本文為大家介紹干性膨化寵物食品的生產(chǎn)工藝流程及擠壓膨化對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響。
01
擠壓膨化的原理
膨化過(guò)程是按設(shè)計(jì)好的配方將各種粉料混合，然后經(jīng)過(guò)蒸汽調(diào)質(zhì)，熟化后經(jīng)高溫高壓擠壓，然后在擠壓室出口的沖模處因溫度、壓力突然降低，產(chǎn)品顆粒急劇膨脹，并被切刀切成要求的三維形狀。
膨化過(guò)程按添加水分的多少不同可分為干法膨化和濕法膨化兩種；按工作原理的不同可分為擠壓膨化和氣體熱壓膨化。擠壓膨化是對(duì)物料進(jìn)行調(diào)質(zhì)，連續(xù)增壓擠出、驟然降壓、體積膨大的工藝操作。
目前市場(chǎng)上大多數(shù)銷售的犬糧都是通過(guò)擠壓膨化生產(chǎn)制作，擠壓膨化制作過(guò)程能使食糧中淀粉達(dá)到一個(gè)適宜的高水平的糊化度，以增強(qiáng)寵物對(duì)淀粉的消化率（Mercier and Feillit，1975）(NRC 2006)。
02
擠壓膨化的過(guò)程詳述
典型的現(xiàn)代擠壓膨化系統(tǒng)的方法首先是通過(guò)加入蒸氣和水調(diào)質(zhì)預(yù)處理各種粉料，使物料軟化、其中淀粉被糊化、蛋白質(zhì)也變性。在寵物食品的生產(chǎn)過(guò)程中有時(shí)還加入肉漿，糖蜜等物質(zhì)以提高適口性。
調(diào)質(zhì)器是生產(chǎn)顆粒飼料最常用的調(diào)質(zhì)設(shè)備。蒸汽調(diào)質(zhì)是制粒工程中最重要的影響因素，水蒸氣的添加量取決于飼料結(jié)合水的含量和飼料的種類。調(diào)質(zhì)時(shí)要求物料和水蒸氣在調(diào)質(zhì)器內(nèi)有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，使水分能充分滲透到物料內(nèi)部，若時(shí)間太短水分不能滲透進(jìn)入物料，而只是以游離水的形式停留在表面則不利于后續(xù)工藝的操作。
調(diào)質(zhì)后的各種粉料直接送入擠壓機(jī)的擠壓室內(nèi)，并通入額外的蒸氣、水，有時(shí)還加入谷物類粗粉漿液、肉漿等。擠壓室是擠壓系統(tǒng)的核心部分，整個(gè)系統(tǒng)的大部分任務(wù)由這部分完成。它包含螺桿，套筒和沖模等。這一組件將決定擠壓機(jī)是單螺桿還是雙螺桿，若有兩個(gè)平行軸則為雙螺桿擠壓機(jī)，若只有一個(gè)則為單螺桿擠壓機(jī)。這一部分的主要作用是混合并烹制原料，實(shí)際可根據(jù)具體情況來(lái)充水或充氣。擠壓室分為進(jìn)料部、混合部、蒸煮部?；旌喜渴钦{(diào)質(zhì)后的粉料進(jìn)入擠壓室的入口部位，此時(shí)的原料密度很低；在混合部?jī)?nèi)部壓力增加，原料密度也逐漸增加，在蒸煮部溫度和壓力都急劇增加，各種原料結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生變化。粉料與機(jī)筒壁、螺旋桿，以及粉料之間的摩擦力越來(lái)越大，各種粉料在摩擦力、剪切力及加熱的綜合作用下蒸煮熟化。擠壓室內(nèi)溫度能使大部分淀粉都糊化，絕大部分病原微生物都滅活。
目前部分寵物食品生產(chǎn)商在擠壓過(guò)程中加入肉漿，這就使得鮮肉可以運(yùn)用到配方中去，而不是單單用干肉。因?yàn)闆](méi)有處理過(guò)的肉的水分含量較高，這就允許飼料原料成分中的動(dòng)物性原料的比例增加。
