NL9400997A - Werkwijze voor het bepalen van de kwaliteit van koemelk, inrichting voor het uitvoeren van die werkwijze en automatisch melksysteem (melkrobot) voorzien van die inrichting. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het bepalen van de kwaliteit van koemelk, inrichting voor het uitvoeren van die werkwijze en automatisch melksysteem (melkrobot) voorzien van die inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op de kwaliteltsbepaling van koemelk en daarop gelijkende voedselprodukten zoals geitemelk, moedermelk. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op het bepalen van de kwaliteit van rechtstreeks van de koe verkregen melk, bij voorkeur het in-line bepalen van de melkkwaliteit of -samenstelling tijdens het melken.

In verband met de koemelkproduktie neemt de kwaliteitsbewaking een steeds belangrijkere plaats in. De melkkwaliteit bepaalt onder andere de financiële opbrengst voor de veehouder. De economische waarde van koemelk wordt voor een belangrijk deel bepaald door het vet- en eiwitgehalte. Het vet- en eiwitgehalte verschilt per koe. Die verschillen worden onder andere veroorzaakt door genetische factoren, maar ook door de voeding. Voor de economische waarde van koemelk is tevens van belang de houdbaarheid daarvan. Deze wordt onder andere beïnvloed door de aanwezigheid van mastitis-bacteriën in de koemelk, veroorzé>! ' door een uierontsteking.

Aan de hand van gegevens over het vet-, eiwit- en celgehalte (veroorzaakt door bijvoorbeeld mastitis) per individuele koe, kan de veehouder het voeding-, hygiëne- en fokbeleid bepalen, en besluiten tot het nemen van maatregelen ter bestrijding van uierontsteking.

Tegenwoordig wordt bij de veehouder de melkproduktie van de totale veestapel in een gemeenschappelijk opslagvat verzameld in afwachting van transport naar de zuivelfabriek. Bij elke aflevering aan de zuivelindustrie wordt een melkmonster genomen, welke naderhand wordt onderzocht op samenstelling, waarbij in het bijzonder het vet- en eiwitgehalte bepaald wordt. De resultaten daarvan worden teruggemeld aan de veehouder, en worden gebruikt voor de kwalitatieve toeslagen op de uitbetalingsprijs.

Daarnaast wordt veelal per individuele koe de melkproduktie en de melksamenstelling gevolgd. Hiertoe wordt gewoonlijk eens per drie tot zes weken per individuele koe een monster genomen. Die monsters worden onderzocht in centrale laboratoria, en enige dagen na het bemonsteren ontvangt de veehouder de resultaten.

Er bestaat reeds lange tijd behoefte aan het sneller beschikbaar komen van gegevens over de melkkwaliteit, in het bijzonder individueel per koe. Enerzijds is daarmee voor de veehouder een doeltreffender beheer van de veestapel te bereiken. Anderzijds mag het versnellen van het beschikbaar komen van de kwaliteitsgegevens niet leiden tot een toename van de omvang van de opererende instituten welke thans de melkkwaliteit bepalen. Eerder bestaat er een verdere wens, de noodzakelijke bemoeienis van centrale laboratoria voor het beproeven van melkmonsters te beperken, waarmee een aanzienlijke kostenreductie is te behalen.

De onderhavige uitvinding stelt daarom voor een methode voor het bepalen van de melkkwaliteit, welke geschikt is voor opname in een al dan niet volledig geautomatiseerd melksysteem, zoals een melkrobot. Daarmee is het mogelijk per individuele koe gegevens te verkrijgen over de samenstelling van de melk, en wel vrijwel direct op het moment dat begonnen is met het melken. Dientengevolge zijn reeds tijdens het melken, of direct daarna, de voor de veehouder noodzakelijke gegevens beschikbaar in verband met de na te streven optimale melkproduktie per individuele koe. Daarnaast heeft de veehouder bijzonder snel gegevens beschikbaar over de met zijn veestapel behaalde financiële omzet, genomen over de afgelopen dag, of zelfs over een achtergelegen dagdeel.

Daartoe wordt volgens de onderhavige uitvinding voorgesteld, de electrische permittiviteit te meten van de koemelk bij wisselspanning of -stroom, om aan de hand van die gemeten electrische permittiviteit de melksamenstelling te bepalen. Bij voorkeur vindt meting van de electrische permittiviteit bij tenminste twee onderling verschillende wisselspanningsfrequenties plaats, aan de hand waarvan een bepaald verloop voor de electrische permittiviteit kan worden gemeten aan de hemd waarvan de samenstelling van de melk is te bepalen. Uit voorlopige proefnemingen is gebleken dat voor het bepalen van het gehalte aan vet, proteïne en koolhydraten de electrische permittiviteit het beste bepaald kan worden bij een spanningsfrequentie in het gebied van tenminste 100 kHz, bij voorkeur meer dan 1 MHz. Momenteel hebben proefnemingen in het frequentiegebied van 3 MHz tot 6 GHz betrouwbare, reproduceerbare resultaten opgeleverd.

