Jurnal Fister Wisnu

7/30/2019 Jurnal Fister Wisnu

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B u f fe r i n g A b i l i t y o f S e v e ra l C o m p o u n d s I n V i t ro a n d th eE f fe c t o f a S e l e c te d B u f fe r C o m b i n a t i o n o nR u m i n a l A c i d P ro d u c t i o n I n V i v o I ,2

E . L. H E R O D 3 , R . M . B E C H T L E , E . E. B A R T L E Y ,a nd A . D . D A Y T O ND e p a r t m e n t o f A n i m a l S c i en c es a n d I n d u s t ry

K a n s a s S t a t e U n i v e r s i t yM a n h a tt a n 6 6 5 0 6

A B S T R A C TT h e b u f f e r i n g a b i l i t y o f s e v e ra l c o m -

p o u n d s w a s t e s t e d i n v i t r o w i t h r u m e nf l u i d f r o m c a t t l e f e d r o u g h a g e - c o n c e n -t r a t e o r a l l - c o n c e n t r a t e r a t i o n s . T h e i nv i t r o s y s t e m d e v e l o p e d t o t e s t t h e b u f f e r si n v o l v e d i n c u b a t i n g 1 0 0 m l r u m e n f l u i d( a f t e r fl u s h i ng w i t h c a r b o n d i o x i d e ) w i t h1 % b u f f e r a n d 5 % g r o u n d e x t r u s i o n -c o o k e d c o r n 6 h a t 3 9 C . T h i s t h e n w a st i t r a t e d w i t h a c i d o r b a s e f o r b u f f e ri n gc a p a c i t y . A c o m p u t e r s e l e c te d c o m b i n a -t i o n s o f b u f f e r s o n t h e i r p e r f o r m a n c es i n g l y . W i t h r a r e e x c e p t i o n , h y d r o x i d e sa n d o x i d e s w e r e p o o r b u f f e r s a l o n e o r inc o m b i n a t i o n b e c a u s e t h e i r r e s p o n s e o f t e nw a s e r r a t i c a n d u s u a l l y c a u s e d e x c e s s i v ep H c h a n g e s i m m e d i a t e l y a f t e r a d d i t i o n t or u m e n f l u id . In p r o p e r c o m b i n a t i o n , c a r-b o n a t e s a n d b i c a r b o n a t e s w e r e t h e m o s tp r o m i s i n g a n i o n s . O c c a s i o n a l b e n e f i t sw e r e d e r i v e d f r o m p h o s p h a t e s . S o m e b u f-f e r s a l t s , r a t e d f a i r o r p o o r a l o n e , b a l -a n c e d o u t e a c h o t h e r ' s d e fe c t s a n d c o m -b i n e d i n t o a g o o d b u f f e r .

S e v e ra l b u f f e r c o m b i n a t i o n s w e r es e l e c t e d b y c o m p u t e r f o r b o t h a l l - c o n c e n -t r a t e a n d c o n c e n t r a t e - r o u g h a g e r a t i o n s .O n e s u c h c o m b i n a t i o n f o r t h e c o n c e n -t r a t e r a t i o n c o n s i s t e d o f b e n t o n i t e , m o n o -

b a s i c p o t a s s i u m p h o s p h a t e , m a g n e s i u mc a r b o n a t e , m a g n e s i u m o x i d e , a n d s o d i u mc a r b o n a t e c o m b i n e d i n a 5 : 2 2 : 2 2 : 3 5 : 1 6r a t i o . T h i s c o m b i n a t i o n w i t h o u t b e n t o -n i t e w a s f e d a s a s u p p l e m e n t ( . 2 2 7 k g /h e a d p e r d a y ) t o d a i r y s t e e rs c o n s u m i n ga n a l l - c o n c e n t r a t e r a t i o n . A n i m a l s fe d t h eb u f f e r h a d a s l i gh t l y h i g h e r r u m e n f l u i dp H , h i g h e r r u m e n a c e t a t e , l o w e r p r o -p i o n a t e , a n d h i g h e r l a c t a t e c o n c e n t r a t i o nt h a n d i d t h e c o n t r o l s .

