Effects of medium-chain fatty acids and ration type on <em>in vitro </em>ruminal methane production

Abstract

Several studies <em>in vitro </em>and<em> in vivo</em> have pointed out the effectiveness of medium-chain fatty acids (MCFA) in suppressing ruminal methane production. Yet no study has elucidated the effect of MCFA type and concentration as well as its forms (single and combined) in different diets on methane production. The objective of this study was to determine the type, concentration and proper form of MCFA application, with regard to the negative impact on the process of fermentation in the rumen.<br /> A systematic and comprehensive <em>in vitro</em> (Hohenheim gas test, HGT) experiment was designed and conducted to determine how different types of MCFA at different level of concentrations, in different formats and mixed in different diet, affect rumen methane formation. To complement the results produced by previous studies, C₈, C₁₀, C₁₂ and C₁₄ were included in the experiment. Each MCFA was mixed into 3 different diets, with the forage (F): concentrate ratios of 25:75 (25F); 50:50 (50F) and 75:25 (75F), to obtain MCFA concentrations of 1, 3, and 5% (w/w) in each diet. At 5% concentration, the effect of single and combined forms of MCFA on methane formation was also compared and assessed. Total gas production, feed digestibility, ammonium production, short-chain fatty acids production and protozoa numbers were also observed to analyze side effects of MCFA supplementation on ruminal nutrient turnover.<br /> The first part of the study was conducted to assess the effects of different chain (carbon) lengths of MCFA as well as differences in the concentration level of each MCFA within different diets on ruminal methane production and other variables. Methane formation suppression was observed (P≤0.05) at treatments which included the combination between C₁₀ and C₁₂ in diet 50F. The MCFA concentration increments significantly decreased methane formation following a linear trend.<br /> The second part of the study focused on determining effects of MCFA forms on ruminal methane production. The effectiveness of single form of MCFA was compared with the combination form of two MCFA, in uniform concentration (5% w/w). Both MCFA forms suppressed methane production to a highest degree in combination with diet 50F, with C₁₂ being the most effective, irrespective the arrangement of MCFA application (single vs. combined). MCFA inclusion into different diets lowered short-chain fatty acids production, and was accompanied by the decrease of acetate:propionate ratio and protozoa cells reduction.

<strong>Auswirkungen mittelkettiger Fettsäuren und des Rationtyps auf die ruminale Methanproduktion <em>in vitro</em></strong><br /> Zahlreiche Studien, haben bereits sowohl <em>in vitro </em>als auch<em> in vivo</em> die Wirksamkeit von mittelkettigen Fettsäuren (medium-chain fatty acids, MCFA) zur Unterdrückung der ruminalen Methanproduktion gezeigt. Bisher gibt es keine Studien, in denen der Einfluss des MCFA-Typs, der MCFA-Konzentration – einzeln oder in Kombination – und für unterschiedlichen Rationen auf die Methanproduktion in einem systematischen Ansatz untersucht wurde. Das Ziel dieser Studie war es deshalb, auch im Hinblick auf mögliche negative Effekte der MCFA auf den Fermentationprozess im Pansen, den Typ, die Konzentration und das geeignete Format für die MCFA-Anwendung zu bestimmen.<br /> Ein systematischer und umfassender<em> in vitro</em>-Versuch (Methode Hohenheimer Futterwerttest) wurde durchgeführt, um zu bestimmen, wie unterschiedliche MCFA-Typen in unterschiedlichen Konzentrationen, unterschiedlichen Formaten und in unterschiedlichen Rationen die Methanbildung im Pansen beeinflussen. Um die lückenhaften Befunde vorhergehender Studien zu ergänzen, wurden C8, C10, C12 und C14 in den Versuch einbezogen. Jede MCFA wurde in drei verschiedene Rationen mit Grobfutter (Forage, F):Konzentratfutter-Verhältnissen von 25:75 (25F), 50:50 (50F) und 75:25 (75F) in Konzentrationen von 1, 3 und 5 % (w/w) eingemischt. Bei der 5 %-Stufe wurde auch der Effekt einzelner und kombinerter MCFA auf die Methanbildung verglichen und bewertet. Ebenfalls ermittelt wurden die Gesamtgasbildung, die Verdaulichkeit der Ration, die PProduktion an ammonium und kurzkettigen Fettsäuren sowie die Anzahl an Protozoen, um weitere Effekte der MCFA-Supplementierung auf den ruminalen Nährstoffumsatz zu analysieren.<br /> Der erste Teil der Studie wurde durchgeführt, um die Effekte unterschiedlicher (Kohlenstoff-) Kettenlängen der MCFA und Unterschiede in der Konzentration jeder MCFA in den unterschiedlichen Rationen auf die ruminale Methanproduktion und andere Variablen zu beurteilen. Eine deutliche Abnahme (P≤0.05) der Methanbildung wurde nur mit der Ration 50F in Behandlungen, die eine Kombination von C10 und C12 enthielten, beobachtet.<br /> Der zweite Teil der Studie fokussierte auf die Wirksamkeit einzelner MCFA verglichen mit der Wirksamkeit der Kombination von jeweils zwei MCFAbei einem Gehalt 5 % in der Ration. Erneut war die Reduktion am deutlichsten bei der Ration 50F, und immer dann wenn C12 verwendet wurde, einzeln oder in kombination mit anderen MCFA. Die Einbeziehung von MCFA in verschiedene Rationen erniedrigte die Produktion kurzkettiger Fettsäuren und dies war von einem engeren Verhältniss von Acetat zu Propionat und der Abnahme der Protozoenzahl begleitet.