DE102014101875A1

DE102014101875A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansan eines Wiederkäuers

Info

Publication number: DE102014101875A1
Application number: DE102014101875.3A
Authority: DE
Inventors: Jose Alberto Laporte Uribe
Original assignee: GEA Farm Technologies GmbH
Current assignee: GEA Farm Technologies GmbH
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Verfahren zur Überwachung der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers, bei dem man einen charakteristischen Kohlendioxidwert im Pansen und/oder Netzmagen bestimmt.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers wie einer Kuh, einer Ziege, einem Schaf und dergleichen.
Wiederkäuer werden in vielen Ländern der Welt zur Produktion von Milch und/oder Fleisch eingesetzt. Sowohl die Milch- als auch die Fleischproduktion pro Wiederkäuer haben über die letzten Jahrzehnte signifikant zugenommen. Verantwortlich für diese Zunahme ist einserseits die genetische Aufbesserung der Wiederkäuer, z. B. durch Züchtung, und andererseits ein besseres Verständnis der Ernährungsbedürfnisse des Rinds. Insbesondere bei größeren Milchviehherden erfordert das Futtermanagement der Herde häufig eine Optimierung. Vor allem Azidose ist zu vermeiden. Pansenazidose ist zu verstehen als eine Zunahme der Azidität im Pansen, die als Abnahme des pH-Wertes des Panseninhalts über eine Zeitspanne, die lange genug dauert, um beim betroffenen Tier physiologische Konsequenzen zu haben, beschrieben wird. In dieser Hinsicht ist metabolische und respiratorische Azidose zu verstehen als die Zunahme der Azidität des Blutes und anderer Gewebe. Bei Wiederkäuern sind metabolische und respiratorische Azidose stark gekoppelt mit der Abnahme des pH-Wertes im Pansen. Daher wurden Anstrengungen zur Messung des Pansen-pH-Wertes in situ unternommen.
Im Stand der Technik wird ein Bous mit einem eingeschlossenen pH-Meter und einem Temperatursensor beschrieben, z. B. in GB 2 455 700 A . Dieser pH-Sensor funktioniert elektrochemisch, d. h. er verwendet eine pH-Elektrode zum Messen des pH-Wertes. Ein solches System hat Nachteile, da der verwendete Sensor schon nach einigen Wochen Anwendung im Pansen driftet.
Hierauf basierend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist die Überwachung der Entstehung von mit Pansenazidose assoziierten Krankheiten.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Überwachung der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers, umfasst die Bestimmung eines charakteristischen Kohlendioxidwerts im Pansen und/oder Netzmagen. Die Bestimmung des charakteristischen Werts kann direkt oder indirekt durch Messen einer relevanten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaft erfolgen.
Durch die Feststellung des charakteristischen Werts lässt sich die Gesundheit des Wiederkäuers verbessern, insbesondere durch eine Steuerung des Gasretention und eine Reduzierung der Schaumbildung im Pansen. Dies kann durch Futtermanagement und Rationsformulierung, vor allem durch die Verwendung von Zusätzen, Puffern, Additiven, Antischaummitteln oder anderen Substanzen, die Teil des Futters sein können, erreicht werden.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Überwachung der Ernährung im Pansen eines Wiederkäuers umfasst den Schritt der Messung der Konzentration von gelöstem Kohlendioxid als einen charakteristischen Wert. Mit der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid lässt sich die Entstehung von Pansenazidose, subakuter Pansenazidose, metabolischer und respiratorischer Azidose, Blähungen, Labmagendysplasie, Milchfettdepression und anderen mit Gasretention und/oder Schaumbildung assoziierten Ernährungssyndromen und -krankheiten im Magen-Darm-Trakt von Wiederkäuern vorhersagen, verhindern und steuern.
Der charakteristische Wert, insbesondere die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid, wird vorzugsweise zumindest zu vorherbestimmbaren Zeiten im Pansen bestimmt, insbesondere gemessen.
