挤奶机自动脱杯阈值对挤奶量、挤奶时间及乳头末端状况的影响

李小明，杨开锁，高振江

（1.北京农业职业学院，北京 102442； 2.中国农业大学工学院，北京 100083）

机械化挤奶可以减少人工劳动强度，降低奶牛乳房疾病的发生、提高牛奶产量和品质，促进畜牧业持续、稳定、健康和协调发展。当前挤奶机械化程度已成为一个国家奶牛养殖业发展水平和奶业现代化水平的重要标志，而与其相关的技术装备也成为奶牛养殖机械中的关键技术装备[1]。挤奶机的奶杯自动脱落技术能够有效避免挤奶过程的过挤现象，减少对乳头的伤害，提高挤奶设备自动化控制程度，降低人工劳动强度，故在世界各地得到广泛使用。然而，在奶杯自动脱落技术的应用过程中，常常出现牛奶产量减少，乳头外翻加重等不良影响。非但没有体现奶杯自动脱落技术的效益，反而带来了负面影响，一些小规模养殖奶牛场的自动脱落装置甚至成为摆设。

Rasmussen等[2]将自动脱杯（automatic cluster remover，ACR）阈值从0.2kg/min增加到0.4kg/min，并未影响产奶量、牛奶成分或者临床型乳房炎和亚临床型乳房炎的发病率，但是减少了挤奶时间。Clarke[3,4]等研究了传统ACR阈值的改进，即将最小脱杯阈值和最大套杯时间结合起来。将该方法应用于泌乳后期的奶牛，减少的时间为最长挤奶时间的34%，同时没有奶量损失，体细胞数（SCC）和乳房炎发病率均没有增加。将ACR阈值结合最大套杯时间控制的方案运用于泌乳初期的奶牛具有重要的意义，但目前鲜有报道。

本研究选择小规模养殖奶牛场进行试验，将ACR流量阈值结合最大套杯时间控制的方案运用于泌乳初期的奶牛，考察其对乳头状况、挤奶量以及挤奶时间的短期影响。

1 材料与方法

本研究在山东省济北的一个奶牛场进行。牛场采取散栏饲养模式，泌乳牛未分圈，全混合日粮的主要原料是青贮、苜蓿、羊草以及精饲料。试验牛为中国荷斯坦牛，均为新产奶牛且处于泌乳初期。挤奶机为2×14位玻璃计量鱼骨式棚架式挤奶机，挤奶单元控制面板的型号为legend LT20，ACR阈值有2个档位（0.2kg/min和0.3kg/min），脱杯延时设定为6s，即阈值判断后延时6s再收杯。试验开始前将奶衬全部换新，挤奶机系统真空设置为44kPa。在套杯前未进行清洗、擦干以及挤头三把奶等挤前准备。每次挤完奶后都对乳头进行药浴消毒。

1.1 试验方案

将80头围产牛随机分成两组（组-1和组-2），每组40头。奶牛在产犊过程中的护理程序完全一样，以保证产犊日期的处理平衡。产犊后的奶牛先被分入初产牛群，大约经过一周后再进入泌乳牛群。试验前，奶牛的挤奶天数在30～60d，无乳房炎病例，log10SCC为4.41（SE=0.29）。每天早晚两次挤奶，早上为5:00～8:00，晚上为16:00～19:00。试验前即2015年10月中旬至12月中旬之间，挤奶机的ACR阈值均为0.2kg/min。试验时间为2015年12月下旬至2016年3月下旬。试验第一个月，组-1的ACR阈值保持0.2kg/min不变并控制最大套杯时间，而组-2的ACR阈值增加0.1kg/min至0.3kg/min并控制最大套杯时间；试验第二个月，组-2的ACR阈值恢复至0.2kg/min并控制最大套杯时间，组-1的ACR阈值仍保持0.2kg/min不变并控制最大套杯时间；试验第三个月，组-1的ACR阈值增加0.1kg/min至0.3kg/min并控制最大套杯时间，组-2的脱杯阈值保持0.2kg/min不变并控制最大套杯时间。

最大套杯时间根据牛群平均日产奶量和挤奶间隔时间计算[5]。已知挤奶间隔时间为12h，试验牛群在泌乳初期平均日产奶量为24kg，得出早上和晚上挤奶的最大套杯时间相同且最大套杯时间为7.2min。因为试验牛群达到最大套杯时间的奶牛比例超过了30%，故将早上和晚上挤奶期间最大套杯时间均控制在7.2min。

