Influences of plant phenolic acids and their possible metabolites(non-phenolic aromatic acids involved) in the rumen on the cellulolytic activity of mixed rumen populations were examined by a simple in vitro culture technique. Initial concentrations of aromatic acids were 1, 5, 10 and 20 mM/l. All the tested aromatic acids reduced microbial cellulose digestion especially at the higher initial concentration. P-Coumaric acid, ferulic acid and cinnamic acid, those having unhydrogenated propenoic side chain were more inhibitory than were 3-phenylpropinic acid and phloretic acid, those having hydrogenated propanoic side chain. Lag-time for cellulose digestion was prolonged by former three acids by 16 h. Apparent reduction in p-coumaric acid concentration was observed at 24 h when cellulose digestion began. Volatile fatty acid productions from cellulose fermentation were shifted by former three aromatic acids to produce more acetate and less propionate. This suggests that the selection of celluloytic organisms was induced by these aromatic acids.
Microbial digestion of feed in the rumen involves a sequential attack culminating in the formation of fermentation products and microbial cells that can be utilized by the host animal. Most feeds are protected by a cuticular layer which is in effect a microbial barrier that must be penetrated or circumvented for digestion to proceed. Microorganisms gain access to digestible inner plant tissues through damage to the cuticle, or via natural cell openings (e.g., stomata) and commence digestion from within the feed particles. Primary colonizing bacteria adhere to specific substrates, divide to form sister cells and the resultant microcolonies release soluble substrates which attract additional microorganisms to the digestion site. These newly attracted microorganisms associate with primary colonizers to form complex multi-species consortia. Within the consortia, microorganisms combine their metabolic activities to produce the diversity of enzymes required to digest complex substrates (e.g., cellulose, starch, protein) which comprise plant tissues. Feed characteristics that inhibit the microbial processes of penetration, colonization and consortia formation can have a profound effect on the rate and extent of feed digestion in the rumen. Strategies such as feed processing or plant breeding which are aimed at manipulating feed digestion must be based on an understanding of these basic microbial processes and their concerted roles in feed digestion in the rumen.
This study was attempted to enhance taste and quality value of cooked rice by adding fat, vinegar, cellulose in cooking water. Cooked rice with five different levels of material in cooking water (100% water A: 10% vinegar B: 10% fat C: 10% fat and 10% vinegar D: 10% fat, 10% vinegar and 10% celloulose) was tested for rheology, fine structural changes, sensory evaluation, in vitro digestion. 1) Cooked rice by adding 10% fat rate was higher than A, B, D, E samples for softness, Jelly and increased in vitro digestion. 2) sensory evaluation conducted by tweenty university students a panelists showed that B, D sample were low value in flavour, texture and taste, but higher than A sample for softness, Jelly and in Vitro digestion. 3) E sample (l0% fat, 10%s vinegar, 10% cellulose) was more significant for taste, texture, and digestion than A sample. From these results, it was concluded that rice cooked with 10% of fat in cooking water was quite acceptable, in terms of practical food value consisting of palatability rheology and digestibility.
The effects of grass lipids and long chain fatty acids (LCFA; palmitic, stearic and oleic acids), at low concentrations (0.001~0.02%), on the growth and enzyme activity of two strains of anaerobic fungi, monocentric strain Piromyces rhizinflata B157 and polycentric strain Orpinomyces joyonii SG4, were investigated. The addition of grass lipids to the medium significantly (p<0.05) decreased filter paper (FP) cellulose digestion, cellulase activity and fungal growth compared to control treatment. However, LCFA did not have any significant inhibitory effects on fungal growth and enzyme activity, which, however, were significantly (p<0.05) stimulated by the addition of oleic acid as have been observed in rumen bacteria and protozoa. This is the first report to our knowledge on the effects of LCFA on the rumen anaerobic fungi. Continued work is needed to identify the mode of action of LCFA in different fungal strains and to verify whether these microorganisms have ability to hydrogenate unsaturated fatty acids to saturated fatty acids.
The surfactant Tween 80 was evaluated for its ability to influence cumulative gas production, cellulose digestion, and enzyme activities by mixed ruminal microorganisms grown on barley grain or Orchardgrass hay. The addition of Tween 80 at a level of 0.10% significantly (p<0.05) decreased the cumulative gas production rate from both barley grain or Orchardgrass hay substrates. However, 0.05% Tween 80 did not affect gas production rates compared to the control treatment. The addition of 0.05% Tween 80 to cultures growing on barley grain resulted in a significant increase in cellulase (90.01%), xylanase (90.73%) and amylase (487.25%) activities after 30 h incubation. Cultures utilizing Orchardgrass hay had a significant increase in cellulase (124.43%), xylanase (108.86%) and amylase (271.22%) activities after 72 h incubation. These increases in activities were also observed with cultures supplemented with 0.10% Tween 80 throughout all the incubation times tested. These results indicated that the addition of 0.05% Tween 80 could greatly stimulate the release of some of key enzymes without decreasing cell growth rate in contrast to trends reported with aerobic microorganism. Our data indicates potential uses of the surfactant Tween 80 as a feed additive for ruminant animals.
