The objective of this study was to identify biohydrogenation pathways for linoleic, linolenic, oleic and stearic acids by Orpinomyces species of rumen fungus during in vitro culture. Biohydrogenation of linoleic acid produced conjugated linoleic acid (cis-9, trans-11 C18:2), which was then converted to vaccenic acid (trans-11 C18:1) as the end product of biohydrogenation. Biohydrogenation of linolenic acid produced cis-9, trans-11, cis-15 C18:3 and trans-11, cis-15 C18:2 as intermediates and vaccenic acid as the end product of biohydrogenation. Oleic acid and stearic acid were not converted to any other fatty acid. It is concluded that pathways for biohydrogenation of linoleic and linolenic acids by Orpinomyces are the same as those for group A rumen bacteria.
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.
The objective of this study was to confirm biohydrogenation of linoleic acid and stearic acid production by mixed men fungi and bacteria. In mixed fungal biohydrogenation study, when linoleic acid solution was added to fungal culture (after 24 hr pre-incubation), all linoleic acids were converted to trans-11 vaccenic acid via cis-9, trans-11 conjugated linoleic acid production within 24 hr period of incubation. All linoleic acid solution was hydrogenated to trans-11 vaccenic acid within 24 hr incubation and this was continued until the end of incubation (48 hr). Both treatments (added linoleic acid solution or the same amount of solution without containing linoleic acid into fungal cultures) produced the similar amount of stearic acid. In contrast, 100% of linoleic acid solution was hydrogenated to stearic acid in mixed bacterial culture. It is concluded that the end product of mixed fungal biohydrogenation of linoleic acid is trans-11 vaccenic acid whereas mixed bacteria produced stearic acid as an end product of their biohydrogenation.
In vitro anaerobic incubations of timothy (Phleum pretense L.) forage with bovine rumen fluid were conducted at 39℃ for 0, 3, 6, 9, 24, and 36 h in three trials to examine the biohy- drogenation of linolenic (C18:3) and linoleic acids (C18:2) and their bypass from the rumen. The objectives of the first trial was to study the effect of growth stage (stem elongation, early heading, late heading, and early flowering) and N-fertilization (0 and 120 kg N ha-1) on in vitro biohydrogenation of C18:2 and C18:3. The hydrogenable fraction, the effective disappearance and the bypass of C18:2 and C18:3 were high in timothy harvested at stem elongation, and decr- ease linearly with maturity. The N-fertilization increased the hydrogenable fraction of C18:3, the effective disappearance and the bypass of C18:2 and C18:3. However, the rate of disappearance of C18:2 and C18:3 were not affected by maturity and N-fertilization (P>0.1). In trial 2, the effect of timothy conservation method on in vitro C18:2 and C18:3 biohydrogenation was determined. Silage had the highest effective disappearance of C18:2 and C18:3, and grass hay had lowest one. The amounts of C18:2 and C18:3 biohydrogenated were higher in haylage and silage than in grass hay. Comparative to haylage timothy, the bypass of C18:3 was higher in fresh grass, wilted grass and grass hay. The bypass of C18:2 was higher in fresh grass and silage in comparison to grass hay and haylage. In trial 3, the effects of formic acid and Lactobacillus plantarum inoculum addition to timothy haylage and silage on C18:2 and C18:3 disappearance and bypass were studied. Haylage and silage additives had no effect (P>0.1) on effective disappearance and bypass of C18:2 and C18:3. The addition of formic acid increased the rate of biohydrogenation of C18:3 in haylage and silage, but it decreased the hydrogenable fraction of C18:2 in silage. The results of these three incubation trials show that the hydrogenable fraction and the bypass of C18:2 and C18:3 in timothy decreased with maturity and increased with N-fertilization. Higher amount of C18:2 and C18:3 were biohydrogenated in haylage and silage than in grass hay, and C18:3 ruminal disappearance was higher in fresh grass, wilted grass and grass hay than in haylage.