I N T R O D U C T I O NT h e n e e d f o r b u f f e r s in r u m i n a n t n u t r i t i o n

h a s b e e n e s t a b l i s h e d (3 , 4 , 6 , 9 , 1 0 , 1 1 ) . At r e n d t o w a r d s f e e d i n g h ig h - g ra i n , l o w - r o u g h a g er a t i o n s h a s i n c r e a s e d t h e i n t e r e s t i n b u f f e r s , a n da v a r i e t y o f b u f f e r c o m p o u n d s i s a v a i la b l e a tr e l a t iv e l y l o w c o s t . L i t t l e a t t e n t i o n h a s b e e ng i ve n t o t h e b a s i c a c t i o n s o r l o n g e v i t y o f b u f-f e rs i n t h e r u m e n . O u r p u r p o s e w a s t o d e v e l o p as i m p l e in v i t r o s y s te m t o e v a l u a t e 3 5 b u f f e rc o m p o u n d s . A f t e r w e e v a l u at e d t h e c o m p o u n d si n d i v i d u a ll y , w e t e s t e d s e v e ra l c o m b i n a t i o n s o ft h e m , t h e n s e l ec t e d a d d i t i o n a l c o m b i n a t i o n s b yc o m p u t e r b a s e d o n e a c h ' s a b i l it y t o m e e t c er -t a i n s p e c i f i c a t io n s fo r g o o d b u f f e t i n g a c t i o n .O n e o f t h e c o m p u t e r s e l e c t i o n s ( f o r a n al l-c o n c e n t r a t e r a t i o n ) t h e n w a s t e s t e d i n c a t t l e t oo b s e r v e it s e f f e c t o n r u m i n a l a c i d p r o d u c t i o n .

R e c e i v e d August 23, 1977.Con tr ibu t ion no . 958-j , Depa r tmen t o f Dairy andPoul t ry Science , and no . 290- j , Depar tment o f S t a t i s -t i c s , Kansas Agr icu l tu ra l Exper im ent Sta t ion , Manhat-tan 66506 .2This research was sup por ted in par t by a g ran tf r o m Church and Dwight Co., Inc. , New York, NY10001.3This mater ia l i s par t o f a thesis submit ted by t h es e n i o r a u t h o r i n p a r t i a l fu l f i l lment o f t h e r e q u i r e m e n t sf o r t h e M .S. degree in Anim al Nutr i t ion a t KansasSta te University.

E X P E R I M E N T A L P R O C E D U R EE x p e r i m e n t 1

R u m e n f l u i d w a s o b t a i n e d f ro m t h e v e n t ra ls a c o f t h e r u m e n o f t w o r u m e n - f i s t u l a t e d a d u l tc o w s j u s t b e f o r e t h e m o r n i n g f e e d in g . T h e f l u i dw a s s t r a i n e d i m m e d i a t e l y t h r o u g h t w o l a y e r s o fc h e e s e c l o t h . O n e c o w w a s f e d a r o u g h a g e a n dc o n c e n t r a t e ( 1 : 2 . 5 ) r a t i o n a n d t h e o t h e r a n a l l-c o n c e n t r a t e r a t i o n i n a n a m o u n t t o s a t i s fym a i n t e n a n c e r e q u i r e m e n t s . T h e r o u g h a g e w a s

1 9 78 J Da i r y Sc i 6 1 :1 1 1 4 - 1 1 2 2 1 1 1 4


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B U F F E R I N G R U M E N F E RM E N T A TI ON 1 1 1 5a l f a lf a h a y ; t h e c o n c e n t r a t e w a s 6 2 % c r a c k e ds o r g h u m g r a i n, 2 5 % c r a c k e d w h e a t , 1 0 %S t a r e a 4 , 2 % d i c a l c i u m p h o s p h a t e , . 5 % t r a c e -m i n e r a l i z e d s a l t , a n d . 5 % v i t a m i n A a n d D s u p -p l e m e n t ( 1 , 0 0 0 , 0 0 0 u n i t s o f A a n d D p e r k g o fs u p p l e m e n t ) . A n i n v i t r o s y s te m t h e n w a s u s e dt o e v a l u a te 3 5 b u f f e r c o m p o u n d s i n r u m e nf l u id f r o m t h e r o u g h a g e - c o n c e n t r a t e f e d a n i m a la n d 2 9 c o m p o u n d s i n r u m e n f l u i d f r o m t h e al l-c o n c e n t r a t e f e d a n im a l . C o n t r o l t i t r a t i o n s o ft h e r u m e n f l u i d s ( 1 0 0 m l ) w e r e o v e r a p H r a n g eo f 3 t o 1 1 w i t h N H e 1 a n d N N a O H . C o m -p o u n d s t h e n w e r e a d d e d i n q u a n t i t i e s o f 1 g t o1 0 0 m l o f r u m e n f l u id c o n t a i n e d i n 2 5 0 m l c e n -t r i f u g e b o t t l e s , a n d t h e r e s u l t i n g c h a n g e i n p Hw a s r e c o r d e d . F i v e g r a m s g r o u n d e x t r u s i o nc o o k e d c o r n g r a in t h e n w e r e a d d e d , m i x e d , t h es y s t e m f l u s h e d w i t h C O 2 , s t o p p e r e d w i t h B u n -s e n v a lv e s , a n d i n c u b a t e d f o r 6 h a t 3 9 C . A f t e ri n c u b a t i o n t h e m i l l i l i te r s o f N H C 1 o r N N a O Hr e q u i r e d t o l o w e r o r ra i se t h e p H o f t h e f e r-m e n t e d m i x t u r e s t o 3 o r 11 w e r e d e t e r m i n e d .A l l te s t s w e r e i n q u a d r u p l i c a t e .

