挤奶机真空度对牛奶体细胞数和牛乳头末端壁厚的影响

李小明，高振江，金红伟，肖红伟，王 军，张维维



挤奶机真空度对牛奶体细胞数和牛乳头末端壁厚的影响

李小明1，高振江1※，金红伟2，肖红伟1，王 军1，张维维3

（1.中国农业大学工学院，北京 100083； 2. 农业部农业机械试验鉴定总站，北京 100122；3. 中国奶业协会，北京100192）

为了研究挤奶机系统真空度不同时的挤奶效果，解决目前挤奶机使用中系统真空度缺乏科学设定依据的问题，该文以12头高产泌乳牛（单产(7.4±0.4)）为试验对象，以体细胞数（somatic cell count, SCC）、乳头末端壁厚变化率以及挤奶量等作为挤奶效果评价指标参数，在系统真空度分别为44、46以及48 kPa时，研究了系统真空度对泌乳牛挤奶过程不同阶段的内套真空度和挤奶杯口真空度的影响，量化了系统真空度对挤奶效果评价指标的影响程度。研究表明，当系统真空度从44 kPa增加至48 kPa时，挤奶量、挤奶时间以及平均奶流量均无显著差异，但体细胞数的对数（<0.05）和乳头末端壁厚变化率（<0.05）均显著增加。研究认为试验挤奶机用44 kPa的系统真空度比用46或48 kPa时的效果更好。该文为中国挤奶机使用中系统真空度的优化设置提供技术支持。

加工；农产品；农业机械；挤奶机；系统真空度；挤奶量；体细胞数；乳头末端壁厚

0 引 言

畜牧业是解决食物安全的重要环节[1]。挤奶机是集约化奶牛养殖场的关键设备之一，其质量和使用状态的好坏关系到畜牧业生产的规模化、产业化和现代化[2-4]。目前，国内奶业蓬勃发展，规模化奶牛场的数量已达45.2%[5]，规模化奶牛场实现100%机械化挤奶[5-6]，挤奶机受到奶农极大的重视。尽管如此，相当一部分奶农仍认为挤奶机的任务就是把牛奶从泌乳牛身上转移到奶罐中，挤奶机仅仅是一台机器而已[7]。然而，挤奶机的性能不仅影响牛奶挤出的效率和品质，而且还对泌乳牛的健康有重要影响[8-11]。

真空和脉动参数是影响挤奶机工作性能的主要因素[12-13]。目前国内挤奶机使用中脉动频率普遍设置为60次/min，脉动比率普遍设置为60%，但同类挤奶机中系统真空度（挤奶机正常运行但挤奶单元不工作时集乳罐附近的真空度）存在差异且在使用中基本保持出厂设置即“一参定终生”，究其原因，主要是挤奶机使用中系统真空度缺乏科学设定依据[14]。随着中国奶业的快速发展，奶牛泌乳性能不断优化，若系统真空度保持不变，将使得泌乳牛挤奶时直接作用于乳头的内套真空和挤奶杯口真空产生较大变化，导致挤奶效果不佳[15]。为了改变目前挤奶机使用中“一参定终生”的局面、科学设定系统真空度，研究系统真空度对挤奶效果的影响势在必行。

当前国内获取挤奶机性能参数的方法是采用GB/T 8187-2011中的空载测试，并认为挤奶机在42至50 kPa的系统真空度设置范围是合理的，未考虑挤奶机对泌乳牛挤奶时内套真空度和挤奶杯口真空度的影响，关于挤奶机对泌乳牛挤奶时的挤奶测试研究正处于探索阶段。国外已有研究指出，内套真空度与奶牛健康有着密切关联[15-16]。Thompson等[17]认为，内套真空度低可能会减少奶衬闭合程度，导致在按摩时相作用于乳头的压力减小，甚至于在奶衬张开的瞬间形成真空逆转，使奶从集乳器回流到乳头末端并进入乳房，增加乳区之间横向感染的风险。研究认为[18]，挤奶杯口真空度过高易造成乳头基部环形肿胀，乳头肿胀加大了泌乳牛感染乳房炎的风险。泌乳牛挤奶过程因内套真空度和挤奶杯口真空度会随奶流量变化，形成奶流峰值期和过挤奶期2个主要阶段[15]。然而，基于不同产奶性能的泌乳牛挤奶过程中不同阶段的内套真空度或挤奶杯口真空度对挤奶效果的影响目前鲜有报道。内套真空度和挤奶杯口真空度取决于系统真空度，国外学者就系统真空度对挤奶效果的影响进行了大量研究。Mahle等[19]发现系统真空度会显著的影响牛奶中体细胞数（somatic cell count，SCC）和乳房健康。Hamann等[20-21]发现系统真空度会引起泌乳牛挤奶后乳头组织短暂的浮肿，并在若干分钟后又恢复。乳头组织变化的程度和挤奶后乳头组织恢复时间随着系统真空度的增加而增加[22]。乳头浮肿导致的乳头末端厚度变化大于5%时，乳区感染率更高、乳头管细菌繁殖更多[23]。综上，科学设定系统真空度的前提是综合考虑系统真空度和不同阶段的内套真空度及挤奶杯口真空度对挤奶效果的影响。

