Aspergillus oryzae and Aspergillus niger Co-Cultivation Extract Affects In Vitro Degradation, Fermentation Characteristics, and Bacterial Composition in a Diet-Specific Manner



Chế độ xem pdf
trang24/29
Chuyển đổi dữ liệu22.03.2022
Kích3 Mb.
#51355
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   29
animals-11-01248

4. Discussion

Our objective was to evaluate the effects of adding AOAN on nutrient digestibility of

a TMR and three roughages (corn silage, oat hay, and alfalfa hay) typical of those given

to dairy cows in China by analyzing fermentation parameters and bacterial composition

(Supplemental Figure S1).

NDF digestibility after 30 h of incubation and starch digestibility after 7 h of incubation

were related to the value and quality of feed [

37

,



38

]. AOAN significantly improved

nutrient utilization and digestion. Several studies have examined the A. oryzae product,

Amaferm, and have indicated that Amaferm increased NDF digestibility of switchgrass

and bromegrass at 12 h [

39

], alfalfa hay at 48 h [



40

], and DM digestibility of a TMR at 24 h

in vitro [

41

]. Positive results from the animal experiment also indicated that DM and CP



digestibility were increased by Amaferm supplementation [

42

], and fiber digestibility of



the rumen and total tract were improved [

43

]. Our results are consistent with these studies.



However, the inconsistent results from Sievert et al. [

17

], who indicated that total tract



digestibility was not changed and milk fat was depressed by Amaferm. Lactation cows are

different from dry cows, which might partly explain the divergent results. Furthermore, a

recent study reported that the percentage and types of roughage used could influence this

response [

13

]. Many reasons may contribute to this response, including different strains



used in fermentation or unique chemical linkages in the roughage [

10

,



44

]. Therefore, we

used an extract from A. oryzae combined with A. niger to improve the use of fungal extracts.

Although the results obtained by in vitro techniques cannot completely reflect or replace




Animals 2021, 11, 1248

15 of 19


those obtained from in vivo studies. The results of the present study provide important

insights into the efficacy of AOAN.

GP and rate are indicators of fermentability and digestibility. Khazaal et al. [

45

]



reported that GP increased with in vitro digestibility. In our study, the GP and ideal

maximum GP were also increased with nutrient digestibility. The single most striking

observation was that the HT of TMR was minimum and AGPR was maximum in these

feeds, which may be attributed to the balance between energy generation from fermentable

carbohydrates and nitrogen generation from fermentable nitrogen in the TMR. Overall,

these results show that AOAN was effective to improve the nutritional value of different

feeds and was characterized by its broad-spectrum.

The acetate in the rumen, fat precursors, is associated with milk fat production. In our

study, the higher molar proportion of acetate and higher acetate to propionate ratio were

observed in oat hay and alfalfa hay by adding AOAN, and then this change may contribute

to milk fat production by supplying acetate. In animal experiments, the milk fat depression

was obtained from Sievert and Shaver [

17

] by A. oryzae extract, and Zicarelli et al. [



46

]

by Saccharomyces cerevisiae plus A. oryzae extract. According to Campanile et al. [



47

], milk


fat depression could be due to the increased organic matter digestibility, which allowed

higher energy availability for milk yield and reduced the fat mobilization during the

first phase of lactation. The propionate in the rumen, glucose precursors, is associated

with energy supply for maintenance requirement and milking. In our study, the higher

starch digestibility and unchanged acetate to propionate ratio of corn silage remind us that

acetate and propionate might be increased at the same time. Hence, we suggest that the

AOAN not only increases acetate for milk fat production but also increases propionate for

energy. However, Higginbotham et al. [

48

] found no significant differences in milk yield in



dairy cows fed a diet supplemented with A. oryzae extract. Thus, an animal experiment is

essential to confirm these reflections of milk performance in the future.

The AOAN or other commercial fungal extracts contain inactivated microorganisms,

their products, and the medium. The comprehensive enzymes in their products could stim-

ulate the growth of microorganisms by converting macromolecular nutrients to available

nutrients for microorganisms, which increase the nutrient digestibility of the substrate and

produce a large quantity of VFA to decrease pH in the medium [

39

,



49

]. Alternatively, the in-

activated microorganisms and medium also provide limited nutrients for microorganisms

and then enhance the nutrient digestibility, as evidenced in other fungi [

50

]. Regardless



of the pathway, the intention is to improve the diversity and function of microorganisms

through AOAN supplementation. In the current study, AOAN improved the bacterial

diversity in total, which was consistent with our digestibility data. Further analysis indi-

cated that the differences were mainly derived from TMR and oat hay rather than corn

silage and alfalfa hay. In addition, the increment was mainly driven by an increment in

richness (number of OTUs, Chao1, and ACE), rather than evenness. In general, oat hay

has the same contents of NDF and CP as corn silage, whereas corn silage contains a higher

level of starch as readily fermentable carbohydrates, which are fermented within 7 h and

long before 48 h [

38

]. Further work on bacterial composition at 7 h would be meaningful



to investigate the effects of AOAN on corn silage fermentation. In summary, these results

suggest that AOAN is effective in improving bacterial diversity and is more significant for

TMR and oat hay.

