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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und Verfahren zum Optimieren der Produktionsleistung einer milchproduzierenden Tierherde. Insbesondere stellt sie automatische oder halbautomatische Einrichtungen für dynamische Echtzeitanalysen von Verbindungen und Parametern der Milch bereit, um quantitative Analysedaten bereitzustellen, die den physiologischen und Ernährungszustand insgesamt der Milchtiere anzeigen und die erlauben, gegebenenfalls geeignete, korrektive Maßnahmen zu treffen.
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Technischer Hintergrund und Stand der Technik
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Es ist bekannt, den physiologischen und Ernährungszustand von Milchtieren, beispielsweise Kühen, zu überwachen. Es ist auch bekannt, Daten von einzelnen Milchtieren zu sammeln, einschließlich Daten über den Milchertrag und die Milchzusammensetzung, Daten über den Gesundheitszustand, Daten über das Fütterungsschema und Zuchtdaten, beispielsweise genetische Daten. Ein derzeit übliches Verfahren ist, in regelmäßigen Intervallen Milchproben von einzelnen Milchtieren manuell zu sammeln und für chemische und biologische Analysen die Proben zu einem zentralen Labor zu schicken, um dadurch Information über die Milchqualität sowie den Gesundheitszustand jedes einzelnen Milchtiers zu gewinnen.
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In den meisten milchproduzierenden Ländern sammeln Milchtierherden-Verbesserung-Vereinigungen („dairy herd improvement associations”) (DHIAs) solche Daten über z. B. Milchertrag, Milchqualität und Mastitis (d. h. Entzündung der Milchdrüse), werten sie aus und verteilen sie weiter. Auf der Basis dieser Daten, die von den DHIAs zur Verfügung gestellt werden, können die Milchlandwirte die besten Milchtiere für die Zucht auswählen, Fütterungsschemata geeignet anpassen und die Gesundheit überwachen, um dadurch die Milcherzeugung zu optimieren.
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Jedoch ist dieses derzeitige Verfahren zum Sammeln solcher Daten mühsam und es erfordert beträchtlichen menschlichen Arbeitsaufwand, da die Milchproben an den Milcherzeugungseinheiten manuell gesammelt werden und zu zentralen Labors geschickt werden, um analysiert zu werden. Folglich wird die Milch jedes Milchtiers typisch nur 6- bis 12-mal pro Jahr analysiert. Unter Verwendung einer solchen Vorgehensweise ist es dem einzelnen Leiter eines landwirtschaftlichen Betriebs nicht möglich, sofortige korrigierende Schritte zu unternehmen und z. B. Anpassungen des Fütterungsschemas vorzunehmen oder prophylaktische Maßnahmen oder Antibiotika-Behandlungen einzuleiten, um Erkrankungen zu bekämpfen.
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Dieser Mangel an Zugriff auf aktualisierte Information über wesentliche Produktionsparameter bringt einige Probleme mit sich. Beispielsweise bringt das obige Verfahren mit sich, dass Milchkühe mehrere Wochen an subklinischer Mastitis oder anderen Krankheiten leiden können, bis dies festgestellt wird. Eine frühe Erkennung von Mastitis ist sehr wünschenswert, da dieser Zustand eine wichtige Auswirkung auf die Wirtschaftlichkeit des landwirtschaftlichen Milchbetriebs insgesamt hat. Ein weiterer wichtiger Parameter der Herdenbewirtschaftung ist der des Auswählens des optimalen Zeitpunkts für die Insemination von empfängnisbereiten Tieren. Dies erfolgt derzeit durch visuelle Untersuchung der Tiere, was offensichtlich ein mühevolles und unzuverlässiges Verfahren ist. Dementsprechend ist es für Milchlandwirte wirtschaftlich wichtig, sofortigen Zugriff auf aktualisierte Daten zu haben, die Empfängnisbereitschaft und Trächtigkeit anzeigen, um den optimalen Besamungszeitpunkt zu ermitteln und die Trächtigkeit zu überwachen. Zudem sind mit der Fütterung zusammenhängende abnormale physiologische Zustände, beispielsweise Ketosis, eine Stoffwechselstörung, und die Stoffwechselgesamtbilanz des Milchtiers, beispielsweise die Proteinbilanz im Pansen, Zustände, welche die Einleitung sofortiger korrigierender Maßnahmen nötig machen, was jedoch nicht möglich ist, solange keine aktuellen Daten, die das Vorhandensein solcher Zustände anzeigen, verfügbar sind.
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Daher gibt es einen wesentlichen Bedarf für automatische oder halbautomatische Systeme und Verfahren, die dem Milchlandwirt einen sofortigen Zugriff auf Echtzeitdaten, die den derzeitigen physiologischen und Ernährungszustand der einzelnen Milchtiere anzeigen, bereitstellen können, damit dieser basierend darauf sofortige korrigierende Schritte unternehmen kann, um die Gesamtproduktionsleistung der milchproduzierenden Herden, einschließlich der Produktivität der Milchtiere, des Wohlergehens der Tiere und des Schutzes der Umwelt vor Verschmutzung durch Tierabfall, und damit die Gesamtrentabilität des landwirtschaftlichen Milchbetriebs zu verbessern.
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Einen Überblick über Forschungsziele für die Entwicklung von Überwachungs- und Messsystemen zur Kontrolle der Gesundheit von Milchkühen gibt Mottram (Livestock Production Science, 1997, 48:209–217).
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Verschiedene automatische Systeme zum Überwachen ausgewählter Verbindungen und Parameter in der Milch sind entwickelt worden. So offenbart die
US 5,873,323 ein Verfahren zum automatischen Melken von Tieren, währenddessen festgestellt wird, ob das Milchtier krank ist oder im Östrus ist. Messfühler sind in dem von den Zitzenbechern wegführenden Milchleitungssystem angeordnet. Die Messfühler messen gleichzeitig mehrere Parameter, einschließlich Milchdurchflussrate, Milchtemperatur und elektrische Leitfähigkeit der Milch (Nachweis von Mastitis). Die durch die Messungen gewonnenen Daten werden zu einem Computer geschickt, der die neuen Daten mit entsprechenden Daten von unmittelbar vorausgehenden ausgewählten Zeiträumen vergleicht, um abnormale Werte zu erkennen, die anzeigen, welche Tiere erkrankt sind oder im Östrus sind.
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US 5,743,209 offenbart ein System und Verfahren zur Überwachung und Kontrolle der Milchproduktion in landwirtschaftlichen Milchbetrieben, das unter Verwendung von optischen IR/NIR-Messfühlern die Zusammensetzung von Milchproben qualitativ analysieren kann. Verbindungen, die gleichzeitig analysiert werden, umfassen Fett, Protein, Körperzellen (Indikator für Mastitis), Casein, Lactose und Harnstoff.
EP 896 222 A3 offenbart ein System zur Überwachung und Kontrolle der Proteinverwendung in Tieren durch automatisches Analysieren des Harnstoffgehalts in der Milch unter Verwendung einer Sensoreinheit, die Urease enthält.
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SE 9902972 offenbart ein Verfahren und ein System zum Analysieren von Milch während des Melkvorgangs, das gleichzeitige Analysen von Körperzellen, ”Klumpen”, Salzionen und Progesteron umfasst. Die Analyseeinrichtungen sind allgemein lichtaussendende Einrichtungen und lichtnachweisende Einrichtungen, jedoch wird in sehr allgemeinen Worten bezug genommen auf die Verwendung eines Biosensors zum Messen u. a. von Progesteron, Harnstoff und Ketonkörpern.
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Die höchstmögliche Produktivität einer milchproduzierenden Tierherde zu erzielen, ist eine äußerst komplizierte Aufgabe, da die Produktivität stark von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, einschließlich: (i) optimale Verwendung von Futterrationen, was erfordert, dass die Fütterungsschemata auf Einzeltierbasis oder Gruppenbasis konzipiert werden und fortlaufend gemäß dem Milchertrag (Laktationszustand) angepasst werden; (ii) strenge Kontrolle subklinischer und klinischer Krankheitszustände, die eine nachteilige Wirkung auf den Milchertrag und die Milchzusammensetzung haben; (iii) optimale Fortpflanzungskontrolle, einschließlich Auswahl des geeignetsten Zeitpunkts für die Insemination, um eine Verringerung des Gesamtmilchertrags aufgrund des Aufschubs neuer Trächtigkeit zu vermeiden, und zuverlässiger Nachweis der Trächtigkeit.
