Uso de aceites esenciales para modular la actividad microbiana en el rumen con el fin de reducir la producción de metano entérico

Abstract

La producción de metano por parte de los rumiantes es una de las mayores fuentes de gases de efecto invernadero en el sector agrícola-ganadero, así como una pérdida de energía para el animal. Existen distintas estrategias para mitigar su producción, entre ellas se encuentran los modificadores de la fermentación ruminal. El objetivo de la presente tesis fue evaluar el uso de aceites esenciales (AE) de plantas nativas de Argentina como fuentes de aditivos naturales para la alimentación de rumiantes con el fin de disminuir la producción de metano entérico. En la etapa inicial se evaluaron los AE de plantas de Argentina: Aloysia gratissima, Lippia turbinata (LT), Schinus molle y Tagetes minuta (TM), junto con otros ya evaluados en el microbioma ruminal: Eucalyptus globulus, Mentha x piperita var. vulgaris, Origanum vulgare, Rosmarinus officinalis y Thymus vulgaris. Se determinó la composición química de los AE para relacionarla con los efectos observados. Se realizaron dos ensayos de producción de gas in vitro a distintas dosis para identificar las combinaciones de AE y dosis que inhiban la metanogénesis sin afectar la digestibilidad del sustrato. La respuesta dependió del AE (especie vegetal) y de la dosis, lo que se atribuyó a las diferencias en su composición química. Con las mayores dosis disminuyó la producción de metano, pero la digestibilidad también se redujo. Con los AE de LT y TM la producción de metano disminuyó un 40% sin afectar la digestibilidad, por lo que se eligieron para siguientes estudios. En el AE de LT el limoneno fue el componente en mayor proporción y los hidrocarburos fueron el principal grupo funcional. En TM el principal compuesto fue la verbenona, y las cetonas fueron el grupo químico más abundante. Los terpenos oxigenados representaron menos del 30% en LT y más del 90% en TM. En la segunda etapa se evaluaron dosis crecientes de LT y TM en ensayos de producción de gas in vitro con cinco sustratos. Como se esperaba, el efecto dependió del sustrato y de la dosis pero el comportamiento difirió entre ambos AE. Esto se atribuyó a las diferencias en las condiciones del medio en el que los componentes de los AE pueden interactuar de distinta manera, especialmente según el pH. Se concluyó que debe existir una interacción entre las condiciones del medio de fermentación y la naturaleza química de los componentes del AE, lo que modificaría sus propiedades físicoquímicas. Dada la posibilidad de que la efectividad de los AE disminuya con el tiempo, el último estudio evaluó la persistencia de los efectos de los AE de LT y TM en la producción de metano in vitro en un sistema de cultivo semi-continuo, así como la rotación entre ambos AE (LT/TM) como estrategia para prolongar su capacidad antimetanogénica. La inhibición de la producción de metano se produjo inmediatamente luego de agregar los AE de LT y TM, y se mantuvo durante el período experimental. El tratamiento de LT/TM no mostró mejores resultados que la adición individual de cada AE. En esta tesis se presenta información inédita respecto al uso de AE de especies nativas de Argentina como modificadores de la fermentación ruminal. Los AE de LT y TM son efectivos para reducir la producción de metano in vitro, con efectos mínimos o nulos sobre la digestibilidad del sustrato a dosis adecuadas (en función del sustrato y del tipo de sistema de fermentación). Las diferencias en los efectos de ambos AE sugieren que sus mecanismos de acción difieren, y que actuan sobre distintas poblaciones microbianas. Los aceites esenciales de Lippia turbinata y Tagetes minuta pueden ser considerados como candidatos para el desarrollo de nuevos aditivos en la nutrición de rumiantes como estrategia para mitigar la producción de metano entérico.

Methane production from ruminants implies a loss of energy for the animal and also it is one of the largest sources of greenhouse gas from the agricultural sector. There are different strategies to mitigate its production, one of which is the use of ruminal fermentation modifiers. The objective of the present Thesis was to evaluate the use of essential oils (EO) of native plants from Argentina as source of natural in-feed additives for ruminants aiming to reduce enteric methane production. In the first step, EO of plants from Argentina: Aloysia gratissima, Lippia turbinata (LT), Schinus molle y Tagetes minuta (TM), were evaluated along other previously studied in the ruminal microbiome: Eucalyptus globulus, Mentha x piperita var. vulgaris, Origanum vulgare, Rosmarinus officinalis and Thymus vulgaris. The chemical composition of EO was determined so as to link them with the observed effects. Two in vitro gas production assays were performed with different doses to identify the best combinations between EO and dose that inhibited methanogenesis without affecting the digestibility of the substrate. The effect depended on the EO (vegetal species) and the dose, which was attributed to the differences in their chemical composition. The highest doses of EO decreased methane production, but also reduced the digestibility. With EO of LT and TM methane production was decreased over 40% without affecting digestibility, and were chosen for further studies. The main component in the EO of LT was limonene, and hydrocarbons were the principal functional group. In TM the main compound was verbenone, and ketones were the most abundant chemical group. Terpenes with oxygen accounted for less than 30% in LT and more than 90% in TM. In the second stage, increasing doses of LT and TM were evaluated with the in vitro gas production technique with five substrates. As expected, the effect depended on the substrate and dose, but the trend differed between the two EO. This was attributed to the differences in the incubation media conditions where EO compounds can interact in different ways, especially regarding pH. It was concluded that it may exist an interaction between the conditions of the fermentation media and the chemical nature of the EO compounds, which would modify their physicochemical properties. Due to the possibility that the effectiveness of EO may decrease over time, the last study evaluated the persistence of the effects of LT and TM on in vitro methane production in a semi-continuous culture system, as well as the rotation between both AE (LT / TM) as a strategy to prolong its antimethanogenic effect. Methane production was significantly inhibited shortly after addition of both EO when incorporated individually, and persisted over the experimental period. TM/LT treatment did not bring further improvements in reduction or persistency compared to the inclusion of any of the EO individually. In this thesis, unprecedented information is presented regarding the use of EO from native species from Argentina as ruminal fermentation modifiers. The EO from LT and TM are effective in reducing methane production in vitro, with slight or no effects on the digestibility of the substrate at an adequate dose (depending on the substrate and the type of fermentation system). The differences between these two EO suggest their mechanisms of action differ, and that they may act over different microbial populations. The essential oils from Lippia turbinata and Tagetes minuta can be considered as promising candidates for the development of new feed additives in ruminant nutrition as a strategy to mitigate enteric methane production.