不同膨化工艺参数及营养成分对犬粮加工质量的影响

膨化工艺是一种集混合、揉合、剪切、加热、冷却等多种作业于一体的加工过程，其工艺过程比较复杂，影响产品质量的工艺参数多，控制技术要求高。物料进入挤压腔后经受高温、高压和高剪切力的作用，发生一系列的物理和化学变传出模孔后，由于突然泄压，水分被迅速气化蒸发，使物料内部形成疏松多孔的膨化饲料，物料的膨化受原料的粉碎粒度、喂料速度、调质水分、膨化腔温度、螺杆转速的共同影响。

1、粉碎粒度

犬粮配方中的原料大多要先经粉碎再进入膨化过程，犬粮的粉碎后颗粒直径以最终犬粮质量的需求来确定，通常原料粉碎粒度与均匀度越高，膨化犬粮颗粒的内部孔隙分布越均匀，表观就越精细。在调质时，原料的粒度越小，吸收水分相应增多，膨化效果越佳。但粉碎过细，电耗高，粉碎机产量低。袁军等的研究结果表明，原料的粉碎粒度与膨化颗粒的容重、硬度、淀粉糊化度呈显著负相关，膨化度呈先降低后增加的趋势。

Mathew等的研究发现，当玉米的粉碎粒度为1.5 mm、1.125 mm、和0.75 mm 时，粒度越小，膨化效果显著增高。但Ilo等的研究表明，原料的粉碎粒度与膨化度并非呈正相关，粉碎过细的玉米粉，会在膨化腔内形成假塑性流体，从而发生物料碳化的现象，从而使膨化度降低。

适宜的粉碎粒度在获得高质量膨化产品的同时，还可降低能耗。原料的粉碎粒度受动物的消化生理及膨化机模板配置的影响，因此要根据不同动物进行不同细度的粉碎及模板的配置。

2、喂料速度

喂料量的大小决定了物料进入膨化腔后，在膨化腔内的停留时间和填充程度，还影响着膨化腔和模头处的压力，最终会引起产品品质的变件。Ilo等的研究发现，随喂料速度的增加，物料在膨化腔内的填充度和停留时间变长，淀粉糊化度变高；但随喂料速度的继续增高，熔融体中支链淀粉的网状结构被破坏，膨胀度降低。吕宝龙等研究发现，喂料速度的增加，物料在膨化腔内填充度增大、受剪切程度增强，淀粉糊化度和膨化度升高，但随淀粉糊化度达80%后，再继续增大喂料量，淀粉糊化度和膨化呈下降趋势。

3、调质水分

调质后水分含量是膨化过程中重要的参数，也是最容易控制的参数之一，含水量对原料的膨化效果等生产指标均有影响。蛋白质在膨化腔中受湿热作用的影响，分子结构表面的空洞会吸收水分，造成蛋白质颗粒发生膨胀。膨化加工时，水分发挥膨化动力作用的同时也起到了润滑和增塑的作用。

Gujral等通过响应面法研究发现，在保持螺杆转速和模头温度不变的情况下，水分含量为16%~24%，膨化度在水分含量为17%时达最大，且随水分含量的上升，膨化度呈降低趋势。Singh等通过响应面比较小麦淀粉、全麦粉和燕麦粉的膨化性质发现，小麦粉和全麦粉随水分由22%升高至28%，膨化度呈先升高后降低的趋势，当水分含量超过24%时，膨化度开始出现下降趋势；燕麦粉随水分含量的升高，膨化度呈升高的趋势，当水分含量达26%后，水分再继续升高，膨化度并未出现明显的升高趋势。

膨化产品质量的优劣，要根据其产品特性而定，膨化度无疑是最重要的指标，而质构对产品质量也尤为重要。Chakraborty等通过响应面法对膨化颗粒料的硬度和酥脆性的研究发现，水分的含量对硬度和酥脆性的有积极的影响，高水分含量可以带来较高的脆性。Cheftel等的研究发现，高水分含量进行膨化，可以使膨化物的风味发生改变，如高水分膨化的植物蛋白会有类肉制品风味。

