Post on 16-Oct-2021
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Tecnologie Informatiche ed Elettroniche per le Produzioni Animali
(corso TIE)
Massimo LazzariScienze veterinarie per la salute,
la produzione animale e la sicurezza alimentare – VESPA
Università di Milano
CORSO LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE
E TECNOLOGIE DELLE PRODUZIONI
ANIMALI
Perché misurare il latte su base individuale?
…per gestire meglio la mandria!
• Cali produttivi possono essere indicatori di calori, IMI, malattie
metaboliche;
• Conoscere le produzioni giornaliere individuali permette di
calibrare la razione alimentare e gli apporti energetici in
funzione della quantità di latte prodotto;
• Calcolare, anziché stimare, le curve di lattazione;
• Formare gruppi omogenei di animali in funzione delle loro
produzioni;
• Valutare la messa a latte delle bovine;
• Fornire un’indicazione economica.
I dispositivi di misura possono essere suddivisi in due gruppi:
VASI MISURATORI
• vasi di raccolta, che
accumulando il latte prodotto
dall’animale durante la mungitura;
• permettono di quantificare la
produzione prima del successivo
svuotamento nel lattodotto.
LATTOMETRI
• dispositivi che vengono montati tra il gruppo di mungitura
e il lattodotto;
• misurano in continuo la produzione di latte senza
trattenerlo.
I lattometri devono avere le seguenti caratteristiche:
• utilizzare dei materiali conformi alle normative vigenti (il
materiale a contatto del latte non deve essere tossico e non deve
alterare le proprietà organolettiche del latte);
• limitare gli “stress” meccanici (rottura dei globuli di grasso
aumento della concentrazione degli acidi grassi liberi alterazione
delle proprietà chimico-fisiche del latte);
• ridurre la formazione di schiuma (influenza negativamente la
precisione delle misure);
• essere accurati (certificazione ICAR, riferimento ufficiale nella
quantificazione del latte prodotto sia dal singolo animale sia
complessivamente dalla stalla);
• limitare le fluttuazioni di vuoto nell’impianto.
A proposito di accuratezza…
• accuratezza: si riferisce a quanto siamo vicini al valore
reale con una data misura;
• precisione: si riferisce a quanto si avvicinano tra di
loro misure indipendenti.
VASI MISURATORI
• Le caratteristiche strutturali e costruttive definite da norme (ISO
5707:2007);
• la misura della produzione avviene mediante una scala graduata a
forte contrasto per essere correttamente letta su un lato del vaso o
meglio su entrambi (a 180°) per poter controllare la messa in bolla
del dispositivo;
• alta probabilità di lettura scorretta, soprattutto quando nel vaso si
crea della schiuma sulla superficie del latte;
• impianto di mungitura più complesso.
Vasi misuratori per la misura automatica
della produzione. A – a galleggianti; B – a
sensori estensimetrici (celle di carico); C –
con contatore a turbina; 1 – entrata aria e
latte; 2 – uscita aria; 3 – uscita latte.
Troppo complessi, ormai
abbandonati
LATTOMETRI
In funzione della metodologia con la quale misurano la produzione:
• proporzionali;
• a porzioni costanti;
• a porzioni variabili;
• a flusso continuo.
