隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人均GDP逐年提高，寵物經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，據(jù)報(bào)道，2019年我國(guó)城鎮(zhèn)寵物犬貓市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到2024 億元，其中狗市場(chǎng)1244億元，貓市場(chǎng)780億元。市場(chǎng)各細(xì)分品類下，寵物主糧食品消費(fèi)比例達(dá)到61.4%，較去年增長(zhǎng)9.2%，也因此成為寵物行業(yè)從業(yè)者們的“兵家必爭(zhēng)之地”。
也正是由于資本的推動(dòng)，使得我國(guó)在寵物主糧上的技術(shù)發(fā)展日新月異，一日千里。
隨著寵物主人的消費(fèi)理念和專業(yè)知識(shí)普及度的提高，市場(chǎng)對(duì)我國(guó)的寵物飼料逐漸呈現(xiàn)出“高蛋白”、“低碳水化合物”、“高動(dòng)物源性原料”等的趨勢(shì)，這尤其符合貓科動(dòng)物的飲食習(xí)慣，不僅對(duì)伴侶動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)學(xué)進(jìn)行研究，也對(duì)傳統(tǒng)的飼料加工技術(shù)提出了更高的要求。在眾多新興技術(shù)里，低淀粉膨化技術(shù)成為了重要的組成部分，受到行業(yè)從業(yè)者的廣泛關(guān)注，因此筆者結(jié)合中外文獻(xiàn)資料，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行綜述，以期對(duì)行業(yè)從業(yè)者提供一定參考。
1 寵物飼料發(fā)展趨勢(shì)1.1 世界寵物飼料技術(shù)形態(tài)發(fā)展趨勢(shì)1.1.1 1860年前的寵物飼料據(jù)研究，人類在45 000年前馴化了第一只狗，來(lái)輔助狩獵行為；而第一只貓則是在 9 000 年前被馴化，來(lái)輔助人們捕捉鼠類，保護(hù)糧食。而在這個(gè)過(guò)程中，犬和貓的食物來(lái)源很雜亂，不成體系，可以是自然的動(dòng)物捕食，也可以是人類的剩菜剩飯，這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到了1860年。
1.1.2 膨化飼料前的寵物飼料1860年，美國(guó)辛辛那提電工詹姆斯·斯普拉特第一次將面粉、蔬菜、肉和水?dāng)嚭显谝黄穑圃斐隽藲v史上的第一份商業(yè)狗糧，第一次出現(xiàn)了“寵物飼料”的概念。1954年，拉爾斯通-普瑞納公司嘗試在米粉、鹽和糖里摻入乳化的動(dòng)物內(nèi)臟、脫脂牛奶大豆粉等原料，攪拌混合后，在瀝青地上曬干，獲得了第二種形態(tài)的狗糧，深受寵物喜愛(ài)。
1.1.3 膨化寵物飼料的出現(xiàn)1957年，美國(guó)人將食品中的膨化工藝應(yīng)用在了寵物食品上，全世界第一代膨化狗糧面世。由于經(jīng)過(guò)膨化工藝制造的寵物食品不僅營(yíng)養(yǎng)全面均衡，同時(shí)具有飼喂方便、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，這個(gè)技術(shù)的寵物飼料形態(tài)迅速發(fā)展并且持續(xù)至今。
1.2 我國(guó)寵物飼料發(fā)展趨勢(shì)1992年，我國(guó)成立中國(guó)小動(dòng)物協(xié)會(huì)標(biāo)志著國(guó)內(nèi)寵物行業(yè)的形成，之后我國(guó)寵物市場(chǎng)年增長(zhǎng)率約為10%。2010年后，我國(guó)寵物行業(yè)步入快速發(fā)展階段。
而從產(chǎn)品形態(tài)趨勢(shì)上，我國(guó)除膨化飼料外的寵物飼料形式也日益豐富，如半濕性寵物飼料、烘焙寵物飼料等，但占據(jù)市場(chǎng)主流的仍然是膨化飼料，主要分為如下幾類。