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Idealerweise sollte ein automatisches oder halbautomatisches System zum Optimieren der Produktionsleistung einer milchproduzierenden Tierherde daher die Fähigkeit haben, auf Echtzeitbasis quantitative Messungen einer Kombination von chemischen Verbindungen und Parametern in Milchproben von einzelnen Herdenmitgliedern oder einer Gruppe von Herdenmitgliedern bereitzustellen, welche folgendes anzeigen: (i) den Gesundheitszustand, (ii) den physiologischen Zustand, (iii) den Ernährungs- und Energiezustand, (iv) den Zustand im Östruszyklus und (v) Trächtigkeit.
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Aus dem obigen ist offensichtlich, dass die Gesamtproduktionseigenschaften eines einzelnen Herdenmitglieds zeitlich sehr beträchtlich schwanken werden, z. B. abhängig von seinem Zustand im Laktationszyklus und Fortpflanzungszyklus, welcher z. B. einen wesentlichen Einfluss auf den Fütterungsbedarf und die Verwendung des speziellen Herdenmitglieds haben wird. Diese Schwankung bringt mit sich, dass sich der Bereich der Verbindungen und der Parameter, der zu einem gegebenen Zeitpunkt überwacht werden muß, ändert.
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Zusätzlich dazu, dass es in der Lage ist, Daten für alle relevanten Milchverbindungen und -parameter zu erzeugen, die erforderlich sind, um die Produktionsleistung einer milchproduzierenden Tierherde völlig zu optimieren, sollte das ideale automatische oder halbautomatische System kostengünstig sein. Dies bedeutet, dass die einzelnen analytischen Prozesse auf relativ preiswerten Verfahren basieren sollten. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann eine wesentliche Kostenreduzierung dadurch erzielt werden, dass das Produktionsleistung-Überwachungssystem so konzipiert wird, dass eine zu einem gegebenen Zeitpunkt gesammelte individuelle Milchprobe nur auf die Verbindungen oder Parameter analysiert wird, deren Analyse zu dem speziellen Zeitpunkt notwendig ist, um die Produktionsleistung des speziellen Herdenmitglieds oder der speziellen Gruppe von Herdenmitgliedern zu optimieren. So können, um diesen Punkt zu veranschaulichen, Verbindungen/Parameter, die Mastitis anzeigen, auf einer täglichen Basis analysiert werden, während Verbindungen/Parameter, die anzeigen, ob ein Tier in Empfängnisbereitschaft ist oder nicht, nur in vorab gewählten Zeiträumen analysiert werden müssen.
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Zusätzlich ist es sehr vorteilhaft, dass das ideale Produktionsleistung-Überwachungssystem in der Lage ist, quantitative Analysedaten für ausgewählte Verbindungen und Parameter zu erzeugen, mit welchen sich, sogar anhand von relativ kleinen täglichen Veränderungen, eine Änderung des allgemeinen Gesundheitszustands, des physiologischen Zustands, des Ernährungs- und Energiezustands, des Zustands im Östruszyklus oder eine Trächtigkeit des einzelnen getesteten Herdenmitglieds genau vorhersagen läßt. Dies erfordert, dass das System mit Analyseeinrichtungen versehen wird, die die häufige Durchführung quantitativer Analysen auf einem kostengünstigen Niveau erlauben.
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Die vorliegenden Erfinder haben nun ein System zum Optimieren der Produktionsleistung einer milchproduzierenden Tierherde entwickelt, das alle obigen Anforderungen eines idealen Systems zum Optimieren der Produktionsleistung von milchproduzierenden Tierherden erfüllt. Das System basiert auf der Feststellung, dass häufige und kontinuierliche Echtzeitmessungen einer/eines oder mehrerer aus einem weiten Bereich sorgfältig ausgewählter Verbindungen/Parameter, die den physiologischen und Ernährungszustand einzelner Milchtiere anzeigen oder damit in Beziehung stehen, die Mittel für eine kontinuierliche Optimierung der Gesamtproduktionsleistung der Milchtierherde und damit der Rentabilität des landwirtschaftlichen Milchbetriebs bereitstellen.
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Insbesondere wurde festgestellt, dass durch Kombinieren von Parametern, die sich auf Mastitis, Proteinbilanz, Energiebilanz und Zustand im Östruszyklus beziehen, in einem erfindungsgemäßen System es möglich geworden ist, die Produktivität und Rentabilität von landwirtschaftlichen Milchbetrieben zu verbessern, da festgestellt wurde, dass die Kombination solcher Parameter eine detaillierte und zuverlässige Information bereitstellt, die ein wesentlich besseres Bild über den physiologischen und Ernährungszustand insgesamt der Milchtiere, beispielsweise über Stoffwechselstörungen und Fortpflanzungszustand, ergibt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine primäre Aufgabe der Erfindung, die Einrichtungen bereitzustellen, um die Produktivität und Rentabilität einer milchproduzierenden Tierherde, insbesondere einer Herde von Milchkühen, zu optimieren. Die Aufgabe wird durch Bereitstellung eines neuen automatischen oder halbautomatischen Systems erfüllt, das in der Lage ist, Echtzeitanalysen eines weiten Bereichs von Verbindungen und Parametern in einzelnen Tiermilchproben durchzuführen und die so gewonnenen Analysedaten kontinuierlich zu verarbeiten, um, wenn erforderlich, die Basis für die Durchführung sofortiger korrigierender Schritte bereitzustellen, um die Produktivität eines oder mehrerer Herdenmitglieder zu verbessern.
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Es ist ein wesentliches Merkmal des Systems, dass es z. B. von dem Fortpflanzungs- oder Laktationszykluszustand des einzelnen Tiers abhängt, welche Anzahl von den möglichen Verbindungen und Parametern zu einem gegebenen Zeitpunkt von dem System analysiert werden soll. Dies wird durch funktionelles Verbinden der Analyseeinrichtungen mit einer Datenbank ermöglicht, die Information über den Fortpflanzungs- und Laktationszustand jedes Herdenmitglieds oder irgendeine andere Information enthält, die verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob eine spezielle Milchverbindung oder ein spezieller Milchparameter zu einem speziellen Zeitpunkt analysiert werden soll oder nicht. Auf diese Weise arbeitet das System in einem ”dynamischen” Modus.
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Demgemäß betrifft die Erfindung in einem Aspekt ein automatisches oder halbautomatisches System nach Anspruch 1.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Optimieren der Produktionsleistung einer milchproduzierenden Tierherde nach Anspruch 20.
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Detaillierte Offenbarung der Erfindung
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Die primäre Aufgabe der Erfindung ist, ein automatisches oder halbautomatisches System zum Optimieren der Produktionsleistung einer milchproduzierenden Tierherde bereitzustellen.
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Wie hierin verwendet, beinhaltet der Begriff ”automatisch”, dass das System im Wesentlichen ohne manuelle Arbeiten betrieben werden kann. Somit zeigt der Begriff an, dass die Milchproben am Melkplatz on-line aus dem Melksystem automatisch gesammelt werden und automatisch zu Analyseeinrichtungen transportiert werden, die wiederum Analysedaten automatisch erzeugen, die automatisch verarbeitet werden, um das System zu aktualisieren und der Leitung des Landwirtschaftsbetriebs Anweisungen für korrigierende Maßnahmen bereitzustellen. Der Melkplatz kann ein Melkplatz eines automatischen Melksystems für sich frei bewegende Milchtiere sein oder kann einer von mehreren Melkplätzen in einem herkömmlichen Melksystem sein, beispielsweise einem Melksystem mit fischgrätenartiger Anordnung. Der Melkplatz kann auch ein sich drehender oder paralleler Melkbereich sein.
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Der Begriff ”halbautomatisch”, wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein System, in welchem mindestens ein Teil der Prozesse des Systems etwas manuelle Arbeit einschließt, z. B. manueller Transport von Proben zu den Analyseeinrichtungen.
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Der Begriff ”Produktionsleistung”, wie hierin verwendet, soll die Produktionsleistung im weitesten Sinne bedeuten. Eingeschlossen in diesem Begriff ist somit Milchproduktion, einschließlich Milchquantität und -qualität, Fortpflanzungsleistung von Herdenmitgliedern, z. B. die Anzahl der Nachkommen pro Milchtier, und optimale Verwendung von Fütterungsrationen. Obwohl das System besonders nützlich in Milchkuhherden ist, soll der Begriff ”milchproduzierende Tierherde” jede Herde bedeuten, die milchproduzierende Tiere aufweist, einschließlich Schafe, Ziegen, Kamele und Büffel.
