11TIGER 計畫：猶豫與惰性氣體取代 CO₂ 的實務研究筆記（Dip-Lift 與 Paternoster 系統）

摘要

• TIGER 計畫旨在尋找在 Dip-Lift 及 Paternoster 系統中，使用惰性氣體（如 Argon、氮氣等）取代高濃度 CO₂ 以提升動物福利與肉品質的可行性。核心目標是在高濃度 CO₂ 的替代氣氛中，同時結合惰性氣體的低抗拒性與 CO₂ 的良好麻醉效率與肉品質。

• 研究在商業 Dip-Lift 系統中安裝了一種新型、已專利的 Begasungstechnik（氣體給入技術），可確保開放式水坑中剩餘氧含量 < 1%（Restsauerstoffgehalt < 1%）。

• 試驗循環分為二個階段：Selektionsphase（VA1，選擇階段）與 Optimierungsphase（VA2，最佳化階段），評估抗拒反應、必要暴露時間、肉品質與出血點等指標。

• 在惰性氣體或氣混氣體相較於高濃度 CO₂ 的情境下，觀察到的抗拒反應（含 vocalisations）較少且發生於 Standvermögen（站立能力喪失）前的時間較短，但需注意暴露時間較 CO₂ 為長。適度 CO₂ 混合氣（例如 20% CO₂）在某些指標上顯示較長的暴露時間，且對肉品質有不利影響的跡象。

• 主要結論為：惰性氣體或其與 CO₂ 的混合氣在某些組成下能顯著降低抗拒反應並維持良好肉品質，且新氣體給入技術具可行性與易裝設性；但經濟性、長暴露時間與顯著的肉品質變化需進一步評估，尤其在 Paternoster 系統的大規模實際運作中。

• 效果與經濟性：預期額外成本約每公斤肉品 1 百分之（1¢/kg），但需同時增加屠宰線的處理能力以補償因延長致昏時間所造成的產能需求。

• 預期未來：在具有多籠的 Paternoster 系統中進一步證實惰性氣體的實務可行性。若後續動物基礎研究與肉品質研究結果仍支持，將有望在屠宰場提升動物福利與肉品穩定性。

研究背景與動機

• 歐盟法規（EG） Nr. 1099/2009 與各國動物福利屠宰法規要求，屠宰前應以使動物快速且盡量減少痛苦的方式，使其進入長時間的失覺狀態。

• 豬隻可採取電擊或氣體致昏，CO₂ 雖廣泛使用，但在致昏初期往往出現抗拒反應與不良肉品質風險，因此被批評與挑戰。

• CO₂ 在高濃度下的致昏雖具效率與同時群體處理的優勢，但其在吸入初期會引發上呼吸道黏膜刺激、呼吸性酸中毒與過度換氣等問題，造成動物福利疑慮。

• 以 Argon、氮氣及其混合氣體作為替代方案，理論上可降低抗拒反應並維持良好致昏效率與肉品質；但實務上仍面臨致昏穩定性、混合氣穩定性及肉品質變化的疑慮。

• TIGER 計畫的核心在於找出一種高濃度的氣氛替代 CO₂，能在控制 Restsauerstoffgehalt < 1% 的前提下，結合 Inertgas 的低抗拒性與 CO₂ 的致昏效率與肉品質，並以可在商業屠宰環境中實施的技術方案實證。

研究目標與設計

• 主要目標：在商業 Dip-Lift 系統中，找出一種可行的高濃度惰性氣體氣氛替代 CO₂，結合惰性氣體低抗拒性與 CO₂ 的致昏效率與肉品質，並探討技術可行性與經濟性。

• 技術方案：安裝新型專利 Begasungsteknik（氣體給入系統），使開放式水坑中剩餘氧含量穩定低於 1%（O₂_r < 0.01）。

• 研究階段：兩階段設計

  • Selektionsphase（VA1，選擇階段）：測試八種氣混氣體，變化暴露時間，於 Dip-Lift 系統中以 Argon、N₂/Ar、0–30% CO₂ 等組合，與高濃度 CO₂ 作為控制組。暴露時間以 60 秒為單位調整。

