Настройки доильного аппарата и эффективность доения

Настройки доильного аппарата направлены на достижение высокой производительности доения, то есть, короткого времени включения аппарата при максимальном сборе молока. Однако, высокий уровень молочной продуктивности часто связан с более длительным воздействием на ткань соска, вызванным сжатием вакуума или сосковой резины, что может привести к патологическим изменениям ткани или гиперкератозу в качестве долгосрочного эффекта. Ближе к концу доения уменьшение потока молока приводит к повышению уровня вакуума во внутренней полости сосковой резины и на конце соска и, следовательно, к увеличению воздействия на ткань соска и риску повреждения ткани.

Механическое воздействие со стороны доильного аппарата активирует каскад клеточных механизмов, которые приводят к чрезмерному росту кератина и утолщению кератинового слоя. Следовательно, полное закрытие соскового канала невозможно, и возрастает риск бактериальной инвазии и внутримаммарной инфекции. Другим следствием воздействия высокого вакуума является накопление жидкости и застой в тканях кончика соска и у основания соска из-за препятствия венозному возврату крови. В настоящем обзорном документе представлен обзор доступной научной информации для описания взаимодействия между различными уровнями и типами системного вакуума, вакуума во внутренней полости сосковой резины, вакуума на конце соска, давления сосковой резины и риска краткосрочного и долгосрочного воздействия на ткань соска.

_________________________________________________________________________

Молочная промышленность вносит значительный вклад в обеспечение продовольственной безопасности растущего населения мира. В рамках повседневной работы на молочных фермах сбор молока является решающим фактором для оптимизации как производительности, так и качества продукции. В настоящем документе обсуждается возможность оптимизации режима доения и настроек доильного аппарата для достижения высокой производительности доения с минимальным воздействием на здоровье вымени.

_________________________________________________________________________

Производительность крупных и мелких жвачных животных за последние десятилетия значительно изменилась. С увеличением мирового населения и богатства в промышленно развитых странах, спрос на молочные продукты питания значительно возрос. Индивидуальная продуктивность животных и размер стада неуклонно увеличиваются, чтобы удовлетворить растущий спрос потребителей и обеспечить достаточный доход производителям. Хотя современные молочные фермы, как правило, оснащены современными системами машинного доения, всё ещё от 33% до 57% общей рабочей силы на ферме приходится на процесс доения. Это показывает, что по-прежнему существует необходимость в оптимизации процесса доения, чтобы снизить рабочую нагрузку на дояра, одновременно сводя к минимуму риск мастита и использования противомикробных веществ у с/х животных.

Основные характеристики вакуумного доильного аппарата

Разработка доильных аппаратов началась в конце 19 века. После ряда непригодных для использования типов машин с канюлированием сосков, положительным давлением на соски или непрерывным вакуумом был введён двухкамерный доильный стакан с циклическим открытием и смыканием сосковой резины. На протяжении десятилетий бесчисленные технические усовершенствования доильной системы повышали производительность доения, по крайней мере частично, без увеличения механической нагрузки на соски и риска инфекции. Несмотря на многочисленные усовершенствования в технологии доения, основной принцип работы всех доильных аппаратов, представленных на рынке, остается тем же, что и 100 лет назад.

Доильный стакан представляет собой интерфейс между доильным аппаратом и соском животного. Цель – максимально скопировать ритмичный процесс сосания теленка во время механического доения была достигнута лишь частично. Существуют важные технические ограничения, которые в некотором отношении затрудняют оптимизацию машинного доения. Наиболее очевидным, в отличие от натурального кормления телёнка коровой, является то, что сосок внутри доильного стакана находится под непрерывным вакуумом, а вакуум под соском подвергается динамическим изменениям из-за циклического движения сосковой резины, остановки и выхода молока, а также из-за зависящих от потока молока перепадов вакуума. В настройках вакуума необходимо учитывать ожидаемое падение вакуума во время доения. Рекомендуется минимум от 30 до 32 кПа (килопаскаль) для предотвращения соскальзывания сосковой резины и достижения оптимального эффекта от её смыкания и массажа на этапах смыкания сосковой резины (примечание Международной организации по стандартизации (ISO) № 5707, 2007). Если падение вакуума в моменты высокого потока молока велико (часто в системах с высокой и средней), вакуум в системе должен быть отрегулирован до очень высокого уровня, что может привести к усилению воздействия на ткань соска, когда поток молока прекращается в конце доения.

