فرآیند تولید غذای حیوانات خانگی و کنترل کیفیت: غذای خشک پفکی

بیشتر صاحبان حیوانات خانگی، حیوانات خانگی خود را با غذای تجاری حیوانات خانگی تغذیه می‌کنند. زیرا غذای تجاری حیوانات خانگی مزایای تغذیه‌ای کامل و غنی، خوردن راحت و غیره را دارد. بر اساس روش‌های مختلف فرآوری و میزان آب، غذای حیوانات خانگی را می‌توان به غذای خشک حیوانات خانگی، غذای نیمه مرطوب حیوانات خانگی و غذای کنسروی حیوانات خانگی تقسیم کرد. بر اساس بافت، غذای حیوانات خانگی را می‌توان به غذای مخلوط، غذای نرم و مرطوب و غذای خشک تقسیم کرد. گاهی اوقات تغییر رفتار غذایی حیوان خانگی دشوار است، حتی اگر غذای جدیدی که به حیوان خانگی ارائه می‌شود از نظر تغذیه‌ای متعادل باشد و نیازها را برآورده کند.

غذای خشک حیوانات خانگی عموماً حاوی 10 تا 12 درصد آب است. غذای خشک همچنین شامل غذای پودری درشت، غذای گرانولی، غذای آسیاب شده زبر، غذای پفکی اکسترود شده و غذای پخته شده است که از بین آنها رایج‌ترین و محبوب‌ترین غذای پفکی اکسترود شده است. غذای خشک حیوانات خانگی عمدتاً از غلات، فرآورده‌های جانبی غلات، فرآورده‌های سویا، فرآورده‌های حیوانی، فرآورده‌های جانبی حیوانی (از جمله فرآورده‌های جانبی شیر)، چربی، ویتامین‌ها و مواد معدنی تشکیل شده است. غذای خشک گربه معمولاً اکسترود شده است. گربه‌ها ملات ندارند، بنابراین گلوله‌های غذای گربه باید برای برش با دندان‌های پیشین به جای آسیاب شدن با دندان‌های آسیاب، شکل داده و اندازه‌بندی شوند و فرآیند اکستروژن برای انجام این نیاز ویژه مناسب است (Rokey And Huber, 1994) (Nrc 2006).

غذای خشک پفکی

01: اصل انبساط اکستروژن

فرآیند پف کردن به این صورت است که پودرهای مختلف را طبق فرمول طراحی شده مخلوط می‌کنند، سپس تحت عملیات حرارتی بخار قرار می‌دهند و پس از پیرسازی، تحت دما و فشار بالا اکسترود می‌کنند و سپس در خروجی محفظه اکستروژن، دما و فشار قالب به طور ناگهانی کاهش می‌یابد و باعث می‌شود ذرات محصول به سرعت منبسط شوند و توسط کاتر به شکل سه‌بعدی مورد نیاز بریده می‌شوند.

فرآیند پف کردن را می‌توان بر اساس مقدار آب اضافه شده به پف کردن خشک و پف کردن مرطوب تقسیم کرد؛ بر اساس اصل کار، می‌توان آن را به پف کردن اکستروژن و پف کردن با فشار داغ گازی تقسیم کرد. اکستروژن و پف کردن فرآیندی از تهویه و تمپر کردن مواد، اکستروژن تحت فشار مداوم، کاهش ناگهانی فشار و انبساط حجم است.

در حال حاضر، بیشتر غذای سگ فروخته شده در بازار با روش اکستروژن و پف کردن تولید می‌شود. فرآیند اکستروژن و پف کردن می‌تواند نشاسته موجود در غذا را به سطح مناسبی از ژلاتینه شدن برساند، به طوری که قابلیت هضم نشاسته توسط حیوانات خانگی را افزایش دهد (Mercier And Feillit, 1975) (Nrc 2006).

02: فرآیند اکستروژن و پف کردن

روش یک سیستم اکستروژن مدرن معمولی، پیش‌تیمار کردن پودرهای مختلف با اضافه کردن بخار و آب برای رسیدن به حالت خمیری و خمیری است، به طوری که مواد نرم شده، نشاسته ژلاتینه شده و پروتئین نیز دناتوره می‌شود. در فرآیند تولید غذای حیوانات خانگی، گاهی اوقات دوغاب گوشت، ملاس و سایر مواد برای بهبود طعم اضافه می‌شوند.

