Область техники
Настоящее изобретение в общем смысле относится к продуктам из биопластиков, обладающим высокой структурной целостностью. Продукты могут включать материалы для промышленных целей, а также пищевые продукты. В частности, настоящее изобретение относится к способам обеспечения биологически разлагаемых полимерных материалов с контролируемой текстурой и к продуктам, изготовленным на их основе.
Предшествующий уровень техники
Существуют многочисленные способы производства пищевых продуктов и биологически разлагаемых полимеров. В случае пищевых продуктов эти способы можно в большинстве случаев классифицировать как статические или динамические. Статические способы можно определить как способы, при которых партия составных частей продукта помещается в камеру тепловой обработки, в которой она остается неподвижной в процессе тепловой обработки, например в процессе выпечки в печи или в процессе формования под давлением либо запекания. Статические способы включают также способы, при которых партия материала принудительно перемещается по конвейеру через аппарат для тепловой обработки, такой как туннельная печь для выпечки. Здесь составные части продукта по-прежнему остаются неподвижными относительно поверхности или аппарата, по которой или в котором они перемещаются.
Динамические процессы - это такие процессы, при которых какое-то количество составных частей продукта подается в непрерывном или полунепрерывном потоке либо партиями в аппарат, где указанные материалы под действием механической энергии совершают относительное движение внутри партии или потока, в процессе которого происходит поглощение энергии, приводящее к тепловой обработке. Такое движение может включать активное или пассивное перемешивание. Одним из динамических способов тепловой обработки является экструзия, при которой составные части продукта принудительно смешиваются друг с другом при одновременном воздействии силы сдвига в рабочей камере экструдера. Экструзия может применяться в производстве множества различных пищевых или съедобных продуктов. Внутренние силы сдвига, генерируемые внутри аппарата, обеспечивают значительную часть теплоты, которая расходуется на тепловую обработку составных частей продукта. Указанные продукты могут быть предназначены для потребления человеком или животными либо для тех и других. Другой динамический способ тепловой обработки предусматривает применение смесителя непрерывного действия с целью вызвать относительное внутреннее движение составных частей продукта с одновременным выделением тепловой энергии, приводящей к тепловой обработке.
Что касается домашних животных, то для них выпускается большое разнообразие пищевых продуктов. Некоторые из этих продуктов изготовляются путем экструзии. Некоторые экструдированные продукты предназначены для увеличения продолжительности жевания домашними животными, особенно собаками, с целью обеспечения продукта, который домашние животные могут жевать и наслаждаться. Владельцы домашних животных зачастую определяют ценность корма для домашних животных или закуски для домашних животных по продолжительности их жевания. Например, частая жалоба владельцев крупных собак звучит как «Один укус и ничего нет».
Продукты, которые требуют более длительного жевания, способны улучшить гигиеническое состояние зубов и предупредить воспаление периодонта (околозубных тканей), являющееся широко распространенной проблемой среди домашних кошек и собак. Это вызвано тем, что натуральная пища животных в естественных условиях включает много пищи, которая требует продолжительного жевания, прежде чем кусочки станут достаточно мелкими и удобными для глотания, что способствует гигиене зубов и облегчает пищеварение. В противоположность этому рацион питания одомашненных животных зачастую имеет дефицит натуральной, требующей жевания пищи, лишая этих животных вышеуказанных преимуществ.
Традиционные способы обработки пищевых продуктов часто не позволяют производить продукты, обладающие текстурой, сравнимой с текстурой натуральных, требующих жевания продуктов. Однако были предприняты определенные попытки по производству продуктов для домашних животных, требующих более длительного жевания. Но большинство из этих продуктов имеет недостатки.
Некоторые из них просто несъедобны. Когда домашние животные жуют или разгрызают и глотают эти продукты, то у них появляются проблемы с пищеварением. Некоторые выходят из организма животного в непереваренном виде и могут вызывать диарею и увеличение объема фекалий. Пожелания большинства владельцев домашних животных сводятся к снижению объема фекалий, предупреждению диареи и мягкого стула. К тому же некоторые продукты, которые были получены, как утверждается, из съедобных составных частей, в своем окончательном виде не являются съедобными, поскольку проведенная обработка оказалась недостаточной для обеспечения переваримости продуктов.
Заявка на европейский патент ЕР 0552897 А1 раскрывает съедобный жевательный продукт для животных, содержащий гибкую пористую матрицу, содержащую целлюлозные волокна, например, от 20 до 50% стержней кукурузных початков и добавки для ухода за полостью рта. Стержни кукурузных початков и целлюлозные материалы с трудом поддаются перевариванию и могут также привести к диарее и увеличению объема фекалий.
Тем не менее существуют жевательные продукты, рецептуры которых были составлены с учетом обеспечения переваримости. Однако некоторые из этих жевательных продуктов предшествующего уровня техники являются высококалорийными. Поэтому желательно, чтобы такие продукты скармливались животным в виде угощения или закусок, чтобы они составляли только малую часть рациона домашних животных, не создавая пищевой дисбаланс.
Еще одной проблемой, связанной с некоторыми жевательными продуктами предшествующего уровня техники, являются производственные затраты. В рецептуры известных жевательных продуктов входят эластичные материалы, предназначенные для сопротивления силе жевания, развиваемой домашним животным. Эти эластичные материалы являются, как правило, дорогостоящими. Попытки смешать эластичные материалы с более дешевыми материалами привели к образованию сложной сбалансированной системы, в которой зачастую трудно гарантировать, что эти более дешевые материалы не нарушат прочности и целостности дорогостоящих гибких материалов.
Другой проблемой, связанной с некоторыми продуктами предшествующего уровня техники, обладающими высоким сопротивлением жеванию, является безопасность. Например, одна из жевательных игрушек для домашних животных согласно предшествующему уровню техники содержит термопластическую композицию на белковой основе с содержанием белка от 50 до 70%. Высокобелковые продукты, включая продукты, изготовленные из очищенных высокобелковых компонентов, являются не только дорогостоящими, но могут быть потенциально опасными. Некоторые эксперты полагают, что высокий уровень белка может вызвать почечную недостаточность и закупорку мочевых путей у получающих такой уровень белка домашних животных.
В случае некоторых продуктов предшествующего уровня техники увеличение продолжительности жевания достигается за счет повышения жесткости продукта. Некоторые из этих продуктов фактически являются твердыми, как камень. Эти продукты могут раскрошить или сломать зубы домашнего животного. Например, один из таких продуктов требует для своего измельчения рабочего давления свыше 10 мПа. Многие из более твердых продуктов предшествующего уровня техники являются по своей природе стекловидными и при раскусывании показывают тенденцию к дроблению на острые твердые фрагменты. Указанные фрагменты могут застрять в горле животного или повредить его ротовую полость. Такая проблема в основном возникает в случае продуктов, приготовленных способом формования шприцеванием под высоким давлением.
Форма продукта также играет важную роль в получении такого продукта, который является безопасным и требует более длительного жевания. Например, некоторые не стекловидные продукты предшествующего уровня техники могут не дробиться, но иметь неприемлемую форму, что может стать причиной обильной кровоточивости десен в процессе жевания. В частности, одной из проблем жевательных пищевых продуктов предшествующего уровня техники является то, что они обладают ограниченным диапазоном текстуры для выбора, кульминацией чего является получение продуктов с текстурой, вызывающей кровоточивость десен.
Кроме того, текстура многих жевательных продуктов зачастую выглядит непривлекательной и неаппетитной. Например, экструдированные сухие корма для домашних животных обычно производятся в виде твердых комков и имеют сухой серый внешний вид. Для потребителя они могут быть неудобными в использовании. И еще одно: некоторые продукты предшествующего уровня техники не являются стабильными, так что их текстура со временем изменяется, и они теряют требуемые характеристики.
Основу некоторых жевательных продуктов предшествующего уровня техники составляет крахмал. Конверсия материалов на основе крахмала в твердые продукты известна. Однако оборудование для формования шприцеванием, которое обычно используется для превращения таких материалов на основе крахмала, является дорогостоящим и сложным в эксплуатации, а известные способы отвердевания материалов на основе крахмала обеспечивают ограниченный диапазон текстуры.