Наличие молока и молокоотдача

Для оптимальной молокоотдачи решающее значение имеет непрерывность потока молока от насадки аппарата до его снятия. Временное доение пустых сосков (с пустыми цистернами), как это может произойти при задержке выброса молока из-за неподготовленных сосков, приводит к увеличению вакуума в сосковой цистерне и всползанию вверх доильных стаканов в начале доения. Этот эффект сопровождается повышенной механической нагрузкой на ткань сосков, что приводит к застою и повреждению кожи у основания сосков. Предварительная стимуляция вымени важна из-за малого количества молока, доступного до основного выброса. Доля молока из цистерн, которая доступна немедленно, составляет до 20% от общего возможного надоя. Количество молока в цистернах может быть близко к нулю при коротких интервалах между доениями и ближе к концу лактации. Основная часть молока хранится в альвеолярном отделении и доступна только после тактильной стимуляции соска и высвобождения окситоцина в кровяной поток.

Для своевременного поступления альвеолярного молока рекомендуется надлежащая предварительная стимуляция перед прикреплением доильного аппарата. Наличие альвеолярного молока в начале доения создает положительное давление молока внутри сосковой емкости до 8 кПа, что выгодно для оптимального наполнения соска во время фаз смыкания сосковой резины. Кроме того, если перед доением соски коровы предварительно стимулируются, то после подключения аппарата поток молока резко увеличивается.

В результате, немедленно происходит зависящее от потока молока падение вакуума под сосками и в коллекторе, что предотвращает воздействие высокого вакуума на сосок. Комбинация пониженного вакуума и сокращенных фаз открытия сосковой резины в период низкой молокоотдачи перед выбросом молока может служить альтернативой предварительной стимуляции. Только когда ближе к концу доения поток молока прекращается, предотвратить увеличение вакуума в коллекторе до уровня вакуума в системе уже невозможно (за исключением случаев, когда система доения снова переключается на низкий уровень вакуума), а высокие уровни вакуума в системе, обнаруженные в системах с высоким содержанием молока, вызывают нагрузку на ткань соска.

Поэтому всё чаще обсуждается раннее отсоединение подвесной части при высоком пороговом уровне, чтобы предотвратить влияние высокого вакуума на сосок с уменьшением скорости потока в конце доения и одновременно сократить время работы доильного аппарата и, следовательно, повысить производительность доения. Было установлено, что требуемая продолжительность предварительной стимуляции, за которой следует латентный период, варьируется в зависимости от породы, количества молока и стадии лактации. Оптимальная задержка подсоединения аппарата для предотвращения снижения удоя не должна превышать 90 секунд после достаточной предварительной стимуляции. В недавнем исследовании было отмечено, что задержка выброса молока не приводит к увеличению времени доения, что указывает на неполное опорожнение вымени.

Даже предварительной стимуляции продолжительностью 15 секунд достаточно, чтобы вызвать высвобождение окситоцина, но в этом случае требуется латентный период до тех пор, пока не начнется молокоотдача. Стимуляция соска продолжается движением сосковой резины во время доения и вызывает высвобождение окситоцина и продолжающийся выброс молока до отсоединениия доильного аппарата.

Влияние машинного доения на состояние сосков

Изменения состояния сосков классифицируются как краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные. Наиболее важными краткосрочными изменениями, вызванными нарушением кровообращения, являются изменение цвета сосков, круговые мозоли, отек и открытость соскового канала. Наиболее важным долгосрочным эффектом является гиперкератоз. Кратковременные изменения обратимы от одного доения к другому или даже в течение нескольких часов. Тщательное наблюдение за этими кратковременными изменениями может предотвратить долгосрочное воздействие на ткани, вызванное неправильными настройками доильного аппарата. Исследования показали, что обратимость изменений, вызванных доильным аппаратом, зависит от различных параметров соска, в частности диаметра цистерны и соскового канала, которые также различаются в зависимости от породы.

Долгосрочное воздействие на рост, пролиферацию и гиперкератоз кератина

Хотя доильный аппарат пытаeтся скопировать сосание теленка и минимальное воздействие, которое он оказывает на целостность соска, вакуум и пульсации, воздействующие на ткани во время процедуры доения, часто приводят к патологическим изменениям, таким как закупорка конца соска или гиперкератоз. Были выявлены факторы риска, влияющие на целостность ткани соска. С точки зрения настроек машины эти факторы могут быть классифицированы на уровни вакуума в системе, уровень сжимающей нагрузки, колебания вакуума на конце соска и вакуум во внутренней полости сосковой резины. Воздействие определенных факторов может усиливаться длительным доением, что может стимулировать нарушение тканевого гомеостаза. Данные свидетельствуют о корреляции с увеличением бактериальной колонизации соскового канала и ухудшением состояния тканей соска.