کاندیشنر رایج‌ترین تجهیزات کاندیشنر مورد استفاده برای تولید خوراک پلت است. کاندیشنر بخار مهم‌ترین عامل در فرآیند پلت‌سازی است و مقدار بخار اضافه شده به میزان آب متصل به خوراک و نوع خوراک بستگی دارد. هنگام کاندیشنر کردن، لازم است که مواد و بخار آب مدت زمان اقامت کافی در کاندیشنر داشته باشند تا آب بتواند به طور کامل به داخل مواد نفوذ کند. اگر این زمان خیلی کوتاه باشد، آب نمی‌تواند به داخل مواد نفوذ کند و فقط به صورت آب آزاد روی سطح باقی می‌ماند. این امر برای عملکرد فرآیندهای بعدی مفید نیست.

تهویه مطبوع با بخار مزایای متعددی دارد:

① کاهش اصطکاک و افزایش طول عمر فیلم پرس. هنگام عملیات حرارتی، آب می‌تواند به داخل ماده نفوذ کند و از آب می‌توان به عنوان روان‌کننده برای کاهش اصطکاک بین ماده و فیلم پرس استفاده کرد و در نتیجه از اتلاف فیلم پرس کاسته و طول عمر آن را افزایش داد.

② بهبود ظرفیت تولید. اگر میزان رطوبت در طول اکستروژن خیلی کم باشد، ویسکوزیته بین اجزای مختلف مواد ضعیف خواهد بود و قابلیت شکل‌دهی نیز ضعیف خواهد بود. افزایش میزان رطوبت می‌تواند ظرفیت تولید گلوله‌ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و هنگامی که اثر خوب باشد، ظرفیت تولید را می‌توان تا 30٪ افزایش داد.

③ کاهش مصرف برق. وقتی میزان رطوبت کم است، مصرف برق اکستروژن و سایر فرآیندها افزایش می‌یابد و وقتی همان مقدار غذا پس از آماده‌سازی با بخار تولید شود، تعداد عملیات می‌تواند کاهش یابد و در نتیجه مصرف برق کاهش یابد.

④ بهبود کیفیت ذرات. کنترل میزان بخار آب اضافه شده بر اساس مواد اولیه مختلف در طول فرآیند تمپر کردن می‌تواند کیفیت گرانول‌ها را بهبود بخشد.

⑤ بهبود ایمنی مواد غذایی. در طول فرآیند آماده‌سازی با بخار، بخار با دمای بالا اضافه شده می‌تواند میکروارگانیسم‌های بیماری‌زای مختلف موجود در مواد خوراکی مختلف را از بین ببرد و ایمنی مواد غذایی را بهبود بخشد.

پودرهای مختلف پس از آماده‌سازی مستقیماً به محفظه اکستروژن اکسترودر فرستاده می‌شوند و بخار، آب اضافی و گاهی اوقات دوغاب پودر دانه درشت، دوغاب گوشت و غیره اضافه می‌شوند. محفظه اکستروژن بخش اصلی سیستم اکستروژن است و بیشتر وظایف کل سیستم توسط این قسمت انجام می‌شود. این قسمت شامل پیچ، غلاف و قالب و غیره است. این قطعه تعیین می‌کند که آیا اکسترودر تک ماردونه یا دو ماردونه خواهد بود، اگر دو شفت موازی داشته باشد، اکسترودر دو ماردونه و اگر فقط یکی داشته باشد، اکسترودر تک ماردونه خواهد بود. وظیفه اصلی این قسمت مخلوط کردن و پختن مواد اولیه است و می‌تواند با توجه به شرایط واقعی با آب یا گاز پر شود. محفظه اکستروژن به قسمت تغذیه، قسمت مخلوط کردن و قسمت پخت تقسیم می‌شود. بخش اختلاط، ورودی پودر تمپر شده به محفظه اکستروژن است و چگالی مواد اولیه در این زمان بسیار کم است. هنگامی که فشار داخلی بخش اختلاط افزایش می‌یابد، چگالی مواد اولیه نیز به تدریج افزایش می‌یابد و دما و فشار در بخش پخت به شدت افزایش می‌یابد. ساختار مواد اولیه شروع به تغییر می‌کند. اصطکاک بین پودر و دیواره بشکه، پیچ و پودر بزرگتر و بزرگتر می‌شود و پودرهای مختلف تحت اثرات ترکیبی اصطکاک، نیروی برشی و گرمایش پخته و بالغ می‌شوند. دمای اتاق اکستروژن می‌تواند بیشتر نشاسته را ژلاتینه کرده و بیشتر میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا را غیرفعال کند.