  • Optimierungsphase（VA2，最佳化階段）：選出兩種最有希望的氣 Atmosphere（Argon 與 0% CO₂ 的 Stickstoff-Argon 混合氣），與高濃度 CO₂ 進行比較，暴露時間採用自適應 Staircase 法（10 秒步進）。

• 重要法規與倫理：本研究在經核准的動物實驗框架下進行（ Az. 22-2684-O4-BFI-21-001），並依據動物福利指標與屠宰肉品質指標進行評估。

實驗材料與方法

• 設備與系統

  • Dip-Lift 系統：商業化的動物裝載與氣體暴露裝置，與新的氣體給入系統結合，能在開放水坑條件下維持 < 1% 的剩餘氧。

  • Paternoster 系統：多籠式屠宰系統，經過新氣體給入技術改裝，亦能在多籠條件下達到低於 1% 的剩餘氧。

• 氣混氣體與暴露時間設計

  • VA1（Selektionsphase）：8 種氣混氣體分組，包含：Argon、N₂/Ar、Argon + CO₂（0%、10%、20%、30%）、N₂ + Ar + CO₂（10%、20%、30%），以及 90% CO₂ 的控制組。

  • VA1 的暴露時間以 60 秒為步進，依據致昏品質與反應決定是否延長。

  • VA2（Optimierungsphase）：選出 Argon 與 N₂/Ar（皆無 CO₂）兩種氣 Atmosphere，對比高濃度 CO₂，暴露時間以自適應 Staircase 法進行，步進為 10 秒。

• 農場與樣本

  • 研究寶樣包含 Phase 1：大約 400 隻豬的選拔與測試，Phase 2：約 900 隻豬的最佳化測試；整體具有遺傳背景組合（如 DanL、 DanE、 NW、 DE 等），並在不同日子與不同族群進行測試。

• 指標與檢測方法

  • 抗拒反應與暴露時間：利用安裝於 Dip-Lift 與觀察員的兩台攝影機紀錄，透過 Open-Source BORIS 軟體由兩位觀察員根據既定行為表（Ethogram）評估事件，記錄對豬隻的抗拒與發聲（vocalisation）等。

  • 麻醉效率（Betäubungseffizienz）：以每籠暴露時間與個體檢查結果，核算是否保證在出籠時仍具失覺能力（Wahrnehmungs-與 Empfindungsvermögen 恢復情形），並以是否符合 bsi-Standard（CO₂ 麻醉效能手冊 2020 版）作現場判定。

  • 肉品質評估（Selektionsphase 及 Optimierungsphase）：在屠宰帶處理後，45 分鐘與 36 小時（選拔階段）或 24 小時（最佳化階段）後，測量以下項目：

  • pH 值、溫度、導電性（electrical conductivity）

  • 存放與煮熟損失（Lagerverlust、Kochverlust）

  • 肉質韌度（Scherkraft，單位 N）

  • 顏色測量（CIE Lab*，每個部位共 6 次測量）

  • 火腿（Schinken）與 肉排（Kotelett）部位在實驗兩階段之分別測定

  • Schinkenbonitur：評估火腿上血點出現的情形，給予 0、5–30、>30 三個分數；分級與視覺評分結合。

  • 吸水與血點分析：檢視 Schinken/肋排的血點與血管變化，並記錄日別差異與基因背景之影響。

• 資料分析與統計方法

  • 以兩階段資料結合分析，運用統計模型推估在不同暴露時間與氣體組合下的麻醉效率與抗拒反應發生率，並估計達到 99.5% 的致昏效率時的底盤暴露時間。

  • 以 95% 信賴區間呈現各指標的變化範圍（如 aversion、Expositionszeit、pH、導電性、Scherkraft、Lager- 與 Kochverlust 等）。

實驗設計與流程要點

• 暴露時間與階段設計

  • Selektionsphase（VA1）：不同氣體組合在 60 秒步進下測試，尋找低抗拒的組合；以暴露時間與致昏品質決定進入 Optimierungsphase 的氣體組合。

