Effects of Organic Acids on In Vitro Ruminal Fermentation Characteristics and Methane Emission

Ji Un Ok(옥지운),Dong Uk Ha(하동욱),Shin Ja Lee(이신자),Eun Tae Kim(김언태),Sang Suk Lee(이상석),Young Kyun Oh(오영균),Kyoung Hoon Kim(김경훈),Sung Sill Lee(이성실) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.10

본 연구의 목적은 organic acids를 첨가하여 in vitro 상의 반추위 발효성상과 반추위 내 메탄 억제에 미치는 영향에 대한 효과를 알아보고자 하였다. 반추위액은 순천대학교 부속목장의 반추위 cannula가 시술된 Holstein에서 채취하였고, organic acids는 반추위액과 버퍼의 혼합액에 첨가하여 배양하였다. 그 결과 pH 값은 lactic acid, malic acid 및 succinic acid첨가구에서 6.69에서 6.16 정도로, 대조구와 다른 첨가구보다 낮았다. 총 가스 발생량은 배양 48시간에 aspartic acid, malic acid 및 succinic acid첨가구에서 유의적(p<0.05)으로 높았고, 메탄 발생량은 lactic acid 첨가구에서 대조구보다 낮았다. 총 VFA와 propionic acid의 농도는 배양 12시간에 모든 첨가구가 대조구에 비해 높았다. 반추위 미생물 측정 결과에서는 Fumaric acid와 malic acid의 bacteria수가 대조구에 비해 유의적으로 증가하였으며(p<0.05), protozoa수는 유의적(p<0.05)으로 감소되었다. 이상의 실험 결과를 종합해 보면, organic acids의 첨가는 반추위 내 pH를 감소시키고 가스 발생량, 반추위 미생물 성장량 및 propionic acid 모두 증가시켰으며, 특히 lactic acid는 메탄생성을 억제하였다. 앞으로 Organic acid와 다른 메탄억제 물질과 혼합하여 반추위 내 메탄생성 억제에 관한 구체적인 연구가 필요한 것으로 사료된다. The objective of this study was to evaluate the in vitro effects of organic acids on methane emission and ruminal fermentation characteristics. We expected our methodology to result in a decrease of methanogens attached to the surface of rumen ciliate protozoa by addition of organic acids and in particular a decrease in methane emission. A fistulated Holstein cow of 650 kg body weight was used as a donor of rumen fluid. Organic acids (aspartic acid, fumaric acid, lactic acid, malic acid, and succinic acid) known to be propionate enhancers were added to an in vitro fermentation system and incubated with rumen fluid. The microbial population, including bacteria, protozoa, and fungi, were enumerated, and gas production, including methane and fermentation characteristics, were observed in vitro. Organic acids appeared to affect the rumen protozoan community. The rumen protozoal popuation decreased with the addition of aspartic acid, fumaric acid, lactic acid, and malic acid. In particular, the methane emission was reduced by addition of lactic acid. The concentration of propionate with all organic acids that were added appeared to be higher than that of the control at 12 h incubation. Addition of organic acids significantly affected rumen bacteria and microbial growth. The bacteria in added fumaric acid and malic acid was significantly higher (p<0.05) and protozoa was significantly lower (p<0.05) than that of the control. Microbial growth with the addition of organic acids was greater than the control after 48 h incubation.

반추가축영양 : Saponin 함유 식물 추출물의 첨가가 반추위 발효성상과 메탄생성에 미치는 영향

옥지운 ( Ji Un Ok ),백열창 ( Youl Chang Baek ),김경훈 ( Kyoung Hoon Kim ),이상철 ( Sang Cheol Lee ),설용주 ( Yong Joo Seol ),이강연 ( Kang Yeon Lee ),최창원 ( Chang Weon Choi ),전체옥 ( Che Ok Jeon ),이상석 ( Sang Suk Lee ),이성실 한국동물자원과학회(구 한국축산학회) 2011 한국축산학회지 Vol.53 No.2

