Effect of yeast-fermented broken rice powder in para grass diet on methane production in an in vitro rumen incubation using cattle rumen fluid
Main Article Content
Abstract
The study was conducted at An Giang University with the objective of determining the effects of varying levels of yeast-fermented rice bran supplementation (Saccharomyces cerevisiae) on methane production in in vitro conditions, using Brachiaria grass (Brachiaria mutica) as the substrate. The experiment was designed in a completely randomized manner with four treatments, corresponding to fermented rice bran supplementation levels of 0%, 5%, 10%, and 15% w/w based on the dry matter of Brachiaria grass, each with three replicates.
The analysis results showed that the fermented rice bran contained a dry matter content of 42.86% and a crude protein content of 8.13% (based on dry matter). The pH values of the treatments differed significantly, with values of 6.99, 6.81, 6.68, and 6.64 corresponding to the fermented rice bran supplementation levels of 0%, 5%, 10%, and 15% based on dry matter (P<0.05). This supplementation in the Brachiaria-based diet under In vitro conditions did not affect the total gas production but significantly influenced methane concentration and total methane production, with values of 17.15%, 15.64%, 16.25%, and 14.83%, and 11.75, 10.45, 10.01, and 9.60 ml/500 mg dry matter, respectively, corresponding to the 0%, 5%, 10%, and 15% supplementation levels.
These findings suggest that the inclusion of fermented rice bran in a Brachiaria-based diet does not affect total gas production but significantly impacts methane concentration and total methane production.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Keywords
brachiaria grass, greenhouse gases, rumen fluid, Saccharomyces cerevisiae, Yeast-fermented broken rice
References
AOAC. (2005). Official Methods of Analysis of the Association of Analytical Chemists International, 18th edition. Gathersburg, MD U.S.A. Official methods, 2005.08
Asep, S., Rizk, I., Nurul, A., & Apri, A. (2016). Effect of molasses, rice bran, and tapioca flour as additives on the quality and digestibility of cassava leaf silage. Journal of the International Society for Southeast Asian Agricultural Sciences, 22(2), 40-49.
Bannink, A., Kogut, J., Dijkstra, J., France, J., Kebreab, E., Van Vuuren, A. M., & Tamminga, S. (2006). Estimation of the stoichiometry of volatile fatty acid production in the rumen of lactating cows. Journal of Theoretical Biology, 238, 36–51.
Cai, L., Yu, J., Hartanto, R., & Qi, D. (2021). Dietary supplementation with Saccharomyces cerevisiae, Clostridium butyricum, and their combination ameliorates rumen fermentation and growth performance of heat-stressed goats. Animals (Basel), 11(7), 2116. https://doi.org/10.3390/ani11072116
Dali, N. (2008). Principal guidelines for a national climate change strategy: Adaptation, mitigation, and international solidarity. In P. Rowlinson, M. Steele, & A. Nefzaoui (Eds.), Proceedings of the International Conference on Livestock and Global Climate Change (pp. 1-5). Cambridge University Press.
Danesi, E. D. G., Miguel, A. S. M., Rangel-Yagui, C. de O., & Carvalho, J. C. M. de. (2006). Effect of carbon ratio (C) and substrate source on glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) production by recombinant Saccharomyces cerevisiae. Journal of Food Engineering, 75(1), 96-103.
Dijkstra, J., Oenema, O., & Bannink, A. (2011). Dietary strategies to reduce N excretion from cattle: Implications for methane emissions. Current Opinion in Environmental Sustainability, 3, 414–422.
El-Ghani, A. A. (2004). Influence of diet supplementation with yeast culture (Saccharomyces cerevisiae) on performance of Zaraibi goats. Small Ruminant Research, 52, 223-229.
Fadel, M., Keera, A. A., Mouafi, F. E., & Kahil, T. (2013). High level ethanol from sugar cane molasses by a new thermotolerant Saccharomyces cerevisiae strain in industrial scale. Biotechnology Research International, 1-6.
Inthapanya, S., Preston, T. R., Ngoan, L. D., & Phung, L. D. (2020). Effect of yeast-fermented rice and rice distillers’ byproduct on methane production in an in vitro rumen incubation of ensiled cassava root, supplemented with urea and leaf meal from sweet or bitter varieties of cassava. Livestock Research for Rural Development, 32, Article #52. Retrieved from http://www.lrrd.org/lrrd32/3/intha32052.html
Johnson, K. A., & Johnson, D. E. (1995). Methane emissions from cattle. Journal of Animal Science, 73, 2483-2492.