The effects of different feeding ratios of concentrate (C) and roughage (R) on balance of long chain fatty acids and microbial fatty acids in the rumen of sheep were investigated. The diets were divided into 8:2 (concentrate feeding), 4:6 (middle mixture) and 0:10 (roughage feeding) ratios (C:R). Duodenal digesta was collected through 24 hours after feeding. Biohydrogenation rate, total duodenal flow of fatty acids and microbial fatty acids were measured. Total duodenal flow of fatty acids was significantly (p<0.05) increased with increasing concentrate. Total duodenal flow of fatty acid was greater than intake of fatty acid in all diets. In comparison with intake of each fatty acid, duodenal flow of stearic acid ($C_{18:0}$) remarkably increased in all diets. Biohydrogenation rate for total C18 unsaturated fatty acids in the rumen tended to increase (p<0.10) when sheep were fed the middle mixture. In particular, biohydrogenation rate of linoleic acid ($C_{18:2}$) and linolenic acid ($C_{18:3}$) with the middle mixture were highest (p<0.05) compared with other diets. Duodenal flow of protozoal fatty acids was significantly (p<0.05) increased with the increased supply of concentrate. That of bacterial fatty acids was significantly (p<0.05) increased with both concentrate diets compared with the roughage feeding diet. $C_{18:0}$ occupied the greater part of both protozoal and bacterial fatty acids in all treatments. Results indicated that biohydrogenation of free unsaturated fatty acids was actively carried out when the middle mixture diet was supplied, and that microbial uptake and synthesis of fatty acids were accelerated by adding the supply of concentrate.
Kim, Eun Joong;Huws, Sharon A.;Lee, Michael R.F.;Scollan, Nigel D.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.22
no.9
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pp.1341-1350
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2009
Dietary lipids are rapidly hydrolysed and biohydrogenated in the rumen resulting in meat and milk characterised by a high content of saturated fatty acids and low polyunsaturated fatty acids (PUFA), which contributes to increases in the risk of diseases including cardiovascular disease and cancer. There has been considerable interest in altering the fatty acid composition of ruminant products with the overall aim of improving the long-term health of consumers. Metabolism of dietary lipids in the rumen (lipolysis and biohydrogenation) is a major critical control point in determining the fatty acid composition of ruminant lipids. Our understanding of the pathways involved and metabolically important intermediates has advanced considerably in recent years. Advances in molecular microbial technology based on 16S rRNA genes have helped to further advance our knowledge of the key organisms responsible for ruminal lipid transformation. Attention has focused on ruminal biohydrogenation of lipids in forages, plant oils and oilseeds, fish oil, marine algae and fat supplements as important dietary strategies which impact on fatty acid composition of ruminant lipids. Forages, such as grass and legumes, are rich in omega-3 PUFA and are a useful natural strategy in improving nutritional value of ruminant products. Specifically this review targets two key areas in relation to forages: i) what is the fate of the lipid-rich plant chloroplast in the rumen and ii) the role of the enzyme polyphenol oxidase in red clover as a natural plant-based protection mechanism of dietary lipids in the rumen. The review also addresses major pathways and micro-organisms involved in lipolysis and biohydrogenation.
This experiment employed a rumen simulated continuous culture system to examine the possibility of improving the rumen bypass of polyunsaturated fatty acids (PUFA) by using a high proportion of concentrate in the feed, and compared soya and linseed in terms of conjugated linoleic acid (CLA) production. No effect of type of fat source was observed on ruminal fermentation. A high proportion of concentrate (80%) in the feed decreased (P<0.001) vessel pH but increased (P<0.01) ammonia nitrogen, total VFA, acetate, butyrate and valerate concentrations compared with a low proportion (40%). Fat sources (soya vs. linseed) and concentrate ratio in the feed did not affect digestibilities of organic matter (OM), total nitrogen, neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent fiber (ADF). Soya increased the flows of trans C18:1, C18:2 n-6 and C18:3 n-3 compared with linseed. The difference in fat source alone did not affect the flow of CLA but this was increased when high levels of soya and linseed were associated with a high proportion of concentrate in the feed. There was no effect of fat source on biohydrogenation of C18:1 n-9 and C18:2 n-6, but biohydrogenation of C18:3 n-3 and total C18 PUFA was higher with the linseed than with the soya treatment. A high proportion of concentrate decreased biohydrogenation of C18:2 n-6, C18:3 n-3 and total C18 PUFA compared with a low proportion.