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Es ist ein vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass sie in der Lage ist, von den Herdenmitgliedern getragene eindeutige Identifikationscodes zu erkennen, z. B. Strichcodes, z. B. ein alpha-numerischer Code mit inbegriffen, oder andere elektronische Signaltypen, die von elektronischen Vorrichtungen erzeugt werden, beispielsweise Funksendern, die jedem einzelnen Mitglied der Herde zugeteilt sind.
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Das System der Erfindung weist mehrere funktionell miteinander verbundene Elemente auf, die physikalisch verbunden sein können oder nicht. Als ein solches Element weist das System der Erfindung eine Einrichtung zum Sammeln von Milchproben von einzelnen Mitgliedern einer Milchtierherde am Melkplatz auf. Typisch ist die Probensammeleinrichtung die physikalische Verbindung zwischen den Melkpunkten und den Analyseeinrichtungen. Die Funktion der Probensammeleinrichtung ist, zum geeigneten Zeitpunkt während des Melkvorgangs zu analysierende Milchproben zu sammeln und die Proben anschließend zu den Analyseeinrichtungen zu transportieren und sie ihnen vorzulegen. Jedoch ist denkbar, dass sowohl in automatischen als auch halbautomatischen Systemen die Probensammeleinrichtung keine direkte physikalische Verbindung mit den Analyseeinrichtungen hat, sondern dass das System so konzipiert sein kann, dass eine gesammelte Probe zu einer separaten Einrichtung zum Aufbewahren von Milchproben gebracht wird, welche ihrerseits funktionell mit den Analyseeinrichtungen verbunden sein kann, wie im Folgenden erklärt wird.
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In nützlichen Ausführungsformen ist die Probensammeleinrichtung angepasst, um eine Milchprobe aus einer einzelnen Milchdrüse eines Herdenmitglieds zu sammeln oder um alternativ eine kombinierte Probe von Milch aus zwei oder mehreren Milchdrüsen des Herdenmitglieds zu sammeln, einschließlich einer kombinierten Probe von Milch aus allen Milchdrüsen.
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In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Probensammeleinrichtung in der Lage, eine proportionale Milchprobe zu sammeln, die für die durchschnittliche Zusammensetzung der gesamten Milch repräsentativ ist, die während des Melkens jeweils eines einzelnen Tiers gewonnen wird. Eine solche proportionale Probe kann dadurch gesammelt werden, dass ein Anteil des Milchdurchflussquerschnitts zu einem Probenaufbewahrungsbehälter geführt wird oder dass während eines vorab gewählten Zeitintervalls des Melkvorgangs der gesamte Milchfluss zu einem Probenaufbewahrungsbehälter geführt wird oder durch eine Kombination dieser Prinzipien. Das erstgenannte Prinzip bringt den Vorteil mit sich, dass eine Ausstattung der Sammeleinrichtung mit beweglichen Teilen, beispielsweise Magnetventilen, nicht notwendig ist. Die Probensammeleinrichtung kann eine Einrichtung zur Aufbewahrung einer gesammelten Milchprobe aufweisen.
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Geeignete Einrichtungen für diesen Zweck umfassen einen Behälter, der mit der allgemeinen Melksystemleitung verbunden ist, optional durch Drucksteuereinrichtungen, die erlauben, dass der Druck im Behälter sich von demjenigen des Melksystems unterscheiden kann. Mit einem solchen Konzept ist der Druck im Behälter der gleiche wie der des Melksystems, wenn die Milchprobe gesammelt wird, wenn aber für eine Analyse eine Teilprobe der gesamten Probe erzeugt werden soll, wird der Behälter unter einen Druck gesetzt, der höher ist als der Druck des Melksystems. Die Probenaufbewahrungseinrichtung kann sich an irgendeinem Ort befinden, der das anschließende und/oder parallele Transportieren von Teilproben zu den Analyseeinrichtungen erlaubt, beispielsweise am Melkplatz.
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Wenn eine Milchprobe in der Aufbewahrungseinrichtung aufbewahrt wird, kann eine gewisse Trennung von Milchkomponenten, beispielsweise Fett, auftreten. Da es kritisch ist, dass Teilproben, die mit den Analyseeinrichtungen in Kontakt gebracht werden sollen, die natürliche Zusammensetzung haben, könnte es geeignet sein, die Einrichtung zur Aufbewahrung einer Milchprobe mit einer Einrichtung zum kontinuierlichen Mischen, Homogenisieren oder Rühren der Milchprobe während der Aufbewahrung zu versehen. Ein Beispiel einer solchen Einrichtung ist eine magnetische Rührvorrichtung.
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Es ist allgemein erforderlich, die Probenaufbewahrungseinrichtung so zu konzipieren, dass sie zwischen Probennahmen gespült oder gereinigt werden kann. Geeignete Spül- oder Reinigungsmedien umfassen Milch, Luft, Wasser, Detergenslösungen oder Kombinationen davon. Während der Aufbewahrung einer Probe könnte es geeignet sein, der Probe eine Pufferlösung oder eine Verdünnungslösung hinzuzufügen. Zusätzlich könnte es vorteilhaft sein, die Probenaufbewahrungseinrichtung mit Temperatursteuereinrichtungen zu versehen. Dementsprechend kann in nützlichen Ausführungsformen die Probensammeleinrichtung ferner mindestens eine der folgenden Einrichtungen aufweisen oder damit funktionell verbunden sein: (i) eine Einrichtung, die eine Reinigung der Probensammeleinrichtung zwischen zwei Probennahmen erlaubt, (ii) eine Einrichtung zum Aufbewahren einer Pufferlösung oder einer Verdünnungslösung, (iii) eine Einrichtung, um die Einrichtung zum Aufbewahren einer Milchprobe mit der Analyseeinrichtung, der Einrichtung zum Aufbewahren einer Pufferlösung oder einer Verdünnungslösung, dem Melksystem und/oder einer Probenabgabeöffnung zu verbinden, (iv) eine Einrichtung zum Steuern der Temperatur der gesammelten Milchprobe, und (v) eine Einrichtung zum Transportieren der gesammelten Milchprobe. Zusätzlich kann die Einrichtung zum Sammeln einer Milchprobe eine Einrichtung zur Zuteilung einer Milchteilprobe zu den Analyseeinrichtungen aufweisen. Die allgemeine Funktion einer solchen Einrichtung ist, die während des Melkvorgangs gesammelte gesamte Probe in eine oder mehrere Teilproben, die zu den Analyseeinrichtungen transportiert wird/werden, und den restlichen Teil der Probe zu teilen, der zum Milchhauptcontainer geleitet werden kann oder weggeschüttet werden kann.
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In einer speziellen Ausführungsform weist die Probensammeleinrichtung eine Einrichtung zum gleichzeitigen Aufbewahren mehrerer Milchproben auf, d. h. Milchproben von mehreren einzelnen Tieren. Eine solche Einrichtung kann z. B. in Form einer Vorrichtung sein, die mehrere separate Fächer oder Behälter zur Aufnahme einzelner Proben hat. In einer speziellen Ausführungsform ist eine solche Vorrichtung, die mehrere Milchaufbewahrungsfächer oder -behälter aufweist, eine Vorrichtung, die vor dem Sammeln von Milchproben in die Milchsammeleinrichtung eingesetzt werden kann und mit ihr gekuppelt werden kann und davon abnehmbar ist, wenn die mehreren Proben gesammelt sind, um diese in funktionellen Kontakt mit den Analyseeinrichtungen zu bringen.
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Die Schnittstelle zwischen der Probensammeleinrichtung und dem Melksystem kann an irgendwelchen geeigneten Punkten des Melksystems sein. So könnten beispielsweise die Schnittstellenelemente mit Zitzenbechern, Zitzenrohren, Milchmengen Messvorrichtungen, Milchdurchflussrate-Messvorrichtungen, Milchbehältern und Milchtransportschlauchelementen verbunden sein. Die Art der Schnittstelle wird vom Material an der Verbindungsstelle abhängen, wie Fachleuten ohne weiteres ersichtlich ist. In einer speziellen Ausführungsform ist die Einrichtung zum Sammeln einer Milchprobe mit einem Schlauchelement des Melksystems verbunden und ist mit einer separaten MilchmengenMessvorrichtung versehen. Wenn das erfindungsgemäße System so konzipiert ist, um ein Sammeln aus einzelnen Milchdrüsen zu erlauben, ist die Schnittstelle vorzugsweise an einzelnen Zitzenbechern oder Zitzenrohren.