본 연구는 saponin 함유 식물 추출물을 이용하여 반추위 발효성상과 메탄생성에 미치는 영향을 알아보고자 실시하였다. 반추위액은 볏짚과 농후사료를 5:5 비율로 급여한 거세한우 2두의(체중: 803±0.5 kg) 반추위 cannula를 통하여 채취하였다. 채취한 반추위액은 buffer와 1:2(V/V)의 비율로 혼합하여 배양액으로 사용하였으며, 15 ml 배양액에 옥수수 전분 0.2 g를 첨가하고, saponin 함유 식물 추출물 (비누풀, 오가피, 유카, 인삼 및 차나무)을 0.5% 첨가하여 39℃에서 24시간동안 배양하였다. 반추위 발효성상에 있어서 pH 값은 배양 시간동안 모든 처리구가 대조구에 비해 유의적 (p<0.05)으로 낮게 나타났으며, 총 휘발성 지방산의 함량은 배양 12시간부터 모든 처리구에서 유의적 (p<0.05)으로 높았다. Acetate의 농도는 배양 6시간부터 처리구에서 낮았고, propionate의 농도는 높아 역의 관계를 나타내었다. 암모니아의 농도는 최종 발효시간인 24시간에 오가피와 유카추출물 처리구는 대조구와 비슷한 수준이었지만, 다른 처리구는 유의적(p<0.05)으로 낮았다. 반추위 protozoa의 수는 비누풀 추출물 처리구를 제외한 모든 처리구에서 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 적었다. 총 가스 발생량은 배양 12시간부터 처리구에서 높은 경향이었지만, 메탄 발생량은 오가피와 비누풀 추출물 처리구를 제외한 나머지 처리구에서 낮게 나타났다. 따라서 본 시험 결과를 볼 때 saponin의 첨가에 의해 메탄 발생량이 감소하는 것은 반추위 protozoa의 감소에 의해 나타난 것으로 생각된다. This study was conducted to evaluate the effects of saponin contained plant extracts on in vitro rumen fermentation characteristics and methane production. Ruminal fluid was collected from rumen cannulated Hanwoo steers fed rice straw and concentrate(5:5). Collected rumen fluids, corn starch and buffer including saponin contained plant extracts(ginseng, Ogapi, soapwort, tea plant and yucca; 0.5%/15 ml) were incubated at 39℃ for 24 h. All incubations were repeated five times. Rumen pH in all treatments was lower(p<0.05) compared with that of the control(no addition) during incubation time. The concentration of total VFA in all treatments was higher(p<0.05) than that of the control after 12h incubation. Compared with the control, the concentration of acetate and propionate in all treatments was lower and higher after 6h incubation, respectively. The concentration of NH3-N in all treatments was lower(p<0.05) than that of the control except for Ogapi or yucca extracts supplementation. The number of protozoa in all treatments was significantly(p<0.05) lower than that of the control except for soapwort extract supplementation. The total gas production and methane production in all treatments was higher(p<0.05) and lower(p<0.05) compared with the control, except for ogapi or soapwort extracts supplementation after 12h incubation, respectively. Therefore, reduction in methane production by saponins may could be results from decreased protozoal population without any negative in vitro fermentation.

Effects of Halogenated Compounds on in vitro Fermentation Characteristics in the Rumen and Methane Emissions

Hee Soon Hwang(황희순),Ji Un Ok(옥지운),Shin Ja Lee(이신자),Gyo Moon Chu(추교문),kyoung Hoon Kim(김경훈),Young Kyoon Oh(오영균),Sang Suk Lee(이상석),Sung Sill Lee(이성실) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.9

