Microbiota of sausages obtained by spontaneous fermentation produced in the South of Brazil

The study of the ecology of fermented sausage is fundamental to understand the physical and chemical changes that happen during fermentation and maturation. The aim of the present study was to determine the microbiological characteristics of sausages produced by spontaneous fermentation. Fifty samples of sausages produced in the South of Brazil by different small manufacturers were analyzed for the following microbiota: aerobic mesophilic bacteria; Micrococcaceae; mold and yeast; lactic acid bacteria; total and fecal coliforms; coagulase-positive Staphylococcus, and Salmonella. In most samples (72%), the count of lactic bacteria was higher than 6 log10 cfu.g-1, and the samples with the highest counts were above 8 log10 cfu.g-1. The counts of Micrococcaceae in most samples were between 5 log10 and 7 log10 cfu.g-1. With respect to the presence of molds and yeasts, there was a significant variation among the samples with counts ranging from 2 log10 cfu.g-1 and 6 log10 cfu.g-1. From the data obtained, it was possible to conclude that 24% of the analyzed samples did not comply with the current law in Brazil since the levels of fecal coliforms or coagulase-positive Staphylococcus exceeded the maximum limit allowed.

Frog meat microbiota (Lithobates catesbeianus) used in infant food

Captive breeding of bullfrog (Lithobates catesbeianus) is of great economic potential, mainly for its thighs and leather. The nutritional quality of frog meat includes properly balanced amino acids with a protein profile of high biological value, low fat and low cholesterol, and high digestibility due to its short chain molecule structure. It is recommended by doctors and nutritionists, especially for protein restricted children or malnourished children. Aiming to aggregate value to the segment and offer a product with nutritional properties that meet the need of children aged six months and above, a meat product based on the composition of frog meat was developed experimentally. To ensure raw material quality after bleaching and deboning, the microbiota present in the frog meat was determined. The analyses were performed according to Brazilian laws. It was observed that the resident and transient microbiota met the standards set by regulations. The results found were: mesophyll 4.5 x 10(4) CFU/g; Staphylococcus coagulase positive 2.0 x 10² CFU/g; negative for Salmonella sp. and Aeromonas spp. The findings indicate that the raw material showed satisfactory sanitation even in terms of family industry.

Use of starter cultures isolated from native microbiota of artisanal sausage in the production of Italian sausage

The most promising microorganisms for use as starter cultures are those isolated from the native microbiota of traditional fermented products. The aim of this study was to evaluate the use of lactic acid bacteria selected from the native microbiota of sausages produced by spontaneous fermentation as starter cultures for the production of sausage. Strains of Lactobacillus plantarum 503 and 341 have the potential for use as starter cultures in the manufacture of Italian sausage type. The population of lactic acid bacteria in sausages was >8 log CFU.g-1 during fermentation, which caused the pH to decrease to <4.5. This decrease in pH and the water activity of < 0.90 of sausages ensures the safety and preservation of this product. Sausages produced with these lactic cultures fulfill the requirements for microbiological quality and composition of Italian sausage type. Our results suggest the possibility of using these starter cultures for the production of sausages with peculiar characteristics that contribute to the identity of the product.