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Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist, wie oben erwähnt, ein System bereitzustellen, das Einrichtungen bereitstellt, um die Produktionsleistung einer milchproduzierenden Tierherde zu optimieren. Ein Schlüsselelement in dem System ist, eine ”dynamische” Echtzeitanalyse einer Reihe von Verbindungen und Parametern bereitzustellen, um Analysedaten zu erzeugen, die, wenn sie separat oder in Kombination bewertet und ggf. mit früheren Daten zu diesen Verbindungen oder Parametern verglichen werden, den Herdenverwalter ermöglichen, geeignete korrigierende Schritte zu unternehmen. Die zu analysierenden Verbindungen und Parameter sind so gewählt, um für jedes Herdenmitglied eine umfassende Beschreibung des Gesundheitszustands, physiologischen Zustands, Energie- und Ernährungszustands und Zustands im Fortpflanzungszyklus bereitzustellen.
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Demgemäß weist das System separate Einrichtungen zum Analysieren einzelner Verbindungen oder Parameter in der Milchprobe auf, die eine Einrichtung aufweisen, um mindestens eine Verbindung oder mindestens einen Parameter aus der folgenden Gruppe zu analysieren: eine Verbindung oder ein Parameter, die oder der Mastitis anzeigt, eine Verbindung oder ein Parameter, die oder der den Zustand im Fortpflanzungszyklus des Milchtiers anzeigt und eine Verbindung oder ein Parameter, die oder der den Energie- und Ernährungszustand des Milchtiers anzeigt.
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Im vorliegenden Kontext soll unter dem Begriff ”Mastitis” eine Entzündungsreaktion der Milchdrüse verstanden werden. Mastitis ist diejenige Krankheit, die in der Milchindustrie für die höchsten Produktionsverluste verantwortlich ist. So belaufen sich in den USA die jährlichen Verluste durch Mastitis auf mehr als 2 Milliarden Dollar. Verringerte Milchproduktion, weggeschüttete Milch, verringerte Rohmilchqualität, medizinische Kosten und höhere Kosten für das Aussortieren sind die wichtigsten wirtschaftlichen Folgen sowohl subklinischer als auch klinischer Mastitis. Öffentliche Gesundheit, Produktqualität und Haltbarkeit, Tierfürsorge und Verbrauchervorstellung stellen jedoch zusätzliche wirtschaftliche Anreize bereit, um Mastitis unter Kontrolle zu halten. Mastitis steht in direktem Zusammenhang mit Milchertrag und trotz großer Anstrengungen hat es während der letzten paar Jahrzehnte bei der Verringerung des Auftretens von Mastitis wenig Verbesserung, wenn überhaupt eine, gegeben. Somit ist es für den Milchlandwirt von großer Bedeutung, eine frühe, oder bevorzugter, eine sofortige Anzeige von Mastitis, einschließlich subklinischer Mastitis, zu haben, um die Produktionsverluste zu minimieren.
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Mastitis wird oft durch die Ursache der Krankheit charakterisiert, die infektiös, traumatisch oder toxisch sein kann. Wenn Mastitis auftritt, ist das intramammäre Gewebe beschädigt, mit der Folge einer erhöhten Durchlässigkeit zwischen den Blutgefäßen und Milchgängen, was Änderungen in der Milchzusammensetzung zur Folge hat. Subklinische Mastitis kann nur durch Labortests nachgewiesen werden, während klinische Mastitis durch klinische Untersuchung der Milch und/oder des Euters nachgewiesen werden kann. Die Pathogene, die in Zusammenhang mit Mastitis am häufigsten gefunden werden, sind Bakterien, beispielsweise Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Micrococcus spp., Streptococcus uberis, Streptococcus agalactiae und Streptococcus dysgalactiae.
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Verschiedene Verbindungen, die in Milch aus gesunden Milchdrüsen nicht vorhanden sind und/oder deren Mengen in Mastitis-Milch erhöht sind, sind Indikatoren für eine Mastitis. Solche Verbindungen umfassen Körperzellen, Enzyme, Proteine, Fett, Lipide, Mineralien und Spurenelemente. Dementsprechend kann eine Analyse der Milch auf irgendwelche solcher Verbindungen, beispielsweise Fettsäuren, Molkeproteine, κ-Casein, Immunglobuline, Proteose-Peptone, Serumalbumin, Lactoferrin und Mineralverbindungen wie Natrium, Chlorid, Eisen und Kupfer, in der vorliegenden Erfindung nützlich sein. Als Verbindungen, die Mastitis anzeigen, können Enzyme besonders nützlich sein. Repräsentative Beispiele für solche Enzyme sind Katalase, Lactatdehydrogenase (LDH), alkalische Phosphatase, saure Phosphatase, Carboxylesterase, Arylesterase, β-Glucuronidase, Lactoperoxidase, Lipase, Lysozym, Xanthinoxidase, Plasmin und beta-N-Acetylhexosaminidase (NAGase).
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Demgemäß weist in einer nützlichen Ausführungsform das erfindungsgemäße System separate Analyseeinrichtungen zum Analysieren einer Verbindung oder eines Parameters auf, die oder der Mastitis anzeigt und aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Körperzellen, mikrobielle Zellen oder Teile davon, ein Enzym, ein Protein, ein Fett, ein Lipid, ein Mineral, ein Spurenelement, Milchtemperatur, Leitfähigkeit der Milch und ein Partikel, das durch Filtrieren separierbar ist, und eine Kombination davon.
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Ein Beispiel für eine spezielle Verbindung, deren Menge Mastitis anzeigt, ist beta-N-Acetylhexosaminidase (NAGase), ein intrazelluläres lysosomales Enzym (E. C. 3.2.1.52), das zu einer Gruppe von Glycosidasen gehört. NAGase ist am Glycoprotein-Katabolismus beteiligt und ist im Plasma vorhanden. Die Konzentration von NAGase im Plasma ist typisch 11 bis 20 mal derjenigen, die in normaler Milch zu finden ist, und zwei bis vier mal derjenigen von mastitischer Milch. Die Funktion von NAGase in Milchdrüsensekreten ist derzeit nicht bekannt. In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße System eine separate Analyseeinrichtung zum Analysieren von NAGase auf, die in der Lage ist, eine Menge an NAGase nachzuweisen, die im Bereich von 0 bis 0,1 U/ml, einschließlich 0,01 bis 0,09, beispielsweise 0,02 bis 0,08, z. B. 0,03 bis 0,05 U/ml ist.
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Im vorliegenden Kontext ist ein weiteres Enzym, das als Indikator für Mastitis von Bedeutung ist, Lactatdehydrogenase (LDH), das auch im Plasma normalerweise in wesentlich höheren Konzentrationen als in Milch vorhanden ist und dessen Menge daher in Milch aus entzündeten Milchdrüsen erhöht ist. In einer weiteren Ausführungsform weist das vorliegende System eine separate Analyseeinrichtung zum Analysieren von LDH auf, die in der Lage ist, eine Menge von LDH in Milch nachzuweisen, die im Bereich von 100 bis 2000 U/ml, beispielsweise im Bereich von 200 bis 1500 U/ml, z. B. im Bereich 500 bis 1000 U/ml, ist.
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Zur Optimierung der Gesamtproduktionsleistung einer milchproduzierenden Tierherde gehört auch dazu, den Zustand im Fortpflanzungszyklus jedes einzelnen Tiers genau zu überwachen, um die optimale Zeit für eine Insemination auszuwählen, d. h. die optimale Empfängniszeit im Zyklus zu bestimmen. Jedoch ist es schwierig, jedes Mitglied einer großen Herde einzeln visuell zu beobachten und genau zu überwachen. Besonders ist es schwierig, bei Kühen die erste auftretende Empfängnisbereitschaft nach dem Kalben und dem Laktationsbeginn im Zeitintervall zwischen 40 und 65 Tagen nach dem Kalben zu erkennen. Daher sind automatische Verfahren notwendig, die eine zuverlässige und häufige Überwachung des Zustands im Fortpflanzungszyklus erlauben.
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”Zustand im Fortpflanzungszyklus” wird hier verwendet, um die verschiedenen Zeitintervalle im Geschlechtszyklus weiblicher Säugetiere zu bezeichnen, während derer sie im Proöstrus, Östrus (Empfängnisbereitschaft), Diöstrus bzw. in der Trächtigkeit sind. Verbindungen, welche gemäß der Erfindung verwendet werden können, um den Zustand im Fortpflanzungszyklus anzuzeigen, können Hormone umfassen, beispielsweise Steroid- oder Peptidhormone, einschließlich zum Beispiel das Steroidhormon Progesteron, das bei allen Säugetieren vom Corpus luteum (Gelbkörper) in den Eierstöcken und von der Plazenta produziert wird.
