引導式擠乳機器人總生菌數控制技術簡介

一、前言

台灣的乳品產業在確保國民營養與健康方面扮演著重要的角色。優質的生乳是生產安全且高品質乳製品的基石。隨著消費者對乳品品質的要求日益提高，以及產業面臨勞動力短缺和進口競爭等多重挑戰¹，導入先進的乳牛飼養管理技術變得至關重要。引導式擠乳機器人系統作為一種新興的自動化技術，在提升乳牛場的生產效率和生乳品質方面展現出巨大的潛力。本報告旨在深入分析利用引導式擠乳機器人系統控制生乳總生菌數的技術與方法，並探討其在提升台灣乳品產業競爭力方面的價值。

二、引導式擠乳機器人系統的原理與運作

(一) 系統原理與運作流

引導式擠乳系統的核心在於透過門禁系統控制乳牛在牛舍內的移動，以引導需要擠乳的乳牛前往擠乳機器人²。相較於自由流動式系統，引導式系統透過預先設定的擠乳許可，僅允許符合擠乳時間的乳牛進入機器人區域，擠乳後再將其引導至飼料槽²。這種設計有助於減少不必要的乳牛等待，提高機器人的使用效率³。

擠乳機器人的運作流程通常包括以下步驟：

1. 當乳牛進入擠乳間後，系統會透過電子識別標籤（如RFID）辨識該乳牛⁴。
2. 接著，機械手臂會執行乳房的清潔和刺激，部分系統還會進行預浸³。
3. 利用3D攝影機或雷射技術，機器人能精確定位乳頭³。
4. 隨後，乳杯會自動吸附到乳頭上，開始擠乳過程³。
5. 在擠乳過程中，系統通常會監測各乳區的乳量和品質³。
6. 一旦乳流達到預設的閾值，乳杯便會自動脫落³。
7. 擠乳完成後，部分系統會進行乳頭的後浸消毒⁵。
8. 整個過程產生的數據，包括乳量、擠乳時間、乳品質指標等，都會被記錄下來供牧場管理使用⁴。
9. 為了鼓勵乳牛主動前往擠乳，系統通常會在擠乳過程中提供少量精料⁴。

(二) 系統優勢與挑戰

引導式擠乳系統相較於傳統擠乳方式具有多項優勢。首先，它能顯著減少人工趕牛的需求²。其次，由於只有需要擠乳的乳牛才被允許進入，因此能更有效地利用機器人的時間³。此外，引導式系統在精料餵飼方面通常較少，有助於牧場更靈活地運用自產飼料²。由於採用單獨乳區擠乳和脫杯技術，有潛力減少過度擠乳，進而改善乳房健康 ⁴。更重要的是，系統能夠收集大量的乳牛和乳品質數據，為牧場的精準管理提供支持⁴。
然而，引導式系統也存在一些缺點。其初始投資成本較高，因為需要額外的門禁設備²。此外，牛舍的設計需要符合引導式系統的要求，並非所有現有牛舍都適用²。新導入的乳牛需要時間進行系統的訓練和適應²。從生乳品質的角度來看，引導式擠乳系統的自動化和一致性操作有助於減少人為操作失誤，從而提高擠乳過程的衛生水平。系統收集的乳品質數據，例如乳導電度和體細胞數等，可以幫助及早發現乳房健康問題。機器人執行的乳頭清潔和消毒程序也有助於預防乳房感染³。

三、生乳總生菌數對品質與安全的重要性

(一) 定義與測定

生乳總生菌數（Total Bacteria Count, TBC），通常以標準培養計數法（Standard Plate Count, SPC）測定⁶，是指在特定條件下培養後，每毫升生乳中所含有的需氧細菌總數⁶。這項指標反映了生乳在採集、處理和儲存過程中的衛生狀況⁶。檢測方法是將生乳樣本稀釋後塗布在營養培養基上，於特定溫度（通常為32°C）培養48小時，然後計數形成的菌落數，結果以每毫升菌落形成單位（cfu/ml）表示⁶。

(二) 高生菌數的影響

高生菌數通常表示擠乳、處理或儲存過程中的衛生條件不佳⁶。這不僅會導致牛奶的保質期縮短，還可能引起牛奶變質，產生異味和異色⁷。此外，高生菌數也可能影響牛奶的加工性能，例如在生產奶酪時可能導致產量下降⁷。更重要的是，生菌數過高可能與致病菌的存在有關，對消費者的健康構成潛在風險，尤其是在生乳直接飲用的情況下，或在巴氏殺菌不完全時⁹。因此，生菌數是評估生乳品質和安全性的重要指標。

