Rumen Inoculum Enhances Cathode Performance in Single-Chamber Air-Cathode Microbial Fuel Cells.

During the last decade, bioprospecting for electrochemically active bacteria has included the search for new sources of inoculum for microbial fuel cells (MFCs). However, concerning power and current production, a Geobacter-dominated mixed microbial community derived from a wastewater inoculum remains the standard. On the other hand, cathode performance is still one of the main limitations for MFCs, and the enrichment of a beneficial cathodic biofilm emerges as an alternative to increase its performance. Glucose-fed air-cathode reactors inoculated with a rumen-fluid enrichment and wastewater showed higher power densities and soluble chemical oxygen demand (sCOD) removal (Pmax = 824.5 mWm-2; ΔsCOD = 96.1%) than reactors inoculated only with wastewater (Pmax = 634.1 mWm-2; ΔsCOD = 91.7%). Identical anode but different cathode potentials suggest that differences in performance were due to the cathode. Pyrosequencing analysis showed no significant differences between the anodic community structures derived from both inocula but increased relative abundances of Azoarcus and Victivallis species in the cathodic rumen enrichment. Results suggest that this rarely used inoculum for single-chamber MFCs contributed to cathodic biofilm improvements with no anodic biofilm effects.

Pre-incubation of ruminal inocula to assess in vitro gas production and digestibility / Pré-incubação de inóculo ruminal para avaliação da produção de gases e digestibilidade in vitro

In vitro gas production techniques represent a valuable tool to describe the kinetics of ruminal degradation of food. However, the ruminal liquor used as a microbial inoculum has been a great source of variation and error. A standardization of this factor should contribute to assure the independence of food fermentation parameters from those of the inocula. In this research it was hypothesized that a controlled pre-incubation treatment of ruminal liquor could contribute to stabilize and homogenize the undigested residues of blanks and as a consequence, of the production of residual cumulative gas production (CGP). A pre-incubation (i.e. previous real incubation) of rumen inocula was developed with a simple substrate similar to the diet offered to donors at 1% w/v for 0, 1, 2 and 4 h (Control, Prei-1, Prei-2 and Prei-4 treatments respectively). Once the pre-incubation hours were completed, they were incubated with contrasting substrates and without substrate (i.e. blanks) in order to evaluate the CGP, in vitro digestibility of the DM and fermentation products. Although, the fermentative activity of the pre-incubated inoculums worked satisfactorily in the in vitro system, contrary to what was speculated, residues of the pre-incubation increased the variability and heterogeneity of variances among blanks. Consequently, it was concluded that the pre-incubations did not work to generate more homogeneous and less variable ruminal liquor for the in vitro gas production system.(AU)

Técnicas de produção de gás in vitro representam uma ferramenta valiosa para descrever a cinética de degradação ruminal dos alimentos. No entanto, o líquido ruminal utilizado como inóculo microbiano tem sido uma grande fonte de variação e erro. A padronização deste fator deve contribuir para garantir a independência dos parâmetros de fermentação dos alimentos a partir dos inóculos. Neste trabalho, hipotetizou-se que um tratamento controlado de pré-incubação do líquido ruminal poderia contribuir para estabilizar e homogeneizar os resíduos não digeridos dos brancos e, como conseqüência, da produção de produção cumulativa de gás residual (CGP). Uma pré-incubação (ou seja, incubação real prévia) dos inóculos do rúmen foi desenvolvida com um substrato simples semelhante à dieta oferecida aos doadores a 1% p/v por 0, 1, 2 e 4 h (Controle, Prei-1, Pré- 2 e Prei-4 tratamentos respectivamente). Uma vez completadas as horas de pré-incubação, elas foram incubadas com substratos contrastantes e sem substrato (ou seja, brancos) para avaliar o CGP, a digestibilidade in vitro da MS e os produtos de fermentação. Embora a atividade fermentativa dos inóculos pré-incubados tenha funcionado satisfatoriamente no sistema in vitro, ao contrário do que foi especulado, os resíduos da pré-incubação aumentaram a variabilidade e heterogeneidade das variâncias entre os brancos. Consequentemente, concluiu-se que as pré-incubações não funcionaram para gerar um líquido ruminal mais homogêneo e menos variável para o sistema de produção de gás in vitro.(AU)

Pre-incubation of ruminal inocula to assess in vitro gas production and digestibility / Pré-incubação de inóculo ruminal para avaliação da produção de gases e digestibilidade in vitro

