多くの飼い主は、ペットに市販のペットフードを与えています。市販のペットフードは、栄養が豊富、食べやすいなどの利点があるからです。加工方法や水分含有量の違いにより、ペットフードはドライフード、セミモイストフード、缶詰に分けられます。また、食感の違いにより、ミックスフード、ソフトウェットフード、ドライフードに分けられます。たとえペットに新しいフードを与え、栄養バランスが取れていてニーズを満たしていても、ペットの食習慣を変えるのは難しい場合があります。
ドライペットフードには通常、10％～12％の水分が含まれています。ドライフードには、粗粉フード、顆粒フード、粗挽きフード、押し出しパフフード、焼きフードも含まれますが、その中で最も一般的で人気があるのは押し出しパフフードです。ドライペットフードは主に穀物、穀物副産物、大豆製品、動物性製品、動物性副産物（牛乳副産物を含む）、脂肪、ビタミン、ミネラルで構成されています。ドライキャットフードは通常、押し出し成形されています。猫には乳鉢がないため、キャットフードのペレットは、臼歯ですりつぶすのではなく、切歯で切断できる形状とサイズにする必要があり、押し出し成形プロセスはこの特別な要件を満たすのに適しています（RokeyおよびHuber、1994年）（Nrc 2006年）。
乾燥パフ食品
01: 押し出し膨張の原理
膨化工程とは、設計された配合に従って各種の粉末を混合し、蒸気処理を施し、熟成後に高温高圧下で押し出す工程です。その後、押し出し室の出口にあるダイの温度と圧力が急激に低下し、製品粒子が急速に膨張します。そして、カッターで必要な立体形状に切断されます。
膨化工程は、添加する水分量によって乾式膨化と湿式膨化に分けられ、動作原理によって押し出し膨化とガスホットプレス膨化に分けられます。押し出し膨化は、材料の調質・焼き戻し、連続加圧押し出し、急激な減圧、体積膨張を伴うプロセスです。
現在、市場で販売されているドッグフードのほとんどは、押し出し成形とパフ成形によって製造されています。この成形工程により、フード中のデンプンは適切な高ゲル化レベルに達し、ペットによるデンプンの消化率が向上します（Mercier And Feillit, 1975）（Nrc 2006）。
02: 押し出しと膨らみのプロセス
現代の典型的な押出成形システムは、各種粉末に蒸気と水を加えて前処理し、テンパリングすることで、材料を軟化させ、デンプンを糊化し、タンパク質を変性させるというものです。ペットフードの製造工程では、食味を向上させるために、肉スラリーや糖蜜などの添加物が使用されることがあります。
コンディショナーは、ペレット飼料生産において最も一般的に使用されるコンディショニング装置です。蒸気コンディショニングはペレット化プロセスにおいて最も重要な要素であり、添加する蒸気量は飼料結合水の含有量と飼料の種類によって異なります。コンディショニングを行う際には、コンディショナー内での原料と水蒸気の滞留時間が十分に長く、水が原料に十分に浸透する必要があります。滞留時間が短すぎると、水は原料に浸透せず、自由水として表面に留まります。これは、後続工程の稼働に悪影響を及ぼします。
蒸気コンディショニングには多くの利点があります:
①摩擦を低減し、プレスフィルムの寿命を延ばします。焼戻し時に水が材料に浸透し、潤滑剤として利用することで、材料とプレスフィルム間の摩擦を低減し、プレスフィルムの損失を減らし、使用寿命を延ばします。
②生産能力の向上。押出成形時の水分含有量が低すぎると、各材料成分間の粘性が悪くなり、成形能力も低下します。水分含有量を高めることでペレットの生産能力を大幅に向上させることができ、効果が良好な場合は生産能力を30%向上させることができます。
③消費電力を削減します。水分含有量が低いと、後続の押し出しなどの工程での消費電力が増加しますが、蒸気調整後に同じ量の食品を生産する場合、操作回数を減らすことができ、消費電力を削減できます。
④ 粒子品質の向上。原料に応じてテンパリング時の水蒸気添加量を制御することで、顆粒の品質を向上させることができます。
⑤ 食品の安全性を向上します。蒸気処理工程で添加される高温蒸気は、各種飼料原料に含まれる様々な病原微生物を殺菌し、食品の安全性を向上させます。