(三) 台灣的品質標準

在台灣，生乳的品質受到中華民國國家標準（CNS 3055）以及「乳品加工廠收購酪農原料生乳驗收及計價要點」的規範^{10 11  12}。台灣將生乳品質分為A至D四個等級，生菌數是重要的評級標準之一¹。根據相關資料，2022年台灣Grade A生乳的平均生菌數約為15,000 cfu/mL，2023年則降至13,000 cfu/mL ¹。
根據「乳品加工廠收購酪農原料生乳驗收及計價要點」¹²，生乳生菌數若超過30萬/cc（此處cc應為mL，需進一步確認），乳品加工廠可能會處以罰款，甚至在一定次數後取消酪農的供銷合約。乳品廠收購生乳的價格也與生乳的品質（包括生菌數）相關聯，鼓勵酪農生產高品質的生乳 ¹¹。

四、影響生乳總生菌數的因素

生乳的總生菌數受到多種因素的影響，這些因素相互作用，共同決定了最終的細菌含量。

(一) 乳房健康與乳牛衛生

乳房健康是影響生菌數的首要因素之一。乳牛乳房炎（Mastitis）是導致生乳中細菌含量顯著升高的主要原因，因為感染的乳房會釋放出大量的微生物到牛奶中⁶。不同種類的乳房炎病原菌對生菌數的影響程度可能不同⁶。即使是未出現明顯臨床症狀的亞臨床型乳房炎，也會導致生菌數升高¹³。乳牛的衛生狀況也至關重要。擠乳前乳牛乳房和乳頭的清潔程度直接影響牛奶的細菌含量⁶。沾有糞便、泥土和墊料的乳牛，其乳頭容易受到環境中細菌的污染⁶。墊料的種類（有機或無機）也會影響乳頭的細菌數量⁶。正確的乳房準備程序，包括使用消毒液進行預浸和用乾淨的毛巾擦乾乳頭，對於減少細菌污染至關重要⁷。

(二) 擠乳設備衛生

擠乳設備的衛生狀況也是影響生菌數的關鍵因素。擠乳系統清潔和消毒不徹底是導致生菌數過高的常見原因⁶。殘留在設備表面的牛奶殘留物為細菌的生長和繁殖提供了營養⁶。有效的清潔程序需要化學作用（清潔劑/除垢劑/消毒劑）和物理作用（湍流），並結合足夠的熱量（熱水）和接觸時間（循環時間）¹⁵。橡膠部件（如乳杯內襯、墊圈、軟管）和奶石沉積物若未得到妥善維護，也可能成為細菌滋生的溫床⁶。

(三) 牛奶冷卻、儲存與操作技術

牛奶的冷卻和儲存條件對生菌數的影響非常顯著，儲存的溫度和時間是決定細菌繁殖速度的關鍵⁶。將牛奶迅速冷卻至4.4°C（40°F）以下可以有效抑制細菌的生長⁶。然而，在冷藏溫度下，嗜冷菌仍然可以生長繁殖，影響牛奶的品質⁶。擠乳過程中的操作技術也會影響細菌污染的可能性¹⁴。用於清潔或乳頭準備的水源若受污染，也會將細菌引入牛奶⁸。

(四) 擠乳間隔

擠乳間隔也可能影響牛奶的品質和細菌數量⁴。較長的擠乳間隔可能導致牛奶在乳房中滯留，為細菌的生長提供更多時間¹⁶。然而，擠乳機器人系統通常可以實現更頻繁的擠乳，這有助於維持乳房健康並減少細菌數量⁴。最佳的擠乳間隔可能因乳牛的產奶量和泌乳階段而異⁴。

五、擠乳機器人中的感測器與數據分析

(一) 感測器種類

擠乳機器人系統配備了多種感測器，能夠即時監測乳牛和牛奶的各項參數¹⁷。電子識別標籤（RFID）用於追蹤每頭乳牛的個體信息⁴。系統可以監測每頭乳牛和每個乳區的產奶量⁴。乳導電度感測器能夠及早發現乳房炎的跡象⁴。顏色感測器則可以檢測牛奶的異常情況，例如血液或乳房炎引起的顏色變化³。部分系統還配備了體細胞計數感測器，可以直接監測乳房健康狀況⁴。此外，系統還可以測量牛奶的溫度和流速³。

