Use of high-protein distillers dried grains (DDG) in the backgrounding and finishing of early-maturing beef bulls

Abstract

This thesis is composed of two chapters. Chapter 1 – The objective was to evaluate the effects of dried distillers grains (DDG) containing different amino acid concentrations: AA(+), with higher density of essential and non-essential amino acids, and AA(-), with a lower density; on the productive performance of Nellore steers during the backgrounding phase under intensive feedlot conditions. A total of 48 Nellore steers (8 ± 1.0 months of age; 219.74 ± 24.70 kg of body weight) were used, distributed into two dietary treatments: Group 1 received 1.00 kg/animal/day of AA(+) DDG, while Group 2 received 1.00 kg/animal/day of AA(-) DDG plus 0.110 kg/animal/day of urea to ensure isonitrogenous diets. The experimental period lasted 68 days, with 12 days for adaptation and 56 days for data collection. Nutrient intake was similar between treatments (P > 0.05), except for amino acid intake, which was higher (P < 0.05) in animals supplemented with AA(+) DDG. The digestibility of dry matter (DM), ash- and protein-free neutral detergent fiber (apNDF), and organic matter (OM) was also greater (P < 0.05) in animals supplemented with AA(+) DDG. The digestibility of non-fibrous carbohydrates (NFC), crude protein (CP), and ether extract (EE) did not differ between treatments (P > 0.05). Urinary and fecal nitrogen excretion, nitrogen retention, and the ratio between retained and consumed nitrogen (Nr:Nc) were affected (P < 0.05) by AA(+) DDG supplementation, with lower urinary and fecal excretion and higher nitrogen retention and Nr:Nc ratio in animals supplemented with AA(+) DDG, while nitrogen intake and absorbed nitrogen were not significantly different (P > 0.05) between DDG sources. These results suggest that the higher amino acid concentration in AA(+) DDG may favor greater nitrogen utilization efficiency, stimulating muscle protein synthesis and reducing losses to the environment. Microbial efficiency was also unaffected by the treatments (P > 0.05). Animals supplemented with AA(+) DDG showed greater (P < 0.05) final shrunk body weight (fSBW), total shrunk body weight gain (TSBWG), and average daily gain (ADG) compared to animals in the AA(-) DDG group, indicating improved productive performance and reinforcing the potential of AA(+) DDG as a viable alternative to conventional protein sources in intensive backgrounding systems. Chapter 2 – This chapter aimed to evaluate the effects of high-protein dried distillers grains (HP-DDG) inclusion on animal performance, nutrient digestibility, microbial efficiency, nitrogen balance, carcass traits, greenhouse gas emissions, and the expression of genes related to protein metabolism in Nellore cattle during the finishing phase. Forty-four Nellore steers (301.33 ± 34.31 kg; 10 ± 1 months) were used, randomly assigned to four dietary treatments (0, 4, 8, and 12% HP-DDG inclusion, based on total dietary DM) in a completely randomized design. The diets had a forage-to-concentrate ratio of 20:80 and were fed for 100 days, following a 14-day adaptation period. Increasing HP-DDG inclusion levels led to a linear trend of reduced dry matter intake (DMI; P = 0.072), organic matter intake (OMI; P = 0.083), and crude protein intake (CPI; P = 0.063), and significantly reduced (compared to the control diet) metabolizable energy intake (MEI; P < 0.05), non- fibrous carbohydrates (NFC; P < 0.05), and rumen degradable protein (RDP; P < 0.05). A linear increase was observed in ether extract (EE; P < 0.05) and rumen undegradable protein (RUP; P < 0.05) intake. There was a significant treatment effect (P = 0.007), with a linear reduction in TDN intake (P = 0.001) as HP-DDG inclusion increased, ranging from 5.59 kg/d (0% HP-DDG) to 4.79 kg/d (12% HP-DDG), indicating reduced energy intake with higher HP-DDG inclusion. No significant effects were observed on apNDF intake, metabolizable