КОРМОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
FODDER COMPOSITIONS AND METHODS OF THEIR PRODUCTION

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Гранулирование начали использовать в США при получении кормов с середины 1920 годов для повышения эффективности использования кормов, повышения плотности кормового продукта и улучшения свойств при транспортировке. До 1930 годов использовали несколько разных грануляторов. В 20-е годы были разработаны грануляторы с плоскими матрицами (пресс-грануляторы) и грануляторы с кольцевыми матрицами (пеллетайзеры). Хотя грануляторы с плоской матрицей все еще используются в некоторых применениях, предпочтительной конструкцией быстро стали грануляторы с кольцевой матрицей, которые сразу стали использовать для получения пеллетированных кормовых продуктов, и они востребованы до настоящего времени. Кроме того, для пеллетайзеров были разработаны вспомогательные устройства, включая охладители/сушилки и связанное с ними технологическое оборудование.
Раннее процесс гранулирования включал смешивание ингредиентов кормового продукта и их гранулирование без дополнительной обработки, обосновывая это предотвращением разрушения витаминов и белков за счет отсутствия дополнительного нагревания кормового продукта. Однако позднее в 1930 годах некоторые производители стали подвергать смеси для получения гранул кормового продукта обработке водой и паром, пропуская смеси через кондиционер перед подачей в экструдеры для гранул. Применение пара повышает производительность, снижает износ матрицы и улучшает качество гранул. Затем промышленность быстро внедрила кондиционирование паром в процесс пеллетирования, и на сегодняшний день кондиционирование паром остается неотъемлемой частью этого процесса.
В процессе кондиционирования паром острый пар инжектируют в кормовую смесь при ее прохождении на конвейере через кондиционер, который обычно состоит из цилиндрической трубы с вращающимся валом, на котором закреплено множество лопастей или лопаток. Кондиционирование паром смеси кормовых ингредиентов требуется для спрессовывания смеси кормовых ингредиентов или кормовой смеси в гранулы (пеллеты). Тепло и вода пара служат для активации связующих агентов в частицах смеси кормовых ингредиентов, например белков и углеводов, смягчая их и придавая когезивные свойства поверхности частиц. Когда кормовую смесь прессуют через матрицу, частицы спрессовываются вместе и слипаются с образованием гранул. Конденсирующийся пар, конечно, повышает температуру и содержание влаги в кормовой смеси. Кроме того, поскольку пар инжектируют непосредственно в кормовую смесь, химические вещества, используемые для обработки парогенератора, должны быть одобрены FDA (Управление США по контролю качества пищевых продуктов и лекарств).
С 1960 годов исследования фокусируются на улучшении операции кондиционирования паром в процессе гранулирования с упором на увеличение времени пребывания и повышение температуры, при которой кондиционируют кормовую смесь. Одним из последних достижений является грануляционная система под давлением, в которой кондиционер и полости грануляционной матрицы находятся под давлением для обеспечения применения более высоких температур и более длительного времени кондиционирования для повышения прочности гранул и повышения производительности. Однако применение повышенных температур и длительного времени кондиционирования идет в разрез с включением по существу любых чувствительных к нагреванию или неустойчивых ингредиентов, которые также могут быть желательны в полнорационном кормовом продукте.
Следовательно, в данной области продолжает существовать потребность в способе получения кормового продукта без использования дополнительного источника тепла, такого как пар, так, чтобы в корм могли добавляться нестойкие к нагреванию добавки. Дополнительно, способы и устройства, в которых не используют инжекцию пара, более экономичны в работе, поскольку не требуют парогенератора для получения пара. В свою очередь отсутствие парогенератора позволяет избежать необходимости поиска разрешенных FDA химических веществ, используемых для обработки оборудования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способам получения кормовых продуктов, включающим смешивание связующего агента со смесью кормовых ингредиентов при температуре от около 10°C до около 70°C с получением кормовой смеси, пропускание кормовой смеси через экструдер с получением кормового продукта и сушку кормового продукта. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения смесь кормовых ингредиентов, кормовую смесь и готовый продукт выдерживают при температуре 70°C или менее.
