发明背景
造粒于二十世纪二十年代中期引入美国饲料工业，以改进饲料利用，提高饲料密度和改进处理特征。在约1930年以前，利用若干不同种类的造粒机。到二十世纪二十年代末期，开始开发平模造粒机和环形模粒料磨机。虽然平模机仍用于某些应用，但是环形模粒料磨机快速变为优选的设计，并且被动物饲料工业快速采用并保持为当今选择的造粒机形式。除了环形模粒料磨机本身以外，开发了辅助设备，包括调节器、冷却器/干燥器，以及相关的工艺设备。
早期造粒方法涉及将饲料成分混合，并对它们造粒，而没有进一步处理，基本原理是通过避免对饲料加入热量，防止维生素和蛋白质改变。然而，在二十世纪三十年代后期，通过在引入到粒料挤出机之前将混合物通过调节器，一些处理器开始使动物饲料的形成粒料的混合物经受水和蒸汽。蒸汽的加入改进生产速率、降低模磨损、和改进粒料品质。随后，本行业快速在粒料形成期间采用蒸汽调节，且它保持为迄今为止造粒方法的整体部分。
在蒸汽调节期间，当将饲料糊状物(mash)传送通过调节器时，将新鲜的蒸汽注入饲料糊状物中，该调节器通常由具有旋转轴的圆柱形管组成，在该旋转轴上安装众多浆或尖状物(pick)。使用蒸汽进行粗粉(meal)调节是将粗粉或糊状物压缩成为粒料的先决条件。来自蒸汽的热量和水用于活化粗粉颗粒(例如，蛋白和碳水化合物)中的粘合剂，将它们软化，并且在颗粒的表面上带来粘着性质。当将糊状物压缩通过模时，颗粒压紧并粘在一起，以形成粒料。当然，冷凝蒸汽提高糊状物的温度和水分含量。此外，由于将蒸汽直接注入饲料糊状物中，用于处理锅炉的化学品必须经过FDA批准。
自从二十世纪六十年代以来，对造粒方法的研究集中于改进蒸汽调节操作，强调提高保留时间和提高调节糊状物的温度。更近来的开发之一是压力造粒系统，其中将调节器和造粒模腔加压，以提供使用较高的温度和较长的调节时间来改进粒料耐久性和提高生产速率。然而，使用提高的温度和调节时间，与包括实际上任何热敏或不稳定的成分背道而驰，这些成分可能也是完整的动物饲料所期望的。
因此，本领域需要一种在不存在特意加入的热源(例如蒸汽)下生产动物饲料的方法，使得热不稳定的添加剂可加入到饲料中。此外，由于所述方法不需要锅炉用于蒸汽生产，不利用蒸汽注射的方法和机器可能操作更经济。缺少锅炉将进而消除寻求对机器的某些化学处理的FDA批准的必要性。
发明概述
本发明涉及生产动物饲料产品的方法，所述方法包括将粘合剂与饲料粗粉在约10℃-约70℃温度下混合，以生产糊状物，使所述糊状物通过挤出机，以形成动物饲料产品，和干燥所述动物饲料产品。在某些实施方案中，粗粉、糊状物和最终产品的温度保持在70℃或以下。
本发明还涉及使用本发明的方法生产的动物饲料产品。
发明详述
本发明涉及生产动物饲料产品的方法。本文使用的动物饲料产品为用于动物(特别是哺乳动物)的食品或点心(treat)。饲料产品可用于狗、猫和家畜，例如但不限于奶牛、猪、马、公牛等。在具体的实施方案中，饲料产品用于家庭宠物，例如狗或猫。
通过本发明的方法生产的饲料产品可具有任何期望的形状，因为本发明不依赖于或受限于饲料产品的形状。例如，饲料可为实心或空心粒料。饲料还可为其它形状，例如像咸肉条或炸玉米饼条的条。本文使用的“条”形状的食品用于指任何形状的扁平食品，例如但不限于三角形、长方形、正方形或圆形。
