飼料添加劑 作為牛只溫室氣體減量 的替代方案
翻译整理│大成台湾动物营养处 邱怡雯
原作│威斯康辛大學 Alison Pfau
原文來源│威斯康辛大學乳業科學飼料與營養領域文章
https://dairy.extension.wisc.edu/articles/feed-additives-an-alternative-to-mitigate-greenhouse-gas-emissions-in-dairy-cattle
Ⅰ、前言
乳品生产产业对气候变迁造成的影響，遠少於電力設備或運輸工具所產生的影響。根據美國國家環境保護局於2022年發布的報告顯示，2020年時美國農業部門對於全美溫室氣體總排放量大約僅佔 10% （以百萬噸二氧化碳當量計算）（圖一），而此10% 排放量當中，約有39.5% 排放量來自於家畜禽腸道氣體排放及糞尿發酵來源。
Ⅱ、甲烷：乳品生产与企业影响
甲烷是一種溫室氣體，對地球增溫影響是二氧化碳的二十八倍，同時也是畜牧業領域中最關注的氣體排放種類。儘管農業佔溫室氣體總排放量比例少，探討乳品相關產業之溫室氣體減量策略仍是農業部門的重要環節。
2023年Mayerfeld等研究学者的文獻曾指出：如何針對乳業相關的甲烷排放進行減量是舉足輕重的議題，因為甲烷在大氣層中的壽命很短，如能有效減量將可以對全球暖化的影響造成立即性的緩解效果。
Ⅲ、反芻動物與甲烷生成：微生物之間的交互關係
反芻動物所產生的甲烷氣體，來自於瘤胃中獨特的微生態系統，此系統提供了特有的理想環境，以維持多樣化的微生物族群在此生長，其中包括產甲烷的微生物。微生物族群透過多種不同的策略進行長期性的互動模式，包括互利共生、片利共生、寄生關係、競爭關係，而在這些複雜互動關係中，反芻動物則透過微生物們的發酵過程中獲得必需營養分以供应动物体所需（Restapel et al., 2005）。
瘤胃中存在一類微生物，名為甲烷菌(屬於古生菌)，甲烷菌能夠在瘤胃中將氫及二氧化碳轉換為甲烷，使瘤胃內氣體約30% 到40%為甲烷，經由噯氣排出動物體外。甲烷生成的影響程度，隨著動物頭數增加、採食飼料種類及採食量增多而提高（圖二）。
Ⅳ、飼料添加劑之發展：抑制劑及發酵調質劑
隨著地表上牧場數量逐漸減少，而每一牧場規模逐漸擴大，肉牛及乳牛產業的表現皆指出：飼料品質對於飼料效率與甲烷生成的重要性。其中一項減少甲烷排放的策略，即為飼料添加劑的應用。
相關飼料添加劑透過化學結構變化，或在甲烷生成過程中扮演重要的驅動者，以甲烷抑制劑或瘤胃發酵調質劑的形式作用（表一）。最著名的甲烷抑制劑包括 3-nitrooxypropanol（3硝基氧基丙醇）及紅海藻（羽枝藻 Asparagopsis taxiformis）。另一方面，瘤胃發酵調質劑則由於原理不同，而對瘤胃環境產生不同變化，並進一步對於動物生產力、動物健康力、生產效益有所改善，或透過避免微生物降解蛋白質而增加飼糧蛋白質利用程度。此類發酵調質添加劑通常由離子載體化合物、單寧酸、精油類等化合物所組成。有些添加劑已經完成商業開發利用，有些則尚在研究階段（圖三）。
添加劑名稱
作用形式
特性
3-nitrooxypropanol
(3-NOP)
甲烷
抑制劑
3-NOP (產品名稱：Bovaer) 在歐洲、部分拉丁美洲及部分國家已被認可使用，且於2024年5月也被美國食品藥物管理局認可使用。因化學結構類似於甲烷合成作用過程中的某類酵素，而能夠在瘤胃中抑制甲烷合成。不同研究指出，每天餵飼約123克的 3-NOP 可降低乳牛28%到36%甲烷排放，同時提升乳脂肪0.19%；在肉牛試驗上則顯示約可降低50%甲烷生成。
紅海藻
甲烷
抑制劑
海藻是生長於乾淨海水域的大型藻類及多細胞生物。許多種類海藻皆被
研究指出，由於消化率佳，且次級代謝物的作用而能夠作為甲烷減量的 飼糧添加物。紅藻含有高濃度的三溴甲烷，而此化合物能防止維生素輔酶（為甲烷合成所必需）與酵素的結合，進而能降低甲烷生成。多數研究指出紅藻可幫助泌乳牛55%及肉牛98%的甲烷排放減量，但也指出可能對於牛乳中會含有部分的碘及溴化物的殘留。
離子載體化合物
瘤胃發酵
調質劑
離子載體化合物包括 lasalocid、monensin、salinomycin、laidlomycin 及 narasin 為應用於牛隻調節瘤胃發酵作用的抗生素劑，其功用包括改善
飼料效率與生產性能，主要對於負責降解單糖生成乙酸及丁酸的細菌產 生影響。透過減少甲烷產生、增加丙酸合成，離子載體化合物具有提高
發酵過程中飼糧利用效率及可利用程度的潛在幫助。研究指出離子載體 化合物可分別對乳牛及肉牛造成甲烷減量二%及十五%的效果。
單寧酸
瘤胃發酵
調質劑
單寧酸以不同濃度存在於植物組織中，是植物防禦組織的重要成分。其
功能主要為結合在蛋白質上並使其結構變性而無法被瘤胃微生物降解。 部分單寧酸可附著在微生物細胞膜上，產生形態變化，進而抑制微生物
生長。研究指出單寧酸約可減少十三到十六%乳牛甲烷排放量。
精油
瘤胃發酵
調質劑
精油是植物所產生的揮發性芳香次及化合物，尤其存在於香草與辛香料
中，其主要具有抗菌特性。不同研究皆指出精油可減少瘤胃內氮的輪替 與排出，及減緩澱粉基質的降解速度，進而抑制甲烷生成作用。近期研 究指出添加精油產品 Agolin 每頭乳牛每天一公克，可減少每一公斤能量校正乳的甲烷產量十一到二十%。
Ⅴ、结语
截至目前為止，包括在美國及全世界中，反芻動物產業對溫室氣體排放減量的效益影響深遠，善用減量策略將會對於動物生長性狀及產乳表現有所改善，同時將反芻動物對環境影響有效減低。然而，仍需要更多的研究去探究監督管理政策、實施可行性及對乳肉相關產業實質的經濟影響。
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