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Demgemäß weist in einer bevorzugten Ausführungsform das erfindungsgemäße System eine separate Analyseeinrichtung zum Analysieren einer Verbindung oder eines Parameters, beispielsweise eines Hormons, auf, deren oder dessen Vorhandensein oder Menge in der Milch den Fortpflanzungszykluszustand des Milchtieres anzeigt und welche oder welcher aus der folgenden Gruppe gewählt ist: eine Verbindung, die Proöstrus anzeigt, eine Verbindung, die Östrus (Empfängnisbereitschaft) anzeigt, eine Verbindung, die Diöstrus anzeigt, und eine Verbindung, die Trächtigkeit anzeigt. In diesem Kontext ist ein derzeit bevorzugtes Hormon Progesteron. In nützlichen Ausführungsformen ist die separate Analyseeinrichtung zum Analysieren von Progesteron in der Lage, in der Milchprobe eine Menge davon nachzuweisen, die im Bereich von 0 bis 30 ng/ml, einschließlich 0 bis 20 ng/ml, beispielsweise 1 bis 15 ng/ml oder 2 bis 10 ng/ml, ist.
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Die Fütterung der Milchtiere ist ein äußerst wichtiger Faktor für die Optimierung der Produktionsleistung der Tiere. Ein allgemeines Problem in derzeitigen landwirtschaftlichen Milchbetrieben ist, dass die einzelnen Milchtiere nicht fortlaufend optimal gefüttert werden. So wird ertragsstarken Milchtieren aus Bequemlichkeit oft die gleiche Fütterungsration angeboten wie ertragsschwachen Milchtieren. Ein Problem ist auch, dass sich der Milchertrag ein und desselben Milchtiers entsprechend seinem Zustand im Laktationszyklus ändert, aus welchem Grund sich der Nahrungsbedarf des Herdenmitglieds ständig ändert. Ein wichtiger Aspekt in bezug auf die Zusammensetzung des Futters für Milchtiere ist, dass der Rohproteingehalt des Futters fortlaufend optimiert werden sollte, um die Rohprotein-Gesamtbilanz des Milchtiers zu verbessern. Im vorliegenden Kontext wird der Begriff ”Proteinbilanz” verwendet, um das Verhältnis zwischen der Proteinmenge, die von dem Milchtier aufgenommen wird und für die Erzeugung von Milch und den Aufbau von Körpergewebe verwendet wird, und der von dem Milchtier ausgeschiedenen Menge Harnstoff zu bezeichnen.
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Es ist bekannt, den Harnstoffgehalt in der Milch als Indikator für die Proteinbilanz eines Milchtiers zu verwenden, d. h. als ein Indikator für die Nutzung des Stickstoffs der Futterration durch das Milchtier. Die Harnstoffkonzentration im Blut von Milchtieren schwankt und wird z. B. durch Proteinaufnahme und Urinausscheidung beeinflusst. Wenn das Milchtier Futter mit einem Rohproteingehalt verzehrt, der zu hoch für eine vollständige mikrobiologische Umwandlung im Gastrointestinaltrakt, z. B. im Pansen, des Milchtiers ist, wird dies höhere Blutharnstoffspiegel zur Folge haben. Da Blutharnstoff frei in die Milch hineindiffundierbar ist, werden Änderungen des Blutharnstoffspiegels eine entsprechende Änderung des Milchharnstoffspiegels bewirken, der gewöhnlich als Milch-Harnstoff-Stickstoff (MUN) bezeichnet wird.
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Demgemäß kann gemäß der Erfindung Milch-Harnstoff-Stickstoff (MUN) als ein Indikator verwendet werden, um z. B. ein Fütterungsschema zu optimieren und/oder um Möglichkeiten zur Änderung der Zusammensetzung des Futters aufzuzeigen. Somit können regelmäßige MUN-Messungen verwendet werden, um dem Stickstoffbedarf jedes einzelnen Milchtiers genau und sofort Rechnung zu tragen. Zusätzlich können MUN-Messungen dem Milchlandwirt z. B. bei der Reduzierung von Futterkosten helfen, um den Gesamtertrag an Milchprotein zu erhöhen und die Stickstoffausscheidung in die Umwelt zu minimieren.
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In einer nützlichen Ausführungsform weist das erfindungsgemäße System daher eine separate Analyseeinrichtung zum Analysieren einer Verbindung oder eines Parameters auf, die oder der den Energie- und/oder Ernährungszustand des Milchtiers anzeigt und eine Verbindung oder ein Parameter ist, die oder der die Proteinbilanz des Milchtiers anzeigt, einschließlich Milch-Harnstoff-Stickstoff (MUN) und gesamtes Milchprotein. Es wurde festgestellt, dass eine Kombination aus MUN und Werten für das gesamte Milchprotein als Indikator für die Proteinbilanz besonders nützlich ist. In nützlichen Ausführungsformen weist das System eine separate Analyseeinrichtung zur Analyse einer Verbindung oder eines Parameters auf, die oder der die Proteinbilanz des Milchtiers anzeigt, wobei die Einrichtung in der Lage ist, eine Menge an MUN nachzuweisen, die im Bereich von 0 bis 1000 mg/l, einschließlich 0 bis 700 mg/l, beispielsweise 10 bis 500 mg/ml oder 100 bis 400 mg/ml, ist.
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Wie oben diskutiert, ist die Stoffwechselleistung des Milchtiers besonders bedeutsam für die Gesamtproduktionsleistung jedes einzelnen Milchtiers und damit der ganzen Herde. Ketosis ist eine Stoffwechselstörung, die sich auf die Stoffwechselleistung auswirkt und in Milchtieren, beispielsweise Kühen, insbesondere während bestimmter Zeitspannen im Laktationszyklus häufig anzutreffen ist. Die Hauptursache von Ketosis ist, dass es der Milchdrüse in der frühen Laktation an verfügbarer Energie mangelt, was eine von der Norm abweichende Energiebilanz des Tiers zur Folge hat. Wenn Milchtiere von dieser Stoffwechselstörung betroffen sind, verlieren sie typisch an Gewicht und erzeugen weniger Milch. Eine sofortige Anpassung der Futterration ist notwendig, um die Störung zu verhindern und zu behandeln. Die Störung ist durch erhöhte Ketonkörperspiegel in den Geweben und Körperflüssigkeiten, einschließlich Blut, Milch und Urin, gekennzeichnet. Im vorliegenden Kontext umfassen ”Ketonkörper” Verbindungen wie beispielsweise Acetolactat, beta-Hydroxybutyrat (BOHB) und Aceton.
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Demgemäß weist in einer nützlichen Ausführungsform das erfindungsgemäße System eine separate Analyseeinrichtung zum Analysieren einer Verbindung oder eines Parameters auf, die oder der die Gesamtenergiebilanz des Milchtiers anzeigt, einschließlich Ketonkörper-Verbindung und gesamter Milchfettgehalt. In speziellen Ausführungsformen ist die Ketonkörper-Verbindung aus der Gruppe gewählt, bestehend aus Acetolactat, beta-Hydroxybutyrat (BOHB) und Aceton. In derzeit bevorzugten Ausführungsformen ist eine solche Analyseeinrichtung in der Lage, eine Menge BOHB in Milch nachzuweisen, die im Bereich von 0 bis 0,7 mM, einschließlich eine Menge, die im Bereich von 0,1 bis 0,5 mM, wie zum Beispiel im Bereich von 0,2 bis 0,4 mM, ist.
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Wie oben diskutiert, ist es ein nützliches Merkmal des erfindungsgemäßen Systems, dass ein Bereich von Verbindungen und Parametern analysiert werden kann, der für jedes einzelne Herdenmitglied ein umfassendes Bild über (i) den Gesundheitszustand, (ii) den physiologischen Zustand, (iii) den Ernährungs- und Energiezustand, (iv) den Zustand im Östruszyklus und (v) Trächtigkeit bereitstellt. Demgemäß weist das erfindungsgemäße System in bevorzugten Ausführungsformen eine separate Einrichtung zum Analysieren mindestens einer Verbindung oder eines Parameters aus der folgenden Gruppe auf: NAGase, Lactatdehydrogenase (LDH), Progesteron, Milch-Harnstoff-Stickstoff, gesamter Proteingehalt, BOHB, gesamter Fettgehalt und Milchertrag. In bestimmten Ausführungsform weist das System Analyseeinrichtungen für mindestens die folgenden Verbindungen/Parameter auf: (I) ein Enzym, das Mastitis anzeigt, beispielsweise NAGase oder LDH, eine Hormonverbindung, die den Zustand im Fortpflanzungszyklus anzeigt, beispielsweise Progesteron, eine Verbindung, die die Proteinbilanz anzeigt, beispielsweise MUN und/oder gesamter Proteingehalt, und eine Verbindung, die den Energiezustand anzeigt, beispielsweise Aceton, ein Ketonkörper oder BOHB.