Die Überwachung erfolgt vorzugsweise mittels eines respektiven Bolus. Vorzugsweise findet die Überwachung im Pansen, im Netzmagen und/oder im ventralen Pansensack statt. Gemäß dem Verfahren wird die Konzentration des gelösten Kohlendioxids zumindest zu vorherbestimmten Zeitpunkten im Pansen gemessen, und die gemessene Konzentration des gelösten Kohlendioxids wird zu mindestens einem entsprechenden pH-Wert in Beziehung gesetzt. Die Korrelation der Konzentration des gelösten Kohlendioxids mit mindestens einem entsprechenden pH-Wert kann zum Beispiel unter Anwendung eines vorher festgelegten Algorithmus zur Berechnung des pH-Wertes aus der jeweiligen Konzentration an gelöstem Kohlendioxid oder unter Anwendung einer Tabelle mit Vergleichswerten für verschiedene Paare an Konzentrationen an gelöstem Kohlendioxid und entsprechenden pH-Werten durchgeführt werden. Der Begriff ”mindestens ein entsprechender pH-Wert” kann so verstanden werden, dass vorzugsweise ein einzelner pH-Wert einer speziellen Konzentration an gelöstem Kohlendioxid zugeordnet werden kann. Nichtsdestotrotz ist es je nach angewendetem System zur Messung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid möglich, dass ein Wertebereich, das heißt, ein durch einen pH-Mindest- und einen pH-Höchstwert eingegrenzter Bereich, dabei herauskommt, je nach gegebener Konzentration an gelöstem Kohlendioxid. Dies bedeutet, dass es selbst bei angegebenen pH-Wert-Bereichen stets möglich ist, z. B. einen Mindest-pH-Wert bereitzustellen, so dass man einen klaren Anhaltspunkt für einen Zustand im Pansen erhält, der für das Tier im Hinblick auf Azidose gefährlich sein könnte.
Im Pansen von Wiederkäuern gibt es ein sogenanntes biochemisches Puffersystem, was bedeutet, dass ein chemisches Gleichgewicht zwischen gelöstem Kohlendioxid, Kohlensäure und Hydrogencarbonationen vorliegt:
Das Reaktionsgleichgewicht wird durch die CO₂-Hydrierungskonstante k_h und die Gleichgewichtskonstante k_a für die Reaktion zwischen Hydrogencarbonat und Kohlensäure bestimmt. Kohlensäure reichert sich in Lösung nicht an, sondern dissoziiert zu Wasserstoff und Hydrogencarbonat. Mit den bei der obigen Formel verwendeten tiefgestellten Zahlen 1 und 2 wird zwischen der Vorwärtsreaktion 1 und der Rückreaktion 2 unterschieden. Für diese sind die folgenden Beziehungen bekannt:
Das Gleichgewicht zwischen den Konzentration an gelöstem Kohlendioxid und der Hydrogencarbonatkonzentration wird durch die folgende Gleichung geregelt:
Durch Anwendung eines dekadischen Logarithmus auf diese Gleichung kommt man zu der folgenden Feststellung:
Also:
Dies bedeutet, dass sich der pH-Wert feststellen lässt, wenn man die Konzentrationen an gelöstem Kohlendioxid und Hydrogencarbonat und die Gleichgewichtskonstante k_a kennt.
Es verbessert die Pufferkapazität, indem gemäß dem thermodynamischen Gleichgewicht dem gelöstem Kohlendioxid Kohlendioxid zugeführt wird oder Kohlendioxid daraus entnommen wird. Eine Bestimmung des Kohlendioxid-Partialdrucks in der oben angeführten Gleichung erlaubt die Berechnung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid.