본 연구는 할로겐 화합물의 첨가가 in vitro 상의 반추위 발효성상과 메탄생성에 미치는 영향에 대한 효과를 규명하고자 실시하였다. Italian rye grass 및 배합사료를 6:4의 비율로 급여한 반추위 cannula가 시술된 홀스타인에서 반추위액을 채취하여 사용하였고, 채취된 반추위액은 분쇄된 timothy (대조구; C)에 bromochloromethane (BCM구), 2-Bromoethanesulfonic acid (BES구), 3-Bromopropanesulfonic acid (BPS구), chloroform (CLF구) 및 Pyromellitic diimide (PMDI구)의 5가지 할로겐 화합물을 각각 1 ppm씩 첨가하여 in vitro 배양하였다. pH는 6.72 에서 6.25 정도로 배양시간이 경과함에 따라 낮아지는 경향을 나타내었고, 배양 48시간에는 처리구간 차이가 없었다. 배양 48시간 후의 총 가스 발생량은 처리구간 유의적인(p<0.05) 차이는 없었고, BPS구를 제외한 모든 처리구 에서의 메탄 발생량은 대조구에 비해 유의적으로(p<0.05) 감소하였다. 배양 12시간에서의 총 휘발성 지방산 및 propionic acid의 발생량은 처리구가 대조구에 비해 유의적으로(p<0.05) 높았다. 본 실험의 결과, 할로겐 화합물의 첨가는 반추위 내의 pH, 건물 소화율, 미생물 수 및 총 가스 발생량의 발효 성상에는 영향을 주지 않으면서 메탄의 발생량이 감소 되었다. 실험 결과를 종합해 보면, 할로겐 화합물 첨가는 반추위 내 pH, 가스 발생량, 반추위 미생물 성장량 및 propionic acid 모두 증가하였으며, 반추위내 메탄생성을 억제하였다. 앞으로 할로겐화합물과 다른 메탄억제 물질과 혼합하여 반추위 내 메탄생성 억제에 관한 구체적인 연구가 필요한 것으로 생각된다. This study was conducted to evaluate effects of halogenated compounds on in vitro rumen fermentation characteristics and methane emissions. A fistulated Holstein cow of 650 kg body weight was used as a donor of rumen fluid. Five kinds of halogenated compounds (bromochloromethane (BCM), 2-bromoethane sulfonic acid (BES), 3-bromopropanesulfonic acid (BPS), chloroform (CLF), and pyromellitic diimide (PMDI) known to inhibit methyl-coenzyme M reductase activity were added to an in vitro fermentation incubated with rumen fluid. The microbial population including bacteria, protozoa, and fungi were enumerated, and gas production including methane and fermentation characteristics were observed in vitro. The pH values ranged from 6.25 to 6.72 in all the treatments, and these showed a similar level at 48 hr. The total gas production in the treatments showed a similar pattern with C at 48 hr, whereas methane production in the treatments was lower (p <0.05) than C. Concentrations of total volatile fatty acids (VFAs) and propionic acid were higher (p <0.05) in the treatments than in C at 12 hr. Therefore, halogenated compounds (BCM, BES, BPS, CLF, and PMDI) inhibited in vitro methane emissions by inhibiting methanogens in the rumen. Further studies on safety are needed.

반추기축영양 : 겨자종자와 겨자분의 첨가가 반추위 발효성상과 메탄생성에 미치는 영향

이강연 ( Kang Yeon Lee ),김경훈 ( Kyoung Hoon Kim ),백열창 ( Youl Chang Back ),옥지운 ( Ji Un Ok ),설용주 ( Yong Joo Seol ),한기준 ( Ki Jun Han ),박근규 ( Keun Kyu Park ),류호태 ( Ho Tae Ryu ),이상석 ( Sang Suk Lee ),전체옥 ( Che 한국동물자원과학회(구 한국축산학회) 2013 한국축산학회지 Vol.55 No.1

본 연구는 allyl isothiocyanate를 함유한 겨자종자와 겨자분을 이용하여 반추위 발효성상과 메탄 배출에 미치는 영향을 알아보고자 실시하였다. 완충용액과 혼합한 반추위액 30ml에 겨자종자와 겨자분을 첨가하여 39℃에서 6, 12, 그리고 24시간 동안 배양하였다. 겨자종자와 겨자분은 각각 0, 3.33, 5.00, 6.67 및 8.34g/L 첨가하였다. 총 가스 생성량은 모든 처리구에서 유의적으로 증가하였다(P<0.01). 메탄 배출량은 겨자종자를 6.67g/L 및 8.34g/L 첨가하였을 때 각각 4.77% 및 11.54% 감소하였다(P<0.05). 겨자분에서는 배양 6시간에 8.34g/L를 첨가하였을 때를 제외하고 효과가 나타나지 않았다. 반추위 발효성상에 있어, pH는 대조구와 비교하여 모든 처리구에서 낮게 나타났다(P<0.01). 암모니아의 농도는 첨가량이 증가할수록 유의적으로 증가하였다(P<0.01). 총 휘발성 지방산 농도는 모든 처리구가 대조구보다 높았다(P<0.05). 대조구와 비교하여 acetate의 농도는 감소하였고, propionate의 농도는 증가하였다(P<0.05). Acetate와 propionate 변화로 인해 A:P ratio 역시 감소하였다(P<0.05). 본 시험 결과로 보아, allyl iso- thiocyanate를 함유한 겨자종자를 첨가하였을 때 반추위 발효성상에 영향을 미치지 않고 메탄 생성량을 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다. The purpose of this study was to investigate the effects of mustard, which contains allyl isothiocyanate, on ruminal fermentation and methane emission in vitro. To this end, diluted ruminal fluid(30ml) was incubated anaerobically at 39℃ for 6, 12, and 24h with or without seeds or powdered mustard. Either mustard seed or powdered mustard was weighed and serially(0, 3.33, 5.00, 6.67, and 8.33g/L) mixed with ruminal fluid. Ammonia-N was increased(P<0.05) by mustard treatment in a dose dependent manner. Regardless of concentration or form, mustard increased(P<0.05) total VFA content but decreased(P<0.01) pH compared to control group. Molar proportion of acetate(A) was decreased (P<0.05) whereas propionate(P) was increased(P< 0.05) by mustard treatment, thereby A:P ratio was decreased(P<0.05) compared to control group. Total gas production was increased(P<0.01) in a linear manner by mustard treatment compared to control group. There was no effect of mustard powder, except 8.33g/L level at 6h, on methane emission. However, at 24h, methane emission was reduced(P<0.05) by 4.77% and 11.54% with 6.67g/L and 8.33g/L of mustard seeds supplementation, respectively. Altogether, these results suggest that mustard seeds containing allyl isothiocyanate may reduce methane production without disturbing ruminal fermentation.