4、螺杆转速

螺杆转速影响着物料自身吸水、吸热程度、受剪切程度、在膨化腔内停留时间长短的变化，因此螺杆转速对犬粮的加工质量有重要影响。产品的膨化是物料在膨化腔中通过高温、高压的作用，在冲出模孔的瞬间，物料内水分的闪蒸造成产品内部产生空洞的疏松结构。高螺杆转速不仅可使物料受到更大的剪切力和压力，同时物料也会受到更高的热量；而过高的螺杆转速，会造成物料在膨化腔内停留时间过短，反而会对膨化产生不良的效果。

关正军等和张明秀等的研究发现，当螺杆转速过高会出现物料膨化度降低的现象。王亮等研究发现，最终的膨化产品的膨化度与脆性是随螺杆转速的增加而呈先降低后升高的变化趋势。Chakraborty等研究发现，螺杆转速对膨化颗粒料的硬度和酥脆性的影响负相关，螺杆转速越高其硬度和酥脆性表现越差。

5、膨化腔温度

膨化腔温度的改变是通过调整夹层内蒸汽量发生变化，是影响膨化犬粮质量的重要因素。物料中的淀粉是在吸收够足够的热量后才发生糊化反应，物料在膨化腔中短暂的停留，需要吸收足以支持淀粉发生糊化反应的热量，但吸收的热量过高会造成水分的蒸发，导致堵机。

Cruz等的研究发现，随模头温度的提高，膨化效果越明显，但过高的模头温度会对使物料呈现爆米花状，这样即影响耐水性指数还对颗粒耐久性和感官评价产生负面影响。Thymi 等研究发现，随第四段膨化腔温度上升至260℃时，膨化玉米颗粒的表观密度降低，内部孔隙率上升，膨化度增高。GujralHS等通过响应面法研究发现，在保持螺杆转速不变的情况下，当温度高于145℃后，膨化度成降低趋势。Singh等通过响应面比较小麦淀粉、全麦粉和燕麦粉的膨化性质发现，小麦粉和全麦粉随模头温度从125℃升高至175℃时，膨化度呈逐渐降低的趋势；当模头温度达165℃时，燕麦的膨化度最高，此后继续升温则无显著上升趋势。Chakraborty等研究发现，模头温度对膨化颗粒料的硬度和酥脆性的影响负相关，模头温度越高其硬度和酥脆性表现越差。王亮等研究发现，随模头温度的提高，淀粉颗粒的致密结构受到破坏，过高的温度又将破坏淀粉的糊化和糊精化的平衡，从而导致脆性的降低。在实际加工过程中，应根据物料的加工特性，适当的调整膨化腔温度，最终得到理想的膨化产品。

犬粮配方中发挥膨胀和粘结作用的主要是淀粉，高含量的淀粉类原料有利于膨化；蛋白质的来源含量、吸水性和粘合特性是影响膨化加工质量的重要因素；在宠物饲料中，油脂含量可高达30%，除去原料自身带有的少于20%的脂肪，其余脂肪大多以内混和外喷涂形式添加；纤维在膨化中主要发挥填充剂起支撑作用，纤维素的含量和性质会对犬粮的膨化效果有影响；糖类的添加主要对膨化产品的质构有所影响。

1、淀粉对膨化犬粮加工质量的影响

犬粮中淀粉含量大约占40%，淀粉的来源和组成是影响最终膨化性能的主要因素。谷物淀粉具有良好的膨化性能，薯类淀粉具有较高的膨化性和粘结性，评价产品膨化质量的好坏通常以淀粉糊精化程度的高低作为衡量指标，老化反应是在糊精化过后发生，淀粉的老化会造成膨化加工质量的变差。

挤压膨化过程中，通常会因为淀粉含量和来源的不同而使膨化加工性能发生改变。在高水分的挤压膨化条件下，淀粉颗粒内部会产生气泡膨大，并在膨化腔内形成具有弹性的熔融体；淀粉的不同来源，是造成在同样条件下有不同膨化效果的主要原因。

