Objective: The objective of this study was to determine internal structure spectral profile of by-products from coffee processing that were affected by added-microorganism fermentation duration in relation to truly absorbed feed nutrient supply in ruminant system. Methods: The by-products from coffee processing were fermented using commercial fermentation product, consisting of various microorganisms: for 0 (control), 7, 14, 21, and 28 days. In this study, carbohydrate-related spectral profiles of coffee by-products were correlated with their chemical and nutritional properties (chemical composition, total digestible nutrient, bioenergy values, carbohydrate sub-fractions and predicted degradation and digestion parameters as well as milk value of feed). The vibrational spectra of coffee by-products samples after fermentation for 0 (control), 7, 14, 21, and 28 days were determined using a JASCO FT/IR-4200 spectroscopy coupled with accessory of attenuated total reflectance (ATR). The molecular spectral analyses with univariate approach were conducted with the OMNIC 7.3 software. Results: Molecular spectral analysis parameters in fermented and non-fermented by-products from coffee processing included structural carbohydrate, cellulosic compounds, non-structural carbohydrates, lignin compound, CH-bending, structural carbohydrate peak1, structural carbohydrate peak2, structural carbohydrate peak3, hemicellulosic compound, non-structural carbohydrate peak1, non-structural carbohydrate peak2, non-structural carbohydrate peak3. The study results show that added-microorganism fermentation induced chemical and nutritional changes of coffee by-products including carbohydrate chemical composition profiles, bioenergy value, feed milk value, carbohydrate subfractions, estimated degradable and undegradable fractions in the rumen, and intestinal digested nutrient supply in ruminant system. Conclusion: In conclusion, carbohydrate nutrition value changes by added-microorganism fermentation duration were in an agreement with the change of their spectral profile in the coffee by-products. The studies show that the vibrational ATR-FT/IR spectroscopic technique could be applied as a rapid analytical tool to evaluate fermented by-products and connect with truly digestible carbohydrate supply in ruminant system.
Suharti, Sri;Astuti, Dewi Apri;Wina, Elizabeth;Toharmat, Toto
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제24권8호
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pp.1086-1091
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2011
This experiment was designed to investigate the effect of lerak extract on the dynamic of rumen microbes in the in vitro fermentation of diet with different ratios of forage and concentrate. In vitro fermentation was conducted according to the method of Tilley and Terry (1963). The design of experiment was a factorial block design with 2 factors. The first factor was the ratio of forage and concentrate (90:10, 80:20, and 70:30 w/w) and the second factor was the level of lerak extract (0, 0.6, and 0.8 mg/ml). Total volatile fatty acid (VFA) concentration, proportional VFA and NH3 concentration were measured at 4 h incubation. Protozoal numbers in the buffered rumen fluid after 4 and 24 h of incubation were counted under a microscope. Bacterial DNAs of buffered rumen fluid were isolated from incubated samples after 24 h of incubation using a QiaAmp kit. Total bacteria, Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus albus, and Prevotella ruminicola were quantified using real time polymerase chain reaction (PCR). Lerak extract markedly reduced protozoal numbers in buffered rumen fluid of all diets after 24 h of incubation. Total bacteria did not change with lerak extract addition. While no difference in F. succinogenes was found, there was a slight increase in R. albus number and a significant enhancement in P. ruminicola number by increasing the level of lerak extract in all diets. Propionate concentration significantly increased in the presence of lerak extract at level 0.8 mg/ml. It was concluded that the addition of lerak extract could modify rumen fermentation and had positive effects on rumen microbes.
Objective: Ensiling of tannin-rich fruit byproducts (FB) involves quantitative and qualitative changes in the tannins, which would consequently change the rumen fermentation characteristics. This study aimed to evaluate whether ensiled FBs are effective in mitigating methane emission from ruminants by conducting in vitro assessments. Methods: Fruit byproducts (grape pomace, wild grape pomace, and persimmon skin) were collected and subjected to four-week ensiling by Lactobacillus buchneri inoculant. A defined feed component with or without FB samples (both fresh and ensiled material) were subjected to in vitro anaerobic culturing using rumen fluid sampled from beef cattle, and the fermentation parameters and microbial populations were monitored. Results: Reduced methane production and a proportional change in total volatile fatty acids (especially enhanced propionate proportion) was noted in bottles containing the FBs compared with that in the control (without FB). In addition, we found lower gene copy number of archaeal 16S rRNA and considerably higher levels of one of the major fibrolytic bacteria (Fibrobacter succinogenes) in the bottles containing FBs than in the control, particularly, when it was included in a forage-based feed. However, in the following cultivation experiment, we observed that FBs failed to exhibit a significant difference in methane production with or without polyethylene glycol, implying that tannins in the FBs may not be responsible for the mitigation of methane generation. Conclusion: The results of the in vitro cultivation experiments indicated that not only the composition but also ensiling of FBs affected rumen fermentation patterns and the degree of methane generation. This is primarily because of the compositional changes in the fibrous fraction during ensiling as well as the presence of readily fermented substrates, whereas tannins in these FBs seemed to have little effect on the ruminal fermentation kinetics.