ABSTRACT: In vitro gas production techniques represent a valuable tool to describe the kinetics of ruminal degradation of food. However, the ruminal liquor used as a microbial inoculum has been a great source of variation and error. A standardization of this factor should contribute to assure the independence of food fermentation parameters from those of the inocula. In this research it was hypothesized that a controlled pre-incubation treatment of ruminal liquor could contribute to stabilize and homogenize the undigested residues of blanks and as a consequence, of the production of residual cumulative gas production (CGP). A pre-incubation (i.e. previous real incubation) of rumen inocula was developed with a simple substrate similar to the diet offered to donors at 1% w/v for 0, 1, 2 and 4 h (Control, Prei-1, Prei-2 and Prei-4 treatments respectively). Once the pre-incubation hours were completed, they were incubated with contrasting substrates and without substrate (i.e. blanks) in order to evaluate the CGP, in vitro digestibility of the DM and fermentation products. Although, the fermentative activity of the pre-incubated inoculums worked satisfactorily in the in vitro system, contrary to what was speculated, residues of the pre-incubation increased the variability and heterogeneity of variances among blanks. Consequently, it was concluded that the pre-incubations did not work to generate more homogeneous and less variable ruminal liquor for the in vitro gas production system.

RESUMO: Técnicas de produção de gás in vitro representam uma ferramenta valiosa para descrever a cinética de degradação ruminal dos alimentos. No entanto, o líquido ruminal utilizado como inóculo microbiano tem sido uma grande fonte de variação e erro. A padronização deste fator deve contribuir para garantir a independência dos parâmetros de fermentação dos alimentos a partir dos inóculos. Neste trabalho, hipotetizou-se que um tratamento controlado de pré-incubação do líquido ruminal poderia contribuir para estabilizar e homogeneizar os resíduos não digeridos dos brancos e, como conseqüência, da produção de produção cumulativa de gás residual (CGP). Uma pré-incubação (ou seja, incubação real prévia) dos inóculos do rúmen foi desenvolvida com um substrato simples semelhante à dieta oferecida aos doadores a 1% p/v por 0, 1, 2 e 4 h (Controle, Prei-1, Pré- 2 e Prei-4 tratamentos respectivamente). Uma vez completadas as horas de pré-incubação, elas foram incubadas com substratos contrastantes e sem substrato (ou seja, brancos) para avaliar o CGP, a digestibilidade in vitro da MS e os produtos de fermentação. Embora a atividade fermentativa dos inóculos pré-incubados tenha funcionado satisfatoriamente no sistema in vitro, ao contrário do que foi especulado, os resíduos da pré-incubação aumentaram a variabilidade e heterogeneidade das variâncias entre os brancos. Consequentemente, concluiu-se que as pré-incubações não funcionaram para gerar um líquido ruminal mais homogêneo e menos variável para o sistema de produção de gás in vitro.

Ambiente ruminal de ovinos alimentados com bagaço de caju desidratado em substituição a silagem de sorgo / Rumen environment of sheep fed with cashew bagasse dehydrated in replacement sorghum silage

Objetivou-se avaliar os efeitos da inclusão do bagaço de caju desidratado na silagem de sorgo sobreas características físico-químicas do ambiente ruminal de ovinos. Utilizaram-se quatro ovinos mestiços de SantaInês x Morada Nova fistulados no rúmen, alocados em delineamento quadrado latino 4x4, com quatro níveis desubstituição do bagaço de caju desidratado (BCD) na silagem do sorgo, constituído pelos níveis de 0%, 8%, 16%e 24%, com base na matéria natural. Foram avaliadas as características físico-químicas do líquido ruminal (pH,temperatura, nitrogênio amoniacal, tempo de redução do azul de metileno e tempo de sedimentação e flotação).O pH não apresentou diferença significativa entre os níveis de substituição (P > 0,05). A temperatura nãoapresentou diferença significativa (P > 0,05) em função dos níveis de substituição do BCD avaliados, no entanto,diferiu em função dos tempos de coleta. Já o nitrogênio amoniacal apresentou diferença significativa (P < 0,05);(P < 0,01) em função dos níveis de substituição do BCD e dos tempos de coletas do líquido ruminal. O tempo deredução do azul de metileno e o tempo de sedimentação e flotação apresentaram diferenças significativas (P <0,05); (P < 0,01). Os resultados demonstraram que a substituição do bagaço de caju desidratado em até 24% nasilagem de sorgo pode ser utilizado na alimentação de ovinos sem comprometer o ambiente ruminal

