飼料製造

飼料製造とは、生の農産物から動物の飼料を生産するプロセスを指します。製造によって生産される飼料は、さまざまな動物のさまざまなライフステージの特定の動物栄養要件を満たすように配合されます。アメリカ飼料産業協会（AFIA）によると、^[1] 4つの基本的なステップがあります。

1. 原材料の受け取り: 飼料工場はサプライヤーから原材料を受け取ります。到着後、原材料は計量され、さまざまな栄養素について検査および分析され、品質と安全性が確認されます。
2. 配合の作成:栄養士は科学者と協力し、家畜、家禽、養殖、ペット用の栄養的に健全でバランスの取れた食事を配合します。これは複雑なプロセスで、種によって栄養要件は異なります。
3. 材料を混ぜる: 配合が決まると、工場で材料を混ぜて完成品を作ります。
4. パッケージとラベル: メーカーは、製品を出荷する最適な方法を決定します。小売用に準備されている場合は、「袋詰めとタグ」、つまり、製品の用途、成分、および使用方法を記載したラベルが付いた袋に入れられます。製品が商業用に準備されている場合は、バルクで出荷されます。

ワシントン州農務省は、飼料を、全粒または加工穀物、濃縮物、およびあらゆる種類の動物用の市販飼料（顧客配合飼料、ラベル付き飼料、ペット飼料を含む）の混合物と定義しています。これらの飼料は現在、家畜、家禽、豚、および魚産業向けに商業的に生産されています。飼料の商業生産は州法および国法によって規制されています。たとえば、テキサス州では、野生動物やペットに与えることを目的とした全粒または加工穀物、濃縮物、および市販飼料は、販売者が流通させるために言葉またはアニメーションで適切に説明する必要があります。ほとんどの州法および連邦法では、市販飼料に不純物を混入してはならないと明確に規定されています。^{[2] [3]}

動物飼料は、大きく分けて以下のように分類されます。

• 濃縮物: エネルギーが高く、主に穀物とその副産物を含み、または高タンパク質の油粕や油粕、およびテンサイやサトウキビの加工から生じる副産物から作られています。^[要出典]
• 粗飼料: 牧草地、または干し草、サイレージ、根菜、わら、茎葉などの植物の一部。異なる種に与えられる飼料はすべて同じではありません。たとえば、家畜は主に粗飼料からなる飼料を与えられますが、家禽、豚、魚は濃縮飼料を与えられます。肥育場の家畜は、通常穀物から得られるエネルギー飼料を単独で、または総合混合飼料の一部として与えられます。^[要出典]

調製された飼料の品質は、最終的には使用される穀物や牧草などの材料の品質に依存します。原材料は非常に良質である必要があります。商業用飼料の製造は工業プロセスであるため、HACCP手順に従う必要があります。米国食品医薬品局(FDA) は、HACCP を「原材料の生産、調達、取り扱いから、完成品の製造、流通、消費に至るまでの生物学的、化学的、物理的危害の分析と管理を通じて食品の安全性に対処する管理システム」と定義しています。^[4]

FDAは、人間の食品と、家禽、家畜、豚、魚の動物飼料を規制しています。さらに、FDAはペットフードも規制しており、アメリカでは1億7,700万頭以上の犬、猫、馬にペットフードが与えられていると推定されています。人間の食品と同様に、動物飼料は純粋で健康的で、衛生的な条件下で調理され、消費者に必要な情報を提供するために正直にラベル付けされている必要があります。^[5]

飼料は豚の生産コスト全体の約60%から80%を占めます。製造された飼料は単に満腹感を与えるだけでなく、動物の健康な成長に必要な栄養素も提供する必要があります。豚の飼料を配合する際には、適切な飼料を作るために、さまざまな成長段階で必要な栄養素を考慮します。豚の飼料を配合するためには、ピアソンの正方形、代数方程式、線形計画法（コンピューター）の3つの基本的な方法が使用されています。最近では、多くの栄養素のバランスをとって食事を調整し、経済的な決定を支援するマイクロコンピュータープログラムが利用可能です。^[6]

必要な基本的な栄養素は、粗タンパク質、代謝エネルギー、ミネラル、ビタミン、水です。配合手順には、固定量と可変量の両方があります。豚の飼料は、一般的に炭水化物源として挽いた穀物、タンパク質源として大豆ミールをベースにしており、カルシウムやリンなどのミネラルとビタミンが加えられています。飼料は、牛乳の副産物、肉の副産物、穀物、および「特産品」で強化することができます。飼料を強化し、動物の健康と成長を助けるために、抗生物質も加えられることがあります。^{[6] [7] [8]}

