خلاصه فناوری
صنعت دام و طیور تامین کننده منابع اصلی پروتئینی برای انسان میباشد که این منابع شامل گوشت سفید، گوشت قرمز، تخم مرغ، شیر و پروتئینهای گیاهی هستند. از اینرو استفاده از آمینواسیدها در خوراک دام و طیور سبب افزایش نرخ رشد، دفع کم آمونیاک، افزایش وزندهی در زمان بلوغ، افزایش میزان و کیفیت شیر و تخم مرغ و کاهش اثرات استرس وارد بر دام و طیور شده و کیفیت محصولات پروتئینی مورد استفاده را افزایش میدهد. همچنین استفاده از آمینواسیدها به عنوان کود سبب افزایش رشد ریشه، افزایش جوانه زنی، افزایش رشد گیاه و کاهش اثرات استرس دمایی در گیاهان میشود. لذا استفاده از آمینواسیدها در خوراک دام و طیور و کود سبب بهبود منابع غذایی انسانها خواهد شد. پر مرغ که بیش از 90 درصد آن از کراتین تشکیل شده، منبع غنی از آمینواسید محسوب می شود. سالیان زیادی است که این منبع غنی به عنوان ضایعات مرغداریها دفن شده و یا با سایر ضایعات سوزانده میشود. این در حالیست که میتوان با هیدرولیز کراتین آن، درصد بالایی از نیاز آمینواسیدهای صنایع کشاورزی و دام و طیور را تامین کرد.
در این طرح برآنیم تا 500 کیلوگرم پر مرغ ضایعاتی را از مرغداریها جمعآوری کرده و پس از آمادهسازی اولیه (شستشو، خشککردن، استرلیزه و ...) با استفاده از روشهای باکتریایی (استفاده از سویههای باکتریایی باسیلوس)، آنزیمی (استفاده از آنزیم کراتیناز و کراتینازهای نوترکیب تولید شده) و شیمیایی (روش هیدروترمال در دما و فشار بالا و روشهای اسیدی و قلیایی) هیدرولیز شده و مخلوط آمینواسیدی که بیش از 60 درصد آن را پرولین، سرین، لوسین، گلوتامیک اسید، آسپارتیک اسید، آرژنین و آلانین تشکیل میدهند، بدست میآید. آمینوگرام هر یک از روشها در شرایط موثر مختلف مورد بررسی قرار خواهد گرفت و بهترین شرایط هیدرولیز برای آمینواسیدهای مورد نیاز انتخاب خواهد شد. در نهایت 100 لیتر آمینواسید 20 درصد تولید خواهد شد که در فرمولاسیون خوراک دام و طیور و کود استفاده خواهد شد.
ضرورت مسئله
امروزه صنعت تولید مرغ گوشتی و تخمگذار درسراسر دنیا به سرعت رشد کرده و یکی از بخشهای مهم در صنایع غذایی میباشد که به طور فزایندهای به اقتصاد ملی و سلامت جامعه کمک میکند. بخش طیور نقش بسیار مهمی در کاهش فقر، سو تغذیه و اشتغالزایی دارد، بطوریکه در ایران ماهیانه بالغ بر 210 هزار تن و سالیانه بیش از دو میلیون و پانصد هزار تن مرغ تولید میشود که علاوه بر نقش بسیار مهم و موثر در تامین مواد غذایی، اشتغالزایی بسیار خوبی برای ساکنین این استان دارد. این در حالیست که مرغداریها انواع مختلفی از ضایعات را تولید میکنند. مخلوطی از فضولات، مواد بستر، خوراک باقیمانده، جوجههای غیر قابل استفاده، تخممرغهای آسیب دیده، مواد بستهبندی و پرها اجزای اصلی این ضایعات هستند. پر طیور تا 10 درصد از کل وزن بدن مرغ را تشکیل میدهد و مقادیر زیادی از آن در کشتارگاههای طیور طی فرآوری تولید میشود. حجم زیاد ضایعات پر باعث ایجاد مشکل جدی دفع زباله جامد در سراسر جهان شده است. از سویی دیگر پر مرغ منبع بسیار غنی از آمینواسیدهای ضروری، نیتروژن، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، گوگرد و سدیم بوده و میتوان از آن در خوراک دام و طیور و کود کشاورزی به خوبی استفاده کرد. این در حالیست که کودهای شیمیایی با ورود به آبهای زیرزمینی باعث آلودگیهای وسیع محیط زیستی شده و هزینههای بسیار زیادی به محیط زیست تحمیل میکند. پودر خون کشتارگاهها در چند سال گذشته به عنوان مکمل کودی در تغذیه گیاهان قرار میگرفت که به سبب داشتن درصد بسیار بالای آمینواسید نتایج خوبی به ارمغان داشت، اما درصد بالای فلزات سنگین در این مکمل کودی، استفاده از آن را بسیار محدود کرد. در تحقیقات انجام شده پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که کود حاصل از پر مرغ نه تنها دارای درصد بالایی از آمینواسیدهاست و مشکل عناصر سنگین را نیز ندارد و جایگزین بسیار خوبی برای وعدهی خون در تغذیه گیاهان میباشد.
