ЖЕВАТЕЛЬНЫЙ ПРОДУКТ ИЛИ ЛАКОМСТВО ДЛЯ ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА
CHEWING PRODUCT OR DAINTY FOR DOMESTIC ANIMALS (VERSIONS) AND ITS PRODUCTION METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Предметом настоящей заявки являются улучшенные способы приготовления композиций пластифицированного витального пшеничного глютена, обладающих улучшенной гибкостью для их трансформации и предназначенных для использования в продуктах или лакомствах для домашних животных, в таких как жевательный продукт для домашних животных.
Уровень техники
Композиции пластифицированного пшеничного глютена для пищевых продуктов и продуктов для животных описаны ранее в предшествующем уровне техники. Глютен - это белок, который был описан как высокомолекулярный полимер (Wrigley et al., 1996. Glutenin polymers - Natures largest proteins. Royal Australian Chemical Institute: North Melbourne, Australia, p.316), в котором субъединицы глютенина связаны межцепочечными дисульфидными мостиками с остатками цистеина (Graveland, A. et al., 1985. A model for the molecular structure of the glutenins from wheat flour. J. Cereal Sci. Vol.3:1-6).
Более того, ранее документально подтвержден тот факт, что глютен следует рассматривать как стекловидный полимер, имеющий температуру стеклования, которая может зависеть от содержания пластификатора и давления (Hoseney, R.C. et al., 1986. Wheat gluten: a glassy polymer. Cereal Chem. 63: 285-286). Изучалась также температура стеклования пшеничного глютена, пластифицированного водой, глицерином или сорбитом (Gontard, N. et al., 1999. Glass Transition of Wheat Gluten Plasticised with Water, Glycerol or Sorbitol. J. Agric. Food Chem. 47:538-543). Глютен способен также образовывать пленки, что описано Gontard, N. et al. в Journal of Food Science, 1993, 58, p.203-211. К тому же вязкость глютена не снижается при нагревании, а, наоборот, выравнивается или повышается в результате реакций по месту поперечных связей (Attenburrow et al., Rheological properties of wheat gluten. 1990. J. Cereal Sci. 12:1-14).
Знание указанных реакций важно для понимания процесса обработки термопластической экструзией. Формирование окончательной молекулярной сетчатой структуры, образуемой глютеном и глицерином (в качестве пластификатора), включает диссоциацию и развертывание макромолекул, что облегчает их рекомбинацию и перекрестное связывание специфическими связями (Redl, A., et al., 1999. Rheological properties of gluten plasticised with glycerol: dependence on temperature, glycerol content and mixing conditions. Rheol. Acta 38:311-320). Так, известно, что глицерин оказывает пластифицирующий эффект на глютен.
Комбинация глютена с глицерином использовалась в самых различных пищевых продуктах. В US 6007858 глицерин применяется как смачивающее средство для консервирования глютена. В указанном патенте до 15% пшеничного глютена смешиваются с глицерином или мальтодекстрином для приготовления рулета из толченой кукурузы с мясом и красным перцем (мексиканское блюдо tamale).
WO 0008944 описывает композицию для производства жевательной резинки. Раскрываются пластифицированные белковые материалы, получаемые в периодическом или непрерывном режиме путем смешивания белка с пластификатором. Периодический способ осуществляется с использованием реометра фирмы Brabender, развивающего высокий крутящий момент (периодическое смешивание при высоком усилии среза). Непрерывная пластификация осуществляется с использованием экструдера с коническими сдвоенными шнеками, вращающимися в противоположных направлениях. При этом применяемые в типичных случаях режимы обработки включают рабочую температуру от 70°С до 100°С и рабочий крутящий момент от 500 до 3000 мг. Среди различных белковых материалов перечислены зеин и пшеничный глютен как наиболее предпочтительные белковые материалы. Материалы используются в качестве ингредиента для производства неприлипающей жевательной резинки. WO 02/41701 и ЕР 1066759 А1 также описывают применение глютена в производстве жевательных композиций и жевательных продуктов.