The objective was to evaluate the effects of inclusion of cashew bagasse dehydrated in sorghumsilage on the physicochemical characteristics of rumen’s environment of sheep. They were used four crossbredsheep Santa Inês x Morada Nova fistulated in the rumen, allocated in Latin square design 4x4,with fourreplacement levels of dehydrated cashew bagasse (BCD) in silage sorghum, consisting of levels of 0%, 8% 16%and 24%, based on the natural material. They evaluated the physicochemical characteristics of rumen fluid (pH,temperature, ammonia nitrogen, methylene blue reduction time, flotation and sedimentation time). The pH didnot differ among the three levels (P > 0.05). On temperature there was no significant difference (P > 0.05) on thebasis of the BCD replacement levels assessed, however, differed according to the collection times. The ammonianitrogen significantly different (P < 0.05); (P < 0.01) according to the BCD replacement levels and the rumenfluids ampling times. Methylene blue reduction time and the time for sedimentation and flotation significantdifferences (P < 0.05); (P < 0.01). The results showed that the substitution of cashew bagasse dehydrated up to24% on sorghum silage can be used in the feed without compromising the sheep rumen

Ambiente ruminal de ovinos alimentados com bagaço de caju desidratado em substituição a silagem de sorgo / Rumen environment of sheep fed with cashew bagasse dehydrated in replacement sorghum silage

Objetivou-se avaliar os efeitos da inclusão do bagaço de caju desidratado na silagem de sorgo sobreas características físico-químicas do ambiente ruminal de ovinos. Utilizaram-se quatro ovinos mestiços de SantaInês x Morada Nova fistulados no rúmen, alocados em delineamento quadrado latino 4x4, com quatro níveis desubstituição do bagaço de caju desidratado (BCD) na silagem do sorgo, constituído pelos níveis de 0%, 8%, 16%e 24%, com base na matéria natural. Foram avaliadas as características físico-químicas do líquido ruminal (pH,temperatura, nitrogênio amoniacal, tempo de redução do azul de metileno e tempo de sedimentação e flotação).O pH não apresentou diferença significativa entre os níveis de substituição (P > 0,05). A temperatura nãoapresentou diferença significativa (P > 0,05) em função dos níveis de substituição do BCD avaliados, no entanto,diferiu em função dos tempos de coleta. Já o nitrogênio amoniacal apresentou diferença significativa (P < 0,05);(P < 0,01) em função dos níveis de substituição do BCD e dos tempos de coletas do líquido ruminal. O tempo deredução do azul de metileno e o tempo de sedimentação e flotação apresentaram diferenças significativas (P <0,05); (P < 0,01). Os resultados demonstraram que a substituição do bagaço de caju desidratado em até 24% nasilagem de sorgo pode ser utilizado na alimentação de ovinos sem comprometer o ambiente ruminal(AU)

The objective was to evaluate the effects of inclusion of cashew bagasse dehydrated in sorghumsilage on the physicochemical characteristics of rumens environment of sheep. They were used four crossbredsheep Santa Inês x Morada Nova fistulated in the rumen, allocated in Latin square design 4x4,with fourreplacement levels of dehydrated cashew bagasse (BCD) in silage sorghum, consisting of levels of 0%, 8% 16%and 24%, based on the natural material. They evaluated the physicochemical characteristics of rumen fluid (pH,temperature, ammonia nitrogen, methylene blue reduction time, flotation and sedimentation time). The pH didnot differ among the three levels (P > 0.05). On temperature there was no significant difference (P > 0.05) on thebasis of the BCD replacement levels assessed, however, differed according to the collection times. The ammonianitrogen significantly different (P < 0.05); (P < 0.01) according to the BCD replacement levels and the rumenfluids ampling times. Methylene blue reduction time and the time for sedimentation and flotation significantdifferences (P < 0.05); (P < 0.01). The results showed that the substitution of cashew bagasse dehydrated up to24% on sorghum silage can be used in the feed without compromising the sheep rumen(AU)

Avaliação das características do líquido ruminal, hemogasometria, atividade pedométrica e diagnóstico de laminite subclínica em vacas leiteiras / Evaluation of the characteristics of ruminal fluid, hemogasometry, pedometer activity and subclinical laminitis diagnosis in dairy cows