Lattometri proporzionali
• eseguono un campionamento del latte prodotto durante
la singola mungitura, proporzionale alla quantità totale;
• attraverso un contenitore graduato, consentono di
stimare la produzione complessiva mediante una
valutazione visiva del livello raggiunto, oppure in
automatico utilizzando degli elettrodi di livello e
presentando il risultato su un display alfanumerico;
• utilizzati per lo più durante i controlli funzionali;
• costo: 250-300 €
Lattometri a porzioni costanti
• contano porzioni di peso o di volume costanti:
I lattometri che misurano porzioni di peso costante,
utilizzano di solito un bilanciere con due vaschette di
uguale volume che vengono alternativamente esposte al
flusso di latte e quindi alternativamente riempite e
svuotate. La registrazione delle oscillazioni eseguite dal
bilanciere consente una misura della produzione
complessiva;
I lattometri che misurano porzioni di volume costante,
funzionano attraverso l’utilizzo di una o più camere di
misura di capacità nota. Il livello è misurato da
galleggianti o sensori conduttimetrici che comandano
valvole meccaniche. Quando il livello fissato viene
raggiunto, le valvole vengono aperte ed il latte scaricato
nel lattodotto. Il conteggio del numero di volte in cui il
lattometro si è svuotato è rappresentativo dell’intera
produzione;
• costo: 500-1.000 €
Lattometri a porzioni variabili
• vengono calcolate le portate istantanee (quantità di latte che
attraversano il dispositivo in un intervallo di tempo finito);
• la misura delle portate può essere fatta:
(peso variabile) pesando costantemente, attraverso delle celle di
carico, la quantità di latte accumulata in una camera del dispositivo;
(volume variabile) misurando costantemente, attraverso
galleggianti o elettrodi, il livello raggiunto dal latte mentre viene
raccolto in una camera di volume noto;
• rapportando la quantità (di peso o di volume) di latte misurata e l’intervallo di tempo trascorso
è possibile calcolare la portata istantanea;
• durante la fase di scarico della quantità (di peso o di volume) di latte misurata, il flusso di latte
in ingresso al dispositivo non viene mai interrotto; ciò comporta che nello svuotamento della
camera precedentemente riempita venga coinvolto anche il latte in ingresso, introducendo un
errore nel calcolo della produzione istantanea;
• Per compensare questo errore, l’elettronica associata al dispositivo, esegue una stima del
latte impropriamente scaricato basandosi sulla portata istantanea calcolata precedentemente
durante la fase di riempimento della camera di misura;
• La produzione istantanea così corretta viene sommata incrementalmente per ottenere la
produzione totale
• costo: 500 – 1.000 €
Lattometri a flusso continuo
• calcolano la produzione complessiva sommando in modo
incrementale le produzioni istantanee, ricavate dalla misura
continua delle portate istantanee;
• non hanno parti in movimento; non ostacolano in alcun modo il
moto del latte;
• il flusso di latte viene misurato attraverso una matrice a infrarossi:
in un condotto di sezione nota, preceduto da un piccolo sifone
che ha il compito di provocarne il riempimento integrale con
segmenti di fluido alternati a delle bolle d’aria (“flusso a tappi”),
una matrice di sensori all’infrarosso è in grado di misurare la
velocità con cui il latte si muove. Dal prodotto tra la velocità
calcolata e la superficie di latte in movimento, data dalle
dimensioni e dalle proprietà geometriche del condotto, si calcola
il flusso istantaneo, da cui. si ricavano le produzioni istantanee;
• Costo > 1.000 €
• Accoppiati ad un controller, sensori specifici (temperatura, CE) e
ad uno specifico software permettono di monitorare tracce di
sangue, ingressi di aria nelle guaine, conducibilità elettrica del latte,
temperatura del latte
• Nel latte è determinata dalla concentrazione di anioni e cationi, principalmente Na+, K+
e Cl-;
• Valori tipici del latte di una bovina sana: 4.0 and 5.5 mS/cm a 25°C;
• Durante un’infezione mastitica, la concentrazioni di lattosio e K+ diminuiscono,
mentre le concentarzioni di Na+ e Cl- aumentano;
• Mastite non è l’unico fattore che provoca cambiamenti nel contenuto ionico del latte. Altri
fattori sono: temperatura (CE aumenta circa di 0,1 mS per °C), stadio di lattazione,
concentrazione di grasso, intervallo di mungitura, razza.
Conducibilità elettrica del latte
Ruegg, 2002
Tipologie di sistema
Rilievo della CE per singolo quarto (collettore - robot di mungitura)
Rilievo della CE dei quattro quarti (lattometro)
C.E. per singolo quarto
Vacca n° 11
5
6
7
8
9
10
11
12
13
28-gen 17-feb 08-mar 28-mar 17-apr 07-mag 27-mag
M ungiture
C.E
. (m
S/c
m)
asx
adx
pdx
psx
C.E. per singolo quarto
Procedura di valutazione:
1) Calcolo della differenza tra la C.E. del quarto in esame e il
valore di C.E. minimo tra i quattro quarti
min
min
CE
CECEDiff x
CE
Se DiffCE > Valore Soglia ALLARME MASTITE !!