エネルギーとタンパク質が豊富な蒸留乾燥穀物可溶性物質（DDGS）は、一部の家畜や家禽の飼料でトウモロコシや大豆ミールの代わりに使用されており、トウモロコシDDGSは、生産のあらゆる段階で米国の豚の飼料に使用される最も人気があり、経済的で、広く入手可能な代替飼料原料となっています。米国穀物 協議会は、トウモロコシDDGSは、トウモロコシとほぼ同じ量の消化エネルギー（DE）と代謝エネルギー（ME）を含むため、豚の飼料で主にエネルギー源として使用されていると報告しました。ただし、低油DDGSを給餌するとME含有量がわずかに減少する可能性があります。^{[9] [10]}

2007年の研究では、多くの生産者がすべてのカテゴリーの豚の飼料に20％のDDGSを配合していることから、DDGSの使用に関する最近の傾向が強調されました。20％が推奨される配合率ですが、一部の生産者はより高い配合率で成功しています。育成豚と肥育豚の飼料には、最大35％のDDGS配合率が使用されています。^[11]

養殖魚は、魚の健康と魚を食べる人間の健康に必要な栄養素を含む特別に配合されたペレット飼料を食べます。魚の飼料は栄養的にバランスが取れていて、より良い成長のために良いエネルギー源を提供する必要があります。商業的に養殖される魚は、主に大豆やトウモロコシなどの植物性タンパク質、植物油、ミネラル、ビタミンを食べる草食魚と、魚油とタンパク質を与えられる肉食魚に大別されます。肉食魚の飼料には30〜50％の魚粉と魚油が含まれていますが、最近の研究では養殖飼料に魚粉の代替品を見つけることが示唆されています。^[12]

調査されたさまざまな飼料の中で、大豆粕は魚粉よりも優れた代替品であると思われる。魚産業向けに製造される大豆粕は、飼料ペレットに含まれる粒子サイズに大きく依存する。今日、これらのタイプの飼料を加工する技術は、魚飼料押出機に基づいている。魚飼料押出機は、植物性タンパク質の加工に不可欠である。粒子サイズは飼料の消化率に影響を与える。魚ペレット飼料の粒子サイズは、穀物の特性と製粉プロセスの両方によって影響を受ける。穀物の特性には、硬度と水分含有量が含まれる。製粉プロセスは、使用される製粉装置の種類と、製粉装置のいくつかの特性（たとえば、波形、隙間、速度、およびエネルギー消費）に基づいて粒子サイズに影響を与える。^[13]

報告が示しているように、家禽の飼育において飼料費は大きな割合を占めます。これは、鳥類は一般に他の動物よりも多くの飼料を必要とし、特に成長速度が速く生産性が高いためです。飼料効率は、鳥のパフォーマンスと製品に反映されます。国立研究評議会 (1994) によると、家禽は飼料に少なくとも 38% の成分を必要とします。飼料の各成分の配給量は、鳥の各成長段階によって異なりますが、炭水化物、脂肪、タンパク質、ミネラル、ビタミンを含める必要があります。炭水化物は通常、トウモロコシ、小麦、大麦などの穀物から供給され、家禽飼料の主要なエネルギー源として機能します。脂肪は通常、獣脂、ラード、植物油から得られ、家禽飼料の膜の完全性とホルモン合成に重要な脂肪酸を提供するために不可欠です。

タンパク質は、筋肉、神経、軟骨などの体の組織の発達に必要な必須アミノ酸を供給するために重要です。大豆、キャノーラ、コーングルテンからのミールは、家禽の食事における植物性タンパク質の主な供給源です。市販の飼料の主成分である穀物にはミネラルがほとんど含まれていないため、ミネラルの補給が必要になることがよくあります。カルシウム、リン、塩素、マグネシウム、カリウム、ナトリウムは、家禽に大量に必要です。一方、ビタミンA、B、C、D、E、Kなどのビタミンは、家禽動物に必要な量がより少ない成分です。^[14]

Fanatico (2003) は、鳥に餌を与える最も簡単で人気のある方法はペレット飼料を使用することだと報告しました。農家にとって便利なだけでなく、ペレット飼料は鳥が一度にたくさん食べることを可能にします。さらに、研究者の中には、マッシュ飼料を与えられた鳥と比較して、ペレット飼料を与えられた鳥では、飼料変換率の向上、飼料の無駄の減少、嗜好性の向上、病原体の破壊も発見しました。^[15]

