Reduction of minerals in feedlot diets of Nellore cattle: impacts on intake, performance, and nutrient requirements; and prediction of chemical rib section composition by dual energy x-ray absorptiometry in Zebu cattle

Abstract

The present work was developed based on three studies. The objective of the first study was to evaluate a method to predict the 9th to 11th rib section (rib9-11) composition through empirical equations using Dual Energy X-ray Absorptiometry (DXA). DXA is a validated method used to describe tissue composition in humans and other animals, but few studies have evaluated this technique in beef cattle, and especially in the Zebu genotype. A total of 116 rib9-11 sections were used to evaluate published prediction equations for rib9-11 composition and to develop new regression models using a cross-validation procedure. For the proposed models, 93 ribs were randomly selected to calculate the new regression equations, and 23 different ribs were randomly selected to validate the regressions. The rib9-11 sections from left carcasses were taken from Nellore and Nellore × Angus bulls from three different studies and scanned using DXA equipment (GE Healthcare, Madison, Wisconsin, USA) in the Health Division at Universidade Federal de Viçosa. The outputs of the DXA report were DXA lean (g), DXA fat free mass (g), DXA fat mass (g), and DXA BMC (bone mineral content; g). After being scanned, the rib9-11 sections were dissected, grounded, and chemically analyzed for total EE, CP, water, and ash content. The predictions of rib fat and protein from previous published equations were different (P < 0.01) from the observed composition. New equations were established through leave-one-out cross-validation using REG procedure using SAS. The equations were as follows: Lean (g) = 37.082 + 0.907× DXA lean (R 2 = 0.95); Fat free mass (g) = 103.224 + 0.869 × DXA fat free mass (R2 = 0.93); EE mass (g) = 122.404 + 1.119 × DXA fat mass (R2 = 0.86); Ash mass (g) = 18.722 + 1.016 × DXA BMC (R2 = 0.39). The equations were validated using Mayer’s test, the concordance correlation coefficient (CCC), and the mean square error of prediction (MSEP) for decomposition. Comparing observed and predicted values using the new equations, Mayer’s test was not significant for lean mass (P = 0.26), fat free mass (P = 0.67), EE mass (P = 0.054), and ash mass (P = 0.14). We concluded that the rib9-11 composition of Nellore and Nellore × Angus bulls can be estimated from DXA using the proposed equations. The second study was developed using weaned Nellore bulls (n = 36; 274 ± 34 kg) in a randomized complete block 2 × 2 factorial design experiment to evaluate intake, fecal excretion and performance with different levels of minerals. The design included two levels of Ca and P (macro mineral factor; CaP+ or CaP-) and two levels of micro minerals (micro mineral factor; ZnMnCu+ or ZnMnCu-). The factor CaP- was without supplementation of limestone and dicalcium phosphate and the factor ZnMnCu- was without inorganic supplementation of micro minerals. The diets were isonitrogenous (13.3% CP). Intake was individually monitored every day. Indigestible NDF was used as an internal marker for fecal excretion measurements. The animals were slaughtered (84 and 147 days on feed; DOF), carcass characteristics were measured and liver and rib samples were collected. Feed, feces, rib bones and liver samples were analyzed for DM, ash, CP, EE, Ca, P, and micro minerals (Zn, Mn, and Cu). There were no significant interactions (P ≥ 0.06) between macro and micro minerals supplementation for any variables in the study. Calcium, P and micro minerals concentrations did not affect (P ≥ 0.20) intakes of DM, OM, NDF, EE, CP, TDN and NFC. Calcium and P intake were affected (P < 0.01) by macro mineral factor. Animals fed without Ca and P supplementation consumed lower levels of these minerals. Dry matter and nutrient fecal excretion were similar (P ≥ 0.23) among factors. Performance and carcass characteristics were similar (P ≥ 0.09) among diets. The content of ash in rib bones was not affected (P ≥ 0.06) by diets. Phosphorus