2) Confronto tra DiffCE e il Valore Soglia impostato nel sistema
C.E. dei quattro quarti
Vacca n° 18
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
27-
gen
04-
feb
19-
feb
05-
mar
20-
mar
04-
apr
19-
apr
04-
mag
Mungiture
C.E
. (m
S/c
m)
C.E. dei quattro quarti
Procedura di valutazione:
1) Calcolo della differenza tra C.E. della mungitura in esame
e la media dei valori di C.E. registrati nei 10 gg precedenti
10MediaCECEDiff xCE
Se DiffCE > Valore Soglia ALLARME MASTITE !!
2) Confronto tra DiffCE e il Valore Soglia impostato nel sistema
Verifica risultati
Diagnosi
AutomaticaAnalisi di laboratorio
Definizione
dell’Affidabilità
del Sistema
Categorie
Veri Positivi: Bovine malate correttamente
individuate dal sistema
Veri Negativi: Bovine sane non segnalate
Falsi Positivi: Bovine sane segnalate dal sistema
come mastitiche
Falsi Negativi: Bovine malate non segnalate dal
sistema
Affidabilità del sistema
Sensibilità: rappresenta la capacità del sistema di segnalare le
bovine mastitiche presenti in allevamento.
MastiticheBovineTotale
nteCorrettameSegnalateBovine
NFPV
PVàSensibilit
....
..
Ma non basta!!
Es: valore soglia basso Segnalazioni sulla maggior parte delle bovine
con mastite
Ma anche per un gran numero di bovine sane.
Sensibilità elevata ma sistema poco affidabile!!!
Specificità: rappresenta la capacità del sistema di distinguere tra bovine sane e malate (selettività)
SaneBovineTotale
SegnalatenonSaneBovine
PFNV
NVàSpecificit
....
..
Valore Predittivo Positivo: rappresenta l’affidabilità della segnalazione positiva (fondamentale per l’allevatore!)
SegnalateBovineTotale
nteCorrettamegnalatePositiveSeBovine
PFPV
PVVPP
....
..
Valore Predittivo Negativo: rappresenta l’affidabilità della
segnalazione Negativa
NegativeBovineTotale
nteCorrettamegnalateNegativeSeBovine
NFNV
NVVPN
....
..
Un caso reale
Correlazione puntuale tra risultato
delle analisi di laboratorio e il
valore indice della mungitura
oggetto di campionamento
Correlazione tra risultato delle
analisi di laboratorio e la media dei
valori indice delle 2 mungiture
precedenti e successive quella
oggetto di campionamento
La sensibilità riportata in letteratura varia dal 55% all’89%, mentre la
specificità è compresa tra il 56% e il 99%. Nella maggior parte dei casi
elevati valori di sensibilità sono associati a bassi valori di specificità e
viceversa. Nessuno degli studi presenti in letteratura riporta una
combinazione di elevata sensibilità e specificità. Inoltre, nessuno degli
studi ha riportato valori di sensibilità e specificità in grado di
soddisfare le normative ISO/FDIS 20966 del 2007 (80% di sensibilità
con il 99% di specificità).
Invited review: Sensors to support health management on dairy farms.
C. J. Rutten, A. G. J. Velthuis, W. Steeneveld and H. Hogeveen -
Journal of Dairy Science Vol. 96 No. 4, 2013
Colore del latte
• Basata su sensori composti da tre fonti luminose corrispondenti alle
frequenze dei colori ROSSO, VERDE e BLU (RGB);
• Latte = liquido torbido con un basso coefficiente di assorbimento
e un alto coefficiente di dispersione della luce: quando la luce
attraversa il latte viene prima dispersa in tutte le direzioni e poi
riflessa verso il sensore;
• Il latte ha un colore giallastro: una piccola frazione del blu viene
assorbita, per cui nella luce riflessa l’intensità di rosso e verde
diventano più percettibili del blu, producendo la percezione del giallo
(sovrapposizione di rosso e verde);
• Il latte proveniente da un quarto infetto presenta un colore giallo più
intenso: in questo caso la somma dell’intensità del rosso e del verde
riflessi sarà maggiore;
• Quando del sangue si mischia al latte (trauma capezzolo, mastite
severa): il latte assorbe più verde e blu e nella luce riflessa
predomina il colore rosso
Il lattometro come strumento di gestione
Diagramma di flusso di un sistema informatizzato di gestione della
stalla da latte a partire dagli input forniti dal lattometro (Bianchi et
al., 2002, modificato)
Gestione informatizzata dell’azienda da latte.
