Vliv kombinace kyseliny kaprinové a kyseliny laurové s dusičnany na bachorovou fermentaci a produkci metanu in vitro

Bc. Pavla Krausová

Master's thesis

Effect of the combination of capric acid and lauric acid with nitrates on rumen fermentation and methane production in vitro

Abstract:

Metan je jedním z hlavních skleníkových plynů, jehož produkce je stále alarmujícím problémem v souvislosti s globálním oteplováním. Značný podíl na produkci metanu pochází z fermentačního procesu v bachoru skotu, což vedlo k hledání strategií snižování této produkce. Jednou z navrhovaných metod bylo využití kombinace kyseliny kaprinové a laurové s dusičnany, u kterých byl v minulosti již prokázán antimetnogenní účinek. Předpokládalo se, že by tato kombinace mohla mít synergický nebo aditivní efekt. Diplomová práce se proto zaměřila na zjištění vlivu kombinace těchto látek na produkci metanu a bachorovou fementaci. Metoda experimentu zahrnovala kontinuální vsádkovou in vitro kultivaci s využitím bachorové tekutiny. Experimentální design byl postaven na 2×2 faktoriálním modelu s následujícími ošetřeními: kontrola (bez aditiv), dusičnany (NO3-) (1,825 mmol/l), směs kyseliny kaprinové a laurové (C10/12) (250 mg/l, kde 125 mg/l připadalo na každou z kyselin) a kombinace dusičnanů a směsi kyselin kaprinové a laurové (NO3- + C10/12) (1,825 mmol/l NO3- + 250 mg/l C10/12). Koncentrace metanu ve ferentačním plynu a koncentrace těkavých mastných kyselin v kultivačním médiu se měřila pomocí plynové chromatografie a koncentrace amoniakálního dusíku byla měřena indofenolovou metodou s využitím spektrofotometrie. Výsledky ukázaly významné snížení produkce metanu (P<0,05) o 9,2 % při použití NO3- a o 21,3 % při použití C10/12. Avšak kombinace NO3- + C10/12 neprokázala (P<0,05) významné zvýšení účinku ve srovnání se samostatným použitím směsi kyselin. Bylo rovněž zjištěno, že hlavním faktorem ovlivňujícím antimetanogenní účinek byla C10/12, přičemž NO3- měly menší vliv. Dále bylo zjištěno statisticky významné snížení (P<0,001) amoniakálního dusíku o 18 procentního bodu u C10/12 a naopak statisticky významné zvýšení (P<0,001) o 12,7 procentního bodu u NO3-. Ošetření C10/12 také statisticky významně snížilo (P<0,001) koncentraci těkavých mastných kyselin, a to o 13,2 procentního bodu. U C10/12 se také významně zvýšil (P<0,001) poměr acetát:propionát. Tímto bylo potvrzeno, že jak NO3-, tak C10/12 mají potenciál snižovat produkci metanu u skotu při samostatném použití. Nicméně, v případě jejich kombinace nedošlo k žádnému zjevnému synergickému či aditivnímu efektu. Tyto výsledky přispívají k pochopení mechanismů ovlivňujících produkci metanu u přežvýkavců a mohou vést k vylepšení strategií snižování emisí skleníkových plynů v sektoru živočišné výroby.

Abstract:

Methane is one of the main greenhouse gases which production is an increasingly alarming problem in the context of global warming. A significant proportion of methane production comes from the fermentation process in the rumen of cattle, which has led to a search for strategies to reduce this production. One of the proposed methods was the use of a combination of capric and lauric acids with nitrates, which have already been shown to have an anti-methogenic effect in the past. It was thought that this combination could have a synergistic or additive effect. The thesis therefore focused on determining the effect of the combination of these substances on methane production and rumen fementation. The experimental method involved continuous in vitro culture using rumen fluid. The experimental design was based on a 2×2 factorial model with the following treatments: control (no additives), nitrate (NO3-) (1.825 mmol/l), a mixture of capric and lauric acids (C10/12) (250 mg/l, where 125 mg/l was attributed to each acid), and a combination of nitrate and a mixture of capric and lauric acids (NO3- + C10/12) (1.825 mmol/l NO3- + 250 mg/l C10/12). The concentration of methane in the fermentation gas and the concentration of volatile fatty acids in the culture medium were measured by gas chromatography, and the concentration of ammoniacal nitrogen was measured by the indophenol method using spectrophotometry. The results showed a significant reduction in methane production (P<0.05) of 9.2% using NO3- and 21.3% using C10/12. However, the NO3- + C10/12 combination did not show (P<0.05) a significant increase in effect compared to the use of the acid mixture alone. It was also found that C10/12 was the main factor influencing the antimethanogenic effect, with NO3- having a lesser effect. Furthermore, there was a statistically significant decrease (P<0.001) in ammoniacal nitrogen by 18 percentage points for C10/12 and conversely a statistically significant increase (P<0.001) by 12.7 percentage points for NO3-. The C10/12 treatment also statistically significantly reduced (P<0.001) the concentration of volatile fatty acids by 13.2 percentage points. C10/12 also significantly increased (P<0.001) the acetate:propionate ratio. This confirmed that both NO3- and C10/12 have the potential to reduce methane production in cattle when used alone. However, there was no apparent synergistic or additive effect when they were combined. These results contribute to the understanding of the mechanisms affecting methane production in ruminants and may lead to improved greenhouse gases reduction strategies in the livestock sector.

Keywords

skot, bachorová fermentace, metanogeneze, mastné kyseliny, dusičnany

Keywords

cattle, rumen fermentation, methanogenesis, fatty acids, nitrates

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 20. 5. 2024
• Supervisor: Ing. Miroslav Joch, Ph.D.
• Reader: Petra Kubelková, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Animal Nutrition