Este estudo objetivou avaliar as características do líquido ruminal, hemogasometria, atividade pedométrica e ocorrência laminite subclínica, por meio da presença de enfermidades podais secundárias, em vacas leiteiras de alta produção, provenientes de um rebanho comercial. Foram avaliadas 200 vacas holandesas, oriundas da mesma propriedade, localizada na região de Araçatuba, SP, divididas em quatro grupos, sendo estes estabelecidos a partir da produtividade diária. Inicialmente procedeu-se o exame clínico dos animais, seguido da colheita de amostras do líquido ruminal, por meio de sondagem esofágica, sendo este avaliado quanto ao pH, cor, odor, consistência, sedimentação, flutuação e prova de redução pelo azul de metileno. Também foram colhidas amostras de sangue venoso para hemogasometria, além da coleta dos dados da pedometria (número de passos) e produção de leite diária das vacas. Os dados obtidos foram tabulados e submetidos à análise de correlação. Nenhum animal avaliado apresentou alterações no pH ruminal, bem como não foram encontrados distúrbios do desequilíbrio ácido básico, pois os valores de pH sanguíneo, PCO2, TCO2, HCO3- e EB estavam dentro da normalidade, durante a análise hemogasométrica. A pedometria foi efetiva como método de triagem para as vacas acometidas de afecções podais, pois se observou a redução no número de passos devido à dor, correlacionada a menor produção leiteira. Contudo, a identificação destas afecções, somente foi possível mediante exame clínico específico dos dígitos. A ocorrência das afecções podais em 49,5% do rebanho deveu-se aos fatores de riscos presentes na propriedade, como o concreto abrasivo e instalações inadequadas, associados também a possível ocorrência de acidose ruminal subaguda, não diagnosticada pela metodologia utilizada. A correlação entre os valores do pH ruminal, pedometria e hemogasometria se mostrou eficiente para o diagnóstico precoce das afecções podais e também no estabelecimento da etiologia destas enfermidades. A laminite subclínica acometeu primariamente as vacas do rebanho, considerando a etiologia multifatorial desta afecção, ocorrência e distribuição das enfermidades podais diagnosticadas.(AU)

The objectives of this study were to evaluate the characteristics of ruminal fluid, blood gas analysis, pedometer activity and suclinical laminitis occurrence, through the presence of secondary foot diseases in high production dairy cows, from a commercial herd. 200 Holstein cows originating from the same farm, located in Araçatuba/SP, Brazil, were divided into four groups, which are established from the daily milk production. Initially clinical examination of the cows was procedure, followed by sampling of rumen fluid, by esophageal tube. Fluid was evaluated for pH, color, odor, consistency, sedimentation, flotation and methylene blue reduction test. Venous blood samples were also collected for blood gas analysis, in addition to collecting data from pedometrics (number of steps) and daily milk production. Data were tabulated and submitted to correlation analysis. No animal had reported changes in rumen pH. Non-acid base imbalance were found, since the values of blood pH, PCO2, TCO2, HCO3- and BE were normal during hemogasimetric analysis. The pedometric was effective as a screening method to cows with foot diseases. It demonstrated reduction in the number of steps due to pain, correlated with lower milk production. However, the identification of foot lesions was only possible through specific digital clinical examination. The occurrence of 49.5 % of herd foot problems was due to the risk factors present in the farm. The abrasive concrete and inadequate facilities, also associated with the possible occurrence of sub-acute ruminal acidosis, were observed as risk factors. However, sub-acute ruminal acidosis was undiagnosed by the methods used. The correlation between the values of ruminal pH, and blood gas analysis pedometrics showed efficient for the early diagnosis of foot diseases and also in establishing the etiology of these diseases. Subclinical laminitis occurred primarily in cow's herd, considering the multifactorial etiology of this disease, occurrence and distribution of foot diseases diagnosed.(AU)

Avaliação das características do líquido ruminal, hemogasometria, atividade pedométrica e diagnóstico de laminite subclínica em vacas leiteiras / Evaluation of the characteristics of ruminal fluid, hemogasometry, pedometer activity and subclinical laminitis diagnosis in dairy cows

Este estudo objetivou avaliar as características do líquido ruminal, hemogasometria, atividade pedométrica e ocorrência laminite subclínica, por meio da presença de enfermidades podais secundárias, em vacas leiteiras de alta produção, provenientes de um rebanho comercial. Foram avaliadas 200 vacas holandesas, oriundas da mesma propriedade, localizada na região de Araçatuba, SP, divididas em quatro grupos, sendo estes estabelecidos a partir da produtividade diária. Inicialmente procedeu-se o exame clínico dos animais, seguido da colheita de amostras do líquido ruminal, por meio de sondagem esofágica, sendo este avaliado quanto ao pH, cor, odor, consistência, sedimentação, flutuação e prova de redução pelo azul de metileno. Também foram colhidas amostras de sangue venoso para hemogasometria, além da coleta dos dados da pedometria (número de passos) e produção de leite diária das vacas. Os dados obtidos foram tabulados e submetidos à análise de correlação. Nenhum animal avaliado apresentou alterações no pH ruminal, bem como não foram encontrados distúrbios do desequilíbrio ácido básico, pois os valores de pH sanguíneo, PCO2, TCO2, HCO3- e EB estavam dentro da normalidade, durante a análise hemogasométrica. A pedometria foi efetiva como método de triagem para as vacas acometidas de afecções podais, pois se observou a redução no número de passos devido à dor, correlacionada a menor produção leiteira. Contudo, a identificação destas afecções, somente foi possível mediante exame clínico específico dos dígitos. A ocorrência das afecções podais em 49,5% do rebanho deveu-se aos fatores de riscos presentes na propriedade, como o concreto abrasivo e instalações inadequadas, associados também a possível ocorrência de acidose ruminal subaguda, não diagnosticada pela metodologia utilizada. A correlação entre os valores do pH ruminal, pedometria e hemogasometria se mostrou eficiente para o diagnóstico precoce das afecções podais e também no estabelecimento da etiologia destas enfermidades. A laminite subclínica acometeu primariamente as vacas do rebanho, considerando a etiologia multifatorial desta afecção, ocorrência e distribuição das enfermidades podais diagnosticadas.