Одним из изученных параметров являются длина и диаметр соскового канала; интерфейс между молочной железой и внешней средой. Он действует как барьер против вторжения патогенов. Канал соска закрыт сфинктером на основе круглых гладких мышц на его дистальном конце и покрыт кератиновым слоем, который выполняет двойную функцию по предотвращению проникновения бактерий в молочную железу. Физически кератин захватывает бактерии, предотвращая их попадание в молочную железу. Кроме того, кератин содержит катионные белки, ксантиноксидазу, длинноцепочечные жирные кислоты, которые, как сообщается, обладают бактерицидными или бактериостатическими свойствами. Ухудшенное состояние конца соска из-за чрезмерного роста кератина и утолщения кератинового слоя ухудшает полное закрытие соскового канала и, следовательно, увеличивает риск бактериальной инвазии. Исследования показывают, что риск развития гиперкератоза увеличивается с увеличением количества лактации, количества дней в лактации, а также формы и размера конца соска. В обоих исследованиях наиболее частой формой конца соска была круглая форма, однако оценка гиперкератоза в отношении формы конца соска отличалась. Хаверкамп и др. (2017) показали более высокий показатель гиперкератоза с круглым концом соска, в то время как Neijenhuis и др. (2010) предполагают, что заостренные соски более склонны к развитию гиперкератоза. Возможное объяснение различных наблюдений может заключаться в разных породах или настройках доильного аппарата. Более высокие степени гиперкератоза вызывают озабоченность, поскольку они связаны с более высокой частотой внутримаммарной инфекции. Большинство инфекций вымени вызваны инвазией патогенных микроорганизмов через сосковый канал, и было показано, что соски с более высоким показателем гиперкератоза имеют повышенную микробную нагрузку в сосковом канале.

Факторы, вызывающие заложенность сосков

Заложенность соска может возникнуть из-за накопления жидкости в капиллярах или в ткани сосков. Уровень скопившейся жидкости в ткани можно измерить с помощью подпружиненного штангенциркуля (кутиметра) при заранее определённом усилии пружины. Этот метод был введён и одобрен Хаманном и Майном (Hamann и Mein, 1988) для наблюдения за влиянием различных методов доения и уровней вакуума на состояние сосков. Повышение уровня вакуума с 30 до 50 или 70 кПа привело к сокращению времени работы доильного аппарата, но также привело к увеличению толщины ткани соска. Было установлено, что увеличение продолжительности фазы открытия сосковой резины увеличивает пиковую скорость потока молока, количество автоматически сцеженного молока и толщину ткани.

Сочетание высоких уровней вакуума и длительной открытой фазы повышает риск закупорки конца соска. И наоборот, более низкий вакуум приводит к снижению молокоотдачи и увеличению времени работы доильного аппарата, но меньшему воздействию на ткань соска. Чтобы избавить ткани от накопления жидкости и поддерживать кровообращение, предлагается минимальная продолжительность d-фазы 150 мс (15% цикла пульсации).

Однако, если увеличение продолжительности b-фазы сопровождается увеличением частоты пульсации, толщина ткани соска уменьшается. Более короткая d-фаза вызывает увеличение скопления ткани соска, что измеряется уменьшением площади поперечного сечения соскового канала, которое можно определить как избыток крови в кровеносных сосудах из-за препятствия венозному кровотоку. Компрессия в доильном стакане обеспечивает массаж соска и способствует вытеснению жидкости в тканях, окружающих сосковой канал. Степень сжимающей нагрузки на сосок во время фазы смыкания сосковой резины одного цикла пульсации влияет на скорость потока молока в следующем цикле и, по-видимому, наибольшая вблизи кончика соска. Уровень сжимающей нагрузки связан с возникновением гиперкератоза. Если интенсивность разрушения сосковой резины постоянна, кривые потока повторяются от одного цикла к другому.

