Tecnologie Informatiche ed Elettroniche per le Produzioni Animali

(corso TIE)

Massimo LazzariScienze veterinarie per la salute,

la produzione animale e la sicurezza alimentare – VESPA

Università di Milano

CORSO LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE

E TECNOLOGIE DELLE PRODUZIONI

ANIMALI

Lattometri

Francesco Maria Tangorra

Perché misurare il latte su base individuale?

…per gestire meglio la mandria!

• Cali produttivi possono essere indicatori di calori, IMI, malattie

metaboliche;

• Conoscere le produzioni giornaliere individuali permette di

calibrare la razione alimentare e gli apporti energetici in

funzione della quantità di latte prodotto;

• Calcolare, anziché stimare, le curve di lattazione;

• Formare gruppi omogenei di animali in funzione delle loro

produzioni;

• Valutare la messa a latte delle bovine;

• Fornire un’indicazione economica.

Senza lattometri:

solo la produzione giornaliera

della mandria

I dispositivi di misura possono essere suddivisi in due gruppi:

VASI MISURATORI

• vasi di raccolta, che

accumulando il latte prodotto

dall’animale durante la mungitura;

• permettono di quantificare la

produzione prima del successivo

svuotamento nel lattodotto.

LATTOMETRI

• dispositivi che vengono montati tra il gruppo di mungitura

e il lattodotto;

• misurano in continuo la produzione di latte senza

trattenerlo.

I lattometri devono avere le seguenti caratteristiche:

• utilizzare dei materiali conformi alle normative vigenti (il

materiale a contatto del latte non deve essere tossico e non deve

alterare le proprietà organolettiche del latte);

• limitare gli “stress” meccanici (rottura dei globuli di grasso

aumento della concentrazione degli acidi grassi liberi alterazione

delle proprietà chimico-fisiche del latte);

• ridurre la formazione di schiuma (influenza negativamente la

precisione delle misure);

• essere accurati (certificazione ICAR, riferimento ufficiale nella

quantificazione del latte prodotto sia dal singolo animale sia

complessivamente dalla stalla);

• limitare le fluttuazioni di vuoto nell’impianto.

A proposito di accuratezza…

• accuratezza: si riferisce a quanto siamo vicini al valore

reale con una data misura;

• precisione: si riferisce a quanto si avvicinano tra di

loro misure indipendenti.

VASI MISURATORI

• Le caratteristiche strutturali e costruttive definite da norme (ISO

5707:2007);

• la misura della produzione avviene mediante una scala graduata a

forte contrasto per essere correttamente letta su un lato del vaso o

meglio su entrambi (a 180°) per poter controllare la messa in bolla

del dispositivo;

• alta probabilità di lettura scorretta, soprattutto quando nel vaso si

crea della schiuma sulla superficie del latte;

• impianto di mungitura più complesso.

Vasi misuratori per la misura automatica

della produzione. A – a galleggianti; B – a

sensori estensimetrici (celle di carico); C –

con contatore a turbina; 1 – entrata aria e

latte; 2 – uscita aria; 3 – uscita latte.

Troppo complessi, ormai

abbandonati

LATTOMETRI

In funzione della metodologia con la quale misurano la produzione:

• proporzionali;

• a porzioni costanti;

• a porzioni variabili;

• a flusso continuo.

Lattometri proporzionali

• eseguono un campionamento del latte prodotto durante

la singola mungitura, proporzionale alla quantità totale;

• attraverso un contenitore graduato, consentono di

stimare la produzione complessiva mediante una

valutazione visiva del livello raggiunto, oppure in

automatico utilizzando degli elettrodi di livello e

presentando il risultato su un display alfanumerico;

• utilizzati per lo più durante i controlli funzionali;

• costo: 250-300 €

Lattometri a porzioni costanti

• contano porzioni di peso o di volume costanti:

I lattometri che misurano porzioni di peso costante,

utilizzano di solito un bilanciere con due vaschette di

uguale volume che vengono alternativamente esposte al

flusso di latte e quindi alternativamente riempite e

svuotate. La registrazione delle oscillazioni eseguite dal

bilanciere consente una misura della produzione

complessiva;

