Document Type : Review Article
Authors
Aquaculture Research Devision, Persian Gulf and Oman Sea Ecological Research Institute, Iranian Fisheries Science Research Institute (IFSRI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Bandar Abbas, Iran
Abstract
Heavy metals enter aquatic organisms through direct uptake and contaminated feed, persist via bioaccumulation, and transfer along food chains, posing ecological and human health risks. Metabolically active tissues (liver, kidney, gills, muscle) preferentially accumulate metals, with toxicity influenced by exposure route, dose, and species sensitivity. Field evidence, including studies from Iranian coastal systems, shows that metals such as mercury and nickel may present significant carcinogenic risks even when conventional risk indices are low. Feed safety is therefore a cornerstone of biosecurity and sustainable aquaculture. Industrial aquafeeds serve both as essential nutritional inputs and potential contamination hotspots, as heavy metals may be introduced during raw material sourcing, processing, and handling. Dry aquafeeds are particularly vulnerable due to multi-stage processing, extensive metal–equipment contact, and mechanical and thermal stresses. This study applied a systematic, process-oriented framework to identify heavy metal contamination pathways throughout dry aquafeed production. Scientific literature and regulatory standards were integrated with on-site observations. Production stages were evaluated under Good Manufacturing Practice (GMP) using Hazard Analysis and Critical Control Point (HACCP) principles. Contamination was cumulative, arising from intrinsic raw material properties and secondary processing inputs. Raw material reception—especially mineral premixes, fish oil, rice bran, and process water—was the dominant primary risk source. Mechanical operations were the most critical secondary pathway due to equipment wear. Key CCPs included ingredient acceptance, utility quality, equipment management, and final product verification. Overall, heavy metal contamination is process-driven, supporting preventive HACCP-based control over end-product testing.
Highlights
Due to the multi-stage nature of the production process, involving contact with metallic equipment as well as thermal and mechanical processing, dry aquafeed is recognized as a ‘potential contamination hotspot.’ This analytical study identifies and evaluates the potential pathways of heavy metal contamination throughout the dry feed manufacturing process. By synthesizing scientific evidence, standards, and field observations, the study proposes a framework based on industrial engineering principles, Hazard Analysis and Critical Control Points (HACCP), and Good Manufacturing Practices (GMP). Within this framework, Critical Control Points (CCPs), intrinsic and process-related risk sources, and control strategies are identified across stages including raw material intake, grinding, mixing, forming (extrusion/pelleting), drying, coating, packaging, and storage.”
Keywords
۱. بیان مسئله
ایمنی خوراک دام، طیور و آبزیان یکی از ارکان سلامت زیستی، امنیت غذایی و پایداری تولیدات پروتئینی است و آلودگی آن می‌تواند به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم وارد زنجیره غذایی انسان شود. سازمان جهانی بهداشت، فلزات سنگین را آلاینده‌هایی پایدار و تجمع‌پذیر می‌داند که حتی در غلظت‌های پایین و مصرف مزمن، پیامدهای بهداشتی قابل‌توجهی ایجاد می‌کنند (WHO, 1989). از این رو، خوراک صنعتی علاوه بر نقش تغذیه‌ای، یک کانون بالقوه آلودگی محسوب میشود. فرایند تولید خوراک شامل مراحل متعددی از تأمین مواد اولیه تا فرآوری، کنترل کیفیت و توزیع است که هر یک می‌تواند منبع ورود فلزات سنگینی مانند آرسنیک، کادمیوم، سرب و جیوه باشد (European Commission, 2015; AAFCO, 2024). مقررات ملی دامپزشکی ایران نیز بر پایش شیمیایی خوراک با تمرکز بر این فلزات تأکید دارند (سازمان دامپزشکی کشور، 1398).
در میان انواع خوراک، خوراک خشک به‌دلیل فرآیندهای چندمرحله‌ای، تماس گسترده با تجهیزات فلزی و اعمال تنش‌های مکانیکی و حرارتی، مستعد انباشت فلزات سنگین است (Hasting & Higgs, 1980). شواهد نشان می‌دهد که حتی با مواد اولیه منطبق با حدود مجاز، فرایند تولید می‌تواند موجب افزایش غلظت فلزات در محصول نهایی شود (Du et al., 2024). با توجه به ماهیت چندمرحله‌ای تولید خوراک خشک و نقش بالقوه هر مرحله در ورود یا تشدید آلودگی‌های شیمیایی، به‌ویژه فلزات سنگین، هدف این مطالعه ارائه یک تحلیل جامع و نظام‌مند از مسیرهای بالقوه آلودگی خوراک آبزیان در طول فرایند تولید است. بدین منظور، این مطالعه تحلیلی مبتنی بر بررسی اسناد، استانداردها، دستورالعمل‌های ملی و بین‌المللی، و شواهد منتشرشده علمی انجام شده و هم‌زمان با مشاهدات پایشی از خطوط واقعی تولید خوراک آبزیان تلفیق گردیده است. هدف از به‌کارگیری این روششناسی، ایجاد یک پیوند نظام‌مند میان عملکرد واقعی خطوط تولید و اسلوبهای فرایندی رایج در مهندسی صنایع، به‌ویژه الزامات شرایط خوب تولید۱(GMP) و مقررات بهداشتی، بوده است. در این چارچوب، تلاش شده است تا با تطبیق جریان عملی تولید با الزامات تجزیه و تحلیل خطر و نقاط کنترل بحرانی ۲(HACCP) و مقررات بهداشتی، نقاط کنترل بحرانی ۳(CCP)، منابع اصلی ریسک آلودگی فلزات سنگین، و راهکارهای کنترلی مؤثر در هر مرحله شناسایی و دسته‌بندی شوند. هدف نهایی، فراهم‌سازی یک
فلزات سنگین، و راهکارهای کنترلی مؤثر در هر مرحله شناسایی و دسته‌بندی شوند. هدف نهایی، فراهم‌سازی یک
رویکرد کاربردی برای بهبود ایمنی زیستی خوراک آبزیان، کاهش ریسک انتقال آلاینده‌ها به زنجیره غذایی و پشتیبانی از تصمیم‌گیری‌های فنی و نظارتی در صنایع خوراک آبزیان است.