Voor het momentaan meten van de melkkwaliteit verdient het de voorkeur, de meetsensoren (de elektroden) onder te brengen in een melktransportkanaal bijvoorbeeld in de vanaf de speenbeker van een melkrobot lopende melkleiding. De melkkwaliteit kan dan voortdurend bepaald worden, en direct vanaf de aanvang van het melken, dus vrijwel onmiddellijk volgend op het aansluiten van de speenbeker op de uier.

Koemelk van consumptiekwaliteit werd getest, waarbij het vetgehalte van de melkmonsters respectievelijk 3.5%, 1,5% en 0,05% bedroeg. Alle melkmonsters bevatten 3.4 gram eiwitten en 4,7 gram koolhydraten per 100 gram. Het vet-, eiwit- en koolhydratengehalte werd bepaald door middel van infrarood adsorptie met behulp van de infraroód-spectrometrische methode welke algemeen gebruikelijk is. De metingen zijn uitgevoerd bij kamertemperatuur. Als netwerk-analyzer is de HP8753C ®et 6611 S-parameter testset met zes GHz optie en de HP8507O software gebruikt. Gemeten is in het wisselspanningsspectrum tussen 3 MHz en 6 GHz. De meetresultaten zijn gerelateerd aan water met ongeveer dezelfde geleidbaarheid als de geteste koemelkmonsters. Telkens is het reële deel (€') bepaald, waarbij e = e' «· e’'.

In het hiernavolgende wordt de uitvinding nader toegelicht aan de hand van een niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen. Hierbij toont:

Figuur 1 het verloop van het reële deel van de electrische permittiviteit e' in zijn verhouding tot het reële deel van de electrische permittiviteit €' van water voor gelijkblijvend vet-, eiwit-en koolhydratengehalte, en drie verschillende geleidbaarheden, respectievelijk A,6 en 7.5 mS/cm, als functie van de aangelegde wisselspanningsf requentie.

Figuur 2 toont het verloop van dezelfde relatie voor constant eiwit- en koolhydratengehalte bij gelijkblijvende geleidbaarheid, doch bij drie verschillende niveaus voor het vetgehalte (curve A 3.5%; curve B 1,5% en curve C 0,05% vet).

Figuur 3 toont voor dezelfde relatie het verloop bij gelijkblijvend, verwaarloosbaar vetgehalte en drie verschillende niveaus van het eiwit- en koolhydratengehalte. Bij de metingen bedroeg het vetgehalte minder dan 0,05#. De kromme D is bepaald met een melkmonster vanuit de winkel verkrijgbare magere melk, kromme E is bepaald met een melkmonster van vijf delen magere melk met drie delen water, en kromme F is bepaald met een melkmonster van drie delen magere melk en vijf delen water. Het water en de melk bezaten een gelijke geleidbaarheid.

Figuur 4 toont het verloop van dezelfde relatie voor een melkmonster dat gedurende twee dagen bij kamertemperatuur is bewaard.

Uit het hierboven weergegeven verloop van de verhouding tussen de electrische permittiviteit van koemelk en water met een vergelijkbare geleidbaarheid kan het volgende worden geconcludeerd: 1. Ook bij hogere wisselspanningsfrequenties tot ongeveer 100 MHz is de Ionische geleidbaarheid te meten, welke een maat is voor het gehalte aan uitscheidingsprodukten door uierontsteking (mastitis).

2. Een verandering van het vetgehalte leidt onafhankelijk van de wisselspanningsfrequentie tot een verandering (evenredige verlaging) van de electrische permittiviteit.

3· Een verandering van het eiwit- en koolhydraatgehalte leidt tot een frequentie-afhankelijke verandering van de electrische permittiviteit.

4. Een verandering in het celgehalte (bijvoorbeeld door mastitis) leidt tot een verschil in frequentie-afhankelijk gedrag bij ongeveer 10 MHz en bij ongeveer 100 MHz.

5· De Ionische geleidbaarheid ( €'') is een maat voor het celgehalte (bijvoorbeeld door mastitis). Bij meting daarvan bij hogere frequenties (meer dan 1 MHz), wordt minder hinder van electrode-vervuiling ondervonden.

6. €' wordt niet door de geleidbaarheid beïnvloed.