Экструдирование пищевых составных частей продуктов при низких показателях активности воды хотя и известно, но до настоящего времени было сопряжено с трудностями. Составные части, требуемые для такой экструзии, очень часто являются дорогостоящими и обеспечивают ограниченный диапазон текстуры. При обработке и тепловой обработке пищевых продуктов биополимеры, такие как крахмал и белки, сначала развертываются, а затем рекомбинируются, образуя требуемую структуру, например структуру бисквита. Если указанные развертывание и рекомбинация ограничиваются или прерываются, то конечные продукты получаются мало связанными и относительно слабыми. Развертывание может происходить только в жидкой фазе и облегчается за счет гидратации неразвернутых полимеров.
При низких показателях активности воды количество воды незначительно. Как следствие, такие системы обладают ограниченным гидратационным потенциалом. Поэтому традиционные способы экструзии ведутся при высоких уровнях активности воды, причем в целях облегчения гидратации добавляется большое количество воды. Большое количество воды требует высоких энергозатрат и экологически небезопасной сушки по окончании экструзии или добавления кислоты и других консервантов, что зачастую приводит к нежелательным последствиям для продуктов: например, вода ограничивает диапазон текстуры, которой можно достигнуть.
Экструзия кормов для домашних животных обычно проводится при высокой влажности, например около 26%, и при высоких показателях активности воды, например при aw>0,95. Однако эти параметры слишком высоки для достижения требуемой текстуры продуктов, требующих более длительного жевания. Активность воды для продуктов с увеличенной продолжительностью жевания обычно бывает ниже 0,65 при влагосодержании примерно от 7,0 до 17% и при общем количестве растворителя 10-20 мас.%. Однако при таких показателях активности воды в случае использования способов предшествующего уровня техники количество воды для гидратации будет явно недостаточным, что делает необходимым проведение тепловой обработки при очень высоких температурах и давлениях либо в течение более длительного периода времени, а это, в свою очередь, часто приводит к высокому уровню разрушения крахмала и/или потемнению продуктов.
Следовательно, существует потребность в улучшенных пищевых продуктах, которые могут обеспечить увеличенную продолжительность жевания, являются съедобными и обладают улучшенной текстурой, а также в способах производства таких продуктов.
Существует также потребность в полимерном материале, который может показывать структурную целостность, пригодную для использования в производстве несущих нагрузку изделий, таких как фурнитура, опорные приспособления и контейнеры.
Существует также потребность в средствах обеспечения работы предприятия по производству в основном сухих продуктов при снижении объема вредных выбросов в окружающую среду.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает биопластический (биопластик) материал, который может использоваться в производстве различных готовых изделий. Указанный биопластик получают из составной части, содержащей увеличенный в объеме (вспученный) материал. Его получают предпочтительно в виде когерентной массы. Эта составная часть и материал могут выбираться или получаться из возобновляемых источников, таких как углеводы и пищевые ингредиенты.
В одном из вариантов осуществления изобретения такой составной частью является увеличенный в объеме ("вспученный") крахмал.
Составная часть предпочтительно является неферментированной.
Составная часть подвергается тепловой обработке, предпочтительно в динамическом режиме, с получением биопластиковой массы. На увеличенный в объеме материал предпочтительно оказывается воздействие силой сдвига, что приводит к его плавлению, практически полному.
В случае производства пищевого материала увеличенный в объеме материал подвергается тепловой обработке с получением когерентной и твердой продуктовой массы, обладающей структурной целостностью, которая способна сопротивляться прониканию внутрь нее и разлому и в то же время является гибкой и пластичной. Продуктовая масса представляет собой биопластиковую массу, которая включает расплавленную составную часть.
Тепловая обработка предпочтительно проводится в присутствии компонента, отличающегося от воды и обладающего способностью к образованию водородных связей. В одном из вариантов тепловая обработка проводится в отсутствие добавляемой воды. Готовый продукт представляет собой биологически разлагаемый (биоразлагаемый) полимер и может содержать некоторое количество исходного увеличенного в объеме материала составной части. Количество предпочтительно является микроколичеством. В одном из вариантов изобретения количество означает содержание в виде следов.
Изобретение обеспечивает также способ производства биопластикового материала из увеличенного в объеме возобновляемого источника, такого как углевод. Углевод может быть пищевой составной частью. Биопластиковый материал может быть биологически разлагаемым.
В одном из вариантов биопластиковый материал и продукты, изготовленные из него, являются съедобными. В одном из вариантов съедобные продукты характеризуются длительной продолжительностью жевания и улучшенной текстурой. Съедобный продукт может быть кормом для домашних животных. Корм для домашних животных может быть приспособлен для длительного жевания. Он может быть достаточно стойким к прониканию внутрь, чтобы сопротивляться нормальной силе укуса, создаваемой собакой.
В одном из вариантов изобретения биопластиковый материал используется в производстве не пищевых продуктов. Не пищевые продукты могут представлять собой несущие нагрузку изделия. Биопластиковый материал может также формоваться в виде структурных элементов, которые могут использоваться в производстве и для комплектования различных готовых изделий.
Согласно второму аспекту изобретения обеспечивается способ производства продукта, содержащего биопластиковую массу, который включает стадии обеспечения составной части, содержащей увеличенный в объеме материал, и тепловой обработки, обеспечивающей плавление указанной составной части и получение когерентной биопластиковой массы.
Способ настоящего изобретения для производства, в соответствии с одним из вариантов, съедобного продукта, требующего длительного жевания, обеспечивает получение продукта с требуемой продолжительностью жевания путем тепловой обработки увеличенного в объеме материала составной части. Тепловая обработка проводится предпочтительно в присутствии компонента, образующего водородные связи и отличающегося от воды. Предпочтительно способ осуществляется в условиях низкой влажности. Способ обеспечивает обработку увеличенного в объеме материала в широком диапазоне условий, обеспечиваемого путем варьирования выбранных параметров тепловой обработки, с целью получения продуктов, отличающихся широким спектром текстуры. Это позволяет производителю получать пищевой продукт, например корм для домашних животных или закуску для домашних животных, требующих длительного жевания. Предпочтительно в процессе тепловой обработки на увеличенный в объеме материал составной части оказывается воздействие силой сдвига. В одном из вариантов тепловая обработка осуществляется в экструдере.
Увеличенная в объеме составная часть содержит съедобный материал, который был предварительно подвергнут обработке для увеличения его в объеме с целью формирования пористой матрицы из одного или более прошедших тепловую обработку биополимеров. Подвергнутый тепловой обработке биополимер(ы) может представлять собой клейстеризованный крахмал. Увеличение в объеме может осуществляться путем обработки не увеличенного в объеме съедобного материала в условиях, приводящих к внезапному и интенсивному образованию внутри него газовых пузырьков, что вызывает увеличение материала в объеме как на микроскопическом, так и на макроскопическом уровне, поскольку газовые пузырьки пытаются выйти наружу. Указанные условия могут быть созданы за счет обработки не увеличенного в объеме съедобного материала быстрым нагревом или в режиме перепада давления в достаточных пределах и в достаточно короткий промежуток времени с тем, чтобы вызвать, по существу, полное увеличение материала в объеме перед его тепловой обработкой для формирования "тела" или перед обработкой его микробиологическим процессом с интенсивным газообразованием, например ферментацией. В одном из вариантов ферментация осуществляется путем сбраживания дрожжами. В одном из вариантов увеличенный в объеме материал является ферментированным, по меньшей мере, частично.
Быстрый нагрев предпочтительно подразумевает мгновенное применение интенсивной теплоты. Перепад давления осуществляется предпочтительно быстро и в одном из примеров выполняется в течение менее 10 минут, более предпочтительно в течение менее 6 минут. В одном из вариантов применяется перепад давления порядка, по меньшей мере, примерно 200 кПа, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 350 кПа. Составная часть, которая уже прошла обработку с целью увеличения ее в объеме перед тепловой обработкой согласно настоящему изобретению, можно обозначить термином "предварительно увеличенная в объеме", а также "увеличенная в объеме".
Основу увеличенной в объеме составной части предпочтительно составляет крахмал. В одном из вариантов составная часть на основе крахмала включает предварительно увеличенные в объеме (воздушные) зерновые частицы. Зерновые частицы могут представлять собой воздушные зерновые завтраки. В одном из вариантов предварительно увеличенная в объеме составная часть выбирается из группы, состоящей из воздушного риса, воздушного проса и воздушной пшеницы и их комбинаций. Зерно предпочтительно измельчается для получения предварительно увеличенных в объеме частиц перед тепловой обработкой и плавлением.