为了行业内的交流、更好的评估挤奶机的性能，本文首先对空载测试和模拟挤奶测试进行定量比较分析，并进一步研究泌乳牛挤奶过程中系统真空度对内套真空度和挤奶杯口真空度的影响。其次，量化系统真空度对挤奶量、SCC以及乳头末端壁厚变化率等挤奶效果评价指标的影响程度，以期为中国挤奶机使用中系统真空度的优化设置提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 空载测试和模拟挤奶测试

在农业部农业机械试验鉴定总站的挤奶机关键部件试验平台进行空载测试和模拟挤奶测试。该平台如图1所示。其主要由挤奶系统（挤奶管道、长奶管、集乳器、奶杯等）、真空系统（真空泵、主真空管道、真空稳压罐、真空表、气液分离器等）、输奶系统（集乳罐、排奶泵、排奶管道等）以及脉动系统（脉动器真空管道、脉动器空气管道、脉动器等）组成。

1.主真空管道 2.真空稳压罐 3.变频器压力传感器 4.真空调节器 5.真空表 6.脉动器真空管道 7.气液分离器 8.脉动器空气管道 9.集乳罐真空管道 10.集乳罐 11.脉动器 12.挤奶管道 13.长奶管 14.集乳器 15.奶杯 16.排奶泵 17.排奶管道 18.真空泵

1.Main air line 2.Interceptor 3.Inverter pressure sensor 4.Vacuum regulator 5.Vacuum gauge 6.Pulsator vacuum line 7.Sanitary trap 8.Pulsator air line 9.Receiver vacuum line 10.Receiver 11.Pulsator 12.Milkline 13.Long milk tube 14.Claw 15.Teatcups 16.Releaser milk pump 17.Delivery line 18.Vacuum pump

注：Vp、Vr、Vm分别为真空泵、真空调节器以及集乳罐附近真空测量接口；A3、A2、A1分别为真空泵、真空调节器以及集乳罐附近空气流测量接口；K1、K2、K3、K4均为球阀。

Note: Vp, Vr, Vm are vacuum measuring connections near the vacuum pump inlet, the regulator sensing point and the receiver, respectively; A3, A2, A1 are airflow measuring connection near the vacuum pump inlet, the regulator sensing point and the receiver, respectively; K1, K2, K3, K4 are the ball valves.

图1 挤奶机试验台

Fig.1 Milking machine experimental device

模拟挤奶器由流量计、软管以及仿真乳头等元素组成，其简易图如图2所示。由文献[24]可知，易挤高产泌乳牛的峰值奶流量一般在3.0 kg/min以上，通过改变模拟挤奶器的流量值分别模拟高产泌乳牛（峰值流量为4.0 kg/min）和低产泌乳牛（峰值流量为2.5 kg/min）高峰挤奶过程。

试验期间，脉动频率和脉动比率分别设置为60次/min和60%，并保持不变。通过真空调节器将系统真空度分别设置为44、46以及48 kPa。挤奶机在每个系统真空度下空载运行（奶杯套上奶杯塞）和模拟挤奶运行（奶杯套上模拟挤奶器）时，使用BioControl公司生产的VaDia真空测试仪（型号：V1.0）进行数据采集。试验重复3次。每次采集的数据包括短奶管内部的内套真空度和唇腔处的挤奶杯口真空度（如图3所示）以及脉动室的下列参数：

真空增加时相t，ms；最大真空时相t，ms；

真空下降时相t，ms；最小真空时相t，ms；

脉动频率，次/min；

脉动比率，%；

不对称性，%；

（2）

式中()1和()2为单个脉动器的2路脉动比率。

1.2 挤奶测试

在山东省济北的一个奶牛场进行挤奶测试。该奶牛场的奶牛品种为中国荷斯坦奶牛，挤奶时间为每天的5:00和17:00，所用挤奶机为新乡新东轻工机械有限公司生产的2×14杯组鱼骨式挤奶机（型号：9JN-Y.G-14），属高位配置挤奶系统，装有重型挤奶杯组（3.0 kg）和自动脱落装置（脱杯流量阈值0.3 kg/min，延迟时间5 s）。奶杯组装有圆锥形橡胶奶衬（安装长度=330 mm，口径=20 mm，奶衬厚度=2.3 mm），属于柔软奶衬（柔软等级为1）。集乳器的体积为450 mL，长奶管的直径为17 mm。脉动频率和脉动比率分别为60次/min和60%。试验前的系统真空设置为46 kPa。

随机选择12头高产泌乳牛（单产(7.4±0.4)），在连续的3个月（2016年7至9月）分别用44、46以及48 kPa的系统真空度挤奶。挤奶前未进行挤前刺激和药浴，挤奶结束后手动脱杯。挤奶期间没有饲喂精料。在挤奶机系统真空度设置不同的3个月里，所有试验泌乳牛每月均采集1次数据。每头试验泌乳牛采集的数据采集包括：用挤奶机自带的玻璃计量瓶记录挤奶量；用Dairy Quality公司生产的体细胞检测仪（型号：RT10）分析其早晚挤奶的奶样经混合后的SCC；在早上挤奶时间用BioControl公司生产的VaDia真空测试仪（型号：V1.0）采集其挤奶过程中的内套真空度、挤奶杯口真空度以及挤奶时间的数据（图4a），并以挤奶量与挤奶时间的比值作为平均奶流量；在挤奶前和挤奶后瞬间用徐州市大为电子设备有限公司生产的兽用B超仪（型号：DW-500，配置7.5 MHz的线阵探头）测量其左前和左后乳区乳头末端壁厚（图4b），测量方法参照文献[22]所述。乳头末端壁厚的样本值为左前和左后乳区的平均值。乳头末端壁厚变化率用[(−)100]/表示[20]，其中，和分别代表挤奶前和挤奶后的乳头末端壁厚。

1.3 统计分析

由于SCC不具有正态分布的特征，因此对其进行对数变换，使之服从正态分布，然后再进行统计分析。利用SPSS软件的一般线性模型、Duncan多重比较进行相关统计分析。

2 结果与分析

2.1 测试模式和系统真空度对内套真空度、挤奶杯口真空度以及脉动参数的影响

对挤奶机在系统真空度分别为44、46以及48 kPa时空载运行（奶流量为0 kg/min）和模拟挤奶运行（2.5和4.0 kg/min）所采集的数据进行方差分析，结果如表1所示。可知，就脉动参数而言，空载测试和模拟挤奶测试的结果相比，脉动频率、脉动比率、不对称性、真空增加时相、最大真空时相、真空下降时相以及最小真空时相均没有显著差异，从而表明脉动参数不受模拟奶流量的影响。另外，从表1可知，当系统真空度变化时，脉动频率、脉动比率、不对称性、真空增加时相、最大真空时相、真空下降时相以及最小真空时相也没有显著差异。上述结果为国内现有空载测试技术脉动性能的正确评估提供了技术支持。但就内套真空度和挤奶杯口真空度而言，空载测试和模拟挤奶测试的结果相比，内套真空度（<0.05）和挤奶杯口真空度（<0.05）均有显著性差异。这说明泌乳牛挤奶测试的测试结果与国内当前空载测试方案的测试结果有着明显的区别。因此，亟待改进现有挤奶设备评估方法，提出泌乳牛挤奶过程中的测试和评估方案。此外，当系统真空度变化时，内套真空度（<0.05）和挤奶杯口真空度（<0.05）均有显著性差异。模拟挤奶的研究可为实际挤奶的研究提供参考。

表1 模拟奶流量和系统真空度分别对内套真空度、挤奶杯口真空度以及脉动参数的影响

注：同一列无字母标注表示无显著性差异（>0.05），标注不同字母表示有显著差异（<0.05）。

Note: No letter in the same column means no significant difference (>0.05). The different letters in the same column indicate significant difference (<0.05).