protein intake, or the DMI-to-shrunk body weight ratio (DMI/SBW; P > 0.10). HP-DDG inclusion significantly influenced (P < 0.05) the digestibility of dry matter (DM), organic matter (OM), crude protein (CP), and non-fibrous carbohydrates (NFC), with lower values observed in HP-DDG treatments compared to the control. Conversely, EE digestibility increased (P < 0.05) with HP-DDG inclusion, especially up to the 8% level. Nitrogen (N) intake, urinary N excretion, and N absorption were reduced (P < 0.05), and nitrogen utilization efficiency (N retained/N absorbed) increased (P = 0.026), particularly up to the 8% level, while fecal N and N retention did not differ between treatments (P > 0.05). Microbial protein production (MP) and its efficiency (g MP/kg TDN and g MP/kg digestible OM) were not affected by treatments (P > 0.10). HP-DDG inclusion did not result in significant effects (P > 0.10) on absolute or relative methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) production. Hot carcass gain was reduced (P < 0.05), and empty body weight gain showed a trend toward reduction (P = 0.052) in HP-DDG treatments compared to the control. Regarding gene expression in liver and muscle tissues, a quadratic response was observed for glutamate-oxaloacetate transaminase 1 (GOT1; P = 0.022) and Forkhead box O1 (FOXO1; P = 0.016), while insulin-like growth factor 1 (IGF1) and AMP-activated protein kinase catalytic subunit alpha 1 (PRKAA1) were not influenced by treatments (P > 0.10). The replacement of soybean meal and urea by HP-DDG promoted nutritional and metabolic adjustments without compromising animal performance, supporting its use as a bypass protein source. Keywords: amino acid; bypass protein; nutrient digestibility; nitrogen balance; zebu.

Esta tese foi composta por dois capítulos. Capítulo 1 - Objetivou-se avaliar os efeitos de grãos secos de destilaria (DDG) contendo diferentes concentrações de aminoácidos: AA(+), com maior densidade de aminoácidos essenciais e não essenciais, e AA(-), com menor densidade; sobre o desempenho produtivo de novilhos Nelore durante a fase de recria em confinamento intensivo. Foram utilizados 48 novilhos Nelore (8 ± 1,0 meses de idade; 219,74 ± 24,70 kg de peso corporal), distribuídos em dois tratamentos dietéticos: o grupo 1 recebeu 1,00 kg/animal/dia de DDG AA(+), enquanto o grupo 2 recebeu 1,00 kg/animal/dia de DDG AA(-) mais 0,110 kg/animal/dia de ureia, para que as dietas fossem isoproteicas. O período experimental teve duração de 68 dias, sendo 12 dias para adaptação e 56 dias para coleta de dados. O consumo de nutrientes foi semelhante entre os tratamentos (P > 0,05), exceto para o consumo de aminoácidos, com maior (P < 0,05) consumo para os animais suplementados com DDG AA(+). A digestibilidade da matéria seca (MS), da fibra em detergente neutro corrigida para cinzas e proteína (FDNcp) e da matéria orgânica (MO) foi maior (P < 0,05) também nos animais suplementados com DDG AA(+). As digestibilidades dos carboidratos não fibrosos (CNF), da proteína bruta (PB) e do extrato etéreo (EE) não diferiram entre os tratamentos (P > 0,05). A excreção urinária e fecal de nitrogênio, o nitrogênio retido e a relação entre nitrogênio retido e consumido (Nr:Nc) foram influenciados (P < 0,05) pela suplementação com DDG AA(+), com menores valores de excreção urinária e fecal e maiores valores de N retido e para a relação Nr:Nc para os animais suplementados com o DDG AA(+), enquanto o consumo de N e o nitrogênio absorvido não apresentaram diferenças significativas (P > 0,05) pela suplementação com diferentes DDG AA(+) e AA(-). Esses resultados sugerem que a maior concentração de aminoácidos no DDG AA(+) pode favorecer maior eficiência na utilização do nitrogênio, estimulando a síntese proteica muscular e reduzindo perdas para o ambiente. A eficiência microbiana também não foi afetada pelos tratamentos (P >0,05). Os animais suplementados com DDG AA(+) apresentaram maiores (P < 0,05) peso