Die Beziehung zwischen der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid, der Konzentration an Hydrogencarbonationen und dem pH-Wert ist oben angeführt. Dies lässt sich für gegebene Hydrogencarbonationenkonzentrationen auflösen, was die Korrelation des gemessenen Wertes für gelöstes Kohlendioxid mit mindestens einem pH-Wert erlaubt. Wenn ein pH-Wert-Bereich erhalten wird, kann dies auf eine leichte Variation bei der Konzentration der Hydrogencarbonationen zurückzuführen sein.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Überwachung des Pansen-pH-Wertes und/oder der Konzentration von gelöstem Kohlendioxid im Pansen. Hierdurch kann eine Warnung ausgelöst werden, wenn der pH-Wert unter eine zuvor festgelegte Schwelle, wie z. B. einen pH-Wert unter 6,1, fällt. Gleichzeitig werden vorzugsweise auch die Messzeiten überwacht, entweder in einer Vorrichtung im Pansen oder durch eine Übertragung aus dem Tier heraus. Dies erlaubt die Überwachung der Zeitintervalle, bei denen spezielle saure Bedingungen vorliegen, da gefunden wurde, dass sich Pansenazidose entsprechend des Vorliegens klinischer Zeichen in zwei Kategorien einteilen lässt: subklinische und klinische Azidose. Man wird sich zunehmend bewusst, dass nicht nur eine bestimmte Schwelle beim Pansen-pH-Wert unterschritten werden muss, sondern dass auch die Zeitspanne, während der eine bestimmte Schwelle unterschritten wird, von Bedeutung ist. Subklinische Azidose wurde als verändertes Pansenmilieu definiert, bei dem der Pansen-pH-Wert 5,8 länger als 12 h pro Tag unterschreitet, es wurde jedoch nahegelegt, dass das Risiko des Auftretens einer subklinischen Azidose erhöht ist, wenn der Pansen-pH-Wert länger als 5 h pro Tag unterhalb von 5,8 ist, möglicherweise, weil sich unter diesen Bedingungen die Verdauung von Fasern und die Fermentation verändert.
Die klinische Pansenazidose lässt sich in akute und subakute Pansenazidose unterteilen. Es wurde gezeigt, dass Werte unterhalb von einem pH-Wert von 5,5 über mehr als 5 h zu klinischen Symptomen einer subakuten Azidose führen, während klinische Azidose meistens mit pH-Werten unterhalb von 5 assoziiert ist, die selbst über kürzere Zeitspannen kritisch sind.
Wir waren dazu in der Lage, für diesen breiten physiologischen Bereich (7 bis 5, 2) die Zunahme an gelöstem Kohlendioxid aufgrund der Abnahme des Pansen-pH-Wertes abzuschätzen. Auf diese Weise kann die für eine optimale bakterielle Fermentation (unterhalb pH 6,6), eine Abnahme der Faserverdauung (unterhalb pH 5,8), eine subakute Azidose (unterhalb pH 5,5) und Azidose (unterhalb pH 5,0) beschriebene pH-Wert-Schwelle auf verschiedene dCO₂-Konzentrationen von 12 bis 20, 60, 120 beziehungsweise 380 mM zurückgeführt werden. Diese Werte für gelöstes Kohlendioxid stehen in engem Zusammenhang mit Veränderungen bei der biologischen Aktivität von Bakterien, die für die Fermentation im Pansen verantwortlich sind, sowie physiologischen Veränderungen des Pansenepithels, die mit Pansenazidose assoziiert sind. Darauf beruht die Annahme, dass es die Konzentrationen an gelöstem Kohlendioxid sind, die die Mechanismen kontrollieren, die zum Auftreten von Pansenazidose führen, und nicht das damit einhergehende Absinken des Pansen-pH-Wertes.
Alternativ dazu oder zusätzlich handelt es sich bei dem charakteristischen Wert um den pH-Wert. Der pH-Wert lässt sich direkt mit einem pH-Wert-Sensor oder indirekt durch Messung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid wie oben erläutert bestimmen.
Vorzugsweise überprüft man die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid zu bestimmten Zeitpunkten, bevorzugt in Abständen von weniger als einer Minute. Es ist jedoch auch möglich, dieses Zeitinterval zu verändern, insbesondere in Abhängigkeit von vorherbestimmten Umständen, z. B. eine bestimmte Zeit nach der Fütterung. Dies kann durch ein von außen kommendes Signal ausgelöst werden, z. B. von einer mit den Fütterungsgeräten kombinierten Kommunikationseinheit oder dergleichen.
