัญสำหรับอาหารโคนมส่วนใหญ่ หลังจากที่โคเนื้อถูกเลี้ยงบนทุ่งหญ้ามาเกือบทั้งชีวิต พวกมันจะถูกย้ายไปยังพื้นที่เลี้ยงสำหรับระยะ "เสร็จสิ้น" ซึ่งพวกมันมักจะถูกเลี้ยงด้วยเมล็ดข้าวโพดหรือหญ้าหมัก ในขณะที่แนวโน้มเนื้อวัวและผลิตภัณฑ์นมเหล่านี้เป็นไปในเชิงบวก แต่ก็ยังมีที่ว่างสำหรับการปรับปรุงเพิ่มเติมอยู่เสมอ และนั่นคือจุดที่ข้าวโพด Enogen เหมาะสมกับระบบนี้

ข้าวโพดอีโนเจนได้รับการพัฒนาโดยใช้พันธุวิศวกรรมเพื่อเพิ่มยีนสำหรับเอนไซม์อัลฟ่าอะไมเลสซึ่งจะย่อยสลายแป้งเป็นส่วนประกอบของน้ำตาล ยีนนี้แสดงออกเฉพาะในเอนโดสเปิร์มของเมล็ดพืช และตรวจไม่พบในใบไม้หรือละอองเรณู นี่เป็นชนิดของเอนไซม์ทั่วไป ตัวอย่างเช่น มนุษย์เราหลั่งเอนไซม์อะไมเลสในน้ำลายของเรา แล้วมันจะเข้าสู่ระบบย่อยอาหารเพื่อปลดปล่อยพลังงานจากอาหารที่มีแป้งเป็นส่วนประกอบ เช่น มันฝรั่ง พาสต้า หรือข้าวโพดป่น อะไมเลสในข้าวโพดอีโนเจนเป็นรุ่นที่ทนทานเป็นพิเศษซึ่งยังคงเสถียรและทำงานภายใต้สภาวะต่างๆ ที่หลากหลาย มันย่อยแป้งข้าวโพดให้เป็นน้ำตาลที่ยีสต์สามารถนำไปใช้ในการหมักเชื้อเพลิงชีวภาพเพื่อผลิตเอทานอล ทำหน้าที่เสริมการทำงานของเอ็นไซม์จากแหล่งอื่นได้อย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลมากขึ้น เทคโนโลยีนี้ได้รับการอนุมัติให้จำหน่ายเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกในปี 2011

ข้าวโพดอีโนเจนเป็น "เอกลักษณ์ที่เก็บรักษาไว้" ในธุรกิจธัญพืช เนื่องจากมีการใช้ข้าวโพดบางอย่างซึ่งการสลายแป้งจะเป็นปัญหา ซึ่งหมายความว่ามีการติดตามพื้นที่ปลูกทั้งหมดเพื่อให้สามารถส่งไปยังการใช้งานดาวน์สตรีมที่เหมาะสมเท่านั้น เดิมทีข้าวโพดนี้ไม่ได้มีจุดประสงค์เพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์โดยตรง แต่ความปลอดภัยของข้าวโพดนี้ได้รับการยืนยันเมื่อคุณสมบัตินี้ผ่านกระบวนการควบคุมที่เข้มงวดซึ่งจำเป็นสำหรับลักษณะเทคโนโลยีชีวภาพดัดแปรพันธุกรรม