Koenig, K. M., Beauchemin, K. A., & Rode, L. M. (2003). Effect of grain processing and silage on microbial protein synthesis and nutrient digestibility in beef cattle fed barley-based diets. Journal of Animal Science, 81, 1057–1067.
Kumar, S., Puniya, A. K., Puniya, M., Dagar, S. S., Sirohi, S. K., & Singh, K. (2009). Factors affecting rumen methanogens and methane mitigation strategies. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 25, 1557–1566.
Martin, C., Rouel, J., Jouany, J. P., Doreau, M., & Chilliard, Y. (2008). Methane output and diet digestibility in response to feeding dairy cows crude linseed, extruded linseed, or linseed oil. Journal of Animal Science, 86(10), 2642–2650.
McDonald, P., Edwards, R. A., Greenhalgh, J. F. D. & Morgan, C. A. (2002). Animal nutrition (6th edition). Longman Singapore Publisher Ltd...
Minitab (2010). Minitab version 16, Release 13.1 for Windows, Minitab Inc., USA.
Nguyễn, T. T. H. (2022). Ảnh hưởng của các mức Saccharomyces cerevisiae đến chất lượng của bột tấm lên men. Tạp chí KHKT Chăn nuôi, 284, 40-45.
Nguyễn, T. T. H., Chu, M. T., & Dương, N. K. (2016). Ảnh hưởng của cây Mai dương (Mimosa pigra) đến tiêu hóa và sinh khí mê tan của dê giai đoạn sinh trưởng được ăn khẩu phần cơ sở cỏ Lông tây. Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi. Số 59, 82-91.
Nguyen, T. T. H., Nguyen, T. N. T., & Le, T. M. H. (2023). Effects of a supplement of yeast-fermented broken rice on nitrogen retention and methane emissions in growing goats fed Para grass (Brachiaria mutica). Livestock Research for Rural Development. Volume 35, Article #47. Retrieved May 4, 2023, from http://www.lrrd.org/lrrd35/5/3547hong.html
Nguyễn, V. T., & Nguyễn, T. K. Đ. (2008). Ảnh hưởng của lá rau muống thay thế cỏ lông tây lên sự tăng trưởng của thỏ cái lai, Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 9, 19-25.
Nguyen, V. T., Preston, T. R., & Leng, R. (2022) Supplementing the diet of growing cattle with yeast-fermented rice (YFR) increased the production of rumen propionate, decreased emissions of methane and improved growth and feed conversion. Livestock Research for Rural Development. Volume 34, Article #113. Retrieved August 14, 2024, from http://www.lrrd.org/lrrd34/12/34113thuv.html
Nguyễn, X. T., Nguyễn, T. D. H., Nguyễn, V. Đ., & Nguyễn, N. B. (2015). Ảnh hưởng của tỷ lệ cỏ lông tây (Brachiaria mutica) và lá chè đại (Trichanthera gigantea) trong khẩu phần đến hiệu quả sử dụng thức ăn và sinh trưởng của thỏ thịt. Tạp chí Khoa học và Phát triển, 13(4), 573-579.
Nguyễn. T. T. H., & Dương, N.K. (2017). Ảnh hưởng của Mai dương (Mimosa pigra L.) trong khẩu phần lên mức ăn vào và khả năng sinh trưởng của dê thịt. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 48b, 58-65.
O'Mara, F. P., Beauchemin, K. A., Kreuzer, M., & McAllister, T. A. (2008). Reduction of greenhouse gas emissions of ruminants through nutritional strategies. In Proceedings of the British Society of Animal Science International Conference: Livestock and Global Climate Change (pp. 40–43). Retrieved from http://www.bsas.org.uk/downloads/LGCC_procdings.pdf
Paustian, K., Antle, J., Sheehan, J., & Paul, E. (2006). Agriculture's role in greenhouse gas mitigation. Prepared for the Pew Center on Global Climate Change.
Prescott, L. M., Harley, J. P., & Klein, D. A. (1996). Microbiology (5th ed.). WCB Publishers.
Preston, T. R., & Leng, R. A. (1991). Các hệ thống chăn nuôi gia súc nhai lại dựa trên nguồn thức ăn có sẵn ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới (Lê Viết Ly, Lê Ngọc Dương, Nguyễn Viết Hải, Nguyễn Tiến Vỡn, Lê Đức Ngoan, & Đàm Văn Tiện, Trans.). Hà Nội: Nhà xuất bản Nông nghiệp.