A n a d d i t i o n a l s e r ie s o f c o m b i n a t i o n s o f b u f-f e r c o m p o u n d s w a s t e s t e d . S e l e c t i o n w a s b yc o m p u t e r ( 1 ) f o r e ac h o f t h e a b o v e t w o r a t i o n sw i t h t h e f o l l o w i n g s t i p u l a t io n s : ( r o u g h a g e -c o n c e n t r a t e r a t i o n ) 1 ) s 5 % b e n t o n i t e a n d t h eb e s t 6 o f t h e o t h e r b u f f e rs ; 2 ) 5 % b e n t o n i t e ,3 5% s o d i u m b i c a r b o n a t e , a n d t h e b e s t o f t h eo t h e r s ; 3 ) 5% b e n t o n i t e , 2 0 % m a g n e s i u m o x i d e ,a n d t h e b e s t o f t h e o t h e r s ; ( a l l - c o n c e n t ra t e r a-t i o n ) 4 ) 5 % b e n t o n i t e , a n d t h e b e s t c o m b i n a -t i o n o f s in g l e b u f f e r s ; 5 ) 5 % b e n t o n i t e , 2 5 % c a l -c i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e , a n d t h e b e s t o ft h e o t h e r s ; 6 ) 5 % b e n t o n i t e , 2 0 % m a g n e s i u mo x i d e , a n d t h e b e s t o f t h e o t h e r s .

A l s o , s t i p u l a t e d f o r t h e r o u g h a g e c o n c e n -t r a t e r a t i o n w a s : 7 ) b e s t c o m b i n a t i o n e x c l u d i n go x i d e s a n d h y d r o x i d e s ; 8 ) 3 5% s o d i u m b i c a r -b o n a t e a n d t h e b e s t o f th e o t h e r s w i t h s t i p u l a -t i o n 7 i n e f f e c t ; 9 ) 2 5% c a l c i u m c a r b o n a t em o n o h y d r a t e , a n d t h e b e s t o f t h e o th e r s w i t hs t i p u l a t i o n 7 i n e f fe c t . S t i p u l a t i o n s s i m i l a r t o7 , 8 , a n d 9 w e r e m a d e f o r t h e a l l - c o n c e n t r a t er a t i o n n u m b e r e d 1 0 , 11 , 12 .

E x p e r i m e n t 2T h e p r o c e d u r e s w e r e s i m i l a r t o t h o s e i n E x -

p e r i m e n t 1 e x c e p t t h a t 2 1 c o m b i n a t i o n s o fc o m p o u n d s ( T a b l e 2 ) w e r e t e s t e d i n r u m e nf l u id f r o m c a t t l e f e d t h e r o u g h a g e - c o n c e n t r a t ea n d a l l - c o n c e n t r a t e r a t i o n s . T h e c o m b i n a t i o n so f c o m p o u n d s s e l e c t e d w e r e b a s e d o n th o s eu s e d p r e v i o u s l y i n r u m i n a n t n u t r i t i o n ( 6 , 1 1 ).E x p e r i m e n t 3

S i x c o m b i n a t i o n s o f b u f f e r c o m p o u n d s w e r et e s t e d . S e l e c t i o n w a s b a s e d o n t h e h y p o t h e s i st h a t r e s u lt s f r o m t h e e x p e r i m e n t s w i t h s in g leb u f f e r c o m p o u n d s w i t h a g iv e n r a t i o n c o u l d b eu s e d t o p r e d e t e r m i n e a c t i v it i e s o f s e l e c te d c o m -b i n a t i o n s . T h e s e s i x c o m b i n a t i o n s w e r e c a l c u -l a t e d a n d t e s t e d i n r u m e n f l u i d f r o m t h e c o wf e d t h e m i x e d r o u g h a g e - c o n c e n t r a t e r a t i o n .