and phosphatase alkaline plasma concentration were similar (P ≥ 0.52) among diets. Calcium plasma concentration was affected (P < 0.01) by micro mineral factor; nevertheless, all blood metabolites were within the reference values. Fecal excretion of Ca and P was different (P < 0.01) among macro mineral factor. These results indicate that supplementation of minerals (Ca, P, Zn, Mn, and Cu) is not necessary in conventional feedlot diets for finishing Nellore. Dietary reductions in these minerals would represent a decrease in the costs of feedlot diets. Dietary reductions in Ca and P decrease fecal excretion of these minerals. Decreasing the P fecal excretion through decreasing content minerals is an opportunity to reduce environmental impact of feedlot operations. The third study aimed to evaluate the water intake, the chemical body composition, the residual feed intake and gain, and the nutritional requirements of energy, protein for maintenance and gain, and calcium and phosphorus for maintenance of Nellore bulls, as well as their efficiencies. Weaned Nellore bulls (n = 44; 273 ± 34 kg) were fed in a randomized complete block design 2 × 2 factorial arrangement to evaluate the nutritional requirements with absence or presence of mineral supplementation. The design included two levels of Ca and P (macro mineral factor; CaP+ or CaP-) and two levels of micro minerals (micro mineral factor; ZnMnCu+ or ZnMnCu-). The diets were isonitrogenous (13.3% CP). Intake was individually monitored every day. Indigestible NDF was used as an internal marker for digestibility measurements. Four animals were used in the reference group (harvested d 0); four bulls were fed at the maintenance level (1.1% of BW); and the remaining 36 bulls were fed ad libitum. Bulls are blocked by days on fed, they were slaughtered on d 84 and 147, after slaughter, samples of the whole body were taken. All samples were lyophilized, ground with liquid nitrogen and grouped as percentage of component in empty BW from each bull. Samples were analyzed for DM, ash, CP, EE, Ca, and P. The water intake was similar (P ≥ 0.07) among treatments. The average of free water intake was 17 L/d for each bull. High residual feed intake and gain (RFIG) bulls had lower DMI (P < 0.01) than low RFIG bulls, but similar ADG (P = 0.82). The CP, EE and water present in the EBW increased as the animal grew, the ash growth is lower than the EBW. Non-linear regression equations were developed to predict heat production (HP) from metabolizable energy (ME) intake and retained energy (RE). The net energy requirements for maintenance (NEm) and metabolizable energy for maintenance (MEm) were 66.5 and 107 kcal/EBW0.75/d, respectively. The efficiency (km) was 62%. The equation obtained for net energy for gain (NEg) was: NEg (Mcal/day) = 0.0388 × EBW0.75 × EBWG1.095 and the efficiency was 25%. For net protein for gain was: NPg (g/day) = 179.74 × EBWG – 5.43 × RE. The net maintenance requirement for Ca was 2.33 mg/EBW and for P was 9.10 mg/EBW. The coefficient of absorption for Ca was 54% and P was 64%. In conclusion, the requirement of net energy for maintenance for Nellore feedlot cattle is 66.5 kcal/EBW0.75/day. Requirements of net energy for gain and net protein for gain can be obtained by the following equations: NEg (Mcal/day) = 0.0388 × EBW0.75 × EBWG1.095 and NPg (g/day) = 179.74 × EBWG – 5.43 × RE. Net maintenance requirement for Ca is 2.33 mg/EBW and for P is 9.10 mg/EBW. The coefficient of absorption for Ca is 54% and P is 64%. The water intake is not influenced by supplementation of Ca, P, Zn, Mn, and Cu. High residual feed intake and gain bulls has lower DMI than low RFIG bulls, with similar ADG. The CP, EE and water present in the EBW increased as the animal grew, the ash growth is lower than the EBW. Overall, intake and performance was not affect by minerals (Ca, P, Zn, Mn, and Cu) diet reduction. It was concluded that the reduction of minerals contents in feedlot diets for Nellore finishing bulls appears not influence in intake, performance, chemical body composition, and nutrient requirements of Nellore finishing bulls in feedlot.