ตั้งแต่ประมาณปี 2013 เป็นต้นมา มีการศึกษาเพิ่มเติมบางอย่างเพื่อดูว่าลักษณะนี้มีผลหรือไม่หากนำไปใช้เป็นอาหารสัตว์ จากข้อมูลเบื้องต้นที่สนับสนุน มีการทำงานมากขึ้นเรื่อย ๆ โดยได้รับความช่วยเหลือจากนักวิทยาศาสตร์สัตว์และสถาบันของรัฐหลายแห่ง สิ่งที่พบนั้นค่อนข้างน่าประหลาดใจ แต่เมื่อมองย้อนกลับไป มันก็สมเหตุสมผลที่วัวสามารถใช้แป้งช่วยย่อยได้ เนื่องจากนั่นไม่ใช่ส่วนสำคัญของอาหารของบรรพบุรุษ สำหรับทั้งโคนมและโคเนื้อ ปริมาณนมหรือเนื้อสัตว์ที่ผลิตได้ต่อปอนด์จะเพิ่มขึ้นประมาณ 5% หากส่วนหนึ่งของอาหารนั้นเป็นธัญพืชหรือหญ้าหมักที่ทำจากข้าวโพดอีโนเจน นักวิจัยทางวิชาการที่มหาวิทยาลัยเนแบรสกาและมหาวิทยาลัยแห่งรัฐแคนซัสได้บันทึก "การย่อยได้ของระบบทางเดินอาหารโดยรวม" ที่เพิ่มขึ้นและ "ปริมาณอุจจาระที่ลดลง" (เช่น คนเซ่อน้อยลง) การศึกษาที่ Pennsylvania State University โดยใช้หญ้าหมักที่มีส่วนประกอบของอีโนเจน 40% ในอาหารสัตว์พบว่าความเข้มข้นของการปล่อยก๊าซมีเทนลดลง 7.2% และประสิทธิภาพการใช้อาหารสัตว์เพิ่มขึ้น 5.4% แต่คุณภาพของนมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ความสำคัญทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมของข้อได้เปรียบด้านอาหารสัตว์ของอีโนเจนได้รับการประเมินโดยแผนกวิทยาศาสตร์สัตว์และผลิตภัณฑ์นมและพืชไร่นาของมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน ร่วมกับห้องปฏิบัติการร็อคริเวอร์ พวกเขาดูที่ปริมาณนมและรายได้ที่คาดหวังรวมถึงต้นทุนการหมักข้าวโพด สิ่งที่พวกเขาพบคือการใช้ข้าวโพด Enogen ทำให้ผลิตภัณฑ์นมสามารถประหยัดเงินได้ 132 ถึง 208 ดอลลาร์ต่อวัวรีดนมต่อปี เนื่องจากการเปลี่ยนมาใช้แหล่งอาหารสัตว์นี้จะไม่รบกวนการทำงานของสิ่งอื่นใด จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับเกษตรกรผู้เลี้ยงโคนม การวิเคราะห์อิสระนี้ยังรวมถึงการประเมินวัฏจักรชีวิต (LCA) ที่ดำเนินการโดย Sustainable Solutions Corporation ซึ่งประเมินข้อดีด้านสิ่งแวดล้อมหลายประการ มีการอธิบายด้านล่างโดยพิจารณาจากความหมายต่อปีสำหรับฝูงวัวรีดนม 1000 ตัว:

· ลดก๊าซเรือนกระจกได้มากกว่า 1.4 ล้านกิโลกรัมของ CO2 เทียบเท่า – เทียบเท่ากับการนำรถยนต์โดยสาร 314 คันออกจากท้องถนน

· ลดการใช้ที่ดินลง 249 เอเคอร์ – เทียบเท่ากับสนามฟุตบอล 189 สนามของสหรัฐอเมริกา

· ลดการใช้น้ำได้ถึง 13 ล้านแกลลอน – เพียงพอสำหรับเติมสระว่ายน้ำโอลิมปิก 21 สระ

· ประหยัดพลังงานได้ 220,000 กิโลวัตต์ชั่วโมง – เพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับบ้านในสหรัฐอเมริกาโดยเฉลี่ย 19 หลัง

LCA ที่คล้ายกัน สำหรับการผลิตเนื้อวัวดำเนินการโดย University of Arkansas Resiliency Center สำหรับผลกระทบของอาหาร Enogen เป็นข้าวโพดรีดแห้งในอาหารสำหรับโคสำเร็จรูป ในการวิเคราะห์นั้นพบว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกลดลง 5.8% การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลลดลง 6% การใช้ที่ดินน้อยลง 6.1% และใช้น้ำน้อยลง 5.6%

