Большинство владельцев домашних животных кормят своих питомцев коммерческими кормами. Преимуществами коммерческого корма являются комплексное и богатое питание, удобство употребления и другие. В зависимости от способа обработки и содержания воды корм для животных делится на сухой, полувлажный и консервированный; а по текстуре — на смешанный, мягкий влажный и сухой. Иногда бывает сложно изменить пищевое поведение питомца, даже если новый корм сбалансирован и отвечает его потребностям.
Сухой корм для домашних животных обычно содержит от 10% до 12% воды. Сухой корм также включает в себя грубый порошковый корм, гранулированный корм, грубый молотый корм, экструдированный воздушный корм и выпеченный корм, среди которых наиболее распространенным и популярным является экструдированный воздушный корм. Сухой корм для домашних животных в основном состоит из зерновых, зерновых субпродуктов, соевых продуктов, продуктов животного происхождения, животных субпродуктов (включая молочные субпродукты), жиров, витаминов и минералов. Сухой корм для кошек обычно экструдируется. У кошек нет ступок, поэтому гранулы корма для кошек должны быть сформированы и иметь размер для резки резцами, а не для измельчения молярами, и процесс экструзии хорошо подходит для выполнения этого особого требования (Rokey и Huber, 1994) (Nrc 2006).
Сухой воздушный корм
01: Принцип экструзионного расширения
Процесс выдува заключается в смешивании различных порошков в соответствии с разработанной формулой, последующей обработке паром и последующей экструзии под высоким давлением и температурой после выдержки. Затем на выходе из экструзионной камеры происходит резкое снижение температуры и давления в матрице, что приводит к быстрому расширению частиц продукта и их резке в требуемую трехмерную форму резаком.
Процесс вспенивания можно разделить на сухой и мокрый в зависимости от количества добавляемой воды. По принципу работы он может быть разделен на экструзионное вспенивание и газовое вспенивание под горячим прессом. Экструзия и вспенивание – это процесс кондиционирования и закалки материалов, непрерывного выдавливания под давлением, резкого снижения давления и расширения объёма.
В настоящее время большая часть кормов для собак, продаваемых на рынке, производится методом экструзии и вдувания. Процесс экструзии и вдувания позволяет достичь высокой степени желатинизации крахмала в корме, что улучшает его усвояемость домашними животными (Mercier and Feillit, 1975) (Nrc 2006).
02: Процесс экструзии и выдувания
Метод типичной современной экструзионной системы заключается в предварительной обработке различных порошков паром и водой для закалки и темперирования, что приводит к размягчению материалов, желатинизации крахмала и денатурации белка. В процессе производства кормов для домашних животных иногда добавляют мясной шлам, патоку и другие вещества для улучшения вкусовых качеств.
Кондиционер — наиболее распространённое кондиционирующее оборудование для производства гранулированных кормов. Паровое кондиционирование — важнейший фактор в процессе гранулирования, а количество добавляемого пара зависит от содержания связанной воды в корме и его типа. При кондиционировании необходимо, чтобы материал и водяной пар находились в кондиционере достаточно долго, чтобы вода полностью проникла в материал. Если время слишком короткое, вода не сможет проникнуть в материал, а останется только на поверхности в виде свободной воды. Это не способствует выполнению последующих технологических процессов.
Кондиционирование паром имеет ряд преимуществ:
①Снижение трения и продление срока службы пресс-пленки. При закалке вода может проникать в материал и использоваться в качестве смазки для уменьшения трения между материалом и пресс-пленкой, тем самым уменьшая потери пресс-пленки и продлевая срок службы.
② Повышение производительности. Если содержание влаги в процессе экструзии слишком низкое, вязкость между различными компонентами материала будет низкой, а формовочная способность также будет низкой. Повышение содержания влаги может значительно увеличить производительность гранул, а при положительном эффекте производительность может быть увеличена на 30%.
③ Снижение энергопотребления. При низком содержании влаги увеличивается энергопотребление последующей экструзии и других процессов, а количество операций может быть сокращено при производстве того же количества продукта после обработки паром, что снижает энергопотребление.
④ Улучшение качества частиц. Контроль количества водяного пара, добавляемого в зависимости от типа сырья во время закалки, может улучшить качество гранул.
⑤ Повышение безопасности пищевых продуктов. В процессе паровой обработки высокотемпературный пар, добавляемый в продукты питания, может уничтожить различные патогенные микроорганизмы, содержащиеся в различных кормовых материалах, и повысить безопасность пищевых продуктов.