Стабильные к стерилизации в автоклаве кусковые продукты, содержащие глютен, раскрываются в US 5456934. Помимо этого, из GB 1433976 известен сухой продукт для домашних животных, аналогичный по структуре мясу, который приготовляется из белковых адгезивов, таких как модифицированный щелочью пшеничный глютен.
w
Целью US 6818245 является обеспечение усвояемой, перевариваемой глютеновой композиции, которая может храниться в течение длительного периода времени без признаков разложения и использоваться в качестве гумми-основы для жевательной резинки. Указанная цель достигается за счет образования теста из витального пшеничного глютена в неводной среде (т.е. в среде с a<0,8). Согласно типичному способу приготовления витальный пшеничный глютен и пластификатор смешиваются вместе в течение от 5 минут до 1 часа при температуре от 50°С до 90°С, обычно 58°С, в смесителе до достижения максимального крутящего момента 75%. Смешивание следует прекратить, как только величина крутящего момента достигнет 75%, с тем чтобы не допустить утрату механических свойств смесью глютена с пластификатором, например, обеспечить развертывание молекулы глютена и восстановление взаимодействий между ними, т.е. между Н-мостиками, гидрофобными и ионными связями, дисульфидными мостиками и поперечными связями. Соотношение между витальным пшеничным глютеном и "неводной" средой составляет от 20:80 до 60:40. В большинстве примеров, приведенных в указанном патенте, 50% витального пшеничного глютена смешиваются с 50% глицерина.
Другая работа по изучению поведения витального пшеничного глютена, пластифицированного глицерином, была выполнена A.Redl, S.Guilbert, et al. Результаты этой работы опубликованы в разных научных журналах, например, таком как Rheologica Acta, vol.38:311-320 (1999), в статье Rheological properties of gluten plasticised with glycerol: dependence on temperature, glycerol content and mixing conditions. В указанной статье описано применение смесителя периодического действия фирмы Haake для обеспечения смеси глютена с глицерином удельной механической энергией (SME) в продолжение от 4,5 до 32,5 минут с целью определения влияния крутящего момента на периодическое смешивание. Содержание глицерина варьировало от 30 до 60%, а повышенные уровни глицерина требовали более высоких величин SME. SME варьировала в диапазоне от 1000 до 2000 кДж/кг. Кроме того, поддерживалась рабочая температура 80°С.
Публикации в Les Cahiers de Rheologie (1997), p.339-347, и J.Agric. Food Chem. (1999), vol.47, p.538-543, относятся к приготовлению композиций пластифицированного глицерином пшеничного глютена с использованием крутящего момента для образования теста. При этом было отмечено, что по мере увеличения крутящего момента консистенция смеси глютен/глицерин, первоначально напоминавшая консистенцию смеси песок/вода, изменялась до консистенции связанного, пластичного и очень липкого теста. Когда же максимальный крутящий момент преодолевался, то изменялся и внешний вид теста из глютена/глицерина: оно превращалось в глянцевый, не клейкий и очень эластичный материал. Температурный перепад в смесях глютен/глицерин в процессе смешивания характеризовался сигмоидальной кривой с точкой экстремума при максимальном крутящем моменте.
Далее было отмечено, что указанное повышение температуры в некоторой степени послужило причиной необратимых изменений пластифицированного материала, в результате чего полученный готовый продукт больше не годился для применения в указанных выше целях. Соотношение между глютеном и пластификатором при употреблении в этих целях варьировало от 75:25 до 60:40.
В Cereal Chemistry, 1999, vol.76, p.361-369, теми же авторами обсуждается экструзия пшеничного глютена, пластифицированного глицерином. В указанной публикации сделан вывод об ограничении процесса экструзии при низких температурах барабана экструдера (<60°С) вследствие повышения вязкости. Повышение вязкости влечет за собой увеличение давления матрицы и крутящего момента за пределами барабана экструдера. Отмечено также, что затраты удельной механической энергии (SME) составляют по меньшей мере 638 кДж/кг, что раскрывается в табл.1 указанной публикации.
Общим условием получения композиций пластифицированного пшеничного глютена в процитированных выше материалах предшествующего уровня техники является применение таких режимов тестообразования или таких режимов смешивания с усилием среза, которые приводят к увеличению крутящего момента и температуры композиции в процессе обработки.
Но так как с ростом температуры пшеничный глютен становится более реакционноспособным, то происходит образование поперечных связей, результатом чего является последующее формирование вязкости пластифицированного материала.
Как следствие указанных режимов, продукты, полученные способами предшествующего уровня техники, обладают рядом недостатков, таких как:
- сокращение возможностей трансформации: необратимые изменения, происходящие в пластифицированной массе, приводят к тому, что, если этой массе необходимо придать другую форму, то ее следует подвергнуть сначала тепловой обработке, причем требуемая температура этой обработки должна превышать температуру предыдущей стадии обработки,
- и/или относительно низкая растяжимость: вследствие автокаталитического процесса пластифицированная масса может становиться все более жесткой (снижение относительного удлинения при разрыве, уменьшение упругости) по мере увеличения сопротивления разрыву,
- и/или повышенное содержание пластификатора: это компенсирует в определенной степени сокращение возможностей трансформации и обеспечивает некоторую гибкость в плане механических свойств.