ณ วันนี้ ซินเจนทาประเมินว่ามีโค 1.1 ล้านตัวที่ใช้อาหารสัตว์ที่มีส่วนประกอบของอีโนเจน 45% ของวัวในอุตสาหกรรมเนื้อวัว และ 55% อยู่ในผลิตภัณฑ์นม ตัวเลขเหล่านี้คาดว่าจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับการยอมรับมากขึ้นในสหรัฐอเมริกาฝั่งตะวันตก ซึ่งข้าวโพดจากมิดเวสต์เป็นส่วนสำคัญของอุปทานอาหารสัตว์ เนื่องจากมีโคนม 9.5 ล้านตัวและโคเนื้อ 15 ล้านตัวในสหรัฐอเมริกา จึงมีศักยภาพมากมายในการขยายสิทธิประโยชน์เหล่านี้

ข้อได้เปรียบเพิ่มเติมของข้าวโพด Enogen เกี่ยวข้องกับกระบวนการทำหญ้าหมัก ข้าวโพดสามารถเก็บเกี่ยวได้ทั้งต้น สับ บีบอัด และคลุมเพื่ออำนวยความสะดวกในกระบวนการหมักเป็นเวลาหลายเดือน การทำ Ensiling เป็นวิธีที่ทำให้แป้งข้าวโพดย่อยได้มากขึ้นโดยวัวและจุลินทรีย์ที่ย่อยอาหารซึ่งช่วยในการเปลี่ยนแป้งเป็นน้ำตาล แต่อาจใช้เวลานานถึง 4 ถึง 6 เดือนสำหรับข้าวโพดหมักทั่วไปเพื่อให้ได้แป้งที่ย่อยได้ในระดับที่เพียงพอ นั่นคือ ปลอดภัยในการเลี้ยงโค สิ่งที่พบในข้าวโพดอีโนเจนคือหญ้าหมักสามารถใช้เป็นอาหารสัตว์ได้หลังจากใช้เวลา "กักขัง" สั้นกว่ามาก และยังมีข้อดีด้านประสิทธิภาพอาหารเหมือนเดิม ความยืดหยุ่นดังกล่าวสามารถช่วยให้เกษตรกรสามารถรักษาโปรแกรมการให้อาหารได้อย่างสม่ำเสมอตลอดทั้งปี ด้วยเมล็ดข้าวโพด ข้อได้เปรียบของ Enogen นั้นเห็นได้จากเมล็ดข้าวที่แตกง่าย และยังมี "การแปรรูปเกล็ดด้วยไอน้ำ" ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้พลังงานมากกว่าในการเพิ่มการย่อยแป้ง ซึ่งเป็นที่นิยมโดยเฉพาะในรัฐทางตะวันตกเฉียงใต้และตะวันตก ดังนั้น Enogen จึงสามารถใส่เข้าไปได้ โปรแกรมที่มีอยู่

ข้าวโพดอีโนเจนยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการผลิตเอทานอลซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการลดคาร์บอนของภาคการขนส่งผ่านการผสมสำหรับเชื้อเพลิงรถยนต์ และตอนนี้อาจนำไปใช้ใน ดัดแปลงเครื่องยนต์ดีเซล. โปรตีนจากข้าวโพดนั้นนำไปใช้ในอาหารสัตว์และน้ำมันข้าวโพดสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลายอย่าง โชคดีที่ยังมีข้าวโพดจำนวนมากสำหรับใช้เป็นอาหารและอาหารสัตว์ และด้วยการใช้เทคโนโลยี Enogen ที่ค้นพบโดยบังเอิญนี้ อุปทานดังกล่าวสามารถไปได้ไกลกว่าที่เคยเป็นมา