1.2.1 功能性寵物膨化飼料這類膨化飼料主要為預(yù)混料類和膨化原料的結(jié)合產(chǎn)物，通過(guò)不同功能性的飼料預(yù)混料，如益生菌、維生素添加劑等，使得傳統(tǒng)的膨化飼料具有不同的區(qū)分特點(diǎn)。
1.2.2 形態(tài)差異的寵物膨化飼料這類膨化飼料主要是迎合商業(yè)噱頭而產(chǎn)生的產(chǎn)品形態(tài)。具體差異為通過(guò)模具、原料色素以及膨化度等組合構(gòu)建的不同形狀、顏色的膨化飼料顆粒，使人們感受到肉眼可見(jiàn)的產(chǎn)品差異。
1.2.3 組成比例差異的寵物膨化飼料隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，專業(yè)的營(yíng)養(yǎng)學(xué)知識(shí)愈發(fā)為普通消費(fèi)者所知，消費(fèi)者也日益關(guān)注寵物飼料的原料組成，并將其作為消費(fèi)決策的重要組成部分，即所謂的“成分黨”。而面對(duì)這樣的消費(fèi)者，飼料膨化技術(shù)上主力開(kāi)始轉(zhuǎn)型至配方成分調(diào)整。而按照目前的消費(fèi)趨勢(shì)，“高蛋白”、“低淀粉”、“合適鈣磷比”、“高動(dòng)物源性原料”日益成為消費(fèi)者所認(rèn)可的概念，也由此成為膨化飼料開(kāi)發(fā)的研究方向，隨之而來(lái)的是“無(wú)谷糧”、“低敏糧”、“純?nèi)饧Z”等概念的誕生。在消費(fèi)者認(rèn)知中，寵物應(yīng)該攝入更多的動(dòng)物性原料，更少的植物性蛋白，而在動(dòng)物性原料中，則是顯著的蛋白質(zhì)提高，降低淀粉類原料。而低淀粉膨化技術(shù)，就是應(yīng)對(duì)“高蛋白低淀粉”而產(chǎn)生的具體技術(shù)發(fā)展方向。
2 寵物飼料發(fā)展趨勢(shì)為了便于解釋下文的低淀粉膨化技術(shù)，筆者首先概述一下膨化技術(shù)的基本原理情況，以便讀者對(duì)后文具體低淀粉膨化技術(shù)的改進(jìn)角度進(jìn)行理解。
2.1 膨化技術(shù)的基本原理飼料原料的膨化過(guò)程，按照其在整個(gè)機(jī)械設(shè)施中的所處的位置，可以分為三個(gè)階段，分別是送料段、擠壓段和蒸煮段[11]。
在送料段，物料進(jìn)入螺套后，由旋轉(zhuǎn)的螺桿推進(jìn)并攪拌，在這個(gè)過(guò)程中，密度會(huì)隨著氣體擠出而增加，溫度不斷提高。進(jìn)入擠壓段，物料繼續(xù)受擠壓，物料發(fā)生剪切作用，從而在壓力和摩擦下進(jìn)一步提高溫度，最高可達(dá)200 ℃。最后進(jìn)入蒸煮段，物料升溫加壓后進(jìn)入，在這個(gè)區(qū)域里，螺桿和螺套之間的間隙進(jìn)一步縮小，壓力和溫度急劇增大，而由于高壓，物料中的水分仍然處在液態(tài)之中，當(dāng)物料排出進(jìn)入到正常氣壓后，水瞬間氣化，從而使得物料中的膠體化淀粉隨之膨化，至此膨化過(guò)程完成。
2.2 膨化技術(shù)的工藝流程從工藝流程角度上來(lái)看，膨化可以分為預(yù)加工、擠壓蒸煮（膨化過(guò)程）和后加工三個(gè)階段。預(yù)加工是飼料原料進(jìn)入膨化系統(tǒng)前的工藝統(tǒng)稱，一般稱包裹給料系統(tǒng)和預(yù)調(diào)理機(jī)，要根據(jù)原料的性質(zhì)和生產(chǎn)需求調(diào)整給料的量和物料大小形態(tài)，同時(shí)通過(guò)注入熱水和蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使其便于進(jìn)行擠壓蒸煮，進(jìn)而完成預(yù)加工。
后加工則是對(duì)于通過(guò)擠壓蒸煮后的飼料，進(jìn)行干燥冷卻和切割，從而幫助成型，有些時(shí)候還需要配合一些噴涂技術(shù)以補(bǔ)充調(diào)味。
3 低淀粉膨化技術(shù)在寵物飼料中的可行性分析3.1 低淀粉膨化技術(shù)的核心難點(diǎn)淀粉是膨化技術(shù)的核心組分。通常情況下，淀粉類原料用量越高，產(chǎn)品膨化度越高；蛋白質(zhì)和脂肪的添加量越高，產(chǎn)品膨化度越低。據(jù)研究，谷物類原料含量為100%，淀粉原料含量約為70%時(shí)，膨化后的顆粒容重可以達(dá)到100 g/L；谷物類含量為75%，淀粉含量約為 56%的原料，其膨化后的顆粒容重可達(dá)到390 g/L；谷物類含量約為55%，淀粉含量約為40%的原料，其膨化后的顆粒容重可達(dá) 450 g/L。由此可見(jiàn)淀粉的比例高低與膨化飼料品質(zhì)密切相關(guān)，而低淀粉無(wú)疑會(huì)給飼料形態(tài)帶來(lái)重要的影響。據(jù)報(bào)道，低淀粉目前給膨化飼料帶來(lái)的問(wèn)題主要有三點(diǎn)： 降低飼料膨化度，影響動(dòng)物適口性； 物料黏結(jié)性能降低，難以成形； 顆粒均勻度下降，美觀度下降[14]。
這三者間看似并列，但其實(shí)又是密切相關(guān)，雖說(shuō)淀粉比例降低會(huì)隨之導(dǎo)致生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率降低，但是決定因素其實(shí)是寵物的適口性——淀粉的黏結(jié)性下降導(dǎo)致物料難以聚合在一起，強(qiáng)行膨化導(dǎo)致顆粒均勻度下降，進(jìn)而影響適口性，而飼料膨化度決定著動(dòng)物的口感，同樣影響適口性，而適口性會(huì)直接影響產(chǎn)品在市場(chǎng)的銷售狀況。
3.2 低淀粉膨化技術(shù)的解決思路3.2.1 改變淀粉組成和淀粉形態(tài)比例淀粉作為膨化飼料中的重要組成部分，因此低淀粉膨化技術(shù)最優(yōu)先考慮的就是淀粉的組成和性質(zhì)。
程宏遠(yuǎn)[15]的研究中，采用了不同的淀粉源進(jìn)行了膨化，而結(jié)果證明，不同淀粉種類和比例對(duì)飼料顆粒的物理性質(zhì)如膨化系數(shù)、硬度、糊化度和PDI 都具有顯著影響。
而這種淀粉組成的影響本質(zhì)上是直鏈、支鏈淀粉兩種結(jié)構(gòu)淀粉比例對(duì)膨化率的影響。張燕鵬等的研究顯示，不同的飼料原料其兩種淀粉比例并不相同，在豌豆淀粉、馬鈴薯淀粉和玉米淀粉中，豌豆淀粉直鏈淀粉比例明顯較高。有研究認(rèn)為，直鏈淀粉的含量增大，在熔融體排出模頭后，氣泡壁破裂的臨界張力增大，氣泡不容易破裂所致。Chinnaswamy等研究表明，隨著直鏈淀粉含量的提升，產(chǎn)品膨化率呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，在玉米淀粉中，該比例為 50%時(shí)達(dá)到膨化率最大值16.4%，之后則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
3.2.2 增強(qiáng)配方黏性由于低淀粉含量會(huì)降低物料的黏連程度，從而導(dǎo)致顆粒均勻度下降、難以成形的問(wèn)題，所以想辦法提高物料的粘連程度是低淀粉膨化技術(shù)的一個(gè)重要途徑。
淀粉的糊化機(jī)理目前研究已經(jīng)較為成熟，物料經(jīng)歷了無(wú)定形區(qū)吸水膨脹、小分子聚合物溶出、結(jié)晶區(qū)逐漸消失、大分子聚合物溶出、淀粉顆粒破裂的過(guò)程。而淀粉糊化則與物料黏性高度相關(guān)。在非淀粉成分影響因素下，一般會(huì)受到如pH、鹽等的影響。
pH對(duì)淀粉糊化影響較大，一般酸性使得黏度下降，堿性使得黏度上升。而鹽對(duì)淀粉的作用主要取決于鹽的種類和其對(duì)應(yīng)的濃度，氯化鈣和氯化鋅等可以促進(jìn)淀粉的糊化，而鈉離子、鉀離子等則會(huì)阻礙糊化。
Evans 等研究顯示，NaCl 的溶液濃度對(duì)糊化溫度呈現(xiàn)先升后降的一個(gè)趨勢(shì)。
此外，物料中添加適當(dāng)?shù)奶烊徽尺B性物質(zhì)也是一個(gè)選擇。根據(jù)程宏遠(yuǎn)等的研究顯示，不同比例的天然粘連性物質(zhì)添加可以對(duì)物料粘連性造成有益影響，可以通過(guò)淀粉性原料的選擇起到相關(guān)作用，也可以通過(guò)海藻鹽和海藻酸鹽等水溶膠質(zhì)類物質(zhì)起到相似的效果。3.2.3 調(diào)整膨化工藝參數(shù)組合膨化工藝對(duì)于低淀粉膨化飼料的生產(chǎn)具有重要的意義，本部分主要分析在預(yù)加工、擠壓蒸煮和后加工三部分不同的技術(shù)參數(shù)影響。