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Zusätzlich zu diesen Verbindungen und Parametern kann das System Einrichtungen aufweisen oder kann damit verbunden sein, um irgendeine andere Verbindung oder irgendeinen anderen Parameter zu analysieren, die oder der in Milchproben vorhanden sein kann oder auftreten kann, beispielsweise Körperzellen, filtrierbare Klumpen/Partikel, pathogene und saprophytische Mikroorganismen einschließlich coliforme Bakterien, psychrotrophe Bakterien oder Teile davon, beispielsweise Fett, Proteine, Lipopolysaccharide, Leitfähigkeit, zugesetztes Wasser, Kohlenhydrate, Immunglobuline, Enzyme beispielsweise Lactoperoxidase, Lactoferrin, Molkeproteine, Caseine, Aminosäuren, Fettsäuren und Rückstände von Arzneistoffen einschließlich Antibiotika.
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Ebenfalls, wie oben diskutiert, ist es ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung, dass die Parameter/Verbindungen in einem dynamischen Modus analysiert werden können, d. h. nur diejenigen Verbindungen oder Parameter, die zu einem gegebenen Zeitpunkt des Fortpflanzungs- und/oder Laktationszyklus der einzelnen Herdenmitglieder in einer speziellen Milchprobe analysiert werden sollten. Dies wird dadurch erreicht, dass in dem System eine Einrichtung zum Speichern von Daten, einschließlich Daten über den physiologischen und Ernährungszustand jedes einzelnen Herdenmitglieds, einschließlich Daten, die den Zeitpunkt im Fortpflanzungs- und Laktationszyklus anzeigen, bereitgestellt wird, und eine solche Einrichtung funktionell mit Einrichtungen zum Analysieren mehrerer Verbindungen oder Parameter in einer gesammelten Milchprobe verbunden wird, umfassend: (i) separate Einrichtungen zum Analysieren einzelner Verbindungen oder Parameter in der Milchprobe, wobei jede separate Einrichtung in der Lage ist, bei Vorhandensein einer einzelnen Verbindung oder eines einzelnen Parameters in der Milch ein nachweisbares Signal zu erzeugen, (ii) eine Einrichtung zum Führen eines Teils oder einer Teilprobe der Milchprobe zu jeder separaten Analyseeinrichtung, wobei die Führungseinrichtung von der obigen Einrichtung zum Speichern von Daten über den physiologischen und Ernährungszustand jedes einzelnen Herdenmitglieds gesteuert wird, so dass die Führungseinrichtung nur zu vorab gewählten Zeitpunkten oder in vorab gewählten Zeitintervallen im Produktions- oder Laktationszyklus aktiviert wird. In diesem Zusammenhang ist ein interessantes Merkmal, dass die Einrichtung zum Speichern von Daten über den physiologischen und Ernährungszustand jedes einzelnen Herdenmitglieds fortlaufend mit neuen Daten aktualisiert wird, so dass die Auswahl des Bereichs der Verbindungen/Parameter, die in einer gegebenen Probe zu einem gegebenen Zeitpunkt analysiert werden, auf einem ständig aktualisierten Datensatz über das spezielle Herdenmitglied basiert.
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Um anschauliche Beispiele zu geben, kann es angemessen sein, jährlich ungefähr 20 Proben auf Empfängnisbereitschaft/Trächtigkeit zu analysieren, z. B. 5 mal pro Woche in Zeiten des erwarteten Östrus, und Proben ungefähr 3 Wochen Postöstrus, und ungefähr 20 Proben zum Nachweis von Anöstrus. Analysen auf Verbindungen/Parameter, die Mastitis anzeigen, können bei jedem Melken oder einmal täglich durchgeführt werden. Was Analysen auf Indikatoren für die Proteinbilanz betrifft, kann eine geeignete Frequenz einmal die Woche sein, und sie können nur für einen Teil der Herdenmitglieder, z. B. mindestens 10%, 20% oder 30% der Herdenmitglieder, während des Laktationszeitraums durchgeführt werden. Verbindungen, die Indikatoren für den Energiezustand der Tiere sind, beispielsweise BOHB, Aceton oder gesamter Fettgehalt, können z. B. in den ersten zwei Monaten nach dem Kalben einmal täglich analysiert werden.
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Die Analyseeinrichtungen des Systems können aus irgendwelchen auf dem Fachgebiet bekannten Analyseeinrichtungen zum Analysieren einer der obigen Verbindungen/Parameter gewählt werden. Anschauliche Beispiele solcher Analyseeinrichtungen umfassen: Analyse auf Enzymbasis, Analyse auf immunologischer Basis, Biosensoren, biochemische Analysen, spektrometrische Analysen, nasschemische Analysen, sequentielle Einspritzanalyse und Fließinjektionsanalyse, die für eine Analyse betreffend das Vorhandensein der Verbindungen oder Parameter geeignet sind. Vorzugsweise sind die Analyseeinrichtungen für quantitative Messungen konzipiert. In einer nützlichen Ausführungsform weisen die Analyseeinrichtungen Feststoffträger-Analysevorrichtungen oder -einrichtungen auf, die in Form von Teststreifen (auch als Trockenstäbchen bekannt) sein können, die ein geeignetes Reagens/geeignete Reagentien aufweisen, das/die bei Vorhandensein der analysierten Verbindung ein nachweisbares Signal erzeugt/erzeugen. Zusätzlich können die Analyseeinrichtungen eine Einrichtung zum Aufbewahren und Transportieren solcher Feststoffträger-Analysevorrichtungen aufweisen oder mit dieser funktionell verbunden sein.
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Zusätzlich weist das System der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum Erfassen von Signalen auf, die von den Analyseeinrichtungen bei Vorhandensein einer analysierten Verbindung oder eines analysierten Parameters erzeugt werden. Solche Signale können z. B. in Form einer Intensität, Frequenz, Farbe, Zahl usw. sein. Jede herkömmliche Einrichtung zum Erfassen solcher Analysesignale ist in der vorliegenden Erfindung mit eingeschlossen.
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Es ist beabsichtigt, dass die Einrichtung zum Analysieren mehrerer Verbindungen oder Parameter in einer Milchprobe mit einer einzigen Einrichtung zum Sammeln einer Milchprobe, wie oben beschrieben, analytisch verknüpft, d. h. physikalisch verbunden sein kann, aber es ist auch denkbar, dass die Analyseeinrichtung mit mehreren solchen Milchproben-Sammeleinrichtungen analytisch verknüpft sein kann, die sich z. B. am Melkplatz/an den Melkplätzen befinden können, d. h. die Analyseeinrichtung und die Milchsammeleinrichtung können räumlich getrennt sein. Wenn die Analyseeinrichtung mit mehreren Probensammeleinrichtungen verbunden ist, werden die so gesammelten Milchproben über ein Rohrelement, ein Förderelement oder von Hand geeignet zu der Analyseeinrichtung transportiert. Bei jeder dieser Transportmethoden können die einzelnen Milchproben in geeigneten Gefäßelementen, beispielsweise in Beuteln aus flexiblem Polymermaterial, Kunststoff-, Glas- oder Metallbehältern oder irgendeinem anderen geeigneten Probenbehälter, gesammelt und transportiert werden.
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In einer weiteren nützlichen Ausführungsform hat das erfindungsgemäße System an jedem Melkplatz eine Einrichtung zum Analysieren mehrerer Verbindungen oder Parameter.
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Ferner weist das erfindungsgemäße System eine Einrichtung zum Verarbeiten der gewonnenen Signale auf, um dadurch diese Signale in einen Datensatz umzuwandeln, der den physiologischen und/oder Ernährungszustand des einzelnen Herdenmitglieds anzeigt. Die Einrichtung zur Signalverarbeitung ist vorzugsweise in Form eines Computerprogramms, das auf einem Computersystem, das eine eingebettete Software aufweist, ausführbar, und ist konzipiert, um die gewonnenen Signale zu übersetzen und zu verarbeiten und Analysen der gewonnenen Daten auszuführen, um physiologische Zustände, beispielsweise Mastitis, Proteinbilanz, Ketosis und Zustand im Fortpflanzungszyklus aufzuzeigen.
