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挤出烹饪中的Aquafed成分的性能

Eugenio Bortone,Ph.D.,PAS,DPL。一个罐头

进料公式变更可能需要流程重新优化,设备变化

挤出烹饪
Aquafeed配方中的每种成分都具有重要作用,而不仅仅是因为它提供的营养素,而且由于与其他成分相互作用。

水生饲配额是一种复杂的成分混合物,旨在满足目标物种的营养需求。公式中的每种成分不仅在其提供的营养素的量中起重要作用,但各自也在工艺期间与他人相互作用以产生最终产品。根据加工条件和所用成分,可以生产不同的产品,例如浮动或沉没的挤出饲料。

挤出烹饪过程

挤出烹饪涉及挤出挤出机螺钉的剪切和混合作用供应的机械能。在该过程中,将配方混合物从粉末状,自由流动的粉末转化成致密,紧凑的粉末。随着挤出机的最后一段的温度和压力增加,粉末相熔化以形成所谓的流体熔体相。在挤出机的最后一部分中,熔体中含有的水被过热并在液相中。

图1中示出了具有其不同区域的单个螺杆挤出机的示意图。第一部分是将配方混合物加入到挤出机中的进料区。该区域的特征在于具有设计用于传送的深通道螺钉。

挤出烹饪
图1:单螺杆挤出机的区域。

下一个区域是压缩区域,具有较短的俯仰,飞行螺钉和浅沟道深度。目的是开始将机械能施加到混合中,从而启动烹饪过程。在这个区域中,材料开始熔化。

图2:扩展过程的图。

在最终区域中,熔融材料成为塑料状,无定形熔体,这里是实现最高压力和温度的地方。螺杆元件甚至具有较浅的通道,并通过模具泵出熔融相。在离开模具时,熔体突然暴露于大气压,导致压力下降,使过滤水变为蒸气,并导致称为膨胀(图2)。

典型的虾配方含有以下类别的成分:蛋白质来源(鱼粉,大豆餐,其他海洋副产品膳食);淀粉来源(小麦粉和米粉);水;脂肪和油(鱼油);纤维(作为某些成分的一部分);和少数成分,如维生素和矿物质。每组成分影响最终产品和加工条件。随着成分制剂改变,必须知道挤出机中的加工条件也将不得不改变。并且在某些情况下,需要不同的螺杆配置来适应激烈的公式变化。

蛋白质

蛋白质由氨基酸链形成,并且根据源极,可具有不同的尺寸并根据其溶解度进行分类,如下:1。水溶性:蛋白质; 2.溶于盐酸溶液:球蛋白; 3.溶于40%的酒精:胶林蛋白(小麦面筋的一部分); 4.不溶于40%的酒精:谷蛋白(小麦麸质的一部分)。

在挤出过程中,蛋白质将在淀粉基质中形成分散相。在高剪切和温度的效果下,一些蛋白质 - 特别是水溶性的蛋白质 - 将变性和凝固。然而,由于螺钉的剪切作用,将蛋白质浸入非常小的块中。

来自油籽的蛋白质 - 如豆粕和小麦(麸质) - 形成粘弹性面团,因为它们用水水合,但由于剪切通过螺钉和其他颗粒互相摩擦的作用而增加,蛋白质也被浸入较小的颗粒中。图。图3显示了围绕淀粉颗粒的流体状态中的蛋白质熔体相。相比之下,来自肌肉起源(鱼粉,家禽膳食等)的蛋白质比油籽蛋白更耐剪切,并且可以保留它们在进入挤出机时最初具有的粒度。

挤出烹饪
图3:蛋白质熔融相和溶胀的淀粉颗粒。

在挤出过程中,在高水分存在下加工时球状蛋白(大豆膳食,小麦麸质等)(>35%),温度超过140度-c,压力和高剪切可以分散形成连续熔体。在这种流体状态下,蛋白质像液体一样流动,但是如果经受较低的温度,则流动变为层流并发生交联。

如果允许蛋白质基质在低温下连续流动,则它将形成流线(交叉键合)。一旦离开模具,水就会蒸发在交联结构内留下小空隙。因此,取决于蛋白质和工艺条件(水,螺杆速度,螺钉配置)的类型,可以控制饲料的结构完整性的类型。如果目标是改变像溶解度和整体身体完整性的蛋白质属性,则特别重要。

蛋白质在挤出机中变性,据信这被认为通过将分子暴露于更多酶访问位点来改善它们的消化率。通常基于水或水溶液中的蛋白质溶解度测量蛋白质变性。较低的溶解度指示高剪切工艺,在该过程中有更多的蛋白质变性。然而,一些蛋白质可能不需要高剪切以变性或具有低溶解度。其中的一个例子是小麦蛋白(麸质),其可以以低螺杆速度变性。

脂质

与多余的水,油脂和脂肪类似于颗粒和挤出机的螺钉之间的润滑剂。油减少了混合物中的颗粒之间的摩擦,以及螺旋表面和桶的衬里之间。如果油(即鱼油)加入到总混合物的2%的水平,则会导致淀粉颗粒熔化,但它们不会分散。这导致挤出机的最后一部分中熔融相的温度较低,但随着物质离开模具很少或没有膨胀。