I lattometri che misurano porzioni di volume costante,

funzionano attraverso l’utilizzo di una o più camere di

misura di capacità nota. Il livello è misurato da

galleggianti o sensori conduttimetrici che comandano

valvole meccaniche. Quando il livello fissato viene

raggiunto, le valvole vengono aperte ed il latte scaricato

nel lattodotto. Il conteggio del numero di volte in cui il

lattometro si è svuotato è rappresentativo dell’intera

produzione;

• costo: 500-1.000 €

Lattometri a porzioni variabili

• vengono calcolate le portate istantanee (quantità di latte che

attraversano il dispositivo in un intervallo di tempo finito);

• la misura delle portate può essere fatta:

(peso variabile) pesando costantemente, attraverso delle celle di

carico, la quantità di latte accumulata in una camera del dispositivo;

(volume variabile) misurando costantemente, attraverso

galleggianti o elettrodi, il livello raggiunto dal latte mentre viene

raccolto in una camera di volume noto;

• rapportando la quantità (di peso o di volume) di latte misurata e l’intervallo di tempo trascorso

è possibile calcolare la portata istantanea;

• durante la fase di scarico della quantità (di peso o di volume) di latte misurata, il flusso di latte

in ingresso al dispositivo non viene mai interrotto; ciò comporta che nello svuotamento della

camera precedentemente riempita venga coinvolto anche il latte in ingresso, introducendo un

errore nel calcolo della produzione istantanea;

• Per compensare questo errore, l’elettronica associata al dispositivo, esegue una stima del

latte impropriamente scaricato basandosi sulla portata istantanea calcolata precedentemente

durante la fase di riempimento della camera di misura;

• La produzione istantanea così corretta viene sommata incrementalmente per ottenere la

produzione totale

• costo: 500 – 1.000 €

Lattometri a flusso continuo

• calcolano la produzione complessiva sommando in modo

incrementale le produzioni istantanee, ricavate dalla misura

continua delle portate istantanee;

• non hanno parti in movimento; non ostacolano in alcun modo il

moto del latte;

• il flusso di latte viene misurato attraverso una matrice a infrarossi:

in un condotto di sezione nota, preceduto da un piccolo sifone

che ha il compito di provocarne il riempimento integrale con

segmenti di fluido alternati a delle bolle d’aria (“flusso a tappi”),

una matrice di sensori all’infrarosso è in grado di misurare la

velocità con cui il latte si muove. Dal prodotto tra la velocità

calcolata e la superficie di latte in movimento, data dalle

dimensioni e dalle proprietà geometriche del condotto, si calcola

il flusso istantaneo, da cui. si ricavano le produzioni istantanee;

• Costo > 1.000 €

• Accoppiati ad un controller, sensori specifici (temperatura, CE) e

ad uno specifico software permettono di monitorare tracce di

sangue, ingressi di aria nelle guaine, conducibilità elettrica del latte,

temperatura del latte

Conducibilità elettrica

• Nel latte è determinata dalla concentrazione di anioni e cationi, principalmente Na+, K+

e Cl-;

• Valori tipici del latte di una bovina sana: 4.0 and 5.5 mS/cm a 25°C;

• Durante un’infezione mastitica, la concentrazioni di lattosio e K+ diminuiscono,

mentre le concentarzioni di Na+ e Cl- aumentano;

• Mastite non è l’unico fattore che provoca cambiamenti nel contenuto ionico del latte. Altri

fattori sono: temperatura (CE aumenta circa di 0,1 mS per °C), stadio di lattazione,

concentrazione di grasso, intervallo di mungitura, razza.

Conducibilità elettrica del latte

Ruegg, 2002

Tipologie di sistema

Rilievo della CE per singolo quarto (collettore - robot di mungitura)

Rilievo della CE dei quattro quarti (lattometro)

C.E. per singolo quarto

Vacca n° 11

5

6

7

8

9

10

11

12

13

28-gen 17-feb 08-mar 28-mar 17-apr 07-mag 27-mag

M ungiture

C.E

. (m

S/c

m)

asx

adx

pdx

psx

C.E. per singolo quarto

Procedura di valutazione:

1) Calcolo della differenza tra la C.E. del quarto in esame e il

valore di C.E. minimo tra i quattro quarti

min

min

CE

CECEDiff x

CE

Se DiffCE > Valore Soglia ALLARME MASTITE !!

