DE10209889A1

DE10209889A1 - Verfahren zur Erfassung und Verarbeitung von Messdaten an Melksystemen zur Online-Qualitätsbestimmung von Rohmilch

Info

Publication number: DE10209889A1
Application number: DE2002109889
Authority: DE
Inventors: Ulf-Peter Degebrodt; Lothar Kumpfert; Volker Voigt; Peter Zimmermann
Original assignee: INST AGRAR und STADTOEKOLOGISC
Current assignee: INST AGRAR und STADTOEKOLOGISC
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-10-23

Abstract

Gegenüber dem Stand der Technik, die Rohmilchqualität monatlich zu kontrollieren, ermöglicht die Erfindung durch die Erfassung und Verarbeitung von Messdaten an automatischen und konventionellen Melksystemen bei jedem Melken die Online-Ermittlung der Zellzahl in der Rohmilch mit dem Ziel, Milchfraktionen nach ihrer Verwendbarkeit zu separieren und Informationen zur Tiergesundheit zu gewinnen. DOLLAR A In speziellen Messzellen werden für jedes Viertelgemelk die Parameter Chloridgehalt, elektrische Impedanz bei Hochfrequenz (beispielhaft bei 200 MHz und 800 MHz) und mittels Ultraschall die Signallaufzeiten gemessen. Diese Messungen werden etwa bei 10 Melkvorgängen je Tier ausgeführt und zusätzlich für jedes gemessene Viertelgemelk nach standardisierten Methoden die Zellzahl als Referenzgröße bestimmt. Aus diesen Daten wird ein statistisches Modell für die Beziehung zwischen den gemessenen Parametern und der Zellzahl berechnet. Mit diesem Modell werden bei allen folgenden Melkungen die Zellzahlen bestimmt. DOLLAR A Die Erfindung ist für die Anwendung sowohl in konventionellen als auch in automatischen Melkanlagen geeigent.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Verarbeitung von Messdaten an automatischen oder konventionellen Melksystemen zur Online-Qualitätsbestimmung von Rohmilch durch Ermittlung der Zellzahl (Gehalt an somatischen Zellen) in der Rohmilch mit dem Ziel der Separation von Milchfraktionen nach ihrer Verwendbarkeit und der Informationsgewinnung bezüglich der Tiergesundheit.
Bei entzündlichen Prozessen (Mastitis) wird Eutergewebe geschädigt oder verändert und die Zusammensetzung der Milch ändert sich. Bei auftretender Mastitis sind erhöhte Zellzahlen und Ionenkonzentrationen in der Rohmilch festzustellen. Im Zusammenhang mit der erhöhten Ionenkonzentration wird herkömmlich die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit zur Indikation von Rohmilch aus Eutern mit entzündlichen Prozessen benutzt (DE 196 30 146 C2, EP 0 223 536, EP 0 018 419, EP 0 385 539, Gb-PS 6 10 545, US-PS 28 98 549). Dabei wurde richtig erkannt, dass die Bestimmung der Parameter für jedes Viertelgemelk erfolgen muss, weil in der Regel ein entzündlicher Prozess zunächst in einem Euterviertel beginnt und sich dann bei nicht rechtzeitiger Behandlung auf die übrigen Euterviertel ausbreitet.
In Abhängigkeit der Über-/Unterschreitung von auf unterschiedliche Weise berechneten "Referenznormen" (EP 0 616 492) oder von "Schwellenwerten" (DE 196 30 146 C2) durch den aktuell gemessenen Parameter Leitfähigkeit werden Aussagen hinsichtlich der Qualität oder Verwendbarkeit der Rohmilch getroffen.
Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist, dass Aussagen hinsichtlich der Qualität oder Verwendbarkeit der Milch, die sich vorwiegend auf die Messung der elektrischen Leitfähigkeit begründen, nicht ausreichend sicher sind. Beispielsweise ergab der Vergleich von "Alarmmeldungen" an einem automatischen Melksystem mit den Ergebnissen manueller Untersuchungen der ermolkenen Milch auf Veränderungen infolge Mastitis, daß lediglich 5% der Systemmeldungen korrekt auf unzulässig veränderte Milch hinwiesen.
Die Ursache liegt in der Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit nicht nur vom Ionengehalt der Milch, sondern auch von weiteren Einflussgrößen, wie zum Beispiel dem Fettgehalt, der Körper- und Milchtemperatur, dem Melkfortschritt und der Lactationsphase. Futterwechsel, Klima- und Stresseinwirkungen können ebenfalls zur Veränderung der Milchzusammensetzung und somit zur Veränderung der Leitfähigkeit führen. Somit stellt die elektrische Leitfähigkeit eine vielfältig beeinflusste Größe dar, deren Wert durch die verschiedenen Einflussparameter bestimmt wird und nur unzureichend Rückschlüsse auf die Milchqualität zulässt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit dem neuen, eingangs bezeichneten Verfahren eine Möglichkeit zu schaffen, den Anforderungen bei der automatischen Online- Qualitätsbestimmung von Rohmilch besser gerecht zu werden als