Preston, T. R., & Leng, R. A. (2021). Rumen escape protein. Livestock Research for Rural Development, 33, Article #108. Retrieved August 18, 2024, from http://www.lrrd.org/lrrd33/9/33108prest.htm
Qadis, A. Q., Goya, S., Ikuta, K., Yatsu, M., Kimura, A., Nakanishi, S., & Sato, S. (2004). Effects of a bacteria-based probiotic on ruminal pH, volatile fatty acids, and bacterial flora of Holstein calves. Journal of Veterinary Medical Science, 76, 877–885. https://doi.org/10.1292/jvms.14-0028
Sukaryana, Y., Atmomarsono, U., Yunianto, V. D., & Supriyatna, E. (2010). Bioconversions of palm kernel cake and rice bran mixtures by Trichoderma viride toward nutritional contents. International Journal of Science and Engineering, 1(1), 27-32.
Tony, H. (2013). How yeast can improve feed efficiency in ruminants. Cargill Dairy News Magazine. Tonad Publishers LTD. 100–101. Ogun, Nigeria.
Trần, T. T. H., Đào. T. P., & Lê. V. A. (2013). Ảnh hưởng của cám gạo và bã sắn lên men với Aspergillus oryzae và Sacchromyces cerevisiae trong khẩu phần ăn đến hiệu quả sinh trưởng của lợn thịt. Tạp chí Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 227, 83 - 89.
Trần, T. T. H., Lê. V.A., & Hidenor, H. (2015). Ảnh hưởng của thức ăn lên men và enzyme phytaza đến khả năng tiêu hóa các chất dinh dưỡng và sự phát thải khí amoniac ở lợn thịt. Tạp chí Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 34 - 40.
Tripathi, M. K., Karim, S. A., Chaturvedi, O. H., & Verma, D. L. (2008). Effect of different liquid cultures of live yeast strains on performance, ruminal fermentation, and microbial protein synthesis in lambs. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 92(6), 631-639.
Van Soest, P. J., Robertson, J. B., & Lewis, B. A. (1991). Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and non-starch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science, 74(10), 3583-3598.
Vũ, D. G., Nguyễn, X. B., Lê, Đ. N., Nguyễn, X. T., Vũ, C. C.., & Nguyễn, H. V. (2008). Dinh dưỡng và thức ăn cho bò. NXB Nông nghiệp, Hà Nội.
Wang, Y. H., Xu, M., Wang, F. N., Yu, Z. P., Yao, J. H., Zan, L. S., & Yang, F. X. (2009). Effect of dietary starch on rumen and small intestine morphology and digesta pH in goats. Livestock Science, 122, 48-52.
Watson, R. (2008). Climate change: An environmental, development, and security issue. In P. Rowlinson, M. Steele, & A. Nefzaoui (Eds.), Proceedings of the International Conference on Livestock and Global Climate Change (pp. 6-7). Cambridge University Press.
Asep, S., Rizk, I., Nurul, A., & Apri, A. (2016). Effect of molasses, rice bran, and tapioca flour as additives on the quality and digestibility of cassava leaf silage. Journal of the International Society for Southeast Asian Agricultural Sciences, 22(2), 40-49.
Bannink, A., Kogut, J., Dijkstra, J., France, J., Kebreab, E., Van Vuuren, A. M., & Tamminga, S. (2006). Estimation of the stoichiometry of volatile fatty acid production in the rumen of lactating cows. Journal of Theoretical Biology, 238, 36–51.
Cai, L., Yu, J., Hartanto, R., & Qi, D. (2021). Dietary supplementation with Saccharomyces cerevisiae, Clostridium butyricum, and their combination ameliorates rumen fermentation and growth performance of heat-stressed goats. Animals (Basel), 11(7), 2116. https://doi.org/10.3390/ani11072116
Dali, N. (2008). Principal guidelines for a national climate change strategy: Adaptation, mitigation, and international solidarity. In P. Rowlinson, M. Steele, & A. Nefzaoui (Eds.), Proceedings of the International Conference on Livestock and Global Climate Change (pp. 1-5). Cambridge University Press.
Danesi, E. D. G., Miguel, A. S. M., Rangel-Yagui, C. de O., & Carvalho, J. C. M. de. (2006). Effect of carbon ratio (C) and substrate source on glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) production by recombinant Saccharomyces cerevisiae. Journal of Food Engineering, 75(1), 96-103.