E x p e r i m e n t 4A b u f f e r c o m b i n a t i o n o f b e n t o n i t e , m o n o -

b a s i c p o t a s s i u m p h o s p h a t e , m a g n e s i u m c a r b o n -a t e , m a g n e s i u m o x i d e , a n d s o d i u m c a r b o n a t e( 5 : 2 2 : 2 2 : 3 5 : 1 6 ) a p p e a r e d t o b e a p r o m i s in gb u f f e r w h e n t e s t e d i n v i t r o ( T a b l e 3 ). T h e b u f -f e r w a s c l a s s i f ie d " f a i r " b e c a u s e i t i n c r e a s e di n i t ia l p H m o r e t h a n 1 p H u n i t . H o w e v e r , b e -c a u s e t h e b u f f e r s h o w e d c o n s / A e ra b l e b u f f e r i n gc a p a c i t y i n t h e d e s i r e d p H r a n ge , i t w a s t e s t e di n v i v o w i t h 1 2 H o l s t e i n s t e e r s ( a v e r a g e w e i g h t3 1 2 k g ) d i v i d e d i n t o t w o g r o u p s o f s ix ea c h .T h e s t e e rs w e r e f e d a d li b i t u m t w i c e d a i ly th ea l l - c o n c e n t r a t e r a t i o n d e s c r i b e d in E x p e r i m e n t1 . T h e b u f f e r w a s p e l l e t e d a n d c r u m b l i z e d , w i t h5 % m o l a s s e s a s a b i n d e r , a n d 6 0 % g r o u n d c o r na s a c a rr i er . D u e t o a p a l a t a b i l i t y p r o b l e m , m o -l as s es r e p l a c e d b e n t o n i t e a s a b i n d e r .

R E S U L T S A N D D I S C U S S IO N

4 Starea ( reg is te red t radem ark 860255 , U.S. pa te n t3 ,642 ,489) i s an ex t rusion cooked mix ture o f g ra inand u r e a .SNumber o f buf fer combinat ion s shown in Tab le3. Best o f the o t h e r b u f f e r s r e f e r s to single buffers(Table 1 ) tha t p rov ide max imum buf fer ing capac i tywi th m in im u m in i ti a l p H c h a n g e .

E x p e r i m e n t 1T h e b u f f e r i n g c a p a c i t i e s o f t h e 3 5 c o m -

p o u n d s a r e i n T a b l e 1 . E a c h w a s e v a l u a t e d as ag o o d , f a i r, o r p o o r b u f f e r . T h e e v a l u a t i o n cr i-t e r i a w e r e th a t t h e i m m e d i a t e a c t i o n o f t h e b u f-f e r s h o u l d n o t c h a n g e d r a s t i c a ll y r u m e n f l u i dp H ( p l u s o r m i n u s 1 p H u n i t ) a s t h a t c o u l d a f -

Journ al o f Dairy Science V ol. 61, No. 8 , 1978


3/9

z < O O~ Z 9 0

TABLE1Bu

aveo3cmp

eenvoEx

me1

Acdob

(omc

o

aen

o

to

on

pHo3o1mle

HCIroa

NaOH

ro

Comp

1

2

1

2

AIOH)2

-3

-3

5

2

NH4aae

-2

-1

5

1

NH4pooe

-3

-2

4

1

Beoeb

1

-1

3

5

CaCO3

1

-2

5

4

CaOH)2

2

3

-9

1

CaH~PO42"H:O

-4

-5

9

9

CaHPO4

-4

-4

5

7

Ca0OH)PO46

-3

-4

3

7

Doomieb

-4

-3

4

7

MgCO3

1

3

0

2

MgO

2

2

-9

-1

MgO4

-3

-6

4

1

MnO4

-

.

3

.

Micoec

-3

-5

4

8

KHCO3

2

0

2

6

K:CO3

8

0

0

5

KHzO4

-5

-5

1

1

K:HPO4

2

-3

5

1

KsPO4

5

-1

1

9

Naaae

0

-4

4

9

NaHCO3

2

0

1

3

NaB4

1H:O

4

-1

2

7

NaCO3

1

9

-2

0

NaCO3H:O

1

5

-3

3

pHc

(omc

o

bo

in

o

pHc

(omc

o

aein

o

Rao

Rao

1

2

1

2

1

.1

0

-13

-5

F

0

.1

-11

-9

F

-3

-2

-12

-10

F

0

.1

-11

-9

G

-2

.1

-11

-7

G

51

.9

48

.2

P

-11

-5

-15

-10

P

-2

.1

-14

-10

F

-2

.1

-13

-10

F

.1

.2

13

-9

F

.5

.7

.2

-3

G

26

26

28

37

P

-3

-2

-11

-13

F

-7

.

-9

.

F

-3

-1

12

-11

F

.5

11

-4

-5

G

27

21

.4

-5

F

-4

-1

-14

-17

P

.6

.9

-4

-9

G

2.6

13

.1

-7

F

-2

.2

-10

-9

G

.2

10

-5

-5

G

17

19

.4

-7

F

27

32

16

.7

P

27

31

18

.1

PRand

Rao

F F F F

-v

F

v

G F

rn

F F G P F 'F F F F F P F G F F F


4/9

B U F F E R I N G R U M E N F E R M EN T A TI ON 1 1 1 7~ ' ~ " ~

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