Die meisten Tierhalter füttern ihre Haustiere mit kommerziellem Tierfutter. Kommerzielles Tierfutter bietet die Vorteile einer umfassenden und reichhaltigen Ernährung sowie einer bequemen Fütterung. Je nach Verarbeitungsmethode und Wassergehalt wird Tierfutter in Trockenfutter, halbfeuchtes Tierfutter und Dosenfutter unterteilt. Je nach Textur wird Tierfutter in Mischfutter, weiches Nassfutter und Trockenfutter unterteilt. Manchmal ist es schwierig, das Essverhalten eines Haustiers zu ändern, selbst wenn das neue Futter ernährungsphysiologisch ausgewogen ist und seinen Bedürfnissen entspricht.
Trockenfutter für Haustiere enthält in der Regel 10 bis 12 % Wasser. Dazu gehören auch grobes Pulverfutter, Granulatfutter, grob gemahlenes Futter, extrudiertes Pufffutter und Backwaren, wobei extrudiertes Pufffutter am häufigsten vorkommt. Trockenfutter für Haustiere besteht hauptsächlich aus Getreide, Getreidenebenprodukten, Sojaprodukten, tierischen Produkten, tierischen Nebenprodukten (einschließlich Milchnebenprodukten), Fett, Vitaminen und Mineralstoffen. Trockenfutter für Katzen wird in der Regel extrudiert. Katzen haben keinen Mörser, daher müssen Katzenfutterpellets so geformt und bemessen sein, dass sie mit den Schneidezähnen geschnitten werden können, anstatt mit den Backenzähnen gemahlen zu werden. Das Extrusionsverfahren ist gut geeignet, um diese spezielle Anforderung zu erfüllen (Rokey und Huber, 1994) (NRC 2006).
Trockenes Pufffutter
01: Das Prinzip der Extrusionsexpansion
Der Puffprozess besteht darin, verschiedene Pulver entsprechend der entworfenen Formel zu mischen, dann einer Dampfkonditionierung zu unterziehen und dann nach der Alterung bei hoher Temperatur und hohem Druck zu extrudieren. Dann sinken Temperatur und Druck der Düse am Ausgang der Extrusionskammer plötzlich, wodurch sich die Produktpartikel schnell ausdehnen. Und mit dem Cutter in die gewünschte dreidimensionale Form geschnitten.
Der Puffing-Prozess kann je nach der hinzugefügten Wassermenge in Trocken- und Nass-Puffing unterteilt werden. Je nach Arbeitsprinzip kann er in Extrusions-Puffing und Gas-Heißpress-Puffing unterteilt werden. Extrusion und Puffing sind ein Prozess der Konditionierung und Temperierung von Materialien, kontinuierlicher Druckextrusion, plötzlicher Druckreduzierung und Volumenausdehnung.
Derzeit wird der Großteil des auf dem Markt verkauften Hundefutters durch Extrusion und Aufblähen hergestellt. Durch den Extrusions- und Aufblähprozess kann die Stärke im Futter einen ausreichend hohen Gelatinierungsgrad erreichen, um die Verdaulichkeit der Stärke für Haustiere zu verbessern (Mercier und Feillit, 1975) (NRC 2006).
02: Der Prozess der Extrusion und des Aufblähens
Die Methode eines typischen modernen Extrusionssystems besteht darin, verschiedene Pulver durch Zugabe von Dampf und Wasser vorzubehandeln, um sie zu temperieren und zu temperieren, sodass die Materialien weicher werden, die Stärke gelatiniert wird und das Protein ebenfalls denaturiert wird. Bei der Herstellung von Tiernahrung werden manchmal Fleischschlamm, Melasse und andere Substanzen hinzugefügt, um die Schmackhaftigkeit zu verbessern.