Weiterhin können die gesammelten Daten zur Erstellung von Informationen bezüglich der Effizienz der Fermentation im Pansen und dem Risiko von ernährungsbedingten Krankheiten einschließlich Syndromen und Krankheiten wie subklinischer Azidose, akuter Azidose, Blähungen, Labmagendysplasie, Ketose und anderen verwendet werden. Diese Analyse kann entweder in einer Analyseeinheit in der Vorrichtung oder, nach Übertragung von einer ersten, im Pansen befindlichen Kommunikationseinheit zu einer zweiten, außerhalb des Tieres befindlichen Kommunikationseinheit, außerhalb vorgenommen werden. Hierdurch ist es möglich, spezielle Warnsignale für den Landwirt zu erzeugen, wie z. B. ein pH-Wert unterhalb 5,8 über 5 h pro Tag oder 12 h oder mehr pro Tag oder Konzentrationen an gelöstem Kohlendioxid unterhalb 60 mM über 5 h.
Gemäß einer Verbesserung des Verfahrens wird die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid mit einem Infrarotsensor gemessen.
Infrarotsensoren, d. h. Sensoren, die auf die elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich ansprechen, insbesondere aktive Infrarotsensoren, die eine Infrarotstrahlung durch eine Probe schicken und das Licht nach mindestens einmaligem, möglicherweise zweimaligem oder mehr als zweimaligem Passieren der Probe, unter Verwendung mindestens eines jeweiligen Spiegels messen, ermöglichen eine stabile Messung des gelösten Kohlendioxids ohne Driften der Messwerte. Insbesondere können interne Eichstandards zur Vermeidung eines Driftens der Messwerte kumulativ bereitgestellt werden. Bevorzugt wird ein sogenannter NDIR-Sensor, ein nicht-dispersiver Infrarotsensor.
Ein solcher Sensor umfasst vorzugsweise eine Quelle für Infrarotstrahlung, eine Probe, z. B. einen gefüllten Körper aus Glas, durch den die Infrarotstrahlung hindurchtreten kann, und einen entsprechenden Infrarotdetektor. Weiterhin bevorzugt ist die Anwendung eines Wellenlängenfilters, der nur Strahlung eines speziellen Wellenlängenbereichs den Durchtritt erlaubt.
Vorzugsweise umfasst der Sensor eine Messkammer, in die das gelöste Kohlendioxid diffundieren kann, z. B. über eine Membran, bevorzugt eine Polytetrafluorethylen(PTFE)-Membran.
Ein solcher Sensor lässt sich leicht an eine Verwendung in dem entsprechenden Verfahren anpassen und kann mit einem geringen Verbrauch an elektrischer Energie betrieben werden. Dies ermöglicht es, dem Tier einen Bolus für die orale Anwendung zu verabreichen, welcher permanent im Pansen des betreffenden Tieres verbleibt. Solche Sensoren ermöglichen eine Bolus-Haltbarkeit, die länger ist als die normale Lebenszeit von Milch- oder Mastvieh und auch von kleinen Wiederkäuern.
Gemäß einer weiteren Verbesserung wird mindestens einer der folgenden Werte

a) die gemessene Konzentration an gelöstem Kohlendioxid und
b) der jeweilige pH-Wert

Dies lässt sich z. B. mit einem RF(Radiofrequenz)-Transmitter und -Empfänger bewerkstelligen. Dies erlaubt die automatische und zentrale Erfassung von Daten über eine Herde von Wiederkäuern, was es dem Landwirt ermöglicht, diese Daten seiner Herde leicht abzurufen. Die betreffende Vorrichtung kann z. B. in einem Melkstand beziehungsweise in Melkgerät eingebaut werden, dessen Antennen eine RF-Übertragung ermöglichen.
Die Verwendung und die Übertragung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid ermöglicht die Überwachung dieser Daten, was vorzugsweise anstelle der Überwachung des pH-Werts im Pansen durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Verbesserung wird der pH-Wert auf der Grundlage einer vorherbestimmten Beziehung zwischen der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid und dem pH-Wert berechnet.
Diese Beziehung kann z. B. unter Anwendung eines biochemischen Modells für das Konzentrationsprofil der Hydrogencarbonationen von der oben angegebenen Gleichung (4) abgeleitet sein.
Gemäß einer weiteren Verbesserung umfasst das Verfahren eine Messung der Temperatur im Pansen.