روش و بهینهسازی شرایط هیدرولیز پر مرغ را میتوان مهمترین قسمت فرایند تولید دانست به گونهای که در صورت عدم وجود دانش فنی، کیفیت و کمیت محصول بدست آمده مطلوب نخواهد بود و استفاده از آن امکانپذیر نیست.
مسئله اصلی تحقیق
صنایع کشاورزی، دام و طیور سه رکن اصلی تأمین غذایی جوامع بشری هستند که با تقویت آنها میتوان به بهبود کیفیت و کمیت زندگی انسانها کمک شایانی کرد. پر مرغ به عنوان منبع غنی از کراتین یکی از ضایعات بسیار حجیم این صنعت است که امکان استفاده از آن به صورت مستقیم در خوراک و کود وجود ندارد. با استفاده از روشهای مختلف، پر مرغ هیدرولیز شده و آمینواسیدهای آن در انواع کود و خوراک دام و طیور مورد استفاده قرار میگیرد. دفع پر مرغ به عنوان حجیمترین ضایعات صنعت مرغ و طیور یکی از مشکلات اساسی زیست محیطی این صنعت است. سوزاندن پر مرغ به عنوان راهکار کنونی سبب آلودگی زیستمحیطی بسیار زیادی میشود. واردات کودها و خوراک دام و طیور آمینواسیدی ارز زیادی از کشور خارج میکند. به دلیل وجود تحریمها، واردات محصولات آمینواسیدی کشاورزی و دام و طیور با مشکلات عدیدهای مواجه هستند. وسعت زیادی از زمینهای حاصلخیز موجود برای تأمین خوراک دام و طیور زیر کشت رفته و منابع مغذی آنها در طی سالها تحلیل میرود. با سوزاندن پر مرغ، ارزش غذایی این ماده از بین رفته و نمیتوان از سوختهی بدست آمده به عنوان منبع کراتین و آمینواسید نام برد.
واردات از منابع بسیار غنی کراتین زباله صنعت مرغداری به عنوان ماده اولیه اصلی تولید آمینواسید استفاده میشود. به دلیل استفاده از مواد اولیه بسیار ارزان قیمت و در دسترس محصولات بدست آمده به صرفه بوده و سبب متعادلسازی بازار خواهد شد. با استفاده از روشهای هیدرولیزی مختلف میتوان انواع آمینواسیدهای موجود را با نسبتهای مختلف خالصسازی کرد. به دلیل حجم مصرفی بالای مرغ گوشتی و تخمگذار در ایران و فراوانی مواد اولیه تولید آمینواسید، بستر افزایش تولید و ورود به بازار جهانی فراهم است. ارزش افزوده محصول تولید شده بسیار زیاد بوده و صرفه اقتصادی برای سرمایهگذار و تولید کننده خواهد داشت. با استفاده از آمینواسیدهای تولید شده به عنوان کلاته کننده میتوان کودهای کلاته طبیعی و با کیفیت تولید کرد.