(二) 數據收集與分析

擠乳機器人系統會自動收集每次擠乳過程中的各項數據⁴。這些數據會被儲存在軟體平台中，用於管理、可視化和分析¹⁸。透過數據分析，牧場主可以識別乳品質和乳牛健康方面的趨勢、異常情況和潛在問題⁵。人工智慧（AI）和機器學習技術也被應用於預測乳牛健康和牛奶產量¹⁹。系統能夠根據監測到的乳品質參數發出警報和通知，例如乳導電度升高或顏色異常，提示可能存在乳房炎或其他問題²⁰。對於疑似存在健康問題的乳牛，系統可以自動將其牛奶分流，防止污染到儲奶槽中的整體牛奶³。牧場主可以利用這些數據及時採取干預措施，例如檢查體細胞數高的乳牛，或根據個別乳牛的需求調整擠乳程序¹⁹。

六、乳品參數與細菌污染的相互作用

(一) 電導率與體細胞數

牛奶的電導率是檢測乳房炎的早期指標。當乳房發生炎症時，牛奶中的離子濃度會發生變化（鈉和氯離子增加，鉀和乳糖減少），導致電導率升高¹³。擠乳機器人系統通常會在每次擠乳時監測電導率，以便在出現明顯症狀之前及早發現乳房炎²⁰。透過比較乳牛歷史電導率數據，可以識別出可能表明感染的顯著偏差 (20)。及早發現和治療乳房炎對於預防與乳房感染相關的高細菌數至關重要。
體細胞數（Somatic Cell Count, SCC）是衡量乳房健康和炎症的指標，主要由響應感染的白血球組成²¹。高體細胞數通常表示乳房炎（臨床型或亞臨床型），並可能對牛奶的品質產生負面影響，包括口感、保質期和加工性能²¹。雖然擠乳機器人系統可能配備體細胞計數感測器，但體細胞數升高通常與細菌性乳房炎有關，因此也可能伴隨較高的細菌數⁴。

(二) 擠乳間隔與牛奶中血液

擠乳機器人允許乳牛自行選擇擠乳時間，這導致不同乳牛的擠乳間隔存在差異³。較長的擠乳間隔可能導致牛奶在乳房中滯留，為細菌的生長提供機會，進而增加細菌數¹⁶。然而，擠乳機器人系統促進的頻繁擠乳也有助於維持乳房健康，並可能透過更徹底地排空乳房來減少細菌⁴。最佳的擠乳間隔可能因乳牛的產奶量和泌乳階段而異⁴。雖然擠乳機器人提供了自願擠乳的優勢，但管理擠乳間隔對於維持牛奶品質非常重要。
牛奶中出現血液是一種異常現象，可能表明乳房受損或感染²²。含有可見血液的牛奶通常會被廢棄，不應進入儲奶槽²³。配備顏色感測器的擠乳機器人系統有可能檢測到牛奶中的血液³。牛奶中血液的存在是乳房內部出現問題的明顯跡象，可能是受傷或嚴重感染，直接將血液中的細菌引入牛奶，並為細菌生長創造有利環境。

七、識別罪魁禍首

乳牛場環境中存在多種細菌，它們可能以不同的途徑污染生乳，對生乳品質造成影響。細菌的來源主要包括：健康的乳房內部（細菌數量很少，但乳房炎病例中數量很高）⁶；乳房和乳頭的外部（受到糞便、泥土、墊料的污染）⁶；牛奶處理和儲存設備的表面（生物膜、殘留物）⁶；以及農場環境本身（空氣、水、飼料）²⁴。
常見的細菌種類包括：

• 嗜冷菌（Psychrotrophic bacteria），例如假單胞菌、不動桿菌、芽孢桿菌、沙雷氏菌等，能在冷藏溫度下生長，並產生耐熱酶；即使經過巴氏殺菌後也可能導致牛奶變質^{6 9}。
• 耐熱菌（Thermoduric bacteria），如芽孢桿菌、鏈球菌、腸球菌等，能在巴氏殺菌過程中存活，高計數通常表示清潔不佳⁶。
• 大腸桿菌群（Coliform bacteria），包括大腸桿菌 (E. coli)，通常指示糞便或環境污染，高計數表明衛生狀況不良⁶。
• 引起乳房炎的細菌，如鏈球菌屬、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等⁶。
• 乳酸菌（Lactic acid bacteria, LAB），可在生乳中發酵²⁵。