Способ настоящего изобретения включает структурирование или придание формы изделиям на основе крахмала вообще, а не ограничивается только производством съедобных, требующих длительного жевания продуктов для домашних животных. Например, способ производит биопластики из углеводов и других возобновляемых источников, таких как пищевые составные части. В одном из вариантов биопластики являются биологически разлагаемыми. Продукты настоящего изобретения имеют широкий спектр текстуры и обладают высокой степенью гибкости и прочности. В дополнение к этому продукты настоящего изобретения вследствие низкой влажности или низкого содержания добавляемой воды не требуют сушки по окончании экструзии.
Таким образом, согласно другому аспекту изобретения обеспечивается способ производства переваримого продукта, содержащего когерентную основу, который включает стадии обеспечения составной части, содержащей увеличенный в объеме съедобный материал, подвода механической энергии к указанному материалу и тепловой обработки его до формирования полимерной матрицы, определяющей "тело" продукта.
В предпочтительном варианте способ включает введение компонента, образующего водородные связи, но отличающегося от воды, в увеличенный в объеме материал и создание условий для образования водородных связей в матрице. Увеличение в объеме съедобного материала предпочтительно осуществляется путем внезапного перепада давления в достаточных пределах и в течение достаточно короткого промежутка времени с тем, чтобы вызвать почти полное увеличение в объеме материала перед его тепловой обработкой для получения "тела" продукта.
Кроме того, согласно изобретению способ производства съедобного продукта включает стадии обеспечения увеличенного в объеме съедобного материала и тепловой обработки материала с целью его плавления, по меньшей мере частичного, при одновременном приложении к материалу силы сдвига. Предпочтительно тепловая обработка материала проводится до почти полной тепловой конверсии его в полимер, образующий полимерную матрицу.
Способ настоящего изобретения включает структурирование или придание формы изделиям на крахмальной основе вообще, а не ограничивается только производством съедобных, требующих длительного жевания продуктов для домашних животных. Например, способ производит биопластики из углеводов и других возобновляемых источников, таких как пищевые составные части. В одном из вариантов биопластики являются биологически разлагаемыми. Продукты настоящего изобретения имеют широкий спектр текстуры и обладают высокой степенью гибкости и прочности. В дополнение к этому продукты настоящего изобретения вследствие низкой влажности или низкого содержания добавляемой воды не требуют сушки по окончании экструзии.
Требующие длительного жевания продукты, получаемые способами согласно настоящему изобретению, являются легкими, с низкой плотностью, с низкой калорийностью, например диетическими, и устойчивыми к силе укуса, например укуса животным или человеком. Сопротивление силе укуса варьирует в зависимости от способов, раскрытых в настоящем описании, что позволяет производить продукты по индивидуальным заказам для различного применения, такие как продукты для гигиены зубов или продукты, требующие заданной оптимальной продолжительности жевания, в виде закуски или другого типа пищевого продукта. Продукты для гигиены зубов могут использоваться для контроля зубного камня.
В одном из вариантов способ настоящего изобретения включает тепловую обработку увеличенного в объеме компонента в условиях низкой влажности, т.е. в присутствии низкого уровня воды. В одном из вариантов способ включает тепловую обработку сухой смеси, содержащей увеличенную в объеме составную часть, в отсутствие любой добавляемой жидкости до получения продукта с требуемой текстурой, способной обеспечить длительную продолжительность жевания. Требуемая текстура может быть также достигнута за счет добавления к сухой смеси компонента, образующего водородные связи. Компонент может включать полигидрированный растворитель. Указанный растворитель можно определить как молекулярный вид, который содержит полярные или поляризуемые химические группы, способные к образованию водородных связей, например гидроксильные, сульфгидрильные, сульфонильные группы и т.п., и который имеет молекулярную массу, совместимую со стерическим взаимодействием увеличенного в объеме амилопектина или амилозы (т.е. молекулярная масса меньше или равна примерно 800Å). Полигидрированный растворитель предпочтительно является безводным. В предпочтительном варианте изобретения указанный растворитель представляет собой этиленгликоль или пропиленгликоль либо глицерин.
Способ настоящего изобретения включает в одном из вариантов стадии измельчения увеличенного в объеме сухого материала составной части на предварительно увеличенные в объеме частицы и подачу указанных частиц вместе с компонентом, образующим водородные связи, в динамическое устройство для тепловой обработки.
В одном из вариантов динамическое устройство представляет собой экструдер. Частицы удерживаются внутри секции экструдера в течение периода времени, достаточного для обеспечения экстенсивной и почти полной сольватации клейкой экструзионной массы. В качестве указанных предварительно увеличенных в объеме частиц выбираются частицы, имеющие микроскопическую структуру и способные облегчить быструю сольватацию с применением сольватирующего компонента. Таким компонентом предпочтительно служит растворитель, выбираемый из группы, состоящей из полигидрированных растворителей.
В предпочтительном варианте изобретения крахмал (или аналогичные крахмалу полимеры) частиц является, по существу, полностью клейстеризованным. Установлено, что предварительно клейстеризованные полимеры быстро поддаются сольватации в процессе тепловой обработки или экструзии, что обусловлено структурой предварительно увеличенных в объеме частиц. Мучной порошок, получаемый из предварительно увеличенных в объеме составных частей или зерновых, имеет плотность, которая значительно меньше плотности аналогичной муки, приготовленной из натурального или не увеличенного в объеме эквивалентного источника.
Способ тепловой обработки предварительно увеличенных в объеме частиц согласно настоящему изобретению включает контролирование энергии, подводимой к экструзионной массе, с целью достижения оптимальной текстуры продукта, подвергнутого тепловой обработке. Затем эта подвергнутая тепловой обработке масса с оптимальной текстурой может формоваться в самые разнообразные формы. Примерами форм, пригодных для придания кормам для домашних животных, могут служить бисквит и крупный удлиненный кусок для собак.
В соответствии с настоящим изобретением обеспечиваются способы кормления и/или обеспечения наслаждения для домашних животных. Эти способы включают обеспечение продуктов, изготовляемых из увеличенной в объеме составной части с тем, чтобы обеспечить более длительную продолжительность жевания, и скармливание их домашнему животному для жевания и улучшения гигиенического состояния зубов домашнего животного. Продукты предпочтительно обладают низкой плотностью и низкой калорийностью в пересчете на объем продукта.
Таким образом, изобретение обеспечивает также продукт для применения в способе контроля ожирения у домашнего животного, причем указанный способ включает скармливание домашнему животному продукта, изготовляемого из увеличенной в объеме составной части на основе крахмала с тем, чтобы он имел низкую плотность и низкую калорийность. Продукт предпочтительно требует жевания домашним животным в течение длительного периода времени.
Согласно следующему аспекту изобретения способ работы пищевого предприятия включает стадии обеспечения аппарата для тепловой обработки, производства продукта путем обеспечения составной части, содержащей предварительно увеличенный в объеме материал, и работы аппарата для тепловой обработки указанной составной части, контролирования уровня влажности и уровня активности воды в процессе производства продукта таким образом, чтобы продукт не требовал сушки после его получения. Предпочтительно, чтобы вода к составной части не добавлялась.
Следовательно, преимуществом настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает улучшенный способ работы пищевого предприятия, позволяющий сократить потребность в сушке и тем самым снизить выброс вредных побочных отходов процессов сушки.
Преимуществом настоящего изобретения является также то, что оно обеспечивает улучшенный полимерный материал, который может служить пищевым продуктом или промышленным либо конструкционным материалом.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно обеспечивает улучшенный, требующий длительного жевания корм для домашних животных.
Следующее преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно обеспечивает безопасный, требующий длительного жевания корм для домашних животных.
Более того, преимуществом настоящего изобретения является также то, что оно обеспечивает диетическую закуску для домашних животных, которая не вносит существенного вклада в энергию метаболизма, обеспечиваемую основным кормом домашнего животного.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно обеспечивает улучшенный продукт для домашних животных, который может использоваться для улучшения и поддержания гигиены зубов.
Следующее преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно обеспечивает удешевленный способ производства кормов для домашних животных.
Более того, преимуществом настоящего изобретения является также то, что оно обеспечивает способ производства продуктов с широким спектром текстуры.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает способ производства продуктов, имеющих легкую текстуру, но требующих длительного жевания.
Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно обеспечивает улучшенный способ производства жевательных продуктов для домашних животных.
Следующим преимуществом настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает более дешевый способ производства жевательных продуктов.
Дополнительные отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения будут описаны и станут очевидными из подробного описания представленных ниже предпочтительных вариантов изобретения и фигур.
Краткое описание фигур
На фигуре 1 схематически представлены предварительно увеличенные в объеме частицы одного из вариантов настоящего изобретения, полученные путем измельчения предварительно увеличенных в объеме частиц настоящего изобретения.
На фигуре 2 схематически представлен вариант аппарата для производства продуктов настоящего изобретения.
На фигуре 3 схематически представлен другой вариант аппарата для производства продуктов настоящего изобретения.
На фигуре 4 показан (вид в перспективе) один из вариантов жевательного продукта для домашних животных, полученный согласно настоящему изобретению.
На фигуре 5 графически представлены результаты исследования с помощью способа дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) некоторых порошкообразных составных частей в присутствии этиленгликоля.
На фигуре 6 графически представлены результаты исследования с помощью способа дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) некоторых порошкообразных составных частей в присутствии пропиленгликоля.
На фигуре 7 графически представлены результаты изучения реологии некоторых порошкообразных составных частей в присутствии этиленгликоля.
На фигуре 8 графически представлены результаты изучения реологии некоторых порошкообразных составных частей в присутствии пропиленгликоля.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает материал биопластик, который может использоваться в производстве различных готовых изделий. Способы изобретения производят биопластики из увеличенных в объеме материалов в съедобных составных частях, которые могут включать углеводы и другие возобновляемые источники, такие как пищевые ингредиенты. В одном из вариантов полученные таким путем биопластики являются биологически разлагаемыми.
Материалы настоящего изобретения обладают широким спектром текстуры и высокой степенью гибкости и прочности. Характеристики изготовленных из них конечных продуктов варьируют в широких пределах за счет контролирования параметров обработки. Получаемый материал включает полимерную матрицу, которая может быть сформирована в виде элементов, которые могут использоваться на последующих стадиях производственного процесса с целью изготовления широкого ассортимента готовых изделий.
Изобретение обеспечивает также способы производства съедобных продуктов и не пищевых продуктов. Продукты могут изготовляться с любой текстурой, которая требует жевания их в течение длительного периода времени перед тем, как их можно будет проглотить. В одном из вариантов обеспечиваются съедобные продукты, которые могут использоваться в качестве жевательных продуктов или угощения для домашних животных. Однако настоящее изобретение не ограничивается только жевательными продуктами для домашних животных или пищевыми продуктами для домашних животных, поскольку могут изготовляться также пищевые продукты и жевательные изделия для человека.
Продукты изобретения могут изготовляться способом, который включает тепловую обработку предварительно увеличенной в объеме сухой составной части до ее плавления. В случае пищевых продуктов тепловая обработка обозначается термином «варка». Однако в контексте описания термин «варка» используется и по отношению к тепловой обработке увеличенной в объеме составной части независимо от конечного использования продукта.
Тепловая обработка предпочтительно осуществляется в присутствии компонента, способного к образованию водородных связей, причем указанный компонент представляет собой вещество, отличающееся от воды. Компонент предпочтительно способен вызывать сольватацию составной части. Компонент может представлять собой полигидрированный растворитель, который может быть жидким или твердым при стандартных температуре и давлении. Примерами пригодных для данной цели жидких растворителей являются этиленгликоль, глицерин и пропиленгликоль. Примерами пригодных для данной цели твердых полигидрированных растворителей являются сахара и сорбит. Может присутствовать вода.
Тепловая обработка (варка) осуществляется предпочтительно при низкой активности воды и в условиях низкой влажности. Перед тепловой обработкой увеличенная в объеме составная часть и компонент, образующий водородные связи, если таковой используется, предпочтительно смешиваются друг с другом с получением, в основном, гомогенной смеси, которая затем поступает в аппарат для тепловой обработки (варки). Предпочтительно смесь содержит от 10 мас.% до примерно 90 мас.% увеличенной в объеме составной части, более предпочтительно от 40 мас.% до примерно 80 мас.%. Предпочтительно смесь содержит примерно от 0 до 50 мас.% воды. Более предпочтительно смесь содержит примерно от 1 до 15 мас.% воды. Предпочтительно смесь содержит примерно от 0 до 80 мас.% компонента, образующего водородные связи. Более предпочтительно смесь содержит примерно от 4 до 16 мас.% компонента, образующего водородные связи.
Смесь может содержать также примерно от 0 до 30% белка. Белок может быть растительного или животного происхождения либо представлять их комбинацию. Он может обеспечиваться в виде белкового концентрата.
К смеси могут также добавляться необязательные компоненты, такие, которые традиционно выбираются для включения в пищевые продукты. Таким образом, тело продукта может включать также, по меньшей мере, одну дополнительную составную часть, выбираемую из группы, состоящей из желатина, дикальцийфосфата, смеси питательных веществ, реакционно-способного сахара, аминокислоты, высокоамилозного или амило-пектинового компонента (такого как крахмал) и инертных (или не перевариваемых) наполнителей. Смесь может включать также консервант. Примеры пригодных для данной цели консервантов включают сорбат калия, сорбиновую кислоту, метил-пара-гидроксибензоат, пропионат кальция и пропионовую кислоту. Если активность воды понижается, то потребность (если таковая имеется) в таких консервантах соответственно уменьшается. Поэтому, если вода не добавляется, то потребность в консерванте уж точно не возникнет.
Присутствие в смеси в предпочтительных вариантах компонента, образующего водородные связи, в комбинации с предварительно увеличенной в объеме составной частью, хотя и требует подвода значительного количества энергии для тепловой обработки, тем не менее благоприятствует контролируемому превращению указанной составной части в стабильное когерентное и переваримое тело пищевого продукта, имеющее требуемую текстуру и уникальную конфигурацию.
Использование предварительно увеличенных в объеме частиц обеспечивает преимущество перед частицами предшествующего уровня техники, поскольку предварительно увеличенные в объеме частицы являются высокопористыми и содержат повышенное количество микропор, размер которых более чем в десять раз превышает средний радиус молекул выбранного компонента, образующего водородные связи, например полигидрированного растворителя. Следовательно, предварительно увеличенные в объеме частицы характеризуются более высоким отношением площади наружной поверхности к объему по сравнению с частицами предшествующего уровня техники.
Площадь наружной поверхности включает все поверхности, доступные для молекул растворителя, включая поверхности внутри пор, микропор и туннелей внутри частиц. Установлено, что предварительно увеличенные в объеме частицы характеризуются намного более высокой скоростью абсорбции полигидрированного растворителя по сравнению с не увеличенными в объеме частицами предшествующего уровня техники. Предварительно увеличенные в объеме частицы характеризуются также намного более быстрой адсорбцией полигидрированных растворителей по сравнению с частицами предшествующего уровня техники. Кроме того, предварительно увеличенные в объеме частицы показывают намного более высокую скорость сольватации полигидрированным растворителем по сравнению с частицами предшествующего уровня техники.
Тепловая обработка увеличенной в объеме составной части предпочтительно проводится в динамическом аппарате для тепловой обработки, например в экструдере или смесителе непрерывного действия либо в любой другой пригодной для данной цели системе, в которой смешивание и тепловая обработка составных частей смеси, имеющей высокую вязкость, может осуществляться под воздействием сдвига. Предполагается, что увеличенная в объеме структура составной части облегчает доступ к активным местам ее молекул для образующего водородные связи компонента и что воздействие сдвигом помогает в обеспечении такого доступа. Однако не исключается возможность применения и статических способов тепловой обработки, таких как выпекание и формование.
Если обратиться к фиг.1, то очевидно, что настоящее изобретение включает также применение увеличенных в объеме составных частей 10, причем указанные составные части имеют увеличенную в объеме структуру как результат ранее проводившейся обработки. В предпочтительных вариантах составная часть, содержащая увеличенный в объеме материал, выбирается из возобновляемого источника. Возобновляемый источник может представлять собой пищевую составную часть. Предпочтительно это углевод. Материал может быть, к примеру, на основе крахмала, например в виде воздушной пшеницы, риса и кукурузы, которые могут присутствовать в самых разных видах, различающихся между собой соотношением между амилозой и амилопектином. Составные части 10 и частицы 30 могут включать любую композицию на основе нативного или модифицированного крахмала, например (в других вариантах) в виде воздушного проса или воздушного картофеля.
Увеличенный в объеме материал составной части может быть увеличен в объеме путем ферментации, например сбраживания, по меньшей мере частичного, дрожжами, либо путем обработки физическим способом. Пригодными для данной цели физическими способами увеличения материала (или его предшественника) в объеме являются быстрый нагрев путем резкого повышения температуры или резкий перепад давления, например, путем продавливания его в расплавленном состоянии через отверстие. Когда давление, под которым выдерживается расплавленный материал, падает, то материал увеличивается в объеме (или взрывается) и охлаждается до достижения отвержденного состояния, в котором он сохраняет свою новую, увеличенную в объеме форму. Примером пригодной для данной цели составной части, увеличенной в объеме путем сброса давления, является хорошо известный зерновой завтрак на основе риса Kellogg's® Rice Krispies®, выпускаемый фирмой Kellogg Company. Примером составной части, увеличенной в объеме путем сбраживания дрожжами, является хлеб. Предпочтительно хлеб фракционируется в виде хлебной крошки.
Структура частиц составных частей продукта является важным фактором при тепловой обработке съедобных, увеличенных в объеме составных частей в присутствии компонента, образующего водородные связи, и для получения продуктов настоящего изобретения, в которых должен быть обеспечен достаточный уровень образования водородных связей, необходимый для возможного прогнозирования требуемых свойств готового продукта. Теоретически допускается, что степень образования водородных связей может служить для характеристики продуктов по их свойствам и влиять на текстуру готовых продуктов.
Таким образом, увеличенный в объеме материал 10 измельчается на увеличенные в объеме частицы 30, напоминающие муку. Материал предпочтительно измельчается до размера 500 микрон или менее, более предпочтительно 350 микрон или менее. Применение частиц 30 предварительно увеличенного в объеме материала взамен не увеличенных в объеме или натуральных либо клейстеризованных зерновых или крахмалов дает резко отличающиеся результаты, такие, которые воплотились в продуктах настоящего изобретения, по сравнению с продуктами предшествующего уровня техники.
На фиг.2 представлена общая схема аппарата 50 для производства продуктов настоящего изобретения. Как указывалось выше, увеличенный в объеме, "взорванный" материал 10 смешивается в смесителе 52 с другими требуемыми составными частями с получением, в основном, сухой предварительной смеси 20. При производстве пищевого продукта могут вводиться и другие составные части, которые традиционно используются с целью обеспечения требуемого ароматического и питательного баланса. Например, предварительно приготовленная смесь может включать желатин и смесь питательных веществ, содержащую предписанные пищевым законодательством и необязательные витамины и минеральные вещества. Для не пищевой сферы применения указанные добавки не используются или заменяются другими функциональными добавками.
Предварительно составленная смесь 20 проходит затем через устройство для измельчения 54 с целью получения ее в виде частиц увеличенного в объеме материала 30. Увеличенный в объеме материал в виде частиц 30 обрабатывается затем в экструдере 58. По сравнению с натуральными мукой или крахмалами порошкообразные частицы увеличенного в объеме материала поглощают значительно больше удельной механической энергии («SME»), чем это делают нативные или клейстеризованные крахмалы в условиях, аналогичных условиям экструзии в экструдере 58.
Текстура продукта 40, выходящего из экструдера 58 через матричное отверстие 60, визуально выглядит более эластичной и прочной, чем текстура продуктов предшествующего уровня техники. Текстуру продукта 40 можно легко изменить путем манипулирования количеством подводимой энергии, которое может выражаться, например, в изменении скорости вращения шнека экструдера, температуры в рабочей камере экструдера, либо путем варьирования подачи одной или более жидкостей 56. Варьирование указанными параметрами подводимой энергии вместе с использованием увеличенного в объеме материала в виде частиц 30 обеспечивает высокую степень вариабельности в достижении широкого спектра текстурированных продуктов 40. Текстура продукта 40 варьирует от высокогибкой до высокорастяжимой, эластичной, до текстуры с очень низкой плотностью, до чрезмерно твердой текстуры и до любой комбинации перечисленных признаков текстуры. Все продукты 40 выходят из экструдера 58 в эластичном состоянии и, если потребуется, могут удерживаться в этом состоянии довольно долго, если хранить их надлежащим образом в условиях минимизации потерь растворителя. Растяжимость и плотность продукта 40, выходящего из экструдера через экструзионную головку 60, можно контролировать путем слабого изменения температуры нагрева в рабочей камере аппарата 50 или путем варьирования скорости вращения шнека. В одном из примеров скорость вращения шнека может варьировать примерно от 100 об/мин до 350 об/мин.
Аппарат 50 способен обеспечивать подвод энергии свыше 1000 кДж/кг к увеличенным в объеме частицам 30 без пригорания или разрушения продукта 40 и без снижения производительности или стабильности работы экструдера 58. Квалифицированные специалисты в данной области способны оценить, что это очень высокое количество подводимой энергии на экструзию пищевых продуктов и кормов для домашних животных, и вправе ожидать, что это может разрушить питательные вещества и ухудшить переваримость продукта. Однако продукты 40 настоящего изобретения обладают высокой переваримостью, что будет показано ниже.
Реологические исследования и исследования с применением DSC, результаты которых представлены графически на фиг.5-8, показывают специфическое физико-химическое поведение увеличенных в объеме материалов составных частей согласно изобретению по сравнению с традиционными не увеличенными в объеме материалами предшествующего уровня техники, такими как рис. Эти исследования более подробно обсуждаются ниже.
Возможное объяснение столь удивительной переваримости пищевых продуктов 40, несмотря на их обработку при таком высоком уровне подводимой энергии, можно найти в увеличении продолжительности пребывания их в экструдере, что обусловливается увеличенным объемом вследствие "воздушной" природы составных частей 10. Это увеличение продолжительности пребывания массы в экструдере позволяет аппарату 50 обеспечить щадящий режим подвода энергии к массе частиц 30, что сокращает риск разрушения питательных веществ в них.
Согласно изобретению экструдер 58 способен работать в режиме экструзии предварительно увеличенных в объеме частиц 30 при полном отсутствии добавляемой воды и, в некоторых случаях, в отсутствие всякой добавляемой жидкости 56, в результате чего достигается фактически сухая экструзия. Это противоречит традиционному мнению, что для экструзии сухих кормов для домашних животных или других увеличенных в объеме продуктов обязательно присутствие воды или другого жидкого компонента. Способ делает возможным создание экологически более чистых предприятий по производству экструзионных продуктов, на которых не будет сушильных установок, что дает большое преимущество, поскольку сушильные установки потребляют большое количество энергии. За счет отказа от сушильных установок может достигаться также значительное сокращение объема выбросов с неприятным запахом в атмосферу, в какой бы отрасли промышленности ни применялся вышеописанный способ.
Настоящее изобретение устраняет также необходимость применения сложных систем для формования под высоким давлением, например для формования шприцеванием. В некоторых случаях отпадет даже необходимость охлаждения продуктов 40 до температуры ниже температуры стеклования продуктов 40 перед выемкой из форм. Это дает большое преимущество, поскольку охлаждение продуктов является стрессом для них и может вызвать образование разломов или трещин.
Прочность конечного продукта 40 не зависит от его фазовой структуры. При рассмотрении при большом увеличении некоторые продукты 40 выглядят как единичная фаза, в то время как другие продукты 40 выглядят как уравновешенная комбинация как непрерывной, так и прерывистой фаз. Однако в продуктах 40 при большом увеличении можно было идентифицировать следы частиц исходной, предварительно увеличенной в объеме составной части. В продуктах 40 могут быть вкраплены газовые пузырьки или другие включения, не наносящие существенного ущерба их текстуре. Количество исходного, не конвертированного, увеличенного в объеме материала составной части в готовом продукте будет варьировать в зависимости от условий способа. Предпочтительно указанный материал будет присутствовать не более чем в микроколичестве, которое предпочтительно не превышает примерно 5 мас.% общей массы продукта. В особенно предпочтительных вариантах первоначальный материал присутствует в количестве не более чем в виде следов. Однако в некоторых вариантах требуется, чтобы указанный материал присутствовал, по меньшей мере, в виде следов.