Следствием вышеуказанных недостатков является ограничение количества пластифицированного пшеничного глютена предшествующего уровня техники при введении в пищевые продукты, продукты и непищевые изделия.
Кроме того, US 2586675 описывает способ производства жевательной резинки, который предусматривает применение глютена и глицерина для предупреждения затвердевания и усыхания резинки. Резинка поддерживается в эластичном и поддающемся жеванию состоянии за счет комбинирования от 50 до 85% глютена с от 15 до 30% глицерина, вещества со сладким вкусом, и подвергания смеси созреванию в течение от 1 до 6 часов для проникновения пластификатора в глютен. Однако процесс получения такого пластичного материала является довольно длительным и трудоемким для внедрения в практику промышленного производства.
Поэтому с учетом вышеуказанных недостатков предшествующего уровня техники проблема может быть решена путем обеспечения улучшенного способа приготовления композиций пластифицированного глютена для применения в продуктах и лакомствах для домашних животных.
Сущность изобретения
Таким образом, поставленная задача решается признаками независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы развивают далее главную идею.
Следовательно, в первом аспекте настоящее изобретение предлагает способ производства композиций пластифицированного глютена для применения в продуктах и лакомствах для домашних животных, который включает стадии:
- смешивания, по меньшей мере, глютена и пластификатора,
- в котором смесительное оборудование устанавливается на температурный режим ниже 50°С и величину удельной механической энергии (SME), прикладываемой к смеси, менее 600 кДж/кг,
- в котором содержание глютена составляет от 20 до 85 мас.%,
- в котором содержание пластификатора составляет ниже 40 мас.%.
Во втором аспекте обеспечивается продукт для домашних животных, получаемый способом изобретения.
В следующем аспекте изобретения обеспечивается, жевательный продукт или лакомство для домашних животных, получаемый смешиванием, по меньшей мере, глютена и пластификатора путем прикладывания к смеси SME менее 250 кДж/кг, в котором содержание пластификатора составляет ниже 40 мас.% общей смешиваемой массы.
В еще одном аспекте изобретение обеспечивает жевательное лакомство для собак, содержащее пластифицированный глютен, состоящий из 55-75 мас. частей глютена и 35-20 мас. частей пластификатора, при этом лакомство характеризуется максимальной величиной относительного удлинения от 200 до 750% и временем жевания (в случае жевания собаками) по меньшей мере 15 минут.
В другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается жевательное лакомство для домашних животных, содержащее пластифицированный глютен, характеризующийся максимальным усилием разрыва от 200 до 850 Н (ньютон).
Раскрытие изобретения
Предпочтительно композиции продукта или лакомства для домашних животных согласно изобретению имеют низкое содержание пластификатора (например, менее 40 мас.% от массы пластифицированного материала), причем пластифицированный материал все еще показывает хорошие когезивные свойства, высокую растяжимость и способность легко трансформироваться.
По своему происхождению глютен предпочтительно является глютеном пшеницы или других зерновых. Можно использовать также модифицированный глютен, например, глютен, подвергнутый физической, химической или ферментативной обработке.
При этом когезивные свойства выражаются в величинах усилия при разрыве, а растяжимость - в величинах относительного удлинения при разрыве.
Способность легко трансформироваться проявляется в возможности придавать форму/восстанавливать первоначальную форму пластифицированного материала при температурах ниже 70°С.
Теперь это может достигаться способом настоящего изобретения.
Изобретение предлагает способ приготовления композиций пластифицированного пшеничного глютена для применения в продуктах или лакомствах для домашних животных, состоящих из 20-85 мас. частей витального пшеничного глютена и менее 40 мас. частей пластификатора, в котором
- пшеничный глютен и пластификатор могут подаваться в смесительное устройство непрерывного действия, и
- компоненты могут смешиваться и гомогенизироваться при относительно низких температурах и с низким содержанием пластификатора,
и в котором затраты удельной механической энергии (SME) составляют менее 600 кДж/кг.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает способ производства композиций пластифицированного глютена для использования в продуктах или лакомствах для домашних животных, включающий стадии смешивания, по меньшей мере, глютена и пластификатора:
- в котором смесительное оборудование устанавливается на температурный режим ниже 50°С и величину удельной механической энергии (SME), прикладываемой к смеси, менее 600 кДж/кг,
- в котором содержание глютена составляет от 20 до 85 мас.%,
- в котором содержание пластификатора составляет ниже 40 мас.%.
