The objective of this study was to evaluate the effect of soluble carbohydrates (glucose, cellobiose), pH (6.0, 6.5, 7.0), and rumen microbial growth factors (VFA, vitamins) on biohydrogenation of linoleic acid (LA) by mixed rumen fungi. Addition of glucose or cellobiose to culture media slowed the rate of biohydrogenation; only 35-40% of LA was converted to conjugated linoleic acid (CLA) or vaccenic acid (VA) within 24 h of incubation, whereas in the control treatment, 100% of LA was converted within 24 h. Addition of VFA or vitamins did not affect biohydrogenation activity or CLA production. Culturing rumen fungi at pH 6.0 slowed biohydrogenation compared with pH 6.5 or 7.0. CLA production was reduced by pH 6.0 compared with control (pH 6.5), but was higher with pH 7.0. Biohydrogenation of LA to VA was complete within 72 h at pH 6.0, 24 h at pH 6.5, and 48 h at pH 7.0. It is concluded that optimum conditions for biohydrogenation of LA and for CLA production by rumen fungi were provided without addition of soluble carbohydrates, VFA or vitamins to the culture medium; optimum pH was 6.5 for biohydrogenation and 7.0 for CLA production.
홀스타인 건유우의 반추위에서 분리한 혼합 곰팡이에 첨가한 linoleic acid가 biohydrogenation 과정 중 생산되는 지방산의 농도와 종류를 측정하고, 최종 산물로 생산되는 지방산이 trans-11 vaccenic acid인지 stearic acid인지 조사하기 위하여 본 연구를 수행하였으며 결과는 다음과 같다. 반추위 혼합 박테리아 배양구에 linoleic acid 용액을 첨가한 결과, 배양 90분 이내에 100%의 linoleic acid가 stearic acid로 biohydrogenation되었다. 반면에 linoleic acid 용액을 반추위 혼합 곰팡이에 첨가한 결과 24시간 이내에 모든linoleic acid는 conjugated linoleic acid (cis-9, trans-11)와 trans-11 vaccenic acid로 biohydrogenation되었다. Linoleic acid가 함유된 혼합곰팡이 처리구는 배양시간이 증가할수록 stearic acid의 농도도 소량 증가하는 경향을 보였다. 또한 linoleic acid가 함유되지 않은 혼합곰팡이 대조구에서도 배양시간이 증가할수록 stearic acid 농도가 처리구와 비슷하게 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 혼합 박테리아의 linoleic acid 첨가구에서는 배양시간이 증가할수록 stearic acid의 농도가 급격하게 증가하는 것을 조사되어 반추위 혼합곰팡이의 stearic acid생산은 linoleic acid의 biohydrogenation과 무관하게 생산되는 것으로 조사되었다. 따라서 반추위 혼합 곰팡이에 의한 linoleic acid biohydrogenation의 최종 산물은 trans-11 vaccenic acid로 판단되며, 혼합 박테리아는 stearic acid로 나타났다.
An experiment was conducted to examine the effects of Cordyceps militaris mycelia on microbial populations and fibrolytic enzyme activities in vitro. C. militaris mycelia was added to buffered rumen fluid with final concentrations of 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 and 0.30 g/L and incubation times were for 3, 6, 9, 12, 24, 36, 48 and 72 h. At all incubation times, the supplementation of C. militaris mycelia linearly increased the number of total viable and celluloytic bacteria; maximum responses were seen with 0.25 g/L supplementation of C. militaris mycelia. The addition of C. militaris mycelia above the level of 0.20 g/L significantly (p<0.01) increased the number of total and cellulolytic bacteria compared with the control. On the other hand, the response of fungal counts to the supplementation of C. militaris mycelia showed a linear decrease; the lowest response was seen with 0.30 g/L supplementation of C. militaris mycelia. It would seem that C. militaris mycelia possess a strong negative effect on rumen fungi since the lowest level of C. militaris mycelia supplementation markedly decreased fungal counts. Carboxylmethyl cellulase activities were linearly increased by the addition of C. militaris mycelia except at 3 and 9 h incubation times. At all incubation times, the supplementation of C. militaris mycelia linearly increased the activities of xylanase and avicelase. In conclusion, the supplementation of C. militaris mycelia to the culture of mixed rumen microorganisms showed a positive effect on cellulolytic bacteria and cellulolytic enzyme activities but a negative effect on fungi.
Fermented total mixed ration (TMR) is a novel feed for ruminants in South Korea. The purpose of this study was to evaluate the effects of lactic acid bacteria (LAB) on the quality of TMR and in vitro ruminal fermentation. Strains of three LAB spp. (Lactobacillus plantarum, L. brevis, L. mucosae) were used in fermentation of TMR. Inoculations with the three LAB spp. lowered pH and increased concentrations of lactic acid, acetic acid, and total organic acid compared to non-LAB inoculated control (only addition of an equivalent amount of water) (p<0.05). Bacterial composition indicated that aerobic bacteria and LAB were higher. However, E. coli were lower in the fermented TMR than those in the control treatment (p<0.05). Among the treatments, L. brevis treatment had the highest concentration of total organic acid without fungus detection. Gas production, pH, and ammonia-nitrogen during ruminal in vitro incubation did not differ throughout incubation. However, ruminal total VFA concentration was higher (p<0.05) in the LAB spp. treatments than the control treatment at 48 hours. Overall, the use of L. brevis as an inoculant for fermentation of high moisture. TMR could inhibit fungi growth and promote lactic fermentation, and enhance digestion in the rumen.