herkömmliche Lösungen. Die Erfindung beschreibt die technische Lösung des Problems, bereits während des Melkvorganges verschiedene Qualitätsmerkmale der Rohmilch direkt zu erfassen, daraus abgeleitet die Milch mittels hier nicht näher beschriebener Separiereinrichtungen nach ihrer Verwendbarkeit entsprechend der ermittelten Zellzahl und vorgegebener Kriterien zu separieren und zugleich Informationen über die Tier- und Eutergesundheit zu erhalten und die Daten in einem Herdenmanagementsystem zu verarbeiten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem nach Separation des Vorgemelkes (erste, grundsätzlich zu verwerfende geringe Milchmenge) nach maschinen- und herstellerspezifischen, hier nicht näher bezeichneten Verfahren, zunächst für jedes Euterviertel eine Messzelle mit geringem Volumen (z. B. 200 ml) mit Anfangsgemelk gefüllt wird. Ohne Unterbrechung (oder Beeinflussung) des Melkprozesses wird die weiterhin ermolkene Milch in einen gemeinsamen Sammelbehälter für alle Viertelgemelke oder in separate Viertelgemelkssammler geleitet.
Nach Befüllen der Messzellen und während des fortlaufenden Milchentzuges werden in jeder Messzelle quasi zeitgleich nach bekannten und hier nicht weiter beschriebenen Verfahren die Parameter Chloridgehalt, elektrische Impedanz (getrennt nach Realteil und Imaginärteil für 2 feste, wählbare Frequenzen aus dem Bereich von 300 kHz bis 1 GHz, beispielhaft f₁ = 200 MHz und f₂ = 800 MHz) und mittels Ultraschallmessung nach der Reflexions- oder Durchschallungsmethode die Laufzeit der Ultraschallsignale für jedes Euterviertel gemessen und gemeinsam mit den aus Realteil und Imaginärteil berechneten Werten für die Magnitude der Impedanz in einer Datenbank des Steuerrechners abgelegt.
Diese Messungen werden zunächst bei etwa 10 aufeinanderfolgenden Melkvorgängen je Tier ausgeführt, zusätzlich für jedes gemessene Viertelgemelk die tatsächliche Zellzahl nach standardisierten, hier nicht näher beschriebenen Laborverfahren bestimmt und diese Werte als Referenzgröße (ZZref) ebenfalls in der Datenbank des Steuerrechners abgelegt. Die Gesamtheit der auf diese Weise erhaltenen Daten bildet einen Datenpool, auf dessen Grundlage mittels des bekannten statistischen Verfahrens der multiplen linearen Regression eine mathematische Beziehung (statistisches Modell) zwischen den gemessenen Parametern (unabhängige Variablen) und den bestimmten Zellzahlen (ZZref, abhängige Variable) aufgestellt wird.
Auf Grund der großen Datenmenge und -variation (Daten für gesunde und kranke Euterviertel sind Grundlage der Modellbildung) infolge der mehrtägigen Messungen an allen Tieren und Eutervierteln ist das aufgestellte statistische Modell ausreichend robust, um Veränderungen der Milchzusammensetzung in den Gemelken abzubilden. Beispielhaft werden nachfolgend die gemessenen Parameter und das für diese Parameter aufgestellte statistische Modell von insgesamt 380 Messungen an Eutervierteln von 26 Tieren einer Herde angegeben.
Es wurde gefunden, dass die Parameter Chloridgehalt, Laufzeit, Imaginärteil 1, Imaginärteil 2, Realteil 1, Realteil 2, Magnitude 1 und Magnitude 2 im Vergleich zum bisher verwendeten Parameter Leitfähigkeit eine deutlich höhere Signifikanz hinsichtlich der Bestimmung der Zellzahl haben (Tabelle 1). Auf die Erfassung der Leitfähigkeit wird von vornherein verzichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden für die Aufstellung des statistischen Modells nur diejenigen der gemessenen Parameter verwendet, die die höchste Signifikanz zur Zellzahl aufweisen. Formel 1 zeigt beispielhaft das für die verwendeten Parameter mittels multipler linearer Regression aufgestellte statistische Modell für die 26 Tiere: Formel 1 ln(ZZmodell) = 0,003026 × Cl - 136140 × Laufzeit + 18,441 × Imag1 + 57,689 × Real2 - 81,069 × Magnit2
Diese so aufgestellte mathematische Beziehung (statistisches Modell) ermöglicht es, aus den jeweils in einem Viertelgemelk der 26 Tiere erfassten Parametern die aktuelle Zellzahl online während des Milchentzuges zu ermitteln.
Es ist wissenschaftliches Allgemeingut, dass Euterviertel, deren Sekret höhere Zellzahlen als ZZ = 100000/ml aufweist, sogenannte "auffällige Viertel" darstellen und eine sachkundige Untersuchung des klinischen Zustandes erfordern. Euterviertel, deren Sekret geringere Zellzahlen als ZZ = 100000/ml aufweist, gelten hingegen als "gesunde Viertel". Es ist daher von erheblichem Interesse, mit Hilfe der online ermittelten Zellzahlen Informationen über die Milchqualität und die Eutergesundheit zu erhalten und diese Informationen in einem Herdenmanagementsystem zu verarbeiten.
