本文为大家介绍干性膨化宠物食品的生产工艺流程及挤压膨化对营养物质消化率的影响。

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挤压膨化的原理

膨化过程是按设计好的配方将各种粉料混合,然后经过蒸汽调质,熟化后经高温高压挤压,然后在挤压室出口的冲模处因温度、压力突然降低,产品颗粒急剧膨胀,并被切刀切成要求的三维形状。

膨化过程按添加水分的多少不同可分为干法膨化和湿法膨化两种;按工作原理的不同可分为挤压膨化和气体热压膨化。挤压膨化是对物料进行调质,连续增压挤出、骤然降压、体积膨大的工艺操作。

目前市场上大多数销售的犬粮都是通过挤压膨化生产制作,挤压膨化制作过程能使食粮中淀粉达到一个适宜的高水平的糊化度,以增强宠物对淀粉的消化率(Mercier and Feillit,1975)(NRC 2006)。

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挤压膨化的过程详述

典型的现代挤压膨化系统的方法首先是通过加入蒸气和水调质预处理各种粉料,使物料软化、其中淀粉被糊化、蛋白质也变性。在宠物食品的生产过程中有时还加入肉浆,糖蜜等物质以提高适口性。

调质器是生产颗粒饲料最常用的调质设备。蒸汽调质是制粒工程中最重要的影响因素,水蒸气的添加量取决于饲料结合水的含量和饲料的种类。调质时要求物料和水蒸气在调质器内有足够长的停留时间,使水分能充分渗透到物料内部,若时间太短水分不能渗透进入物料,而只是以游离水的形式停留在表面则不利于后续工艺的操作。

调质后的各种粉料直接送入挤压机的挤压室内,并通入额外的蒸气、水,有时还加入谷物类粗粉浆液、肉浆等。挤压室是挤压系统的核心部分,整个系统的大部分任务由这部分完成。它包含螺杆,套筒和冲模等。这一组件将决定挤压机是单螺杆还是双螺杆,若有两个平行轴则为双螺杆挤压机,若只有一个则为单螺杆挤压机。这一部分的主要作用是混合并烹制原料,实际可根据具体情况来充水或充气。挤压室分为进料部、混合部、蒸煮部。混合部是调质后的粉料进入挤压室的入口部位,此时的原料密度很低;在混合部内部压力增加,原料密度也逐渐增加,在蒸煮部温度和压力都急剧增加,各种原料结构开始发生变化。粉料与机筒壁、螺旋杆,以及粉料之间的摩擦力越来越大,各种粉料在摩擦力、剪切力及加热的综合作用下蒸煮熟化。挤压室内温度能使大部分淀粉都糊化,绝大部分病原微生物都灭活。

目前部分宠物食品生产商在挤压过程中加入肉浆,这就使得鲜肉可以运用到配方中去,而不是单单用干肉。因为没有处理过的肉的水分含量较高,这就允许饲料原料成分中的动物性原料的比例增加。

挤压机的出口处有冲模,被挤压的原料通过冲模时因温度、压力突然降低而导致体积发生急剧膨胀。通过更换模孔,宠物食品生产商可以生产出多种形状、尺寸大小和颜色的组合的宠物食品。这种实际组合能力在市场的发展过程中是非常重要的,但是在满足宠物食品营养的适当性方面并没有太多可以改变。

膨化的产品被旋转切刀切成一定长度的颗粒。切刀安装有1~6把刀片,为了调节其转速,切刀通常单独由一台小电动机驱动。

干性膨化宠物食品的脂肪含量变化在6%~超过25%。但是在挤压膨化过程中不能加入太高含量的脂肪,因挤压过程的高温高压对不饱和脂肪酸有影响,同时对挤压膨化、食品成型也有影响。所以一般都采用膨化后表面喷涂脂肪的方法来增加产品的脂肪含量。热的脂肪喷涂到膨化的食品表面很容易被吸收。通过调节生产速度和脂肪添加速度可调节喷油量,但是这种方法添加方法容易出现较大误差,最近开发出了可调节脂肪添加量的控制方法,此系统包括调速系统和正压式喷油泵系统,其误差在10%以内。喷涂时要求脂肪达到5%以上,否则不能喷涂均匀。在宠物食品表面喷涂蛋白消化物和(或)风味物质以增强宠物对该食品的接受性是很普遍的(Corbin,2000)(NRC2006)。

挤压膨化完成后,需要通过烘干来除去挤压过程中注入的蒸气和水。一般在加工过程中食品中的水分能达到22%~28%,加工完成后需烘干使水分达到10%~12%以适应产品的货架期。烘干过程一般采用带有分离冷却器的连续干燥器或者是干燥器-冷却器相组合的方式来完成的。没有进行恰当的烘干,挤压过的宠物食品可能会变坏,微生物大量繁殖,而且真菌生长速度惊人。这些微生物的大部分都会使猫和狗染上疾病,比如说,在一袋犬粮里,即使很少量的霉菌产生的毒素也会对狗产生影响。常用的度量宠物食品中自由水的量是采用水活性这个指标,水活性被定义为在相同温度下宠物食品表面局部的水压与蒸气压的平衡比值。在一般情况下,如果水活性低于0.91,大部分细菌不能生长。如果水活性低于0.80,大部分霉菌也不能生长。

宠物食品干燥过程中控制产品的含水量非常重要,如将产品湿度由25%干燥到10%时必须蒸发掉200kg水分才能产生1000kg的干燥食物,而湿度由25%干燥到12%时生产1000kg的干燥食品只需蒸发掉173kg的水分。大多数的宠物食品都是在环流传送的干燥机里被干燥的。