- معرفی راهکار
۱.2. فرایند تولید خوراک آبزیان
روند کلی تولید خوراک آبزیان به شرح ذیل است:
الف) تهیه و بررسی مواد اولیه: تأمین از منابع معتبر، آزمایش کیفیت و صدور گواهی، تجزیه شیمیایی برای بررسی ناخالصی‌ها و ترکیب.
ب) تهیه فرمول غذایی: همکاری متخصصان تغذیه و جیرهنویسی برای ایجاد ترکیب متناسب با گونه، مرحله رشد و نژاد.
ج) فرآوری:
- برای خوراک خشک: آسیاب، مخلوط کردن و اکسترود کردن.
- برای خوراک مرطوب: بسته‌بندی در ظروف دربسته و استریلیزاسیون.
- برای خوراک خام: فرایندهای انجماد یا خشک کردن همراه با نظارت بهداشتی.
د) کنترل کیفیت شامل آزمون‌های میکروبی، غربالگری فلزات سنگین یا سایر آلاینده‌ها.
ه) بسته‌بندی و برچسب‌گذاری: با درج ترکیبات، تاریخ انقضا، دستور مصرف و اطلاعات تغذیه‌ای طبق قوانین انجمن
نهادهای رسمی کنترل خوراک دام آمریکا ۴ (AAFCO)یا نهادهای ملی دیگر.
و) توزیع و نگهداری: در این مرحله شرایط مناسب دما و رطوبت برای حفظ کیفیت و بهداشت باید مورد توجه قرار گیرد.
با توجه به احتمال انباشت و تغلیظ فلزات سنگین در خوراک خشک، این نوشتار بر فرایند تولید این نوع خوراک باریک شده و این جریان کلی در فلوچارت ذیل (شکل 1) نشان داده شده است.
2.2. نقاط کنترل بحرانی در فرایند تولید خوراک آبزیان
جدول 1 مراحل کلیدی تولید خوراک آبزیان را از دریافت مواد اولیه تا انبارش و توزیع، بر اساس رویکرد نقاط کنترل بحرانی (CCP) سازماندهی می‌کند. با توجه به اینکه آلودگی فلزات سنگین می‌تواند به طور عمده از دو مسیر اصلی یعنی مواد اولیه آلوده (نظیر غلات، روغن ماهی و پری‌میکس‌های معدنی) و سایش/ خوردگی تجهیزات (مانند آسیاب، اکسترودر و خطوط بخار) وارد زنجیره تولید شود، شناسایی سیستماتیک ریسک در هر گام و تعیین کنترل‌های متناسب (از آزمون‌های تأییدی ICP تا نگهداری پیشگیرانه و آشکارسازهای فلزی) ضروری است. در این چارچوب، سه نقطه به عنوان CCP اصلی تعریف شده‌اند: پذیرش مواد اولیه (CCP-1)، اختلاط (CCP-2) و الک نهایی/آشکارساز فلزی (CCP-3). خروجی‌های قابل ثبت هر مرحله، مستندسازی برای ممیزی و بهبود مستمر نظام ایمنی خوراک را فراهم می‌آورد.
2.3. اقدامات مورد نیاز در نقاط کنترل بحرانی جهت کاهش فلزات سنگین
آلودگی فلزات سنگین در خوراک آبزیان نه یک رویداد تصادفی، بلکه برآیندی قابل‌پیش‌بینی از تعامل میان سه عامل است: کیفیت مواد اولیه، طراحی و نگهداشت خط تولید و کارآمدی نظام‌های کنترلی. این آلودگی به دلیل زیست‌تجمعی فلزات در اندام‌های آبزیان و انتقال به زنجیره انسانی، پیامدهای بهداشتی جدی به دنبال دارد.