Также настоящее изобретение относится к кормовым продуктам, полученным при использовании способов по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение относится к способам получения кормовых продуктов. Используемый в настоящем описании термин или «кормовой продукт» относится к корму или лакомству для животных, в частности, млекопитающих. Корм может быть предназначен для собак, кошек и сельскохозяйственных животных, таких как, без ограничения, коровы, свиньи, лошади, крупный рогатый скот и подобные животные. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения корм является кормовым продуктом для домашних животных, таких как собака или кошка.
Кормовые продукты, полученные при использовании способов по настоящему изобретению, могут иметь любую заданную форму, поскольку изобретение не зависит или не ограничивается формой кормового продукта. Например, корм может представлять сплошные или полые гранулы. Также корм может иметь другие формы, такие как плоские полоски, похожие на ломтики бекона или жареные кукурузные чипсы. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «корм в форме плоской полоски» относится к плоскому кормовому продукту любой формы, такой как, без ограничения, треугольная, прямоугольная, квадратная, круглая.
Кормовые продукты состоят из смеси кормовых ингредиентов и жидкого связующего агента. Для целей настоящего изобретения может быть использована любая смесь кормовых ингредиентов, используемая в области получения кормов. Примеры компонентов смеси кормовых ингредиентов, которые необязательно могут быть использованы в смеси кормовых ингредиентов по настоящему изобретению, включают без ограничения кукурузу, дробленую кукурузу, кукурузную муку, рис, пшеницу, пшеничную крупку, ячмень, овес, другие растительные волокна, сою, соевую крупку, крупку всех зерновых при получении биотоплива, молочную сыворотку, смесь белков молочной сыворотки, казеин, яйца, крупку семян хлопчатника, животный жир, растительное масло, рыбий жир, муку из птицы, говядину, свинину, шелуху арахиса, кожуру апельсина, свекловичную пульпу и сорго. Примеры дополнительных компонентов смеси кормовых ингредиентов включают без ограничения гигроскопичные растворы или ингредиенты, такие как соли, сахара и олигосахариды, сахарные спирты, пропиленгликоль, сиропы, свободные аминокислоты и гидролизованные белковые материалы (например, куриное мясо, печень, пшеничный глютен, казеин и тому подобное) или гидролизованные углеводные полимеры (например, крахмалы, камеди, мука, пищевые волокна и хитозан). В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения кормовая смесь включает от около 40% до около 70% дробленой кукурузы, от около 10% до около 30% соевой крупки, от около 1% до около 30% муки из птицы и в пределах около 1-30% шелухи арахиса, с остальной частью, если она есть, состоящей из различных компонентов кормовой смеси, таких как, без ограничения, животный жир.
Способы включают применение связующего агента, добавленного в смесь кормовых ингредиентов. Связующий агент по настоящему изобретению может представлять полисахарид, камедь или соевый белок. Конкретные примеры связующих агентов включают без ограничения альгинат натрия, аравийскую камедь, карбоксиметилцеллюлозу натрия, гуаровую камедь, ксантановую камедь, мальтодекстрин или прежелатинизированный крахмал.
Как правило, связующие агенты представлены в порошкообразной форме, и перед смешиванием со смесью кормовых ингредиентов их смешивают с водой. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «жидкий связующий агент» относится к связующему веществу, смешанному с водой. В одном варианте выполнения настоящего изобретения перед смешиванием со смесью кормовых ингредиентов жидкие связующие агенты могут иметь содержание сухих веществ менее 20 вес.%, то есть имеют содержание влаги более 80%. В других конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения жидкие связующие агенты имеют содержание сухих веществ менее 18%, 16%, 14%, 12%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% и 0,5% перед смешиванием со смесью кормовых ингредиентов. В других конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения жидкие связующие агенты имеют содержание сухих веществ от около 18% до 16%, от около 16% до 14%, от около 14% до 12%, от около 12% до 10%, от около 10% до 9%, от около 9% до 8%, от около 8% до 7%, от около 7% до 6%, от около 6% до 5%, от около 5% до 4%, от около 4% до 3%, от около 3% до 2%, от около 2% до 1% и от около 1% до 0,5% перед смешиванием со смесью кормовых ингредиентов. Смешивание воды с сухой формой связующего агента может проходить при любой температуре, при которой сухой связующий агент и вода адекватно смешиваются. В одном варианте выполнения настоящего изобретения воду и порошкообразный связующий агент смешивают при температуре от около 17°C до около 26°C, то есть при комнатной температуре. В одном конкретном варианте выполнения настоящего изобретения жидкий связующий агент после адекватного смешивания имеет форму геля.