Kim, Dae-Ok;Kim, Tae-Wan;Heo, Ho-Jin;Imm, Jee-Young;Hwang, Han-Joon;Oh, Sejong;Kim, Young-Jun
Food Science of Animal Resources
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v.24
no.3
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pp.303-309
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2004
Conjugated linoleic acid (CLA) is currently under intensive investigation due to its health benefits. A great deal of interest has been paid to the possible health-promoting roles of CLA, but there are not many studies available on the mechanism of CLA production by ruminal microorganisms. CLA is produced as an intermediate of the characteristic biohydrogenation process of linoleic acid(LA) in the rumen and its production has direct relationship to numerous environmental factors including particle association, substrate concentration, forage-to-grain ratio, pH, ionopore, bacterial cell density, etc. Some of these factors were known to affect hydrogenating activities of Butyrivibrio fibrisolvens A38 which is an active rumen bacterium in CLA production. Dairy cow is a main source of CLA, and its level could be increased by dietary manipulation changing the physiological environment of rumen bacteria such as B. fibrisolvens A38. Therefore, the effects of various factors on. ruminal biohydrogenation should be carefully considered to optimize not only CLA production, but also other fatty acid metabolism, both of which are directly affecting nutritional quality and functionality of dairy products. In this review, the relationship between various environmental factors and ruminal CLA production is discussed focusing on the CLA production of B. fibrisolvens A38.
This study aimed to investigate the effects of ruminal infusion of garlic oil (GO) on fermentation dynamics, fatty acid (FA) profile, and abundance of bacteria involved in biohydrogenation in the rumen. Six wethers fitted with ruminal fistula were assigned to two groups for cross-over design with a 14-d interval. Each 30-d experimental period consisted of a 27-d adaptation and a 3-d sample collection. Goats were fed a basal diet without (control) or with GO ruminal infusion (0.8 g/d). Ruminal contents collected before (0 h) and at 2, 4, 6, 8, and 10 h after morning feeding were used for fermentation analysis, and 0 h samples were further used for FA determination and DNA extraction. Garlic oil had no influence on dry matter intakes of concentrate and hay. During ruminal fermentation, GO had no effects on total VFA concentration and individual VFA molar proportions, whereas GO increased the concentrations of ammonia nitrogen and microbial crude protein (p<0.05). Compared with control, GO group took a longer time for total VFA concentration and propionate molar proportion to reach their respective maxima after morning feeding. The ratio of acetate to propionate in control reduced sharply after morning feeding, whereas it remained relatively stable in GO group. Fatty acid analysis showed that GO reduced saturated FA proportion (p<0.05), while increasing the proportions of C18, t11-18:1 (TVA), c9,t11-conjugated linoleic acid (c9,t11-CLA), t10,c12-CLA, and polyunsaturated FA (p<0.05). The values of TVA/(c9,t11-CLA+TVA) and C18:0/(TVA+C18:0) were reduced by GO (p<0.05). Real-time PCR showed that GO tended to reduce Butyrivibrio proteoclasticus abundance (p = 0.058), whereas GO had no effect on total abundance of the Butyrivibrio group bacteria. A low correlation was found between B. proteoclasticus abundance and C18:0/(TVA+C18:0) (p = 0.910). The changes of fermentation over time suggested a role of GO in delaying the fermentation process and maintaining a relatively modest change of ruminal environment. The inhibitory effects of GO on the final step of biohydrogenation may be related to its antibacterial activity against B. proteoclasticus and other unknown bacteria involved.
Tran, Len Van;Malla, Bilal Ahmad;Kumar, Sachin;Tyagi, Amrish Kumar
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.30
no.5
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pp.622-637
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2017
Fatty acids such as n-3 and n-6 polyunsaturated fatty acids (PUFA) are critical nutrients, used to improve male reproductive performance through modification of fatty acid profile and maintenance of sperm membrane integrity, especially under cold shock or cryopreservation condition. Also, PUFA provide the precursors for prostaglandin synthesis and can modulate the expression patterns of many key enzymes involved in both prostaglandin and steroid metabolism. Many studies carried out on diets supplemented with PUFA have demonstrated their capability to sustain sperm motility, viability and fertility during chilling and freezing as well as improving testis development and spermatogenesis in a variety of livestock species. In addition to the type and quantity of dietary fatty acids, ways of addition of PUFA to diet or semen extender is very crucial as it has different effects on semen quality in male ruminants. Limitation of PUFA added to ruminant ration is due to biohydrogenation by rumen microorganisms, which causes conversion of unsaturated fatty acids to saturated fatty acids, leading to loss of PUFA quantity. Thus, many strategies for protecting PUFA from biohydrogenation in rumen have been developed over the years. This paper reviews four aspects of PUFA in light of previous research including rumen metabolism, biological roles, influence on reproduction, and strategies to use in male ruminants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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