برخی از تولیدکنندگان غذای حیوانات خانگی در حال حاضر آب گوشت را به فرآیند اکستروژن اضافه می‌کنند که به جای گوشت خشک، امکان استفاده از گوشت تازه را در دستور پخت غذاها فراهم می‌کند. به دلیل رطوبت بالاتر گوشت فرآوری نشده، این امر امکان افزایش سهم مواد حیوانی در ترکیب مواد خوراکی را فراهم می‌کند. افزایش محتوای گوشت تازه حداقل به افراد احساس کیفیت بالا می‌دهد.

فرآیند اکستروژن مزایای متعددی دارد:

① دمای بالا و فشار بالای تولید شده در فرآیند اکستروژن می‌تواند به طور موثری استریل کند.

② می‌تواند به طور قابل توجهی درجه انبساط نشاسته را افزایش دهد. شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد فرآیند اکستروژن می‌تواند درجه انبساط نشاسته را به بیش از 90٪ برساند، بنابراین قابلیت هضم نشاسته توسط حیوانات خانگی نیز تا حد زیادی بهبود می‌یابد.

③ پروتئین‌های مختلف موجود در مواد اولیه برای بهبود هضم پروتئین، دناتوره می‌شوند.

④ عوامل ضد تغذیه‌ای مختلف در مواد خوراکی، مانند آنتی‌تریپسین موجود در سویا را از بین ببرید.

در خروجی اکسترودر یک قالب وجود دارد و هنگامی که مواد اولیه اکسترود شده از قالب عبور می‌کنند، به دلیل افت ناگهانی دما و فشار، حجم آن به سرعت افزایش می‌یابد. با تغییر سوراخ‌های قالب، تولیدکنندگان غذای حیوانات خانگی می‌توانند غذای حیوانات خانگی را در ترکیب‌های مختلفی از شکل‌ها، اندازه‌ها و رنگ‌ها تولید کنند. این توانایی ترکیب واقعی با تکامل بازار بسیار مهم است، اما از نظر برآورده کردن تناسب غذایی غذای حیوانات خانگی، تغییر زیادی نمی‌تواند رخ دهد.

محصول پف کرده توسط یک برش دهنده دوار به گرانول‌هایی با طول مشخص برش داده می‌شود. این برش دهنده مجهز به ۱ تا ۶ تیغه است. برای تنظیم سرعت چرخش، برش دهنده معمولاً توسط یک موتور کوچک به تنهایی هدایت می‌شود.

میزان چربی غذای خشک اکسترود شده حیوانات خانگی از 6٪ تا بیش از 25٪ متغیر است. با این حال، نمی‌توان مقدار چربی خیلی زیادی را در فرآیند اکستروژن اضافه کرد، زیرا دما و فشار بالا در فرآیند اکستروژن بر اسیدهای چرب غیراشباع تأثیر می‌گذارد و همچنین بر اکستروژن و قالب‌گیری غذا تأثیر می‌گذارد. بنابراین، روش پاشش چربی روی سطح پس از پف کردن معمولاً برای افزایش میزان چربی محصول استفاده می‌شود. چربی داغ پاشیده شده روی سطح غذای پف کرده به راحتی جذب می‌شود. میزان تزریق سوخت را می‌توان با تنظیم سرعت تولید و سرعت افزودن چربی تنظیم کرد، اما این روش مستعد خطاهای زیادی است. اخیراً، یک روش کنترلی که می‌تواند میزان افزودن چربی را تنظیم کند، توسعه داده شده است. این سیستم شامل سیستم تنظیم سرعت و سیستم پمپ روغن تزریق فشار مثبت است که خطای آن در حدود 10٪ است. هنگام پاشش، لازم است چربی بیش از 5٪ باشد، در غیر این صورت نمی‌توان آن را به طور یکنواخت اسپری کرد. اسپری کردن پروتئین هضم شده و/یا طعم‌دهنده‌ها روی سطح غذای حیوانات خانگی برای افزایش پذیرش غذا توسط حیوانات خانگی رایج است (Corbin, 2000) (Nrc2006).

