Kim, Eun T.;Guan, Le Luo;Lee, Shin J.;Lee, Sang M.;Lee, Sang S.;Lee, Il D.;Lee, Su K.;Lee, Sung S.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.28
no.4
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pp.530-537
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2015
The objective of this study was to evaluate the in vitro effects of flavonoid-rich plant extracts (PE) on ruminal fermentation characteristics and methane emission by studying their effectiveness for methanogenesis in the rumen. A fistulated Holstein cow was used as a donor of rumen fluid. The PE (Punica granatum, Betula schmidtii, Ginkgo biloba, Camellia japonica, and Cudrania tricuspidata) known to have high concentrations of flavonoid were added to an in vitro fermentation incubated with rumen fluid. Total gas production and microbial growth with all PE was higher than that of the control at 24 h incubation, while the methane emission was significantly lower (p<0.05) than that of the control. The decrease in methane accumulation relative to the control was 47.6%, 39.6%, 46.7%, 47.9%, and 48.8% for Punica, Betula, Ginkgo, Camellia, and Cudrania treatments, respectively. Ciliate populations were reduced by more than 60% in flavonoid-rich PE treatments. The Fibrobacter succinogenes diversity in all added flavonoid-rich PE was shown to increase, while the Ruminoccocus albus and R. flavefaciens populations in all PE decreased as compared with the control. In particular, the F. succinogenes community with the addition of Birch extract increased to a greater extent than that of others. In conclusion, the results of this study showed that flavonoid-rich PE decreased ruminal methane emission without adversely affecting ruminal fermentation characteristics in vitro in 24 h incubation time, suggesting that the flavonoid-rich PE have potential possibility as bio-active regulator for ruminants.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.19
no.2
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pp.49-54
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2011
This study was conducted to evaluate the performance of methane fermentation from effluent of hydrogen fermentation reactor in anaerobic baffled reactor (ABR) and anaerobic sequencing batch reactor (ASBR). Two reactors were operated at organic loading rate of $1.0kg\;COD/m^3{\cdot}d$ and hydraulic retention time (HRT) of 20 day. Methane production rates of ABR and ASBR for start-up periods were 0.04 L/L/d and 0.19 L/L/d, respectively, whereas maximum methane production rates of ABR and ASBR were 0.25 L/L/d and 0.31 L/L/d, respectively. Removal rates of chemical oxygen demand (COD) in ABR and ASBR for start-up periods were 89% and 92%, respectively. After startup periods, removal rates of COD and volatile solids (VS) in ABR and ASBR were maintained over 90%. The specific methanogenic activity (SMA) increased as microorganism acclimated to the substrate.
This study was conducted to investigate the effects of several herbal extracts (obtusifolia, cinnamon, chinese pepper, licorice root) on the characteristics of rumen fermentation in vitro. Soybean meal was used as a substrate for fermentation in vitro. Herbal extracts were supplemented to media by 10% of the substrate. The substrates supplemented to Dehority artificial media with herbal extracts were fermented in 30ml serum bottles for 0, 3, 6, 9, 12 and 24 hr at $39^{\circ}C$. Cumulative gas production was significantly (p<0.05) greater in the herbal extract supplements than in the control, in the order of licorice root, chinese pepper, cinnamon and obtusifolia. Methane proportions of the herbal extracts were significantly (p<0.05) higher than that of the control. Licorice root extract supplementation resulted in the lowest methane proportion at 3 hr fermentation. Proportion of hydrogen was significantly (p<0.05) higher in the herbal extract supplements than in the control at 12 hr fermentation. Compared to the control, ammonia concentration in the licorice root was significantly higher at 3 hr fermentation, but lower at 12 hr fermentation (p<0.05). Based on these results, supplementation of the herbal extracts used in this experiment resulted in increased cumulative gas production and stimulating methane production in vitro rumen fermentation.