Hierdurch kann die Qualität der von dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Daten weiter verbessert werden, da die Temperatur im Pansen die chemischen Gleichgewichte beeinflusst, auf denen die oben angegebenen Gleichungen basieren. Eine weitere Korrelation mit der Temperatur im Pansen während der Messung des gelösten Kohlendioxids ist daher vorteilhaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Überwachung der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers vorgeschlagen, welche mindestens die folgenden Einheiten umfasst:

a) mindestens eine Sensoreinheit zur Erfassung eines charakteristischen Kohlendioxidwertes im Pansen und/oder Netzmagen; und
b) mindestens eine erste Kommunikationseinheit zur drahtlosen Übertragung von Daten mit einer entsprechenden zweiten Kommunikationseinheit außerhalb des Wiederkäuers, wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass sie dem Wiederkäuer oral verabreicht werden kann und permanent im Pansen und/oder Netzmagen verbleibt.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mindestens eine Sensoreinheit zur Erfassung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid im Pansen. Alternativ dazu oder zusätzlich umfasst die Vorrichtung mindestens eine Sensoreinheit zur Erfassung des pH-Wertes als charakteristischer Wert von Kohlendioxid im Pansen und/oder Netzmagen.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise als Verweilsonde (Bolus) mit einer Form und Größe, die die orale Verabreichung an das Tier erlaubt und eine Resistenz gegenüber dem chemischen Milieu im Pansen verleiht, ausgelegt. Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Batterie oder einen Akkumulator, insbesondere einen Akkumulator, der drahtlos wiederaufgeladen werden kann. Alternativ dazu kann man passive RFID-Geräte einsetzen, die die benötigte elektrische Energie ebenfalls drahtlos erhalten. Ein solches System ist dann vorzugsweise so ausgelegt, dass es in diesen Fällen durch den Energietransfer zur Messung des gelösten Kohlendioxids aktiviert wird.
Bei einer Ausführungsform fungiert die erste Kommunikationseinheit insbesondere als Übertragungseinheit, die dazu in der Lage ist, Daten zu einer Empfängereinheit (der zweiten Kommunikationseinheit) zu senden. Im Allgemeinen umfasst die erste Kommunikationseinheit vorzugsweise eine Antenne und eine entsprechende RF(Radiofrequenz)-Einheit, die das Übertragen und den Empfang von Informationen zu bzw. von der zweiten Kommunikationseinheit mit einer entsprechenden Antenne außerhalb des Tieres erlaubt. Vorzugsweise könnte die Radiofrequenzübertragung im Bereich von 999 MHz bis 1 MHz und von 999 kHz bis 1 kHz erfolgen, je nach Abdämpfungswirkung des Panseninhalts und der optimalen Übertragungsdistanz zwischen dem Bolus und der Antenne bzw. dem Empfänger.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiterhin ein Speichergerät, in welchem Daten zumindest eine Zeitlang gespeichert werden können. Ein solches Speichergerät umfasst vorzugsweise einen Flash-Speicher oder dergleichen. Dieses Speichergerät kann zum Abpuffern von Messdaten verwendet werden, wenn temporär keine Kommunikation mit der zweiten Kommunikationseinheit möglich ist, z. B. wenn das zweite Kommunikationsgerät in einem Melkstand und/oder der Fütterungsumgebung installiert ist und sich das Tier gegenwärtig draußen befindet.
Die bevorzugte Quelle für elektrische Energie ist eine Batterie. Vorzugsweise hat eine Batterie eine elektrische Kapazität, die den Gebrauch der Vorrichtung über mehr als ein Jahr, insbesondere mehr als drei Jahre, gestattet, so dass die gewöhnliche Lebenszeit von Milchvieh und Fleischtieren abgedeckt ist.
Wird als Quelle für elektrische Energie ein Akkumulator verwendet, so sind interne Auflademittel bevorzugt, die kleine Bewegungen der Vorrichtung in elektrische Energie umwandeln. Bei diesen Bewegungen kann es sich z. B. um die peristaltischen Bewegungen des Tieres handeln. Alternativ dazu oder zusätzlich kann man Mittel zum Aufladen des Akkumulators durch Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie einsetzen.