Накопление жидкости в тканях во время длительной фазы открытия сосковой резины (например,> 1 с) приводит к снижению скорости потока и, следовательно, к снижению скорости доения. Снижение скорости потока молока в индивидуальном цикле может быть симптомом возникновения отёков. Определяющим фактором скорости потока молока является вакуум в коллекторе и его различные уровни во время машинного доения. Вакуум на конце соска воздействует на ткань соска в начале и в конце доения. В начале доения более высокие уровни вакуума в коллекторе обусловлены возможной задержкой молокоотдачи и, следовательно, бимодальностью потока молока, в то время как в конце доения на более высокие уровни вакуума в коллекторе влияет падение потока молока.

Вакуум на конце соска может оказывать различное воздействие, если учитывать форму конца соска, поскольку более низкие скорости потока молока наблюдаются на круглых и заостренных концах сосков. Кроме того, в моменты низкого потока молока вакуум в камере доильного стакана оказывает заметное влияние на сосковый канал и связан с риском его закупорки и всползания наверх доильного стакана. Учитывая различия в размере соска между породами, между отдельными животными в пределах одной и той же породы и даже между четвертями одного и того же животного, невозможно избежать разной степени взаимодействия между соском и сосковой резиной. Было показано, что помимо уровней вакуума основной причиной утолщения ткани соска и продольного растяжения соска было слишком широкое отверстие сосковой резины относительно размера соска. По сравнению с узким отверстием, использование сосковой резины с широким отверстием приводит к более высокому вакууму во внутренней полости сосковой резины.

 Соски меньшего размера были связаны с более высоким вакуумом во внутренней полости сосковой резины и наоборот. Поскольку сосок расширяется, заполняя полость сосковой резины независимо от ширины канала, сосковая резина широкого диаметра также может вызвать увеличение вакуума в полости сосковой резины. Хотя при использовании сосковой резины с широким отверстием наблюдается более высокий поток молока, они приводят к увеличению диаметра соска, длины канала, толщины стенки соска и уменьшению внутреннего диаметра. Понижение вакуума во внутренней полости сосковой резины возможно при поступлении в сосковую резину атмосферного воздуха (вентилируемая сосковая резина), что также может способствовать потоку молока. Однако уровень поступления воздуха в сосковую резину играет определенную роль в этом процессе. Если он находится в диапазоне стандарта ISO от 4 до 12 л/ мин (примечание ISO 5707, 2007), впуск воздуха в целом выгоден, поскольку он оптимизирует транспортировку молока и сводит к минимуму колебания вакуума и перепады вакуума при высоком потоке молока.

В том же исследовании данные свидетельствуют о продлении времени работы машины и снижении надоев молока за счет введения в систему воздуха, который превышал стандартные значения ISO. Несмотря на то, что колебания вакуума под концом соска уменьшаются по мере попадания в сосковую резину воздуха, качество молока с точки зрения свободных жирных кислот может быть нарушено и повышается с увеличением количества воздуха, вводимого в поток молока. В случаях с сосками, которые проникают глубже в доильный стакан в конце пикового и в начале низкого потока, во внутренней полости сосковой резины происходит увеличение вакуума. Это можно объяснить снижением высокого внутримаммарного давления после уменьшения наполнения соска, после чего происходит потеря трения между соском и стенками сосковой резины.

Более высокий вакуум во внутренней полости сосковой резины также был связан с закупоркой и мозолистостью конца соска. Учитывая, что мозолистость на конце соска наблюдается при использовании стандартных настроек вакуума в период низкой средней скорости потока молока, можно предположить, что поток молока влияет на изменение состояния соска.

Передаивание

Передаивание начинается в момент, когда поток молока в сосковый резервуар меньше, чем количество молока, выдаиваемого во время фазы открытия сосковой резины и связано с повышением вакуума во внутренней полости сосковой резины и колебаниями. Продолжительное снижение потока провоцирует гиперемию, кровоизлияние и отек эпителиальной оболочки сосковой цистерны. Это можно объяснить повреждением альвеолярного эпителия и эпителиальной мембраны, выстилающей сосочную цистерну, из-за постоянного трения ее стенок. Передаивание вызывает повышение температуры поверхности соска, утолщение стенки цистерны, уменьшение диаметра соска и удлинение соскового канала.

