擠奶機自動脫杯閾值對擠奶量、擠奶時間及乳頭末端狀況的影響

李小明，楊開鎖，高振江

（1.北京農業職業學院，北京 102442； 2.中國農業大學工學院，北京 100083）

機械化擠奶可以減少人工勞動強度，降低奶牛乳房疾病的發生、提高牛奶產量和品質，促進畜牧業持續、穩定、健康和協調發展。當前擠奶機械化程度已成為一個國家奶牛養殖業發展水平和奶業現代化水平的重要標志，而與其相關的技術裝備也成為奶牛養殖機械中的關鍵技術裝備[1]。擠奶機的奶杯自動脫落技術能夠有效避免擠奶過程的過擠現象，減少對乳頭的傷害，提高擠奶設備自動化控制程度，降低人工勞動強度，故在世界各地得到廣泛使用。然而，在奶杯自動脫落技術的應用過程中，常常出現牛奶產量減少，乳頭外翻加重等不良影響。非但沒有體現奶杯自動脫落技術的效益，反而帶來了負面影響，一些小規模養殖奶牛場的自動脫落裝置甚至成為擺設。

Rasmussen等[2]將自動脫杯（automatic cluster remover，ACR）閾值從0.2kg/min增加到0.4kg/min，并未影響產奶量、牛奶成分或者臨床型乳房炎和亞臨床型乳房炎的發病率，但是減少了擠奶時間。Clarke[3,4]等研究了傳統ACR閾值的改進，即將最小脫杯閾值和最大套杯時間結合起來。將該方法應用于泌乳后期的奶牛，減少的時間為最長擠奶時間的34%，同時沒有奶量損失，體細胞數（SCC）和乳房炎發病率均沒有增加。將ACR閾值結合最大套杯時間控制的方案運用于泌乳初期的奶牛具有重要的意義，但目前鮮有報道。

本研究選擇小規模養殖奶牛場進行試驗，將ACR流量閾值結合最大套杯時間控制的方案運用于泌乳初期的奶牛，考察其對乳頭狀況、擠奶量以及擠奶時間的短期影響。

1 材料與方法

本研究在山東省濟北的一個奶牛場進行。牛場采取散欄飼養模式，泌乳牛未分圈，全混合日糧的主要原料是青貯、苜蓿、羊草以及精飼料。試驗牛為中國荷斯坦牛，均為新產奶牛且處于泌乳初期。擠奶機為2×14位玻璃計量魚骨式棚架式擠奶機，擠奶單元控制面板的型號為legend LT20，ACR閾值有2個檔位（0.2kg/min和0.3kg/min），脫杯延時設定為6s，即閾值判斷后延時6s再收杯。試驗開始前將奶襯全部換新，擠奶機系統真空設置為44kPa。在套杯前未進行清洗、擦干以及擠頭三把奶等擠前準備。每次擠完奶后都對乳頭進行藥浴消毒。

1.1 試驗方案

將80頭圍產牛隨機分成兩組（組-1和組-2），每組40頭。奶牛在產犢過程中的護理程序完全一樣，以保證產犢日期的處理平衡。產犢后的奶牛先被分入初產牛群，大約經過一周后再進入泌乳牛群。試驗前，奶牛的擠奶天數在30～60d，無乳房炎病例，log10SCC為4.41（SE=0.29）。每天早晚兩次擠奶，早上為5:00～8:00，晚上為16:00～19:00。試驗前即2015年10月中旬至12月中旬之間，擠奶機的ACR閾值均為0.2kg/min。試驗時間為2015年12月下旬至2016年3月下旬。試驗第一個月，組-1的ACR閾值保持0.2kg/min不變并控制最大套杯時間，而組-2的ACR閾值增加0.1kg/min至0.3kg/min并控制最大套杯時間；試驗第二個月，組-2的ACR閾值恢復至0.2kg/min并控制最大套杯時間，組-1的ACR閾值仍保持0.2kg/min不變并控制最大套杯時間；試驗第三個月，組-1的ACR閾值增加0.1kg/min至0.3kg/min并控制最大套杯時間，組-2的脫杯閾值保持0.2kg/min不變并控制最大套杯時間。

最大套杯時間根據牛群平均日產奶量和擠奶間隔時間計算[5]。已知擠奶間隔時間為12h，試驗牛群在泌乳初期平均日產奶量為24kg，得出早上和晚上擠奶的最大套杯時間相同且最大套杯時間為7.2min。因為試驗牛群達到最大套杯時間的奶牛比例超過了30%，故將早上和晚上擠奶期間最大套杯時間均控制在7.2min。