The increasing digestibility of feeds suggested that more substrate was provided for

bacteria in this study. Many other studies have reported that the NH

3

-N concentration is



not changed by A. oryzae extract [

40

,



43

,

49



,

51

,



52

]. The NH

3

-N concentration depends on



the balance between generation and consumption. The significant increase in bacterial

diversity in the TMR indicates that bacterial communities may grow and utilize NH

3

-N

to produce microprotein, which may partly explain the decreased NH



3

-N concentration

in TMR, and further suggests that AOAN may be given to modify microorganisms more

effectively than A. oryzae extract alone. However, the rumen undegraded protein in the

feed may be decreased and the effects of AOAN on metabolizable protein including rumen



Animals 2021, 11, 1248

16 of 19


undegraded protein and microprotein is still not clear. Zicarelli et al. [

46

] observed no



differences in terms of milk yield using A. oryzae (20 g/head/d) but a lower percentage

of protein content in milk, while the milk protein yield was not calculated according

to the numerical increase of milk production. Hence, further investigation is needed to

investigate the effects of AOAN supplementation on the metabolizable protein of feedstuff

with different protein quality.

Similar to previous studies using 16S rRNA sequencing in vitro, the most abundant

bacteria at the phylum level that were shared across all culture solutions were Firmi-

cutes, Bacteroidetes, and Proteobacteria [

53

,

54



]. Previously, an in vitro experiment using

bromegrass and switchgrass fermented with A. oryzae extract reported that cellulolytic

organisms were 3.5 times higher than that of the control [

39

]. The dairy cows fed A. oryzae



extract also had higher counts of cellulolytic bacteria and proteolytic bacteria [

55

]. With



the development of bacterial culture technology, Beharka and Nagaraja [

56

] provided the



effects in detail and found A. oryzae extract increased the growth rate of cellulolytic bacteria

(Ruminococcus albus and Fibrobacter succinogenes), and lactate-utilizing bacteria (Megasphaera

elsdenii, Selenomonas lactilytica, and Selenomonas ruminantium), which were consistent with

the results from Sun et al. [

13

,

15



], and the increased relative abundance of Selenomonas_1 in

our study. However, those studies used classical, culture-based, microbiology methods,

which describe only a small fraction of the total bacterial population [

57

]. In our study,



the results were obtained from Prevotella, which would previously have been described

as both cellulolytic bacteria and proteolytic bacteria because at least a third of glycoside,

hydrolases, and other carbohydrate enzymes are affiliated with Prevotella [

58

]. This genus



utilizes starch, protein, and fiber to produce succinate and acetate, and is one of the most

abundant core genera in the rumen of dairy cows. Thus, it was not surprising to identify

the positive correlation between the relative abundance of Prevotella and molar proportion

of acetate, and Prevotella might play a key role in DM digestibility and TVFA production.

In addition, Anaerovibrio has commonly been reported to be involved in lipolysis, and

the lipase from A. niger extract may release fatty acids in the substrate and contribute to

the increased relative abundance [

59

,



60

]. The positive correlation between the relative

abundance of Anaerovibrio and the molar proportion of acetate implied that lipolysis in this

bacteria could produce acetate.

Following the addition of AOAN, a significant decrease in the relative abundance

of Ruminococcus and the negative correlation between this genus and DM digestibility

were not expected, in disagreement with previous studies using A. oryzae extract [

13

,



15

,

56



].

The abundance of Ruminococcus albus that increased in previous studies is just one of the

species in this genus. Furthermore, other results showed that the counts of microorganisms

may increase with total VFA production and increased α diversity. Therefore, the actual

amount of Ruminococcus rather than relative abundance may increase. Furthermore, the

fermentation system is a complex ecosystem composed of anaerobic, bacterial, fungi,

protozoa, methanogenic archaea, and phages. Other microorganisms besides bacteria may

influence the relative abundance of Ruminococcus.

Like Ruminococcus, most of the decreased genera, including Syntrophococcus, Desul-

fovibrio, and Lachnospira were carbohydrate-degrading bacteria and acetogenic bacteria.

Butyrivibrio_2 is responsible for producing butyrate from glucose fermentation or acetate.

The negative correlation between relative abundance of Butyrivibrio_2 and molar propor-

tion of acetate suggested that this genus might be considered as acetate-utilization bacteria.

However, a pure culture study indicated that Prevotella grew more abundantly in the

presence of water-soluble cellulose acetate, yielding enhanced levels of acetate [

61

]. These



increased Prevotella spp. might be the main contributors to the higher molar proportion of

acetate. In summary, our sequencing results indicate that AOAN is beneficial to bacterial

diversity and manipulated acetogenic bacteria of TMR, oat hay, and alfalfa hay fermen-

tation rather than corn silage to change the fermentation pattern, and Prevotella is more

sensitive to AOAN.



Animals 2021, 11, 1248

17 of 19




Chia sẻ với bạn bè của bạn:
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   29




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2024
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương