Chemical composition and in vitro evaluation of the feeding value of brewery by-products for ruminants.

Chemische Zusammensetzung und In-vitro-Bewertung des Futterwertes von Brauerei-Ko-produkten für Wiederkäuer - eine äthiopische Perspektive: * Die Viehzucht und Nutztierhaltung spielen eine entscheidende Rolle für die Lebensmittelsicherheit und die Ernährung, insbesondere in Entwicklungsländern. In Äthiopien, wo es einen riesigen Viehbestand gibt - mehr als zwei Drittel der Bevölkerung besitzen Vieh - ist der Mangel an Futtermitteln eine kritische Herausforderung, und die Produktivität des Viehbestands bleibt sehr niedrig. Futtermittelknappheit in Bezug auf Quantität und Qualität ist eines der Haupthindernisse für die Erreichung des potenziellen Produktivitätsniveaus in der Tierhaltung. In dieser Hinsicht ist die effiziente Nutzung nicht-konventioneller Futtermittel eine wichtige Alternative, um der Futtermittelknappheit entgegenzuwirken und die Produktivität zu steigern. Die Verwendung von Getreide als Wiederkäuer¬futter in Äthiopien ist unwahrscheinlich, da es knapp ist und in direkter Konkurrenz zum Menschen steht. Brauerei-Nebenprodukte sind kostengünstiger als Konzentratfutter und könnten als Ergänzung den Protein- und Energiewert von energie- und nährstoffarmen Getreiderückständen (Stroh) und Weidegras verbessern. Brauerei-Nebenprodukte sind jedoch äußerst variable Futtermittel, was die chemische Zusammensetzung und den Nährstoffwert in Bezug auf die Brauverfahren und die verwendeten Getreidekörner betrifft. Diese Variablen können wiederum von Brauerei zu Brauerei und von Ort zu Ort variieren. Daher bestand das Hauptziel dieser Arbeit darin, die chemische Zusammensetzung und den In-vitro-Futterwert von Brauerei-Nebenprodukten - Biertreber (BG) und Tella-Atella (TA), einem Nebenprodukt des lokal hergestellten Tella-Getränks - aus Äthiopien zu bewerten und die potenzielle Variabilität innerhalb und zwischen Brauerei-Nebenprodukten zu untersuchen. Der erste Artikel der Arbeit ist ein Überblick über die chemische Zusammensetzung, den Futterwert sowie die Lagerungs- und Konservierungsbedingungen von BG als Wiederkäuerfutter im Allgemeinen und ohne Einschränkung auf Äthiopien. Darüber hinaus werden die Faktoren analysiert, die zur Variation der chemischen Zusammensetzung von BG beitragen. Ausgehend von den Ergebnissen der Untersuchung sind die Variablen der Brauverfahren, die verwendeten Gerstensorten und die zugesetzten Getreidekörner die Hauptfaktoren, die zu den Schwankungen der chemischen Zusammensetzung und des Nährwerts von BG führen. Insbesondere verschiedene Enzyme, die während des Mälzens und Maischens produziert werden, und die Anwendung verschiedener Wärmebehandlungen (Temperaturregime) sind Schlüsselfaktoren des Brauprozesses, die die Bestandteile, die in die Würze hydrolysiert werden, und die Bestandteile, die im BG verbleiben, beeinflussen. Beide Variablen sind miteinander verknüpft, und die Aktivität und Produktion der Enzyme hängt wiederum von der Verwendung der optimalen Temperatur für ein bestimmtes Enzym ab. Im zweiten Artikel wurden In-vitro-Methoden angewandt, um den Nährwert von BG- und TA-Proben mit besonderem Augenmerk auf den Proteinwert zu untersuchen und die mögliche Variabilität zu ermitteln. Insgesamt wurden 17 BG-Proben aus neun Brauereien, die etwa 70% aller in Äthiopien verfügbaren Brauereien ausmachen, und 3 TA-Proben entnommen und einer Analyse der chemischen Zusammensetzung und der Rohproteinfraktionierung (CP) unterzogen. Darüber hinaus wurde eine In-vitro-Pansengaserzeugungstechnik angewandt, um die Energiewerte, das im Pansen nicht abbaubare Rohprotein (RUP) und das verwertbare CP im Zwölffingerdarm (uCP) zu schätzen. Die Gesamtergebnisse zeigen, dass BG und TA reich an den meisten Nährstoffen sind und hauptsächlich hohe CP- und NDF-Konzentrationen aufweisen. Beide Nebenprodukte enthalten ein Protein mit geringer Pansenabbaubarkeit, was auf eine große Bedeutung für die Milchproduktion von Milchkühen hindeutet, vorausgesetzt, der RNP ist im Dünndarm zugänglich. Daher müssen die Verdaulichkeit von RNP und seine Aminosäuremuster im Dünndarm von Milchkühen weiter untersucht werden. Es wurden jedoch erhebliche Unterschiede innerhalb des BG und im Vergleich zum TA in Bezug auf die chemische Zusammensetzung und den Nährwert festgestellt. Der Versuch, BG mit den Ursprungsgetreidearten in Verbindung zu bringen, zeigte den spürbaren Einfluss der Ursprungsgetreidearten auf die Nährstoffwerte von BG. Die besonders hohen Stärkekonzentrationen in den Proben von nicht reinem Gerstenmalz BG und TA hängen höchstwahrscheinlich mit dem Brauprozess und der Art des verwendeten Getreides zusammen. Der beträchtliche Energiegehalt dieser Nebenprodukte macht sie auch zu einer wertvollen Energieergänzung, insbesondere in Regionen wie Äthiopien, wo ein großer Teil (mehr als 50 %) des verfügbaren Futters hauptsächlich aus Raufutter besteht. Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass BG und TA als potenzielle Protein- und Energiezusätze zur Verbesserung der Produktivität der Viehbestände beitragen könnten. In Anbetracht des Potenzials für den Ausbau von Brauereien in Äthiopien tragen beide Nebenprodukte dazu bei, den Futtermittelmangel für Wiederkäuer zu beheben. Aufgrund der potenziellen Variabilität in Bezug auf die chemische Zusammensetzung und den Nährwert ist eine regelmäßige Bewertung des Futterwertes für eine effiziente Nutzung der Nebenprodukte unerlässlich. Weitere Studien über die Verdaulichkeit von RNP und die Zusammensetzung der Aminosäuren im Dünndarm wären für eine effiziente Verwertung der Nebenprodukte in der Futtermittelformulierung unerlässlich. Darüber hinaus sollte die Verwendung zusätzlicher agroindustrieller Nebenprodukte als Futtermittelergänzung in Betracht gezogen werden, um den bestehenden großen Futtermittelbedarf in Äthiopien zu decken. Chemical composition and in vitro evaluation of the feeding value of brewery by-products for ruminants – an Ethiopian perspective: * Livestock production plays a crucial role in food security and nutrition, especially in developing countries. In Ethiopia with its huge livestock population – more than two-thirds of population own livestock – lack of feed is a critical challenge, and the productivity of livestock remains very low. Feed scarcity in terms of quantity and quality is one of the key constraints for livestock to reach the potential productivity level. In this regard, utilisation of non-conventional feed resources efficiently becomes a considerable alternative to tackle feed scarcity and improve productivity. Use of cereals as ruminant feed in Ethiopia is unlikely considering its shortage and the direct competition with humans. Brewery by-products cost less than concentrate feeds and, as a supplement, could enhance protein and energy values of low-quality cereal crop residues and herbage from pastures. However, brewery by-products are highly variable feeds in terms of chemical composition and the nutrient value related to the brewing processes, and type of cereal grains used. These variables in turn may vary based on breweries and localities. Hence, the main goal of this thesis was to evaluate chemical composition and in vitro feeding value of brewery by-products – brewers grains (BG), and tella-atella (TA): a by-product of locally produced tella drink – obtained from Ethiopia; and investigate the potential variability within and between brewery by-products. The first part of the thesis comprises a review focusing on the chemical composition, feeding value, and storage and preservation conditions of BG as a ruminant feed in general and without restriction to Ethiopia. In addition, the review analyzes factors contributing to the variation of chemical composition of BG. Based on the findings of the review, the variables of the brewing processes, malt barley varieties used, and cereal grains added are main factors that contribute to the variation in chemical composition and nutrient value of BG. Particularly, several enzymes produced during malting and mashing processes, and use of several heat treatments (temperature regimes) are key factors of brewing processes influencing the components that hydrolyzed in to wort, and the components that remain in the BG. Both variables are interrelated, and the production and activity of the enzymes again depend on the specific optimal temperature used. In the second part, in vitro methods were applied to examine nutritive value of BG and TA samples with particular focus on crude protein (CP); and investigate the potential variability. A total of 17 samples of BG obtained from nine breweries, representing about 70% of the total available breweries in Ethiopia, and 3 TA samples were collected, and subjected to analysis of chemical composition and CP fractionation. Moreover, an in vitro rumen gas production technique was applied to estimate energy values, ruminally undegradable feed CP (RUP) and utilisable CP at the duodenum (uCP). The overall results show that BG and TA are relatively high in most nutrients, mainly containing high CP and neutral detergent fibre concentrations. Both by-products contain CP with low rumen degradability indicating great potential for milk production of dairy animals provided that the RUP is accessible in the small intestine. Hence, digestibility of RUP and its amino acid patterns in the small intestine of the animal require further investigation. However, substantial variations within BG, and compared with TA were observed in terms of chemical composition and nutritive value. The attempt to relate BG to the origin of cereal grains showed the tangible influence of the original grains on the nutrient values of BG. Particularly high starch concentrations in non-pure barley malt BG, and TA samples were most likely related to the brewing process and type of grains used. Considerable energy contents of these by-products make them also valuable energy supplements especially in regions like Ethiopia where the largest portion of the available feed is roughage. Overall, findings of the thesis underline that BG and TA, both as potential protein and energy supplements, could contribute to improved livestock productivity. Thus, considering the potential to the expansion of breweries in Ethiopia, both by-products could contribute to tackle the feed scarcity for ruminants. Due to the variability in terms of chemical composition and nutritive value, a periodic evaluation of feeding value is vital for efficient utilisation of the by-products. Further studies on the digestibility of RUP and composition of amino acids in the small intestine would also be essential to utilise the by-products efficiently in feed formulation. Moreover, utilisation of an additional agro-industrial by-product as a feed supplements should be considered to meet the existing huge feed demand in Ethiopia.