پس از اتمام اکستروژن و پف کردن، باید خشک شود تا بخار و آب تزریق شده در طول فرآیند اکستروژن از بین برود. به طور کلی، رطوبت غذا می‌تواند در طول پردازش به ۲۲٪ تا ۲۸٪ برسد و پس از پردازش، باید خشک شود تا رطوبت به ۱۰٪ تا ۱۲٪ برسد تا با ماندگاری محصول سازگار شود. فرآیند خشک کردن معمولاً توسط یک خشک‌کن مداوم با یک خنک‌کننده جداگانه یا ترکیبی از خشک‌کن و خنک‌کننده انجام می‌شود. بدون خشک کردن مناسب، غذای حیوانات خانگی اکسترود شده می‌تواند خراب شود و با رشد میکروبی و رشد قارچی با سرعت نگران‌کننده‌ای همراه باشد. بیشتر این میکروارگانیسم‌ها می‌توانند گربه‌ها و سگ‌ها را بیمار کنند، به عنوان مثال، حتی مقدار کمی از سموم تولید شده توسط کپک در یک کیسه غذای سگ می‌تواند سگ‌ها را تحت تأثیر قرار دهد. معیار رایج برای اندازه‌گیری میزان آب آزاد در غذای حیوانات خانگی، شاخص فعالیت آبی است که به صورت نسبت تعادل فشار آب محلی و فشار بخار روی سطح غذای حیوانات خانگی در دمای یکسان تعریف می‌شود. به طور کلی، اگر فعالیت آبی کمتر از ۰.۹۱ باشد، اکثر باکتری‌ها نمی‌توانند رشد کنند. اگر فعالیت آبی کمتر از ۰.۸۰ باشد، اکثر کپک‌ها نیز قادر به رشد نخواهند بود.

کنترل رطوبت محصول در طول فرآیند خشک کردن غذای حیوانات خانگی بسیار مهم است. به عنوان مثال، هنگامی که رطوبت محصول از 25٪ به 10٪ کاهش می‌یابد، برای تولید 1000 کیلوگرم غذای خشک باید 200 کیلوگرم آب تبخیر شود و هنگامی که رطوبت از 25٪ به 12٪ کاهش می‌یابد، برای تولید 1000 کیلوگرم غذای خشک، فقط به تبخیر 173 کیلوگرم آب نیاز است. بیشتر غذاهای حیوانات خانگی در خشک‌کن‌های نوار نقاله دایره‌ای خشک می‌شوند.

03: مزایای غذای حیوانات خانگی پفکی اکسترود شده

علاوه بر مزایای خوشمزگی خوب، غذای حیوانات خانگی پفکی مزایای دیگری نیز دارد:

① دمای بالا، فشار بالا، رطوبت بالا و اثرات مکانیکی مختلف در فرآیند پف کردن غذا می‌تواند به طور قابل توجهی درجه ژلاتینه شدن نشاسته در خوراک را افزایش دهد، پروتئین موجود در آن را دناتوره کند و لیپاز تولید شده توسط میکروارگانیسم‌های مختلف را همزمان از بین ببرد تا چربی پایدارتر شود. این امر برای بهبود هضم حیوانات و میزان استفاده از غذا مفید است.

② دمای بالا و فشار بالای مواد اولیه در محفظه اکستروژن می‌تواند انواع میکروارگانیسم‌های بیماری‌زای موجود در مواد اولیه را از بین ببرد، به طوری که غذا می‌تواند الزامات بهداشتی مربوطه را برآورده کند و از بیماری‌های مختلف دستگاه گوارش ناشی از تغذیه با غذا جلوگیری کند.

③ اکستروژن و پف کردن می‌تواند محصولات دانه‌ای با اشکال مختلف تولید کند، مانند غذای گربه که می‌تواند به شکل ماهی تولید شود، غذای سگ که می‌تواند به شکل استخوان کوچک تولید شود، که می‌تواند میل حیوانات خانگی به غذا خوردن را بهبود بخشد.

④ قابلیت هضم غذا را می‌توان با پف کردن بهبود بخشید، و خوشمزگی و عطر غذا را می‌توان افزایش داد، که این امر به ویژه برای سگ‌ها و گربه‌های جوان که اندام‌های گوارشی آنها هنوز توسعه نیافته است، بسیار مهم است.