Предпочтительно SME составляет менее 200 кДж/кг. В более предпочтительном варианте практического осуществления изобретения смешивание проводится при SME выше 75 кДж/кг, предпочтительно - выше 150 кДж/кг, наиболее предпочтительно - 150 кДж/кг.
Смешивание предпочтительно проводится в непрерывном режиме с использованием смесительного устройства непрерывного действия.
Например, смешивание и гомогенизация проводятся с применением смесительной шнековой конфигурации, обеспечивающей смешивание и гомогенизацию.
В способе изобретения температура оборудования устанавливается на уровне ниже 50°С, предпочтительно в диапазоне от -10°С до 45°С, более предпочтительно в диапазоне от -10°С до 0°С.
Преимущество таких низкотемпературных режимов и/или низких показателей механической энергии состоит в том, что не происходит развертывание молекул глютена. По меньшей мере, молекулы глютена развертываются без разрушения межмолекулярных и внутримолекулярных дисульфидных мостиков, за счет чего поддерживается эластичность, так что конечное состояние молекул остается все еще упругим.
Пластификатор может выбираться из группы многоатомных спиртов, гидролизатов крахмала, низших жирных кислот (от С2 до С12), оксиалкиламинов, оксикислот, поликарбоновых кислот, мочевины и смесей перечисленного.
Многоатомные спирты выбираются из глицерина, этиленгликоля, пропиленгликоля, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля, сахарных спиртов, смесей перечисленного и могут содержать до 30 мас.% воды. Сахарные спирты выбираются из глюкозы, фруктозы, сахарозы, сорбита, мальтита, ксилита, маннита, лактита, эритрита, изомалта, гидролизатов гидрогенизированного крахмала и смесей перечисленного.
Используемые предпочтительные многоатомные спирты выбираются из глицерина, этиленгликоля, пропиленгликоля, диэтиленгликоля и триэтиленгликоля, причем наиболее предпочтительным является глицерин.
Оксикислоты могут выбираться из молочной кислоты, яблочной кислоты или винной кислоты, глюконовой кислоты и их солей.
Поликарбоновые кислоты выбираются из янтарной кислоты, адипиновой кислоты, лимонной кислоты, изолимонной кислоты, глюкаровой кислоты и их солей.
Эти пластификаторы могут использоваться по отдельности или в комбинациях.
В способе изобретения содержание пластификатора предпочтительно составляет от 15 до 40%. Более предпочтительно содержание пластификатора составляет ниже 35%, даже более предпочтительно - ниже 30%, еще более предпочтительно - ниже 25%. Наиболее предпочтительно содержание пластификатора составляет выше 20%.
Пшеничный глютеновый материал сам по себе может показывать некоторое варьирование реологических свойств, что показано измерениями с помощью альвеографа или пластографа Brabender. Указанное варьирование обусловлено происхождением используемого пшеничного сырья, разными условиями уборки урожая и различными режимами обработки.
В способе изобретения содержание глютена предпочтительно составляет от 60 до 85 мас.%.
Соответствующие смесители непрерывного действия могут выбираться из шнековых смесителей непрерывного действия, ленточных смесителей непрерывного действия и экструдеров, оборудованных шнековой конфигурацией, обеспечивающей смешивание без значительных затрат механической энергии. Такие типы шнековых конфигураций известны квалифицированным специалистам в данной области техники.
В предпочтительном варианте практического осуществления изобретения используется экструдер, содержащий требуемую шнековую конфигурацию. При применении экструдера температуру барабана и шнека предпочтительно устанавливают в диапазоне от -10°С до 45°С. При этом температура барабана в секции смесительного шнека не должна превышать 60°С, предпочтительно 50°С. В то же время температура материалов на выходе из смесительного устройства непрерывного действия не превышает 90°С, предпочтительно 80°С. Следует заметить, что предварительное установление температуры барабана имеет целью ограничить повышение температуры.
В другом предпочтительном варианте пластифицированный пшеничный глютеновый материал состоит из 65-75 мас. частей витального пшеничного глютена и 35-25 мас. частей пластификатора.
В предпочтительном варианте пластификатором является глицерин, который может содержать до 20% воды.
В зависимости от режимов обработки в комбинации с количествами используемых ингредиентов можно получать широкий ассортимент пригодных пластифицированных материалов. Продукт для домашних животных согласно изобретению может быть получен описанным здесь способом. По своим свойствам эти композиции могут варьироваться от однородных, пластичных и способных деформироваться до жестких, эластичных как каучук и сильно растяжимых.