O presente trabalho foi desenvolvido baseado em três estudos. O objetivo do primeiro estudo foi avaliar um novo método para estimar a composição química entre a 9 e 11a seção das costelas (costela9-11) através de equações usando um aparelho de absorptometria radiológica de dupla energia (DXA). O DXA é um método validado usado para caracterizar a composição de tecidos em seres humanos e outros animais, mas poucos estudos avaliaram esta técnica em bovinos de corte e, especialmente, em animais Zebus. Um total de 116 costela9-11 foram utilizadas para desenvolver novos modelos de regressão usando o procedimento de validação cruzada (cross-validation). Para os modelos propostos, 93 costela9-11 foram selecionadas aleatoriamente para gerar as novas equações de regressão, e 23 costela9-11 diferentes foram selecionados aleatoriamente para validar as equações geradas. As seções da costela9-11 de carcaças foram retiradas de animais Nelore e Nelore × Angus de três diferentes experimentos e escaneadas usando o equipamento DXA (GE Healthcare, Madison, Wisconsin, EUA) na Divisão de Saúde da Universidade Federal de Viçosa. Os outputs do relatório do DXA foram DXA massa magra (g), DXA massa livre de gordura (água, proteína e matéria mineral), DXA massa gorda (g), e DXA BMC (conteúdo mineral ósseo; g). Depois de serem escaneadas, as seções das costela9-11 foram dissecadas, liofilizadas, e analisadas para EE, PB, MS e teor de cinzas. Novas equações foram estabelecidas através do procedimento de validação cruzada usando o procedimento REG do SAS. As equações foram como se segue: magro (g) = 37,082 + 0,907 × DXA magra (R2 = 0,95); massa livre de gordura (g) = 103,224 + 0,869 × DXA massa livre de gordura (R2 = 0,93); EE (g) = 122,404 + 1.119 × DXA massa gorda (R2 = 0,86); cinzas (g) = 18,722 + 1,016 × DXA BMC (R2 = 0,39). As equações foram validadas pelo teste de Mayer (teste conjunto do intercepto e inclinação), o coeficiente de correlação e concordância (CCC), e a decomposição do quadrado médio do erro predição (MSEP). Comparando valores observados e preditos usando as novas equações propostas, o teste de Mayer foi não significativo para a massa magra (P = 0,26), massa livre de gordura (P = 0,67), EE (P = 0,054), e cinzas (P = 0,14). Concluiu-se que a composição da costela9-11 de novilhos Nelore e Nelore × Angus pode ser estimada a partir do DXA usando as equações propostas. O segundo estudo foi desenvolvido utilizando novilhos Nelore desmamados (n = 36; 274 ± 34 kg) em delineamento em blocos casualizados em arranjo fatorial 2 × 2, para avaliar o consumo, a excreção fecal e desempenho com diferentes níveis de minerais na dieta de terminação. O experimento incluiu dois níveis de Ca e P (fator macro mineral; CaP+ ou CaP-) e dois níveis de micro minerais (fator micro mineral; ZnMnCu + ou ZnMnCu-). O fator CaP- foi sem suplementação de calcário e fosfato bicálcico e o fator ZnMnCu- foi sem suplementação inorgânica de micro minerais (premix). As dietas foram isoprotéicas (13,3% PB). A ingestão foi monitorada individualmente todo dia. A fibra em detergente neutro indigestível foi usada como indicador interno para calcular a digestibilidade. Os animais foram abatidos em diferentes períodos (84 e 147 dias de confinamento), características de carcaça foram medidas e amostras de fígado e ossos da costela foram retirados. Amostras de alimentos, fezes, costelas e fígado foram analisadas para MS, cinzas, PB, EE, Ca, P, e micro minerais (Zn, Mn e Cu). Não houve interação significativa (P ≥ 0,06) entre a suplementação de macro e micro minerais para todas as variáveis estudadas. Concentração de Ca, P e micro minerais na dieta não afetou (P ≥ 0,20) os consumos de MS, MO, FDN, EE, PB e CNF. Ingestão de Ca e P foram influenciados (P <0,01) pelo fator macro mineral. Animais alimentados sem suplementação de Ca e P consumiram menores quantidades destes minerais. A excreção de matéria seca e de nutrientes foram similares (P ≥ 0,23) entre os fatores estudados. Desempenho e características de carcaça foram similares (P ≥ 0,09) entre as dietas. O teor de cinzas nos ossos das costelas não foi afetado (P ≥ 0,06) pelas dietas. O fósforo e a concentração de fosfatase alcalina no plasma foram semelhantes (P ≥ 0,52) entre as dietas. A concentração plasmática de cálcio foi afetada (P < 0,01) pelo fator micro mineral; no entanto, todos os metabólitos do