2) Confronto tra DiffCE e il Valore Soglia impostato nel sistema

C.E. dei quattro quarti

Vacca n° 18

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

27-

gen

04-

feb

19-

feb

05-

mar

20-

mar

04-

apr

19-

apr

04-

mag

Mungiture

C.E

. (m

S/c

m)

C.E. dei quattro quarti

Procedura di valutazione:

1) Calcolo della differenza tra C.E. della mungitura in esame

e la media dei valori di C.E. registrati nei 10 gg precedenti

10MediaCECEDiff xCE

Se DiffCE > Valore Soglia ALLARME MASTITE !!

2) Confronto tra DiffCE e il Valore Soglia impostato nel sistema

Verifica risultati

Diagnosi

AutomaticaAnalisi di laboratorio

Definizione

dell’Affidabilità

del Sistema

Categorie

Veri Positivi: Bovine malate correttamente

individuate dal sistema

Veri Negativi: Bovine sane non segnalate

Falsi Positivi: Bovine sane segnalate dal sistema

come mastitiche

Falsi Negativi: Bovine malate non segnalate dal

sistema

Affidabilità del sistema

Sensibilità: rappresenta la capacità del sistema di segnalare le

bovine mastitiche presenti in allevamento.

MastiticheBovineTotale

nteCorrettameSegnalateBovine

NFPV

PVàSensibilit

....

..

Ma non basta!!

Es: valore soglia basso Segnalazioni sulla maggior parte delle bovine

con mastite

Ma anche per un gran numero di bovine sane.

Sensibilità elevata ma sistema poco affidabile!!!

Specificità: rappresenta la capacità del sistema di distinguere tra bovine sane e malate (selettività)

SaneBovineTotale

SegnalatenonSaneBovine

PFNV

NVàSpecificit

....

..

Valore Predittivo Positivo: rappresenta l’affidabilità della segnalazione positiva (fondamentale per l’allevatore!)

SegnalateBovineTotale

nteCorrettamegnalatePositiveSeBovine

PFPV

PVVPP

....

..

Valore Predittivo Negativo: rappresenta l’affidabilità della

segnalazione Negativa

NegativeBovineTotale

nteCorrettamegnalateNegativeSeBovine

NFNV

NVVPN

....

..

Un caso reale

Correlazione puntuale tra risultato

delle analisi di laboratorio e il

valore indice della mungitura

oggetto di campionamento

Correlazione tra risultato delle

analisi di laboratorio e la media dei

valori indice delle 2 mungiture

precedenti e successive quella

oggetto di campionamento

La sensibilità riportata in letteratura varia dal 55% all’89%, mentre la

specificità è compresa tra il 56% e il 99%. Nella maggior parte dei casi

elevati valori di sensibilità sono associati a bassi valori di specificità e

viceversa. Nessuno degli studi presenti in letteratura riporta una

combinazione di elevata sensibilità e specificità. Inoltre, nessuno degli

studi ha riportato valori di sensibilità e specificità in grado di

soddisfare le normative ISO/FDIS 20966 del 2007 (80% di sensibilità

con il 99% di specificità).

Invited review: Sensors to support health management on dairy farms.

C. J. Rutten, A. G. J. Velthuis, W. Steeneveld and H. Hogeveen -

Journal of Dairy Science Vol. 96 No. 4, 2013

Colore del latte

• Basata su sensori composti da tre fonti luminose corrispondenti alle

frequenze dei colori ROSSO, VERDE e BLU (RGB);

• Latte = liquido torbido con un basso coefficiente di assorbimento

e un alto coefficiente di dispersione della luce: quando la luce

attraversa il latte viene prima dispersa in tutte le direzioni e poi

riflessa verso il sensore;

• Il latte ha un colore giallastro: una piccola frazione del blu viene

assorbita, per cui nella luce riflessa l’intensità di rosso e verde

diventano più percettibili del blu, producendo la percezione del giallo

(sovrapposizione di rosso e verde);

• Il latte proveniente da un quarto infetto presenta un colore giallo più

intenso: in questo caso la somma dell’intensità del rosso e del verde

riflessi sarà maggiore;

• Quando del sangue si mischia al latte (trauma capezzolo, mastite

severa): il latte assorbe più verde e blu e nella luce riflessa

predomina il colore rosso

Il lattometro come strumento di gestione

Diagramma di flusso di un sistema informatizzato di gestione della

stalla da latte a partire dagli input forniti dal lattometro (Bianchi et

al., 2002, modificato)

Gestione informatizzata dell’azienda da latte.