Kang, Hamin;Lee, Mingyung;Jeon, Seoyoung;Lee, Sang Moon;Lee, Ju Hwan;Seo, Seongwon
Journal of Animal Science and Technology
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제63권5호
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pp.1018-1033
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2021
In this study, we aimed to assess the effect of flaking on the nutrient digestibility of corn grain in ruminants. In this regard, in vitro rumen fermentation, in situ rumen degradability, and in vivo metabolic experiments were performed. The automated gas production technique was used for the in vitro fermentation experiments. Six types of corn flakes with various degrees of gelatinization (32%, 41%, 48%, 66%, 86%, and 89%) were ground and incubated in rumen fluid to measure rumen fermentation characteristics and digestion rate. The in situ degradability of ground corn, whole corn, and corn flakes with 62% and 66% gelatinization was measured by incubation in the rumen of two cannulated Holstein cows. In vivo metabolic experiments were performed using 12 crossbred goats (29.8 ± 4.37 kg) using a 3 × 3 Latin square design. The dietary treatments consisted of ground corn and flaked corn with 48% or 62% gelatinization. In vitro experiments showed that as the degree of gelatinization increased, the digestion rate increased linearly, while the discrete lag time decreased linearly (p < 0.05). The effective rumen dry matter degradability, determined by in situ fermentation, was 37%p lower in corn flakes than ground corn, assuming a passage rate of 6%/h (p < 0.01), and there was no difference between the two flakes. In the in vivo experiment, there was no difference in dry matter intake, average daily gain, feed efficiency, and nitrogen utilization among the treatment groups (p > 0.05); however, the crude fat digestibility was lower for corn flakes than for ground corn (p < 0.05). To summarize, the rate of fermentation of corn flakes increased as the degree of gelatinization increased. However, non-ground corn flakes had lower rumen digestibility and did not improve in vivo apparent nutrient digestibility, compared with ground corn. In contrast to the assumption that flaked corn provides more energy to ruminant animals than ground corn, we conclude that the digestibility and energy value of corn flakes are lower than those of ground corn if mastication does not sufficiently reduce the particle size of corn flakes.
Objective: The present study was conducted to examine the gas production, fermentation characteristics, nutrient degradation, and methanogenic community composition of a rumen fluid culture with Broussonetia papyrifera (B. papyrifera) subjected to ensiling or steam explosion (SE) pretreatment. Methods: Fresh B. papyrifera was collected and pretreated by ensiling or SE, which was then fermented with ruminal fluids as ensiled B. papyrifera group, steam-exploded B. papyrifera group, and untreated B. papyrifera group. The gas and methane production, fermentation characteristics, nutrient degradation, and methanogenic community were determined during the fermentation. Results: Cumulative methane production was significantly improved with SE pretreatment compared with ensiled or untreated biomass accompanied with more volatile fatty acids production. After 72 h incubation, SE and ensiling pretreatments decreased the acid detergent fiber contents by 39.4% and 22.9%, and neutral detergent fiber contents by 10.6% and 47.2%, respectively. Changes of methanogenic diversity and abundance of methanogenic archaea corresponded to the variations in fermentation pattern and methane production. Conclusion: Compared with ensiling pretreatment, SE can be a promising technique for the efficient utilization of B. papyrifera, which would contribute to sustainable livestock production systems.
Methane emitted from ruminant livestock is regarded as a loss of feed energy and also a contributor to global warming. Methane is synthesized in the rumen as one of the hydrogen sink products that are unavoidable for efficient succession of anaerobic microbial fermentation. Various attempts have been made to reduce methane emission, mainly through rumen microbial manipulation, by the use of agents including chemicals, antibiotics and natural products such as oils, fatty acids and plant extracts. A newer approach is the development of vaccines against methanogenic bacteria. While ionophore antibiotics have been widely used due to their efficacy and affordable prices, the use of alternative natural materials is becoming more attractive due to health concerns regarding antibiotics. An important feature of a natural material that constitutes a possible alternative methane inhibitor is that the material does not reduce feed intake or digestibility but does enhance propionate that is the major hydrogen sink alternative to methane. Some implications of these approaches, as well as an introduction to antibiotic-alternative natural materials and novel approaches, are provided.