sangue analisados estavam dentro dos valores de referência. A excreção fecal de Ca e P foi diferente (P < 0,01) entre o fator macro mineral. Estes resultados indicam que a suplementação de minerais (Ca, P, Zn, Mn e Cu) não é necessária em dietas convencionais de confinamento para animais Nelore em terminação. A redução nas dietas destes minerais representaria uma diminuição nos custos de dietas de confinamento. Reduções nas concentrações de Ca e P na dieta pode diminuir a excreção fecal destes minerais. Diminuir a excreção fecal de P através da diminuição deste mineral na dieta é uma oportunidade para reduzir o impacto ambiental dos confinamentos. O terceiro estudo teve como objetivo avaliar o consumo de água, a composição química corporal, o consumo alimentar residual e ganho residual conjunto, e as exigências nutricionais de energia, proteína para mantença e ganho, e cálcio e fósforo para a mantença de novilhos da raça Nelore, bem como suas eficiências. Foram utilizados animais Nelore desmamados (n = 44; 273 ± 34 kg), os novilhos foram alimentados em um delineamento em blocos casualizados em arranjo fatorial 2 × 2 com ausência ou presença de suplementação mineral (Ca, P, Zn, Mn e Cu). O experimento incluiu dois níveis de Ca e P (fator macro mineral; CaP+ ou CaP-) e dois níveis de micro minerais (fator micro mineral; ZnMnCu+ ou ZnMnCu- ). As dietas foram isoprotéicas (13,3% PB). A ingestão foi monitorada individualmente todo dia. Fibra em detergente neutro indigestível foi usada como indicador interno para mensurar a digestibilidade. Quatro animais foram utilizados no grupo de referência (abatidos no dia 0); quatro novilhos foram alimentados ao nível de mantença (1,3% do peso corporal); e os 36 animais restantes foram alimentados ad libitum. Após o abate, as amostras de todo o corpo foram amostradas. Todas as amostras foram liofilizadas, moídas com nitrogênio líquido e agrupadas como percentagem do peso de corpo vazio (PCVZ) de cada animal. As amostras foram analisadas para MS, cinzas, PB, EE, Ca e P. O consumo de água foi semelhante (P ≥ 0,07) entre os tratamentos. A média de ingestão de água livre foi de 17 L/d. O consumo alimentar residual e ganho residual conjunto (GCAR) alto de touros tiveram menor CMS (P < 0,01) do que touros de baixo GCAR, mas com GMD semelhante (P = 0,82). A PB, EE e água presente no PCVZ aumentou à medida que o animal cresceu, o crescimento de cinzas foi menor do que o PCVZ. Equações de regressão não-lineares foram desenvolvidos para predizer a produção de calor, o consumo de energia metabolizável (CEM) e a energia retida (ER). As exigências líquidas de energia para mantença (ELm) e energia metabolizável para mantença (EMm) foram 66,5 e 107 kcal/PCVZ0,75/d, respectivamente. A eficiência (km) foi de 62%. A equação obtida para energia líquida para ganho (ELg) foi: ELg (Mcal/dia) = 0,0388 × PCVZ0,75 × GPCVZ1.095 e a eficiência foi de 25%. Para a proteína líquida para ganho obteve-se: PLg (g/dia) = 179,74 × GPCVZ - 5,43 × ER. A exigência de mantença líquida do Ca foi de 2,33 mg/PCVZ e de P foi de 9,10 mg/PCVZ. O coeficiente de absorção de Ca foi de 54% e do P de 64%. Em conclusão, a exigência de energia líquida para mantença de bovinos Nelore confinados é 66,5 kcal/PCVZ0,75/dia. Exigências de energia líquida para ganho e de proteína líquida para ganho podem ser obtidas através das seguintes equações: ELg (Mcal/dia) = 0,0388 × PCVZ0,75 × GPCVZ1.095 e PLg (g/dia) = 179,74 × GPCVZ - 5,43 × ER. Exigência de mantença líquida do Ca é 2,33 mg/PCVZ e para o P é 9,10 mg/PCVZ. O coeficiente de absorção do Ca é de 54% e do P é de 64%. O consumo de água não é influenciado pela suplementação de Ca, P, Zn, Mn e Cu. Animais que possuem alto consumo alimentar residual e ganho residual conjunto tem menor CMS que animais que apresentam baixo GCAR, e apresentando o mesmo ganho de peso. A PB, EE e água presente no PCVZ aumenta à medida que o animal cresce, o crescimento de cinzas não segue o mesmo padrão que o PCVZ. No geral, o consumo e o desempenho de animais Nelore em terminação confinados não foram afetados pela redução de minerais (Ca, P, Zn, Mn e Cu) na dieta. Concluiu-se que a redução dos teores de minerais em dietas de confinamento para Nelore em terminação não influencia no consumo, desempenho, composição química corporal e exigências nutricionais de bovinos Nelore terminados em confinamento.