Пластифицированные композиции, выходящие из смесительного устройства непрерывного действия, могут использоваться как таковые или подвергаться последующей обработке и формованию. Последующая обработка и формование могут осуществляться, например, путем компрессионного формования, каландрирования, трансформации ламинированием и/или микроволновой обработки.
По сравнению с описанными выше композициями предшествующего уровня техники приготовление легко формуемых, эластичных продуктов требует менее экстремальных режимов обработки (температура и затраты удельной механической энергии (SME)). В то же время промежуточный и конечный материалы могут содержать меньше пластификатора и больше белка глютена. Пониженное содержание пластификатора может иметь преимущество при использовании в ряде пищевых и/или продуктовых продуктов, в которых слишком высокое содержание низкомолекулярного полиола в качестве пластификатора может быть нежелательным (например, в продуктах для домашних животных, жевательных конфетах, заменителях мяса и др.). Требуемое содержание низкомолекулярных полиолов, таких как глицерин и пропиленгликоль, в этих продуктах обычно составляет менее 25 мас.%, предпочтительно - менее 20 мас.% готовых композиций.
В следующем аспекте изобретения композиции могут приготовляться путем комбинирования ряда продуктов с пластифицированным пшеничным глютеном, полученным согласно способу изобретения. Эти продукты могут добавляться в количестве от 0,1 до 40 мас.% от массы композиции в процессе или после стадии приготовления пластифицированного пшеничного глютена. Более предпочтительно эти продукты могут добавляться в количестве от 0,5 до 25% и наиболее предпочтительно - от 1 до 15 мас.% от массы композиции.
Указанные продукты могут выбираться из побочных продуктов переработки сельскохозяйственного или лесного сырья, полисахаридов и их производных, других белков растительного или животного происхождения, минеральных соединений, биомассы, ферментированных материалов и/или смесей перечисленного.
Побочные продукты переработки сельскохозяйственного сырья могут включать побочные продукты влажного и/или сухого способа помола зерновых, в частности, кукурузы и пшеницы; переработки масличных материалов, включая (но их перечень не ограничивается только указанным здесь) сою, подсолнечник или рапс; переработки других основных культур, таких как (но их перечень не ограничивается только указанным здесь) сахарный тростник, сахарная свекла, картофель или тапиока.
Полисахариды включают (но их перечень не ограничивается только указанным здесь) крахмалы в нативной или модифицированной форме, целлюлозу и ее производные, бета-глюканы, полисахариды типа инулина, пектины, арабиноксиланы, растительные камеди или микробные камеди.
Другие белки включают (но их перечень не ограничивается только указанным здесь), например, соевые концентраты и изоляты, белки бобовых, казеин и его производные, белки молочной сыворотки, рыбные белки или животные белки, включая белки плазмы крови.
Кроме того, могут вводиться также добавки, такие как красители или ароматизаторы, аминокислоты, пептиды, витамины, стабилизаторы и/или эмульгаторы.
В частном варианте практического осуществления изобретения приготовляются жевательные лакомства для домашних животных, содержащие пластифицированный пшеничный глютен, полученный способом изобретения. Эти композиции могут содержать также до 20% дополнительных ингредиентов, относящихся к продуктам, раскрытым в предыдущих параграфах.
Полученные таким путем материалы характеризуются высокой упругостью в комбинации с длительным временем жевания.
Изобретение впервые предлагает использовать пластифицированный глютен для производства жевательного лакомства для домашних животных. Это особенно удивительно, поскольку жевательное лакомство для домашних животных обладает физическими свойствами, которые полностью отличаются от физических свойств жевательной резинки. И еще более удивительно, что при использовании пластифицированного глютена может достигаться высокое усилие разрыва, необходимое домашнему животному для жевания. Таким образом, изобретением обеспечивается жевательный продукт или лакомство для домашних животных, получаемое смешиванием по меньшей мере глютена и пластификатора путем прикладывания SME менее 250 кДж/кг, в котором содержание пластификатора составляет ниже 40 мас.% от общей смешиваемой массы.
Физические параметры, которыми жевательная резинка отличается от жевательного продукта для домашних животных, такого как жевательное лакомство для домашних животных, включают, например, следующие:
Жевательный продукт для домашних животных
Жевательная резинка
Относительное удлинение:
от 300 до 900%
от 1000 до более 2000%
Усилие разрыва:
от 200 до 2000 Н (ньютон)
<10Н
Упругость жевательного лакомства изобретения выражается относительным удлинением стандартного куска при подвергании его стандартной операции разрывания. Достигаемая максимальная величина относительного удлинения составляет, по меньшей мере, 200%, предпочтительно - по меньшей мере, 300% и более предпочтительно - по меньшей мере, 400%.