试验期间，感染临床型乳房炎的奶牛进行正常治疗且不离开试验组。

1.2 挤奶特性和SCC的测试

分别在试验第一个月末和第三个月末的一天当中，采集早晚奶样，混合后用RT10检测体细胞数；在早上挤奶时间测量单头牛挤奶时间和挤后残奶量（杯组脱落后用手挤出乳房内残留的牛奶）。

1.3 乳头状况和乳房炎的观测

在试验第一个月末和第三个月末的早上挤奶时间，用高像素照相机拍摄试验奶牛乳头的照片，包括侧边照片和末端照片。每头奶牛的四个乳头全部拍摄，每个乳头的拍摄方法如图1所示，对于不清晰的照片重复拍摄，直至清晰为止，所有照片全部存储在照相机中。

图1 试验奶牛乳头末端拍摄方案

试验奶牛的乳头全部拍摄完毕后，将图片导入计算机，然后筛选出每个乳头的清晰图片，作为乳头最终拍摄结果。由4人小组对所有乳头的拍摄结果进行评分。参照Neijenhuis等[6]乳头末端评分体系，根据结痂环厚度及粗糙度进行分类并评分（图2）。

图2 Neijenhuis乳头末端评分体系

由牛场兽医对乳房炎进行鉴定并进行积极治疗。在治疗前，从疑似感染乳区收集挤前奶样用于细菌学分析。具体过程是：首先用酒精擦拭乳头末端，在挤掉头三把奶后收集20mL的奶样，最后进行细菌培养和鉴定。

1.4 统计分析

由于SCC和挤后残奶量均不服从正态分布，因此对其先进行对数变换然后再进行分析。为使结果更加清晰明了，反算对数的平均值。不同处理的显著性采用T检验判定。计算感染临床型乳房炎次数的比例。对乳头末端评分的观测者的观测结果进行一致性检验，计算kappa系数。对不同乳区和不同乳头长度的乳头健康状况进行 检验。

2 结果与分析

2.1 ACR阈值对挤奶特性、SCC以及乳房炎的影响

ACR阈值对挤后残奶量、挤奶量、挤奶时间以及SCC的影响如表1所示。可知，当ACR阈值从0.2kg/min增加至0.3kg/min时，挤后残奶量从0.12kg增加至0.23kg（P＜0.001）。经计算可知，ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，挤后残奶量与奶牛泌乳量的比值分别为0.6%和0.7%，两者几乎没有差异。这可能是因为ACR阈值从0.2kg/min增加至0.3kg/min时，奶牛泌乳量增加了。

ACR阈值设置为0.3kg/min和设置为0.2kg/min相比，日挤奶量和体细胞数均无显著性差异（P＞0.05），但当ACR阈值从0.2kg/min增加至0.3kg/min时，日挤奶量有减少的趋势，即从22.2kg减少至21.4kg；体细胞数亦有减少的趋势，即从5.6万个/mL减少至5.3万个/mL。

当ACR阈值从0.2kg/min增加至0.3kg/min时，挤奶时间从6.82min减小至6.13min（P＜0.001），缩短时间（0.69min）为原挤奶时间的10.1%。

表1 ACR阈值设置对挤奶特性和SCC的影响

试验期以乳区为单位的临床乳房炎病例总共有12个且主要发生在前乳区，涉及6头泌乳牛。除掉重复感染的情况，6头泌乳牛有10个感染临床乳房炎的乳区病例。ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，有临床乳房炎的乳区比例分别为0.02和0.03，临床型乳房炎病例至少1例的奶牛比例无显著性差异。

对感染临床型乳房炎的10个乳区的奶样进行了细菌学分析。10个感染乳区中8个乳区的奶样分离出病原菌，包括金黄色葡萄球菌、乳房链球菌以及停乳链球菌，其中金黄色葡萄球菌为主要病原菌。1个奶样没有培养出细菌，还有1个奶样被污染了。

2.2 ACR阈值对乳头末端状况的影响

对4个观测者的乳头末端评分结果进行一致性检验，得到Kappa系数为0.78。图3为交叉试验下，ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，320个乳头的末端评分分布情况。两个ACR阈值设置下，均表现为2.5分的乳头比例最多，分别为38.0%和35.8%。同时，均未发现结痂很厚并严重开裂的乳头。