試驗期間，感染臨床型乳房炎的奶牛進行正常治療且不離開試驗組。

1.2 擠奶特性和SCC的測試

分別在試驗第一個月末和第三個月末的一天當中，采集早晚奶樣，混合后用RT10檢測體細胞數；在早上擠奶時間測量單頭牛擠奶時間和擠后殘奶量（杯組脫落后用手擠出乳房內殘留的牛奶）。

1.3 乳頭狀況和乳房炎的觀測

在試驗第一個月末和第三個月末的早上擠奶時間，用高像素照相機拍攝試驗奶牛乳頭的照片，包括側邊照片和末端照片。每頭奶牛的四個乳頭全部拍攝，每個乳頭的拍攝方法如圖1所示，對于不清晰的照片重復拍攝，直至清晰為止，所有照片全部存儲在照相機中。

圖1 試驗奶牛乳頭末端拍攝方案

試驗奶牛的乳頭全部拍攝完畢后，將圖片導入計算機，然后篩選出每個乳頭的清晰圖片，作為乳頭最終拍攝結果。由4人小組對所有乳頭的拍攝結果進行評分。參照Neijenhuis等[6]乳頭末端評分體系，根據結痂環厚度及粗糙度進行分類并評分（圖2）。

圖2 Neijenhuis乳頭末端評分體系

由牛場獸醫對乳房炎進行鑒定并進行積極治療。在治療前，從疑似感染乳區收集擠前奶樣用于細菌學分析。具體過程是：首先用酒精擦拭乳頭末端，在擠掉頭三把奶后收集20mL的奶樣，最后進行細菌培養和鑒定。

1.4 統計分析

由于SCC和擠后殘奶量均不服從正態分布，因此對其先進行對數變換然后再進行分析。為使結果更加清晰明了，反算對數的平均值。不同處理的顯著性采用T檢驗判定。計算感染臨床型乳房炎次數的比例。對乳頭末端評分的觀測者的觀測結果進行一致性檢驗，計算kappa系數。對不同乳區和不同乳頭長度的乳頭健康狀況進行 檢驗。

2 結果與分析

2.1 ACR閾值對擠奶特性、SCC以及乳房炎的影響

ACR閾值對擠后殘奶量、擠奶量、擠奶時間以及SCC的影響如表1所示?？芍?，當ACR閾值從0.2kg/min增加至0.3kg/min時，擠后殘奶量從0.12kg增加至0.23kg（P＜0.001）。經計算可知，ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，擠后殘奶量與奶牛泌乳量的比值分別為0.6%和0.7%，兩者幾乎沒有差異。這可能是因為ACR閾值從0.2kg/min增加至0.3kg/min時，奶牛泌乳量增加了。

ACR閾值設置為0.3kg/min和設置為0.2kg/min相比，日擠奶量和體細胞數均無顯著性差異（P＞0.05），但當ACR閾值從0.2kg/min增加至0.3kg/min時，日擠奶量有減少的趨勢，即從22.2kg減少至21.4kg；體細胞數亦有減少的趨勢，即從5.6萬個/mL減少至5.3萬個/mL。

當ACR閾值從0.2kg/min增加至0.3kg/min時，擠奶時間從6.82min減小至6.13min（P＜0.001），縮短時間（0.69min）為原擠奶時間的10.1%。

表1 ACR閾值設置對擠奶特性和SCC的影響

試驗期以乳區為單位的臨床乳房炎病例總共有12個且主要發生在前乳區，涉及6頭泌乳牛。除掉重復感染的情況，6頭泌乳牛有10個感染臨床乳房炎的乳區病例。ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，有臨床乳房炎的乳區比例分別為0.02和0.03，臨床型乳房炎病例至少1例的奶牛比例無顯著性差異。

對感染臨床型乳房炎的10個乳區的奶樣進行了細菌學分析。10個感染乳區中8個乳區的奶樣分離出病原菌，包括金黃色葡萄球菌、乳房鏈球菌以及停乳鏈球菌，其中金黃色葡萄球菌為主要病原菌。1個奶樣沒有培養出細菌，還有1個奶樣被污染了。

2.2 ACR閾值對乳頭末端狀況的影響

對4個觀測者的乳頭末端評分結果進行一致性檢驗，得到Kappa系數為0.78。圖3為交叉試驗下，ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，320個乳頭的末端評分分布情況。兩個ACR閾值設置下，均表現為2.5分的乳頭比例最多，分別為38.0%和35.8%。同時，均未發現結痂很厚并嚴重開裂的乳頭。