Gut Microbiota and Metabolic Disorders

Obesity and its co-morbidities, such as metabolic syndrome (MetS), non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and type 2 diabetes, have increased over the last few decades like an epidemic. So far the mechanisms of many metabolic diseases are not known in detail and currently there are not enough effective means to prevent and treat them. Several recent studies have shown that the unbalanced gut microbiota composition (GMC) and activity have an influence on the fat accumulation in the body. Further, it seems that the GMC of obese individuals differs from the lean. The aim of this study was to investigate whether there are differences between the GMC of metabolically impaired overweight/obese (MetS group), metabolically healthy overweight/obese and normal-weight individuals. In addition, the mechanisms by which the gut bacteria as well as their specific structures, such as flagellin (FLG) that stimulates the Toll-like receptor 5 (TLR5) affect metabolism, were investigated both in vivo and in vitro in human adipocytes and hepatocytes. The results of this study show that the abundance of certain gram-positive bacteria belonging to the Clostridial cluster XIV was higher in the MetS group subjects compared to their metabolically healthy overweight/obese and lean counterparts. Metabolically impaired subjects tended to also have a greater abundance of potentionally inflammatory Enterobacteria in their gut and thus seemed to have aberrant GMC. In addition, it was found that subjects with a high hepatic fat content (HHFC group) had less Faecalibacterium prausnitzii in their gut than individuals with low hepatic fat content. Further gene expression analysis revealed that the HHFC group also had increased inflammation cascades in their adipose tissue. Additionally, metabolically impaired individuals displayed an increased expression of FLG-recognizing TLR5 in adipose tissue, and the TLR5 expression levels associated positively both with liver fat content and insulin resistance in humans. These changes in the adipose tissue may further contribute to the impaired metabolism observed, such as insulin resistance and dyslipidemia. In vitro -studies showed that the FLG-induced TLR5 activation in adipocytes enhanced the hepatic fat accumulation by decreasing insulin signaling and mitochondrial functions and increasing triglyceride synthesis due to increased glycerol secretion from adipocytes. In conclusion, the findings of this study suggest that it may be possible that the novel prevention and personalized treatment strategies based on GM modulation will succesfully be developed for obesity and metabolic disorders in the future.

Efecto de diferentes concentraciones de Taninos sobre la flora microbiana ruminal y en la degradabilidad in vitro del forraje de alfalfa.

Tesis (Maestría en Ciencias en Producción Animal) UANL

Dinámica estacional del valor nutritivo y cinética ruminal de la planta completa, hojas y tallos del zacate buffel (Cenchrus ciliaris L.) así como los híbridos nueces y llano

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Recursos Alimenticios y Producción Acuícola) UANL

Estimación del valor nutritivo y digestión ruminal de cinco líneas apomíticas y un híbrido de pasto buffel (Cenchrus Ciliaris L.)

Tesis ( Doctorado en Ciencias con Especialidad en Alimentos) UANL

Dinámica estacional del valor nutritivo y digestión ruminal del forraje de 10 arbustivas de Baja California Sur, México

Tesis ( Doctor en Ciencias con Especialidad en Alimentos) U.A.N.L.

Effets des diètes de remplacement du maïs sur les performances de croissance, le pH ruminal et les paramètres biochimiques sanguins chez les veaux de grains