ペレット飼料の商業生産には、粉砕、混合、ペレット化などの一連の主要プロセスが通常含まれます。製造されたペレットは、ペレット耐久性指数 (PDI) に基づいてテストされ、品質が判定されます。健康と成長を促進するために、ペレット飼料には抗生物質が添加されることがよくあります。

研究者らは、粒子サイズの小さい飼料は、胃腸管における酸および酵素消化の表面積が増加するため、消化を改善すると結論付けています。しかし、一部の研究者は最近、胃腸管（GIT）の自然な設計と機能を補完するために、家禽飼料には粗い粒子が必要であることを指摘しています。Hetland ら（2002 年）および Svihus ら（2004 年）は、砂嚢機能の欠如により GIT 滞留時間が減少し、最終的に生体パフォーマンスに悪影響を与えると論じました。Zanotto と Bellaver（1996 年）は、0.716 mm と 1.196 mm の異なる粒子サイズの飼料を与えられた 21 日齢のブロイラーのパフォーマンスを比較しました。彼らは、より大きな粒子サイズの飼料を与えられた対象の方がパフォーマンスが優れていることを発見しました。Parsons ら(2006) は、ブロイラー飼料中のさまざまなトウモロコシの粒子サイズを評価し、最大粒子サイズ (2.242 mm) が、テストされた他の粒子サイズ (0.781、0.950、1.042、および 1.109 mm) よりも飼料摂取量が多いことを発見しました。一方、Nir ら (1994) は、ブロイラーの発育は粒子サイズの変化によって影響を受けると主張しました。しかし、0.5～1 mm の粒子サイズの変化は通常、ブロイラーに何の影響も与えませんでした。非常に細かい粒子 (<0.5 mm) は、呼吸器系の問題を引き起こすほこりの存在、飲水量の増加、給水器内の飼料の存在、敷料の水分増加により、ブロイラーのパフォーマンスを低下させる可能性があります。^[16] Chewning ら (2012) は、最近の研究で、細かい粒子サイズ (0.27 mm) はブロイラーの生後パフォーマンスを向上させましたが、ペレット飼料は向上しなかったと結論付けました。^[17]

これらのデータはすべて、細粒と粗粒の両方が家禽飼料において異なる機能を持つことを示しています。ブロイラーの生育を考慮して、これら 2 つの成分を適切な割合で使用する必要があります。Xu ら (2013) は、ペレット化されていない飼料と細粒を含むペレット飼料のパフォーマンスを比較し、粗粒を追加すると飼料変換率と体重が改善されることを発見しました。Auttawong ら (2013) や Lin ら (2013) などの他の研究者によっても同様の結果が得られました。

家畜には、肉牛、乳牛、馬、ヤギ、羊、ラマなどが含まれます。家畜の飼料は、動物の年齢、性別、品種、環境などによって常に変化するため、各家畜の飼料摂取量に特定の要件はありません。ただし、家畜の飼料の基本的な栄養要件は、タンパク質、炭水化物、ビタミン、ミネラルで構成されていなければなりません。^[18]

乳牛は他の種類の牛よりも多くのエネルギーを飼料に必要とする。研究によると、飼料から供給されるエネルギーは、発酵性飼料などの非繊維性炭水化物（NFC）や、粗飼料などの中性デタージェント繊維（NDF）など、さまざまな炭水化物源から供給される。NDFを多く含む飼料はルーメンの健康には良いが、エネルギーは少なく、その逆もまた同様である。家畜飼料には脂肪が添加され、エネルギー濃度を高める。特にNFC含有量が高すぎる場合は、過剰なNFCはNDFの割合を減らし、ルーメン消化に影響を与えるためである。反芻動物では、摂取したタンパク質のほとんどが微生物によって分解され、その後、微生物は小腸で消化される。^[19]

国立研究評議会は、家畜飼料に必要な粗タンパク質は7%未満であるべきだと提言した。乳牛などの反芻動物は、特に乳の合成のために最も多くのタンパク質を必要とする。カルシウム、リン、セレンなどのミネラルは、家畜の成長、生殖、骨の健康を維持するために必要である。^[20]

他の動物と同様に、家畜も飼料に適切な割合の細粒と粗粒を必要とします。理論的には、細粒の方がルーメンで消化されやすくなりますが、粗粒が存在すると小腸に入るデンプンの量が増え、エネルギー効率が上がる可能性があります。^[21]