饲料产品包含与液体粘合剂混合的饲料粗粉。用于动物饲料工业的任何饲料粗粉可用于本发明的目的。用于本发明的饲料粗粉中可(但不必然)存在的饲料粗粉组分的实例包括但不限于玉米、磨碎的玉米、玉米粗粉、稻米、小麦、麦麸(wheat midd)、大麦、燕麦、其它植物纤维、大豆、大豆粗粉、来自生物燃料生产的所有谷物粗粉、乳清、乳清粗粉、酪蛋白、蛋、棉籽粗粉、动物脂肪、植物油、鱼油、家禽粗粉、牛肉、猪肉、花生壳、橙子皮、甜菜浆和高粱。饲料粗粉添加剂的组分的实例可包括但不限于吸湿溶质或成分，例如盐、糖和寡糖、糖醇、丙二醇、糖浆、游离氨基酸和水解的蛋白质材料(例如，鸡肉、肝、小麦麸质、酪蛋白等)或水解的碳水化合物聚合物(例如，淀粉、胶、面粉、纤维和壳聚糖)。在具体的实施方案中，粗粉包含约40%-约70%碎玉米、约10%-约30%大豆粗粉、约1%-约30%家禽粗粉和1%-30%花生壳，剩余的部分(如果有的话)包含不同的饲料粗粉组分，例如，但不限于动物脂肪。
所述方法包括使用加入到饲料粗粉的粘合剂。在本发明中粘合剂可为多糖、胶或大豆蛋白粘合剂。粘合剂的具体实例包括，但不限于藻酸钠、阿拉伯树胶、羧甲基纤维素钠、瓜耳胶、黄原胶、麦芽糖糊精和预胶凝化淀粉。
通常，粘合剂为干粉末形式，并且在将粘合剂与粗粉混合之前，将水与干粉末混合。本文使用的“液体粘合剂”为已与水混合的粘合剂。在一个实施方案中，在与饲料粗粉混合之前，液体粘合剂的固含量可小于20% (w/w)，即，水分含量大于80%。在其它具体的实施方案中，在与饲料粗粉混合之前，液体粘合剂的固含量小于18%、16%、14%、12%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%和0.5%。在其它具体的实施方案中，在与饲料粗粉混合之前，液体粘合剂的固含量为约18%-16%、约16%-14%、约14%-12%、约12%-10%、约10%-9%、约9%-8%、约8%-7%、约7%-6%、约6%-5%、约5%-4%、约4%-3%、约3%-2%、约2%-1%和约1%-0.5%。水与干形式的粘合剂的混合可在干粘合剂与水充分混合的任何温度下。在一个实施方案中，水与粉末粘合剂在约17℃-约26℃温度(即，室温)下混合。在一个具体的实施方案中，在充分混合后，液体粘合剂为凝胶形式。
在本发明的方法中，饲料粗粉与粘合剂在约10℃-约70℃温度下混合，以生产糊状物。在一个实施方案中，饲料粗粉与粘合剂在约17℃-约26℃温度(即，室温)下混合。糊状物具有由液体粘合剂的水分含量提供的水分含量。在一个实施方案中，糊状物的水分含量为总成分的约5%-70% (w/w)。在一个更具体的实施方案中，糊状物的水分含量为总成分的约10%-60% (w/w)。在一个更具体的实施方案中，糊状物的水分含量为总成分的约20%-40% (w/w)。在一个还更具体的实施方案中，糊状物的水分含量为总成分的约20%-35% (w/w)。在另外的具体的实施方案中，糊状物的水分含量为约20%、21%、22%、23%、24%、25%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%或35%。在还更具体的实施方案中，糊状物的水分含量约为总成分的约20%-22%、约22%-24%、约24%-26%、约26%-28%、约28%-30%、约30%-32%、约32%-34%和约33%-35% (w/w)。