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Eine solche Analyse kann auf viele Arten durchgeführt werden, z. B. durch Vergleich mit früheren Daten von dem speziellen Milchtier und/oder mit berechneten Mittelwerten, die auf entsprechenden Daten von der speziellen Herde und/oder auf kürzlich und/oder früher gewonnenen Daten von dem speziellen Milchtier basieren.
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Gemäß der Erfindung weist das System eine Einrichtung zur Speicherung von Daten des gewonnenen Datensatzes auf, der den physiologischen und/oder Ernährungszustand des einzelnen Herdentiers beschreibt. Zur dauerhaften Speicherung von Daten können magnetische und optische Medien, beispielsweise Bänder, Platten, Flashspeicher und CD-ROMs verwendet werden. Demgemäß werden die Analysemessdaten für jedes Milchtier im Datenspeicher gehalten, was erlaubt, periodische Änderungen zu analysieren, und erlaubt, Daten von dem speziellen Milchtier zu vergleichen, sowie Daten von verschiedenen Milchtieren zu vergleichen, um eine bessere Erkennung irgendeiner Abnormalität oder Abweichung von der Basislinie oder dem normalen Bereich bereitzustellen. Ferner weist das System eine Datenausgabeeinrichtung auf, um die gewonnenen und verarbeiteten Daten an den Benutzer auszugeben oder sie dem Benutzer vorzulegen, typisch durch Druck-, visuelle und/oder akustische Einrichtungen, einschließlich Telefone, beispielsweise Mobiltelefone. Die Übertragung von Daten an den Benutzer kann über das Internet erfolgen.
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Zum Zwecke der Datenanalyse kann das erfindungsgemäße System eine interne Datenbank und/oder eine externe Datenbank aufweisen, die mehrere Daten hat, die sich auf frühere Analysen von Milchproben betreffend das Vorhandensein von Verbindungen oder Parameter beziehen, die den physiologischen und/oder Ernährungszustand von milchproduzierenden Tierherdenmitgliedern anzeigen. Es ist ersichtlich, dass zur Unterstützung dieser Datenbanken eine Software, beispielsweise ein Datenbankverwaltungssystem (DBMS), erforderlich ist, um das Speichern und Wiederauffinden von Daten zu handhaben und um dem Benutzer Befehle zum Abfragen und Aktualisieren der Datenbank bereitzustellen. Beispiele für solche Datenbankverwaltungssysteme umfassen hierarchische und relationale Datenbankverwaltungssysteme. Das Datenbankverwaltungssystem ist vorzugsweise auf einer Speichervorrichtung gespeichert und ist für eine Abfrage auf einem Computersystem ausführbar. Ein Zugriff auf die Verwaltungssysteme erfolgt üblicherweise über das Internet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die in der internen Datenbank und/oder der externen Datenbank gespeicherten mehreren Daten ausgewählte Daten aus: (i) Ort des Melkplatzes, (ii) Daten über Zeit und Häufigkeit der Probensammlung, (iii) Daten, die die einzelnen Herdenmitglieder, von denen Proben gesammelt wurden, identifizieren, (iv) Analysedaten, die den physiologischen und/oder Ernährungszustand des Herdenmitglieds anzeigen, und (v) Daten über das einzelne Herdenmitglied aus der Vergangenheit. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die externe Datenbank den physiologischen und/oder Ernährungszustand beschreibende Daten auf, die von ähnlichen einzelnen Mitgliedern einer oder mehrerer entsprechenden milchproduzierenden Tierherden gesammelt sind.
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Somit ist damit zu rechnen, dass, wenn mehrere von einzelnen Herden gewonnene Daten zur externen Datenbank übertragen werden und dort gespeichert werden, diese externe oder zentrale Datenbank nach einiger Zeit eine wesentliche Menge an organisierten Daten über viele Milchtiere aus vielen Gebieten enthalten wird. Es ist zu erwarten, dass eine statistische Verarbeitung dieser großen Anzahl von Daten kontinuierliche Verbesserungen in Bezug auf eine frühe Diagnose eines abnormalen physiologischen und/oder Ernährungszustands von Milchtieren, beispielsweise Kühen, erlaubt. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass solche externen oder zentralen Datenbanken Daten von einer großen Anzahl von Tieren aus einem speziellen Bezirk oder Gebiet, z. B. einem ganzen Land oder sogar der ganzen Welt, enthalten werden. Die große Anzahl von Daten wird eine Basis für eine umfassende statistische Verarbeitung der Daten bereitstellen, um neue Information aufzuzeigen. Als ein spezieller Vorteil ist zu erwarten, dass irgendwelche Anzeichen des Auftretens von epidemischen Erkrankungen z. B. bei Kühen einfacher aufzuzeigen und zu erkennen sind. Es ist beabsichtigt, dass die Kommunikation zu und von der externen oder zentralen Datenbank über das Internet erfolgen kann.
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Es ist offensichtlich, dass die internen und externen Datenbanken weitere Daten und Information aufweisen können. Solche zusätzlichen Daten und zusätzliche Information können Daten sein, die diagnostische Parameter, physiologische Parameter, physiologisches Wissen repräsentieren, und Daten sein, die Ratschläge und Empfehlungen bezüglich der zu unternehmenden Schritte in Hinblick auf spezielle Ergebnisse der Analyse repräsentieren.
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In einem Aspekt ist das Datenbankverwaltungssystem in der Lage, aus den Signalerfassungseinrichtungen empfangene Echtzeit-Analysedaten mit in der internen Datenbank und/oder einer externen Datenbank gespeicherten Daten zu vergleichen und darauf basierend eine Befehlsmeldung zu senden. Eine solche Befehlsmeldung kann z. B. ein Befehl sein, der anzeigt, dass ein spezielles Herdenmitglied oder eine Gruppe von Herdenmitgliedern für eine Insemination bereit ist, anzeigt, dass ein spezielles Herdenmitglied einer Mastitis-Behandlung bedarf, oder anzeigt, dass ein spezielles Herdenmitglied oder eine Gruppe von Herdenmitgliedern einer Anpassung des Fütterungsschemas bedarf. Der Empfänger der Befehlsmeldung kann z. B. ein genau angegebener Fachmann sein, beispielsweise ein Landwirt, ein Veterinär, ein Besamer und ein Landwirtschaftsbetriebsberater.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Befehlsmeldung aus dem System z. B. als digitales Signal zum Melksystem, beispielsweise einem automatischen Melksystem, gesendet werden. Somit ist ermöglicht, Milch geringer Qualität, beispielsweise mastitische Milch, von der normalen Milch hoher Qualität weg zu leiten. Zusätzlich ist beabsichtigt, dass das erfindungsgemäße System Einrichtungen, einschließlich ”intelligenter Tore” („smart gates”), aufweisen kann, die angepasst sind, um eine Befehlsmeldung zu empfangen und, als Antwort darauf, ausgewählte Tiere zu ausgewählten Plätzen zu lenken, um die oben erwähnten Behandlungen oder Schritte zu ermöglichen.
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Gemäß der obigen Beschreibung weisen nützliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems eine Datenspeichereinrichtung auf, die eine Datenbank aufweist, die für jedes einzelne Herdenmitglied mehrere Daten enthält, die sich auf frühere Analysen von Milchproben von Herdenmitgliedern betreffend das Vorhandensein von einzelnen Verbindungen oder Parametern beziehen, einschließlich Daten zum Identifizieren des Melkplatzes, Milchertragsdaten, Daten zum Identifizieren der einzelnen Herdenmitglieder, Daten in bezug auf Parität, Fortpflanzungszustand und Laktationszustand der Herdenmitglieder, einschließlich Daten, die die Zeitpunkte im Fortpflanzungs- und Laktationszyklus anzeigen, Daten über die Zeit der Probensammlungen, Analysedaten aus der Vergangenheit über den physiologischen und Ernährungszustand, Daten aus der Vergangenheit über die Zusammensetzungen von Milchproben, Daten über das Fütterungsschema, Daten über Erkrankungen einschließlich Daten über frühere Krankheitsbehandlungen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Datenspeichereinrichtung des vorliegenden Systems ein Datenbankverwaltungssystem oder ist funktionell damit verbunden, das in der Lage ist, aus den Signalerfassungseinrichtungen empfangene Echtzeit-Analysedaten mit in der Datenspeichereinrichtung gespeicherten Daten zu vergleichen und, darauf basierend, eine Befehlsmeldung zu erzeugen und zu dem Herdenverwalter oder einem anderen Empfänger zu senden, beispielsweise einem Veterinär, einem Besamer oder einem Landwirtschaftsbetriebsberater. Eine solche Befehlsmeldung kann z. B. anzeigen, dass ein spezielles Herdenmitglied oder eine Gruppe von Herdenmitgliedern für eine Besamung bereit ist, dass ein spezielles Herdenmitglied einer Mastitis-Behandlung bedarf und/oder dass mindestens ein spezielles Herdenmitglied oder eine Gruppe von Herdenmitgliedern einer Anpassung des Fütterungsschemas bedarf.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Datenspeichereinrichtung des Systems funktionell mit einer Datenbank verbunden, die Daten aus der Vergangenheit aufweist, die den physiologischen und Ernährungszustand beschreiben und von Mitgliedern einer anderen oder mehrerer anderen milchproduzierenden Tierherden gesammelt sind, wobei die Datenbank entweder Teil des Systems ist oder eine externe Datenbank ist, die z. B. über das Internet mit dem System funktionell verbunden ist.