Жевательное лакомство для собак согласно настоящему изобретению содержит пластифицированный глютен, состоящий из 55-75 мас. частей глютена и 35-20 мас. частей пластификатора, и характеризуется максимальной величиной относительного удлинения от 200 до 750% и временем жевания (при жевании собаками), по меньшей мере, 15 минут.
Предпочтительно лакомство для собак, содержащее пластифицированный глютен, состоит из 65-75 мас. частей глютена и 35-25 мас. частей пластификатора, при этом лакомство характеризуется максимальной величиной относительного удлинения от 200 до 650% и временем жевания (при жевании собаками), по меньшей мере, 20 минут.
В предпочтительном варианте практического осуществления изобретения используемый пластификатор является глицерином.
Согласно еще одному аспекту изобретения обеспечивается жевательное лакомство для домашних животных, содержащее пластифицированный глютен, характеризующийся максимальным усилием разрыва от 200 до 850 Н.
Предпочтительно лакомство для домашних животных характеризуется максимальным усилием разрыва от 200 до 600 Н, более предпочтительно - от 200 до 400 Н, наиболее предпочтительно - от 200 до 350 Н.
Лакомство для домашних животных согласно изобретению может содержать пластифицированный глютен, который состоит из 50-75 мас. частей витального пшеничного глютена и 50-25 мас. частей пластификатора.
Предпочтительно пластифицированный глютен в лакомстве для домашних животных состоит из 55-75 мас. частей витального пшеничного глютена и 35-20 мас. частей пластификатора.
В соответствии с другим вариантом практического осуществления изобретения пластифицированный глютен может состоять из 60-70 мас. частей витального пшеничного глютена и 40-30 мас. частей пластификатора.
Продукт или лакомство для домашних животных согласно изобретению характеризуется максимальной величиной относительного удлинения от 200 до 750%, предпочтительно - от 200 до 650%, более предпочтительно - от 300 до 400%.
Время жевания продукта или лакомства для домашних животных согласно изобретению составляет, по меньшей мере, 15 минут, предпочтительно - по меньшей мере 20 минут.
Изобретение иллюстрируется рядом нижеприведенных примеров.
Примеры
Материалы
- Витальный пшеничный глютен (Amygluten 110 и 160), 94% сухих веществ.
В случае Amygluten 160 время образования теста составляет 10 мин при определении в тестомесилке периодического действия с вращением в противотоке (пластограф Brabender), в то время как в случае Amygluten 110 время образования теста при тех же условиях составляет 5 мин. Указанные временные показатели соответствуют максимальному значению крутящего момента, измеренному в пластографе в процессе смешивания композиции из 100 мас. частей глютена и 53 мас. частей глицерина.
- Витальный пшеничный глютен Protinax 132.
- Глицерин пищевого качества (влагосодержание 14%).
Оборудование
Экструзия проводится в самоочищающемся экструдере со сдвоенным шнеком, обе части которого вращаются в одном направлении, и барабаном диаметром (D) 53 мм (Clextral Evolum 53). Барабан экструдера состоит из 10 зон длиной 212 мм, причем каждая зона оборудована автономной системой контроля температуры на базе резистивных нагревательных элементов и системой циркуляции воды в двойной изоляционной рубашке. Зона подачи охлаждается путем циркуляции воды. Общая длина шнека составляет 40D. Каждая часть двойного шнека состоит из спаренных спиральных червячных элементов с правой резьбой различного шага. Это обеспечивает формирование вязкости на более поздней (насколько это возможно) стадии. Подача порошка глютена осуществляется с помощью гравиметрического питателя с двойным шнеком, а глицерина - насосом-дозатором.
Упоминаемая ниже температура барабана экструдера определялась на конце шнека (в последней зоне барабана).
Величина SME (удельная механическая энергия) в рамках настоящего изобретения определялась по следующему уравнению:
max
SME=N/N·1/D·U·I·0,9,
где N = считываемая скорость вращения шнека;
max
N = максимальная скорость вращения шнека экструдера;
D = подача сухой смеси (кг/ч);
U - разность потенциалов в обмотках якоря электродвигателя постоянного тока (V);
I = сила тока, потребляемого электродвигателем (А);
0,9 = коэффициент учета потерь между электродвигателем и коробкой передач.
Примеры 1-3
В следующих примерах использовалась конфигурация шнека, включающая только транспортирующие элементы. Тестировались две композиции из пшеничного глютена (Amygluten 160) и пластификатора. Третья композиция аналогична композиции примера 2 за исключением того, что в ней использовался другой глютеновый материал (Amygluten 110).