Konditionierer sind die am häufigsten verwendeten Konditionierungsgeräte für die Pelletfutterproduktion. Die Dampfkonditionierung ist der wichtigste Faktor im Pelletierprozess. Die zugeführte Dampfmenge hängt vom Gehalt des im Futter gebundenen Wassers und der Futterart ab. Bei der Konditionierung ist es wichtig, dass Material und Wasserdampf ausreichend lange im Konditionierer verweilen, damit das Wasser vollständig in das Material eindringen kann. Ist die Verweilzeit zu kurz, kann das Wasser nicht in das Material eindringen, sondern verbleibt lediglich als freies Wasser an der Oberfläche. Dies ist für nachfolgende Prozesse nicht förderlich.
Die Dampfkonditionierung bietet zahlreiche Vorteile:
①Reduzieren Sie die Reibung und verlängern Sie die Lebensdauer des Pressfilms. Beim Tempern kann das Wasser in das Material eindringen und als Schmiermittel verwendet werden, um die Reibung zwischen dem Material und dem Pressfilm zu verringern, wodurch der Verlust des Pressfilms verringert und die Lebensdauer verlängert wird.
② Verbesserung der Produktionskapazität. Ist der Feuchtigkeitsgehalt während der Extrusion zu niedrig, verschlechtert sich die Viskosität zwischen den verschiedenen Materialkomponenten und die Formbarkeit. Eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts kann die Produktionskapazität der Pellets deutlich steigern. Bei guter Wirkung kann die Produktionskapazität um 30 % erhöht werden.
3. Reduzieren Sie den Stromverbrauch. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt niedrig ist, steigt der Stromverbrauch der nachfolgenden Extrusion und anderer Prozesse, und die Anzahl der Vorgänge kann reduziert werden, wenn nach der Dampfkonditionierung die gleiche Menge an Lebensmitteln produziert wird, wodurch der Stromverbrauch reduziert wird.
④ Verbessern Sie die Partikelqualität. Die Kontrolle der Wasserdampfmenge, die während des Temperierens je nach Rohstoff hinzugefügt wird, kann die Qualität des Granulats verbessern.
⑤ Verbesserung der Lebensmittelsicherheit. Während des Dampfkonditionierungsprozesses kann der hinzugefügte Hochtemperaturdampf verschiedene in verschiedenen Futtermitteln enthaltene pathogene Mikroorganismen abtöten und die Lebensmittelsicherheit verbessern.
Nach der Konditionierung werden die verschiedenen Pulver direkt in die Extrusionskammer des Extruders geleitet und mit Dampf, Wasser und manchmal grobkörnigem Pulverbrei, Fleischbrei usw. versetzt. Die Extrusionskammer ist das Herzstück des Extrusionssystems und wird von diesem Teil für die meisten Aufgaben des gesamten Systems übernommen. Sie besteht aus Schnecke, Hülse und Matrize usw. Diese Komponente bestimmt, ob der Extruder ein Ein- oder Doppelschneckenextruder ist. Hat er zwei parallele Wellen, handelt es sich um einen Doppelschneckenextruder, hat er nur eine, handelt es sich um einen Einschneckenextruder. Die Hauptfunktion dieses Teils besteht darin, die Zutaten zu mischen und zu garen. Je nach Bedarf kann er mit Wasser oder Gas gefüllt werden. Die Extrusionskammer ist in einen Zuführteil, einen Mischteil und einen Garteil unterteilt. Der Mischbereich ist der Eingang, durch den das temperierte Pulver in die Extrusionskammer gelangt. Die Dichte des Rohmaterials ist zu diesem Zeitpunkt sehr gering. Wenn der Innendruck im Mischbereich zunimmt, erhöht sich auch die Dichte des Rohmaterials allmählich, und Temperatur und Druck im Kochbereich steigen stark an. Die Struktur des Rohmaterials beginnt sich zu verändern. Die Reibung zwischen dem Pulver und der Zylinderwand, der Schnecke und dem Pulver wird immer größer, und verschiedene Pulver werden unter der kombinierten Wirkung von Reibung, Scherkraft und Erwärmung gekocht und gereift. Die Temperatur im Extrusionsraum kann den größten Teil der Stärke gelatinieren und die meisten pathogenen Mikroorganismen inaktivieren.