擠壓機(jī)的出口處有沖模，被擠壓的原料通過(guò)沖模時(shí)因溫度、壓力突然降低而導(dǎo)致體積發(fā)生急劇膨脹。通過(guò)更換?？祝瑢櫸锸称飞a(chǎn)商可以生產(chǎn)出多種形狀、尺寸大小和顏色的組合的寵物食品。這種實(shí)際組合能力在市場(chǎng)的發(fā)展過(guò)程中是非常重要的，但是在滿足寵物食品營(yíng)養(yǎng)的適當(dāng)性方面并沒(méi)有太多可以改變。
膨化的產(chǎn)品被旋轉(zhuǎn)切刀切成一定長(zhǎng)度的顆粒。切刀安裝有1～6把刀片，為了調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，切刀通常單獨(dú)由一臺(tái)小電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
干性膨化寵物食品的脂肪含量變化在6%～超過(guò)25%。但是在擠壓膨化過(guò)程中不能加入太高含量的脂肪，因擠壓過(guò)程的高溫高壓對(duì)不飽和脂肪酸有影響，同時(shí)對(duì)擠壓膨化、食品成型也有影響。所以一般都采用膨化后表面噴涂脂肪的方法來(lái)增加產(chǎn)品的脂肪含量。熱的脂肪噴涂到膨化的食品表面很容易被吸收。通過(guò)調(diào)節(jié)生產(chǎn)速度和脂肪添加速度可調(diào)節(jié)噴油量，但是這種方法添加方法容易出現(xiàn)較大誤差，最近開(kāi)發(fā)出了可調(diào)節(jié)脂肪添加量的控制方法，此系統(tǒng)包括調(diào)速系統(tǒng)和正壓式噴油泵系統(tǒng)，其誤差在10%以內(nèi)。噴涂時(shí)要求脂肪達(dá)到5%以上，否則不能噴涂均勻。在寵物食品表面噴涂蛋白消化物和（或）風(fēng)味物質(zhì)以增強(qiáng)寵物對(duì)該食品的接受性是很普遍的(Corbin，2000)(NRC2006)。
擠壓膨化完成后，需要通過(guò)烘干來(lái)除去擠壓過(guò)程中注入的蒸氣和水。一般在加工過(guò)程中食品中的水分能達(dá)到22%～28%，加工完成后需烘干使水分達(dá)到10%～12%以適應(yīng)產(chǎn)品的貨架期。烘干過(guò)程一般采用帶有分離冷卻器的連續(xù)干燥器或者是干燥器-冷卻器相組合的方式來(lái)完成的。沒(méi)有進(jìn)行恰當(dāng)?shù)暮娓?，擠壓過(guò)的寵物食品可能會(huì)變壞，微生物大量繁殖，而且真菌生長(zhǎng)速度驚人。這些微生物的大部分都會(huì)使貓和狗染上疾病，比如說(shuō)，在一袋犬糧里，即使很少量的霉菌產(chǎn)生的毒素也會(huì)對(duì)狗產(chǎn)生影響。常用的度量寵物食品中自由水的量是采用水活性這個(gè)指標(biāo)，水活性被定義為在相同溫度下寵物食品表面局部的水壓與蒸氣壓的平衡比值。在一般情況下，如果水活性低于0.91，大部分細(xì)菌不能生長(zhǎng)。如果水活性低于0.80，大部分霉菌也不能生長(zhǎng)。
寵物食品干燥過(guò)程中控制產(chǎn)品的含水量非常重要，如將產(chǎn)品濕度由25%干燥到10%時(shí)必須蒸發(fā)掉200kg水分才能產(chǎn)生1000kg的干燥食物，而濕度由25%干燥到12%時(shí)生產(chǎn)1000kg的干燥食品只需蒸發(fā)掉173kg的水分。大多數(shù)的寵物食品都是在環(huán)流傳送的干燥機(jī)里被干燥的。
03
擠壓膨化寵物食品的優(yōu)點(diǎn)
膨化寵物食品除具有適口性好的優(yōu)點(diǎn)外還具有其它一系列優(yōu)點(diǎn)：