در پاسخ به این چالش، چارچوب فرایندمحور مبتنی بر اصول HACCP (FDA, 1997) شامل سه سطح اقدام ارائه میشود:
|
۶ |
1.2.3. طراحی خط تولید
نصب مگنت در نقاط حساس پیش از آسیاب، پیش و پس از شکل‌دهی و پیش از بسته‌بندی (شکل 2)، به‌کارگیری آشکارسازهای X-ray برای محصولات صادراتی (شکل 3)، به‌سازی خطوط بخار با استنلس استیل و تصفیه آب بویلر برای تولید بخار خوراکی، و تعبیه خطوط اختصاصی برای فرمول‌های پرریسک.
2.2.3.پایش نقاط کنترل بحرانی در فرآیند تولید
پایش مواد پرریسک (مانند سبوس برنج که حاوی آرسنیک و روغن ماهی و مکمل‌های معدنی که ممکن است حاوی جیوه و سرب باشند)، کیفیت آب و بخار، عملکرد مگنت و آشکارساز فلزی و آزمون محصول نهایی. پایش دوره‌ای شامل سنجش As, Hg, Cd, Pb با روش‌های ICP-MS و ICP-OES (ورودی و فصلی)، پایش Fe و Cu در آب، بخار و کندانس (فصلی)، و آزمون محصول نهایی (ماهانه/فصلی بر اساس ریسک فرمول).
3.2.3. نگهداری پیشگیرانه و بهداشت تجهیزات
ثبت سایش و تعویض به‌موقع قطعات آسیاب، پلت‌میل، اکسترودر و خشک‌کن _ نظیر چکش‌ها، سرندها و مارپیچ‌ها (شکل 4) تا منجر به آزادسازی ریزبراده‌های آهن، کروم و نیکل نشوند؛ استفاده از سطوح استنلس استیل 304/316 ۸ با پرداخت پاسیو و پولیش مناسب؛ اجتناب از رنگ‌های پوشرونده۹ در تماس مستقیم با محصول.
گذار از رویکرد واکنشی (تشخیص آلودگی در محصول نهایی) به رویکرد پیشگیرانه و فرایندمحور (کنترل در مبدأ و طی تولید) پیش‌شرط اساسی برای تضمین سلامت آبزیان
حفاظت از مصرف‌کننده انسانی و پایداری اقتصادی صنعت خوراک آبزیان است. راهنمای امنیت زیستی سازمان دامپزشکی ایران نیز همین محورها را تأیید می‌کند (سازمان دامپزشکی کشور، 1398). اجرای نظام HACCP همراه با پایش مستمر و نگهداشت تجهیزات، مؤثرترین راهکار کاهش ریسک فلزات سنگین در خوراک آبزیان به شمار می‌رود.
- توصیه ترویجی و جمع بندی
۱. بکارگیری مواد اولیه با کیفیت (همراه با آزمون ICP-MS/ICP-OES برای فلزات سنگین در پذیرش)؛
۲. نصب مگنت و آشکارساز فلزی در 4 نقطه: پیش از آسیاب، پیش از میکسر، پس از اکسترودر و پیش از بسته‌بندی؛
۳. نصب آشکارساز X-ray برای محصولات حساس و صادراتی توصیه میشود.
۴. پایش دوره‌ای (فصلی) سنجش فلزات سنگین در آب فرایندی، بخار، کندانس و محصول نهایی و ثبت نتایج در فرمهای مخصوص؛
۵. تعویض به‌موقع قطعات و چکش‌های آسیاب، پلت‌میل، سرندها، مارپیچ‌ها، پره‌های اکسترودر و خشک‌کن (چکش‌ها، سرندها، مارپیچ‌ها)؛
۶.استانداردسازی سطوح تماس الزامی است. در این رابطه توصیه میشود تمام تجهیزات در تماس با خوراک از استنلس استیل 304/316 با پرداخت پاسیو باشند.
۷. استفاده از رنگ‌های معمولی یا پوشرونده ممنوع در سطوحی که در تماس مستقیم با محصول است میبایست پرهیز شود.
- تخلیه‌ی برنامه‌ریزی شده و کنترل‌شده‌ی بخشی از آب درون دیگ بخار به بیرون از سیستم خطوط (بلودان)
- نگهداری محصول در انبار خشک (با رطوبت نسبی زیر ۶۰ درصد) و بدون گردوغبار بر روی پالتهای سالم.
تقدیر و تشکر
با سپاس و قدردانی ویژه از جناب آقای بهنام مرضی، مدیر تولید گروه تولیدی پروتئین‌سازان قومس (سمنان)، و جناب آقای دکتر رضا سلیقه زاده، مسئول فنی بهداشتی کارخانه خوراک آبزیان بارانی شوشتر (خوزستان)، که با همکاری ارزشمند خود و با در اختیار گذاشتن دیدگاه‌های تخصصی و جزئیات فنی فرآیندهای تولید، نقش مؤثری در پیشبرد این فعالیت علمی ایفا نمودند.
)