"A Stroke of Serendipity" - En teknik utvecklad för bioetanolindustrin har ekonomiska och miljömässiga fördelar för nötkötts- och mejeriproduktion

Det mesta av majsen som odlas i USA har förbättrats med hjälp av bioteknik för att ge skydd mot insektsskador och/eller herbicidtolerans. Insektsresistensegenskapen har den ytterligare fördelen att den minskar mykotoxinkontamination av spannmålen, och herbicidtoleransegenskapen har varit avgörande för att utöka användningen av odlingsmetoder utan jordbearbetning som är centrala för odlingssystem som resulterar i nettokolbindning i jordbruksjordar. Det finns en annan bioteknisk egenskap hos majs som säljs under varumärket Enogen av SyngentaSYT
Frön och det utvecklades ursprungligen för att öka effektiviteten i produktionen av bioetanol. Louis Pasteur sa en gång: "slumpen gynnar det förberedda sinnet", och det fenomenet utspelade sig i upptäckten att när samma typ av majs används som en del av fodret till mjölk- och köttboskap kan det minska kostnaderna och förbättra miljöprofilen för dessa produktionssystem.

Först lite bakgrund om dessa branscher. Nötkött och mejeriprodukter är en populär och mycket näringsrik del av vår livsmedelsförsörjning, och processen för deras produktion har blivit mer och mer effektiv under de senaste decennierna. Mängden kött som produceras per djur har ökat med cirka 1 % per år sedan 1960 och är nu nästan 1.7 gånger vad den var på 1950-talet. Mängden mjölk som produceras per ko har tredubblats sedan 1980-talet. Denna ökade effektivitet gör att produktionen av dessa livsmedel nu kräver färre resurser per enhet mat och gör det med ett mindre miljöavtryck.

En betydande del av dessa framsteg kan tillskrivas mer sofistikerade avelsprogram. Mycket av de återstående framstegen har kommit genom optimering av de dieter som dessa mycket flexibla djur kan frodas på. Detta kallas foder-användningseffektivitet – hur många kilo kött eller mjölk kan genereras per kilo foder. Ett av de viktigaste foderalternativen för nötkreatur är majs som tillhandahålls antingen som spannmål eller i form av ensilage av hela växten. Båda är viktiga alternativ för de flesta mjölkkors dieter. Efter att nötkreatur har fötts upp under en stor del av sitt liv på betesmarker, flyttas de till foderplatser för "avslutningsstadiet", där de också ofta utfodras med spannmålskorn eller ensilage. Även om dessa trender för nötkött och mejeri är mycket positiva, finns det alltid utrymme för ytterligare förbättringar, och det är där Enogen majs passar in i systemet.

Enogen majs utvecklades med hjälp av genteknik för att lägga till en gen för enzymet alfa-amylas som bryter ner stärkelse till dess sockerkomponenter. Genen uttrycks endast i kärnornas endosperm och är inte detekterbar i bladen eller pollen. Detta är en vanlig typ av enzym – till exempel utsöndrar vi människor ett amylasenzym i vår saliv och det går sedan in i vårt matsmältningssystem för att frigöra energin från mat som innehåller stärkelse som potatis eller pasta eller majsmjöl. Amylaset i Enogen majs är en särskilt robust version som förblir stabil och aktiv under ett brett spektrum av tillstånd. Den smälter majsstärkelsen till sockerarter som sedan kan användas av jästen i en biobränslejäsning för att producera etanolen. Det tjänar mer effektivt och effektivt funktionen av tillsatta enzymer från någon annan källa. Denna teknik godkändes först för kommersiell försäljning 2011.

Enogen majs är "identitet bevarad" i spannmålsbranschen eftersom det finns vissa användningsområden för majs för vilka nedbrytning av stärkelsen skulle vara ett problem. Det betyder att alla planterade fält spåras så att de endast kan kanaliseras till lämpliga nedströms användningar. Denna majs var ursprungligen inte avsedd att användas som ett direkt djurfoder, men dess säkerhet bekräftades när denna egenskap genomgick den omfattande regulatoriska process som krävs för transgena biotekniska egenskaper.