L’objectif de cette étude a été d’évaluer l’effet du remplacement total ou partiel du maïs d’une ration alimentaire standard (MS) sur les performances de croissance, le pH ruminal et les paramètres biochimiques sanguins chez les veaux de grain de race Holstein. Quatre groupes de 80 veaux ont été répartisen32 parcs (10 veaux/parc) et ont été assignés au hasard à quatre rations alimentaires. Les rations alimentaires ont été: la ration standard qui est constituée de maïs et un supplément protéique à 43,6% de protéine brute (MS);une ration réduite de maïs, avec tourteau de canola et de drèche de distillerie de maïs avec soluble (MCD); une ration réduite de maïs, avec supplément protéique à 43,6% de protéine brute et de drèche de distillerie de maïs avec soluble (MSD); et finalement une ration d’orge roulé, de tourteau de canola et de drèche de distillerie de maïs avec soluble (OCD). Les rations alimentaires ont été formulées selon une phase de démarrage P1 (j0 à j54), une de croissance P2 (j55 à j85) et une de finition P3 (j86 à j96). Un groupe additionnel de 5 veaux contrôle (CT), a reçu une ration alimentaire non acidogène à base de fourrage et de concentré. Notons qu’avant le début des traitements alimentaires au j0, sauf CT, les veaux ont reçu une ration d’adaptation contenant du maïs et de l’orge (50-50) et un supplément protéique pendant 20j. Les gains moyens quotidiens (GMQ) ont été similaires aux périodes P1 (0j-j27, j28-j54) et P2 (j55-j85), mais à la période P3 (j86-j96), le GMQ de la ration OCD a été plus grand que ceux dans les autres rations (p<0.001). Le rendement carcasse des veaux abattus au poids vifs d’environ 267 kg, de la ration OCD a été plus petit que ceux des rations MS et MSD (p<0.002). La matière sèche ingérée (MSI) a diminué pour le groupe MSD au j96, comparée à celles des groupes MS et BCD (p<0.001). Cependant, les rations alimentaires n’ont pas eu d’effet sur le poids vif des veaux. Les durées moyennes en dessous du pH ruminal de 5.6 (DpH5.6 en h.j.-1) du j68 au j85 (P2) ont été similaires pour les groupes CT et OCD (p=0.09) et plus petites (p<0.001) que celles des groupes du MS, MCD et MSD. Pendant la phase P3, les DpH5.6 des groupes de MS, MCD et MSD, ont été similaires (p>0.83), mais plus grandes que celle du groupe de OCD (p<0.0001). Les DpH5.6 n’ont pas eu d’effet sur les GMQ. Aux j68 et j96, les rations alimentaires n’ont pas eu d’effet sur la L-lactate (p > 0.05), le pH sanguin (p > 0.001; non significatif après l’ajustement de Bonferroni :NSAB) et le trou anionique (p > 0.009; NSAB). La PCO2 des animaux du groupe MS a été plus grande que celle du groupe CT (p = 0.0003). Au j68, HCO3 - du groupe CT a été plus grande que celle du groupe MCD (p = 0.0008). Les traitements alimentaires n’ont pas d’effets sur la lipopolysaccharide binding protein (LBP) aux j0 et j68. Au j96, la LBP du groupe CT a été plus petite que celle du groupe MS et MCD (p=0.001). Les diètes n’ont pas d’effets significatifs sur les épithéliums et les lamina propria du rumen (p0>0.37), ainsi que sur les abcès du foie (p=0.80). Le remplacement total du maïs par l’orge roulé, la drêche de distillerie de maïs avec soluble et le tourteau de canola amélioré le GMQ en phase de finition, a amélioré le pH du rumen, le rapprochant du pH ruminal physiologique, n’a pas modifié les paramètres biochimiques sanguins qui ont été mesurés et a diminué le rendement carcasse moyen de 1,1%.

Effects of tubers of the Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) and potatoes (Solanum tuberosum) on the intestinal microbiota of pigs and evaluation of a procedure for quantification of microbial mass in pig faeces