Таблица 1
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Состав экструдата, % (мас./мас.)
61% Amygluten 160 34% глицерина 6% воды
61% Amygluten 160 28% глицерина 6% воды
61% Amygluten 110 28% глицерина 6% воды
Скорость вращения шнека (об/мин)
220
220
220
Пропускная способность (кг/ч)
132
122
122
Температура экструдата (°С)
65-70
70-75
65-70
Температура барабана экструдера (°С)
45
50
45
SME (кДж/кг)
211
228
210
a<sub>w</sub>
0,4
0,42
0,40
Влагосодержание (%)
13
12
13
Пенетрометрия (N = ньютон, Н)
17
17
10
Максимальная нагрузка (усилие разрыва) (Н)
75
35
165
Относительное удлинение при разрыве (%)
400
615
420
Измерение растяжения: скорость 10 мм/мин.
Тест на пенетрометрию с конусом 45°: глубина проникания 6 мм.
В случае примера 1 был получен однородный пластичный и способный деформироваться материал. Этот материал подвергался формованию на отдельной стадии сразу после экструзии. Спустя 24 часа хранения формованного материала при комнатной температуре был получен эластичный продукт, которому невозможно было придать другую форму при комнатной температуре.
В случае примера 2 пониженное содержание пластификатора привело к получению очень эластичного, растяжимого, похожего на каучук материала, который не поддавался формованию "холодным" способом, таким как ламинирование. Однако разрезка его на порции требуемой формы не создавала проблем, а горячий способ формования позволил придавать материалу любую форму. Однако механические свойства изменялись в процессе горячего формования, обеспечивая композиции, которые все еще были эластичными, но более жесткими (повышенный Е-модуль) и менее растяжимыми.
В примере 3 условия были такими же, что и в примере 1. Amygluten 160 был заменен Amygluten 110, показывающим более короткое время образования теста.
Это привело к получению связанного и очень эластичного, похожего на каучук материала, показывающего очень высокое набухание экструдата (около 200%, рассчитывается как диаметр экструдата/диаметр матрицы экструдера · 100). Материал можно было формовать "холодным" способом, таким как ламинирование.
Это показывает, что можно использовать различные виды витального пшеничного глютена.
Примеры 4-6
Производственные примеры, в которых последние элементы барабана экструдера охлаждаются водным раствором гликоля (при -6°С). Все эксперименты проводились с использованием Amygluten 160.
Таблица 2
Пример 4
Пример 5
Пример 6
Состав экструдата (мас.%/мас.)
68% Amygluten 160 27% глицерина 5% воды
72% Amygluten 160 24% глицерина 4% воды
72% Amygluten 160 20% глицерина 8% воды
Скорость вращения шнека (об/мин)
190
190
190
Пропускная способность (кг/ч)
147
139
139
Температура экструдата (°С)
70-75
80-85
75-80
Температура барабана экструдера (°С)
38
51
46
SME (кДж/кг)
121
208
158
a<sub>w</sub>
0,46
0,46
0,60
Влагосодержание (%)
11
11
13,5
Пенетрометрия (Н)
35
63
37
Максимальная нагрузка (усилие разрыва) (Н)
320
380
260
Относительное удлинение при разрыве (%)
460
340
310
Измерение растяжения: скорость 10 мм/мин.
Тест на пенетрометрию с конусом 45°: глубина проникания 6 мм.
Во всех трех примерах были получены однородные, эластичные как каучук экструдаты.
Примеры 7, 8 и 9
Жевательное лакомство для домашних животных
Производственные примеры, в которых конечные элементы барабана экструдера охлаждаются водным раствором гликоля (при -6°С).
Параметры экструзии, рецептура и характеристики экструдатов представлены в табл.3, 4 и 5.
Полученные экструдаты имели форму цилиндра (диаметром 55 мм и длиной 150 мм).
Таблица 3
Пример 7
54,2% Amygluten 160
Состав экструдата
22,5% глицерина
(мас./мас.)
11,9% воды
11,4% других сухих ингредиентов
Скорость вращения шнека (об/мин)
190
Пропускная способность (кг/ч)
122
Температура экструдата (°С)
70-75
Температура барабана (10) (°С)
45
SME (кДж/кг)
167
a<sub>w</sub>
0,66
Влагосодержание (%)
16,8
Пенетрометрия (Н)
50
Максимальная нагрузка (Н)
330
Максимальное удлинение (%)
512
Время жевания (мин.) (250 г/кусок)
20
Таблица 4
Пример 8
54,2% Amygluten 160
Состав экструдата
22,5% глицерина
(мас./мас.)