2.2 系统真空度对挤奶过程不同阶段的内套真空度和挤奶杯口真空度的影响

图5为挤奶机系统真空度为44 kPa时，真空测试仪用于某一头泌乳牛（单产7.5 t）的测试结果。

由图5可知，峰值流量期间，内套真空度处于最低水平，平均值为35 kPa。随着泌乳牛进入过挤奶阶段，内套真空度又逐渐恢复到原来的水平，平均值为39 kPa。峰值流量期间，挤奶杯口真空度的平均值为4 kPa，过挤奶期间，挤奶杯口真空度的平均值为20 kPa。需要指出的是，在模拟高产泌乳牛或低产泌乳牛高峰挤奶的时候，并未发现挤奶杯口真空度整个峰值过程有较大降幅，原因是仿真乳头与真实的泌乳牛乳头有着本质的区别。泌乳牛乳头是生物组织，在过挤奶发生之前，乳头乳池充满乳汁、乳头丰满[25]，此阶段的乳头与奶衬的贴合度很好，使得唇腔流出的气流很少，加之峰值流量的输送很大程度的消耗了内套真空，使得唇腔气流流出的速度很慢，表现出峰值流量的挤奶杯口真空度很低。另外，随着泌乳牛挤奶时乳房乳池的奶基本排净并进入过挤奶阶段，乳头乳池不再饱满，乳头末端直径变小，乳头与奶衬的贴合度下降，唇腔流出的气流量和气流速度大大增加，从而导致过挤奶阶段挤奶杯口真空度上升。

系统真空度对挤奶过程不同阶段的内套真空度和挤奶杯口真空度的影响，如表2所示。可知，就内套真空度而言，当系统真空度从44 kPa增加至48 kPa（增加率为9.1%）时，峰值流量期间内套真空度从34.6 kPa增加到36.3 kPa（<0.001），增加率为4.9%；过挤奶期间内套真空度从38.9 kPa增加到43.1 kPa（<0.001），增加率为10.8%。数据表明，峰值流量期间内套真空度的增加率小于系统真空度的增加率，而过挤奶期间内套真空度的增加率大于系统真空度的增加率，两者真空度增加率的差异可能对挤奶效果评价指标有着各自的影响。

表2 系统真空度对挤奶过程不同阶段的内套真空度和挤奶杯口真空度的影响

注：同一行标注相同字母表示无显著差异（>0.05），标注不同字母表示有极显著差异（<0.001）。

Note：The same letter in the same row means no significant difference (>0.05). The different letters in the same row indicate extrernely significant difference (<0.001).

就挤奶杯口真空度而言，系统真空度从44 kPa增加至48 kPa（增加率为9.1%）时，峰值流量期间挤奶杯口真空度从4.2 kPa增加到19.9 kPa（<0.001），增加率为373.8%，过挤奶期间挤奶杯口真空度从22.9 kPa增加到35.2 kPa（<0.001），增加率为53.7%。数据表明，峰值流量期间的挤奶杯口真空度的增加率约为系统真空度增加率的40倍，而过挤奶期间的挤奶杯口真空度的增加率约为系统真空度增加率的6倍。因此，相较于不同阶段的内套真空度，系统真空度的增加对不同阶段的挤奶杯口真空度的影响更大。由于挤奶杯口真空度是奶衬与牛群乳头匹配性优劣的重要评价指标，当系统真空度变化率较小时，其导致的较大挤奶杯口真空度变化率可能会影响奶衬与牛群乳头匹配性评价结果。