Einige Tierfutterhersteller fügen dem Extrusionsprozess derzeit Fleischbrei hinzu, wodurch in Rezepturen Frischfleisch anstelle von reinem Trockenfleisch verwendet werden kann. Aufgrund des höheren Feuchtigkeitsgehalts von unbehandeltem Fleisch ermöglicht dies einen höheren Anteil tierischer Bestandteile in der Futterzusammensetzung. Der erhöhte Frischfleischanteil vermittelt zumindest ein Qualitätsgefühl.
Das Extrusionsverfahren bietet mehrere Vorteile:
①Die im Extrusionsprozess erzeugte hohe Temperatur und der hohe Druck können effektiv sterilisieren.
2. Es kann den Expansionsgrad der Stärke deutlich erhöhen. Es gibt Hinweise darauf, dass der Extrusionsprozess den Expansionsgrad der Stärke auf über 90 % steigern kann, sodass auch die Verdaulichkeit der Stärke für Haustiere erheblich verbessert wird.
3 Verschiedene Proteine in Rohstoffen werden denaturiert, um die Proteinverdaulichkeit zu verbessern;
④ Eliminieren Sie verschiedene antinutritive Faktoren in Futtermitteln, wie z. B. Antitrypsin in Sojabohnen.
Am Ausgang des Extruders befindet sich eine Düse. Wenn das extrudierte Rohmaterial diese Düse passiert, vergrößert sich sein Volumen aufgrund des plötzlichen Temperatur- und Druckabfalls rapide. Durch die Veränderung der Düsenöffnungen können Tierfutterhersteller Tierfutter in vielen Kombinationen von Formen, Größen und Farben herstellen. Diese Fähigkeit zur tatsächlichen Kombination ist für die Marktentwicklung von großer Bedeutung, an der ernährungsphysiologischen Eignung von Tierfutter ändert sich jedoch nicht viel.
Das aufgeblähte Produkt wird mit einem Rotationsschneider in Granulat einer bestimmten Länge geschnitten. Der Schneider ist mit 1 bis 6 Klingen ausgestattet. Um seine Rotationsgeschwindigkeit anzupassen, wird der Schneider normalerweise nur von einem kleinen Motor angetrieben.
Der Fettgehalt von trockenem extrudiertem Tierfutter variiert zwischen 6 % und über 25 %. Beim Extrudieren darf jedoch kein zu hoher Fettgehalt zugesetzt werden, da die hohen Temperaturen und der hohe Druck beim Extrudieren die ungesättigten Fettsäuren beeinträchtigen und sich auch auf die Extrusion und die Formgebung des Lebensmittels auswirken. Daher wird nach dem Aufblähen üblicherweise Fett auf die Oberfläche gesprüht, um den Fettgehalt des Produkts zu erhöhen. Heißes Fett, das auf die Oberfläche von aufgeblähtem Lebensmittel gesprüht wird, wird leicht absorbiert. Die Menge der Kraftstoffeinspritzung kann über die Produktionsgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit der Fettzugabe angepasst werden, diese Methode ist jedoch anfällig für große Fehler. Kürzlich wurde eine Steuerungsmethode entwickelt, mit der die Menge der Fettzugabe angepasst werden kann. Dieses System umfasst ein Geschwindigkeitsregelungssystem und ein Ölpumpensystem mit Überdruckeinspritzung; die Fehlertoleranz liegt innerhalb von 10 %. Beim Sprühen muss der Fettgehalt über 5 % liegen, da sonst keine gleichmäßige Verteilung gewährleistet ist. Es ist üblich, Proteinverdauungsstoffe und/oder Aromen auf die Oberfläche von Tierfutter zu sprühen, um die Akzeptanz des Futters durch die Haustiere zu verbessern (Corbin, 2000) (Nrc2006).