Dijkstra, J., Oenema, O., & Bannink, A. (2011). Dietary strategies to reduce N excretion from cattle: Implications for methane emissions. Current Opinion in Environmental Sustainability, 3, 414–422.
El-Ghani, A. A. (2004). Influence of diet supplementation with yeast culture (Saccharomyces cerevisiae) on performance of Zaraibi goats. Small Ruminant Research, 52, 223-229.
Fadel, M., Keera, A. A., Mouafi, F. E., & Kahil, T. (2013). High level ethanol from sugar cane molasses by a new thermotolerant Saccharomyces cerevisiae strain in industrial scale. Biotechnology Research International, 1-6.
Inthapanya, S., Preston, T. R., Ngoan, L. D., & Phung, L. D. (2020). Effect of yeast-fermented rice and rice distillers’ byproduct on methane production in an in vitro rumen incubation of ensiled cassava root, supplemented with urea and leaf meal from sweet or bitter varieties of cassava. Livestock Research for Rural Development, 32, Article #52. Retrieved from http://www.lrrd.org/lrrd32/3/intha32052.html
Johnson, K. A., & Johnson, D. E. (1995). Methane emissions from cattle. Journal of Animal Science, 73, 2483-2492.
Koenig, K. M., Beauchemin, K. A., & Rode, L. M. (2003). Effect of grain processing and silage on microbial protein synthesis and nutrient digestibility in beef cattle fed barley-based diets. Journal of Animal Science, 81, 1057–1067.
Kumar, S., Puniya, A. K., Puniya, M., Dagar, S. S., Sirohi, S. K., & Singh, K. (2009). Factors affecting rumen methanogens and methane mitigation strategies. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 25, 1557–1566.
Martin, C., Rouel, J., Jouany, J. P., Doreau, M., & Chilliard, Y. (2008). Methane output and diet digestibility in response to feeding dairy cows crude linseed, extruded linseed, or linseed oil. Journal of Animal Science, 86(10), 2642–2650.
McDonald, P., Edwards, R. A., Greenhalgh, J. F. D. & Morgan, C. A. (2002). Animal nutrition (6th edition). Longman Singapore Publisher Ltd...
Minitab (2010). Minitab version 16, Release 13.1 for Windows, Minitab Inc., USA.
Nguyễn, T. T. H. (2022). Ảnh hưởng của các mức Saccharomyces cerevisiae đến chất lượng của bột tấm lên men. Tạp chí KHKT Chăn nuôi, 284, 40-45.
Nguyễn, T. T. H., Chu, M. T., & Dương, N. K. (2016). Ảnh hưởng của cây Mai dương (Mimosa pigra) đến tiêu hóa và sinh khí mê tan của dê giai đoạn sinh trưởng được ăn khẩu phần cơ sở cỏ Lông tây. Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi. Số 59, 82-91.
Nguyen, T. T. H., Nguyen, T. N. T., & Le, T. M. H. (2023). Effects of a supplement of yeast-fermented broken rice on nitrogen retention and methane emissions in growing goats fed Para grass (Brachiaria mutica). Livestock Research for Rural Development. Volume 35, Article #47. Retrieved May 4, 2023, from http://www.lrrd.org/lrrd35/5/3547hong.html
Nguyễn, V. T., & Nguyễn, T. K. Đ. (2008). Ảnh hưởng của lá rau muống thay thế cỏ lông tây lên sự tăng trưởng của thỏ cái lai, Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 9, 19-25.
Nguyen, V. T., Preston, T. R., & Leng, R. (2022) Supplementing the diet of growing cattle with yeast-fermented rice (YFR) increased the production of rumen propionate, decreased emissions of methane and improved growth and feed conversion. Livestock Research for Rural Development. Volume 34, Article #113. Retrieved August 14, 2024, from http://www.lrrd.org/lrrd34/12/34113thuv.html
Nguyễn, X. T., Nguyễn, T. D. H., Nguyễn, V. Đ., & Nguyễn, N. B. (2015). Ảnh hưởng của tỷ lệ cỏ lông tây (Brachiaria mutica) và lá chè đại (Trichanthera gigantea) trong khẩu phần đến hiệu quả sử dụng thức ăn và sinh trưởng của thỏ thịt. Tạp chí Khoa học và Phát triển, 13(4), 573-579.