Более ранние исследования показали, что передаивание вызывает усиление гиперкератоза и более высокий уровень инфекции молочной железы, но никаких изменений в состоянии сосков. Предыдущие исследования показывают, что взаимодействие избыточного молока и настроек доильного аппарата вызывает стресс для тканей. Потенциальное объяснение заключается в том, что воздействие определенных настроек доильного аппарата на ткани просто увеличивается при длительном доении. Было установлено, что различная конструкция сосковой резины влияет на окраску и твёрдость соска и более выражена с увеличением продолжительности передаивания.

В исследовании, проведенном Паржиловой и др., 2011, было доказано, что сочетание более высокого уровня вакуума и более низкого свисания подвесной части доильного аппарата приводит к более заметному удлинению соскового канала и увеличению диаметра соска. И наоборот, при использовании сосковой резины, которая обеспечивала массаж всего соска, почти никакого эффекта передаивания в четвертях не наблюдалось. Ещё один важный факт - передаивание зависит от потока молока.

Это происходит на уровне четверти и более выражено спереди, чем сзади, из-за меньшего количества доступного молока и, следовательно, более короткого времени доения. Использование индивидуальной системы доения с четвертной пульсацией может уменьшить переизбыток молока и уменьшить травмирование тканей.

Автоматическое отсоединение подвесной части

Подвесная часть доильного аппарата отсоединяется автоматически. Это происходит через отключение вакуума и снятия устройства после того, как поток молока достигнет заранее определенного уровня (точка переключения). Механизм отсоединения подвесной части запускается за несколько секунд до достижения ранее определенного уровня потока молока (время задержки). Оптимальная скорость потока для снятия подвесной части всё ещё является предметом обсуждения. Было установлено, что раннее отсоединение до уровня потока молока 400 или 600 г/мин сокращает продолжительность доения, не оказывая отрицательного влияния на удой или состав молока.

В исследовании, где уровень отсоединения был установлен на 800 г/мин, Мальяро и Кенсингер (2005) обнаружили снижение собранного надоя. Интересно, что аналогичное исследование (Stewart и др., Ссылка Stewart, Godden, Rapnicki, Reid, Johnson и Eicker2002) показало увеличение среднего притока молока во всех изученных стадах и более высокий удой в двух из пяти стад, когда применялась более высокая настройка точки переключения. При более высоком уровне отсоединения подвесной части (800 г/мин) содержание лактозы, белка и жира имело тенденцию к снижению, что можно лучше понять, учитывая тот факт, что фракция молока с самым высоким содержанием питательных веществ оставалась в вымени. Исследования показывают, что точка переключения при потоке 800 г/мин приводит к значительному снижению частоты утолщения ткани или возникновения гиперкератоза по сравнению с уровнем отсоединения 200 г/мин. Более высокие пороговые значения хорошо работают в сочетании с более частым доением.

Выводы

Успешное машинное доение зависит от взаимодействия физиологической регуляции выброса молока и адекватных настроек вакуума и пульсации. Кроме того, сосковая резина для доильного стакана, являющаяся связующим звеном между молочной железой и технологией доения, должна оптимально прилегать к соску.

Эта цель достигается только в том случае, если размер и форма сосков существенно не различаются в пределах молочного стада и, таким образом, позволяют выбрать конкретный тип сосковой резины. Требуется обратимость характеристик соска, таких как длина соскового канала, диаметр стенки или толщина ткани соска, к состоянию перед доением вскоре после доения. Восстановление состояния соска взаимосвязано с уровнями воздействия доильной системы, которая представлена вакуумом на конце соска и сжатием сосковой резины, а также её формой.

Если вакуум системы и сжатие сосковой резины можно контролировать и изменять, то уровень воздействия вакуума во внутренней полости сосковой резины зависит от размера и формы соска. Более высокий уровень вакуума в коллекторе позволит ускорить доение, но одновременно приведет к более высокому риску повреждения конца соска при низком потоке молока в конце доения. В целом, необходимо найти подходящий компромисс для поддержания баланса между высокой производительностью доения и низким воздействием на ткань соска.

На данный момент, автоматическое отсоединение подвесной части и более раннее отсоединение аппарата при относительно высоком уровне потока молока позволяет значительно снизить влияние более высоких уровней вакуума в коллекторе на ткани в конце доения без негативного влияния на удой или состав молока.

Авторы: M. Odorčić, M. D. Rasmussen, C. O. Paulrud, R. M. Bruckmaier
Источник: https://www.cambridge.org/core/journals/animal/article/review-milking-machine-settings-teat-condition-and-milking-efficiency-in-dairy-cows/93D3BF67D12B966B8537CD12A6B03BCF#