Model laboratoryjny do oceny zapachów i stężeń gazów emitowanych przez obornik z głębokich łóżek
19 lipca 2018
Protokół został opracowany do pomiaru gazów, zapachów i składu składników odżywczych w laboratoryjnych opakowaniach obornika, który może być wykorzystany do badania sposobów poprawy jakości powietrza w komercyjnych obiektach hodowli bydła przy użyciu głęboko osadzonych pakietów obornika.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania związane z jakością powietrza w obiektach inwentarskich, w tym wpływem ściółki, wilgotności, temperatury lub poprawek, które są stosowane w pomieszczeniach dla zwierząt gospodarskich. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala na ocenę czynników w kontrolowanym środowisku i eliminuje mniej skuteczne metody leczenia przed przeprowadzeniem badań w obiektach komercyjnych. Procedurę zademonstruje Alan Kruger, technik z mojego laboratorium.
Do komór symulatorowych używaj plastikowych cylindrycznych pojemników o wysokości 0,42 metra i średnicy 0,38 metra, które pasują do pojemników na śmieci o pojemności około 10 galonów. Zacznij od wywiercenia sześciu jednocentymetrowych otworów na obwodzie pojemnika około pięciu centymetrów od góry. Rozmieść otwory równomiernie.
Następnie wyczyść pojemnik i załaduj go 320 gramami ściółki, a następnie 320 gramami świeżych odchodów bydlęcych i 320 gramami świeżego moczu bydła. Następnie mieszaj mieszaninę za pomocą pręta o obwodzie pięciu centymetrów przez około 30 sekund. Po wymieszaniu wytrzyj pręt do czysta za pomocą antyseptycznej chusteczki do usuwania lub ciepłej wody z mydłem, aby zapobiec zanieczyszczeniu krzyżowemu drobnoustrojów.
Następnie należy zanotować ostateczną masę zawartości pojemnika. Następnie umieść plastikowy pojemnik w komorze środowiskowej ustawionej na temperaturę otoczenia od 18 do 20 stopni Celsjusza z punktem rosy 12 stopni Celsjusza. Trzy razy w tygodniu wykonuj konserwację pościeli.
W tym celu najpierw dostosuj pH rozmrożonego moczu do 7,4 za pomocą wodorotlenku sodu i utrzymuj pojemnik na mocz tak często, jak to możliwe. Następnie zważ i zapisz masę wyłożonego pakietu. Następnie odważ 320 gramów rozmrożonych odchodów bydlęcych i 320 gramów rozmrożonego moczu i dodaj oba do wyłożonego plecaka.
Raz w tygodniu dodaj również 320 gramów świeżej pościeli. Zawsze mieszaj mieszaninę przez 30 sekund, tak jak wtedy, gdy była początkowo ustawiona, przed powrotem symulatora pakietu z łożem do komory środowiskowej. Próbki z symulowanych pakietów łóżek należy pobierać co tydzień przed konserwacją.
Najpierw zmierz odległość od górnej części symulowanego pakietu pościeli do górnej części plastikowego pojemnika zawierającego symulowany pakiet pościelowy. Następnie wepchnij metalowy kołek na około pięć centymetrów w środek pościeli. Następnie przeciągnij rurkę o średnicy zewnętrznej 0,64 centymetra przez jeden z otworów w górnej części symulowanego pojemnika z łożem.
Następnie wewnątrz symulatora przymocuj metalowy kołek o grubości 12,5 centymetra do rurki, tak aby rurka znajdowała się 1,3 centymetra nad powierzchnią opakowania. Następnie umieść gumowe osłony z otworami o średnicy 22,9 centymetra na komorach strumienia statycznego. Spódnica pełni funkcję uszczelki.
Umieść komory strumienia statycznego z fartuchem na symulatorach pakietu z łożem. Teraz podłącz rurkę obojętną o długości 0,64 centymetra do komór topnika za pomocą obojętnych złączek zaciskowych. Komora strumieniowa pobiera próbki gazu i jest sterowana przez programowalny przekaźnik logiczny, który steruje zaworami elektromagnetycznymi, a tym samym przepływem gazu.
Aby zakończyć przygotowywanie konfiguracji, użyj pompy, aby przepłukać powietrze z otoczenia przez rurkę z szybkością pięciu litrów na minutę przez 30 minut. Aby dokonać pomiarów gazu, należy najpierw otworzyć zawór odcinający na przewodzie pobierania próbek, aby zaciągnąć powietrze z otoczenia z pomieszczenia do obojętnych przewodów do pobierania próbek podłączonych do kolektora pobierania próbek gazu. Teraz zaprogramuj przekaźnik tak, aby zasysał powietrze z otoczenia i rejestrował pomiary przez 20 minut.
Po 20 minutach zamknij zawór odcinający, aby zakończyć okres pobierania próbek. Następnie zaprogramuj przekaźnik tak, aby przez 20 minut pobierał próbki powietrza z przewodów podłączonych do symulatorów. W międzyczasie zmierz lotne substancje organiczne w przestrzeni nad głową symulatora.