Nach dem Extrudieren und Aufblähen muss das Futter getrocknet werden, um den dabei entstehenden Dampf und das Wasser zu entfernen. Während der Verarbeitung kann der Feuchtigkeitsgehalt von Lebensmitteln im Allgemeinen 22 bis 28 % erreichen. Nach der Verarbeitung muss das Futter getrocknet werden, um den Feuchtigkeitsgehalt auf 10 bis 12 % zu erhöhen und so die Haltbarkeit des Produkts zu gewährleisten. Der Trocknungsprozess erfolgt in der Regel in einem Durchlauftrockner mit separatem Kühler oder einer Kombination aus Trockner und Kühler. Ohne ordnungsgemäße Trocknung kann extrudiertes Tierfutter verderben und es kommt zu besorgniserregendem mikrobiellen Befall und Pilzbefall. Die meisten dieser Mikroorganismen können Katzen und Hunde krank machen. Beispielsweise können bereits geringe Mengen von Schimmelpilzgiften in einem Hundefutterbeutel Hunde beeinträchtigen. Der Wasseraktivitätsindex (ALI) ist das Maß für den Gehalt an freiem Wasser in Tierfutter. Er ist definiert als das Gleichgewichtsverhältnis zwischen lokalem Wasserdruck und Dampfdruck auf der Oberfläche von Tierfutter bei gleicher Temperatur. Bei einer ALI unter 0,91 können die meisten Bakterien nicht wachsen. Liegt die ALI unter 0,80, können auch die meisten Schimmelpilze nicht wachsen.
Beim Trocknen von Tierfutter ist es sehr wichtig, den Feuchtigkeitsgehalt des Produkts zu kontrollieren. Beispielsweise müssen bei einer Trocknungsfeuchtigkeit von 25 % auf 10 % 200 kg Wasser verdunstet werden, um 1000 kg Trockenfutter herzustellen. Bei einer Trocknungsfeuchtigkeit von 25 % auf 12 % müssen zur Herstellung von 1000 kg Trockenfutter lediglich 173 kg Wasser verdunstet werden. Tierfutter wird meist in Rundfördertrocknern getrocknet.
03: Vorteile von extrudiertem, gepufftem Tierfutter
Neben den Vorteilen der guten Schmackhaftigkeit bietet gepufftes Tierfutter auch eine Reihe weiterer Vorteile:
①Die hohen Temperaturen, der hohe Druck, die hohe Luftfeuchtigkeit und verschiedene mechanische Einflüsse beim Aufblähen von Lebensmitteln können den Verkleisterungsgrad der Stärke im Futter deutlich erhöhen, das darin enthaltene Protein denaturieren und gleichzeitig die von verschiedenen Mikroorganismen produzierte Lipase zerstören, um das Fett stabiler zu machen. Dies ist vorteilhaft, um die Verdaulichkeit der Tiere und die Verwertungsrate der Nahrung zu verbessern.
②Die hohe Temperatur und der hohe Druck des Rohmaterials in der Extrusionskammer können eine Vielzahl von pathogenen Mikroorganismen im Rohmaterial abtöten, sodass das Lebensmittel den relevanten Hygieneanforderungen entspricht und verschiedene durch die Fütterung verursachte Erkrankungen des Verdauungstrakts verhindert werden können.
③ Durch Extrusion und Aufblähen können körnige Produkte in verschiedenen Formen hergestellt werden, beispielsweise Katzenfutter in Fischform oder Hundefutter in Form kleiner Knochen, was die Fresslust von Haustieren steigern kann.
④ Durch Aufblasen kann die Verdaulichkeit des Futters verbessert und die Schmackhaftigkeit und das Aroma des Futters gesteigert werden, was besonders für junge Hunde und Katzen wichtig ist, deren Verdauungsorgane noch nicht entwickelt sind.
⑤Der Wassergehalt von trockenem extrudiertem Pelletfutter beträgt nur 10–12 %, sodass es lange gelagert werden kann, ohne dass Schimmel entsteht.