在一些具有高蛋白质含量的水生饲料配方中,具有超过2%的内在油水平,膨胀的产品非常小。如果目标物种的产品规范需要它是浮饲的,这可能是一个问题。在大多数情况下,高蛋白质饮食需要至少8%的淀粉,以确保足够的堆积密度(<每升550克)。因此,如果要将油添加到产品中以满足能量要求,则必须在挤出过程中通过涂层单元进行。在高脂肪公式中,螺杆配置可以改变为更积极或更高的能量分布,以增加机械能量输入并确保挤出物浮动性。

可以在挤出机中加入油以控制产品密度。因此,通过操纵油加,可以产生沉没或缓慢下沉的饲料。但是,如果添加油以操纵产品的密度,则应根据物种的目标能量要求进行。加入过量的油以控制堆积密度可对目标物种的饲料消耗和/或利用产生剧烈影响。

挤出机中加入脂质的抑制剂是它们的氧化,这可能影响饲料的维生素稳定性和其他感官属性。没有证据表明在挤出机中发生脂氧化;然而,由于螺杆磨损而释放到混合物中的促氧化物材料可以产生氧化。而且,在膨胀期间形成的空气电池可能有助于氧化过程。

淀粉

淀粉是水生饲料中能量的来源,但也发挥着自然粘合剂和密度对照剂的重要作用。淀粉在谷物,土豆和木薯谷物中发现。淀粉物理上以颗粒的小聚集体的谷物物理存在于谷物中。有两种物理形式的淀粉,直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉是葡萄糖单元的线性聚合物,其具有一个或两个分支。支链淀粉,比淀粉糖的分子更大,是葡萄糖单元的支化聚合物。

在挤出过程中和在水存在下,淀粉颗粒首先水合和膨胀。在压缩区中,淀粉溶胀更多,蛋白质开始形成熔融相。随着赋予更多能量,颗粒软化并最终破裂以形成连续的熔体液。如果施加更多剪切,则将淀粉分子进一步浸入较小的葡萄糖单元链中。这被称为糊精。高折叠的淀粉倾向于容易地吸收水,这可能是水稳定性的问题。因此,如果在高剪切条件下进行进料,则可以预期颗粒(下沉或浮动)以快速水合并具有差的水稳定性(图4)。

图4.输送或饲料区(L)中的本机淀粉和蛋白质;淀粉和蛋白质在压缩区(R)中。

淀粉在浮动饲料中也发挥着重要作用,因为在制造浮动饲料时可能与淀粉实现的连续相和膨胀。在高蛋白质配方中,需要至少10%的淀粉来实现饲料浮力。淀粉还通过形成与蛋白质的连续相,有助于保持挤出物的完整性。

纤维

在大多数谷粒中发现了Aquafeed中的纤维,并且一些配方可能包括麸皮。与淀粉一样,纤维也是葡萄糖单元的聚合物,但分子之间的连杆不同。这种不同的链接(淀粉的β1-4与α1-6)是除了产生酶β淀粉酶的细菌之外的大多数物种的纤维对大多数物种产生难以消化的纤维。纤维不会影响挤出机中的机械能量输入,但它不会很好地扩展。麸皮颗粒以低浓度(1至2%)几乎没有效果(1至2%),但随着水平增加到超过6%,这可能会降低膨胀。因此,具有高纤维含量的公式可以产生具有差的膨胀,低润湿性和较差的水稳定性的挤出饲料。

矿物质

在挤出过程中不会改变矿物质,但有些矿物可能有助于增加分散熔体流体相中的气泡形成(成核位点)。较小的气泡增加表面积,并且在用油涂覆进料时可以是有利的。在较新的真空涂料系统中,颗粒上的多孔表面是优选的,以实现更好的油渗透,并将从进料迁移到包装材料中的油迁移。

在挤出过程中,在成分中发现水的内在或通过预处理器中的蒸汽冷凝添加,或者直接进入挤出机筒中。随着水在挤出机中加入到大于10%的水平,生物聚合物水合物并更自由地移动。在高水平,水充当润滑剂,可以减少机械能量输入的量。水可用于控制最终产品的密度。由于机械能(螺钉,桶和颗粒摩擦)输入,挤出机中的挤出机中的温度较高。当水以高水平加入时,它用作润滑剂,从而降低机械能量输入的量。

在高水分含量下,产品表现出弹性反冲,因为它离开模具。这是因为挤出材料仍然是柔韧的,并且在达到玻璃化转变温度(Tg)之前仍然是柔韧的并且灵活。在较低的水分含量下,挤出材料设置或变得非常快,导致细胞较大。导致低水位和高水位的膨胀如图5.用过量的水加入(>比用低水量加入制造的产品,30%的密度倾向于具有更高的密度和整体较小尺寸(膨胀系数)。

图5:低水平(L)的膨胀;高水位(R)的弹性膨胀。

透视

Aquafeed公式应设计为在最佳的处理参数集中执行,以实现所需的产品属性,同时最大化其营养价值和挤出机输出。对公式的微妙变化可能需要重新调整处理参数或微调该过程。然而,在制剂中所做的主要变化可能需要重新优化该过程,这甚至可以包括改变螺钉轮廓。重要的是要意识到并非所有进料配方都可以用相同的螺钉配置或相同的处理条件进行。