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挤压膨化宠物食品的优点

膨化宠物食品除具有适口性好的优点外还具有其它一系列优点:

①食品膨化过程中的高温、高压、高湿和各种机械作用,能够明显提高饲料中淀粉的糊化度,使其中的蛋白质变性,同时破坏各种微生物产生的脂肪酶使脂肪更加稳定,有利于提高动物的消化率和食品的利用率。

②原料经由挤压室的高温、高压后可杀死原料中含有的多种致病微生物,使食品满足有关卫生方面的要求,预防饲喂食品引起的各种消化道疾病。

③挤压膨化可生产出多种形状的颗粒产品,比如猫粮可生产成鱼形、犬粮可生产成小骨头状,提高宠物采食的欲望。

④通过膨化可改善食品的消化率,增强食品适口性和香味,这对消化器官尚不发达的幼龄犬猫来说特别重要。

⑤干性膨化颗粒饲料含水量仅为10%-12%,可以长时间保存而不引起霉变。

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挤压膨化对营养物质消化率的影响

宠物食品的挤压膨化过程对多种营养物质的消化率都有明显影响,特别是对淀粉、蛋白质、脂肪、维生素有重要影响。

淀粉在调质、挤压过程中的高温、高压、及水分的综合作用下发生糊化。具体过程为从蒸汽调质开始粉料混合物中淀粉开始吸收水分溶解,并失去原有的晶体状结构。在挤压过程中,随着水分、温度、压力的进一步增加,淀粉的溶胀作用也进一步加剧,到一定程度时淀粉粒开始破裂,此时淀粉开始糊化。当挤压的物料被挤压出冲模时,因压力突然降到大气压,淀粉粒急剧破裂,糊化度也相应急剧提高。挤压过程中的温度、压力大小直接影响着淀粉的糊化度。Mercier等(1975)发现含水量为25%时玉米淀粉的最佳膨化温度在170~200oC,在此范围内糊化后淀粉的体外消化率能达到80%,相对于膨化前消化率(18%)有极大提高18%。Chiang等(1977)发现在65~110oC范围内淀粉糊化度随温度升高而升高,但随着送料速度的增加淀粉糊化度下降。

蒸汽调质、挤压膨化过程对蛋白质的消化率也有显著影响,总体趋势是使蛋白质向着有利于动物消化的方向转变。在蒸气调质、机械压力的作用下蛋白质发生变性形成颗粒状,水溶性降低。蛋白质含量越高其水溶性降低越多。

淀粉的糊化对蛋白质的水溶性也有明显影响,糊化的淀粉在蛋白质周围形成一层包裹性的膜结构导致蛋白的水溶性下降。

蛋白质经膨化后其结构也发生变化,其四级结构降解为三级,甚至二级结构,使消化时蛋白质的水解时间大大缩短。但是蛋白内部的谷氨酸或天门冬氨酸会与赖氨酸发生反应,这种反应则降低了赖氨酸的利用率。在较高的温度下氨基酸的ε-氨基与糖类发生美拉德反应也降低了蛋白质的消化率。加热时原料中的抗营养因子,如抗胰蛋白酶也被破坏,这从另一个方面提高了动物对蛋白质的消化率。

在整个生产过程中食品中的蛋白质含量基本不变,氨基酸的效价变化也不明显。

膨化对脂肪的影响主要表现在三个方面:

①原料中的多种微生物在天然条件下可产生多种脂肪酶,在这些酶的作用下食品原料中的脂肪被加速分解,但是这些脂肪酶对热敏感,在50~75oC的条件下很容易失活,因而提高食品中脂肪的稳定性;

②食品原料中脂肪酸氧化酶在挤压膨化的高温、高压作用下失活,从而使脂肪酸,特别是不饱和脂肪酸被氧化导致酸败的速度大为降低。

③在各种类型犬、猫食品的生产的挤压过程中会产生一种淀粉-脂质复合物。

这种复合物的结构最初由Charbonnier在1973年报道,目前已被定义为直链淀粉—脂质复合物(Asp and Bjorck,2000)。虽然这种复合物干扰食品中粗脂肪的分析测定,但对淀粉或脂质的可利用率影响不大。

蒸汽调质和挤压膨化过程中温度、水分、压力、光、热等因素都影响维生素稳定性。挤压过程中的摩擦作用能够破坏保护维生素晶体的保护层,从而使维生素直接暴露而发生氧化-还原反应被破坏。挤压过程中的压力则会严重破坏脂溶性维生素表面的凝胶、淀粉包被。如高活性的维生素A在犬食品挤压膨化过程中损失达40%。所以维生素中一般都含有抗氧化剂,目前宠物食品中一般采用加大维生素C和维生素E的含量来起到抗氧化的作用。膨化使各种脂溶性维生素比B族维生素和维生素C要稳定。为确保最终产品中维生素含量能满足宠物的要求,要求宠物食品生产商在添加维生素时把蒸汽调质、挤压膨化过程中损失的维生素计算在内以保证最终产品中维生素含量。不同的维生素可采用不同的添加方式,如稳定性较好的维生素可在调质前就加入,而对于稳定性差的维生素则可在喷油后再表面喷涂。

制造宠物食品的各种原料中所含的粗纤维也受到挤压膨化过程的影响。粗纤维中可能包含有脂肪、蛋白质、糖类等营养素,在挤压膨化时由于各种因素的综合作用,可能使部分化学键断裂,原有的紧密结构受破坏,释放出部分被包围的营养物质,提高饲料消化率。

食品原料中的除孢子外的绝大多数有害微生物在高温、高压的环境中基本都被杀死,增强了食品的安全性。

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