⑤ میزان آب خوراک پلت خشک اکسترود شده فقط 10 تا 12 درصد است که می‌تواند برای مدت طولانی بدون ایجاد کپک نگهداری شود.

04: تأثیر اکستروژن بر قابلیت هضم مواد مغذی

فرآیند اکستروژن غذای حیوانات خانگی تأثیر قابل توجهی بر قابلیت هضم مواد مغذی مختلف، به ویژه نشاسته، پروتئین، چربی و ویتامین‌ها دارد.

نشاسته تحت تأثیر ترکیبی دمای بالا، فشار بالا و رطوبت در طول تمپر کردن و اکستروژن، ژلاتینه می‌شود. فرآیند خاص این است که نشاسته موجود در مخلوط پودر شروع به جذب آب و حل شدن از حالت بخار می‌کند و ساختار کریستالی اولیه خود را از دست می‌دهد. در طول فرآیند اکستروژن، با افزایش بیشتر رطوبت، دما و فشار، اثر تورم نشاسته بیشتر تشدید می‌شود و تا حدی، گرانول‌های نشاسته شروع به پارگی می‌کنند و در این زمان، نشاسته شروع به ژلاتینه شدن می‌کند. هنگامی که ماده اکسترود شده از قالب اکسترود می‌شود، به دلیل اینکه فشار ناگهان به فشار اتمسفر کاهش می‌یابد، گرانول‌های نشاسته به شدت می‌شکنند و درجه ژلاتینه شدن نیز به شدت افزایش می‌یابد. دما و فشار در فرآیند اکستروژن مستقیماً بر درجه ژلاتینه شدن نشاسته تأثیر می‌گذارند. مرسیه و همکاران. (۱۹۷۵) دریافتند که وقتی محتوای آب ۲۵٪ باشد، دمای انبساط بهینه نشاسته ذرت ۱۷۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد است. در این محدوده، قابلیت هضم آزمایشگاهی نشاسته پس از ژلاتینه شدن می‌تواند به ۸۰٪ برسد. در مقایسه با قابلیت هضم قبل از انبساط (۱۸٪)، ۱۸٪ افزایش یافته است. چیانگ و همکاران (۱۹۷۷) دریافتند که درجه ژلاتینه شدن نشاسته با افزایش دما در محدوده ۶۵ تا ۱۱۰ درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد، اما درجه ژلاتینه شدن نشاسته با افزایش سرعت تغذیه کاهش می‌یابد.

فرآیند کاندیشنینگ با بخار و اکستروژن نیز تأثیر قابل توجهی بر قابلیت هضم پروتئین دارد و روند کلی این است که پروتئین در جهتی تغییر کند که برای هضم حیوانات مفید باشد. تحت تأثیر کاندیشنینگ با بخار و فشار مکانیکی، پروتئین دناتوره شده و به شکل گرانول در می‌آید و حلالیت در آب کاهش می‌یابد. هرچه میزان پروتئین بیشتر باشد، حلالیت در آب بیشتر کاهش می‌یابد.

ژلاتینه شدن نشاسته همچنین تأثیر قابل توجهی بر حلالیت پروتئین در آب دارد. نشاسته ژلاتینه شده یک ساختار غشایی پیچیده در اطراف پروتئین تشکیل می‌دهد که منجر به کاهش حلالیت پروتئین در آب می‌شود.

پس از انبساط پروتئین، ساختار آن نیز تغییر می‌کند و ساختار چهارم آن به ساختار سوم یا حتی ثانویه تجزیه می‌شود که زمان هیدرولیز پروتئین را در طول هضم به میزان زیادی کوتاه می‌کند. با این حال، اسید گلوتامیک یا اسید آسپارتیک درون پروتئین با لیزین واکنش می‌دهد که میزان استفاده از لیزین را کاهش می‌دهد. واکنش میلارد بین گروه ε-آمینو اسیدهای آمینه و قندها در دماهای بالاتر نیز قابلیت هضم پروتئین‌ها را کاهش می‌دهد. عوامل ضد تغذیه‌ای در مواد خام، مانند آنتی‌تریپسین، نیز هنگام گرم شدن از بین می‌روند که از جنبه دیگری قابلیت هضم پروتئین توسط حیوانات را بهبود می‌بخشد.

در طول کل فرآیند تولید، محتوای پروتئین موجود در غذا اساساً بدون تغییر است و قدرت اسیدهای آمینه به طور قابل توجهی تغییر نمی‌کند.