Effect of concentrate level on digestive processes, nutrient flow, nitrogen utilization, and microbial protein synthesis in beef cattle

Abstract

Optimize concentrate levels in beef cattle diets is essential to improve nutrient utilization, microbial protein synthesis, and animal performance while preventing ruminal disorders. The hypothesis of this study was that increasing dietary concentrate levels would enhance intake, digestibility, and microbial protein synthesis, but could reduce ruminal fiber degradation. The objective was to evaluate the effects of increasing dietary concentrate levels on intake, digestibility, ruminal kinetics, nitrogen metabolism, and microbial protein synthesis in F1 (Red Angus × Nellore) cattle. Four rumen- and ileal-cannulated bulls (average initial body weight = 471 ± 51.88 kg; average age = 18 months) were allocated in a 4 × 4 Latin square design and fed corn silage–based diets containing 0, 27.5, 55.0, or 82.5% concentrate. Each experimental period lasted 24 days, including 14 days of adaptation and 10 days of sampling. Dry matter intake (P = 0.0115), organic matter intake (P = 0.0361), and total digestible nutrient intake (P = 0.0179) showed quadratic responses, with maximum values between 55.0 and 82.5% concentrate. Physically effective neutral detergent fiber decreased linearly (P < 0.0001), reaching 3.98% of dietary dry matter in the highest-concentrate diet. Ruminal digestibility of dry matter, organic matter, non-fibrous carbohydrates, and starch increased with increasing concentrate levels, whereas ruminal crude protein digestibility was unaffected. Total tract digestibility of dry matter and organic matter increased linearly, while potentially digestible neutral detergent fiber digestibility showed a quadratic response. In situ degradability of dry matter, organic matter, and crude protein increased with dietary energy density, whereas neutral detergent fiber degradation was reduced at the highest concentrate level. Nitrogen intake and nitrogen retention increased linearly, whereas microbial protein synthesis and its efficiency showed quadratic responses, with estimated maximum values at approximately 48% concentrate inclusion. Ruminal pH was not affected by treatment (P = 0.1827). These results demonstrate that moderate-to-high concentrate inclusion, with adequate physically effective neutral detergent fiber (peNDF), optimizes energy and nitrogen utilization, enhances microbial protein synthesis, and ensures efficient nutrient use without compromising fiber digestion in feedlot beef cattle. Keywords: ruminant nutrition; ruminal kinetics; microbial nitrogen flowOtimizar os níveis de concentrado nas dietas de bovinos de corte é essencial para melhorar o aproveitamento de nutrientes, a síntese de proteína microbiana e o desempenho animal, ao mesmo tempo em que se previnem distúrbios ruminais. A hipótese deste trabalho foi que o aumento do teor de concentrado na dieta aumentaria o consumo, a digestibilidade e a síntese de proteína microbiana, mas poderia reduzir a degradação de fibra ruminal. O objetivo foi avaliar os efeitos de níveis crescentes de concentrado sobre o consumo, a digestibilidade, a cinética ruminal, o metabolismo do nitrogênio e a síntese de proteína microbiana em bovinos F1 (Red Angus × Nelore). Quatro bovinos canulados no rúmen e íleo (Peso corporal inicial médio = 471 ± 51.88 kg, idade média de 18 meses) foram alocados em um delineamento quadrado latino 4×4 e alimentados com dietas à base de silagem de milho contendo 0, 27.5, 55.0 ou 82.5% de concentrado. Cada período experimental durou 24 dias, incluindo 14 dias de adaptação e 10 dias de coleta de amostras. O consumo de matéria seca (P = 0.0115), matéria orgânica (P = 0.0361) e nutrientes digestíveis totais (P = 0.0179) apresentou resposta quadrática, com valores máximos entre 55.0 e 82.5% de concentrado. O teor de FDN fisicamente efetiva (FDNfe) reduziu linearmente (P < 0.0001), atingindo 3.98% da MS na dieta com maior teor de concentrado. A digestibilidade ruminal da matéria seca, matéria orgânica, carboidratos não fibrosos e amido aumentou com o aumento do concentrado, enquanto a digestibilidade ruminal da proteína bruta não foi alterada. A digestibilidade total da matéria seca e matéria orgânica aumentou linearmente, enquanto a digestibilidade da fibra potencialmente digestível apresentou resposta quadrática. A degradabilidade in situ da matéria seca, matéria orgânica e proteína bruta aumentou com a densidade energética da dieta, enquanto a degradação da FDN foi reduzida no maior nível de concentrado. O consumo e a retenção de nitrogênio aumentaram linearmente, enquanto a síntese de proteína microbiana e sua eficiência apresentaram resposta quadrática, com máximo estimado próximo de 48% de concentrado. O pH ruminal não foi afetado pelos tratamentos (P = 0.1827). Esses resultados demonstram que a inclusão moderada a alta de concentrado, com adequado teor de FDNfe, otimiza a utilização de energia e nitrogênio, aumenta a síntese de proteína microbiana e assegura o uso eficiente dos nutrientes sem comprometer a digestão da fibra em bovinos de corte confinados. Palavras-chave: nutrição de ruminantes; cinética ruminal; fluxo de nitrogênio microbiano