کاربرد
با توجه به ورود صنعت کشاورزی به دوره مدرن و صنعتی و نیاز روز افزون محصولات متنوع از یک سو و الزام حذف بهبود دهندهها و کودهای شیمیایی از سوی دیگر، نیاز به کودهای طبیعی و زیستی هر روز نمایانتر میشود. کودهای آمینواسیدی و خوراک دام و طیور بر مبنای آمینواسید یکی از راهکارهای بهبود کیفیت و کمیت محصولات این حوزه است که جایگاه خود را در این صنعت پیدا کرده است. آمینو اسیدهای مورد استفاده در ایران اغلب وارداتی بوده و به دلیل قیمت بسیار بالای آن بسیاری از تولیدکنندگان صنعت کشاورزی و خوراک دام امکان استفاده از آن را ندارند.
این در حالیست که منابع اولیهای بسیار با ارزش و غنی همچون پر مرغ که متشکل از کراتین است، به عنوان زباله و ضایعات در این صنعت شناخته شده و همراه با باقی ضایعات مرغداریها سوزانده شده و به عنوان خوراکی با ارزش غذایی بسیار کم وارد زنجیره خوراک طیور میگردد.
درباره تیم پژوهشی
نام و نامخانوادگی |
رشته/ مقطع تحصیلی |
همکار/ مشاور طرح |
وضعیت شغلی |
مسعود ترکزاده ماهانی |
دکتری بیوشیمی |
مجری طرح |
عضو هیات علمی دانشگاه تحصیلات تکمیلی کرمان |
شهریار شاکری |
دکتری میکروبیولوژی |
همکار طرح |
عضو هیات علمی دانشگاه تحصیلات تکمیلی کرمان |
فائزه خاکباز |
دکتری نانوشیمی |
همکار طرح |
محقق بخش خصوصی |
حمیده عسکری |
کارشناسیارشد بیوشیمی |
همکار طرح |
محقق بخش خصوصی |
سوابق عرضهکننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی
مسعود ترکزاده ماهانی: ایشان عضو هیات علمی دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان هستند که در بیش از 20 طرح تحقیقاتی و راهنمایی بیش از 70 دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد و دکتری حضور داشتهاند. همچنین 5 ثبت اختراع داخلی داشته و بیش از 200 مقاله در ژورنالهای پژوهشی داخلی و ISI دارند. از تقدیرات به عمل آمده از ایشان میتوان به پژوهشگر برتر دانشگاه در سالهای 1391، 1396 و 1400، پژوهشگر برتر استان کرمان در سالهای 1391 و 1398 و همچنین پژوهشگر برتر کشور در سال 1401 اشاره کرد. سوابق پژوهشی ایشان بیشتر در زمینه انواع پروتئین، تولید نوترکیب آنزیمها، استفاده از آمینواسیدها در پایدارسازی آنزیم و تولید کودهای کلاته است.
مزایا
- مدیریت ضایعات کشتارگاههای مرغ و جلوگیری از آلودگی محیط زیستی
- جلوگیری از ورود مواد سمی و آلودگی محیط زیستی ناشی از سوزاندن پر مرغ
- عدم نیاز به کشت گسترده خوراک دام و طیور با تأمین این موارد از منابعی مانند پر مرغ
- جایگزینی کودهای شیمیایی با کودهای آمینواسیدی و جلوگیری از آلودگیهای خاک و آب در اثر استفاده مستمر از کودهای شیمیایی
- عدم نیاز به واردات کودهای آمینواسیدی
- جلوگیری از خروج ارز از کشور
- رقابتی شدن قیمتهای نهایی کودهای آمینواسیدی در بازار
- استفاده از پر مرغ برای تولید آمینواسید در ایران برای نخستین بار
- استفاده از آمینواسیدهای تولید شده به عنوان کیلیت کننده در کودهای کلاته
- امکان حذف کلات کنندههای شیمیایی و جلوگیری از اثرات جانبی آنها بر گیاه
خروجیهای مورد انتظار تحقیق
با توجه به اینکه برای انجام این کار روشهای مختلفی از هیدرولیز پر مرغ نیاز بوده و درصدهایی در حدود 6 تا 20 درصد از آمینواسیدهای مورد نظر (مخلوط آمینواسیدی که بیش از 60 درصد آن را پرولین، سرین، لوسین، گلوتامیک اسید، آسپارتیک اسید، آرژنین و آلانین تشکیل میدهند) در روشهای مختلف حاصل خواهد شد، مراحل زیر مورد انتظار است:
- جداسازی و انتخاب سویههای باکتریایی مورد نیاز (با استفاده از روش محیط کشت، آنتی بیوتیکی، دمایی، زمانی و ...)