  • Optimierungsphase（VA2）：選出 Argon 與 N₂/Ar（無 CO₂）兩種組合，採用自適應 Staircase 法在 10 秒步進下優化暴露時間，並與高濃度 CO₂ 組合比較。

• 指標重點

  • 抗拒反應與暴露時間：測定 argon、nitrogen-rich 等氣體在暴露期間的抗拒行為與發聲，與 CO₂ 控制組相比的差異。

  • 肉品質：包括 pH、溫度、導電性、Scherkraft、色差、以及存放與煮熟期間的損失。

  • 出血點：評估血點密度與分佈，考量日別與基因背景的變異。

• 終點與決策

  • 若某氣體組合在 VA1 表現出顯著較低的抗拒且致昏效果良好，且在 VA2 複核後仍具一致性，即可在實驗群體中進入下一步的實務評估。

結果與討論要點

• 抗拒反應與語音（vocalisations）

  • 與高濃度 CO₂ 相比，惰性氣體與氣混合氣在 Standvermögen 喪失前出現的抗拒行為較少且持續時間較短。以純氬（Argon）為例，暴露期間的抗拒與鳴叫在大多數實驗日子顯著低於 CO₂ 高濃度組，但仍需進一步研究陰影因素（如基因背景）。

  • 以純惰性氣體暴露時，約 25% 的豬在 Standvermögen 喪失前發出鳴叫（vocalisations），而 CO₂ 組別約 13% 類似表現；若以單純抗拒（含鳴叫）計算，惰性氣體組別的抗拒比例約為 CO₂ 組別的三分之一。

  • 從開始抗拒到 Standvermögen 丧失的時間，CO₂ 的時間長度大約是惰性氣體的兩倍。

• 暴露時間與底盤暴露時間

  • 使用純惰性氣體時，必要的底盤暴露時間（Bodenstandzeit der Gondel）顯著長於 CO₂：Argon 約為 250 s，Argon/N₂ 混合約為 240 s，相較 CO₂ 的 180 s。

  • 令人意外的是，含 20% CO₂ 的氣混氣組合，其所需暴露時間在數據中出現了相對最長的趨勢。

• 肉品質與生理指標

  • Selektionsphase：惰性氣體與 CO₂ 控制組在 pH45min 與 pH36h 的表現，差異存在但多數非顯著；未出現 PSE 肉（pH < 5.8）案例。

  • Optimierungsphase：惰性氣體組在 pH45min 的數值較 CO₂ 低；Kotelett 的 pH45min 差異在統計上顯著，但被認為實務意義有限；導電性、Scherkraft、存放損失等指標未顯示與氣體相關的顯著差異；感官檢測亦未顯示顯著差異。

  • 編輯與基因表現：基因表現分析顯示不同致昏氣體對肋排之基因表現差異不大，指示肉品質影響有限。

• 出血點與血管因素

  • 儘管早期研究顯示 Argon 可能提高出血點風險，但本研究 Optimierungsphase 的 378 隻豬中，出血點總數 97 例，CO₂ 與 Argon 組的分佈差異在日別間存在顯著變異，推測血點的出現可能受日別變化與遺傳背景共同影響， vasoconstrictor 等生理機制可能參與其中。

• 結論性觀點

  • 新氣體給入技術在 Dip-Lift 與 Paternoster 系統中能實現低於 1% 的剩餘氧濃度，且可行於商業設置。惰性氣體或無 CO₂ 的混合氣在降低抗拒方面具有顯著優勢，且對肉品質的影響在研究中未顯示實質性不利變化。