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Die Erfindung wird mittels der folgenden nichteinschränkenden Beispiele und der Zeichnungen weiter veranschaulicht:
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1 zeigt ein Beispiel des an einem Melkplatz angeordneten Systems;
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Datenhandhabungssystems zum Sammeln, Speichern und Verarbeiten von Daten;
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3 zeigt mehrere mit einem zentralen System verbundene Landwirtschaftsbetriebe;
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4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analyseeinrichtung; und
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5 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analyseeinrichtung.
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Beispiel 1
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An einem Melkplatz angeordnete Einrichtung einer Analyseanlage
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Als ein Beispiel zeigt 1 die an einem Melkplatz angeordnete Analyseanlage zum Analysieren von Verbindungen, die den physiologischen Zustand der Milchtiere anzeigen, zusammen mit Probensammeleinrichtungen. Wie in der Figur zu sehen ist, ist die Probensammeleinrichtung die physikalische Verbindung zwischen den Melkpunkten und der Analyseanlage.
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Die Aufgabe der Probensammeleinrichtung ist, zu einer geeigneten Zeit während des Melkvorgangs zu analysierende Milchproben zu sammeln.
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Der Melkplatz kann Teil eines automatischen Melksystems für sich frei bewegende Kühe sein, die Identifikationseinrichtungen, beispielsweise Ohrmarken oder Streifen, tragen, die elektronisch erfaßt werden können. In einer weiteren Ausführungsform ist der Melkplatz einer von mehreren Melkplätzen in einem fischgrätenartig angeordneten Melksystem. Im weitesten Aspekt dieser Erfindung können andere Arten von Melkplätzen verwendet werden, z. B. sich drehende oder parallele Bereiche. Wie in 1 zu sehen ist, kann die Analyseeinrichtung mit einem bereits bestehenden Melksteuersystem kombiniert sein, das ergänzende Messungen durchführt, beispielsweise Messungen des Milchvolumens, der Milchdurchflussmenge und der Temperatur.
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Am Melkplatz wird die Identifikation der Kuh elektronisch gelesen und gespeichert. Eine oder mehrere Proben werden dem Milchfluss entnommen. Die Probe(n) kann/können aus mindestens einem – vorzugsweise speziell identifizierten – Viertel (oder einer Milchdrüse) des Euters genommen werden. Eine vorteilhafte Alternative kann sein, Proben aus mindestens zwei Vierteln eines Euters zu nehmen, um die Messungen von Proben aus mindestens zwei Vierteln zu vergleichen.
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Beispiel 2
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Datenhandhabungssystem zum Sammeln, Speichern und Verarbeiten von Daten
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2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in dem Beispiel von 2 zu sehen ist, besteht das System aus einem Datensystem, das eine lokale Anordnung in dem Landwirtschaftsbetrieb aufweist, die Milchprobensammeleinrichtung, Analyseeinrichtung, Datensammlung und -verarbeitung, Datenspeicherung und weitere Verarbeitung und Übertragung umfasst. Wie in 2 zu sehen ist, können die verarbeiteten Daten über einen Kommunikationskanal, beispielsweise das Internet, zu externen Datenbanken gesendet werden. In dem vorliegenden Beispiel werden die gesendeten Daten empfangen und in einer externen Datenbank an einem Wissenszentrum gespeichert, beispielsweise der DHIA (National Dairy Herd Improvement Association), einem Wissenschaftszentrum oder einer Universität. Auf das Wissenszentrum haben mehrere Berater, Gutachter, Veterinäre, Wissenschaftler usw. Zugriff. Wie in 2 zu sehen ist, ist die Wissensdatenbank Beratern, Gutachtern usw. über das Internet zugänglich. Wie ferner in 3 gezeigt ist, können die Daten in der externen Datenbank am Wissenszentrum von einer Anzahl von Landwirtschaftsbetrieben gesammelt sein.
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Beispiel 3
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Chemische Analyseanlage
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Wie oben erwähnt, können verschiedene geeignete chemische Analyseanlagen oder Analyseeinrichtungen verwendet werden, um die chemische Analyse der Verbindungen, die den physiologischen Zustand des milchproduzierenden Tiers anzeigen, durchzuführen.
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4 zeigt ein Beispiel einer geeigneten chemischen Analyseanlage, die angepasst ist, um die Erfindung auszuführen. Teststreifen oder Trockenstäbchen 1, die angepasst sind, um das Vorhandensein oder die Menge einer oder mehrerer der gewünschten Verbindungen anzuzeigen, sind in separaten Kartuschen 2 gelagert, die die Teststreifen enthalten. Ein Teststreifen 3 wird von der Kartusche zu einem Förderband 4 freigegeben. Das Förderband bewegt den Teststreifen zu einer Peristaltikpumpe 5. Der Einlaß 6 der Peristaltikpumpe ist mit der Milchrohrleitung verbunden, die Milch von der Melkanlage empfängt. Wie in 4 gezeigt, entnimmt die Peristaltikpumpe 5 eine kleine Probe aus der Milchrohrleitung oder der Milchproben-Aufbewahrungseinrichtung, wobei einige Tropfen zu dem Teststreifen 7 übertragen werden. Eine chemische Reaktion erfolgt und der Teststreifen wird von einem Detektor oder Testleser 8, beispielsweise einer CCD-Kamera oder anderen photometrischen Anlage, analysiert, der einen Signalausgang hat, der mit einer Datensammel- und Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden ist.
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5 zeigt eine andere Ausführungsform einer Analyseeinrichtung, die angepasst ist, um die Erfindung auszuführen. Wiederum sind die Teststreifen oder Trockenstäbchen 1, die angepasst sind, um das Vorhandensein oder die Menge einer oder mehrerer der gewünschten Verbindungen anzuzeigen, auf einem Trägerband 2 angeordnet, das mit einem Versiegelungsband 3 bedeckt ist. Das Band ist auf einer Spule 4 angeordnet. Das Versiegelungsband 3 wird durch Wiederaufspulen auf eine zweite Spule 5 abgenommen, kurz bevor das Stäbchen der Milchprobe ausgesetzt wird. Eine schnelle Schleife 6 entnimmt der Milchleitung einen Teil der Milch. Ein Ventil 7 öffnet sich für ein kurzes Zeitintervall, um einige Tropfen Milch zum Teststreifen 1 freizugeben. Ein Trichter 8, der sich unterhalb des Bands befindet, ist angeordnet, um die überschüssige Milch als Abfall aufzunehmen. Das Band wird vorwärts bewegt, wodurch die Teststreifen 1, nachdem sie einige Milchtropfen empfangen haben, dem Detektor 9 ausgesetzt werden und anschließend wieder auf die Spule 10 gespult werden. Der Detektor kann eine CCD-Kamera oder eine andere photometrische Anlage sein, die einen Signalausgang hat, der mit einer Datensammel- und -verarbeitungsvorrichtung verbunden ist. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform sind die Teststreifen oder -stäbchen auf dem Band angeordnet, um mindestens 4 Messflächen aufzuweisen: Acteon oder BOHB (beta-Hydroxylbutyrat), Progesteron, NAGase (beta-N-Acetylhexosaminidase) oder Lactatdehydrogenase (LDH) und Harnstoff (Milch-Harnstoff-Stickstoff). Es ist jedoch auch beabsichtigt, ein Band zu verwenden, das nur eine oder zwei unterschiedliche Messflächen hat, beispielsweise Messflächen für die zwei am häufigsten verwendeten Verbindungen zum Anzeigen des physiologischen Zustands des milchproduzierenden Tiers. Solche Verbindungen sind z. B. Verbindungen, die Mastitis und Milch-Harnstoff-Stickstoff anzeigen.