Различные порошки после кондиционирования напрямую отправляются в экструзионную камеру экструдера, и добавляются дополнительный пар, вода, а иногда и грубый порошок зерна, мясная суспензия и т. д. Экструзионная камера является основной частью экструзионной системы, и большинство задач всей системы выполняются этой частью. Она содержит шнек, рукав и фильеру и т. д. Этот компонент определяет, будет ли экструдер одношнековым или двухшнековым, если у него два параллельных вала, это будет двухшнековый экструдер, если у него только один, то это будет одношнековый экструдер. Основная функция этой части - смешивание и варка ингредиентов, и она может быть заполнена водой или газом в соответствии с фактической ситуацией. Экструзионная камера разделена на загрузочную часть, смесительную часть и варочную часть. Секция смешивания - это вход, через который закаленный порошок поступает в камеру экструзии, и плотность сырья в это время очень низкая; когда внутреннее давление в секции смешивания увеличивается, плотность сырья также постепенно увеличивается, а температура и давление в секции варки резко возрастают. Структура сырья начала меняться. Трение между порошком и стенкой цилиндра, шнеком и порошком становится все больше и больше, и различные порошки варятся и созревают под комбинированным воздействием трения, усилия сдвига и нагревания. Температура в камере экструзии может желатинизировать большую часть крахмала и инактивировать большинство патогенных микроорганизмов.
Некоторые производители кормов для домашних животных в настоящее время добавляют мясную кашицу в процесс экструзии, что позволяет использовать в рецептах свежее мясо вместо сухого. Благодаря более высокому содержанию влаги в необработанном мясе, это позволяет увеличить долю животного сырья в составе корма. Увеличение содержания свежего мяса, по крайней мере, даёт людям ощущение высокого качества.
Процесс экструзии имеет ряд преимуществ:
①Высокая температура и высокое давление, создаваемые в процессе экструзии, позволяют эффективно стерилизовать;
② Значительно повышает степень расширения крахмала. Имеются данные, что процесс экструзии может повысить степень расширения крахмала более чем на 90%, что значительно улучшает усвояемость крахмала домашними животными.
③ Различные белки в сырье денатурируются для улучшения усвояемости белка;
④ Устранение различных антипитательных факторов в кормовых материалах, таких как антитрипсин в соевых бобах.
На выходе экструдера установлена матрица, и когда экструдированное сырье проходит через неё, объём быстро увеличивается из-за резкого падения температуры и давления. Изменяя отверстия матрицы, производители кормов для домашних животных могут выпускать корма самых разных форм, размеров и цветов. Эта возможность комбинирования очень важна по мере развития рынка, но мало что может измениться с точки зрения соответствия пищевой ценности корма для животных.
Воздушный продукт нарезается на гранулы определённой длины роторным резаком. Резак оснащён от 1 до 6 лезвиями. Для регулировки скорости вращения резак обычно приводится в движение небольшим двигателем.
Содержание жира в сухом экструдированном корме для домашних животных варьируется от 6% до более чем 25%. Однако слишком высокое содержание жира не может быть добавлено в процесс экструзии, потому что высокая температура и высокое давление в процессе экструзии повлияют на ненасыщенные жирные кислоты, а также повлияют на экструзию и формование пищевых продуктов. Поэтому метод распыления жира на поверхность после вдувания обычно используется для увеличения содержания жира в продукте. Горячий жир, распыляемый на поверхность воздушного корма, легко впитывается. Количество впрыскиваемого топлива можно регулировать, регулируя скорость производства и скорость добавления жира, но этот метод подвержен большим погрешностям. Недавно был разработан метод управления, который может регулировать количество добавляемого жира. Эта система включает в себя систему регулирования скорости и систему масляного насоса с положительным давлением впрыска, ее погрешность составляет в пределах 10%. При распылении необходимо, чтобы содержание жира составляло более 5%, иначе равномерное распыление невозможно. Для улучшения восприятия корма домашними животными на поверхность корма часто наносят протеиновые добавки и/или ароматизаторы (Corbin, 2000) (Nrc2006).
После завершения экструзии и вдувания его необходимо высушить, чтобы удалить пар и воду, впрыснутые во время процесса экструзии. Как правило, влажность корма может достигать 22–28% во время обработки, а после обработки его необходимо высушить, чтобы влажность достигла 10–12%, чтобы адаптироваться к сроку годности продукта. Процесс сушки обычно завершается с помощью сушилки непрерывного действия с отдельным охладителем или комбинацией сушилки и охладителя. Без надлежащей сушки экструдированный корм для домашних животных может испортиться, с микробным цветением и ростом грибков с угрожающей скоростью. Большинство этих микроорганизмов могут вызывать заболевания у кошек и собак, например, даже небольшое количество токсинов, производимых плесенью в пакете с собачьим кормом, может повлиять на собак. Обычной мерой количества свободной воды в корме для домашних животных является индекс активности воды, который определяется как равновесное отношение локального давления воды к давлению пара на поверхности корма при одинаковой температуре. Как правило, большинство бактерий не могут расти, если активность воды ниже 0,91. Если активность воды ниже 0,80, большинство плесневых грибов также не могут расти.