This study was conducted to investigate the national methane emission from livestock enteric fermentation. For methane emission estimation, livestock were mainly categorized to cattle, swine, poultry, sheep, goats and horses, and cattle were further sub-categorized to calves, fattening cattle, breeding cows in Hanwoo and calves, fattening cattle and lactating cows in dairy cattle. Tier 2 methane emission factors were deduced based on the characteristics of animal performances, live weight, slaughter weight, daily weight gain, and feed digestibility in each category. Tier 2 emission factors of Hanwoo range from 39 to 49 kg/head/year and it is similar to that of Tier 1(47kg/head/year). Tier 2 emission factor of dairy cattle was 107 kg/head/year and it is slightly lower than that of Tier 1(118kg/head/year). Total methane emission from livestock enteric fermentation by Tier 2 method was estimated to be 126.8 tones in 2001. The methane emissions by Hanwoo, dairy cattle, swine, goats, horses and sheep were 61.70, 47.76, 13.08, 2.25, 0.17 and 0.01 tones, respectively. By the use of Tier 2 method instead of Tier 1, the accuracy and reliability of methane emission estimates from livestock enteric fermentation in Korea is considered to be improved.
A wastewater treatment pond system was developed for treatment and recycling of dairy cattle excreta of $5\;m^1$ per day. The wastes were diluted by the water used for clearing stalls. The system was composed of three ponds in series. A submerged gas collector for the recovery of methane was installed at the bottom of secondary pond with water depth of 2.4m. This paper deals mainly with performance of methane fermentation of secondary pond which is faclutative one. The average $BOD_5$, SS, TN, and TP concentrations of influent into secondary pond were 49.1, 53.4, 48.6, and 5.3 mg/l, and those of effluent from it were 27.9, 45.7, 30.8, 3.2 mg/l respectively. Methane fermentation of 2.4-meter-deep secondary pond bottom was well established at $16^{\circ}C$ and gas garnered from the collector at that temperature was 80% methane. Literature on methane fermentation of wastewater treatment ponds shows that methane bacteria grow well around $24^{\circ}C$, the rate of daily accumulation and decomposition of sludge is approximately equal at $19^{\circ}C$, and activities of methanogenic bacteria are ceased below $14^{\circ}C$. The good methane fermentation of the pond bottom around $16^{\circ}C$, about $3^{\circ}C$ lower than $19^{\circ}C$, results from temperature stability, anaerobic condition, and neutral pH of the bottom sludge layer. It is recommended that the depth of pond water could be 2.4m. Gas from the collector during active methane fermentation was almost 83% methane, less than 17% nitrogen. Carbon dioxide was less than 1% of the gas, which indicates that carbon dioxide produced in bottom sludges was dissolved in the overlaying water column. Thus a purified methane can be collected and used as energy source. Sludge accumulation on the pond bottom for a nine month period was 1.3cm and annual sludge depth can be estimated to be 1.7cm. Design of additional pond depth of 0.3m can lead to 15 - 20 year sludge removal.
Eight feeds (mixture of wheat straw and oil seed cakes in 3:1 ratio) were evaluated for methane emission and fermentation pattern with buffalo rumen liquor as inoculum in an in vitro gas production test. The cakes tested were groundnut cake (GNC), soybean cake (SBC), mustard seed cake (MSC), cotton seed cake (CSC), karanj seed cake expeller extracted (KCEE), karanj seed cake solvent extracted (KCSE), caster bean cake expeller extracted (CBCEE) and caster bean cake solvent extracted (CBCSE). The gas production (ml/g dry matter) was significantly higher with SBC and MSC followed by CSC, GNC, KCSE, KCEE, CBCSE and was the lowest with CBCEE. Methane emission was significantly lower with KCEE, KCSE, CBCEE, CBCSE (20.32- 22.43 ml/g DM) than that with SBC, GNC, CSC (27.34-31.14 ml/g DM). Mustard seed cake was in-between the two groups of oil cakes in methane production. In vitro true digestibility was highest with SBC followed by GNC, CSC, MSC, KCSE, KCEE, CBCSE and CECEE. Ammonia nitrogen level was positively correlated with the amount of protein present in the cake. Total holotrich protozoa were significantly higher with SBC, whereas, large spirotrich protozoa tended to be lower than with other cakes. The counts of small spirotrich and total protozoa were similar with all the cakes. Total volatile fatty acid production and acetate to propionate ratio were significantly higher with SBC and significantly lower with KCEE as compared to the other cakes. Among the conventional oil cakes tested in the present experiment (GNC, SBC, MSC and CSC), mustard seed cake-based feed produced the minimum methane without affecting other fermentation characteristics adversely.