무기물성 및 식물성 생리활성 물질이 반추위 미생물의 성장에 미치는 영향

신성환(Sung Whan Shin),이신자(Shin Ja Lee),옥지운(Ji Un Ok),이상민(Sang Min Lee),임정화(Jung Hwa Lim),김경훈(Kyoung Hoon Kim),문여황(Yea Hwang Moon),이성실(Sung Sill Lee) 한국생명과학회 2007 생명과학회지 Vol.17 No.11

본 연구는 무기물성 및 식물성 유래 생리활성물질로서 scoria, germanium, charcoal, 생강, stevia 및 CLA(conjugated linoleic acid)가 병원성 미생물 및 반추위 미생물에 대한 작용을 조사하기 위하여 수행되었다. 병원성 균으로서 Escherichia coli O157, Salmonella paratyphi, Listeria monocytogenes 및 Staphylococcus aureus에 적용하여 항균활성을 측정하고, in vitro 발효 시 반추위 미생물 성장률, 가스 생성량, 암모니아 농도, CMCase 활성 및 미생물의 수를 측정하였다. 병원성 미생물 배양액에 생강을 0.1% 첨가한 구에서만 항균활성이 나타났으나, paper disc법에 의한 항균활성 시험에서는 stevia 10%첨가구와 CLA 10% 첨가구에서 E. coli 에 대해서 항생제 첨가구인 positive control 구와 비슷한 크기의 clear zone을 형성하였다. In vitro 반추위 미생물 발효시험에서는 생강, stevia 및 CLA가 반추위 박테리아와 프로토조아의 증식을 억제하는 것으로 나타났는데, 특히 생강 첨가구의 경우 메탄 생성균의 서식지로 알려져 있는 프로토조아를 크게 억제함으로써 메탄생성 억제제로서 개발 가능성이 있는 것으로 사료된다. In order to know the effects of scoria, germanium, charcoal, ginger, stevia, and CLA(Conjugated Linoleic Acid) as biologically active materials on pathogenic microbes and rumen anaerobic microbes, the growth rate of pathogens (including Escherichia coli O157, Salmonella paratyphi, Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus) and in vitro rumen microbial growth, gas production, ammonia concentration, carboxymethyl-cellulase (CMCase) activity, and microbial populations were investigated. The growth of pathogenic microbes was inhibited by the supplement of 0.10% ginger. Ginger had powerful antimicrobial properties on all the pathogens used in this experiments. Additionally in the antibacterial assay by paper disc method, we could observe the clear zone of similar area with the positive control(antibiotics) for E. coli as applied with the 10% stevia or the 10% CLA only. The supplements of ginger, stevia and CLA in in vitro rumen fermentation inhibited populations of rumen bacteria and protozoa. Particularly supplement of ginger resulted in remarkable reduction of the protozoa population, which means it might serve as a source inhibiting material of methane creation in the rumen.