본 연구는 국내의 재래 반추동물인 재래산양과 한우의 장내에 서식하며 강력한 섬유소를 분해하는 혐기 곰팡이를 탐색하고 분리하여 섬유소 분해 특성을 구명하고자 실시되었다. 산양의 반추위로부터 16종과 한우의 십이지장 소화물로부터 5종의 혐기 곰팡이를 분리하여 총 21종의 혐기성 곰팡이가 분리되었다. 섬유소 분해효소의 활력을 측정하여 그 중 섬유소 분해력이 높은 4종의 곰팡이에 대하여 광학현미경에 의한 형태학적 관찰을 기초로 동정 작업을 수행하였다. NLRI-M003은 monocentric 성장형태, 구형의 포자낭, filamentous rhizoid 및 유주자의 flagella가 다수인 Neocallimastix sp., NLRI-M014는 monocentric 성장형태, 방추형의 포자낭, filamentous rhizoid 및 유주자의 flagella가 단수인 Piromyces sp.로, NLRI-T004는 monocentric 성장형태, 난형의 포자낭, filamentous rhizoid 및 유주자의 fagella 수가 다수인 Neocallimastix sp.로 각각 확인되었다. NLRI-M001은 Orpinomyces sp. 와 유사한 것으로 추측되나 지금까지 밝혀진 곰팡이 이외에 다른 밝혀지지 않은 곰팡이가 존재할 가능성이 있을 것으로 평가되어 더욱 더 세부적인 조사가 필요하다고 사료되었다. 혐기 곰팡이의 섬유소 분해 특성을 조사하기 위해 산양의 반추위로부터 분리된 NLRI-M003 혐기 곰팡이 배양액을 2% 첨가하여 혼합 반추위 미생물의 in vitro 건물 분해율을 볏짚과 filter paper를 기질로 하여 조사하였다. 모든 처리구에서 혐기 곰팡이 배양액을 첨가한 첨가구가 무첨가구에 비하여 볏짚의 경우 약 4%이상(p〈0.05) 그리고 filtre paper를 기질로 사용시 11% 이상(p〈0.001)의 분해율이 증가하였다. 또한 CMCase와 xylanase 효소의 활력도 첨가구에서 증가하였으며 특히 반추위 곰팡이는 강력한 xylanase 효소활력이 높음을 보여주었다.
Peptides are formed in the rumen as the result of microbial proteinase activity. The predominant type of activity is cysteine ptoteinase, but others, such as serine proteinases, are also present. Many species of protozoa, bacteria and fungi are involved in ptoteolysis; large animal-to-animal variability is found when proteinase activities in different animals are compared. The peptides formed from proteolysis are broken down to amino acids by peptidases. Different peptides are broken down at different rates, depending on their chemical composition and particularly their N-terminal structure. Indeed, chemical addition to the N-terminus of small peptides, such as by acetylation, causes the peptides to become stable to breakdown by the rumen microbial population; the microorganisms do not appear to adapt to hydrolyse acetylated peptides even after several weeks exposure to dietary acetylated peptides, and the amino acids present in acetylated peptides are absorbed from the small intestine. The amino acids present in some acetylated peptides remain available in nutritional trials with rats, but the nutritive value of the whole amino acid mixture is decreased by acetylation. The genus Prevotella is responsible for most of the catabolic peptidase activity in the rumen, via its dipeptidyl peptidase activities, which release dipeptides rather than free amino acids from the N-terminus of oligopeptides. Studies with dipeptidyl peptidase mutants of Prevotella suggest that it may be possible to slow the rate of peptide hydrolysis by the mixed rumen microbial population by inhibiting dipeptidyl peptidase activity of Prevotella or the rate of peptide uptake by this genus. Peptides and amino acids also stimulate the growth of rumen microorganisms, and are necessary for optimal growth rates of many species growing on tapidly fermented substrates; in rich medium, most bacteria use pre-formed amino acids for more than 90% of their amino acid requirements. Cellulolytic species are exceptional in this respect, but they still incorporate about half of their cell N from pre-formed amino acids in rich medium. However, the extent to which bacteria use ammonia vs. peptides and amino acids for protein synthesis also depends on the concentrations of each, such that preformed amino acids and peptides are probably used to a much lesser extent in vivo than many in vitro experiments might suggest.