В других способах по настоящему изобретению смесь кормовых ингредиентов смешивают со связующим агентом при температуре от около 10°C до около 70°C с получением кормовой смеси. В одном варианте выполнения настоящего изобретения смесь кормовых ингредиентов смешивают со связующим агентом при температуре от около 17°C до около 26°C, то есть комнатной температуре. Кормовая смесь имеет содержание влаги, обеспеченное за счет влаги, содержащейся в жидком связующем агенте. В одном варианте выполнения настоящего изобретения содержание влаги в кормовой смеси составляет от около 5% до 70 вес.% от общего веса всех ингредиентов. В одном конкретном варианте выполнения настоящего изобретения содержание влаги в кормовой смеси составляет от около 10% до 60 вес.% от общего веса всех ингредиентов. В другом конкретном варианте выполнения настоящего изобретения содержание влаги в кормовой смеси составляет от около 20% до 40 вес.% от общего веса всех ингредиентов. В другом конкретном варианте выполнения настоящего изобретения содержание влаги в кормовой смеси составляет от около 20 вес.% до 35 вес.% от общего веса всех ингредиентов. В другом конкретном варианте выполнения настоящего изобретения содержание влаги в кормовой смеси составляет около 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34% или 35 вес.%. В других конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения содержание влаги в кормовой смеси составляет от около 20% до 22%, от около 22% до 24%, от около 24% до 26%, от около 26% до 28%, от около 28% до 30%, от около 30% до 32%, от около 32% до 34% и от около 33% до 35 вес.% от общего веса всех ингредиентов.
После смешивания жидкого связующего агента и смеси кормовых ингредиентов концентрация связующего агента (в сухой форме) очевидно будет падать. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения концентрация связующего агента в кормовой смеси составляет от около 0,1 вес.% до около 10 вес.% от общего веса всех ингредиентов. В другом варианте выполнения настоящего изобретения концентрация связующего агента в кормовой смеси составляет от около 0,1 вес.% до около 5 вес.% от общего веса всех ингредиентов.
Как только связующий агент и смесь кормовых ингредиентов смешаны с получением кормовой смеси, кормовую смесь пропускают через экструдер с получением кормового продукта. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «экструдер» относится к средству или устройству, которое придает форму, формует или отформовывает. Также экструдер может формовать или отформовывать кормовую смесь в гранулы, имеющие такую форму как, без ограничения, пеллеты или плоские полоски. Экструдер может просто формовать кормовую смесь, а затем, если требуется, направлять отформованную кормовую смесь на дополнительное рабочее место для дальнейшей обработки, такой как нарезание для разделения больших кусков кормового продукта на мелкие кусочки кормового продукта. Устройства для экструзии кормового продукта хорошо известны из уровня техники и включают без ограничения вальцовые экструдеры и матричные экструдеры, одношнековые экструдеры, двухшнековые экструдеры, пеллетайзеры, экспандер и т.п. В идеале, но не обязательно, температура определенных частей экструдера должна составлять 70°C или менее. Однако, возможно, чтобы температура определенных частей экструдера, например матрицы, превышала 70°C в процессе экструзии, которая может повышать температуру смеси кормовых ингредиентов, кормовой смеси или полученного кормового продукта. В этих примерах процесс экструзии как таковой является повышением температуры кормовой смеси или кормового продукта без целенаправленного использования дополнительного внешнего источника тепла, такого как инжекция пара или аналогичное. Следовательно, в одном варианте выполнения настоящее изобретение относится к способам получения кормового продукта, в которых отсутствует целенаправленное использование источника тепла, такого как пар, который повышает температуру смеси кормовых ингредиентов, кормовой смеси или полученного кормового продукта до температуры выше 70°C. Для воздействия на плотность кормового продукта в экструдер в процессе экструзии может подаваться или не подаваться воздух.
После прохождения через экструдер полученный кормовой продукт сушат. Как правило, полученный корм сушат при температуре ниже или равной 70°C. В одном конкретном варианте выполнения настоящего изобретения полученный корм сушат при температуре около 60°C. Корм может быть высушен при комнатной температуре без использования устройства для сушки воздухом. В качестве альтернативы, корм может быть высушен при использовании устройства для сушки, такого как, без ограничения, газовая, электрическая печь или микроволновая печь. Специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, может выбрать условия сушки, такие как время, температура или мощность (в случае микроволновой печи), для сушки полученного кормового продукта.
w
w
w
Также настоящее изобретение относится к кормовым продуктам, полученным при использовании способов по настоящему изобретению. Кормовые продукты могут представлять полые или сплошные гранулы, или они могут быть любой другой формы. В одном варианте выполнения настоящего изобретения готовый корм имеет содержание влаги от около 0,01% до около 35%, который включает оба - содержание влаги как в сухом, так и в полувлажном продукте. В другом варианте выполнения настоящего изобретения готовый корм имеет плотность от около 5 фунтов/куб.фут до около 40 фунтов/куб.фут. В одном конкретном варианте выполнения настоящего изобретения готовый корм имеет плотность от около 20 фунтов/куб.фут до около 30 фунтов/куб.фут. Также корм может иметь определенную влагоактивность (a) при определенной температуре и влажности. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «активность воды» хорошо известен из уровня техники и обычно определяется как давление пара непосредственно над образцом, в случае кормового продукта разделенное на давление пара чистой воды при той же температуре. Например, кормовые продукты по настоящему изобретению могут иметь влагоактивность (a) от около 0,2 до около 0,9 при температуре 24°C и при варьирующей относительной влажности. Конечно, a является показателем относительного давления водяного пара кормов или относительной влажности окружающей среды, при котором кормовые продукты по настоящему изобретению достигают равновесия.
о
p
о
p
Способы по настоящему изобретению позволяют получить кормовые продукты, причем крахмал, если присутствует, не желатинизирован. Кормовые продукты не должны быть полностью свободны от желатинизированного крахмала в случае присутствия крахмала. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения уровень желатинизированного крахмала в готовом кормовом продукте, в случае присутствия крахмала, составляет менее 30%. В другом варианте выполнения настоящего изобретения уровень желатинизированного крахмала в готовом кормовом продукте, в случае присутствия крахмала, составляет менее 20%. В другом варианте выполнения настоящего изобретения уровень желатинизированного крахмала в готовом кормовом продукте, в случае присутствия крахмала, составляет менее 10%. В других вариантах выполнения настоящего изобретения уровень желатинизированного крахмала в готовом кормовом продукте составляет менее 9%, менее 8%, менее 7%, менее 6%, менее 5%, менее 4%, менее 3%, менее 2% или менее 1%. Степень желатинизации крахмала может быть определена при использовании различных способов, известных специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Например, для оценки уровней желатинизации крахмала в кормовых продуктах может быть использована дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC). Методы DSC позволяют оценить желатинизацию при температуре перехода (T), температуре пика желатинизации (T) и энтальпии желатинизации (ΔH) кормов. Быстрое сравнение T, T и/или ΔH кормов по настоящему изобретению с не прошедшими технологическую обработку смесями с теми же композициями позволяет определить степень желатинизации кормов.
Кормовые продукты, полученные способами по настоящему изобретению, также имеют превосходную прочность. Прочность является простым показателем и представляет собой, по сути, процент гранул, прошедших через сито после смешивания в блендере. Например, 100 г кормового продукта может быть помещено в блендер и смешено, например, при установке на программу «мешать» в течение 10 минут. Затем смешенные гранулы или кормовые продукты пропускают, например, через сито с размером ячеек 4 и измеряют оставшиеся после просеивания гранулы. Прочность - это оставшаяся масса, деленная на массу исходного материала.
Дополнительно, кормовые продукты помимо смеси кормовых ингредиентов и жидкого связующего агента могут включать дополнительные компоненты. Дополнительные ингредиенты включают без ограничения инертные ингредиенты, такие как разрыхлители, наполнители, консерванты, ароматизаторы, палатанты, технологические добавки и тому подобное.