图3 ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，乳头末端评分分布

如表2所示，ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，乳头评分值为2分以上的亚健康乳头的比例分别为49.6%和38.6%。这表明，泌乳牛在ACR阈值设置为0.3kg/min时的亚健康乳头数量比0.2kg/min的ACR阈值设置下更少。ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，试验牛群的乳头末端评分均值分别为2.07和1.94。这表明挤奶机ACR阈值设置为0.3kg/min时，牛群整体乳头末端健康程度要优于设置为0.2kg/min时的情况。

表2 ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，各阶段乳头评分分布情况

2.2.1 长度不同的乳头健康状况

试验前测量全群泌乳牛乳头长度，得出乳头长度的平均值。经抽样统计分析，试验牛场的乳头长度平均值为5.4cm（标准误SE=1.2cm）。据此对80头奶牛的乳头进行划分，乳头长度低于4.2cm为过短（等级一）乳头；4.2～6.6cm之间为正常（等级二）乳头；大于6.6cm为过长（等级三）乳头。

当ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，长度等级不同的乳头亚健康比例如表3所示。在同一ACR阈值设置下，将不同长度等级的乳头分别分为健康组（2分及2分以下）和亚健康组（2分以上），并进行自由度为2的检验，得出ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min的P值分别为0.00096和0.00018，即不同长度等级的乳头健康状况有显著性差异（P＜0.01）。这表明，ACR阈值对长度等级不同的乳头健康状况的影响有差异。当ACR阈值设置为0.3kg/min时，长度等级为一和二的亚健康乳头的比例分别为17.8%和6.5%，且低于ACR流量阈值设置为0.2kg/min的结果（分别为21.4%和7.3%）；长度等级为三的乳头亚健康比例为25.5%，且高于ACR阈值设置为0.2kg/min的结果（23.4%）。这表明，和0.2kg/min相比，ACR阈值设置为0.3kg/min时对长度等级一和长度等级二的乳头健康状况的影响较小，但对长度等级三的乳头健康状况的影响较大且有不利影响。

表3 ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，长度等级不同的乳头亚健康比例

2.2.2 乳区位置不同的乳头健康状况

表4为0.2kg/min和0.3kg/min的ACR阈值设置对不同位置的乳头末端评分的影响。

表4 ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，各位置乳区的乳头末端评分结果

同一ACR阈值设置下，将前后乳头分别分为健康组和亚健康组，并进行自由度为1的检验，得出ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时的P值分别为0.0039和0.0017，表明前后乳区的乳头亚健康状况有显著性差异（P＜0.05）。ACR阈值设置为0.2kg/min时，前乳区评分（2.12分）大于其相应后乳区的乳头评分（2.02分）；ACR阈值设置为0.3kg/min时，前乳区评分（1.99分）大于其相应后乳区的乳头评分（1.92分）。因此，后乳区的乳头健康状况优于前乳区。当ACR阈值不同时并没有影响前后乳区乳头状况的差异。此外，就各个乳区而言，ACR阈值设置为0.2kg/min时，右前、左前、右后以及左后乳区乳头末端评分分别为2.10分、2.15分、2.01分以及2.03分，均大于ACR阈值设置为0.3kg/min的结果（1.93分、2.05分、1.91分以及1.92分）。因此，当ACR阈值从0.2kg/min增加到0.3kg/min时，各个乳区的健康状况水平均有所提高。

2.2.3 奶牛个体为单位的乳头健康状况

根据乳头末端评分体系的描述，将评分为2分及以下的乳头划分为健康乳头，将评分为2分以上的乳头划分为亚健康乳头，并以每头泌乳牛评分2分及以下的乳头数量N来评价每头牛的乳头末端健康水平[7]：水平Ⅰ：N=4，奶牛乳头处于健康状态；水平Ⅱ：N=3，奶牛乳头处于轻度亚健康状态；水平Ⅲ：N=2，奶牛乳头处于中度亚健康状态；水平Ⅳ：N≤1，奶牛乳头严重亚健康状态。

当ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，处于各健康水平的奶牛比例如表5所示。可知，当ACR阈值设置为0.2kg/min时，就健康水平Ⅰ的奶牛而言，其在实验牛群中的比例为20%，低于ACR阈值设置为0.3kg/min时的情况（22.5%）。这表明ACR阈值设置为0.3kg/min时，有更多的奶牛处于健康状态；就健康水平Ⅱ的奶牛而言，其在试验牛群中的比例为45.0%，低于ACR阈值设置为0.3kg/min时的情况（50.0%）。这表明ACR阈值设置为0.2kg/min时，有更少的奶牛处于轻度健康状态；就健康水平Ⅲ的奶牛而言，其在实验牛群中的比例为18.8%，高于ACR阈值设置为0.3kg/min时的情况（16.3%）。此外，处于健康水平Ⅳ的奶牛比例为16.3%，高于ACR阈值设置为0.3kg/min时的情况（11.3%）。上述数据表明，当脱杯阈值从0.2kg/min增加到0.3kg/min时，亚健康奶牛的比例减少了，而健康奶牛的比例提高了。