Die Mikrobiota im Gastrointestinaltrakt (GIT) spielt eine bedeutende Rolle beim Fermentationsprozess im Bezug auf die Nährstoffversorgung sowie die Gesundheit des Darms und des gesamten Organismus. Inulin und resistente Stärke (RS) konnten als präbiotisch wirksame Substanzen identifiziert werden und sind jeweils auch in den Knollen der Topinamburpflanze (Helianthus tuberosus) und in Kartoffeln (Solanum tuberosum) enthalten. Da sie ebenfalls energiereiche Futtermittel für Schweine sind, war es das Ziel der ersten beiden Studien, die Auswirkungen der Aufnahme von Topinamburknollen und Kartoffeln auf die intestinale Mikrobiota und Parameter des Immunsystems bei Endmastschweinen zu bestimmen. In der dritten Studie wurde die mikrobielle Biomasse quantitativ mit einem Verfahren zur Isolation von Bakterien in einer Flüssigkeit durch Hochgeschwindigkeits-Zentrifugation erfasst und der bakteriell gebundene Stickstoff (MP-N) mit dem bakteriellen und endogenem Kotstickstoff (BEDN) verglichen. Im ersten Versuch wurden 72 Endmastschweine in einem Freilandhaltungssystem in eine Kontroll- (CT), die mit Kraftfutter entsprechend des Bedarfs der Tiere für ein Leistungsniveau von 700 g täglichem Lebendmassezuwachs versorgt wurde, und eine Versuchsvariante (ET) aufgeteilt. In der Versuchsvariante erhielten die Tiere nur 70% der Kraftfuttermenge der Kontrollvariante, hatten aber Zugang zu einer abgeteilten Fläche, auf der Topinamburknollen angebaut waren. Die freie Aufnahme von Topinamburknollen wurde auf 1•24 kg Trockenmasse (TM)/Tag bestimmt, entsprechend einer Inulinaufnahme von durchschnittlich 800 g/Tag. Während sich die Wachstumsleistung in der Kontrollvariante auf 0•642 ± 0•014 kg/Tag belief, war sie in der Versuchsvariante mit 0•765 ± 0•015 kg/Tag (P=0•000) höher. Die freie Verfügbarkeit von Inulin und Fructo-oligosacchariden (FOS) im GIT der Schweine erhöhte die Keimzahlen der anaeroben Bakterien (P=0•000), Laktobazillen (P=0•046) und Hefen (P=0•000) signifikant und verringerte das Vorkommen von Clostridium perfringens im Schweinekot erheblich von lg 5•24 ± 0•17 kolonie-bildende Einheiten pro g Frischmasse (KbE/ g FM) in der Kontrollvariante auf lg 0•96 ± 0•20 KbE/ g FM in der Versuchsvariante (P=0•000). C-reaktives Protein (CRP) und Antikörper gegen Lipopolysaccharide (LPS) von Escherichia coli J5 ließen keine Unterschiede zwischen den Fütterungsvarianten erkennen. In der zweiten Untersuchung wurden 58 Endmastschweine einer Kontrollvariante (CT), die bedarfsgerecht mit einer Kraftfuttermischung für ein Leistungsniveau von 700 g Tageszunahmen gefüttert wurde, und zwei Versuchsvarianten zugeteilt. Die Versuchsvarianten erhielten eine Menge von 1•2 kg TM gedämpften Kartoffeln (potato treatment, PT) oder gedämpften und einsilierten Kartoffeln (silage treatment, ST) pro Tag und nur 46% bzw. 43% der Menge des Kraftfutters der Kontrollvariante. Die Wachstumsleistung und Schlachtkörperzusammensetzung ließen keine signifikanten Unterschiede zwischen