КОНКРЕТНЫЕ ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенные конкретные варианты выполнения служат только для иллюстрации настоящего изобретения, но не для ограничения объема формулы изобретения.
Примеры
Пример 1
Сухую смесь кормовых ингредиентов получают комбинированием 65% дробленой кукурузы (w/w), 20% соевой крупки, 5% муки из птицы и 10% арахисовой шелухи и перемешивают при комнатной температуре в течение около 10-15 минут. Жидкий связующий агент может быть получен отдельно смешиванием 29,25 фунтов (13,26 кг) воды с 0,75 фунта (0,45 кг) порошкообразного альгината натрия. Воду и порошкообразный связующий агент смешивают при комнатной температуре до растворения порошка, и связующий агент становится гомогенным гелем (~2,5 часа).
Жидкий связующий агент (всего 30 фунтов (13,61 кг)) и прошедшую перемешивание смесь кормовых ингредиентов (всего 100 фунтов (45,35 кг)) смешивают вместе при комнатной температуре в течение около 15-20 минут с получением кормовой смеси. Содержание влаги в кормовой смеси в этот момент составляет около 22,5% (29,25 фунтов воды (13,26 кг)/130 фунтам (58,96 кг) всех ингредиентов). Содержание влаги в кормовой смеси может быть отрегулировано добавлением воды в процессе получения жидкого связующего агента и/или в процессе получения кормовой смеси.
Пример 2
Сухую смесь кормовых ингредиентов получают комбинированием 60% дробленой кукурузы (w/w), 20% соевой крупки, 15% муки из птицы и 5% арахисовой шелухи и перемешивают при комнатной температуре в течение около 10-15 минут. Жидкий связующий агент может быть получен отдельно смешиванием 29,25 фунтов (13,26 кг) воды с 0,75 фунта (0,45 кг) порошкообразного альгината натрия. Воду и порошкообразный связующий агент смешивают при комнатной температуре до растворения порошка, и связующий агент становится гомогенным гелем (~2,5 часа).
Жидкий связующий агент (всего 30 фунтов (13,61 кг)) и прошедшую перемешивание смесь кормовых ингредиентов (всего 100 фунтов (45,35 кг)) смешивают вместе при комнатной температуре в течение около 15-20 минут с получением кормовой смеси. Содержание влаги в кормовой смеси в этот момент составляет около 22,5% (29,25 фунтов воды (13,26 кг)/130 фунтам (58,96 кг) всех ингредиентов). Содержание влаги в кормовой смеси может быть отрегулировано добавлением воды в процессе получения жидкого связующего агента и/или в процессе получения кормовой смеси.
Пример 3
Полученную по примеру 1 кормовую смесь регулируют до содержания влаги около 30%, экструдируют при использовании двухшнекового экструдера (TX-52, Wenger) при скорости подачи около 80 кг/час и скорости вращения питающего шнека около 18 оборотов в минуту при температуре около 25°C по всему цилиндру. В экструдере используют две матрицы 7,9 мм в диаметре с тремя отверстиями и со штифтами 6,4 мм в диаметре. Скорость вращения экструдирующего шнека составляет около 200 оборотов в минуту. При этой скорости и содержании влаги около 30% температура головки экструдера повышается до около 63°C без использования какого-либо внешнего источника тепла.
Пример 4
Полученную по примеру 2 кормовую смесь регулируют до содержания влаги около 35%, экструдируют при использовании двухшнекового экструдера (ТХ-52, Wenger) при скорости подачи около 80 кг/час и скорости вращения питающего шнека около 200 оборотов в минуту при температуре около 58°C по всему цилиндру. В экструдере используют две матрицы 7,9 мм в диаметре с тремя отверстиями и со штифтами 2,2 мм в диаметре. При этой скорости и содержании влаги около 35% температура головки экструдера повышается до около 60°C без использования какого-либо внешнего источника тепла.
Гранулы сушат при температуре около 60°C в течение около 65 минут. Полученные по этому примеру полые гранулы имеют плотность от около 30 фунтов/куб.фут до около 32 фунтов/куб.фут и имеют активность воды около 0,25. В гранулах не наблюдается содержание желатинизированного крахмала.