04: Die Auswirkung der Extrusion auf die Verdaulichkeit von Nährstoffen
Der Extrusionsprozess von Tiernahrung hat einen erheblichen Einfluss auf die Verdaulichkeit verschiedener Nährstoffe, insbesondere Stärke, Protein, Fett und Vitamine.
Stärke verkleistert durch die kombinierte Einwirkung von hoher Temperatur, hohem Druck und Feuchtigkeit während des Temperierens und Extrudierens. Der spezifische Prozess besteht darin, dass die Stärke in der Pulvermischung durch die Dampfbehandlung beginnt, Wasser aufzunehmen und sich aufzulösen, wodurch sie ihre ursprüngliche Kristallstruktur verliert. Während des Extrusionsprozesses wird mit zunehmender Feuchtigkeit, Temperatur und Druck der Quelleffekt der Stärke weiter verstärkt, und bis zu einem gewissen Grad beginnen die Stärkekörner zu platzen, wodurch die Stärke zu verkleistern beginnt. Wenn das extrudierte Material aus der Düse extrudiert wird, platzen die Stärkekörner aufgrund des plötzlichen Druckabfalls auf Atmosphärendruck schlagartig, und der Verkleisterungsgrad steigt ebenfalls stark an. Temperatur und Druck im Extrusionsprozess wirken sich direkt auf den Verkleisterungsgrad der Stärke aus. Mercier et al. (1975) fanden heraus, dass die optimale Expansionstemperatur von Maisstärke bei einem Wassergehalt von 25 % bei 170–200 °C lag. Innerhalb dieses Bereichs konnte die In-vitro-Verdaulichkeit der Stärke nach der Verkleisterung 80 % erreichen. Im Vergleich zur Verdaulichkeit vor der Expansion (18 %) war dies eine deutliche Steigerung um 18 %. Chiang et al. (1977) stellten fest, dass der Grad der Stärkeverkleisterung mit steigender Temperatur im Bereich von 65–110 °C zunahm, mit zunehmender Fütterungsgeschwindigkeit jedoch abnahm.
Der Prozess der Dampfkonditionierung und Extrusion hat ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Verdaulichkeit von Proteinen. Der allgemeine Trend geht dahin, die Proteinstruktur in eine Richtung zu verändern, die für die Verdauung der Tiere von Vorteil ist. Durch die Einwirkung von Dampfkonditionierung und mechanischem Druck wird das Protein denaturiert und bildet Granulat, wodurch die Wasserlöslichkeit verringert wird. Je höher der Proteingehalt, desto stärker nimmt die Wasserlöslichkeit ab.
Die Verkleisterung von Stärke hat auch einen erheblichen Einfluss auf die Wasserlöslichkeit von Proteinen. Die verkleisterte Stärke bildet eine umhüllende Membranstruktur um das Protein, was zu einer Verringerung der Wasserlöslichkeit des Proteins führt.
Nach der Expansion des Proteins verändert sich auch seine Struktur, und seine Quartärstruktur wird zu einer Tertiär- oder sogar Sekundärstruktur abgebaut, was die Hydrolysezeit des Proteins während der Verdauung erheblich verkürzt. Allerdings reagieren Glutaminsäure oder Asparaginsäure im Protein mit Lysin, was die Verwertungsrate von Lysin verringert. Die Maillard-Reaktion zwischen der ε-Aminogruppe von Aminosäuren und Zuckern bei höheren Temperaturen verringert ebenfalls die Verdaulichkeit von Proteinen. Auch antinutritive Faktoren in Rohstoffen, wie z. B. Antitrypsin, werden beim Erhitzen zerstört, was die Verdaulichkeit von Proteinen für Tiere aus einem anderen Aspekt verbessert.
Während des gesamten Produktionsprozesses bleibt der Proteingehalt im Lebensmittel grundsätzlich unverändert und die Wirksamkeit der Aminosäuren ändert sich nicht wesentlich.
Beitragszeit: 02.03.2023