الحد من هدر المكونات في إنتاج أعلاف الماشية

لماذا تُركَّب الأعلاف بزيادة

تُركَّب علائق أبقار الحليب وأبقار اللحم على أساس العناصر الغذائية: فأنظمة الاحتياجات الصادرة عن الأكاديميات الوطنية تعبّر عمّا يحتاجه الحيوان بالبروتين الخام وأجزاء الألياف والنشا والطاقة، وتُختار المكوّنات لتوفير هذه العناصر بأقل تكلفة [1][2]. وفي صناعة الأعلاف تخضع المكوّنات المعلنة للعلف المركّب أيضاً للرقابة الرسمية، وقد نُصَّ على الإجراءات المرجعية — ومنها التجفيف بالفرن للرطوبة وطريقة كلدال للبروتين الخام — في الملحق الثالث من لائحة المفوضية (EC) No 152/2009 [3].

غير أن المكوّنات ليست كما يقول جدول التركيب. فقد طبّق Buckmaster وMuller تحليل عدم اليقين على العلائق المخلوطة الكاملة، ووجدا أن عدم اليقين في تراكيز العناصر الغذائية للمكوّنات هو أكبر مساهم في عدم اليقين الكلي للعليقة المقدَّمة، مع إسهام كبير أيضاً للمادة الجافة في الأعلاف الخشنة ولكميات المكوّنات الغنية بالعناصر الغذائية [4]. والمركِّب الذي يجب ألا ينزل عن حدٍّ أدنى معلن، ولا يعرف محتوى البروتين اليوم في كسب فول الصويا الموجود في الصومعة، يضيف هامش أمان من المكوّن المرتفع الثمن. هذا الهامش هو “العطاء الزائد”: بروتين أو دهن أو طاقة مدفوع ثمنها دون حاجة إليها، وهو المقدار الذي يُراد من القياس في المصنع تقليصه.

من أين يأتي التباين

جزّأ St-Pierre وWeiss تباين بيانات التركيب الغذائي في مزارع ألبان تجارية إلى مكوّنات المزرعة والتغيّر اليومي وأخذ العينات والتحليل، ووجدا أن أخذ العينات وحده يفسّر من 30 إلى 81 % من التباين داخل المزرعة للسيلاج، تبعاً للعنصر الغذائي ونوع السيلاج، وأن تباين أخذ العينات والتحليل معاً يشكّل نحو 40 إلى 70 % من التباين داخل المزرعة للعلائق المخلوطة الكاملة [5]. وخلصا إلى أن بيانات العينة الواحدة ليست عالية الموثوقية [5]. ويعني ذلك بالنسبة إلى المصنع أن نتيجة مخبرية واحدة لكل دفعة مكوّن أساس ضعيف لقرار التركيب: فجزء مما يبدو تغيّراً في المكوّن هو ضجيج أخذ العينات. ولذلك يتطلّب تقليص العطاء الزائد قياسات أكثر لا قياساً واحداً أدق، ونتائج تصل قبل جرعة المكوّن لا بعد شحن الدفعة.

ما يقيسه NIR في مكوّنات الأعلاف والأعلاف المخلوطة

طُبّق التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة على تركيب الأعلاف منذ نصف قرن. فقد سجّل Norris وآخرون أطياف الانعكاس لـ 87 عينة مطحونة من الأعلاف الخشنة، وحصلوا باستخدام ما يصل إلى تسعة أطوال موجية على معامل ارتباط 0.99 للبروتين الخام، وتنبّؤوا بالنصف المستقل من مجموعة العينات بخطأ معياري في حدود ±0.95 % للبروتين الخام [6]. واستعرض Givens وDeaville العقدين التاليين من استخدام NIRS في تغذية الحيوان، شاملين الأعلاف الخشنة وغير الخشنة [7]، ويقدّم ISO 12099 اليوم إرشادات لتطبيق NIR على أعلاف الحيوانات والحبوب، بما في ذلك التحقق مقابل الطرائق المرجعية [8].

بنى Simmler وآخرون 30 نموذج PLS على 1,437 عينة مرجعية من علف الدواجن والذرة والقمح وفول الصويا وDDGS، ووجدوا أن معظم نماذج البروتين والدهن والرطوبة بلغت قيمة RPD تفوق 3 على بيانات الاختبار المستبعدة، في حين تجاوزت معظم نماذج الألياف والكربوهيدرات الذائبة في الماء والرماد القيمة 2، وأن عدم تجانس المادة شارك في تحديد النتيجة [9]. وقد تناولت الدراسة علف الدواجن، لكن المكوّنات تتداخل مع مركّزات المجترات، والترتيب متّسق مع الفيزياء: فالبروتين والدهن والماء ذات امتصاصات قوية في الأشعة تحت الحمراء القريبة، في حين يُتنبَّأ بالألياف والرماد على نحو غير مباشر وبدقة أقل.