Anaerobic digestion (AD) has been widely used to valorize food waste (FW) because of its ability to convert organic carbon into $CH_4$ and $CO_2$. Korean FW has a high content of fruits and vegetables, and efficient hydrolysis of less biodegradable fibers is critical for its complete stabilization by AD. This study examined the digestates from different anaerobic digesters, namely Rs, Rr, and Rm, as the inocula for the AD of vegetable waste (VW) and cellulose (CL): Rs inoculated with anaerobic sludge from an AD plant, Rr inoculated with rumen fluid, and Rm inoculated with anaerobic sludge and augmented with rumen fluid. A total of six conditions ($3\;inocula{\times}2\;substrates$) were tested in serial subcultures. Biogas yield was higher in the runs inoculated with Rm than in the other runs for both VW (up to 1.10 L/g VS added) and CL (up to 1.05 L/g VS added), and so was biogas production rate. The inocula had different microbial community structures, and both substrate type and inoculum source had a significant effect on the formation and development of microbial community structures in the subcultures. The overall results suggest that the bioaugmentation with rumen microbial consortium has good potential to enhance the anaerobic biodegradability of VW, and thereby can help more efficiently digest high fiber-content Korean FW.
This study was performed to examine the availability of anaerobic digestion of the remainders caused by bacterial cellulose production process using food wastes. They maybe to be considered as others second pollution sources. Thus, this study was targeted to minimize content of organic material and to obtain more energy in those remnants using two-phase UASB reactor. The working volume of first hydrolysis fermentor was 35 L (total 55 L) and the second methane fermentor was 40 L (total 50 L). The organic loading rate of hydrolysis fermentor was 3 g-VS/L${\cdot}$day and 25,000 ppm of $COD_{cr}$ for methane fermentor. The hydraulic retention time was 18 days for hydrolysis reactor and 33 days for methane reactor. The hydrolysis reactor and methane reactor were performed at 35, 40$^{\circ}C$ respectively. For the efficient stable performance, the composition of organic wastes at each stage was as follow; Food waste with bacterial culture remnants (1 : 1), bacterial cellulose remnants, bacterial cellulose culture remnants with food wastes saccharified solids (1 : 1). When the anaerobic digestion was performed stably at each stage, the COD removal efficiency was 88, 90, 91 % respectively. At this time, methane production rate was 0.26, 0.34, $0.32m^3\;CH_4/kg-COD_{remove}$. As well as the values of anaerobic digestion at third stage were more higher than values of anaerobic digestion using food wastes. It is clearly to say that the food wastes zero-emission system constructed in our lab is more efficient way to treat and reclaim food wastes.
Su, Yanjing;Zhao, Guoqi;Wei, Zhenwu;Yan, Changjie;Liu, Sujiao
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.25
no.6
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pp.800-805
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2012
Rice straw is an important roughage resource for ruminants in many rice-producing countries. In this study, a rice brittle mutant (BM, mutation in OsCesA4, encoding cellulose synthase) and its wild type (WT) were employed to investigate the effects of a cellulose synthase gene mutation on rice straw morphological fractions, chemical composition, stem histological structure and in situ digestibility. The morphological fractions investigation showed that BM had a higher leaf sheath proportion (43.70% vs 38.21%, p<0.01) and a lower leaf blade proportion (25.21% vs 32.14%, p<0.01) than WT. Chemical composition analysis showed that BM rice straw was significantly (p<0.01) higher in CP (crude protein), hemicellulose and acid insoluble ash (AIA) contents, but lower in dry matter (DM), acid detergent fiber (ADFom) and cellulose contents when compared to WT. No significant difference (p>0.05) was detected in neutral detergent fiber (NDFom) and ADL contents for both strains. Histological structure observation indicated that BM stems had fewer sclerenchyma cells and a thinner sclerenchyma cell wall than WT. The results of in situ digestion showed that BM had higher DM, NDFom, cellulose and hemicellulose disappearance at 24 or 48 h of incubation (p<0.05). The effective digestibility of BM rice straw DM and NDFom was greater than that of WT (31.4% vs 26.7% for DM, 29.1% vs 24.3% for NDFom, p<0.05), but the rate of digestion of the slowly digested fraction of BM rice straw DM and NDF was decreased. These results indicated that the mutation in the cellulose synthase gene could improve the nutritive value of rice straw for ruminants.
Ha, J.K.;Lee, S.S.;Gao, Z.;Kim, C.-H.;Kim, S.W.;Ko, Jong Y.;Cheng, K.-J.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.14
no.7
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pp.941-946
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2001
The effects of various concentrations of saturated fatty acids (SFA; caprylic, capric and stearic acids) on the growth of the anaerobic fungus, Neocallimastix frontalis C5-1 isolated from the rumen of a Korean native goat were investigated. At higher concentrations of fatty acids (0.1%, w/v), the addition of SFA strongly decreased filter paper (FP) cellulose digestion and polysaccharide-degrading enzyme activity. The sensitivity of the rumen anaerobic fungus to the added fatty acids increased in the following order: caprylic ($C_{8:0}$)>capric($C_{10:0}$)>stearic($C_{18:0}$) acid, although stearic acid had no significant (p<0.05) inhibitory effects at any of the concentrations tested. However, the addition of SFA at lower concentrations (0.01 and 0.001% levels), did not inhibit FP cellulose degradation and enzyme activity. Furthermore, although these parameters were slightly stimulated by the addition of SFA, they were not statistically different from control values. This is the first report examining the effects of fatty acids on anaerobic gut fungi. We found that the lower levels of fatty acids used in this experiment were able to stimulate the growth and specific enzyme activities of rumen anaerobic fungi, whereas the higher levels of fatty acids were inhibitory with respect to fungal cellulolysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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