Продукты 40 могут формоваться с приданием самых разнообразных форм и использоваться для различных целей. Для кошек и собак предпочтительные виды применения включают жевательные продукты для гигиены зубов, игрушки, пищевые продукты и сладости. Например, продукт 40 может быть устойчивым к прониканию в него, сопротивляясь силе укуса, развиваемой собакой, при обычном раскусывании корма. Сопротивление силе укуса может варьировать от способа к способу, раскрываемых в настоящем описании, что позволяет производить продукты по индивидуальным заказам для различных целей, например продукты для гигиены зубов или с заданной оптимальной продолжительностью жевания. Установлено, что продукт изобретения обладает более высокой сопротивляемостью прониканию в него, чем продукты, основу которых составляет материал, который не подвергался предварительной обработке с целью увеличения его в объеме. Продукт 40 может также разделяться на более мелкие куски для последующего добавления в традиционный влажный корм для домашних животных с целью получения, например, готового продукта, содержащего более мягкие, аналогичные мясу кусочки и более твердые кусочки, требующие длительного жевания. Последние могут препятствовать образованию зубного камня у животных, жующих их. Твердые, требующие длительного жевания кусочки 40 могут добавляться в жидкий корм, например в молоко для домашних животных, подливку или другой соус, и герметично упаковываться в контейнеры без значительного разрушения указанных кусочков в процессе хранения.
Для применения в не пищевых отраслях материал для продуктов из биопластика может формоваться в виде элементов, которые могут использоваться в производстве или сборке других изделий. Поэтому такой материал может изготовляться в виде заготовок, блоков, цилиндров, бруса, стержней, листов и т.п. для последующей разрезки или формования в соответствии с требованиями к готовому продукту. Он может формоваться также в неправильные формы, как это требуется перед окончательной осадкой при охлаждении.
На фиг.4 представлен образец продукта 200, изготовленный в соответствии с настоящим изобретением. Хотя продукт 200 имеет форму плоской кости, однако можно изготовлять множество самых разнообразных продуктов и форм для домашних животных, других животных и человека с применением традиционной техники формования.
В примерах, которые не ограничивают сущности настоящего изобретения, проводится сравнительная оценка пищевых продуктов настоящего изобретения, изготовленных из предварительно увеличенных в объеме составных частей, и продуктов, изготовленных из не увеличенных в объеме составных частей. Нижеприведенные тесты показывают также различные способы осуществления настоящего изобретения для производства продуктов.
Пример 1
Ниже описывается сравнительный тест, в ходе которого продукты, изготовленные согласно изобретению с использованием увеличенных в объеме частиц в качестве исходного сырья, сравниваются с продуктами, изготовленными с использованием не увеличенных в объеме частиц в качестве основного сырья.
В качестве увеличенной в объеме составной части корма настоящего изобретения был выбран воздушный рис Rice Krispies®. В качестве сравниваемого с ним, но не увеличенного в объеме материала, был выбран цельнозерный рис. Глицерин и вода составляли молекулы, способные к образованию водородных связей.
В целях упрощения сухие компоненты перечислены в таблице 1, жидкие добавки - в таблице 2. В качестве способа экструзии была выбран способ экструзионной варки; параметры экструзии (уровень подвода механической энергии, давление в матрице и сила тока в амперах) для различных партий продуктов указаны в таблице 3.
Каждый из продуктов изготовляли, выбирая композицию сухих компонентов 1 или 2, режим обработки ее в экструдере 58 определяли совокупностью параметров экструзии, указанной в таблице 3, а смесь вводимых шприцеванием жидких компонентов А или В выбирали из таблицы 2, причем выбор жидкости зависел от выбранной совокупности параметров экструзии.
Для производства продуктов использовали аппарат, схематически представленный на фиг.2.
Сначала готовили сухую смесь увеличенного в объеме корма, при этом композицию сухой смеси выбирали из композиций таблицы 1. Для приготовления сухой смеси основные составные части вносили в миксер Sovemeca (от фирмы Sovemeca Ltd., Vermand, Франция), обозначенный как смеситель 52 на фиг.2. Вследствие низкой плотности увеличенных в объеме съедобных составных частей важно было работать с партией соответствующего размера в миксере для достижения эффективного смешивания.
Полученную таким путем сухую смесь 20 осторожно измельчали в мельнице Septu (от фирмы Septu Ltd., Villeneuve sur Verberie, Франция), обозначенной на фиг.2 как устройство для измельчения 54, на частицы размером менее примерно 350 мкм, а затем смешивали повторно с получением измельченных частиц 30.
После измельчения увеличенный в объеме материал составной части дозировали по взвешивающему ленточному конвейеру K-tron непосредственно во входное отверстие экструдера 58. Экструдер представлял собой экструдер со сдвоенным шнеком (EV 53, фирма-изготовитель - CLEXTRAL Ltd., Франция) с отношением длины к диаметру, равным примерно 36. Однако можно также использовать и одношнековый экструдер.
Жидкость 56, выбранную из таблицы 2, инжектировали с помощью насосов, управляемых расходомерами, и контролировали ее объем автоматически с помощью программного логического контроллера.
Измельченные частицы подвергали варке в экструдере 58 при совокупности параметров, выбранной из таблицы 3. Продукт выгружался из экструдера 58 через матрицу 60 при низком давлении и температуре от 80 до 110°С. Матрицу 60 и/или матричную головку экструдера подбирали таким образом, чтобы обеспечивалось достаточное ограничение потока материала и чтобы гарантировалась требуемая продолжительность пребывания измельченных частиц в экструдере 58, достаточная для достижения требуемой степени экструзионной варки с получением, по меньшей мере, когерентной, но все еще способной к формованию массы на выходе из экструдера.
После выхода через матрицу продукт по конвейеру 62 поступал в систему формования 64. Система формования 64 может включать множество приспособлений для резания, заливки в форму и/или вальцевания продукта. Например, система формования может включать одно или более режущих приспособлений матричного и гильотинного типа (фирма-изготовитель - Sollich Ltd., Германия). Система формования 64 настоящего примера включала матричное режущее приспособление для разделения экструдата на отдельные съедобные куски.
Специфические приспособления, которыми оснащена система формования 64, и принцип действия самой системы могут варьировать в зависимости от требуемой текстуры и конечного назначения продукта. Само собой понятно, что аппарат 50 может работать в различном режиме, что позволяет достигать широкого спектра текстуры каждого отдельного продукта еще до поступления его в систему формования 64, например, за счет регулирования энергоподвода.
После стадии формования куски продукта, полученные с помощью режущего приспособления матричного типа, охлаждались на воздухе до комнатной температуры и поступали по конвейеру 66 к станции упаковки 68, где они упаковывались в герметично запечатываемые пакеты типа саше.
Таблица 4 сравнивает продукты, полученные в настоящем примере 1. Продукты 1А и 1В составляют продукт 40 настоящего изобретения, который был изготовлен из воздушного риса в качестве увеличенного в объеме съедобного материала 10. Продукты 2А и 2В были изготовлены из натурального риса, т.е. не увеличенного в объеме компонента.
Со ссылкой на параметры обработки таблицы 3 авторами было отмечено, что в случае продуктов на основе увеличенных в объеме съедобных материалов подводится более высокий уровень энергии, чем в случае продуктов на основе нативного крахмала. Более того, низкое давление в матрице в случае продуктов на основе риса Krispies означает, что вязкость этого продукта ниже и ближе к пластическому поведению, чем продукты на основе натурального риса.
Механические свойства измеряли с помощью прибора-анализатора текстуры ТА-XT2I Texture Analyzer (Rheo Ltd; Champlan, Франция), системы, способной имитировать силу укуса зубов собаки, и с помощью тестов на изгиб в трех точках. Прибор TA-XT2I был оснащен конусообразным щупом специальной конструкции длиной 12 мм, который применяется для пенетрометрических измерений. Щуп медленно вводили в продукты со скоростью 2 мм/с. Измеряли усилие, требующееся для проникания щупа в продукты.
Стандартные тесты на изгиб в трех точках проводили с использованием тяговой машины (LLOYD Ltd., Fareham Hampshire, UK) при скорости 50 мм/мин и максимальном изгибе 40 мм. Результаты представлены в таблице 5.