NIR عند الاستلام وعند الخلاط

ثمة نقطتا قياس تعالجان العطاء الزائد مباشرة. فعند الاستلام، تُمسح كل شحنة من كسب البروتين أو الحبوب أو المنتج الثانوي قبل دخولها الصومعة، بحيث يعمل التركيب على التركيب المُقاس للدفعة لا على قيمة جدولية. وعند الخلاط، يُقارَن العلف المُفرَغ بالهدف المركَّب. وقد طبّق Fernández-Ahumada وآخرون معادلات NIR مطوّرة للأعلاف المركّبة النهائية السليمة على عينات أُخذت في مرحلة الخلط، ووجدوا تنبؤات قريبة جداً من تلك الخاصة بالمنتج النهائي (البروتين الخام 15.65 % عند الخلاط مقابل 15.87 % في المنتج النهائي؛ والألياف الخام 7.69 % مقابل 8.02 %)، وخلصوا إلى أن NIR مجدٍ في هذه المرحلة لأن التصحيحات لا تزال ممكنة قبل اكتمال الدفعة [10]. أما نقل المعايرة إلى جهاز عملياتي فمهمة منفصلة: فقد بيّنت المجموعة نفسها أن التوحيد القياسي الطيفي بين جهاز مخبري وجهاز عملياتي بصفيف ديودي خفّض الخطأ المعياري للتنبؤ خفضاً كبيراً، لكن الدقة المقبولة تطلّبت أن يتضمن النموذج النهائي أطيافاً من كلا الجهازين [11].

وثمة فارق دقيق ينبغي إبقاؤه في الحسبان. فتجانس الخلط يُختبر عادةً بمادة دالّة ويُعبَّر عنه بمعامل التباين بين عينات من دفعة واحدة؛ وقد وجد Clark وآخرون أن البروتين الخام مادة دالّة ضعيفة لأن مكوّنات كثيرة تسهم بالبروتين، وأن واسمات الأحماض الأمينية الصناعية وحدها بلغت معامل تباين دون 10 % في تجاربهم [12]. وقارن Rubio وآخرون NIR المدمج في الخط بطرائق المواد الدالّة في علف دجاج اللحم، ووجدوا أن معامل التباين اعتمد على زمن الخلط وعلى الطريقة معاً [13]. ومن ثمّ فإن قراءة البروتين بـ NIR عند مخرج الخلاط فحص للتركيب الكلي والجرعات، وليست بديلاً عن اختبار المادة الدالّة لتوزيع المكوّنات الدقيقة. وتترتّب على ذلك ثلاث ممارسات:

• قِس كل دفعة من المكوّن، لا كل مكوّن فحسب. فأخذ العينات مكوّن رئيس في التباين [5]؛ وأخذ عدة عينات فرعية من كل شحنة والتركيب على متوسطها يتيح تضييق هامش الأمان بأرقام تسوّغه.
• أبقِ الطرائق المرجعية في الحلقة. تُبنى معايرات NIR على إجراءات اللائحة 152/2009 [3] وتُفحص دورياً مقابلها كما يصف ISO 12099 [8].
• تحقّق من معايرة العملية على الجهاز العملياتي. فالنماذج المخبرية لا تنتقل دون تغيير إلى مستشعر مدمج في الخط [11].

موقع USTECH

عند الاستلام والفحص النهائي يُستخدم محلل USTECH MasterLine17EC بجانب خط الإنتاج للمواد الخام وأعلاف الحيوانات والأعلاف الخشنة. وعند مخرج الخلاط يُركَّب محللا NIR المدمجان في الخط ProLine17EC وProLine17ECS على المزالق والنواقل، وينقل ProChem نتائجهما إلى نظام PLC أو SCADA للوحات المتابعة والإنذارات وتعديل نقاط الضبط. وتُطوَّر المعايرات وتُصان في حزمة الكيمياء القياسية caliX، مع التحقق مقابل التحاليل المرجعية الذي يتطلّبه ISO 12099 [8]. أما المدى الذي يمكن به تضييق هامش الأمان في عليقة معيّنة فيعتمد على مكوّنات المصنع وبياناته المرجعية وخطة أخذ العينات فيه، ويُحدَّد في دراسة جدوى على عيناتكم الخاصة.