Nachfolgend wird beispielhaft für zwei Tiere der Versuchsgruppe die Ermittlung der Zellzahl (ZZmodell) mittels des aufgestellten statistischen Modells im Vergleich zu den bestimmten Laborwerten (ZZref) gezeigt (vgl. Abb. 1 und Abb. 2).
In Abb. 1 und Abb. 2 wird die Ordinate durch den Logarithmus naturalis der Zellzahlen gebildet und die Abszisse gibt die Nummer der gemessenen Gemelke an. Zur besseren Orientierung ist eine zur Abszisse parallele Linie beim Wert Zellzahl = 100000/ml eingetragen. Die Diagramme zeigen die Referenz-Zellzahlen ln(ZZref) und die durch das statistische Modell ermittelten Zellzahlen ln(ZZmodell).
Abb. 1 enthält beispielhaft die mit Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens ermittelten Zellzahlen (ZZmodell) für ein Tier, dessen Viertelgemelk sowohl erhöhte Zellzahlen (ZZref > 10⁵/ml), als auch Zellzahlen im gesunden Bereich (ZZref < 10⁵/ml) aufwies.
Die Frage, ob der tatsächliche Zellgehalt größer oder kleiner als 100000/ml ist, beantwortet das Modell zu 80% richtig.
Auf der Grundlage festgelegter Grenzwerte und der ermittelten Zellzahlen können Stellbefehle für die Ansteuerung von Ventilen zur Ableitung der Rohmilch nach ihrer Verwendbarkeit in verschiedene Behälter erzeugt werden. Beispielsweise können Viertelgemelke mit Zellzahlen > 10⁵/ml separiert werden, um nur Milch ausgezeichneter Qualität in den Sammeltank zu leiten. Es ist auch möglich, die Entscheidungsgrenze für die Separation oder die gezielte Verwendung der Viertelgemelke an eine andere Zellzahl zu binden und dem Milcherzeuger Informationen über Veränderungen der Eutergesundheit zur Verfügung zu stellen.
Abb. 2 zeigt beispielhaft die Ergebnisse bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf die Viertelgemelke eines Tieres mit geringen Zellzahlen (ZZref < 100000/ml).
Die Frage, ob der Zellgehalt größer oder kleiner als 100000/ml ist, beantwortet das Modell hier zu 90% richtig.
Gegenüber dem Stand der Technik stellen diese Ergebnisse eine erhebliche Weiterentwicklung dar.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung und Verarbeitung von Messdaten an Melksystemen zur Online- Qualitätsbestimmung von Rohmilch und zur Ableitung von Steuersignalen für die Separation von Rohmilchfraktionen nach ihrer Verwendbarkeit, dadurch gekennzeichnet, dass quasi zeitgleich in jedem Viertelgemelk online während des Melkens die Parameter Chloridgehalt, elektrische Impedanz (getrennt nach Realteil und Imaginärteil für 2 feste, wählbare Frequenzen aus dem Bereich von 300 kHz bis 1 GHz, beispielhaft f₁ = 200 MHz und f₂ = 800 MHz) und mittels Ultraschallmessung nach Reflexions- oder Durchschallungsmethode die Laufzeit der Ultraschallsignale für jedes Euterviertel gemessen werden, dass aus diesen Daten mittels im Steuerrechner abgelegter statistischer Modelle online die Zellzahl (ZZmodell) in den Viertelgemelken ermittelt wird und dass auf der Grundlage der ermittelten Zellzahlen (ZZmodell) und/oder vom Milcherzeuger vorzugebender Kriterien Steuersignale für die Ableitung der Milch zielgerichtet nach Verwendbarkeit in verschiedene Tanks erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameterdaten aus etwa 10 aufeinanderfolgenden Melkungen je Viertelgemelk jedes Tieres der Herde erfasst und die Daten gemeinsam mit den aus Realteil und Imaginärteil berechneten Werten für die Magnitude der Impedanz in einer Datenbank des Steuerrechners abgelegt werden, zusätzlich für die gemessenen Viertelgemelke nach bekannten Verfahren die Zellzahlen (ZZref) bestimmt und diese Daten ebenfalls in die Datenbank des Steuerrechners abgelegt werden und mittels des statistischen Verfahrens der multiplen linearen Regression eine mathematische Beziehung (statistisches Modell) zwischen den gemessenen Parametern (unabhängige Variablen) und den bestimmten Zellzahlen (ZZref, abhängige Variable) aufgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 + 2, dadurch gekennzeichnet, dass das statistischen Modell für die laktierende Herde euterviertelspezifisch aufgestellt und berechnet und für einzelne Tiere euterviertelspezifisch angewendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 + 2, dadurch gekennzeichnet, dass das statistische Modell für einzelne Tiere euterviertelspezifisch aufgestellt und angewendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten Zellzahlen (ZZmodell) Grenzwerte für die gezielte Verwendung der Viertelgemelke festlegbar sind.