Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias

In vitro rumen biohydrogenation kinetics of mixed linoleic and alfa-linolenic acids

Julián Andrés Castillo Vargas, Martha Olivera Angel, Claúdio Vaz Di Mambro Ribeiro, Edgar Eduardo Daza Caicedo

Abstract


Background: Dietary linoleic (LA) and alpha-linolenic (LN) acids are extensively isomerized and hydrogenated by rumen microbes, and this activity can further contribute to the fatty acid profile of ruminantderived food products. Objective: To evaluate the effects of LA:LN ratio in lipid supplements on the rumen biohydrogenation kinetics of LA and LN, as well as on the trans-vaccenic acid (VA) production, using an in vitro system. Methods: Rumen fluid was collected from a fistulated steer, diluted with incubation buffer, and then incubated with 500 mg of kikuyu grass (Cenchrus clandestinus) supplemented with 16.3 mg of different LA:LN mixtures (100:0, 75:25, 50:50, 25:75 or 0:100). Incubations were performed in triplicate for a period of 0, 2, 4, 6, 8 or 16 hours. Differences between treatments were evaluated in a completely randomized design. Alternatively, computational chemistry was used to determine the changes in the Gibbs free energy (ΔGrxn) at 39 °C for the principal steps of LA and LN ruminal biohydrogenation. Results: Partial replacement of LA by LN decreased the VA concentration and its accumulation rate; it also increased the stearic acid concentration and the rates of transfer from LA to conjugated linoleic acid (CLA), and from CLA to VA. The conversión from CLA to VA (ΔGrxn = -2.65 kJ/mol) was more spontaneous than that from trans-11, cis-15 octadecadienoic acid (TA) to VA (ΔGrxn = -0.29 kJ/mol). Conclusion: The LA:LN ratio in lipids can modulate LA and LN biohydrogenation (BH) kinetics, as well as the VA production in the rumen.

Keywords: Fatty acids, kinetics of biohydrogenation, lipid supplement, multi-compartmental model, thermodynamics of biohydrogenation.

 

Resumen

Antecedentes: los ácidos linoleico (LA) y alfa-linolénico (LN) de la dieta son extensivamente isomerizados y biohidrogenados por los microorganismos ruminales, lo cual puede contribuir al perfil de ácidos grasos de los productos derivados de rumiantes. Objetivo: evaluar el efecto de la relación LA:LN en suplementos lipídicos sobre la cinética de biohidrogenación ruminal del LA y LN, como también sobre la producción del ácido trans-vaccénico (VA), usando un sistema in vitro. Métodos: se colectó fluido ruminal de un toro fistulado, el cual fue diluido con buffer de incubación y posteriormente incubado con 500 mg de pasto kikuyo (Cenchrus clandestinus) suplementado con 16,3 mg de diferentes mezclas de LA:LN (100:0, 75:25, 50:50, 25:75, o 0:100). Las incubaciones fueron desarrolladas en triplicado durante 0, 2, 4, 6, 8 o 16 horas. Diferencias entre tratamientos fueron evaluadas mediante un modelo completamente al azar. Alternativamente, se determinaron los cambios en energía libre de Gibbs (ΔGrxn) a 39 °C para los pasos principales de la biohidrogenación del LA y LN, usando química computacional. Resultados: la sustitución parcial de LA por LN disminuyó la concentración de VA y su tasa de acumulación, como también incrementó la concentración de ácido esteárico y las tasas de transferencia de LA para ácido linoleico conjugado (CLA) y de CLA para VA. La conversión de CLA para VA (ΔGrxn = -2,65 kJ/mol) fue más espontánea que la conversión del ácido trans-11, cis-15 octadecadienóico (TA) para VA (ΔGrxn = -0,29 kJ/mol). Conclusiones: la relación LA:LN en lípidos puede modular la cinética de biohidrogenación (BH) del LA y LN y la producción de VA en el rumen.

Palabras clave: ácidos grasos, cinética de biohidrogenación, modelo multi-compartimentalizado, suplemento lipídico, termodinámica de biohidrogenación.

 

Resumo

Antecedêntes: o ácido linoleico (LA) e alfa-linolênico (LN) da dieta, são extensivamente isomerizados e biohidrogenados pelos microorganismos do rúmen, o que pode contribuir ao perfil de ácidos graxos dos produtos derivados de ruminantes. Objetivo: avaliar o efeito da relação LA:LN em suplementos lipídicos sobre a cinética de biohidrogenação ruminal do LA e LN como também sobre a produção do ácido transvaccênico (VA), utilizando um sistema in vitro. Métodos: coletou-se fluido ruminal de um novilho fistulado, o qual foi diluído com tampão de incubação e, em seguida, incubado com 500 mg de pasto kikuyu (Cenchrus clandestinus) suplementado com 16,3 mg de diferentes misturas LA:LN (100:0, 75:25 , 50:50, 25:75 ou 0:100). As incubações foram desenvolvidas em triplicata, durante 0, 2, 4, 6, 8 ou 16 horas. Diferenças entre tratamentos foram avaliadas utilizando-se um delineamento inteiramente casualizado. Alternativamente, foram determinadas as mudanças em energia livre de Gibbs (ΔGrxn) a 39 °C para as principais etapas da biohidrogenação do LA e LN, utilizando-se química computacional. Resultados: a substituição parcial de LA por LN diminuiu a concentração de VA e sua taxa de acumulação, como também aumentou a concentração de ácido esteárico e as taxas de transferência do LA para o ácido linoleico conjugado (CLA) e do CLA para VA. A conversão do CLA para VA (ΔGrxn = -2,65 kJ/ mol) foi mais espontânea que a conversão do ácido trans-11, cis-15 octadecadienóico (TA) para VA (ΔGrxn = -0,29 kJ/mol). Conclusões: a relação LA:LN em lipídeos pode modular a cinética de biohidrogenação (BH) do LA e LN e a produção de VA no rúmen.

Palavras-chave: ácidos graxos, cinética de biohidrogenação, modelo multi-compartimentalizado, suplemento lipídico, termodinâmica de biohidrogenação.


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Abstract : 203 PDF : 487

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