Najpierw zdejmij mosiężną nasadkę do przechowywania ze wstępnie przygotowanej rurki sorbentu ze stali nierdzewnej. Następnie przymocuj rurkę sorbentu do portu wlotowego w komorze topnika za pomocą elastycznej gumowej rurki i podłącz drugi koniec rurki sorbentu do pompy próżniowej. Następnie wciągaj powietrze do rurki sorbentu z symulatora przez pięć minut, aby uzyskać całkowitą objętość próbki 0,375 litra.
Później wyłącz pompę i odłóż rurkę sorbentu. Bezpośrednio przed analizą rurki sorbentu w układzie analizy gazów należy wymienić mosiężne nasadki magazynujące na nasadki analityczne z PTFE. Następnie przystąp do analizy lotnych substancji organicznych zgodnie z protokołem tekstowym.
Procedura ta została wykorzystana do oceny wpływu wielu materiałów ściółkowych w temperaturze otoczenia na produkcję zapachu i gazów, a także poprawek, które można dodać w celu kontroli emisji amoniaku. Właściwości chemiczne i fizyczne pakietów ściółkowych zostały zmierzone w komercyjnych oborach, jak również w symulowanych pakietach ściółkowych. Procedura daje wyniki porównywalne z obiektami komercyjnymi, a także ma dobrą powtarzalność wśród symulowanych badań z pakietami łóżkowymi.
Aby ustalić, czy protokół jest odpowiednim modelem uzupełniającym kosztowne próby badawcze w gospodarstwie, zebrano dane dotyczące jakości powietrza z obiektów komercyjnych i symulowano pakiety z łóżkami przy użyciu opisanej metody i starszych, pracochłonnych metod, takich jak metoda pułapki kwasowej. Ogólnie rzecz biorąc, pomiary były bardzo podobne, co przemawia za zastosowaniem opisanej metody oszczędzania pracy. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak używać tego modelu w skali laboratoryjnej do badania czynników wpływających na jakość powietrza i zarządzanie składnikami odżywczymi w obiektach inwentarskich za pomocą ściółki.
Postępując zgodnie z tą procedurą, można tworzyć modele w skali laboratoryjnej, aby ocenić wiele różnych materiałów, zmiennych środowiskowych i zabiegów łagodzących, które mogą poprawić jakość powietrza w komercyjnych obiektach inwentarskich. Model jest dynamiczny i pozwala naukowcom na łatwe gromadzenie przydatnych pomiarów.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Opracowano protokół pomiaru gazów, zapachów i składu składników odżywczych w skalowanych laboratoryjnie pakietach obornikowych z podścieliskiem. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące jakości powietrza w obiektach hodowlanych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauki o środowisku
- Technologia rolnicza
- Hodowla zwierząt
Wstęp
- Jakość powietrza jest istotnym problemem w obiektach hodowlanych.
- W obiektach dla bydła powszechnie stosuje się podłoża z obornikiem.
- Kluczowe jest zrozumienie wpływu różnych czynników na jakość powietrza.
- Celem niniejszego badania jest ocena tych czynników w kontrolowanym środowisku.
Cel badania
- Pomiar wpływu ściółki, wilgotności i temperatury na jakość powietrza.
- Ocena skuteczności różnych dodatków w obiektach dla zwierząt z wykorzystaniem ściółki.
- Przedstawienie protokołu oceny jakości powietrza w warunkach laboratoryjnych przed przystąpieniem do badań terenowych.
Zastosowane metody
- Wykorzystanie plastikowych pojemników cylindrycznych jako komór symulacyjnych.
- Wiercenie otworów w pojemnikach w celu ułatwienia pomiaru gazów.
- Kontrolowane środowisko do oceny różnych czynników.
- Prezentacja procedury przez technika laboratoryjnego.
Główne wyniki
- Kontrolowana ocena czynników wpływających na jakość powietrza.
- Identyfikacja mniej skutecznych metod postępowania przed badaniami terenowymi.
- Wgląd w zależność między ściółką a jakością powietrza.
- Podstawa dla przyszłych badań nad jakością powietrza w obiektach komercyjnych.
Wnioski
- Protokół ten zapewnia niezawodną metodę oceny jakości powietrza.
- Kontrolowane badania mogą prowadzić do lepszych praktyk zarządzania w obiektach hodowlanych.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tych wynikach w celu poprawy jakości powietrza.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ten model w skali laboratoryjnej umożliwia kontrolowaną ocenę czynników środowiskowych i materiałowych wpływających na jakość powietrza w obiektach hodowlanych, wspierając wczesną weryfikację hipotez oraz priorytetyzację metod postępowania. Poprzez symulację warunków ściółkowania, badacze mogą ograniczyć ryzyko związane z analizowanymi ścieżkami mechanistycznymi i zidentyfikować skuteczne strategie łagodzenia skutków przed przejściem do operacji w skali komercyjnej. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celów dla interwencji mających na celu redukcję emisji i poprawę gospodarki składnikami odżywczymi w systemach rolniczych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesna faza odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych dotyczących modyfikatorów środowiskowych i ich wpływu na systemy biologiczne.