L’identificazione elettronica degli animali unitamente all’utilizzo di sensori e

attuatori permette il rilievo dei dati e il controllo dei principali parametri

fisiologico-produttivi degli animali, fornendo all’allevatore un

valido aiuto per la gestione e la pianificazione della propria attività.

Spina di pesce

Lattodotto

Parallela

Giostra

Tandem

58 %

41 %

54 %

12,5 %

• Dati relativi a oltre 3200 allevamenti lombardi che aderiscono al Servizio di

Assistenza Tecnica agli Allevamenti (S.A.T.A.) e/o sono iscritti ai controlli funzionali

Alcuni parametri «latte» interessanti a fini gestionali: Flussi e tempi di mungitura

Flusso medio latte [kg/min] Produzione latte/tempo di mungitura

Flusso latte 15-30 s [kg/min] Flusso medio misurato a intervalli discreti (15-30 s, 30-60 s, 60-120 s) dopo

l’attacco del gruppo di mungituraFlusso latte 30-60 s [kg/min]

Flusso latte 60-120 s

[kg/min]

AMT [min] Tempo medio di mungitura

Latte 2 min [kg] Quantità di latte prodotto nei primi due minuti dopo l’attacco del gruppo

di mungitura

Latte 2 min [%] Percentuale di latte prodotto nei primi due minuti dopo l’attacco del

gruppo di mungitura

Latte/bovina [kg] Latte prodotto mediamente da una bovina durante una mungitura

Bovine bimodali [%] Percentuale di bovine con curva di eiezione del latte bimodale

Tempo basso flusso finale

[min]

Tempo che intercorre dal momento in cui il flusso di latte scende al di

sotto di 1 kg/min al momento in cui avviene lo stacco del gruppo di

mungitura

Flusso di stacco [kg/min] Flusso di latte allo stacco del gruppo di mungitura

Efficienza della sala

Bovine/stallo per ora [n] Numero di bovine munte per ogni stallo di mungitura in 1 h

Latte/stallo per ora [kg] Quantità di latte raccolto per ogni stallo di mungitura in 1 h

Stalli totali [n] Numero di stalli di mungitura

Efficienza di mungitura [%] Rapporto tra il tempo medio di mungitura e il tempo di visita di un carico

di animali

Flusso medio e quantità di latte prodotta nei primi due minuti dall'attacco del gruppo di mungitura (R2 = 0,74)

• Analisi condotta su 21 sale di mungitura di aziende agricole localizzate sul

territorio lombardo (BG, BS, CR, MI);

• Identificazione elettronica degli animali per mezzo di radiofrequenza (RF-ID);

• Lattometri;

• Gestione dei dati di mungitura per mezzo di un software gestionale dedicato;

• Condizioni operative: 42 kPa di vuoto; frequenza di pulsazione 60 cicli/min;

rapporto di pulsazione di 60:40; inverter;

• Bovine di razza Frisona, munte 2X, intervallo di 12 h tra due eventi successivi.

Flusso medio e tempo medio di mungitura (AMT) negli allevamenti studiati (R2 = 0,63)

Tempo medio di mungitura (AMT) e produzione di latte per mungitura

• il tempo medio di mungitura dipende da fattori diversi dal livello produttivo degli animali, quali ad esempio l’uomo, attraverso la corretta esecuzione della routine pre-mungitura, e/o le impostazioni dell’impianto, come l’opportuna regolazione degli stacchi automatici

Routine

completa1

(media ± dev.

std)

Routine

parziale2

(media ±

dev. std)

Significatività

Flusso latte 15-30 s

(kg/min)

2,98 ± 0,48 2,23 ± 0,59 P<0,001

Flusso latte 30-60 s

(kg/min)

3,25 ± 0,57 2,47 ± 0,61 P<0,01

Flusso latte 60-120 s

(kg/min)

3,84 ± 0,45 3,30 ± 0,60 P<0,05

Bovine bimodali (%) 29,0 ± 5,8 33,6 ± 8,3 NS

Flussi di latte incrementali, misurati tra 15 e 30 s, 30 e 60 s, 60 e 120 s dopo l’attacco del gruppo prendicapezzoli con routine pre-mungitura completa e parziale