Установлено, что продукты 40, изготовленные из увеличенного в объеме съедобного материала(ов) 10 и обозначенные 1А и 1В, были прочными и пластичными, что подтверждается тем фактом, что расстояние от точки изгиба до точки разлома было больше, чем в продуктах 2А и 2В из натурального риса. Установлено также, что не увеличенные в объеме продукты 2А и 2В имели более слабую текстуру и не обладали выраженной структурной эластичностью.
Пример 2
В примере 2 оценивали переваримость продукта 40, изготовленного согласно настоящему изобретению. Продукт получали экструзией с использованием рецептурных составных частей, представленных в таблице 6, и инжектируемых жидкостей (смесь А таблицы 2). Условия экструзии были аналогичны приведенным в таблице 3 примера 1.
Восемь взрослых собак породы коротконогая гончая (4 суки, 4 кобеля) с хорошим состоянием здоровья содержали раздельно и кормили один раз в сутки контрольным рационом.
Восемь собак получали рацион, который представлял собой комбинацию из продуктов 40 настоящего изобретения и выпускаемых промышленностью консервированных кормов для домашних животных (Winalot - торговая марка фирмы Societe des Produits Nestle). Эти продукты были единственным источником питания для животных в продолжение описываемого эксперимента. Энергетическую ценность суточного рациона для каждой из собак рассчитывали, исходя из ее суточной потребности в энергии метаболизма (ME). ME рассчитывали по формуле:
Потребность в ME=132×BW0,75.
Еще до начала эксперимента продукты 40 анализировали на содержание влаги, белка, жира, золы, клетчатки и на общее содержание калорий. ME продуктов рассчитывали по формуле:
ME продукта=(3,5×% белка)+(8,5×% жира)+(3,5×% углеводов).
Собакам давали комбинированный рацион из выпускаемых промышленностью консервированных кормов для домашних животных, которые покрывали 75% суточной потребности в ME, и продуктов настоящего изобретения, которые покрывали 25% суточной потребности в ME. Свежую воду давали постоянно.
Собак содержали на указанном рационе в течение 5 дней, что позволило животным адаптироваться к рациону. Спустя пять дней измеряли массу каждой собаки и рассчитывали ее рацион на следующие пять дней, которые составили фазу сбора. Собакам продолжали давать такой же рацион в течение следующих пяти дней фазы сбора. В продолжение фазы сбора проводили сбор фекалий каждой собаки.
В первый день фазы сбора в корм каждой собаки подмешивали 1 г вещества-маркера (оксид железа), чтобы отметить начало сбора фекалий (первые собранные фекалии имели красный цвет). В остальные 4 дня рацион был обычным без всяких добавок. После 5 дня фазы сбора вновь подмешивали в корм 1 г красного оксида железа, чтобы отметить конец фазы сбора фекалий (фекалии красного цвета не собирали).
Для каждой из восьми собак регистрировали суточный прием корма и оценку фекалий. Фекалии каждой собаки хранили в морозильной камере при -20°С. Затем фекалии от каждой собаки, собранные за период пять дней (т.е. все фекалии до конечной пометки красным маркером), объединяли и измеряли их общую влажную массу. По окончании эксперимента вновь измеряли массу каждой собаки.
Фекалии от каждой собаки высушивали и измеряли их массу. Затем высушенные фекалии измельчали и анализировали на содержание воды, белка, жира, золы и общее содержание калорий. После чего рассчитывали показатель переваримости для каждой собаки, используя стандартный AAFCO-способ, согласно которому:
(где "DM" - сухое вещество, "г" означает массу в граммах).
Переваримость углеводов (по разнице, %)=аналогично расчету переваримости белка
Переваримость золы (%)=аналогично расчету переваримости белка. ME продукта (ккал/г)=[ккал потребленной GE - ккал GE в фекалиях - ((г потребленного белка - г белка в фекалиях)×1,25)]/г потребленного корма
Среднее потребление было удовлетворительным и достаточным для поддержания массы тела в ходе эксперимента. Вследствие высокой переваримости продуктов среднесуточное потребление было выше теоретического (1643 ккал/сутки) против такого же показателя, обычно обеспечиваемого только консервированным кормом для домашних животных (1030 ккал/сутки).
Качество фекалий было удовлетворительным при 94% фекалий, оцененных как приемлемые. Случаев диареи не наблюдалось. Кажущаяся переваримость продуктов была высокой при средних значениях порядка 85,3% (сухое вещество), 82,8% (белок), 88,8% (энергия) и 95,4% (жир).
Смешанный рацион из 75% выпускаемого промышленностью консервированного корма для домашних животных (Winalot) и 25% продуктов настоящего изобретения был оценен как усвояемый, если не лучше усвояемый, чем рацион, состоящий только из выпускаемого промышленностью консервированного корма для домашних животных. ME, рассчитанная по результатам определения переваримости и скорректированная с учетом потерь азота с мочой, составила 3,73 ккал/г.
Пример 3
В примере 3 оценивали продолжительность жевания продуктов настоящего изобретения на фиксированной группе из сорока собак. Продукты изготовляли в соответствии с параметрами таблиц 1, 2 и 3. В тестах использовали продукты, обозначенные через 3А и 4А, и промышленный продукт торговой марки Jumbone (100 г/для мелких собак), выпускаемый фирмой Pedigree Masterfoods, Melton Mowbray, UK. Указанные продукты получали с использованием круглой матрицы диаметром 25 мм и измельчали в виде палочек длиной около 130 мм.
Перед началом эксперимента врач-ветеринар проводил осмотр ротовой полости каждой собаки, чтобы убедиться в ее здоровом состоянии и отсутствии таких симптомов, как гингивиты, кровоточивость и/или покраснение десен, отсутствие зубов и др. Участвующие в эксперименте собаки были самых разных размеров.
Собаки получали продукты 3А, 4А и взятый для сравнения продукт Jumbone; в ходе эксперимента контролировали поедаемость ими корма, в частности продолжительность жевания продуктов. В рамках определения продолжительности жевания регистрировали только фактическое время жевания, а те периоды, когда собака переставала жевать, исключали из расчета продолжительности жевания. По окончании эксперимента проводили повторный осмотр ротовой полости собак.
Было отмечено, что собаки брали в рот испытуемые продукты, ложились на брюхо и перемещали продукт к передним лапам. Они удерживали продукт слегка в наклонном вертикальном положении и начинали жевать его, используя для этого преимущественно задние зубы. В конце, когда собаки догрызали продукт до последнего куска, они захватывали этот кусок передними зубами, пережевывая его много раз, прежде чем проглотить.
Время жевания и другие наблюдения отражены в таблице 8. Как указывалось выше, плотность продуктов варьировала в зависимости от условий процесса. Соответственно, результаты определения времени жевания приводятся из расчета на единицу массы (время/граммы) продукта.
Указанное время является только относительным, поскольку в разных группах собак время жевания было различным, но предполагается, что порядок результатов оставался одинаковым.
Собаки казались очень довольными при поедании продуктов 3А, многократно кусая с силой эти продукты и сжимая их, пока не отделялся какой-нибудь небольшой кусок. Собаки жевали этот отделившийся кусок до тех пор, пока не разжевывали его на достаточно мелкие фрагменты, удобные для глотания. После этого собаки возвращались к жеванию основного тела продукта.
Подобное поведение собак наблюдалось и в случае не увеличенного в объеме продукта 4А, за исключением того, что собаки быстро отрывали куски и жевали их в течение более короткого периода времени. Небольшие различия были отмечены и в случае взятого для сравнения продукта предшествующего уровня техники (Jumbone), за исключением того, что время жевания этого продукта из расчета на единицу массы было больше, чем в случае не увеличенного в объеме продукта 4А.
Сделано заключение, что даже при относительно самом умеренном уровне содержания увеличенной в объеме порошкообразной составной части в продуктах настоящего изобретения преимущества их очевидны: отмечено значительное увеличение продолжительности жевания по сравнению с продуктами предшествующего уровня техники.
Пример 4
В примере 4 образцы продукта 2А подвергали долгосрочному анализу на их стабильность. Продукты хранили в герметически запечатанных мешочках при 4°С, 38°С и комнатной температуре (примерно 22°С) соответственно. Перед хранением и спустя один месяц и три месяца хранения проводили анализ текстуры и активности воды в образцах продуктов с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC). Контролировали также продолжительность жевания образцов на примере группы собак, как в примере 3.
