Anim. Res. 55 (2006) 343-365
DOI: 10.1051/animres:2006021

Thermodynamic modeling of ruminal fermentations

Anne Offner and Daniel Sauvant

Physiologie de la Nutrition et Alimentation, Institut National de la Recherche Agronomique, 16 rue Claude Bernard, 75231 Paris Cedex 05, France

(Received 31 January 2005 - Accepted 28 March 2006; published online 8 July 2006)

Abstract - The main weakness of current rumen models is their inability to explain the end-products of fermentation (volatile fatty acids, gas, and microbial matter) in a satisfactory way. The objective of this study was to improve this prediction based on the application of thermodynamic laws to microbial metabolism. Therefore, a dynamic model of rumen fermentation was developed. In this original approach, the reactions evolved with a decrease in Gibbs energy according to thermodynamic laws. Some simulated results obtained with this model were similar to experimental observations. The predicted post-prandial evolution of the volatile fatty acid profile was satisfactory. However, simulations of some other parameters (pH, redox potential) were less reliable and further studies should be conducted to represent these better. The results allowed some properties resulting from thermodynamic principles to be identified and strengthened the importance of this subject.

Résumé - Modélisation thermodynamique des fermentations ruminales. La principale limite des modèles du rumen actuellement développés est leur incapacité à prédire de façon satisfaisante les produits terminaux des fermentations (acides gras volatils, gaz et biomasse microbienne). Cette étude visait à améliorer cette prédiction en se basant sur l'application des lois de la thermodynamique au métabolisme microbien. Un modèle dynamique des fermentations ruminales a ainsi été développé. Dans cette approche originale, les réactions évoluent selon les lois de la thermodynamique, avec une diminution de l'énergie de Gibbs. Certains résultats des simulations, obtenues avec le modèle, concordent bien avec des observations expérimentales. Ainsi, l'évolution post-prandiale du profil des acides gras volatils était satisfaisante. Cependant, les simulations obtenues pour d'autres paramètres (pH, potentiel d'oxydo-réduction) ont été moins pertinentes et d'autres études doivent être menées pour mieux représenter ces facteurs. Les résultats ont permis d'identifier des propriétés résultant des principes de la thermodynamique et de souligner la pertinence et l'intérêt de cette démarche.

Key words: model / rumen / thermodynamic laws

Mots clés : modèle / rumen / lois thermodynamiques

Corresponding author: sauvant@inapg.inra.fr

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