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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.64.2012.tde-26092012-134451
Document
Author
Full name
Yosra Ahmed Soltan Abd El Rahman
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2012
Supervisor
Committee
Abdalla, Adibe Luiz (President)
Costa, Ciniro
Lima, Magda Aparecida de
Sallam, Sobhy Mohamed Abdallah Hassan
Silva Filho, José Cleto da
Title in English
Effect of tanniniferous plants and essential oils on methane emission in ruminants
Keywords in English
Carvacrol
Eugenol
Fermentation
Leucaena
Sustainability
Tannins
Abstract in English
Tannins and essential oils are secondary metabolites that may be used as natural modifiers of rumen fermentation to reduce the ruminants' methane (CH4) emission. To study the application of tannin-rich plants from Egypt and Brazil, as well as essential oils that are available in international trade, three studies were conducted at Animal Nutrition Laboratory of Centro de Energia Nuclear na Agricultura, Universidade de São Paulo, at Piracicaba, Brazil. The first study was aimed to assess the potential of tanniniferous plants prosopis (Prosopis juliflora), acacia (Acasia saligna), atriplex (Atriplex halimus) and leucena (Leucaena leucocephala) in in vitro gas production assay, evaluating the methanogenic activity, ruminal fermentation, degradability and post ruminal protein digestibility compared with Tífton hay (Cynodon spp.) as non tannin feed. The ranking of the plants according to their potential to reduce CH4 based on organic matter truly degraded (OMTD) was acacia> leucena> atriplex> prosopis. Prosopis and leucena presented greater (P=0.002) propionate (C3) production with corresponding decrease (P=0.004) in the acetate:propionate ratio (C2/C3). Acacia and leucena showed lower (P=0.0002) NH3-N concentration associated with the decline in protein ruminal degradability. However, leucena showed greater (P<0.001) intestinal protein digestibility than acacia. The objective of the second study was to evaluate in vitro the potential of constituents of essential oils carvacrol (CAR) and eugenol (EUG) at doses of 5, 10 and 20 (CAR) and 10, 20 and 30 (EUG) 'mü'l/75ml of culture fluid, as a natural alternative to rumen microbial fermentation modifiers compared with monensin (MON) (3 'mü'M/75ml of culture fluid) as a positive control. CAR10 and EUG20 showed similarity (P>0.05) in reduction of CH4 emission and OMTD compared with MON, but it had different (P<0.05) short chain fatty acids (SCFA) profile. Monensin increased C3 concentration and decreased C2/C3 ratio, but CAR10 and EUG20 increased (P<0.0001) concentrations of butyrate without effect on the total SCFA. Leucena was selected in the third study to evaluate in vivo the tannins biological activity in total apparent digestibility, nitrogen balance, rumen fermentation and CH4 emission. Six adult rumen cannulated Santa Inês sheep (70±2.5 kg) were individually divided into three experimental diets in a double Latin square design (3 treatments, 3 periods, 6 animals). In the control diet (CNTRL), animals received a basal diet containing Tifton hay (70%), soybean meal (21%) and ground maize (9%). The second diet contained leucena (LEUC), (123 and 8.8 g/kg DM of total tannins and condensed tannins respectively) replacing 50% of Tífton hay. The third diet (LPEG), polyethylene glycol was supplemented at rate of 20g/day/animal. Leucaena-containing diets increased intake of crude protein (P=0.008) and lignin (P<0.001) compared with CNTRL, while there were no significant differences among all diets for the nutrients apparent digestibility except for acid detergent fiber (ADF) was reduced (P=0.0009) by LEUC. Leucaena-containing diet reduced (P<0.001) rumen ammonia concentration and urinary excretion of nitrogen (P=0.0065). Leucena-containing diets decreased (P<0.001) CH4 emission as well as reduced (P<0.001) C2/C3 ratio compared to CNTRL. These studies highlight the potential of tanniniferous plants and the essential oils active components to modulate the rumen fermentation and to reduce CH4 emission in ruminants