This study was conducted to investigate the effects of TMR on in vitro rumen fermentation and methane production of goat with different forage sources. The experiment was arranged 4×2 factorial design. The different forage sources were rice straw (RS), Italian rye grass (IR), timothy (TI) and alfalfa (AL), respectively. There were two different forage : concentrate ratios such as 20:80 (20) and 50:50 (50), respectively. Therefore, totally 8 treatments were used: 1) RS20, 2) RS50, 3) IR20, 4) IR50, 5) TI20, 6) TI50, 7) AL20, and 8) AL50, respectively. The rumen fluid of goat was collected from the slaughterhouse. For fermentation parameters, ruminal pH, total gas, methane, hydrogen, ammonia nitrogen, and volatile fatty acid were determined. The pH values were within an optimal range across all treatments. Total gas productions at TI20 and AL50 were significantly greater than others (p<0.05). Methane production was significantly lower in TI and AL compared with other treatments (p<0.05). The relatively high dietary NDF content in treatments showed significantly lower methane production (p<0.05). Significant alterations treatments were detected at ammonia nitrogen concentration according to the ratio of forage : concentrate (p<0.05). AL treatment showed greater total volatile fatty acid production compared with other treatments (p<0.05). Therefore, the present study suggests that both Timothy and Alfalfa could be recommendable forage sources for goat based on results with volatile fatty acid as an energy source and methane as an index for energy loss and environmental issues. Also, the 50:50 (forage : concentrate) ratio would prefer to 20:80.
The present study investigated the effect of forage sources and their inclusion levels in diet on the rumen fermentation of Korea traditional goat. Timothy and alfalfa were used as forage sources. Forages were mixed with concentrate diet in different ratios. The ratios of forage to concentrate diets were varied to 1:9, 5:5 and 9:1. The rumen fluid of goat was gathered from slaughter house. Dry matter digestibility was decreased and methane production was increased as forage levels in diet was increased. When forage sources, timothy and alfalfa, were compared, groups with timothy showed greater methane production than the groups of alfalfa. Molar ratio of produced acetate and valerate were increased when forage level in diet was increased. In the case of propionate and butyrate, they were decreased as elevated forage levels in diet. The result of this study provided a basic information for rumen fermentation of Korean traditional goat and these information could be applied in the development of nutritional and feeding strategy.
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.
This study was conducted to investigate for the natural methane emission inhibitor as a feed additive no adversely effect on rumen fermentation. Five different Control (Wheat barn (0.05 g), MRA(Methane Reduction Additive)-1 (Allium fistulosum L. (0.05 g)), MRA-2 (Sodium Lauryl Sulfate (0.025 g) + Wheat barn (0.025 g) mixed), MRA-3 (Sodium Dodecyl Sulfate (0.025 g) + Wheat barn (0.025 g) mixed), and MRA-4 (Allium fistulosum L. (0.02 g) + Tannic acid (0.02 g) + Wheat barn (0.01 g) mixed) contents were used to perform 3, 6, 9, 12, 24 and 48 h incubation for in vitro fermentation. Ruminal pH values were ranged within normal ruminal microbial fermentation. Dry matter digestibility was not significantly different across the treatments during the whole fermentation time. Also, the result of microbial growth had no adversely effect on during the whole fermentation time. At 24 h, methane emission was significantly lower (P<0.05) than all treatments except to MRA-1. Especially, MRA-4 carbon dioxide emission was significantly lower (P<0.05) than control at 9, 24 and 48 h incubation. In addition MRA-4 propionate concentration was significantly higher (P<0.05) than control at 24 h incubation. The result of RT-PCR Ciliate-associated methanogens were significantly lower (P<0.05) at MRA-1, MRA-3 and MRA-4 than control at 24 h incubation. Based on the present results, MRA-4 could be suggestible methane emission inhibitor as a natural feed additive.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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