在液体粘合剂与粗粉混合后，粘合剂(干形式)的浓度明显下降。在某些实施方案中，在糊状物中粘合剂的浓度为总成分的约0.1%-约10% (w/w)。在另一个实施方案中，在糊状物中粘合剂的浓度为总成分的约0.1%-约5% (w/w)。
一旦粘合剂与饲料粗粉混合以生产糊状物后，将糊状物通过挤出机，以形成动物饲料产品。本文使用的术语“挤出机”用于指使糊状物形成、成型或再次成型的机器或设备。挤出机还可使糊状物形成、成型或再次成型为更小的块，例如，但不限于粒料和条。挤出机可简单地使糊状物成型并任选将再次成型的糊状物传向另外的位置，用于进一步加工，例如切割站，用于将较大的饲料产品块破碎成为较小的饲料产品块。用于饲料的挤出设备为本领域公知，并且包括但不限于辊和模挤出机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、造粒机、膨胀机(expanser)等。理想地，但不是关键地，挤出机的某些部分的温度应保持在70℃或以下。然而，可能的是，在挤出期间，挤出机的某些部分(例如，模)的温度可超过70℃，这可提高形成的饲料产品的糊状物的温度。在这些情况下，是挤出方法本身提高糊状物或饲料产品的温度，而不是特意加入外部热量，例如蒸汽注射等。因此，本发明的一个实施方案涉及在缺乏特意施加的热源(例如蒸汽)下形成动物饲料的方法，所述热源会将粗粉、糊状物或形成的饲料产品的温度提高至大于70℃的温度。在挤出期间可将空气注入挤出机或不注入挤出机，以影响饲料密度。
在通过挤出机之后，将所形成的动物饲料产品干燥。通常，将形成的饲料产品在小于或等于70℃的温度下干燥。在一个具体的实施方案中，将形成的饲料产品在约60℃温度下干燥。饲料产品可在环境温度下干燥，而无需干燥设备的空气。或者，饲料产品可使用干燥设备干燥，例如，但不限于气体或电烘箱或微波炉。本领域技术人员可设定干燥条件，例如时间、温度或功率(在微波炉的情况下)，以干燥形成的饲料产品。
本发明还涉及使用本发明的方法生产的动物饲料产品。饲料产品可为空心或实心粒料或者它们可为任何其它形状。在一个实施方案中，最终饲料产品的水分含量为约0.01%-约35%，其涵盖了干和中间水分范围两者。在另一个实施方案中，最终饲料产品的密度为约5磅/英尺3-约40磅/英尺3。在一个更具体的实施方案中，最终饲料产品的密度为约20磅/英尺3-约30磅/英尺3。饲料产品还可在指定的温度和湿度下具有指定的水活度(aw)。“水活度”为本领域公知的，并且通常定义为直接在样品(在本情况下，为饲料)上的蒸汽压除以在相同的温度下纯水的蒸汽压。例如，本发明的饲料产品在24℃和不同的相对湿度下可呈现约0.2-约0.9范围的aw。当然，aw为饲料产品的相对水蒸汽压或本发明的饲料产品已达到平衡的环境的相对湿度的度量。
本发明的方法产生其中淀粉(如果存在)未凝胶化的饲料产品。饲料产品不必完全不含凝胶化的淀粉(如果存在淀粉)。在某些实施方案中，在最终饲料产品中凝胶化的淀粉(如果存在淀粉)的水平小于30%。在另一个实施方案中，在最终饲料产品中凝胶化的淀粉(如果存在淀粉)的水平小于20%。在又一个实施方案中，在最终饲料产品中凝胶化的淀粉(如果存在淀粉)的水平小于10%。在更多的实施方案中，在最终饲料产品中凝胶化的淀粉的水平小于9%、小于8%、小于7%、小于6%、小于5%、小于4%、小于3%、小于2%或小于1%。可采用本领域技术人员已知的多种方式来分析淀粉的凝胶化程度。例如，差示扫描量热法(DSC)可用于评价在饲料产品中凝胶化的淀粉的水平。DSC技术可评价饲料产品的凝胶化开始转变温度(To)、峰值凝胶化温度(Tp)和凝胶化焓(ΔH)。快速比较本发明的饲料产品与相同配方的未经加工的混合物的To、Tp和/或ΔH，可提供饲料产品的凝胶化程度。