The objectives of this study were to evaluate the characteristics of ruminal fluid, blood gas analysis, pedometer activity and suclinical laminitis occurrence, through the presence of secondary foot diseases in high production dairy cows, from a commercial herd. 200 Holstein cows originating from the same farm, located in Araçatuba/SP, Brazil, were divided into four groups, which are established from the daily milk production. Initially clinical examination of the cows was procedure, followed by sampling of rumen fluid, by esophageal tube. Fluid was evaluated for pH, color, odor, consistency, sedimentation, flotation and methylene blue reduction test. Venous blood samples were also collected for blood gas analysis, in addition to collecting data from pedometrics (number of steps) and daily milk production. Data were tabulated and submitted to correlation analysis. No animal had reported changes in rumen pH. Non-acid base imbalance were found, since the values of blood pH, PCO2, TCO2, HCO3- and BE were normal during hemogasimetric analysis. The pedometric was effective as a screening method to cows with foot diseases. It demonstrated reduction in the number of steps due to pain, correlated with lower milk production. However, the identification of foot lesions was only possible through specific digital clinical examination. The occurrence of 49.5 % of herd foot problems was due to the risk factors present in the farm. The abrasive concrete and inadequate facilities, also associated with the possible occurrence of sub-acute ruminal acidosis, were observed as risk factors. However, sub-acute ruminal acidosis was undiagnosed by the methods used. The correlation between the values of ruminal pH, and blood gas analysis pedometrics showed efficient for the early diagnosis of foot diseases and also in establishing the etiology of these diseases. Subclinical laminitis occurred primarily in cow's herd, considering the multifactorial etiology of this disease, occurrence and distribution of foot diseases diagnosed.

Total titratable acidity, pH and methylene blue reduction time test in ruminal fluid of goats maintained in grasslands or rangelands / Acidez total titulável, pH e tempo de redução do azul de metileno no fluido ruminal de caprinos mantidos em pastagens artificiais, exclusiva de gramíneas, ou em caatinga

A completely randomized trial was conducted in order to evaluate the hydrogen ion concentration (pH), total titratable acidity and methylene blue reduction time test in rumen fluid of cross bred and raced goats, grazing on grasslands and rangelands of semi arid regions of Brazil, during rainy and dry season of the year. A 2³ factorial arrangement was used to analyse the experiment (two types of bread, pasture and season). Significant effects were obtained for type of pasture on total titratable acidity. The pH was influenced by season and type of pasture. The microbial activity, mensured through methylene blue reduction time, was more intensive on rainy season and rangelands than dry season and grasslands, respectively. In the interpretation of the results of these tests for goats, should be considered mainly the season and type of pasture, without despising the breed.

O objetivo deste trabalho foi o de determinar a concentração hidrogeniônica (pH), acidez total titulável e tempo de redução do azul de metileno no fluido ruminal de caprinos com ou sem raça definida, mantidos em pastagens artificiais, exclusivas de gramíneas, ou em caatinga, durante as épocas chuvosa e seca do ano. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, sendo analisado em esquema fatorial 2³ (animais com e sem raça definida, pastagens artificiais e em caatinga, épocas chuvosa e seca do ano). O tipo de pastagem influenciou significativamente (p 0,05) os valores encontrados para acidez total titulável. Em relação ao pH, o tipo de pastagem e época do ano foram significativamente (p 0,05) os fatores mais incisivos. A atividade microbiana, avaliada através dos parâmetros estudados, foi mais intensa na época das águas e na caatinga em relação à da seca e pastagens artificiais, respectivamente. Na avaliação dos resultados desses testes, deve-se sempre levar em consideração principalmente a época do ano e o tipo de pastagem, sem, no entanto, desprezar o fator raça.