11,9% воды
11,4% других сухих ингредиентов
Скорость вращения шнека (об/мин)
190
Пропускная способность (кг/ч)
124
Температура экструдата (°С)
70-75
Температура барабана (10) (°С)
44
SME (кДж/кг)
185
a<sub>w</sub>
0,64
Влагосодержание (%)
15,9
Пенетрометрия (Н)
55
Максимальная нагрузка (Н)
340
Максимальное удлинение (%)
490
Время жевания (мин) (250 г/кусок)
25
Таблица 5
Пример 9
54,2% Amygluten 160
Состав экструдата
22,5% глицерина
(мас./мас.)
11,9% воды
11,4% других сухих ингредиентов
Скорость вращения шнека (об/мин)
340
Пропускная способность (кг/ч)
298
Температура экструдата (°С)
70-75
Температура барабана (10) (°С)
47
SME (кДж/кг)
190.
a<sub>w</sub>
0,695
Влагосодержание (%)
13,8
Пенетрометрия (Н)
90
Максимальная нагрузка (Н)
810
Максимальное удлинение (%)
715
Время жевания (мин) (250 г/кусок)
22
Метод измерения времени жевания
Принцип
Собакам давали лакомство в период между 13 и 16 часами дня, т.е. спустя 5-6 часов после получения ими основного продукта. Лакомство давали животному из руки сразу в ротовую полость. Можно было измерить время жевания, а также время занятости. Проводилась сравнительная оценка с продуктом таких же размеров и массы или с конкурентоспособным объектом. Время жевания включает только продолжительность раскусывания, разгрызания, разжевывания и проглатывания продукта.
Процедура тестирования
Животные
Для тестирования лакомства можно использовать всех собак собачьего питомника. Можно проводить предварительный отбор с целью отбраковки собак, не пригодных для участия в тестировании лакомства. Отобранных собак распределяют следующим образом:
- крупные собаки,
- собаки среднего размера,
- мелкие собаки.
Внутри подгрупп следует провести сбалансированное перераспределение собак по массе тела, полу и возрасту.
Порода собак может выбираться в зависимости от размера тестируемого лакомства. В описываемом случае были отобраны только крупные собаки (см. ниже).
В рамках одной и той же породы можно распределить собак по разным сбалансированным подгруппам для тестирования каждого продукта, оценку которого планируется провести в один и тот же день.
Окружающие условия
Тестирование лакомства проводится в закрытых помещениях собачьего питомника. В других случаях собак размещают парами в закрытых/открытых помещениях питомника. Температура поддерживается на уровне от 15 до 21°С. Собаки следуют естественному циклу ночного образа жизни.
Вода для питья обеспечивается ad libitum с помощью автоматической системы. При тестировании лакомства не нарушается обычный рацион кормления собак, который включает сухой или влажный основной продукт, даваемый животным ad libitum в течение 30 мин в промежутке между 7-45 и 8-15 ч утра.
Схема тестирования
Для сравнения нескольких продуктов по принципу один против остальных применяется метод латинского квадрата с тем, чтобы исключить любого рода влияние предоставления лакомства животному или эффект новизны первого дня на потребление лакомства. В описываемом случае комиссий экспертов, принимавших участие в исследовании, и экспериментальных дней было предусмотрено столько, сколько было тестируемых продуктов (табл.6). В неделю можно тестировать максимум четыре продукта (4 экспериментальных дня).
Таблица 6.
Пример применения латинского квадрата для тестирования четырех продуктов(А против В против С против D)
День 1
День 2
День 3
День 4
Группа 1
А
В
С
D
Группа 2
В
D
А
С
Группа 3
С
А
D
В
Группа 4
D
С
В
А
Материалы
Для проведения тестирования лакомства необходимы некоторые материалы:
- для каждого тестируемого продукта: n лакомств, где n - число собак, участвующих в тестировании, в день;
- таймер;
- форма для записи результатов.
Время жевания
В ходе каждого теста определялось число собак, которые:
- прошли тестирование;
- отказались от продукта (не брали его в рот, см. выше);
- участвовали в тесте.
Продолжительность жевания определялась у собак, которые участвовали в тесте. Она представляла собой сумму всех временных промежутков, затраченных на захват продукта лапами, его раскусывания, разгрызания, жевания, а также проглатывания кусков лакомства.
Время жевания определялось у 30 крупных собак (с массой тела >25 кг). Для проведения теста были отобраны следующие породы собак: Лабрадор, немецкий пойнтер, немецкая овчарка, ротвейлер, Bernese, эрдельтерьер, золотистый ретривер и далматский дог.