1 Eliminazione primi getti, pre-dipping, asciugatura capezzoli prima dell’attacco del gruppo di mungitura (n=16)2 Eliminazione dei primi getti o asciugatura capezzoli prima dell’attacco del gruppo di mungitura (n=5)

Relazione tra il tempo in basso flusso finale e i tempi di mungitura (R2 = 0,62)

• Attenzione al flusso di stacco!!!...a reasonable guideline for evaluating the

completeness of milking is an average

strip-yield per udder less than 0.5 kg for 2x

herds or 0.75 kg for 3x herds when a

representative group of cows is machine-

stripped…(Mein and Reinemann, 2007)

Relazione tra il flusso di stacco e il tempo basso flusso finale negli allevamenti studiati (R2 = 0,60)

Il livello produttivo della bovine non influisce sulla percentuale di latte ottenibile nei primi due minuti di mungitura (R2=0,03)

• Elevati flussi di latte sono potenzialmente raggiungibili in qualsiasi

mandria ottimizzando la routine di mungitura e la gestione degli

animali;

• La quantità di latte nei primi due minuti dopo l’attacco del gruppo

prendicapezzoli potrebbe essere usata come un indicatore degli

eventi che precedono l’attacco del gruppo di mungitura.

Relazione tra la quantità di latte raccolto per stallo per ora e il numero di bovine munte per stallo per ora (R2 = 0,93)

• L’avvicendamento delle bovine è stato il principale

motore della produttività degli impianti.

Nelle sale a spina di pesce e parallele analizzate, non è stata riscontrata alcuna relazione tra

dimensione e produttività degli impianti (R2=0,03)

Il numero di bovine munte per stallo per ora è correlato positivamente all’efficienza di mungitura

(R2=0,83)

• La produttività delle sale di mungitura dipende dalla gestione degli animali e NON dal numero di stalli che le contraddistingue.;

• Più grande non è sempre meglio

• Efficienze di mungitura superiori al 40% potrebbero essere indicativi di:- gruppi di mungitura lasciati

attaccati troppo tempo;- routine di mungitura inadeguate; - movimentazione troppo veloce

degli animali

L'efficienza di mungitura rappresenta uno dei principali fattori responsabili della quantità di latte raccolto per stallo per ora (R2 = 0,73)

• Lo scopo dell’allevatore di bovine da latte è produrre e commercializzare latte;

• La sala di mungitura è il fulcro di questa attività e dal suo corretto

funzionamento ed utilizzo dipendono la maggior parte dei ricavi di un’azienda

da latte;

• La gestione della mungitura non può essere intuitiva ma deve avvenire su basi

razionali, utilizzando i dati forniti dai report di mungitura generati dai

software gestionali della mandria

flusso medio

flussi incrementali

tempo medio di mungitura

latte raccolto nei primi due minuti dopo l’attacco

del gruppo di mungitura

rapporto tra il tempo medio di mungitura e il

tempo di visita di un carico di animali

numero di bovine munte per stallo per ora

latte raccolto per stallo per ora

Automatic milking system (AMS)

7

0

6

7

6

9

Sala di mungitura: spina 18+18, uscita rapida, 2 mungitori, routine completa

AMT

% bovine bimodali

% latte a 2 minuti

% tempo a basso flusso finale

Efficienza di mungitura

% attacchi inutili

Rapporto delle produzioni individuali di latte, distinte per

sessione di mungitura, degli ultimi 10 giorni

Visualizzazione grafica delle stesse produzioni, con

indicazione della media di produzione per sessione di

mungitura (linea bianca orizzontale).

Curva di lattazione (in blu: reale; in azzurro: stimata) calcolata sulla

base delle produzioni individuali di latte registrate giornalmente

Efficienza del processo di mungitura mediante la presentazione di

alcuni dati riassuntivi caratteristici (n. vacche munte, produzione totale,

durata mungitura, bovine munte/ora, ecc.).

Dati fondamentali dei vari lotti di animali che si sono

susseguiti sulle due piattaforme della sala di mungitura

Un lattometro particolare

0,5 kg/min0,2 kg/min

TS

50

0

TA

N

Inizio mungitura

MN

G -

SG

OC

CIO

LA

TU

RA

TPL - Plateau

TMHG - FASE PRINCIPALE MUNGITURA

TAB - Discesa

TMBG Mungitura in bianco

Curva Lactocorder

Fonte ANARB

Caduta gruppo

Ingressi d’aria

Bimodalità