涡流刺激清洁干燥装置与传统挤奶前乳头预处理对奶牛产奶性能及乳房健康影响的随机对照研究

《Journal of Dairy Science》：A randomized controlled study evaluating milking performance and udder health on a New York dairy farm using a novel stimulating, cleaning, and drying device for teat preparation

　　

摘要专业翻译 开发自动化的挤奶前乳房预处理方式，使得消毒、刺激和干燥等操作步骤的应用更加一致，从而取代人工操作技术。研究人员在纽约州一座奶牛场开展了一项随机对照临床试验，纳入荷斯坦奶牛（n = 326），旨在确定一种利用水、空气和消毒剂形成的涡流来清洁和干燥乳头的装置，对产奶量、乳汁流速、乳头末端清洁度、双峰泌乳曲线发生概率以及乳房健康指标的影响。奶牛被随机分为2个处理组，并在双24并列式挤奶厅内进行了为期7周的测量。VORTEX组的乳房预处理流程为：在连接挤奶杯组之前，使用触发式水、化学药剂和压缩空气涡流对乳头进行消毒、清洁和干燥。对照组（TRAD）的乳房预处理流程包括：使用泡沫杯涂抹消毒剂、手工挤弃初乳（manual stripping）、以及在连接挤奶杯组之前使用毛巾擦拭清洁和干燥。每周对操作依从性进行评估，目标为12 s的刺激时间、120 s的预处理间隔时间，且两组使用相同的目标消毒剂浓度。使用数字式奶量计测定单次挤奶奶产量、挤奶持续时间和平均及最大乳汁流速，同时每两周一次的DHIA检测获取产奶量和线性评分（LS）数据。使用真空测量装置判定双峰泌乳曲线的发生率。使用纱布印迹法评估脏污乳头末端的比例。采用广义混合回归模型描述处理对结局变量的影响。最小二乘均值（95% CI）显示，使用涡流装置与传统预处理流程处理的奶牛之间无显著差异，分别表现为：单次挤奶奶产量[15.43（15.10–15.76）和15.05（14.71–15.39）kg]、测定日产奶量[45.8（45.0–46.6）和45.3（44.5–46.2）kg]、挤奶持续时间[4.96（4.80–5.13）和4.83（4.66–5.00）min]、平均流速[3.16（3.14–3.19）和3.18（3.16–3.21）kg/min]以及最大流速[4.35（4.26–4.43）和4.24（4.16–4.32）kg/min]。使用涡流装置预处理的奶牛发生双峰泌乳曲线的概率更高（比值比 = 2.4；95% CI = 1.3–4.7）。处理组与测定日之间对LS存在交互作用。入组后第1、第2和第3个测定日的线性评分[LSM（95% CI）]分别为：VORTEX组奶牛1.95（1.69–2.21）、1.82（1.54–2.11）和2.51（2.18–2.84）；TRAD组奶牛分别为1.25（0.99–1.85）、1.54（1.23–1.85）和1.38（1.00–1.76）。VORTEX组乳头末端脏污的概率更高（比值比 = 1.23；95% CI = 1.00–1.51）。亚临床感染（定义为基线LS从<4升至≥4）的发生概率更倾向于TRAD组（比值比 = 3.98；95% CI = 1.64–9.71）。尽管使用涡流装置未影响产奶量、挤奶持续时间或流速，但替代传统的挤弃和擦拭流程可能会影响双峰泌乳曲线和乳房健康，这可能是由于刺激质量和清洁精确度方面的差异所致。

论文解读

研究背景与目的

在商业化奶牛养殖中，挤奶前的乳房预处理是保障泌乳效率与乳房健康的关键环节。传统预处理流程通常包括乳头消毒、手工挤弃初乳（forestripping）以及毛巾擦拭干燥等步骤。然而，这些重复性手工操作被认为是奶牛场中体力负荷最大的工作之一，容易导致挤奶人员操作不一致和程序性偏差。此外，许多牧场未能建立或维持足够的刺激时间和预处理间隔时间（preparation-lag time），这会直接影响催产素释放和排乳反射，进而造成排乳延迟、挤奶效率下降以及乳房健康受损。为应对劳动力短缺和操作标准化需求，自动化挤奶前预处理技术逐渐受到关注。然而，现有自动化设备对产奶性能、乳汁流动力学及乳房健康的综合影响尚缺乏充分的田间证据。本研究旨在通过随机对照临床试验，评估一种利用水、空气和消毒剂涡流进行乳头清洁和干燥的新型装置（VORTEX），与传统浸蘸、挤弃和毛巾擦拭流程（TRAD）相比，对产奶量、挤奶持续时间、乳汁流速、双峰泌乳曲线（bimodal milk flow）发生率、乳头末端清洁度及乳房健康指标的影响。

研究设计与关键方法

该研究为随机对照临床试验，于2025年4月8日至5月29日在美国纽约州Batavia附近的一座商业化奶牛场开展，试验持续7周。研究对象为泌乳荷斯坦奶牛，共326头（VORTEX组168头，TRAD组158头），奶牛处于15至301泌乳天数（DIM）之间。奶牛按胎次组、DIM、产奶量和最近线性评分（LS）进行分层随机分组。奶牛每日挤奶3次，使用双24并列式挤奶厅（GEA）。VORTEX组采用触发式涡流装置，以消毒剂和压缩空气的涡流对乳头进行消毒、清洁和干燥；TRAD组采用泡沫杯消毒、手工挤弃初乳和毛巾擦拭的传统流程。两组的目标刺激时间均为12 s，预处理间隔时间目标为90至150 s。每周评估操作依从性，包括预处理间隔时间、刺激时间和消毒剂浓度。产奶量、挤奶持续时间和流速数据通过在线电子流量计（GEA Lactoflow）采集；双峰泌乳曲线通过VaDia（BioControl）真空测量装置判定；乳头末端清洁度采用纱布印迹法和4分制评分卡评估；乳房健康通过每两周一次的DHIA检测获取线性评分（LS）和亚临床感染数据。统计分析采用SAS 9.4，使用广义混合模型评估处理效应。