Vorzugsweise hat die Vorrichtung ein Gewicht von 65 bis 200 Gramm mit einem spezifischen Gewicht von über 2,75 g/cm³ [Gramm pro Kubikzentimeter]. Vorzugsweise hat die Vorrichtung einen Durchmesser von 20 bis 26 mm [Millimeter]. Vorzugsweise hat die Vorrichtung bei einem Einsatz mit Rindern eine Länge von 66 bis 100 mm.
Gemäß einer Verbesserung umfasst die Sensoreinheit mindestens einen Infrarotsensor.
Infrarotsensoren zur Messung der Konzentration an Kohlendioxid haben sich als zuverlässig erwiesen und sind als „Lab-on-a-chip” verfügbar, was einen Einbau in die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet. Besonders nützlich ist ein wie oben beschriebener NDIR-Infrarotsensor.
Die Verwendung eines NDIR-Sensors ist vorteilhaft, da diese Sensoren häufig einen sehr geringen Energieverbrauch haben, was die Beanspruchung des Energieversorgungsystems der Vorrichtung, vorzugsweise einer entsprechenden Batterie, vermindert. Vorzugsweise verwendet man als Sensoreinheit einen selbstkalibrierenden NDIR-Sensor.
Die Sensoreinheit umfasst eine Messkammer, die Pansengasen ausgesetzt ist, vorzugsweise durch Verwendung einer für die Gase durchlässigen Membran. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Polytetrafluorethylen (PTFE), welches z. B. unter dem Markennamen Teflon vertrieben wird, umfassende Membran. Diese Membranen sind für Kohlendioxid durchlässig, d. h. sie erlauben Kohlendioxid, von der Flüssigkeit des Pansens und/oder Netzmagens in die Messkammer zu diffundieren, sind jedoch in angemessener Weise korrosionsbeständig, so dass die Vorrichtung in der Pansenflüssigkeit und/oder der Netzmagenflüssigkeit verbleiben kann. Vorzugsweise ist die Membran so geformt, dass die Form der gesamten Vorrichtung geglättet wird, insbesondere in den Randregionen, um eine leichtere orale Verabreichung zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Verbesserung umfasst die Vorrichtung weiterhin einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur in der Pansen- und/oder Netzmagenflüssigkeit.
Gemäß einer weiteren Verbesserung umfasst die Vorrichtung weiterhin Korrelierungsmittel zum Korrelieren des Wertes der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid mit mindestens einem pH-Wert.
Gemäß einer weiteren Verbesserung umfasst die Vorrichtung weiterhin ein Gehäuse, welches zumindest teilweise aus rostfreiem Stahl besteht.
Hierdurch wird eine angemessene Haltbarkeit der Vorrichtung in dem chemischen Millieu des Pansens sichergestellt. Vorzugsweise bedeckt das Gehäuse aus rostfreiem Stahl mindestens die erste Kommunikationseinheit, die Sensoreinheit und eine Batterie oder einen Akkumulator. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus rostfreiem Stahl kombiniert mit einer Glasoberfläche, die die Aussendung von Infrarotlicht von der Infrarotlichtquelle, vorzugsweise einer entsprechenden lichtemittierenden Diode, in eine Messkammer der Sensoreinheit gestattet.
Gemäß einer weiteren Verbesserung wird vorgeschlagen, zum Zweck der Kalibrierung die Sensoreinheit mit einer Lichtquelle auszustatten, insbesondere einer LED mit der gleichen Wellenlänge wie der Infrarotsensor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Melkstand vorgeschlagen, der mindestens eine zweite Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation mit einer ersten Kommunikationseinheit in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
Andere Merkmale, die als charakteristisch für die Erfinung angesehen werden, sind in den angefügten Ansprüchen aufgeführt, wobei angemerkt sei, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auf eine beliebige technisch sinnvolle Weise miteinander kombiniert werden können, was zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung führt.
Wenngleich die Erfindung hier in der Ausführung eines Verfahren und einer Vorrichtung zur Überwachung der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers, erläutert und beschrieben ist, soll sie dennoch nicht auf die gezeigten Details beschränkt sein, da verschiedene Modifikationen und Strukturveränderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung und dem Umfang und Bereich von Entsprechungen der Ansprüche abzuweichen.