2.3 系统真空度对挤奶量、挤奶时间、平均奶流量、SCC以及乳头末端壁厚的影响

表3反映了系统真空度对试验牛挤奶特性、SCC以及乳头末端壁厚的影响。可知，系统真空度分别为44、46以及48 kPa时，就挤奶特性而言，挤奶量、挤奶时间以及平均奶流量均没有差异。但系统真空度从44增加到48 kPa时，挤奶量有减小的趋势（从24.4减小至23.5 kg）；挤奶时间有缩短的趋势（从7.7缩短至6.8 min）；平均奶流量有增加的趋势（从1.9至2.4 kg/min）。就泌乳牛健康指标而言，系统真空度分别为44、46以及48 kPa时，SCC差异不显著（>0.05），但系统真空从44增加至48 kPa时，体细胞数的对数（log10SCC）从5.01增加到5.39(<0.05)。系统真空度为44 kPa时，挤奶前后乳头末端壁厚从7.2 增加到8.1 mm，而系统真空度为46 kPa时，从7.2增加到8.2 mm，系统真空度为48 kPa时，从7.3增加到8.4 mm。系统真空度分别为44、46以及48 kPa时，乳头挤奶前后的厚度差异分别为0.8、1.0和1.2 mm，且无显著性差异（>0.05），乳头末端壁厚变化率分别为11.29%，14.34%和16.07%，随系统真空度的增加而增加(<0.05)。

表3 系统真空度对挤奶特性、体细胞数以及乳头末端壁厚的影响

注：同一行标注相同字母表示无显著差异（>0.05），标注不同字母表示有显著差异（<0.05）。

Note: The same letter in the same row means no significant difference (>0.05). The different letters in the same row indicate significant difference (<0.05)..

上述分析表明，当系统真空度分别为44、46以及48 kPa时，系统真空度对挤奶量、挤奶时间以及平均奶流量等挤奶特性指标的影响并不明显，但对log10SCC和乳头末端壁厚变化率等泌乳牛健康指标的影响十分显著，并随系统真空度的增加而增加。由于体细胞数升高是乳房发生炎症的重要反应，而乳头末端壁厚变化率的增加是泌乳牛感染乳房炎的重要原因之一，故系统真空度的增加对泌乳牛健康有不利影响的趋势。

3 讨 论

3.1 系统真空度对挤奶特性的影响

Gleeson等[26]研究了与本文同一类型的挤奶系统，当系统真空度从38 kPa增加至48 kPa时，挤奶时间减少了，挤奶量和平均奶流量都增加了。但本文系统真空度从44 kPa增加至48 kPa时，挤奶时间、挤奶量以及平均奶流量均无显著性差异。这可能与系统真空度处理的范围有关。Caria等[27]研究了与本文不同类型的挤奶系统（低位配置挤奶系统）对奶水牛挤奶的效果，当系统真空度从36 kPa增加至42 kPa时，平均奶流量增加了，挤奶时间减少了，挤奶量没有变化。由于低位配置挤奶系统挤奶时，主要靠重力输奶，相较于高位配置挤奶系统（主要靠真空输奶），内套真空度在挤奶过程中的变化幅度更低。因此，研究结论的不同可能与挤奶系统的类型有关。

Rasmussen等[28]认为，挤奶过程内套真空度在33～39 kPa范围时，挤奶时间没有显著变化。但本文挤奶过程分段研究得出的结论是，峰值流量期间内套真空度在34.6～36.3 kPa范围和过挤奶期间内套真空度在38.9～43.1 kPa范围时，挤奶时间也无显著变化。因此，挤奶过程分段研究给出的范围更详细了。

3.2 系统真空度对体细胞数的影响

Mahle等[29]在真空度度分别设置为36、44以及50 kPa的研究中认为，SCC随系统真空度的增加而增加，与本文在44、46以及48 kPa系统真空度范围的研究结论相吻合。

Ebendorff等[30]将系统真空度分别设置为50和45 kPa进行比较研究，发现前者的体细胞数更小，并认为两者的SCC没有显著性差异，但其并未对log10SCC进行分析，这可能影响SCC的最终判断。

3.3 系统真空度对乳头末端壁厚的影响

Hamann等[20, 31]认为挤奶后乳头末端壁厚都会增加，而不是降低，这与本研究的观测结果是一致的。同时，本研究发现系统真空度对乳头末端壁厚差异的影响并不显著（>0.05）。换而言之，试验泌乳牛挤奶前后乳头变化程度很接近。Gleeson等[26]使用50或40 kPa的系统真空度挤奶，也发现挤奶前后乳头组织的变化程度是相同的。系统真空度从44 kPa增加到48 kPa，乳头末端壁厚变化率从14.67%增加到18.31%。这与Hamann等[19]认为当系统真空度增加时，乳头末端壁厚变化率在+2%～+21%的结论相吻合。