Nguyễn. T. T. H., & Dương, N.K. (2017). Ảnh hưởng của Mai dương (Mimosa pigra L.) trong khẩu phần lên mức ăn vào và khả năng sinh trưởng của dê thịt. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 48b, 58-65.
O'Mara, F. P., Beauchemin, K. A., Kreuzer, M., & McAllister, T. A. (2008). Reduction of greenhouse gas emissions of ruminants through nutritional strategies. In Proceedings of the British Society of Animal Science International Conference: Livestock and Global Climate Change (pp. 40–43). Retrieved from http://www.bsas.org.uk/downloads/LGCC_procdings.pdf
Paustian, K., Antle, J., Sheehan, J., & Paul, E. (2006). Agriculture's role in greenhouse gas mitigation. Prepared for the Pew Center on Global Climate Change.
Prescott, L. M., Harley, J. P., & Klein, D. A. (1996). Microbiology (5th ed.). WCB Publishers.
Preston, T. R., & Leng, R. A. (1991). Các hệ thống chăn nuôi gia súc nhai lại dựa trên nguồn thức ăn có sẵn ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới (Lê Viết Ly, Lê Ngọc Dương, Nguyễn Viết Hải, Nguyễn Tiến Vỡn, Lê Đức Ngoan, & Đàm Văn Tiện, Trans.). Hà Nội: Nhà xuất bản Nông nghiệp.
Preston, T. R., & Leng, R. A. (2021). Rumen escape protein. Livestock Research for Rural Development, 33, Article #108. Retrieved August 18, 2024, from http://www.lrrd.org/lrrd33/9/33108prest.htm
Qadis, A. Q., Goya, S., Ikuta, K., Yatsu, M., Kimura, A., Nakanishi, S., & Sato, S. (2004). Effects of a bacteria-based probiotic on ruminal pH, volatile fatty acids, and bacterial flora of Holstein calves. Journal of Veterinary Medical Science, 76, 877–885. https://doi.org/10.1292/jvms.14-0028
Sukaryana, Y., Atmomarsono, U., Yunianto, V. D., & Supriyatna, E. (2010). Bioconversions of palm kernel cake and rice bran mixtures by Trichoderma viride toward nutritional contents. International Journal of Science and Engineering, 1(1), 27-32.
Tony, H. (2013). How yeast can improve feed efficiency in ruminants. Cargill Dairy News Magazine. Tonad Publishers LTD. 100–101. Ogun, Nigeria.
Trần, T. T. H., Đào. T. P., & Lê. V. A. (2013). Ảnh hưởng của cám gạo và bã sắn lên men với Aspergillus oryzae và Sacchromyces cerevisiae trong khẩu phần ăn đến hiệu quả sinh trưởng của lợn thịt. Tạp chí Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 227, 83 - 89.
Trần, T. T. H., Lê. V.A., & Hidenor, H. (2015). Ảnh hưởng của thức ăn lên men và enzyme phytaza đến khả năng tiêu hóa các chất dinh dưỡng và sự phát thải khí amoniac ở lợn thịt. Tạp chí Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 34 - 40.
Tripathi, M. K., Karim, S. A., Chaturvedi, O. H., & Verma, D. L. (2008). Effect of different liquid cultures of live yeast strains on performance, ruminal fermentation, and microbial protein synthesis in lambs. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 92(6), 631-639.
Van Soest, P. J., Robertson, J. B., & Lewis, B. A. (1991). Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and non-starch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science, 74(10), 3583-3598.
Vũ, D. G., Nguyễn, X. B., Lê, Đ. N., Nguyễn, X. T., Vũ, C. C.., & Nguyễn, H. V. (2008). Dinh dưỡng và thức ăn cho bò. NXB Nông nghiệp, Hà Nội.
Wang, Y. H., Xu, M., Wang, F. N., Yu, Z. P., Yao, J. H., Zan, L. S., & Yang, F. X. (2009). Effect of dietary starch on rumen and small intestine morphology and digesta pH in goats. Livestock Science, 122, 48-52.
Watson, R. (2008). Climate change: An environmental, development, and security issue. In P. Rowlinson, M. Steele, & A. Nefzaoui (Eds.), Proceedings of the International Conference on Livestock and Global Climate Change (pp. 6-7). Cambridge University Press.
Most read articles by the same author(s)
- Thi Ngoc Trang Nguyen, Treating of pineapple waste with rice straw by fermentation method and reusing it as feed for ruminant cattle , Dong Thap University Journal of Science: Vol. 12 No. 2 (2023): Natural Sciences Issue (Vietnamese)