①食品膨化過(guò)程中的高溫、高壓、高濕和各種機(jī)械作用，能夠明顯提高飼料中淀粉的糊化度，使其中的蛋白質(zhì)變性，同時(shí)破壞各種微生物產(chǎn)生的脂肪酶使脂肪更加穩(wěn)定，有利于提高動(dòng)物的消化率和食品的利用率。
②原料經(jīng)由擠壓室的高溫、高壓后可殺死原料中含有的多種致病微生物，使食品滿足有關(guān)衛(wèi)生方面的要求，預(yù)防飼喂食品引起的各種消化道疾病。
③擠壓膨化可生產(chǎn)出多種形狀的顆粒產(chǎn)品，比如貓糧可生產(chǎn)成魚形、犬糧可生產(chǎn)成小骨頭狀，提高寵物采食的欲望。
④通過(guò)膨化可改善食品的消化率，增強(qiáng)食品適口性和香味，這對(duì)消化器官尚不發(fā)達(dá)的幼齡犬貓來(lái)說(shuō)特別重要。
⑤干性膨化顆粒飼料含水量?jī)H為10%-12%，可以長(zhǎng)時(shí)間保存而不引起霉變。
04
擠壓膨化對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響
寵物食品的擠壓膨化過(guò)程對(duì)多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率都有明顯影響，特別是對(duì)淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素有重要影響。
淀粉在調(diào)質(zhì)、擠壓過(guò)程中的高溫、高壓、及水分的綜合作用下發(fā)生糊化。具體過(guò)程為從蒸汽調(diào)質(zhì)開(kāi)始粉料混合物中淀粉開(kāi)始吸收水分溶解，并失去原有的晶體狀結(jié)構(gòu)。在擠壓過(guò)程中，隨著水分、溫度、壓力的進(jìn)一步增加，淀粉的溶脹作用也進(jìn)一步加劇，到一定程度時(shí)淀粉粒開(kāi)始破裂，此時(shí)淀粉開(kāi)始糊化。當(dāng)擠壓的物料被擠壓出沖模時(shí)，因壓力突然降到大氣壓，淀粉粒急劇破裂，糊化度也相應(yīng)急劇提高。擠壓過(guò)程中的溫度、壓力大小直接影響著淀粉的糊化度。Mercier等(1975)發(fā)現(xiàn)含水量為25%時(shí)玉米淀粉的最佳膨化溫度在170～200oC，在此范圍內(nèi)糊化后淀粉的體外消化率能達(dá)到80%，相對(duì)于膨化前消化率(18%)有極大提高18%。Chiang等(1977)發(fā)現(xiàn)在65～110oC范圍內(nèi)淀粉糊化度隨溫度升高而升高，但隨著送料速度的增加淀粉糊化度下降。
蒸汽調(diào)質(zhì)、擠壓膨化過(guò)程對(duì)蛋白質(zhì)的消化率也有顯著影響，總體趨勢(shì)是使蛋白質(zhì)向著有利于動(dòng)物消化的方向轉(zhuǎn)變。在蒸氣調(diào)質(zhì)、機(jī)械壓力的作用下蛋白質(zhì)發(fā)生變性形成顆粒狀，水溶性降低。蛋白質(zhì)含量越高其水溶性降低越多。
淀粉的糊化對(duì)蛋白質(zhì)的水溶性也有明顯影響，糊化的淀粉在蛋白質(zhì)周圍形成一層包裹性的膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致蛋白的水溶性下降。
蛋白質(zhì)經(jīng)膨化后其結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，其四級(jí)結(jié)構(gòu)降解為三級(jí)，甚至二級(jí)結(jié)構(gòu)，使消化時(shí)蛋白質(zhì)的水解時(shí)間大大縮短。但是蛋白內(nèi)部的谷氨酸或天門冬氨酸會(huì)與賴氨酸發(fā)生反應(yīng)，這種反應(yīng)則降低了賴氨酸的利用率。在較高的溫度下氨基酸的ε-氨基與糖類發(fā)生美拉德反應(yīng)也降低了蛋白質(zhì)的消化率。加熱時(shí)原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，如抗胰蛋白酶也被破壞，這從另一個(gè)方面提高了動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的消化率。