  • 但長暴露時間帶來的經濟成本、氣體穩定性與設備需求需評估。附帶說明：外部動物基礎研究若顯示一致性結果，將使惰性氣體在高產能屠宰場的實施成為可能。

肉品質與感官評估重點

• pH、溫度、導電性

  • pH 45 分鐘後與 24/36 小時後的肉品質指標在各氣體組合間變化不大，惰性氣體在某些指標上略偏低，但差異多為統計上之微小差異，實務上不具顯著性。

  • 導電性（Leitfähigkeit）與溶液中的電性參數在 Optimierungsphase 中未顯示對氣體組合的顯著差異。

• 存放與煮熟損失

  • Lagerverlust 與 Kochverlust 在各組別間的差異不顯著，與風險因素較少相符。

• 纖維與肉質結構

  • Scherkraft（韌度）分析結果在不同組別中無顯著實務差異，顏色與感官評估同樣顯示無明顯劣化。

• 火腿與肋排評分

  • Schinkenbonitur 指標顯示血點分佈的差異，與氣體組別及日別有關；血點評分低於臨界值的比例在不同日子間出現波動，暗示基因與生理背景可能影響血點發生。

• 總結

  • 在 Optimierungsphase 的結果顯示，惰性氣體與 CO₂ 高濃度相比，在肉品質與感官品質方面並未出現實質性的劣化，且有助於降低初期抗拒反應。

經濟性與實務應用考量

• 成本與投資

  • 設備與裝置投資：新氣體給入系統改裝約需 30,000–50,000 歐元（ Anlagen- und Betriebskosten 30,000 bis 50,000 €）。

  • 額外成本：因延長致昏時間與增加的氣體消耗，預估每公斤肉品的額外成本約為
    $ext{ΔCost} \approx 0.01 ext{ €/kg}$

  • 因應較長的致昏時段，需在屠宰線上增設額外的致昏能力以維持生產線效率，這部分的成本亦可能達到約 $0.005–0.01 ext{ €/kg}$。

• 氣體與效率

  • Argon 與氮- Argon 混合氣比 CO₂ 更昂貴，且暴露時間長度較 CO₂ 顯著增加；但在動物福利與抗拒方面的潛在益處可能抵銷部分成本。

  • 以 Argon 為例，100 倍成本的差異、與 CO₂ 相比，需要評估長期的經濟性效益。

• 實務落地條件

  • 要維持屠宰線的效率，必須另外增設致昏的能力與 gas handling 設備，並確保氣體供應與系統穩定性。

  • 在 Paternoster 系統的實務應用，現場試驗顯示新技術仍具可行性，但需要更多的動物基礎研究以確定對日間與產品品質的穩定性影響。

研究伙伴與角色分工

• Friedrich-Loeffler-Institut (FLI) – Tierschutz與 Tierhaltung（動物福利與動物飼育）專家，提供動物 Welfare 指標設計、統計分析、肉品質評估、感官與分子生物學研究等。

• 亞非德大學 Göttingen（Georg-August-Universität Göttingen） – Nutztierwissenschaften（家畜科）及肉類科學，參與肉品質評價、導電性與感官測試、統計模型分析。

• Air Liquide Deutschland GmbH – 氣體供應與技術提供；提供新氣體給入系統、感測器與自動化軟體整合。

• Vion Perleberg GmbH（屠宰場運營與實務合作夥伴） – 提供實務場域、現場測試與數據蒐集，以及氣體與系統的在地實施經驗。

• 專家與研究人員：Dr. Inga Wilk、Dr. Jonas Knöll、Julia Gelhausen、Ansgar Rinklake、Prof. Dr. Jens Tetens、Prof. Dr. Daniel Mörlein 等，參與研究設計、資料分析、肉品質分析、感官評估與技術開發。

法規與倫理背景

• 根據歐盟 Tierschutz-Schlachtverordnung 與相關法規，屠宰前需讓動物迅速且盡量減少痛苦地失去覺知與感知能力；CO₂ 致昏在高濃度情境中存在抗拒反應，因此尋找替代方案是法規遵循與動物福利提升的研究方向。

• 本研究遵循國家動物實驗法規與動物福利規範，且經審核通過（Az. 22-2684-O4-BFI-21-001）。

結論與展望

• 現階段結論

  • 惰性氣體（Argon、N₂/Ar 等）及其混合氣體在實務條件下能在 Dip-Lift 與 Paternoster 系統中實現低於 1% 的剩餘氧，並顯著降低初期抗拒反應與鳴叫，與 CO₂ 高濃度相比，具有動物福利上的潛在優勢。