Aufbau und Durchführung der Erfindung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen davon sind jedoch am besten aus der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen davon verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden.
1 ein Beispiel einer Vorrichtung zur Überwachung der Ernährung im Pansen eines Wiederkäuers;
2 ein Beispiel einer Korrelation zwischen der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid im Pansen und dem jeweiligen pH-Wert; und
3 ein Beispiel eines Melkstands mit einer Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit einer Vorrichtung zum Überwachen des pH-Werts im Pansen eines Wiederkäuers.
1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 1 zur Überwachung der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers, wobei ein charakteristischer Wert für im Pansen gelöstes Kohlendioxid bestimmt wird. Diese Vorrichtung 1 umfasst eine Sensoreinheit 2 mit einer Messkammer 3. Sie umfasst weiterhin eine erste Kommunikationseinheit 4. Die Messkammer 3 ist begrenzt durch eine reflektierende Oberfläche 5. Messkammer 3 und reflektierende Oberfläche 5 sind von einer PTFE-Membran 6 umgeben, die die Diffusion von in der die Vorrichtung 1 umgebenden Pansenflüssigkeit gelöstem Kohlendioxid in die Messkammer 3 gestattet. Dort wird Infrarotlicht von einer lichtemittierenden Diode in der Sensoreinheit 2 durch eine Glasabdeckung 7 in die Messkammer 3 gesendet. Das Licht durchläuft das Gas in der Messkammer 3, wird von der reflektierenden Oberfläche 5 reflektiert und in der Sensoreinheit 2 gemessen. Von dem in der Sensoreinheit 2 gemessenen Licht lässt sich nach den herkömmlichen Prinzipien eines NDIR-Sensors der Kohlendioxidgehalt in der Messkammer 3 erfassen. Unter Annahme eines Gleichgewichts zwischen dem in der Pansenflüssigkeit gelösten und dem in der Messkammer 3 befindlichen Gas gestattet dies die Überwachung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid in der Pansenflüssigkeit.
Die gesammelten Daten können über ein Korrelierungsmittel 12, welches Teil einer Kontrolleinheit 8 mit einem Speicher zum Speichern von Daten ist, mit einem pH-Wert korreliert werden. Die Kontrolleinheit 8 kann Teil einer Computereinheit sein und/oder integrierte Schaltkreise umfassen. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise in oder mit der Kontrolleinheit 8 durchgeführt werden. Der korrelierte pH-Wert und/oder die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid kann über die Kommunikationseinheit 4 an eine – nicht gezeigte – zweite Kommunikationseinheit übertragen werden. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine Batterie 9 zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die erste Kommunikationseinheit 4, die Kontrolleinheit 8 und die Sensoreinheit 2. Erste Kommunikationseinheit 4, Batterie 9, Kontrolleinheit 8 und Sensoreinheit 2 sind von einem aus rostfreiem Stahl hergestellten Gehäuse abgedeckt, um möglichen Korrosionsproblemen zu begegnen.
Die Sensoreinheit 2 umfasst auch einen Temperatursensor 10.
2 zeigt eine mögliche Korrelation zwischen der gemessenen Konzentration an gelöstem Kohlendioxid und dem pH-Wert in der Pansenflüssigkeit. Die Messung einer Konzentration an gelöstem Kohlendioxid (auf der y-Achse des Diagramms gezeigt) wird mit einem Bereich an pH-Werten (auf der x-Achse des Diagramms gezeigt) korreliert. Dies erlaubt es, die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid mit einem Bereich an pH-Werten zu korrelieren. Wird auf der Grundlage der Messwerte die Wirkung auf das Tier, z. B. in Hinblick auf Azidose, überwacht, so kann man den Mindest-pH-Wert des Intervals verwenden, um eine Korrelation mit einem einzelnen pH-Wert, der für das Verständnis einer möglichen, sich in dem Tier entwickelnden Azidose relevant ist, zu ermöglichen.