在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中食品中的蛋白質(zhì)含量基本不變，氨基酸的效價(jià)變化也不明顯。
膨化對(duì)脂肪的影響主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：
①原料中的多種微生物在天然條件下可產(chǎn)生多種脂肪酶，在這些酶的作用下食品原料中的脂肪被加速分解，但是這些脂肪酶對(duì)熱敏感，在50～75oC的條件下很容易失活，因而提高食品中脂肪的穩(wěn)定性；
②食品原料中脂肪酸氧化酶在擠壓膨化的高溫、高壓作用下失活，從而使脂肪酸，特別是不飽和脂肪酸被氧化導(dǎo)致酸敗的速度大為降低。
③在各種類型犬、貓食品的生產(chǎn)的擠壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一種淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物。
這種復(fù)合物的結(jié)構(gòu)最初由Charbonnier在1973年報(bào)道，目前已被定義為直鏈淀粉—脂質(zhì)復(fù)合物(Asp and Bjorck，2000)。雖然這種復(fù)合物干擾食品中粗脂肪的分析測(cè)定，但對(duì)淀粉或脂質(zhì)的可利用率影響不大。
蒸汽調(diào)質(zhì)和擠壓膨化過(guò)程中溫度、水分、壓力、光、熱等因素都影響維生素穩(wěn)定性。擠壓過(guò)程中的摩擦作用能夠破壞保護(hù)維生素晶體的保護(hù)層，從而使維生素直接暴露而發(fā)生氧化-還原反應(yīng)被破壞。擠壓過(guò)程中的壓力則會(huì)嚴(yán)重破壞脂溶性維生素表面的凝膠、淀粉包被。如高活性的維生素A在犬食品擠壓膨化過(guò)程中損失達(dá)40%。所以維生素中一般都含有抗氧化劑，目前寵物食品中一般采用加大維生素C和維生素E的含量來(lái)起到抗氧化的作用。膨化使各種脂溶性維生素比B族維生素和維生素C要穩(wěn)定。為確保最終產(chǎn)品中維生素含量能滿足寵物的要求，要求寵物食品生產(chǎn)商在添加維生素時(shí)把蒸汽調(diào)質(zhì)、擠壓膨化過(guò)程中損失的維生素計(jì)算在內(nèi)以保證最終產(chǎn)品中維生素含量。不同的維生素可采用不同的添加方式，如穩(wěn)定性較好的維生素可在調(diào)質(zhì)前就加入，而對(duì)于穩(wěn)定性差的維生素則可在噴油后再表面噴涂。
制造寵物食品的各種原料中所含的粗纖維也受到擠壓膨化過(guò)程的影響。粗纖維中可能包含有脂肪、蛋白質(zhì)、糖類等營(yíng)養(yǎng)素，在擠壓膨化時(shí)由于各種因素的綜合作用，可能使部分化學(xué)鍵斷裂，原有的緊密結(jié)構(gòu)受破壞，釋放出部分被包圍的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提高飼料消化率。
食品原料中的除孢子外的絕大多數(shù)有害微生物在高溫、高壓的環(huán)境中基本都被殺死，增強(qiáng)了食品的安全性。
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