Lattometri a porzioni costanti - Web server per gli utenti dell

CORSO LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE
E TECNOLOGIE DELLE PRODUZIONI
ANIMALI
Tecnologie Informatiche ed
Elettroniche per le Produzioni Animali
(corso TIE)
Massimo Lazzari
Scienze veterinarie per la salute,
la produzione animale
e la sicurezza alimentare – VESPA
Università di Milano
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
Conducibilità elettrica del latte
•
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.
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
C.E. (mS/cm)
Vacca n° 11
13
12
11
10
9
8
7
6
5
28-gen
asx
adx
pdx
psx
17-feb
08-mar
28-mar
M ungiture
17-apr
07-mag
27-mag
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
DiffCE 
CE x  CE min
CE min
2) Confronto tra DiffCE e il Valore Soglia impostato nel sistema
Se DiffCE > Valore Soglia
ALLARME MASTITE !!
C.E. dei quattro quarti
Vacca n° 18
C.E. (mS/cm)
12.00
11.00
10.00
9.00
8.00
7.00
6.00
5.00
27- 04-
19-
05-
20-
04-
19-
04-
gen feb
feb
mar
mar
apr
apr
mag
Mungiture
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
DiffCE  CE x  MediaCE 10
2) Confronto tra DiffCE e il Valore Soglia impostato nel sistema
Se DiffCE > Valore Soglia
ALLARME MASTITE !!
24
Verifica risultati
Diagnosi
Automatica
Analisi 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.
Sensibilit à 
Bovine Segnalate Correttamente
V .P.

V .P.  F.N.
Totale Bovine Mastitiche
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)
Specificità 
V .N .
Bovine Sane non Segnalate

V .N .  F .P .
Totale Bovine Sane
 Valore Predittivo Positivo: rappresenta l’affidabilità della
segnalazione positiva (fondamentale per l’allevatore!)
VPP 
Bovine PositiveSe gnalate Correttamente
V .P.

V .P.  F.P.
Totale Bovine Segnalate
 Valore Predittivo Negativo: rappresenta l’affidabilità della
segnalazione Negativa
VPN 
V .N.  F.N.
Totale Bovine Negative

V .N.
Bovine NegativeSegnalate Correttamente
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.
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
Curva Lactocorder
TPL - Plateau
TAB - Discesa
TMBG Mungitura
in bianco
0,2 kg/min
TAN
TS500
0,5 kg/min
MNG - SGOCCIOLATURA
TMHG - FASE PRINCIPALE MUNGITURA
Inizio mungitura
Fonte ANARB
Caduta gruppo
Ingressi d’aria
Bimodalità