表5 ACR阈值设置为0.2kg/min和0.3kg/min时，处于各健康水平的奶牛比例

3 讨论

本试验结果表明，对于泌乳初期的新产奶牛，在无挤前准备下，ACR阈值设置为0.3kg/min并控制最大套杯时间，可以减少挤奶时间，同时对SCC或临床型乳房炎发病率无不良影响。在控制最大套杯时间的前提下，将脱杯阈值增加0.1kg/min，平均每头牛每次挤奶时间缩短了0.69 min。因此，如果考虑每批次奶牛的挤奶时间，本试验将流量阈值设置联合最大套杯时间的方案，节省了更多的时间。这是因为限制每个挤奶点的挤奶时间，牛群中的最慢牛决定整排或批次奶牛的挤奶时间将不复存在，这在鱼骨式挤奶机奶厅中特别明显。在转盘式挤奶机中，限制最大挤奶时间，可以允许平台速度增加，提高了奶牛进入进出量。就奶牛整个泌乳期而言，ACR阈值设置为0.3kg/min并控制最大套杯时间，在大幅度缩短挤奶时间的同时并未对牛奶产量特征有不利影响。Jago等也得出奶牛在泌乳中期阶段，挤后残奶量不同时产奶量并没有显著差异的结论[8]。结合最大套杯时间的控制，ACR阈值从0.2kg/min增加至0.3kg/min，SCC没有显著变化。从SCC的角度而言，ACR阈值设置并没有影响乳房健康。这与Rasmussen的研究结论是一致的[2]，当ACR阈值从0.2增加到0.4kg/min时，临床型乳房炎发病率更低。

一般认为，一个牛群中乳头评分为3分及以上的乳头比例超过20%，就意味着牛群乳头健康方面存在问题，且问题可能主要出现在挤奶环节[9]。本研究中，ACR阈值从0.2kg/min增加到0.3kg/min时，乳头评分为3分及以上的亚健康乳头比例从11.6%降低至2.8%，即试验牛群整体的乳头健康状况趋于更好。乳头评分越低，意味着乳头括约肌和结缔组织损伤程度越小，抵抗细菌侵入的能力越强，感染细菌的风险越低，产生乳房炎病例的可能性越小。Neijenhuis等的研究发现，奶牛在发生临床乳房炎之前，感染乳区的乳头末端结痂环比同一头奶牛没有感染临床型乳房炎的结痂环更厚一些[10]。这表明乳头末端结痂环厚度和感染临床型乳房炎的风险有关。Neijenhuis等还发现，临床型乳房炎乳区与同一头奶牛没有临床型乳房炎乳区之间乳头末端结痂环粗糙度没有显著性差异。这说明结痂环厚度和粗糙度的发展过程不一致。因此，在挤奶机的有关研究当中，结痂环厚度和粗糙度应该作为临床型乳房炎可能发生的警示。

本试验牛群的乳头平均长度为5.4 c m，这与Hamann所描述的范围相吻合[11]。长度等级一和长度等级二的乳头健康状况更好，而长度等级三的乳头健康状况更差。与之相反，Neijenhuis等认为乳头末端结痂厚度和粗糙度并不会因乳头长度而发生变化[10]。这可能是因为研究的奶牛品种不同及奶牛个体差异所致。

4 结论

ACR阈值从0.2kg/min增加至0.3kg/min，挤奶时间减少了0.69min（P＜0.001），同时，日挤奶量、SCC以及临床乳房炎均无显著变化。ACR流量阈值为0.3kg/min时，奶牛群乳头状况更好。挤奶机的自动脱杯流量阈值提高后，牛群乳头末端总体评分结果和基于长度、乳区位置以及单头牛乳头健康水平分类评分结果均优于自动脱杯流量阈值提高前的结果。

将ACR阈值设置和最大套杯时间联合起来，并运用于新产牛泌乳初期挤奶，减少了挤奶时间，同时并未影响牛奶产量、临床乳房炎以及SCC。该策略有利于在挤前准备不足时，提高奶牛场挤奶效率和维护奶牛乳房健康。