In order to increase the nutritional quality of soybean meal (SBM) as an animal feed, Bacillus subtilis TP6, a previously isolated strain from an Indonesian traditional fermented soybean food, Tempeh, was used as a starter organism for solid-state fermentation. In the pre-treated SBM with water content of 60% (v/w), B. subtilis TP6 was grown to a maximum viable cell number of $3.5{\times}10^9CFU/g$. Compared to control, crude protein in Bacillus fermented SBM was increased by 16%, while raffinose, stachyose, and trypsin inhibitors were reduced by 31, 37, and 90%, respectively. The Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis analysis showed that proteins in the fermented SBM were remarkably hydrolyzed into smaller molecular masses, resulting in a decrease in large sized proteins. Our data suggested that B. subtilis fermentation could increase the nutritive value of SBM through reduction of anti-nutritive factors and improvement of protein quality by hydrolysis of soy protein. In addition, B. subtilis TP6 produced a functional ingredient, poly-${\gamma}$-glutamic acid which has various health benefits.
The present study was done to investigate the effect of dietary supplemental freezer dry powder fermentation soybean by Bacillus subtilis (natto) on the growth performance and intestinal microflora, prevention of fowl typhoid infection, the uptake of vegetative diet in broiler chickens. The chickens were fed control diet (supplement antibiotics) and fermentation soybean (0.75, 1.5, 3%) diets. A total of 280 one day old broiler chickens with randomly mixed sexes were fed the four diets for 6 weeks. Body weight gain of chicken fed 1.5% fermentation soybean by B subtilis tend to increase higher than the control from 6th week. Chickens fed diets containing 1.5% fermentation soybean by B subtilis had higher intake than those fed the other levels to the 3th weeks, but lower than control from the 4th week to the 6th week. Feed conversion also improved significantly in the supplemental 1.5% fermentation soybean by B subtilis from the 4th week to the 6th week. The number of B subtilis and Lactobacillus spp in the ileum and cecum tend to increase in the supplemental fermentation soybean by B subtilis at 6 week of age, but was not significantly different. In the nutrient digestibility, the feed conversion on the supplemental 1.5% fermentation soybean by B subtilis was better than the control and the weight of drying feces lower than the control. In test of S. gallinarum intramuscular inoculation, reisolation rate of S gallinarum in liver and feces 1.5% the fermentation soybean by B subtilis 75% (liver), 17% (feces) had decreased than the control.
Feedlot and in vitro ruminal experiments were conducted to assess the effects of saponin-containing surfactant applied during tempering of barley grain on cattle growth performance and on ruminal fermentation. In the feedlot experiment, treatments with three barley grain/barley silage based diets were prepared using barley grain at 7.7% moisture (dry, D), after tempering to 18% moisture (M), or after tempering with a saponin-based surfactant included at 60 ml/t (MS). Each treatment was rolled at settings determined previously to yield optimally processed barley. A total of 180 newly weaned British${\times}$Charolais steers were fed three diets in 18 pens for a 63-d backgrounding period and 91-d finishing period to determine feed intake, growth rate and feed efficiency. Cattle were slaughtered at the end of the experiment to measure the carcass characteristics. Tempering reduced (p<0.001) volume weight and processing index, but processing characteristics were similar between MS and M. Tempering increased (p<0.05) growth during backgrounding only, compared with D, but did not affect feed intake in either phase. During backgrounding, feed efficiency was improved with tempering, but during finishing and overall this response was only observed with the surfactant. Tempering did not affect carcass weight, fat content or meat yield. Surfactant doubled the proportion of carcasses grading AAA. In the in vitro experiment, barley (500 mg; ground to <1.0 mm or steam-rolled) was incubated in buffered ruminal fluid (40 ml) without or with surfactant up to 20 ${\mu}l/g$ DM substrate for 24 h. Surfactant increased (p<0.05) apparent DM disappearance and starch digestibility but reduced productions of gas and the volatile fatty acid and acetate:propionate ratio, irrespective of barley particle size. Compared with feeding diets prepared with non-tempered barley, tempering with surfactant increased the feed efficiency of feedlot steers. This may have arisen from alteration in processing characteristics of barley grain by surfactant rather than its direct effect on rumen microbial fermentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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