corporal final (PCF), ganho de peso total (GPT) e ganho médio diário (GMD) em comparação aos animais do grupo DDG AA(-), evidenciando melhor desempenho produtivo e reforçando o potencial do DDG AA(+) como alternativa viável a fontes proteicas convencionais em sistemas intensivos de recria. Capítulo 2 – Nesse capítulo objetivou-se avaliar os efeitos da inclusão de grãos secos de destilaria com alto teor de proteína (HP-DDG) sobre o desempenho animal, digestibilidade dos nutrientes, eficiência microbiana, balanço de nitrogênio, características de carcaça, emissão de gases de efeito estufa e a expressão de genes relacionados ao metabolismo proteico em bovinos Nelore durante a fase de terminação. Foram utilizados 44 novilhos Nelore (301,33 ± 34,31 kg; 10 ± 1 meses), distribuídos aleatoriamente em quatro tratamentos dietéticos (0, 4, 8 e 12% de inclusão de HP-DDG, com base na MS total da dieta) em delineamento inteiramente casualizado. As dietas apresentavam relação volumoso:concentrado de 20:80 e foram fornecidas por 100 dias após 14 dias de adaptação. Com o aumento dos níveis de inclusão de HP-DDG, observou-se uma tendência linear de redução no consumo de matéria seca (CMS; P = 0,072), consumo de matéria orgânica (CMO; P = 0,083) e no consumo de proteína bruta (CPB; P = 0,063), além de reduzir significativamente, em comparação à dieta controle, o consumo de energia metabolizável (CEM; P < 0,05), carboidratos não fibrosos (CNF; P < 0,05) e proteína degradável no rúmen (PDR; P < 0,05). Observou-se aumento linear no consumo de extrato etéreo (EE; P < 0,05) e proteína não degradável no rúmen (PNDR; P < 0,05). Houve efeito significativo do tratamento (P = 0,007), com redução linear no consumo de NDT (P = 0,001) à medida que aumentou a inclusão de HP-DDG na dieta. Os valores variaram de 5,59 kg/d (0% HP-DDG) para 4,79 kg/d (12% HP-DDG), indicando redução na ingestão energética conforme aumentou-se a inclusão do HP-DDG. Não houve efeito sobre os consumos de FDNcp, proteína metabolizável e a relação entre o CMS e o peso corporal (CMS/PC; P > 0,10). A inclusão de HP-DDG influenciou significativamente (P < 0,05) a digestibilidade da matéria seca (MS), matéria orgânica (MO), proteína bruta (PB) e carboidratos não fibrosos (CNF), com redução dos valores nos tratamentos com HP- DDG em comparação ao controle (0% HP-DDG). Em contrapartida, o extrato etéreo (EE) apresentou aumento (P < 0,05) na digestibilidade com a inclusão de HP-DDG, especialmente até o nível de 8%. O consumo de nitrogênio (N), a excreção urinária de N e o N absorvido também foram reduzidos (P < 0,05) e a eficiência de utilização do nitrogênio (N retido/N absorvido) foi aumentada (P = 0,026) especialmente até o nível de 8%, enquanto o N fecal e o N retido não diferiram entre os tratamentos (P > 0,10). A produção de proteína microbiana (PBMic) e sua eficiência (g PBMic/kg NDT e g PBMic/kg MO digestível) não foram afetadas pelos tratamentos (P > 0,10). A inclusão de HP-DDG não resultou em efeitos significativos (P > 0,10) sobre a produção absoluta ou relativa de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). O ganho de carcaça quente foi reduzido (P < 0,05), e o ganho de peso corporal vazio apresentou tendência à redução (P = 0,052) nos tratamentos com HP-DDG em comparação ao controle (0% HP-DDG). Em relação à expressão gênica nos tecidos de fígado e músculo, observou-se resposta quadrática para os genes glutamato-oxaloacetato transaminase 1 (GOT1; P = 0,022) e Forkhead box O1 (FOXO1; P = 0,016), enquanto os genes fator de crescimento semelhante à insulina 1 (IGF1) e subunidade catalítica alfa 1 da proteína quinase ativada por AMP (PRKAA1) não foram influenciados pelos tratamentos (P > 0,10).A substituição do FSU por HP-DDG promoveu ajustes nutricionais e metabólicos sem comprometer o desempenho animal, sustentando seu uso como fonte de proteína bypass. Palavras-chave: aminoácidos; proteína bypass; digestibilidade de nutrientes; balanço de nitrogênio; zebuínos.