- Wartość operacyjna: Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez izolację zmiennych, takich jak temperatura, wilgotność i skład ściółki, w powtarzalnym systemie.
- Wartość prognostyczna: Zwiększa pewność co do wyboru celu poprzez ilościowy pomiar emisji gazów i zapachów jako funkcjonalnych odczytów.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Gotowość do analizy: Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do dalszego przesiewu poprzez standaryzację warunków środowiskowych i dopływu składników odżywczych.
- Wyniki ilościowe: Umożliwia gromadzenie pomiarów chemicznych i fizycznych, które wspierają powtarzalność i skalowalność analizy.
- Użyteczność platformy: Zapewnia system wielokrotnego użytku do oceny wielu materiałów ściele oraz dodatków w ramach iteracyjnych cykli badawczych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Znaczenie dla chorób: Modeluje warunki istotne dla zdrowia zwierząt hodowlanych, wspierając dostrojenie translacyjnych biomarkerów dla wskaźników stresu i parametrów oddechowych.
- Ciągłość przedkliniczna: Łączy ustalenia z fazy odkryć z walidacją przedkliniczną poprzez spójny monitoring rozdzielony w czasie w okresie od sześciu do siedmiu tygodni.
- Postęp z uwzględnieniem ryzyka: Dostarcza informacji niezbędnych do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go), wykazując wyniki porównywalne z pomiarami w obiektach komercyjnych, co zmniejsza niepewność w translacji do warunków terenowych.
Integracja potoków i przepływów pracy
Metoda ta wpisuje się w proces odkrywania poprzez umożliwienie przesiewowego badania interwencji środowiskowych w oparciu o postawione hipotezy przed etapem identyfikacji wiodących związków i oceny przedklinicznej.
- Biologia odkrywcza: Wspiera minimalizację ryzyka mechanistycznego poprzez wyjaśnianie ścieżek, za pomocą których ściółka, wilgotność i temperatura wpływają na emisje i dynamikę składników odżywczych.
- Przesiewanie: Dostarcza systemy gotowe do analiz, z ustandaryzowanymi protokołami konserwacji i pobierania próbek, co zapewnia wiarygodną ocenę związków lub zabiegów.
- Analityka: Generuje szeregi czasowe danych dotyczących lotnych związków organicznych i stężeń gazów, umożliwiając statystyczne porównanie różnych warunków i zabiegów.
- Badania translacyjne: Jest zgodna z przedklinicznymi schematami pracy, dostarczając dane w zakresach obserwowanych w obiektach komercyjnych, co wspiera modelowanie zależności dawka-odpowiedź oraz skuteczności.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Służy jako platforma modułowa do powtarzalnych testów materiałów do ściółkowania, zmiennych środowiskowych i metod ograniczania emisji w różnych projektach.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celów poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w interakcjach środowiskowo-biologicznych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację, powtarzalność i niskie nakłady pracy przy konserwacji (<10 minut/tydzień na jednostkę) dla skalowalnego projektu eksperymentalnego.
- Wartość strategiczna: Poprawia efektywność kapitałową poprzez wczesną identyfikację nieskutecznych zabiegów, co zmniejsza ryzyko niepowodzenia na późnych etapach w procesach badawczo-rozwojowych w rolnictwie.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację interwencji z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o powtarzalne, ilościowe dane dotyczące jakości powietrza i składników odżywczych.
Kwestie wdrożeniowe
- Wymaga doświadczenia w zakresie pobierania próbek środowiskowych, pomiaru strumienia gazów oraz technik analizy składników odżywczych.
- Zależne od aparatury, w tym od komór środowiskowych, kolektorów do pobierania gazów, rurek z sorbentem oraz pomp próżniowych do analizy przestrzeni nad próbką.
- Wymaga standaryzacji przygotowania ściółki, postępowania z moczem i kałem oraz protokołów cotygodniowej konserwacji w ramach współpracy zespołów w celu zapewnienia powtarzalności.
- Wiąże się z koniecznością uwzględnienia adaptacji przy przenoszeniu wyników na różne gatunki zwierząt hodowlanych, konstrukcje obiektów lub warunki klimatyczne.
- Ograniczone przez uproszczony charakter modelu, który może nie w pełni oddawać złożone interakcje mikrobiologiczne lub heterogeniczność przestrzenną występującą w komercyjnych wsadach.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Title
0:43
Constructing and Maintaining Bedded Pack Simulators
2:37
Connecting Flux Chambers to the Bedding Pack Simulators
3:59
Collecting Gas and Volatiles Measurements from the Headspace of Bedded Pack Simulators
5:18
Results: Studies Summary and Comparisons with Alternate Methodologies
6:14
Conclusion