腐敗菌會縮短牛奶的保質期並導致感官缺陷 (24)，病原菌則會帶來食品安全風險⁹。總生菌數過高可能導致牛奶品質評級降低，甚至面臨罰款 ¹¹。

八、主動預防

在擠乳機器人系統中應用環境監測包括：監測機器人單元本身的清潔度（如乳杯清潔機制：刷子或杯子）²⁶；採集擠乳間、等待區和飼料槽表面的指示性微生物樣本；測試用於清潔和乳頭準備的水源；以及監測自動清潔週期的有效性。
完善的環境監測計畫對於主動管理使用擠乳機器人系統的乳牛場的細菌污染風險至關重要²⁷。環境監測有助於驗證清潔和消毒程序的有效性²⁷，識別潛在的污染源²⁷，並為潛在的產品污染風險提供早期預警 ²⁷。當出現問題時，環境監測還可以幫助確定污染的根本原因²⁸。環境監測計畫的關鍵組成部分包括：

• 根據風險定義採樣點（食品接觸表面 - Zone 1，靠近食品的非食品接觸表面 - Zone 2，更遠的非食品接觸表面 - Zone 3，一般區域 - Zone 4）²⁷。
• 確定採樣頻率和測試方法（拭子、接觸板）²⁷。
• 為不同類型的微生物設定可接受的標準（指示性微生物如大腸桿菌群和腸桿菌科細菌，病原體如沙門氏菌和李斯特菌）²⁷。
• 當檢測到不可接受的水平時，實施糾正措施（清潔、消毒、調查根本原因）²⁷。
• 維護環境監測計畫的全面文件記錄，包括程序、結果和糾正措施²⁸。

九、生乳品質的標準與規範

台灣將生乳品質分為A、B、C、D四個等級¹。根據提供的資料，2022年Grade A生乳的平均生菌數為15,000 cfu/mL，2023年為13,000 cfu/mL¹。根據「乳品加工廠收購酪農原料生乳驗收及計價要點」¹²，生乳生菌數若超過300,000 cfu/mL（原文為/cc，應為/mL）可能會導致罰款和合約取消。需要進一步研究以確定目前台灣法規下各個等級（A、B、C、D）的確切生菌數閾值。
台灣擁有完善的生乳品質法規框架，明確規定了生菌數的標準，這些標準直接影響牛奶的驗收和價格。採用擠乳機器人系統的酪農必須確保其生產實踐符合這些法規，以維持市場准入和盈利能力。Grade A牛奶平均生菌數的下降趨勢表明台灣的生乳品質正在不斷提高。
「乳品加工廠收購酪農原料生乳驗收及計價要點」明確規定了乳品加工廠在台灣收購生乳的驗收標準和計價方法¹¹。關鍵參數包括乳溫、沉澱物含量、乳脂率和非脂固形物（Solids-Not-Fat, SNF）含量、酸度、酒精試驗、藥物或異物反應，以及異常的感官特性¹¹。同時也規定了總生菌數和體細胞數的限制，超過這些限制將會受到處罰，重複違規甚至可能導致供銷合約被取消¹²。生乳的價格亦與乳脂率和非脂固形物含量掛鉤，鼓勵酪農重視牛奶成分¹¹。這些規定會定期修訂，最近的變更則著重於基於非脂固形物和乳脂率的定價結構²⁷。

十、引導式擠乳機器人系統控制細菌數的具體挑戰

雖然擠乳機器人提供了許多優勢，但在控制生乳總生菌數方面也帶來了一些獨特的挑戰。

(一) 乳頭清潔的有效性

不同的機器人系統採用不同的乳頭清潔機制（刷子 vs. 杯子），這些機制在清潔整個乳頭表面均勻性方面可能存在差異²⁴。部分噴霧系統可能無法充分覆蓋乳頭表面²⁴。對於使用刷子的系統，刷子的定期維護和更換非常重要²⁴。如果刷子的高度不正確，可能會將乳房皮膚上的污垢轉移到乳頭上²⁹。

(二) 交叉污染

機器人單元在沒有人工直接干預的情況下接觸多頭乳牛，如果清潔和消毒不夠徹底，可能會傳播接觸性病原體 ²⁴。系統中可能發生牛奶從一頭乳牛到另一頭乳牛的殘留，影響感測器讀數和衛生狀況³⁰。

(三) 自願擠乳與擠乳間隔

自願擠乳的特性可能導致擠乳間隔的變化範圍較大，這可能會影響擠乳間隔較長的乳牛的牛奶品質³¹。同時，牛舍的環境污染也可能帶來挑戰；由於乳牛的持續存在，清潔和墊料更換難度增加²⁹。