通过本发明的方法生产的动物饲料产品还显示优良的耐久性。耐久性为简单的测量，并且一般来说，为在共混机中混合之后，通过具体的筛的粒料的质量百分比。例如，可将100 g饲料产品放置在共混机中，并在例如“搅拌”速度设定下共混10分钟。已共混的粒料或饲料产品随后可通过例如4-目筛，并且可测定筛分后粒料的剩余质量。耐久性为剩余的质量除以起始材料的质量。
此外，动物饲料产品可包含除粗粉和液体粘合剂以外的另外的组分。另外的组分包括但不限于惰性成分例如发酵剂、填料、防腐剂、调味剂、美味料(palatants)、加工助剂等。
发明具体实施方案
本文提供的实施例意在说明本发明的主题所选的实施方案而不旨在限制本发明的范围。
实施例
实施例1
通过将65%碎玉米(w/w)、20%大豆粗粉、5%家禽粗粉和10%花生壳合并，并在室温下混合约10-15分钟，生产干燥的粗粉。通过将29.25磅水与0.75磅藻酸钠粉末混合，单独制备液体粘合剂。将水与粉末粘合剂在室温下混合，直至粉末溶解并且粘合剂变为均质凝胶(~2.5小时)。
将液体粘合剂(共30磅)与混合粗粉(共100磅)在室温下混合在一起约15-20分钟，以生产糊状物。此时糊状物的水分含量为约22.5% (29.25磅水/130磅总成分)。在形成液体粘合剂期间和/或在形成糊状物期间可通过加入水来调节糊状物的水分水平。
实施例2
通过将60%碎玉米(w/w)、20%大豆粗粉、15%家禽粗粉和5%花生壳合并，并在室温下混合约10-15分钟，生产干燥的粗粉。通过将29.25磅水与0.75磅藻酸钠粉末混合，单独制备液体粘合剂。将水与粉末粘合剂在室温下混合，直至粉末溶解并且粘合剂变为均质凝胶(~2.5小时)。
将液体粘合剂(共30磅)与混合粗粉(共100磅)在室温下混合在一起约15-20分钟，以生产糊状物。此时糊状物的水分含量为约22.5% (29.25磅水/130磅全部成分)。在形成液体粘合剂期间和/或在形成糊状物期间可通过加入水来调节糊状物的水分水平。
实施例3
以约80 k/小时的进料速率和约18 rpm的进料螺杆速度和在所有桶中约25℃的温度，将调节至水分率为约30%的实施例1中的混合糊状物通过双螺杆挤出机(TX-52，Wenger)挤出。用于挤出机的两个模为7.9 mm直径，具有三个孔并具有直径6.4 mm的销。挤出螺杆速度为约200 rpm。在此速度和约30%的水分水平下，未加入任何外部热源，挤出机头的温度提高至约63℃。
实施例4
以约80 kg/小时的进料速率和约200 rpm的进料螺杆速度和在所有桶中小于58℃的温度，将调节至水分率为约35%的实施例2中的混合的糊状物通过双螺杆挤出机(TX-52)挤出。用于挤出机的两个模为7.9 mm直径，具有三个孔并具有直径2.2 mm的销。在此速度和约25%的水分水平下，未加入任何外部热源，挤出机头的温度保持在60℃或低于60℃。
将粒料在约60℃温度下干燥约65分钟。在该实施例中生产的空心粒料的密度为约30磅/英尺3-约32磅/英尺3，并且水活度为约0.25。粒料看起来不含任何凝胶化的淀粉。