  • 肉品質與感官品質在實驗中未顯示有顯著不利影響，且在某些指標上較 CO₂ 控制組更穩定。

• 待解決的議題

  • 長期經濟性與大規模商業化的成本效益分析，特別是在高層級屠宰線上的運作與氣體供應成本。

  • 氣混氣比例（如 20% CO₂ 的混合）在肉品質與日間變異方面的風險需更全面評估。

  • Paternoster 系統中動物基礎研究的綜合結果需完成，以確定多籠場景下的穩定性與可行性。

• 展望

  • TIGER 計畫顯示惰性氣體在商業屠宰條件下具提升動物福利與維持肉Quality 的潛力，未來可透過技術迭代、經濟性評估與動物基礎研究，推動在更高產能屠宰場的實務應用。

參考與來源概覽

• 記載於 TIGER 設計手冊與研究報告，涵蓋以下要點：法規背景、技術系統、實驗設計、暴露時間與氣體組合、抗拒反應與肉品質指標、經濟性評估、以及不同系統（Dip-Lift 與 Paternoster）的實務測試。

• 主要參考資料與文獻包括：EFSA、Hartig 等動物福利研究、LAV 手冊、以及多篇 Meat Science、Fleischwirtschaft、Animal Welfare 的相關報告與文章。

附註：關鍵公式與數據摘要

• 剩餘氧含量（Restsauerstoffgehalt）限制： ext{O}_2 < 0.01 ext{ (即 } <1 ext{%)}

• 期望的致昏失效率： ext{FBR} < 0.005 ext{（即 <0.5%）}

• 額外成本估計：$ext{ΔCost per kg} \approx 0.01 ext{ €/kg}$，並可能因系統擴充與氣體供應而增加至近似 $0.005-0.01 ext{ €/kg}$ 的區間。

• 研究階段與樣本量概覽

  • VA1：約 400 隻豬（Phase 1），以多組氣體測試與 60 秒步進暴露時間。

  • VA2：約 900 隻豬（Phase 2），選出 Argon 與 0% CO₂ 的混合氣，採自適應 Staircase（10 秒步進）進行暴露時間最佳化。

• 主要測試指標的單位與範圍

  • pH 值、溫度、導電性（mS/cm），時間點：45 分鐘、36 小時（Selektionsphase）、24 小時（Optimierungsphase）。

  • 體組成與肉品質：Scherkraft（N，韌度），Lab* 色度，Lagerverlust、Kochverlust。

  • 出血點的分數與日別差異（血點 Scores）。

• 風險與倫理管理

  • 氣體暴露期間需控管，避免長時間暴露導致不良副作用；抗拒行為與鳴叫作為動物福利指標的重要性。

重要術語整理

• Dip-Lift 系統：裝有水坑與吊籠運輸機構的氣體致昏裝置，適用於快速且群體同時處理。

• Paternoster 系統：多籠式輸送與致昏系統，具有高產能屠宰的實務優點。

• 只 CO₂：指高濃度 CO₂ 致昏的常見做法及其局限。

• Inertgas：惰性氣體，如 Argon、N₂，及其混合氣。

• 服行與倫理：動物福利指標、抗拒反應、鳴叫、暴露時間與致昏效率的平衡。

• Bödenstandzeit：吊籠在地面上的穩定暴露時間，用以確保指定的致昏效果。

• Schinkenbonitur：火腿的外觀評分，血點數與風味相關的評估。

• 返血點（Einblutungen）：肉塊中出血點的出現情況，與日別與基因背景相關。

說明：以上筆記根據提供的 TIGER 專題報告摘要整理，涵蓋研究目的、實驗設計、氣體組合、暴露時間、抗拒反應、肉品質評估、經濟性與實務應用、研究伙伴與法規背景等重點，並以傳統中文撰寫，並以 LaTeX 形式提供相關數值與公式。若需要更細分的逐頁逐點摘錄或新增圖表說明，歡迎再告知。