- بدست آوردن بهترین شرایط کشت هر یک از باکتریهای منتخب زمان (بین 10 تا 24 ساعت)، دما (بین 15 تا 37 درجه سانتیگراد)، نوع محیط کشت (LB، TB، M9 و محیط حداقل با منبع کربن پر مرغ)
- اثر سویههای منتخب بر هیدرولیز پر مرغ و تولید آمینواسید با درصدهای مختلف (0 تا 20 درصد)
- بدست آوردن بهترین شرایط تولید آنزیم کراتیناز برای بالاترین فعالیت آنزیمی (دما: 15 تا 45 درجه سانتیگراد، pH: 6 تا 8، نوع بافر: بافر فسفات، بافر تریس)
- بدست آوردن بهترین شرایط پایداری آنزیم تولید شده (دما:80-، 20- ،0 و 24 درجه سانتیگراد، pH: 6 تا 8، نوع بافر: فسفات و تریس)
- بدست آوردن بهترین شرایط هیدرولیز پر مرغ با استفاده از آنزیم تولید شده (زمان: 12 تا 72 ساعت، دما: 24 تا 60 درجه سانتیگراد، محیط: آب، بافر)
- بدست آوردن بهترین شرایط هیدرولیز شیمیایی پر مرغ و آمینواسیدهای تولید شده (نوع اسید: اسید سولفوریک، اسید کلریدریک)، pH: 2 تا 4، دما: 40 تا 60 درجه سانتیگراد، زمان: 4 تا 12 ساعت)
- استفاده از آمینوگرامهای تولید شده در هر یک از روشها، برای انتخاب روش بهینه جهت تولید آمینواسیدهای مورد نیاز (بنا به درصد آمینواسید به دست آمده در هر روش میتوان روش و شرایط بهینه برای تولید هر یک از آمینواسیدها را انتخاب کرد)
- تولید مخلوطی از آمینواسیدهای فنیل آلانین، تیروزین، والین، گلوتامیک اسید، سرین، گلایسین، متیونین و ... با درصد های 6 تا 20 درصد
- تولید بهینه فرمولاسیون خوراک دام با استفاده از آمینواسیدهای تولید شده (برای مثال با توجه به غلظت ایدهآل آمینواسیدها برای تولید شیر گاوهای شیری (والین 3/5 درصد، فنیل آلانین 6/4 درصد، لوسین 9/8 درصد و ...)
- تولید بهینه فرمولاسیون کودهای آمینواسیدی و کودهای کلاته با کمک آمینواسیدهای تولید شده برای گیاهان مختلف (افزایش رشد گیاه، تقویت جوانه زنی، جلوگیری از سرمازدگی و ...)
هزینه و زمان اجرای طرح
- هزینه اجرای طرح حدود 500 تا 600 میلیون تومان برآورد میشود.
- مدتزمان اجرای طرح حدود 18 ماه برآورد میشود.
تسهیم مالکیت فکری
- مالکیت معنوی: مشارکتکننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و مشارکتکننده در ژورنالهای داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانسها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دستاندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: سهم مشارکت شرکت/شتابدهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و باتوجه به سهم آورده نقدی و غیرنقدی توسعهدهنده، سهم مالکیت قابل مذاکره و توافق است).
ارتباط با ما
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@