圖3 ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，乳頭末端評分分布

如表2所示，ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，乳頭評分值為2分以上的亞健康乳頭的比例分別為49.6%和38.6%。這表明，泌乳牛在ACR閾值設置為0.3kg/min時的亞健康乳頭數量比0.2kg/min的ACR閾值設置下更少。ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，試驗牛群的乳頭末端評分均值分別為2.07和1.94。這表明擠奶機ACR閾值設置為0.3kg/min時，牛群整體乳頭末端健康程度要優于設置為0.2kg/min時的情況。

表2 ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，各階段乳頭評分分布情況

2.2.1 長度不同的乳頭健康狀況

試驗前測量全群泌乳牛乳頭長度，得出乳頭長度的平均值。經抽樣統計分析，試驗牛場的乳頭長度平均值為5.4cm（標準誤SE=1.2cm）。據此對80頭奶牛的乳頭進行劃分，乳頭長度低于4.2cm為過短（等級一）乳頭；4.2～6.6cm之間為正常（等級二）乳頭；大于6.6cm為過長（等級三）乳頭。

當ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，長度等級不同的乳頭亞健康比例如表3所示。在同一ACR閾值設置下，將不同長度等級的乳頭分別分為健康組（2分及2分以下）和亞健康組（2分以上），并進行自由度為2的檢驗，得出ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min的P值分別為0.00096和0.00018，即不同長度等級的乳頭健康狀況有顯著性差異（P＜0.01）。這表明，ACR閾值對長度等級不同的乳頭健康狀況的影響有差異。當ACR閾值設置為0.3kg/min時，長度等級為一和二的亞健康乳頭的比例分別為17.8%和6.5%，且低于ACR流量閾值設置為0.2kg/min的結果（分別為21.4%和7.3%）；長度等級為三的乳頭亞健康比例為25.5%，且高于ACR閾值設置為0.2kg/min的結果（23.4%）。這表明，和0.2kg/min相比，ACR閾值設置為0.3kg/min時對長度等級一和長度等級二的乳頭健康狀況的影響較小，但對長度等級三的乳頭健康狀況的影響較大且有不利影響。

表3 ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，長度等級不同的乳頭亞健康比例

2.2.2 乳區位置不同的乳頭健康狀況

表4為0.2kg/min和0.3kg/min的ACR閾值設置對不同位置的乳頭末端評分的影響。

表4 ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，各位置乳區的乳頭末端評分結果

同一ACR閾值設置下，將前后乳頭分別分為健康組和亞健康組，并進行自由度為1的檢驗，得出ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時的P值分別為0.0039和0.0017，表明前后乳區的乳頭亞健康狀況有顯著性差異（P＜0.05）。ACR閾值設置為0.2kg/min時，前乳區評分（2.12分）大于其相應后乳區的乳頭評分（2.02分）；ACR閾值設置為0.3kg/min時，前乳區評分（1.99分）大于其相應后乳區的乳頭評分（1.92分）。因此，后乳區的乳頭健康狀況優于前乳區。當ACR閾值不同時并沒有影響前后乳區乳頭狀況的差異。此外，就各個乳區而言，ACR閾值設置為0.2kg/min時，右前、左前、右后以及左后乳區乳頭末端評分分別為2.10分、2.15分、2.01分以及2.03分，均大于ACR閾值設置為0.3kg/min的結果（1.93分、2.05分、1.91分以及1.92分）。因此，當ACR閾值從0.2kg/min增加到0.3kg/min時，各個乳區的健康狀況水平均有所提高。

2.2.3 奶牛個體為單位的乳頭健康狀況

根據乳頭末端評分體系的描述，將評分為2分及以下的乳頭劃分為健康乳頭，將評分為2分以上的乳頭劃分為亞健康乳頭，并以每頭泌乳牛評分2分及以下的乳頭數量N來評價每頭牛的乳頭末端健康水平[7]：水平Ⅰ：N=4，奶牛乳頭處于健康狀態；水平Ⅱ：N=3，奶牛乳頭處于輕度亞健康狀態；水平Ⅲ：N=2，奶牛乳頭處于中度亞健康狀態；水平Ⅳ：N≤1，奶牛乳頭嚴重亞健康狀態。

當ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，處于各健康水平的奶牛比例如表5所示。可知，當ACR閾值設置為0.2kg/min時，就健康水平Ⅰ的奶牛而言，其在實驗牛群中的比例為20%，低于ACR閾值設置為0.3kg/min時的情況（22.5%）。這表明ACR閾值設置為0.3kg/min時，有更多的奶牛處于健康狀態；就健康水平Ⅱ的奶牛而言，其在試驗牛群中的比例為45.0%，低于ACR閾值設置為0.3kg/min時的情況（50.0%）。這表明ACR閾值設置為0.2kg/min時，有更少的奶牛處于輕度健康狀態；就健康水平Ⅲ的奶牛而言，其在實驗牛群中的比例為18.8%，高于ACR閾值設置為0.3kg/min時的情況（16.3%）。此外，處于健康水平Ⅳ的奶牛比例為16.3%，高于ACR閾值設置為0.3kg/min時的情況（11.3%）。上述數據表明，當脫杯閾值從0.2kg/min增加到0.3kg/min時，亞健康奶牛的比例減少了，而健康奶牛的比例提高了。