家畜は、作物生産と統合されているか統合されていないかにかかわらず、草地での放牧によって飼育される。畜舎や肥育場で生産される家畜は土地を持たず、生産性を向上させるために、通常、獣医薬、成長ホルモン、飼料添加物、または栄養補助食品を含む加工飼料を与えられている。同様に、家畜は穀物を主飼料として、または飼料ベースの飼料の補助として消費する。飼料用に穀物を加工する目的は、消化しやすい穀物を得てデンプンの利用可能性を最大化し、エネルギー供給を増やすことである。^[22]

Hutjens (1999) は、牛に挽いたトウモロコシを与えた場合、乳の生産性が著しく向上したと報告した。ある研究では、さまざまなトウモロコシの粒子サイズと分布の消化率を比較し、80%の消化率を得るには、粒子サイズを0.5 mmにする必要があると結論付けた（16時間培養の場合）。^[23]

メリーランド大学と米国農務省の研究チームは、異なる収穫と異なる加工法で作られたトウモロコシを食べた乳牛の発育、ルーメンでの発酵、デンプン消化部位を研究し、水分の多いトウモロコシは乾燥トウモロコシに比べて消化、代謝、熱エネルギーが高いという結論を出しました。粉砕によりDMIが増加し、牛乳、タンパク質、乳糖、無脂肪固形物の収量が増加しました。

飼料の種類にもよりますが、製造工程は通常、粉砕工程から始まります。図1は、一般的な飼料製造工程のワークフローを示しています。選択された原材料を粉砕することで、動物が最適かつ容易に受け入れることができる粒子サイズが作られます。配合に応じて、飼料には炭水化物、タンパク質、ビタミン、ミネラル、添加物など、最大10種類の成分が含まれます。飼料は、特定の組成を比例的に均質化することでペレット化できます。ペレット化はさまざまな方法で行われますが、最も一般的な方法は押し出しです。配合と飼料製造機は、飼料製造の全プロセスを通じて、高品質の飼料を確保するために非常に重要です。^[24]

トウモロコシ、ソルガム、小麦、大麦は、家畜、家禽、豚、魚産業の飼料の製造に最も多く使用される穀物です。ローラーミルとハンマーミルは、穀物をより小さな粒子サイズに粉砕するために一般的に使用される2種類の加工装置です。^{[25] [26]}

穀物を機械的に製粉するには、圧縮、せん断、破砕、切断、摩擦、衝突などのさまざまな力が加わります。粉砕した穀物の粒度は、動物飼料の生産において非常に重要です。粒子が小さいほど、粒子の数と単位体積あたりの表面積が増え、消化酵素へのアクセスが向上します。その他の利点としては、取り扱いが容易になり、材料を混ぜやすくなることが挙げられます。^[25]平均粒子径は、mm またはミクロン (μm) で表される幾何平均径 (GMD) として示され、変動の範囲は幾何標準偏差 (GSD) で表され、GSD が大きいほど均一性が低いことを表します。^[27]

ルーカス（2004）によると、GMDとGSDは、粒度分布が対数データとして表され、対数正規分布している場合、粒度分布の正確な記述子です。研究では、同じミルで同様の条件下で異なる穀物を粉砕すると、異なる粒子サイズの製品が生成されることが示されています。穀物サンプルの硬度は、粉砕後に得られる微粒子の割合に関連しており、硬度の低い穀物からは微粒子の割合が高くなります。^{[28] [29]}

Rose et al. (2001) は、硬い胚乳は不規則な形の大きな粒子を生成し、柔らかい胚乳は小さな粒子を生成すると論じた。粒子サイズと消費エネルギーの相関関係は正ではないが、非常に細かい粒子サイズを得るにはより高いエネルギーが必要となり、生産速度が低下する。さらに、穀物を非常に細かく粉砕しても、ペレット化の効率やペレット化中に消費される電力には影響がない。Amerah et al. (2007) は、ペレット化飼料よりもマッシュ飼料の方が穀物粒子サイズが非常に重要であることを示唆するより多くのデータが利用可能であることを論じた。^{[30] [31]}

• 加工動物飼料
• 
  馬用のペレット飼料
• 
  牛用ペレット飼料の製造
• 
  ウサギ用ペレット飼料の製造
• 
  魚用ペレット飼料の製造
• 
  馬用のペレット飼料の製造
• 
  馬用の別のペレット飼料
• 
  カメ用のペレット飼料の製造
• 
  羊と山羊用のペレット飼料の製造
• 
  亜麻植物から作られた製造された（油抽出後に圧縮された）ペレット飼料
• 
  動物飼料用の種子と製造ペレットの混合物
• 
  米ぬかペレット

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