In de praktijk kan het inzicht welke is verkregen uit de bovenstaande testresultaten als volgt worden aangewend: bij twee verschillende wisselspanningsfrequenties in het gebied van meer dan 100kHz, in het bijzonder meer dan 1 MHz, meer in het bijzonder tussen ongeveer 3 MHz tot ongeveer 6 GHz wordt zowel de electrische permittiviteit van de koemelk bepaald, als de electrische permittiviteit van water met een ongeveer gelijke geleidbaarheid. Meting aan de koemelk kan bijvoorbeeld plaatsvinden in de vanaf de speenbeker verlopende melktransportleiding, zodat voortdurend kan worden gemeten aan direct van de koe verkregen melk. De geleidbaarheid van de koemelk kan bijvoorbeeld met een gebruikelijke geleidbaarheidmeting worden bepaald. Uit verschillende standaard watermonsters met vooraf bekende geleidbaarheid is dan een watermonster te kiezen waarvan de geleidbaarheid het meest overeenstemt met die van de zojuist doorgemeten koemelk. Gelijktijdig vindt dan de electrische permittiviteitmeting plaats aan zowel de koemelk als het geselecteerde watermonster, eerst bij de ene wisselspanningsfrequentie en direct daarna bij de volgende wisselspanningsfrequentie. Eventueel kunnen de gegevens over het permittiviteitverloop van de verschillende watermonsters zijn opgeslagen in het geheugen van een rekeneenheid, zodat het niet noodzakelijk is dat verschillende watermonsters fysiek in de melkrobot aanwezig zijn. De verkregen resultaten over de verhouding tussen de complexe permittiviteit van koemelk en water bij de twee verschillende wisselspanningsfrequenties kunnen worden vergeleken met overeenkomstige meetresultaten bij dezelfde wisselspanningsfrequenties voor koemelkmonsters bij bekende vet-, eiwit-en koolhydratengehalte. Bijvoorbeeld zijn de meetgegevens daarvan eveneens opgeslagen in het geheugen van een rekeneenheid. Het vet-, eiwit- en koolhydratengehalte van de zojuist gemolken koemelk laat zich nu op eenvoudige wijze bepalen.

Voor de electrische permittiviteitmeting kan gebruik gemaakt worden van twee elektroden, welke in contact worden gebracht met de te meten vloeistof (koemelk, water). Ook kan gebruik gemaakt worden van een ander aantal meetelektroden, bijvoorbeeld vier, voor het uitvoeren van een zogenaamde vierpuntsmeting.

Claims (11)

1. Werkwijze voor het bepalen van de concentratie van één of meer organische bestanddelen, zoals verzadigde en/of onverzadigde vetten, koolhydraten, proteïnen, en/of het gehalte levende organismen, zoals bacteriën, of afscheidingsprodukten daarvan, in koemelk of een vergelijkbaar voedingsprodukt, zoals geitemelk, waarbij de electrische permittiviteit bepaald wordt van het voedingsprodukt in een wisselend elektrisch veld.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de electrische permittiviteit bepaald wordt bij tenminste twee wisselspanningfrequenties.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de wisselspanningfrequentie tenminste 100 kHz, in het bijzonder meer dan 1 MHz, meer in het bijzonder gelegen is in het gebied van 1 MHz tot 10 GHz. k. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de electrische permittiviteit bepaald wordt uit de complexe impedantie.

5· Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de toegepaste wisselspanningfrequentie(s) is (zijn) gelegen in het gebied met dezelfde ordegrootte als die van de relaxatie-frequentie van één of meer van de bedoelde organische bestanddelen.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het verhoudingsgetal berekend wordt tussen de electrische permittiviteit van het voedingsprodukt en de electrische permittiviteit van water.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de electrische permittiviteit of eventueel het verhoudingsgetal vergeleken wordt met voorafbepaalde referentiewaarden van overeenkomstige voedingsprodukten met vooraf bekende concentraties van de beoogde bestanddelen.

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het reële deel van de electrische permittiviteit bepaald wordt.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, welke in-line wordt uitgevoerd direct tijdens het melken.

10. Inrichting, blijkbaar geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één of meer der voorgaande conclusies.

11. Inrichting volgens conclusie 10, omvattende een transportkanaal voor melk voorzien van één of meer met de door het kanaal stromende melk in contact te brengen elektroden welke galvanisch geleidend zijn aangesloten op een elektronische regelkring voor het meten van een complexe impedantie.

12. Melkrobot met één of meer speenbekers voor aansluiting op de uier van een koe of ander zoogdier, en voorzien van de inrichting volgens conclusie 10 of 11.