研究结果

入组奶牛特征：共326头奶牛入组，两组在胎次分布、DIM、产奶量和入组LS方面无显著差异。试验期间，因乳房炎退出试验的奶牛为VORTEX组11头、TRAD组14头；因转栏退出分别为34头和53头。

操作依从性：TRAD组平均预处理间隔时间为131 s ± 13.8，VORTEX组为126 s ± 15.2，两组无显著差异。刺激时间方面，TRAD组平均12.7 s ± 1.0，VORTEX组平均11.7 s ± 1.0，差异不显著。两组使用的过氧乙酸消毒剂浓度均在目标范围（450–550 ppm）内，且各装置间无显著差异。

产奶效率指标：共分析27,444次挤奶观测数据。单次挤奶奶产量方面，VORTEX组LSM为15.43 kg（95% CI：15.10–15.76），TRAD组为15.05 kg（95% CI：14.71–15.39），差异不显著。挤奶持续时间方面，VORTEX组为4.96 min，TRAD组为4.83 min，差异不显著。平均乳汁流速方面，VORTEX组为3.16 kg/min，TRAD组为3.18 kg/min，差异不显著。最大乳汁流速方面，VORTEX组为4.35 kg/min，TRAD组为4.24 kg/min，差异不显著。测定日产奶量方面，VORTEX组LSM为45.8 kg，TRAD组为45.3 kg，差异不显著。

双峰泌乳曲线：共采集214次VaDia测量数据，其中42%的测量显示存在双峰泌乳曲线。VORTEX组奶牛发生双峰泌乳曲线的比值比为2.4（95% CI：1.3–4.7），显著高于TRAD组。此外，DIM每增加10天，双峰泌乳曲线发生概率增加7%。

线性评分（LS）：处理组与测定日之间存在显著交互作用。VORTEX组奶牛在第1个（LS = 1.95，95% CI：1.69–2.21）和第3个（LS = 2.51，95% CI：2.18–2.84）入组后测定日的LS显著高于TRAD组（第1个：1.25，95% CI：0.99–1.51；第3个：1.38，95% CI：1.00–1.76）。

亚临床乳房炎：在入组LS < 4且有至少一次入组后测定日数据的227头奶牛中，VORTEX组有26头（11.4%）发生亚临床感染，TRAD组有7头（3.1%）。VORTEX组发生亚临床乳房炎的比值比为3.98（95% CI：1.64–9.71），显著高于TRAD组。

临床乳房炎：VORTEX组11头和TRAD组14头奶牛发生临床乳房炎，两组间差异不显著。培养结果显示主要病原体包括大肠杆菌（E. coli）、克雷伯菌属（Klebsiella spp.）、巴斯德菌属（Pasteurella spp.）和乳房链球菌（Streptococcus uberis）。

乳头末端清洁度：共记录1,464次乳头末端清洁度观测。VORTEX组发生脏污乳头末端（评分3和4）的比值比为1.23（95% CI：1.00–1.51），显著高于TRAD组。试验每增加一周，脏污乳头末端的概率约降低14%。

讨论与结论

本研究发现，使用涡流装置进行挤奶前乳头预处理，在产奶量、挤奶持续时间和乳汁流速方面与传统手工预处理流程表现相当。然而，VORTEX组奶牛的双峰泌乳曲线发生率显著更高，这可能与涡流刺激的质量差异有关。研究推测，涡流中混有残余沙床垫料的空气和水流可能对乳头产生磨蚀或不适感，从而影响刺激质量。此外，VORTEX组乳头末端清洁度较差，可能与装置喷射流的方向设计限制了乳头末端的横向流动有关，导致碎屑清除不彻底。较高的线性评分和亚临床乳房炎风险可能与双峰泌乳曲线导致的真空暴露和机械应力增加有关，也可能与乳头末端清洁度不足有关。研究还指出，由于VORTEX组未进行手工挤弃初乳步骤，轻度临床乳房炎病例可能被误分类为亚临床感染，这也可能部分解释两组间亚临床风险的差异。本研究的局限性在于仅在一座纽约州奶牛场开展，结果的可推广性有限。研究人员建议，未来自动化挤奶前预处理设备的设计应注重提供充足的刺激质量和预处理间隔时间，同时改进乳头末端清洁的精确度，以减少对乳房健康的潜在负面影响。

结论：对一种用于乳头清洁和干燥的新型涡流装置的研究表明，在产奶量、挤奶持续时间和乳汁流速方面，其表现与传统预处理流程相当。未来旨在提高挤奶厅效率的解决方案应设计为提供最佳的刺激和预处理间隔时间，这可能也有助于解决本研究中处理组双峰泌乳曲线概率较高的问题。最后，人工和自动化挤奶流程应着重改善乳头末端清洁度，这可能有助于减轻对线性评分和亚临床乳房炎风险等乳房健康结局的影响。