den Varianten erkennen. Im PT und ST waren gegenüber dem CT im Kot der pH-Wert sowie die Gehalte von TM, Neutral-Detergenz-Faser (NDF), unverdautem Futterstickstoff (UDN) und teilweise von Säure-Detergenz-Faser (ADF) signifikant niedriger (P=0•000) und die von Ammonium (NH4) und Ammoniumstickstoff (NH4-N) signifikant höher (P=0•000). Das hohe Angebot von hitzebehandelten Kartoffeln führte zu einer erheblichen Verringerung von E. coli (P=0•000), C. perfringens (P=0•000) und Immunoglobulin A gegen LPS von E. coli J5 (P=0•001). Darüber hinaus waren in der ersten Versuchsperiode im ST die aeroben und anaeroben Gesamtkeimzahlen sowie die Laktobazillen und Hefen gegenüber dem PT signifikant erhöht. Die Unterschiede in der Mikrobiota zwischen der Kontroll- und Versuchsvarianten weisen auf die positiven Auswirkungen von Topinamburknollen und hitzebehandelten Kartoffeln auf die Mikrobiota im hinteren Darmabschnitt hin. Das Ziel der dritten Untersuchung war die Modifizierung des Verfahrens zur Isolation von Bakterien in einer Flüssigkeit mittels verschiedener Zentrifugationsschritte, um ein mikrobielles Pellet (MP) zu erhalten, welches die quantitative Abtrennung und Erfassung der Bakterien in Schweinekot ermöglicht. Zusätzlich wurde der BEDN Anteil sowie die Gehalte der Aminozucker Galactosamin, Glucosamin, Mannosamin und Muraminsäure im Kot und im MP bestimmt. Die untersuchten Kotproben stammten von Schweinen eines Phosphor (P) Stoffwechselversuch. Zehn männlich-kastrierte Schweine mit einem durchschnittlichen Lebendgewicht von 51•1 ± 8•5 kg wurden einzeln in Stoffwechselkäfigen gehalten. Die Tiere wurden fünf Fütterungsvarianten zugeteilt, die dem Bedarf der Tiere für ein Leistungsniveau von 700 g Tageszunahmen entsprachen, in den Rationen 2 bis 5 jedoch eine P-Gehalt unter dem Tagesbedarf der Tiere aufwiesen und in den Rationen 3 bis 5 mit abgestuften Gehalten von 50, 100 sowie 200 mg/kg einer experimentellen Phytase ergänz waren. Die Absenkung des P Gehaltes im Futter verringerte den Asche- (P=0•024) und Trockenmassegehalt im Kot (P=0•017) sowie die P Konzentration im MP (P=0•000) signifikant. Die mikrobielle Biomasse im Kot wurde durch die Wiegung des MP auf durchschnittlich 467 g/kg TM bestimmt. Der Stickstoffgehalt im Kot betrug im Mittel 46•1 g/kg TM und der in die Bakterienmasse eingebaute Stickstoffanteil 27•1 g/kg TM bzw. 58% vom Gesamtstickstoffgehalt im Kot. Die BEDN Fraktion wurde auf 73% am Kotstickstoff bestimmt. Der P-Gehalt im Kot sowie der N Gehalt im MP mit durchschnittlichen 10•4 und 57•9 g/kg TM lagen im Bereich von Literaturangaben. Die P Gehalte im MP schwankten in Abhängigkeit von der Zugabe von Phytase signifikant (P=0•000) von 1•8 bis 4•8 g/kg TM. Die Aminozucker wiesen keine signifikanten unterschiede zwischen Fütterungsvarianten auf und lagen im Bereich von Werten von Rinderkot. Ergebnisse weisen darauf hin, dass die angewandte Methode zur direkten Quantifizierung der mikrobiellen Biomasse geeignet ist.