3 zeigt ein Beispiel eines Melkstands einer Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit einer Vorrichtung zur Überwachung des pH-Wertes im Pansen eines Wiederkäuers. 3 zeigt als Beispiel eine Melkanlage. Die Melkanlage hat verschiedene Zonen für die Wiederkäuer. Wiederkäuer 13 können zum Beispiel den Futtertisch 14, eine Liegefläche 15 oder ein automatisches Melksystem 16 besuchen. In der Melkanlage befinden sich zweite Kommunikationseinheiten 20. Die zweiten Kommunikationseinheiten 20 können mit den ersten Kommunikationseinheiten, die sich im Pansen von Wiederkäuern befinden, in Kontakt treten und von diesen drahtlos Informationen abrufen. Die zweiten Kommunikationseinheiten 20 kommunizieren mit einem zentralen informationsverarbeitenden System 18. Das zentrale informationsverarbeitende System 18 ist Teil eines Molkerei-Managementsystems. Die Daten, die an das zentrale informationsverarbeitende System übertragen werden, können vom zentralen informationsverarbeitenden System verarbeitet und analysiert werden. Über eine drahtlose Verbindung können die vom zentralen informationsverarbeitenden System empfangenen Daten zum Beispiel an einen Zentralrechner 17 oder an ein Büro 19 eines Landwirts übertragen werden.
Bezugszeichenliste

i: Vorrichtung zur Überwachung des pH-Wertes im Pansen eines Wiederkäuers
2: Sensoreinheit
3: Messkammer
4: erste Kommunikationseinheit
5: reflektierende Oberfläche
6: PTFE-Membran
7: Glasabdeckung
8: Kontroleinheit
9: Batterie
10: Temperatursensor
11: Gehäuse
12: Korrelationsmittel
13: Wiederkäuer
14: Futtertisch
15: Liegefläche
16: automatisches Melksystem
17: Zentralrechner
18: zentrales informationsverarbeitendes System
19: Büro des Landwirts
20: zweite Kommunikationseinheiten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2455700 A [0003]

Claims

Verfahren zur Überwachung der Ernährung, insbesondere der Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers, bei dem man einen charakteristischen Kohlendioxidwert im Pansen und/oder Netzmagen bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem charakteristischen Wert um die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der charakteristische Wert mindestens zu vorherbestimmten Zeiten gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die gemessene Konzentration an gelöstem Kohlendioxid mit mindestens einem entsprechenden pH-Wert korreliert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 or 4, wobei die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid mit einem Infrarotsensor gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem charakteristischen Wert um den pH-Wert handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der folgenden Werte a) die gemessene Konzentration an gelöstem Kohlendioxid und/oder b) der jeweilige pH-Wert drahtlos an einen Empfänger außerhalb des Wiederkäuers übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der pH-Wert auf der Grundlage einer vorherbestimmten Beziehung zwischen der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid und dem pH-Wert berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Messung der Temperatur im Pansen und/oder Netzmagen.
Vorrichtung (1) zur Überwachung der Ernährung, insbesondere Fermentation im Pansen eines Wiederkäuers, welches mindestens die folgenden Einheiten umfasst: a) mindestens eine Sensoreinheit (2) zur Erfassung eines charakteristischen Kohlendioxidwertes im Pansen und/oder Netzmagen; und b) mindestens eine erste Kommunikationseinheit (4) zur drahtlosen Übertragung von Daten mit einer entsprechenden zweiten Kommunikationseinheit (20) außerhalb des Wiederkäuers, wobei die Vorrichtung (1) so ausgelegt ist, dass sie dem Wiederkäuer oral verabreicht werden kann und permanent im Pansen und/oder Netzmagen verbleibt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Sensoreinheit (2) mindestens einen Infrarotsensor zur Erfassung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, weiterhin umfassend einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur im Pansen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, weiterhin umfassend Korrelationsmittel (12) zum Korrelieren des Wertes der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid mit mindestens einem pH-Wert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, weiterhin umfassend ein Gehäuse (11), welches zumindest teilweise aus rostfreiem Stahl besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Sensoreinheit eine Lichtquelle umfasst, die Licht mit der gleichen Wellenlänge wie der Infrarotsensor emittiert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Sensoreinheit einen pH-Wert-Sensor im Pansen und/oder Netzmagen umfasst.
Melkstand, der mindestens eine zweite Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation mit einer ersten Kommunikationseinheit in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15 umfasst.