4 结 论

1）挤奶机的系统真空度从44 kPa增加至48 kPa，泌乳牛在峰值流量期间和过挤奶期间，内套真空度增加率分别为4.9%（<0.001）和10.8%（<0.001），挤奶杯口真空度增加率分别为373.8%（<0.001）和53.7%（<0.001）。

2）系统真空度从44 kPa增加至48 kPa，挤奶量、挤奶时间以及平均奶流量均没有显著差异；体细胞数的对数（<0.05）和乳头末端壁厚变化率（<0.05）均显著增加。

3）系统真空度设置为44 kPa比设置为46 kPa或48 kPa时的挤奶效果更好，挤奶特性保持较好，泌乳牛感染乳房炎的风险更低。

[1] Rothschild M F, Steinfeld H. Livestock crucial in hunger equation[J]. Science, 2014, 345(6202): 1254－1255.

[2] 梁喜凤，王春光. 浅析挤奶设备的发展[J]. 农业机械学报，2003，34(4)：150－152.

[3] 孙世民，石海星. 基于熵技术和理想点原理的挤奶机综合评价方法[J]. 农业机械学报，2007，38(5)：82－85.

Sun Shimin, Shi Haixing. Evaluation of milking machine based on entropy technology and ideal point principle[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2007, 38(5): 82－85. (in Chinese with English abstract)

[4] 胡良龙，胡志超，王海鸥，等. 几种典型机械化仿生挤奶技术剖析[J]. 中国农机化，2009(4)：56－58.

Hu Lianglong, Hu Zhichao, Wang Haiou, et al. Analysis on several typical mechanized bionic milking technologies[J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2009(4): 56－58. (in Chinese with English abstract)

[5] 王加启. 中国奶产品质量安全研究报告[M]. 北京：中国农业科学技术出版社，2016：5－12.

[6] 冯艳秋，陈慧萍，聂迎利，等. 规模泌乳牛场生产管理状况调查报告[J]. 中国乳业专刊，2014：2－11.

[7] 李小明，金红伟，高振江，等. 目前国内在用挤奶机的ISO检测与结果评价[J]. 中国泌乳牛，2016，317(9)：53－59.

[8] 王春光，梁喜凤. 活塞式挤奶机节拍比与真空时相比测试研究[J]. 农业工程学报，2002，18(3)：58－60.

Wang Chunguang, Liang Xifeng. Measurement and study of pulsation ratios and vacuum phase ratios of piston milking machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2002, 18(3): 64－60. (in Chinese with English abstract)

[9] Marnet P G, McKusick B C. Regulation of milk ejection and milkability in small ruminants[J]. Livestock Production Science, 2001, 70(1): 125－133.

[10] Roger B, Peter E. Mastitis Control in Dairy Herds[M]. 2th ed. Gloucester: CABI Publishing, 2010.

[11] O’Shea J. Machine milking and mastitis-Section 2: Machine milking factors affecting mastitis-a literature review[J]. International Dairy Federation, 1987, 215: 5－32.

[12] 王春光，梁喜凤. 活塞式挤奶机工作性能的测试与研究[J]. 农业机械学报，2002，33(5)：64－66.

Wang Chunguang, Liang Xifeng. The measurement and study on working properties of a piston milking machine[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2002, 33(5): 64－66. (in Chinese with English abstract)

[13] 王春光，梁喜凤. 活塞式挤奶机球阀匹配研究[J]. 农业机械学报，2003，34(1)：61－63.

Wang Chunguang, Liang Xifeng. Study on optimal matching of ball valves of piston milking machine[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2003, 34(1): 61－63.(in Chinese with English abstract)

[14] Li X M, Jin H W, Xiao H W, et al. Effect of milking machine system vacuum on operational parameters of electromagnetic pulsator[C]//American Society of Agricultural and Biological Engineers(ASABE) Annual International Meeting, Orlando, USA, July17－20, 2016.