L’identificazione elettronica degli animali unitamente all’utilizzo di sensori e
attuatori permette il rilievo dei dati e il controllo dei principali parametri
fisiologico-produttivi degli animali, fornendo all’allevatore un
valido aiuto per la gestione e la pianificazione della propria attività.
Spina di pesce
Lattodotto
Parallela
Giostra
Tandem
58 %
41 %
54 %
12,5 %
• Dati relativi a oltre 3200 allevamenti lombardi che aderiscono al Servizio di
Assistenza Tecnica agli Allevamenti (S.A.T.A.) e/o sono iscritti ai controlli funzionali
Alcuni parametri «latte» interessanti a fini gestionali: Flussi e tempi di mungitura
Flusso medio latte [kg/min] Produzione latte/tempo di mungitura
Flusso latte 15-30 s [kg/min] Flusso medio misurato a intervalli discreti (15-30 s, 30-60 s, 60-120 s) dopo
l’attacco del gruppo di mungituraFlusso latte 30-60 s [kg/min]
Flusso latte 60-120 s
[kg/min]
AMT [min] Tempo medio di mungitura
Latte 2 min [kg] Quantità di latte prodotto nei primi due minuti dopo l’attacco del gruppo
di mungitura
Latte 2 min [%] Percentuale di latte prodotto nei primi due minuti dopo l’attacco del
gruppo di mungitura
Latte/bovina [kg] Latte prodotto mediamente da una bovina durante una mungitura
Bovine bimodali [%] Percentuale di bovine con curva di eiezione del latte bimodale
Tempo basso flusso finale
[min]
Tempo che intercorre dal momento in cui il flusso di latte scende al di
sotto di 1 kg/min al momento in cui avviene lo stacco del gruppo di
mungitura
Flusso di stacco [kg/min] Flusso di latte allo stacco del gruppo di mungitura
Efficienza della sala
Bovine/stallo per ora [n] Numero di bovine munte per ogni stallo di mungitura in 1 h
Latte/stallo per ora [kg] Quantità di latte raccolto per ogni stallo di mungitura in 1 h
Stalli totali [n] Numero di stalli di mungitura
Efficienza di mungitura [%] Rapporto tra il tempo medio di mungitura e il tempo di visita di un carico
di animali
Flusso medio e quantità di latte prodotta nei primi due minuti dall'attacco del gruppo di mungitura (R2 = 0,74)
• Analisi condotta su 21 sale di mungitura di aziende agricole localizzate sul
territorio lombardo (BG, BS, CR, MI);
• Identificazione elettronica degli animali per mezzo di radiofrequenza (RF-ID);
• Lattometri;
• Gestione dei dati di mungitura per mezzo di un software gestionale dedicato;
• Condizioni operative: 42 kPa di vuoto; frequenza di pulsazione 60 cicli/min;
rapporto di pulsazione di 60:40; inverter;
• Bovine di razza Frisona, munte 2X, intervallo di 12 h tra due eventi successivi.
Flusso medio e tempo medio di mungitura (AMT) negli allevamenti studiati (R2 = 0,63)
Tempo medio di mungitura (AMT) e produzione di latte per mungitura
• il tempo medio di mungitura dipende da fattori diversi dal livello produttivo degli animali, quali ad esempio l’uomo, attraverso la corretta esecuzione della routine pre-mungitura, e/o le impostazioni dell’impianto, come l’opportuna regolazione degli stacchi automatici
Routine
completa1
(media ± dev.