Title in Portuguese
Efeito de plantas taniníferas e óleos essenciais sobre a emissão de metano em ruminantes
Keywords in Portuguese
Carvacrol
Eugenol
Fermentação
Leucaena
Sustentabilidade
Taninos
Abstract in Portuguese
Taninos e óleos essenciais são metabólitos secundários que podem ser utilizados como modificadores naturais da fermentação ruminal para reduzir a emissão de metano (CH4) de ruminantes. Para estudar a aplicação de plantas ricas em taninos oriundas do Egito e do Brasil, bem como óelos essencias disponíveis no comércio internacional, três estudos foram conduzidos no Laboratório de Nutrição Animal do Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo, Piracicaba. O primeiro estudo teve como objetivo investigar o potencial das plantas taniníferas prosopis (Prosopis juliflora), acácia (Acasia saligna), atriplex (Atriplex halimus) e leucena (Leucaena leucocephala) em ensaio in vitro de produção de gás, avaliando o potencial metanogênico, a degradabilidade ruminal da proteína e a digestibilidade da proteína pós-ruminal, em comparação com feno de Tífton (Cynodon spp.) como alimento sem tanino. O ranking das plantas de acordo com seu potencial de redução de CH4 com base na matéria orgânica verdadeiramente degradada (MODV) foi acácia> leucena> atríplex> prosopis. Prosopis e leucena apresentaram maior (P=0,002) produção de propionato (C3) com diminuição (P=0,004) correspondente na relação acetato:propionato (C2/C3). Acácia e leucena apresentaram menor (P=0,0002) concentração de NH3-N associada com a diminuição na degradabilidade ruminal da proteína. No entanto, a leucena mostrou maior (P<0,0001) digestibilidade da proteína intestinal que a acácia. O objetivo do segundo estudo foi avaliar in vitro o potencial dos óleos essenciais carvacrol (CAR) e eugenol (EUG), nas doses 5, 10 e 20 (CAR) e 10, 20 e 30 (EUG) 'mü'l/75ml de fluido de cultura, como alternativa de modificadores naturais da fermentação ruminal em comparação com a Monensina (MON) (3 'mü'M/75ml de fluido de cultura) como controle positivo. CAR10 e EUG20 apresentaram similaridade na CH4 e MODV comparado com MON, no entanto foram diferentes (P<0.05) no perfil de AGV, onde MON aumentou a concentração de C3 e diminuiu C2/C3, mas ambos CAR10 e EUG20 aumentaram (P<0,0001) as concentrações de butirato. Leucena foi selecionada no terceiro estudo para avaliação in vivo da atividade biológica de taninos na digestibilidade aparente, balanço de nitrogênio, fermentação ruminal e emissão de CH4. Seis ovinos Santa Inês adultos, canulados no rúmen (70±2,5kg) foram individualmente divididos em três dietas experimentais em delineamento quadrado latino duplo (3tratamentos, 3períodos, 6animais). A dieta controle (CNTRL), contendo feno de Tífton (70%), farelo de soja (21%) e milho (9%). A dieta (LEUC), contendo leucena (123 e 8,8g/kg MS taninos totais e taninos condensados, respectivamente), consistiu na dieta controle, tendo 50% do feno de Tífton substituído pela leucena. A dieta LPEG constituiu da dieta LEUC mais a adição de 20g/dia/animal de polietileno glicol (PEG). Dietas contendo leucena aumentaram (P=0,008) a ingestão de proteína bruta, nitrogênio (P=0,005) e lignina (P<0,001) em comparação com CNTRL, enquanto não houve diferenças significativas para as digestibilidades aparentes das nutrientes mas a dieta LEUC diminuiu (P=0,0009) a digestibilidade da fibra em detergente ácido, amônia ruminal (P<0,0001) e excreção urinária de nitrogênio (P=0,0065). Dietas contendo leucena diminuíram (P<0,0001) CH4 bem como diminuíram (P<0,0001) C2/C3 em comparação com CNTRL. Estes estudos destacam o potencial das plantas taniníferas e os óleos essenciais para modular a fermentação ruminal e reduzirem a emissão de CH4
 
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Publishing Date
2012-10-04
 
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