(四) 設備清潔與維護

由於擠乳機器人系統24小時連續運行，需要專門的清潔程序³²。如果密封件、薄膜和閥門損壞，可能導致內部表面清潔不徹底²⁹。自動清潔週期中清潔劑的濃度與劑量必須正確³³。緩衝罐清潔若不足，也會使牛奶殘留時間過長 ²⁹。擠乳機器人雖具乳房炎檢測功能，但也可能產生較高的假陽性率，導致牧場管理者反應不一致²⁹，且臨床病例在無人工直接觀察時更具挑戰性²⁴。

十一、實施有效的解決方案和最佳實踐

要有效控制擠乳機器人系統中的生乳總生菌數，須多面向著手。

(一) 優化乳頭準備

應採用延長的乳頭清潔程序，以確保徹底的清潔和消毒²⁹。對於使用刷子的系統，需定期維護和更換刷子²⁴。噴霧系統則要確認噴嘴壓力、持續時間和噴霧量都合宜³⁰。高風險動物可在擠乳前進行額外消毒²⁴。

(二) 加強機器人的衛生

未自動清潔的機器人組件（如機械臂、刷子、清洗杯）需嚴格手動清潔³⁰。校準清洗化學品的加藥設備²⁹。檢查並更換密封件、薄膜和閥門，確保內部表面徹底清潔³³。優化傳輸管道設計，避免「死角」²⁹。必要時增加清潔頻率，同時平衡乳牛流動³¹。緩衝罐使用後應立即清潔²⁹。

(三) 有效的乳房炎管理

持續監測牛奶品質數據（如導電率、體細胞數、顏色）³⁴。根據警報（例如，導電率警報）針對個別乳牛設定檢測方案²⁴。定期進行儲奶槽PCR檢測，偵測接觸性乳房炎病原體²⁴。淘汰慢性乳房炎攜帶者，降低感染擴散風險²⁴。正確執行乳房炎治療³⁵。

(四) 優化乳牛環境

保持清潔衛生的牛舍環境，提供充足的墊料並定期清除糞便³⁶。適當設計牛臥欄，提升乳牛清潔度²⁹。在機器人單元周圍實施有效糞污管理²⁹。仔細管理放牧區域，防止乳頭過度污染²⁹。

(五) 良好的擠乳實踐

根據乳牛需求與產奶量確定擠乳間隔，必要時對擠乳間隔過長的牛隻進行干預³⁷。給予乳牛必要的訓練，讓其熟悉並主動使用擠乳機器人²。

(六) 定期監測與維護

按照製造商建議進行檢查與維護⁴。定期檢驗儲奶槽牛奶（Bactoscan、SPC、大腸桿菌群計數、嗜冷菌計數、耐熱菌計數），監控整體衛生狀況³⁶。詳細記錄所有清潔與維護活動³³。

十二、對台灣的價值主張

在遵循上述最佳實踐的前提下，引導式擠乳機器人系統有潛力降低生菌數並改善牛奶衛生。早期發現和管理乳房炎可以降低體細胞數並改善牛奶成分。由於系統可自動分流治療中乳牛的牛奶，亦能降低抗生素污染風險³⁸。對酪農而言，擠乳機器人可減少與擠乳相關的勞動力 (36)。同時，更頻繁的擠乳與優化程序可提升牛奶產量⁴，也能減少牛奶腐敗與拒收。及早發現健康問題則能即時干預，降低治療成本。
從產業競爭力的角度看，更高品質的生乳能滿足嚴苛法規與消費者期望，並可能換得更高售價。若能在面對進口競爭（尤其是即將取消紐西蘭牛奶關稅）時維持或提升競爭力¹，對台灣乳業至關重要。科技應用及更佳工作環境，也可能吸引年輕一代投入³⁹。

十三、結論

本報告分析了利用引導式擠乳機器人系統控制生乳總生菌數的技術與方法，強調其在確保高品質與符合法規要求方面的重要性。引導式擠乳機器人系統透過自動化與數據化管理，降低人為操作失誤並提升衛生水平，但仍需克服投資成本、牛舍設計、系統維護及乳牛適應等挑戰。
建議台灣有意導入或已導入擠乳機器人系統的牧場，務必落實最佳實踐，包括乳頭清潔、設備消毒、乳房炎管理、定期監測與維護等措施，以更有效地控制生菌數、維持牛奶品質並增強國際競爭力。綜觀而言，隨著農業自動化與數位化的發展，引導式擠乳機器人系統將持續成為台灣乳品產業邁向高品質與可持續發展的重要關鍵。

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