Impact of chlorophenols and heavy metals on soil microbiota: their effects on activity and community composition, and resistant strains with potential for bioremetiation

Pollution by toxic compounds is one of the most relevant environmental damages to ecosystems produced by human activity and, therefore, it must be considered in environmental protection and restoration of contaminated sites. According to this purposes, the main goal of this doctoral thesis has been to analyse the impact of several chlorophenols and heavy metals on the microbial communities of two typical Mediterranean soils. The ecological risk concentrations of each pollutant, which have been determined according to respirometric activity and changes in the microbial community composition, and the factors that influence on their effective toxic concentrations (bioavailable pollutants) have been analysed in order to predict their potential impact on different soil ecosystems and provide scientific data for the regulation of the soil protection policies. Moreover, resistant microorganisms with pollutant removal capacities have been isolated from artificially contaminated soil microcosms and tested in axenic cultures, to infer their potential usefulness for bioremediation.

Aislamiento, identificación y conservación de cultivos de bacterias lácticas antagonistas de microbiota contaminante de sangre de matadero

La sangre obtenida en el matadero es un producto altamente contaminado que requiere un procesamiento inmediato si se pretende utilizarla como insumo alimentario en la fabricación de productos destinados al consumo humano. Si bien es cierto que los sistemas de higienización podrían ser muy eficientes desde el punto de vista de calidad microbiológica, su instalación en la línea de sacrificio comportaría muchas dificultades desde el punto de vista técnico y en algún caso sería muy costoso. La bioconservación podría ser una alternativa para mejorar la calidad microbiológica de la sangre, alargar su vida útil y reducir las posibilidades de procesamiento inmediato. El presente estudio nos permitiría formular la posibilidad de aplicar la bioconservación en sangre de cerdo procedente de matadero industrial, utilizando bacterias ácido lácticas (BAL) como cultivo bioprotector, para lo cual se aislaron cepas de BAL autóctonas y se confeccionaron dos colecciones una de BAL mesófilas y otra de psicrótrofas. Se evaluó el potencial antagonista de la colección de BAL mesófilas y psicrótrofas a 30ºC y a 15ºC respectivamente frente a bacterias contaminantes habituales de este subproducto. Las BAL que demostraron antagonismo en placa (7,1% a 30ºC y 11% a 15ºC) fueron seleccionadas para evaluar el potencial antagonista en sangre, donde el efecto inhibitorio se vio favorecido por la adición de un 2% glucosa. S.aureus y P. fluorescens fueron los indicadores más inhibidos por las cepas mesófilas, en algunos casos con reducciones superiores a 7 unidades logarítmicas. En condiciones psicrótrofas la bacteria más sensible a la presencia de BAL fue Bacillus sp., donde 8 de las 11 BAL ensayadas permitieron reducciones superiores a 4 logs y 1cepa incluso superiores a 7 logs; se obtuvieron reducciones máximas de 3 logs de E.coli y Pseudomonas fue inhibida por todas las BAL ensayadas, en algún caso con reducciones superiores a 5 logs. Las 5 que cepas que presentaron el espectro de inhibición más amplio en condiciones mesófilas y 7 en condiciones psicrótrofas frente a los microorganismos indicadores contaminantes de sangre de matadero se identificaron mediante técnicas moleculares por comparación de la secuencias correspondientes al gen que codifica la síntesis de 16S ARNr (16S ADNr) con las secuencias publicadas en las bases de datos. De las 7 cepas antagonistas en condiciones psicrótrofas 5 se identificaron como Lactococcus garvieae y 2 como Enterococcus malodoratus/gilvius raffinosus. Todas las BAL con potencial antagonista en condiciones mesófilas pertenecían al género Lactobacillus, 3 de elllas se identificaron como Lactobacillus murinus/animalis y una se identificó como Lactobacillus reuteri. TA20 que tuvo un gran espectro de inhibición a ambas temperaturas se identificó como Lactococcus garvieae. En este estudio se evaluaron tres métodos de conservación a largo plazo de las cepas que mostraron potencial antagonista. Se comparó la liofilización, la atomización frente a la congelación a -80ºC que era método que se había utilizado hasta el momento para conservar ambas colecciones de BAL. En general, los métodos de deshidratación (atomización y liofilización) y mantenimiento en refrigeración a 5ºC de los cultivos deshidratados se han mostrado más eficaces que la congelación.

Studying the Human Gut Microbiota in the Trans-Omics Era - Focus on Metagenomics and Metabonomics

The human gut microbiota comprises a diverse microbial consortium closely co-evolved with the human genome and diet. The importance of the gut microbiota in regulating human health and disease has however been largely overlooked due to the inaccessibility of the intestinal habitat, the complexity of the gut microbiota itself and the fact that many of its members resist cultivation and are in fact new to science. However, with the emergence of 16S rRNA molecular tools and "post-genomics" high resolution technologies for examining microorganisms as they occur in nature without the need for prior laboratory culture, this limited view of the gut microbiota is rapidly changing. This review will discuss the application of molecular microbiological tools to study the human gut microbiota in a culture independent manner. Genomics or metagenomics approaches have a tremendous capability to generate compositional data and to measure the metabolic potential encoded by the combined genomes of the gut microbiota. Another post-genomics approach, metabonomics, has the capacity to measure the metabolic kinetic or flux of metabolites through an ecosystem at a particular point in time or over a time course. Metabonomics thus derives data on the function of the gut microbiota in situ and how it responds to different environmental stimuli e. g. substrates like prebiotics, antibiotics and other drugs and in response to disease. Recently these two culture independent, high resolution approaches have been combined into a single "transgenomic" approach which allows correlation of changes in metabolite profiles within human biofluids with microbiota compositional metagenomic data. Such approaches are providing novel insight into the composition, function and evolution of our gut microbiota.