Не обнаружено сколько-нибудь значительных изменений как в самих продуктах, так и в их образцах. Это свидетельствует о том, что продукты настоящего изобретения остаются стабильными в условиях хранения.
Пример 5
В условиях лаборатории готовили три сухих смеси для тестирования с тем, чтобы проиллюстрировать специфику настоящего изобретения. Указанные смеси содержали рис Krispies (как пример увеличенного в объеме съедобного материала), дробленый рис (натуральный крахмал, не увеличенный в объеме) и предварительно клейстеризованный рис (также не увеличенный в объеме).
В ходе исследования образцы сухих смесей комбинировали со следующими соответствующими растворителями, выбранными по их способности к образованию водородных связей: этиленгликоль и пропиленгликоль.
Тест 5(а) - дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC)
Материалы и способы
Образцы сухого компонента измельчали до размера примерно 0,5 мм, а затем смешивали с соответствующим растворителем в следующем массовом соотношении: 20% сухого вещества, 80% (растворитель + содержащаяся в образце влага). Эти "влажные" образцы помещали в дозированную ячейку микрокалориметра μDSC III - SETARAM. Контрольную ячейку заполняли только соответствующим растворителем (т.е. этиленгликолем или пропиленгликолем). Содержимое ячеек анализировали способом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии при сканировании температуры в диапазоне от 20°С до +120°С при скорости изменения температуры 1°С/мин.
Каждый эксперимент повторяли дважды с целью установления воспроизводимости результатов анализа.
Результаты анализов представлены в виде термограмм на фиг.5 и 6.
Самый большой экзотермический пик был отмечен в случае воздушного (увеличенного в объеме) риса, подвергнутого тепловой обработке вместе с пропилен- или этиленгликолем. В то время как между натуральным рисом или стандартным предварительно клейстеризованным путем влажной варки рисом были отмечены только малые и обширные экзотермические взаимодействия. Полученные кривые показывают специфическое взаимодействие, которое происходит между увеличенным в объеме материалом и 2 полиолами, показанными как примеры растворителей.
Тест 5(6) - Реологические исследования
Материал и способ
Подготовка образцов
Образцы составной части измельчали до размера примерно 0,5 мм и смешивали с растворителем в следующем соотношении: 20% сухого вещества, 80% растворителя.
На фиг.7 и 8 представлены результаты этих исследований.
Реологическое поведение увеличенного в объеме съедобного материала после смешивания с полиолами настоящего примера и последующих тепловой обработки и охлаждения проявилось в образовании чрезмерно прочных гелей. При проведении сравнительной оценки соответствующие образцы натурального риса или стандартного предварительно клейстеризованного путем влажной варки риса при обработке в тех же условиях (указанных выше) смогли образовать только очень слабые гели.
Таким образом, лабораторные исследования также подтвердили прочность и уникальную природу матрицы, образованной из увеличенных в объеме материалов, в частности при смешивании с растворителями, образующими водородные связи, такими как пропиленгликоль или этиленгликоль.
Пример 6
На фиг.3 схематически представлен альтернативный аппарат 150 для получения продуктов 40 настоящего изобретения. Аппарат 150 может использоваться для экструдирования высококачественных кормов для домашних животных при полном отсутствии добавляемой воды, что дает возможность отказаться от применения процесса сушки на предприятиях по производству кормов для домашних животных, упростить процессы и снизить капитальные затраты.
Принцип действия аппарата 150 основан на одностадийном процессе, согласно которому вышеописанные, предварительно увеличенные в объеме частицы 30 могут генерироваться теперь in situ из натуральной муки в процессе экструзии. Экструзия осуществляется в присутствии компонента, образующего водородные связи, в системе с низкой влажностью. В настоящем примере экструзия осуществляется также с участием компонента, представляющего собой горячий полигидрированный растворитель, а сам экструдер работает при высоких температурах рабочей камеры.
При использовании аппарата 150 исходное натуральное зерно (например, не увеличенное в объеме) и компоненты на основе крахмала смешиваются в смесителе 152 с одной или более добавками, указанными выше в таблице 1, измельчаются в устройстве для измельчения 154 до размера менее примерно 0,3 мм, а затем пропускаются через камеру объемного расширения 155 перед обработкой в экструдере 157 или в промежуточной установке для предварительного кондиционирования 157. Установка для предварительного кондиционирования 157 преимущественно используется в целях дополнительного подвода энергии в форме теплоты или в целях предварительной гидратации компонентов перед подачей их в экструдер 158. Само собой должно быть понятно, что, если нет необходимости в использовании предварительно увеличенных в объеме составных частей в виде твердых частиц, например Rice Krispies®, то в этом случае можно поместить в смеситель 152 не увеличенную в объеме составную часть, например натуральный рис, а затем обработать ее с целью увеличения в объеме в камере объемного расширения 155 перед подачей в экструдер 158. Однако важно, чтобы указанная составная часть была подвергнута обработке с целью увеличения ее в объеме еще до стадии тепловой обработки.
После выхода из экструдера 158 продукт поступает по конвейеру в систему формования 164. Окончательно сформованный продукт охлаждается затем в охладителе 167 перед подачей на станцию упаковки 168 для упаковки в герметично запечатываемые контейнеры.
Проводимая при низкой влажности экструзия обеспечивает более длительное пребывание в экструдере и чувствительных к влажности составных частей, и питательных веществ, особенно таких, которые легко гидролизуются. В ходе такой экструзии значительно ускоряется формирование аромата, поскольку происходят обычные реакции образования ароматических соединений, такие как реакция Майяра, обычно подавляемые водой. Отсутствие воды и особенно гидролиза водой также помогает предупредить распад ароматических компонентов, образующихся в результате обратных реакций альдолей и др.
Экструзия в представленном на фиг.3 варианте может осуществляться полностью без жидкостей, а с применением твердого полигидрированного растворителя, такого как сахар или сорбит. Корма для домашних животных, подвергнутые экструзии в системах с очень низкой влажностью или без применения жидкости, обладают очень высокой механической и структурной прочностью и, соответственно, требуют более длительного жевания при скармливании их домашнему животному, например собаке.
Пример 7
Высокий уровень амилозы добавляли к предварительно увеличенному в объеме корму примера 6, и смесь обрабатывали в аппарате, представленном на фиг.3 и предусматривающем использование установки для предварительного кондиционирования 157 для предварительного нагрева. Готовый экструдат охлаждали и формовали в виде крупных кусков, требующих длительного жевания при скармливании собакам. Куски помещали в контейнеры, содержащие выпускаемый промышленностью влажный корм для домашних животных, приготовляемый из эмульгированных в подливке кусков, известный под торговым названием "Winalot". Контейнеры герметично запечатывали, и содержащийся в них продукт-композит хранили в течение 90 дней. Затем контейнеры вскрывали и исследовали их содержимое. Установлено, что куски не претерпели существенного разрушения во влажном корме для домашних животных и в большинстве своем сохранили свою целостность.
В нижеприведенных таблицах даются примеры (не ограничивающие, однако, сущности настоящего изобретения) комбинаций составных частей (в мас.%) продуктов настоящего изобретения.
Вышеуказанные смеси можно перерабатывать в готовые продукты в присутствии растворителей, добавляемых в массовых концентрациях, пределы которых указаны ниже.
Само собой понятно, что возможны различные изменения и модификации представленных в описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Такие изменения и модификации возможны только в масштабах настоящего изобретения без умаления его предполагаемых преимуществ. Само собой разумеется, что такие изменения и модификации возможны только в рамках заявленной формулы изобретения.
Настоящее изобретение относится к производству кормов для домашних животных. Предложен способ производства кормового продукта с пониженной плотностью, включающий получение увеличенных в объеме зерновых, измельчение, смешивание, варку, экструдирование, формование. Кормовой продукт, полученный указанным способом, применение данного продукта для удаления зубного камня у домашних животных и контролирования ожирения. Изобретение предотвращает ожирение и образование зубного камня у домашних животных. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил., 13 табл.
| 0 |
|
SU176386A1 | |
| Гидравлический рулевой механизм транспортного средства | 1987 |
|
SU1497090A1 |
| GB 1591406 А, 24.06.1981 | |||
| US 3759714 А, 18.09.1973. | |||