Från och med 2013 gjordes ytterligare studier för att se om denna egenskap hade några effekter om den skulle användas för att utfodra djur. Baserat på uppmuntrande preliminära data gjordes allt mer arbete med hjälp av djurforskare och ett antal offentliga institutioner. Det som hittades var lite av en överraskning, men i efterhand är det vettigt att kor kan behöva lite hjälp med att smälta stärkelse eftersom det inte är en stor del av deras förfäders kost. För både mjölk- och nötkreatur är det cirka 5 % ökning av antalet kilo mjölk eller kött som produceras per kilo foder om en del av fodret är antingen spannmål eller ensilage tillverkat av Enogen-majs. Akademiska forskare vid University of Nebraska och Kansas State University har också dokumenterat ökad "total kanal smältbarhet" och "minskad fekal produktion" (t.ex. mindre bajs). En studie vid Pennsylvania State University med 40 % Enogenbaserat ensilage i mejerifoder dokumenterade en 7.2 % minskning av metanemissionsintensiteten och 5.4 % högre foderanvändningseffektivitet, men mjölkkvaliteten förblev oförändrad.

Den ekonomiska och miljömässiga betydelsen av Enogen foderfördelar utvärderades av University of Wisconsin-Madisons djur- och mejerivetenskaper och agronomiska avdelningar tillsammans med Rock River Laboratory. De tittade på mjölkhalt och förväntade intäkter samt kostnader för majsensilage. Vad de fann var att genom att använda Enogen majs kunde ett mejeri spara $132 till $208 per mjölkande ko och år. Eftersom att byta till denna foderkälla inte skulle störa något annat i deras verksamhet, är detta ett attraktivt alternativ för mjölkbönder. Denna oberoende analys inkluderade också en livscykelanalys (LCA) utförd av Sustainable Solutions Corporation, som kvantifierade flera miljöfördelar. Dessa beskrivs nedan utifrån vad de skulle innebära per år för en besättning med 1000 mjölkande kor:

· En minskning av växthusgasutsläppen med mer än 1.4 miljoner kilo CO2-ekvivalenter – motsvarande att ta 314 personbilar av vägen

· En minskning av markanvändningen med 249 hektar – motsvarande 189 amerikanska fotbollsplaner

· En minskning av vattenanvändningen med 13 miljoner gallon – tillräckligt för att fylla 21 olympiska simbassänger

· En energibesparing på 220,000 19 kW timmar – tillräckligt för att driva XNUMX genomsnittliga amerikanska hem

En liknande LCA för nötköttsproduktion genomfördes av University of Arkansas Resiliency Center för effekterna av Enogen-foder som torrvalsad majs i kosten för slutbehandling av feedlot-boskap. I den analysen var det en minskning av växthusgasutsläppen med 5.8 %, 6 % lägre förbrukning av fossila bränslen, 6.1 % mindre markanvändning och 5.6 % mindre vattenanvändning.

Från och med idag uppskattar Syngenta att det finns 1.1 miljoner nötkreatur på Enogen-baserat foder, 45% av dem i nötköttsindustrin och 55% i mejeri. Dessa siffror förväntas stiga med fler adoptioner i västra USA där majs från Mellanvästern är en betydande del av fodertillförseln. Eftersom det finns 9.5 miljoner mjölkkor och 15 miljoner nötkreatur i USA finns det stor potential för att utöka dessa fördelar.

En ytterligare fördel med Enogen majs har att göra med processen att göra ensilage. Majs kan skördas som en hel växt, hackas, komprimeras och täckas för att underlätta en jäsningsprocess under flera månader. Ensilering är ett sätt som majsstärkelse görs mer smältbar av nötkreatur och matsmältningsmikrofloran som hjälper till att omvandla stärkelse till sockerarter, men det kan ta så lång tid som 4 till 6 månader för konventionellt majsensilage att nå en tillräcklig nivå av stärkelse smältbarhet som är säkert att utfodra till boskap. Det som upptäcktes med Enogen majs var att ensilaget kunde användas som djurfoder efter en mycket kortare ”ensilerings”tid och fortfarande ha samma fodereffektivitetsfördelar. Den flexibiliteten skulle kunna hjälpa jordbrukare att upprätthålla ett stadigt utfodringsprogram under hela året. Med spannmålsmajs ses Enogen-fördelarna med enkla spruckna kärnor, och även med "steam-flake processing" som är ett mer energiintensivt sätt att öka stärkelse smältbarheten som är särskilt populär i sydvästra och västra staterna, så Enogen kan passa in i något befintligt program.

Enogen majs fortsätter att användas i stor utsträckning för produktion av bioetanol, vilket är en betydande bidragande faktor till koldioxidutsläpp i transportsektorn genom blandning för bilbränslen och potentiellt nu för användning i konverterade dieselmotorer. Proteinet från den användningen av majsgrödan används i djurfoder och majsoljan kan användas på många sätt. Lyckligtvis finns det fortfarande gott om majs tillgängligt för mat- och foderanvändningar, och med denna slumpmässigt upptäckta användning av Enogen-teknologin kan den tillgången gå ännu längre än tidigare.