Influence of fibrolytic enzymes on the hydrolysis and fermentation of pure cellulose and xylan by mixed ruminal microorganisms in vitro

A series of in vitro studies was, conducted to determine the effects of adding a commercial enzyme product on the hydrolysis and fermentation of cellulose, xylan, and a mixture (1:1 wt/wt) of both. The enzyme product (Liquicell 2500, Specialty Enzymes and Biochemicals, Fresno, CA) was derived from Trichoderma reesei and contained mainly xylanase and cellulase activities. Addition of enzyme (0.5, 2.55 and 5.1 muL/g of DM) in the absence of ruminal fluid increased (P < 0.001) the release of reducing sugars from xylan and the mixture after 20 h of incubation at 20degreesC. Incubations with ruminal fluid showed that enzyme (0.5 and 2.55 muL/g of DM) increased (P < 0.05) the initial (up to 6 h) xylanase, endoglucanase, and beta-D-glucosidase activities in the liquid fraction by an average of 85%. Xylanase and endoglucanase activities in the solid fraction also were increased (P < 0.05) by enzyme addition, indicating an increase in fibrolytic activity due to ruminal microbes. Gas production over 96 h of incubation was determined using a gas pressure measurement technique. Incremental levels of enzyme increased (P < 0.05) the rate of gas production of all substrates, suggesting that fermentation of cellulose and xylan was enzyme-limited. However, adding the enzyme at levels higher than 2.55 muL/g of DM failed to further increase the rate of gas production, indicating that the maximal level of stimulation was already achieved at lower enzyme concentrations. It was concluded that enzymes enhanced the fermentation of cellulose and xylan by a combination of pre- and postincubation effects (i.e., an increase in the release of reducing sugars during the pretreatment phase and an increase in the hydrolytic activity of the liquid and solid fractions of the ruminal fluid), which was reflected in a higher rate of fermentation.

Influence of exogenous fibrolytic enzyme level and incubation pH on the in vitro ruminal fermentation of alfalfa stems

A series of in vitro experiments was carried out to examine the impact of enzyme application rate and incubation medium pH on the rate and extent of fermentation of alfalfa stems. In Experiment 1, a commercial enzyme product (Liquicell 2500, Specialty Enzyme and Biochemicals, Fresno, CA, USA) was added to alfalfa stems at six levels: 0, 0.51, 1.02, 2.55, 5.1, and 25.5 mu l/g (control and L1-L5, respectively) to forage DM in a completely randomized design, with a factorial arrangement of treatments. Rate and extent of fermentation and apparent organic matter degradation (OMD) were determined in vitro, using a gas production technique. Addition of enzyme linearly increased (P < 0.01) gas production for up to 12 h (68.9, 70.9, 67.6, 67.9, 71.9, and 74.9 ml/g OM for control, L1-L5, respectively) and OMD for up to 19 h incubation (0.425, 0.444, 0.433, 0.446, 0.443, and 0.451 for control, L1-L5, respectively), but no increases (P > 0.05) were detected thereafter. In Experiment 2, the effect of the same enzyme as used previously (added at 0.51 mu l/g forage DM, directly into the incubation medium), and buffer pH were examined using the ANKOM system, in a completely randomized design. Incubation medium pH was altered using 1 M citric acid, in order to obtain target initial pH values of 6.8 (control, no citric acid added), 6.2, 5.8, and 5.4. Actual initial pH values achieved were 6.72, 6.50, 6.20, and 5.72. Lowering the pH decreased (P < 0.01) dry matter disappearance (DMD) at 18 h incubation (0.339, 0.341, 0.314, and 0.291 for 6.72, 6.50, 6.20, and 5.72, respectively), whereas enzyme addition increased (P < 0.05) DMD at 24 h (0.363 versus 0.387 for control and enzyme-treated, respectively). Addition of enzyme increased (P < 0.05) neutral detergent fibre (NDF), acid detergent fibre (ADF), and hemicellulose (HC) degradation at pH 6.50 (0.077 versus 0.117; 0.020 versus 0.051; 0.217 versus 0.270 for control and enzyme-treated NDF, ADF and hemicellulose degradation, respectively) and 6.72 (0.091 versus 0.134; 0.041 versus 0.079; 0.205 versus 0.261 for control and enzyme-treated NDF, ADF and HC degradation, respectively). It is concluded that the positive effects of this enzyme product were independent of the pre-treatment period, but pH influenced the responses to enzyme supplementation. Under the conditions of this experiment, exogenous fibrolytic enzymes seemed to work better at close to neutrality ruminal pH conditions. (C) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.