表5 ACR閾值設置為0.2kg/min和0.3kg/min時，處于各健康水平的奶牛比例

3 討論

本試驗結果表明，對于泌乳初期的新產奶牛，在無擠前準備下，ACR閾值設置為0.3kg/min并控制最大套杯時間，可以減少擠奶時間，同時對SCC或臨床型乳房炎發病率無不良影響。在控制最大套杯時間的前提下，將脫杯閾值增加0.1kg/min，平均每頭牛每次擠奶時間縮短了0.69 min。因此，如果考慮每批次奶牛的擠奶時間，本試驗將流量閾值設置聯合最大套杯時間的方案，節省了更多的時間。這是因為限制每個擠奶點的擠奶時間，牛群中的最慢牛決定整排或批次奶牛的擠奶時間將不復存在，這在魚骨式擠奶機奶廳中特別明顯。在轉盤式擠奶機中，限制最大擠奶時間，可以允許平臺速度增加，提高了奶牛進入進出量。就奶牛整個泌乳期而言，ACR閾值設置為0.3kg/min并控制最大套杯時間，在大幅度縮短擠奶時間的同時并未對牛奶產量特征有不利影響。Jago等也得出奶牛在泌乳中期階段，擠后殘奶量不同時產奶量并沒有顯著差異的結論[8]。結合最大套杯時間的控制，ACR閾值從0.2kg/min增加至0.3kg/min，SCC沒有顯著變化。從SCC的角度而言，ACR閾值設置并沒有影響乳房健康。這與Rasmussen的研究結論是一致的[2]，當ACR閾值從0.2增加到0.4kg/min時，臨床型乳房炎發病率更低。

一般認為，一個牛群中乳頭評分為3分及以上的乳頭比例超過20%，就意味著牛群乳頭健康方面存在問題，且問題可能主要出現在擠奶環節[9]。本研究中，ACR閾值從0.2kg/min增加到0.3kg/min時，乳頭評分為3分及以上的亞健康乳頭比例從11.6%降低至2.8%，即試驗牛群整體的乳頭健康狀況趨于更好。乳頭評分越低，意味著乳頭括約肌和結締組織損傷程度越小，抵抗細菌侵入的能力越強，感染細菌的風險越低，產生乳房炎病例的可能性越小。Neijenhuis等的研究發現，奶牛在發生臨床乳房炎之前，感染乳區的乳頭末端結痂環比同一頭奶牛沒有感染臨床型乳房炎的結痂環更厚一些[10]。這表明乳頭末端結痂環厚度和感染臨床型乳房炎的風險有關。Neijenhuis等還發現，臨床型乳房炎乳區與同一頭奶牛沒有臨床型乳房炎乳區之間乳頭末端結痂環粗糙度沒有顯著性差異。這說明結痂環厚度和粗糙度的發展過程不一致。因此，在擠奶機的有關研究當中，結痂環厚度和粗糙度應該作為臨床型乳房炎可能發生的警示。

本試驗牛群的乳頭平均長度為5.4 c m，這與Hamann所描述的范圍相吻合[11]。長度等級一和長度等級二的乳頭健康狀況更好，而長度等級三的乳頭健康狀況更差。與之相反，Neijenhuis等認為乳頭末端結痂厚度和粗糙度并不會因乳頭長度而發生變化[10]。這可能是因為研究的奶牛品種不同及奶牛個體差異所致。

4 結論

ACR閾值從0.2kg/min增加至0.3kg/min，擠奶時間減少了0.69min（P＜0.001），同時，日擠奶量、SCC以及臨床乳房炎均無顯著變化。ACR流量閾值為0.3kg/min時，奶牛群乳頭狀況更好。擠奶機的自動脫杯流量閾值提高后，牛群乳頭末端總體評分結果和基于長度、乳區位置以及單頭牛乳頭健康水平分類評分結果均優于自動脫杯流量閾值提高前的結果。

將ACR閾值設置和最大套杯時間聯合起來，并運用于新產牛泌乳初期擠奶，減少了擠奶時間，同時并未影響牛奶產量、臨床乳房炎以及SCC。該策略有利于在擠前準備不足時，提高奶牛場擠奶效率和維護奶牛乳房健康。