Yoo, Daekyum;Hamid, Muhammad Mahboob Ali;Kim, Hanbeen;Moon, Joonbeom;Song, Jaeyong;Lee, Seyoung;Seo, Jakyeom
Journal of Animal Science and Technology
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제62권5호
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pp.638-647
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2020
This study determined the substitution effects of rice for corn as the main grain source in a total mixed ration (TMR). In vitro rumen fermentation characteristics and microbes were assessed using two experimental diets. Diets included 33% dry matter (DM) of either corn (Corn TMR) or rice grains (Rice TMR). In a 48-h in vitro incubation, DM digestibility (IVDMD), neutral detergent fiber degradability (IVNDFD), crude protein digestibility (IVCPD), volatile fatty acids (VFAs), pH and ammonia nitrogen (NH3-N) were estimated. Gas production has been calculated at 3, 6, 12, 24 and 48 h. Our results indicate that the gas production, VFAs, IVDMD, and IVNDFD of Rice TMR were higher than those of Corn TMR (p < 0.05). Ruminal pH and total fungi were significantly higher in Corn TMR (p < 0.05) than in Rice TMR; however, NH3-N and IVCPD were not affected by treatment type. In conclusion, substituting rice for corn at 33% DM in TMR appears to have no negative effects on in vitro rumen fermentation characteristics. Therefore, rice grains are an appropriate alternative energy source in early fattening stage diets of beef cattle.
This study evaluated the effect of Candida norvegensis (C. norvegensis) viable yeast culture on in vitro ruminal fermentation of oat straw. Ruminal fluid was mixed with buffer solution (1:2) and anaerobically incubated with or without yeast at $39^{\circ}C$ for 0, 4, 8, 16, and 24 h. A fully randomized design was used. There was a decrease in lactic acid (quadratic, p = 0.01), pH, (quadratic, p = 0.02), and yeasts counts (linear, p<0.01) across fermentation times. However, in vitro dry matter disappearance (IVDMD) and ammonia-N increased across fermentation times (quadratic; p<0.01 and p<0.02, respectively). Addition of yeast cells caused a decrease in pH values compared over all fermentation times (p<0.01), and lactic acid decreased at 12 h (p = 0.05). Meanwhile, yeast counts increased (p = 0.01) at 12 h. C. norvegensis increased ammonia-N at 4, 8, 12, and 24 h (p<0.01), and IVDMD of oat straw increased at 8, 12, and 24 h (p<0.01) of fermentation. Yeast cells increased acetate (p<0.01), propionate (p<0.03), and butyrate (p<0.03) at 8 h, while valeriate and isovaleriate increased at 8, 12, and 24 h (p<0.01). The yeast did not affect cellulolytic bacteria (p = 0.05), but cellulolytic fungi increased at 4 and 8 h (p<0.01), whereas production of methane decreased (p<0.01) at 8 h. It is concluded that addition of C. norvegensis to in vitro oat straw fermentation increased ruminal fermentation parameters as well as microbial growth with reduction of methane production. Additionally, yeast inoculum also improved IVDMD.
This study was conducted to investigate the effects of Momordica charantia saponin (MCS) on ruminal fermentation of maize stover and abundance of selected microbial populations in vitro. Five levels of MCS supplements (0, 0.01, 0.06, 0.30, 0.60 mg/mL) were tested. The pH, $NH_3-N$, and volatile fatty acid were measured at 6, 24, 48 h of in vitro mixed incubation fluids, whilst the selected microbial populations were determined at 6 and 24 h. The high dose of MCS increased the initial fractional rate of degradation at t-value = 0 ($FRD_0$) and the fractional rate of gas production (k), but decreased the theoretical maximum of gas production ($V_F$) and the half-life ($t_{0.5}$) compared with the control. The $NH_3-N$ concentration reached the lowest concentration with 0.01 mg MCS/mL at 6 h. The MSC inclusion increased (p<0.001) the molar proportion of butyrate, isovalerate at 24 h and 48 h, and the molar proportion of acetate at 24 h, but then decreased (p<0.05) them at 48 h. The molar proportion of valerate was increased (p<0.05) at 24 h. The acetate to propionate ratio (A/P; linear, p<0.01) was increased at 24 h, but reached the least value at the level of 0.30 mg/mL MCS. The MCS inclusion decreased (p<0.05) the molar proportion of propionate at 24 h and then increased it at 48 h. The concentration of total volatile fatty acid was decreased (p<0.001) at 24 h, but reached the greatest concentration at the level of 0.01 mg/mL and the least concentration at the level of 0.60 mg/mL. The relative abundance of Ruminococcus albus was increased at 6 h and 24 h, and the relative abundance of Fibrobacter succinogenes was the lowest (p<0.05) at 0.60 mg/mL at 6 h and 24 h. The relative abundance of Butyrivibrio fibrisolvens and fungus reached the greatest value (p<0.05) at low doses of MCS inclusion and the least value (p<0.05) at 0.60 mg/mL at 24 h. The present results demonstrates that a high level of MCS quickly inhibits in vitro fermentation of maize stover, while MCS at low doses has the ability to modulate the ruminal fermentation pattern by regulating the number of functional rumen microbes including cellulolytic bacteria and fungi populations, and may have potential as a feed additive applied in the diets of ruminants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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