3.2.3.1 預(yù)加工階段淀粉老化是指通過(guò)糊化淀粉的緩慢冷卻，由于其分子運(yùn)動(dòng)減弱，淀粉的分子排列整齊，互相靠攏重新組成不呈放射狀的結(jié)晶過(guò)程，淀粉的老化特性對(duì)于產(chǎn)品的膨化品質(zhì)起到重要的作用。一般研究認(rèn)為，隨著淀粉老化程度的增加，產(chǎn)品膨化率隨之降低。根據(jù)孫翠霞等[25]的研究表明，隨著冷藏的時(shí)間延長(zhǎng)，淀粉凝膠的硬度逐漸增加，老化程度越來(lái)越大，不同淀粉源的產(chǎn)品膨化率呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，馬鈴薯淀粉在冷藏12 h時(shí)，膨化率最大，而豌豆淀粉則在8 h時(shí)最大。
因此淀粉物料在膨化過(guò)程中，要根據(jù)不同的淀粉種類，選擇合適的老化時(shí)間，以便保證低淀粉含量時(shí)的膨化率。調(diào)制過(guò)程中的水分含量對(duì)于物料膨化率也有較大影響。根據(jù)前文對(duì)膨化原理的闡述，我們知道水分的汽化對(duì)膨化有著重要的影響，此外，水分還會(huì)降低淀粉的濃度和黏度，起到增塑劑的作用。Chinnaswa my等的研究在玉米淀粉的擠壓試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，物料含水率由15%增加到20%時(shí)，擠壓產(chǎn)品的截面膨化率由8.4%增至9.3%，而隨著含水率的進(jìn)一步提升，至40%時(shí)膨化率則由9.3%下降至6.0%。而Parsons等對(duì)小麥淀粉的擠壓也有類似的發(fā)現(xiàn)。
3.2.3.2 擠壓蒸煮階段溫度對(duì)于擠壓產(chǎn)品膨化率具有較大影響，機(jī)筒溫度一方面通過(guò)改變?nèi)廴隗w的流變學(xué)特性影響膨化率，一方面則是影響水分形態(tài)從而影響膨化率。隨著機(jī)筒溫度的升高，淀粉類擠壓產(chǎn)品的膨化率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。Chinnaswamy等的研究顯示當(dāng)溫度從110 ℃升到140 ℃時(shí)，玉米淀粉膨化率從11.5%升到13.2%，繼續(xù)升高則開(kāi)始下降，轉(zhuǎn)折點(diǎn)則是取決于淀粉原料。
膨化機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)于產(chǎn)品品質(zhì)也有較大影響。目前研究顯示，雙螺旋膨化機(jī)更好的適應(yīng)于低淀粉配方，且可以適應(yīng)低黏性物料、高黏性物料，更有利于高動(dòng)物源性原料的添加，如鮮肉、油脂等。而螺桿構(gòu)型和模頭結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)產(chǎn)品膨化率產(chǎn)生影響。
Martinez等發(fā)現(xiàn)，從機(jī)械原理上，通過(guò)改變不同螺桿元件、元件的位置、元件的長(zhǎng)度以及改變螺桿對(duì)物料的機(jī)械力作用，可以達(dá)到影響膨化率的效果。而王寧等研究發(fā)現(xiàn)，模具的直徑和長(zhǎng)度比和產(chǎn)品膨化率呈現(xiàn)正相關(guān)。
后加工階段主要對(duì)產(chǎn)品的成型有關(guān)，對(duì)整體膨化影響不大。
4 小結(jié)膨化飼料由于其便捷性、高營(yíng)養(yǎng)消化性、高適口性等特點(diǎn)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將仍然成為我國(guó)乃至世界的寵物飼料主流形態(tài)，而隨著寵物市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，勢(shì)必會(huì)對(duì)膨化技術(shù)提出日新月異的要求與考驗(yàn)，這更是對(duì)從業(yè)者們提出的考驗(yàn)。
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