[15] Allcock J, Postma E. Understanding dynamic milking machine tests[J]. Livestock, 2013, 18(2): 24－29.

[16] Ronningen O. Classification of mouthpiece chamber vacuum records in milking time tests[C]//International Conference on Udder Health and Communication, Utrecht, Netherlands, Oct 2011: 25－27.

[17] Thompson P D, Miller H. Retrograde flow of milk within machine milked teats[J]. Journal of Dairy Science, 1974, 57(12): 1489－1496.

[18] Ronningen O, Rasmussen M D. Assessment of teatcup cluster vacuum records in milking time tests: Agricultural and biosystems engineering for a sustainable world. International Conference on Agricultural Engineering, Crete, June 23－25, 2008[C]//UK: European Society of Agricultural Engineers, 2008.

[19] Mahle D E, Galton D M, Adkinson R W. Effects of vacuum and pulsation ratio on udder health[J]. Journal of Dairy Science, 1982, 65(7): 1252－1257.

[20] Hamann J, Mein G A. Responses of the bovine teat to machine milking: Measurements of changes in thickness of the teat apex[J]. Journal of Dairy Research, 1988, 55(3): 331－338.

[21] Hamann J, Mein G A, Wetzel S. Teat tissue reactions to milking: Effects of vacuum level[J]. Journal of Dairy Science, 1993, 76(4): 1040－1046.

[22] Gleeson E, O’Callaghan E J, Rath M. Effect of milking on

bovine teat tissue as measured by ultrasonography[J]. Irish Veterinary Journal, 2002, 55(12): 628－632.

[23] Zecconi A, Bronzo V, Piccinini R, et al. Field study on the relationship between teat thickness changes and intramammary infections[J]. Journal of Dairy Research, 1996, 63(3): 361－368.

[24] 蒋恩臣. 畜牧业机械化[M]. 中国农业出版社. 2005: 261－262.

[25] Gates R S. Biomechanics of Teat/Liner Interactions During Machine Milking: A Finite Deformation Approach (Biological Tissue, Rheology, Nonlinear)[D]. New York: Cornell University, 1984.

[26] Gleeson E, O’Callaghan E J, Rath V. Effect of liner design, pulsator setting, and vacuum level on bovine teat tissue changes and milking characteristics as measured by ultrasonography[J]. Irish Veterinary Journal, 2004, 57(5): 289－296.

[27] Caria M, Murgia L, Pazzona A. Effects of the system vacuum level on mechanical milking of buffalo[J]. Journal of Dairy Science, 2011, 94(4): 1755－1761.

[28] Rasmussen M D, Madsen N P. Effects of Milk line vacuum, pulsator airline vacuum, and cluster weight on milk yield, teat condition, and udder health[J]. Journal of Dairy Science, 2000, 83(1): 77－84.

[29] Mahle D E, Galton D M, Adkinson R W. Effects of vacuum and pulsation ratio on udder health[J]. Journal of Dairy Science, 1982, 65(7): 1252－1257.

[30] Ebendorff W, Ziesack J. Studies into reduction of system vacuum (45 kPa) and its impact on teat stress, udder health as well as on parameters of milk yield and milking[J]. Monatshefte Fur Veterinarmedizin, 1991, 46(24): 827－831.

[31] Hamann J, Mein G A, Nipp B. Recommended method for measuring changes in thickness of the bovine teat with spring loaded calipers[J]. Journal of Dairy Research, 1996, 63(2): 309－313.

[32] 挤奶设备结构与性能：GB/T 8186- 2011[S].

Milking machine installations- Construction and performance: ISO 5707－2007[S].

[33] 挤奶设备试验方法：GB/T 8187- 2011[S].

Milking machine installations- Mechanical tests: ISO 6690－2007[S].

[34] 挤奶设备词汇：GB/T 5981- 2011[S].

Milking machine installations-vocabulary: ISO3918－2007[S].

[35] 挤奶机械质量评价技术规范：NY/T 2459－2013[S].

Technical specifications of quality evaluation for milking machine installations: NY/T 2459－2013[S].