Очень важно контролировать влажность продукта в процессе сушки корма для домашних животных. Например, при влажности продукта от 25% до 10% для производства 1000 кг сухого корма необходимо испарить 200 кг воды, а при влажности от 25% до 12% для производства 1000 кг корма требуется испарить всего 173 кг воды. Большинство кормов для домашних животных сушат в кольцевых конвейерных сушилках.
03: Преимущества экструдированного воздушного корма для домашних животных
Помимо хороших вкусовых качеств, воздушный корм для домашних животных имеет ряд других преимуществ:
①Высокая температура, высокое давление, высокая влажность и различные механические воздействия в процессе вспучивания корма могут значительно повысить степень клейстеризации крахмала в корме, денатурировать содержащийся в нем белок и одновременно разрушать липазу, вырабатываемую различными микроорганизмами, делая жир более стабильным. Это способствует улучшению усвояемости животных и повышению скорости использования корма.
②Высокая температура и высокое давление сырья в экструзионной камере способны убивать множество патогенных микроорганизмов, содержащихся в сырье, благодаря чему пищевая продукция может соответствовать соответствующим гигиеническим требованиям и предотвращать различные заболевания пищеварительного тракта, вызванные употреблением в пищу пищевых продуктов.
③Экструзия и выдувание позволяют производить гранулированные продукты различной формы, например, корм для кошек может иметь форму рыб, а корм для собак может иметь форму мелких костей, что может повысить аппетит у домашних животных.
④ С помощью вдыхания можно улучшить усвояемость пищи, а также усилить ее вкусовые качества и аромат, что особенно важно для молодых собак и кошек, органы пищеварения которых еще не развиты.
⑤Содержание воды в сухом экструдированном гранулированном корме составляет всего 10–12 %, что позволяет хранить его в течение длительного времени, не вызывая появления плесени.
04: Влияние экструзии на усвояемость питательных веществ
Процесс экструзии кормов для домашних животных оказывает значительное влияние на усвояемость различных питательных веществ, особенно крахмала, белков, жиров и витаминов.
Крахмал подвергается клейстеризации под комбинированным действием высокой температуры, высокого давления и влаги во время темперирования и экструзии. Специфика процесса заключается в том, что крахмал в порошковой смеси начинает поглощать воду и растворяться из-за парового кондиционирования и теряет первоначальную кристаллическую структуру. В процессе экструзии, с дальнейшим повышением влажности, температуры и давления, эффект набухания крахмала еще больше усиливается, и в определенной степени гранулы крахмала начинают разрываться, и в это время крахмал начинает клейстеризоваться. Когда экструдированный материал выдавливается из фильеры, поскольку давление внезапно падает до атмосферного, гранулы крахмала резко лопаются, и степень клейстеризации также резко увеличивается. Температура и давление в процессе экструзии напрямую влияют на степень клейстеризации крахмала. Mercier et al. (1975) обнаружили, что при содержании воды 25% оптимальная температура расширения кукурузного крахмала составляла 170–200 °C. В этом диапазоне усвояемость крахмала in vitro после клейстеризации могла достигать 80%. По сравнению с усвояемостью до увеличения (18%) она значительно увеличилась на 18%. Чанг и др. (1977) обнаружили, что степень клейстеризации крахмала увеличивалась с повышением температуры в диапазоне 65–110 °C, но степень клейстеризации крахмала уменьшалась с увеличением скорости подачи.
Процесс парового кондиционирования и экструзии также оказывает значительное влияние на усвояемость белка, и общая тенденция заключается в изменении структуры белка в направлении, благоприятном для пищеварения животных. Под действием парового кондиционирования и механического давления белок денатурируется, образуя гранулы, и его растворимость в воде снижается. Чем выше содержание белка, тем сильнее снижается растворимость в воде.
Желатинизация крахмала также оказывает значительное влияние на водорастворимость белка. Желатинизированный крахмал образует вокруг белка обертывающую мембранную структуру, что приводит к снижению его водорастворимости.
После расширения белка его структура также изменяется, и его четвертичная структура разрушается до третичной или даже вторичной, что значительно сокращает время гидролиза белка во время пищеварения. Однако глутаминовая или аспарагиновая кислота внутри белка будет реагировать с лизином, что снижает скорость использования лизина. Реакция Майяра между ε-аминогруппой аминокислот и сахарами при более высоких температурах также снижает усвояемость белков. Антипитательные факторы в сырье, такие как антитрипсин, также разрушаются при нагревании, что с другой стороны улучшает усвояемость белка животными.
В течение всего процесса производства содержание белка в продукте питания практически не меняется, а эффективность аминокислот существенно не меняется.
Время публикации: 02 марта 2023 г.