Gujra等通过研究甜玉米和硬质玉米的加工特性发现，当螺杆转速固定为125 rpm时，硬质玉米在水分含量为16%，模头温度在125~135 °C时膨化颗粒直径就已经达7.8 mm；而甜玉米则需要17%的含水量，125~ 145 °C的模头温度膨化颗粒直径才达到7.6 mm。Ah-HenK等在研究鲑鱼膨化饲料时发现，使用燕麦粉和木薯粉替代小麦粉，发现随燕麦粉和木薯粉的加入会增大颗粒内部孔隙率，且木薯粉处理组的径向膨胀度最大。Merecier等四人在研究膨化对淀粉性质改变的影响发现，直支链淀粉的构成比例是影响膨化的主要因素，较高含量的直链淀粉，会影响物料的正常膨化。

2、蛋白质对膨化犬粮加工质量的影响

犬粮通常由植物性蛋白和动物性蛋白这两种蛋白来源为犬提供所需的营养，在配方中可占25%~70%的比例。

植物性蛋白包括大豆粕、菜籽粕等；动物性蛋白包括鱼粉、鸡肉粉、肉骨粉、鸡肝粉、血粉等在膨化加工过程中，不同含量和来源的蛋白质，受膨化环境的高温高湿作用，会对淀粉类产品的膨化效果造成影响。植物性蛋白的粘合性较动物性好，氮溶解指数较高，易于挤压成型；动物性蛋白原料则相反。

3、脂肪对膨化犬粮加工质量的影响

犬粮配方中通常使用牛脂、鸡脂、猪脂以及一些植物油等作为脂肪来源，脂肪是动物摄取能量、必需脂肪酸、促进脂溶性维生素吸收的主要成分，还具有增强犬粮风味的作用。脂质在膨化过程中会与淀粉、蛋白质生成复合产物，导致淀粉的溶解度降低，影响膨化效果。

相关研究显示，配方中高含量的脂肪会影响最终产品的膨化质量。Badrie N等口的试验结果表示，当大豆油的添加量为4%时，挤出物的膨化度达最大水平；这一研究结果在Bhattacharya M等的试验中也得到验证，膨化木薯粉中大豆油的添加量不得超过7%。配方中原料自身油脂含量有差异，因此，在实际膨化过程中，应根据原料的性质决定脂肪的添加量。

4、纤维对膨化犬粮加工质量的影响

犬粮中纤维主要是来源于甜菜粕、玉米皮、燕麦皮、果蔬、大豆皮和小麦麸等，实际加工过程中，纤维的来源和含量是造成膨化效果差异的主要原因。

其中以豌豆和大豆纤维的膨化能力为最好，金征宇等研究发现在膨化食品中添加30%含量的纤维对最终膨化的影响不大，但纤维中如果蛋白和脂类物质含量较高，就会影响膨化效果。BadrieN等通过在木薯粉中添加麦麸进行挤压膨化发现，麦麸的添加量与膨化度呈显著负相关。纤维素经过膨化的高温、高湿、高压和高剪切力等一系列的作用力下，促使纤维素内部分子结构发生改变，使不容易消化吸收的不溶性纤维转变为可溶性纤维。

5、糖对膨化犬粮加工质量的影响

糖具有亲水性，在膨化腔中与水融合，可增加水的活性，降低物料粘度，从而增大物料在出模孔时的膨化度。犬粮最常用的糖有蔗糖、糊精、果糖等。

在犬粮配方中，甜菜粕是蔗糖的主要来源，在提高犬粮适口性的同时，还为产品的质构特性提供支撑；Mezreb K等研究发现，蔗糖的添加可以提高脆性，但添加到一定程度后，脆性呈下降趋势；而对于膨化度来说，随蔗糖添加量从5%上升到12.5%时，玉米的膨化度显著降低；但对小麦的膨化度却影响不大。