std)
Routine
parziale2
(media ±
dev. std)
Significatività
Flusso latte 15-30 s
(kg/min)
2,98 ± 0,48 2,23 ± 0,59 P<0,001
Flusso latte 30-60 s
(kg/min)
3,25 ± 0,57 2,47 ± 0,61 P<0,01
Flusso latte 60-120 s
(kg/min)
3,84 ± 0,45 3,30 ± 0,60 P<0,05
Bovine bimodali (%) 29,0 ± 5,8 33,6 ± 8,3 NS
Flussi di latte incrementali, misurati tra 15 e 30 s, 30 e 60 s, 60 e 120 s dopo l’attacco del gruppo prendicapezzoli con routine pre-mungitura completa e parziale
1 Eliminazione primi getti, pre-dipping, asciugatura capezzoli prima dell’attacco del gruppo di mungitura (n=16)2 Eliminazione dei primi getti o asciugatura capezzoli prima dell’attacco del gruppo di mungitura (n=5)
Relazione tra il tempo in basso flusso finale e i tempi di mungitura (R2 = 0,62)
• Attenzione al flusso di stacco!!!...a reasonable guideline for evaluating the
completeness of milking is an average
strip-yield per udder less than 0.5 kg for 2x
herds or 0.75 kg for 3x herds when a
representative group of cows is machine-
stripped…(Mein and Reinemann, 2007)
Relazione tra il flusso di stacco e il tempo basso flusso finale negli allevamenti studiati (R2 = 0,60)
Il livello produttivo della bovine non influisce sulla percentuale di latte ottenibile nei primi due minuti di mungitura (R2=0,03)
• Elevati flussi di latte sono potenzialmente raggiungibili in qualsiasi
mandria ottimizzando la routine di mungitura e la gestione degli
animali;
• La quantità di latte nei primi due minuti dopo l’attacco del gruppo
prendicapezzoli potrebbe essere usata come un indicatore degli
eventi che precedono l’attacco del gruppo di mungitura.
Relazione tra la quantità di latte raccolto per stallo per ora e il numero di bovine munte per stallo per ora (R2 = 0,93)
• L’avvicendamento delle bovine è stato il principale
motore della produttività degli impianti.
Nelle sale a spina di pesce e parallele analizzate, non è stata riscontrata alcuna relazione tra
dimensione e produttività degli impianti (R2=0,03)
Il numero di bovine munte per stallo per ora è correlato positivamente all’efficienza di mungitura
(R2=0,83)
• La produttività delle sale di mungitura dipende dalla gestione degli animali e NON dal numero di stalli che le contraddistingue.;
• Più grande non è sempre meglio
• Efficienze di mungitura superiori al 40% potrebbero essere indicativi di:- gruppi di mungitura lasciati
attaccati troppo tempo;- routine di mungitura inadeguate; - movimentazione troppo veloce
degli animali
L'efficienza di mungitura rappresenta uno dei principali fattori responsabili della quantità di latte raccolto per stallo per ora (R2 = 0,73)
• Lo scopo dell’allevatore di bovine da latte è produrre e commercializzare latte;
• La sala di mungitura è il fulcro di questa attività e dal suo corretto
funzionamento ed utilizzo dipendono la maggior parte dei ricavi di un’azienda
da latte;
• La gestione della mungitura non può essere intuitiva ma deve avvenire su basi
razionali, utilizzando i dati forniti dai report di mungitura generati dai
software gestionali della mandria
flusso medio
flussi incrementali
tempo medio di mungitura
latte raccolto nei primi due minuti dopo l’attacco
del gruppo di mungitura
rapporto tra il tempo medio di mungitura e il
tempo di visita di un carico di animali
numero di bovine munte per stallo per ora
latte raccolto per stallo per ora
Rapporto delle produzioni individuali di latte, distinte per
sessione di mungitura, degli ultimi 10 giorni
Visualizzazione grafica delle stesse produzioni, con
indicazione della media di produzione per sessione di
mungitura (linea bianca orizzontale).
Curva di lattazione (in blu: reale; in azzurro: stimata) calcolata sulla
base delle produzioni individuali di latte registrate giornalmente
Efficienza del processo di mungitura mediante la presentazione di
alcuni dati riassuntivi caratteristici (n. vacche munte, produzione totale,
durata mungitura, bovine munte/ora, ecc.).
Dati fondamentali dei vari lotti di animali che si sono
susseguiti sulle due piattaforme della sala di mungitura
0,5 kg/min0,2 kg/min
TS
50
0
TA
N
Inizio mungitura
MN
G -
SG
OC
CIO
LA
TU
RA
TPL - Plateau
TMHG - FASE PRINCIPALE MUNGITURA
TAB - Discesa
TMBG Mungitura in bianco
Curva Lactocorder
Fonte ANARB