Effect of vacuum degree of milking machine on milk somatic cell counts (SCC) and teat end wall thickness

Li Xiaoming1, Gao Zhenjiang1※, Jin Hongwei2, Xiao Hongwei1, Wang Jun1, Zhang Weiwei3

(1.100083,;2.100122100192,)

The same type of milking machine has the different system vacuum degree, and its set value is mainly from experience and lacks a specific scientific basis. However, during milk processing, farms keep the factory setting value of system vacuum degree for all dairy cows, which causes obvious health problems of dairy cows. Therefore, it is imperative to provide the scientific setting basis of system vacuum degree by quantifying the effect of milking machine system vacuum degree on milking characteristics and cows’ health. The dry test and wet test were carried out at China Agricultural Machinery Testing Centre. Simulation milking device was applied to simulate peak milking process with the milk flow of 4.0 kg/min for the high yield dairy cow and 2.5 kg/min for the low yield dairy cow. The pulsation rate and pulsation ratio were set to 60 cycles/min and 60%, respectively, which remained unchanged throughout the experiment. System vacuum degree was set at 44, 46 and 48 kPa, respectively, by means of the vacuum regulator. VaDia vacuum tester was used for data acquisition when milking machine ran under no-load or simulated the milking process at each system vacuum degree. The milking time test was carried out at a dairy cattle field in the north of Jinan, Shandong Province. The setting program of pulsation rate and pulsation ratio was the same in dry test and wet test. Twelve high yielding Chinese Holstein cows were randomly selected. In continuous 3 months (from July to September), milking machine system vacuum degree was set at 44, 46 and 48 kPa respectively. Milking was performed at 5:00 and 17:00 every day, and milk yield, somatic cell count (SCC), milking time (only in morning milking) and teat end wall thickness before and after milking (only in morning milking) were measured. All parameters measured were compared with ANOVA (analysis of variance) using SPSS. The comparisons of multiple means were made using the Duncan’s multiple range test, in order to classify the effect of the different treatments. The logarithm of SCC was used to normalize the distribution of SCC. The results showed that during peak milk flow period and over milking period, system vacuum degree was increased from 44 to 48 kPa, and the increasing rate of liner vacuum degree was 4.9% (<0.001) and 10.8% (<0.001), respectively. Meanwhile, the increasing rate of milking cup mouth vacuum degree was 373.8% (<0.001) and 53.7% (<0.001), respectively. There were no significant differences for milk yield, average milk flow rate and milking time except the logarithm of SCC (<0.05) between 44 and 48 kPa system vacuum degree. Percentage change of the teat end wall thickness was lower at the lower system vacuum level (44 kPa) after milking, and increased (<0.05) as the system vacuum level was raised to 48 kPa. The findings of this study indicated that with a lower vacuum level of 44 kPa, the cows were milked better than those with 46 or 48 kPa. The findings in current work provide a technical support for the optimization settings of working state parameters of milking machine in mechanization milking parlors in China.

processing; agricultural products; agricultural machinery; milking machine; system vacuum degree; machine milk yield; somatic cell counts; teat end wall thickness

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.041

S817.2+1

A

1002-6819(2017)-09-0308-07

2016-12-27

2017-04-05

农业部农产品质量安全监管（生鲜乳质量安全监管）项目（201484）；农业部农业技术试验示范专项经费（农机）项目-奶牛养殖全程机械化试验示范项目（201377）；农业部挤奶机关键部件试验平台研制项目（201206）；蒙牛乳业（集团）挤奶机系统检测评估项目（20150413）

李小明，男（汉），福建邵武人，博士生，主要从事现代农业装备与计算机测控研究。北京中国农业大学工学院，100083。 Email：xmlee@cau.edu.cn

高振江，男（蒙古族），教授，博士，博士生导师，主要从事农产品（食品）的加工技术与装备研究，北京 中国农业大学工学院，100083。Email：zjgao@cau.edu.cn

李小明，高振江，金红伟，肖红伟，王 军，张维维. 挤奶机真空度对牛奶体细胞数和牛乳头末端壁厚的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(9)：308－314. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.041 http://www.tcsae.org

Li Xiaoming, Gao Zhenjiang, Jin Hongwei, Xiao Hongwei, Wang Jun, Zhang Weiwei. Effect of vacuum degree of milking machine on milk somatic cell counts (SCC) and teat end wall thickness[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 308－314. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.041 http://www.tcsae.org