調整後の各種粉末は、直接押出機の押出室に送り込まれ、さらに蒸気、水、場合によっては穀物粗粉スラリー、肉スラリーなどが追加されます。 押出室は押出システムの中核部分であり、システム全体のほとんどのタスクはこの部分で完了します。 スクリュー、スリーブ、ダイなどが含まれます。 このコンポーネントによって、押出機がシングルスクリューかツインスクリューかが決まります。 2つの平行軸がある場合はツインスクリュー押出機、1つしかない場合はシングルスクリュー押出機になります。 この部分の主な機能は、材料を混ぜて調理することであり、実際の状況に応じて水またはガスを充填できます。 押出室は、供給部分、混合部分、調理部分に分かれています。混合部は、調質された粉末が押出室に入る入り口であり、この時点では原料の密度が非常に低いです。混合部の内部圧力が上昇すると、原料の密度も徐々に増加し、調理部の温度と圧力が急激に上昇します。原料の構造が変化し始めました。粉末とバレル壁、スクリュー、粉末との間の摩擦はますます大きくなり、摩擦、せん断力、加熱の複合効果の下で、さまざまな粉末が調理され、熟成されます。押出室内の温度は、ほとんどのデンプンを糊化し、ほとんどの病原微生物を不活性化することができます。
現在、一部のペットフードメーカーは、押出成形工程に肉スラリーを添加することで、乾燥肉のみではなく、新鮮な肉をレシピに使用できるようにしています。未処理の肉は水分含有量が高いため、飼料原料における動物性素材の割合を増やすことができます。新鮮な肉の含有量を増やすことで、少なくとも人々に高品質感を与えることができます。
押し出しプロセスにはいくつかの利点があります:
①押し出し工程で発生する高温・高圧により、効果的に殺菌することができます。
②デンプンの膨張率を大幅に向上させます。押出成形工程によりデンプンの膨張率が90%以上に達することが実証されており、ペットによるデンプンの消化率も大幅に向上します。
③ 原料中の各種タンパク質を変性させ、タンパク質の消化率を向上させる。
④ 飼料原料中の大豆中のアンチトリプシンなど様々な抗栄養因子を除去する。
押出機の出口にはダイがあり、押し出された原料がダイを通過すると、温度と圧力の急激な低下により体積が急激に膨張します。ダイの穴を変えることで、ペットフードメーカーは様々な形状、サイズ、色の組み合わせでペットフードを製造できます。この組み合わせ能力は市場の進化に伴い非常に重要ですが、ペットフードの栄養適合性を満たすという点では、それほど大きな変化はありません。
膨化物は回転式カッターによって一定の長さの顆粒に切断されます。カッターには1枚から6枚の刃が装備されており、回転速度を調整するために、通常は小型モーターのみで駆動されます。
乾燥押出ペットフードの脂肪含有量は6％から25％以上まで様々ですが、押出工程で脂肪含有量が高すぎると添加できません。押出工程での高温高圧が不飽和脂肪酸に影響を与え、押出と食品成形にも影響を与えるためです。そのため、製品の脂肪含有量を高めるために、一般的には膨化後に表面に脂肪を噴霧する方法が用いられます。膨化食品の表面に噴霧された高温脂肪は容易に吸収されます。燃料噴射量は、生産速度と脂肪添加速度を調整することで調整できますが、この方法は誤差が大きくなりがちです。最近、脂肪添加量を調整できる制御方法が開発されました。このシステムには、速度調整システムと正圧噴射オイルポンプシステムが含まれており、誤差は10％以内です。スプレーする際は、脂肪分が5%以上含まれている必要があります。そうでないと均一にスプレーできません。ペットフードの受容性を高めるために、タンパク質分解物や香料をペットフードの表面にスプレーすることが一般的です (Corbin, 2000) (Nrc2006)。
押し出しと膨化が完了したら、押し出し工程で注入された蒸気と水を除去するために乾燥させる必要があります。一般的に、加工中の食品の水分は22％から28％に達することがあり、加工後は製品の賞味期限に適応するために水分が10％から12％に達するまで乾燥させる必要があります。乾燥工程は、通常、独立した冷却機を備えた連続乾燥機、または乾燥機と冷却機の組み合わせによって完了します。適切な乾燥が行われないと、押し出されたペットフードは腐敗し、微生物のブルームや真菌が驚くべき速度で増殖する可能性があります。これらの微生物のほとんどは、猫や犬を病気にする可能性があります。たとえば、ドッグフードの袋の中のカビによって生成された少量の毒素でさえ、犬に影響を与える可能性があります。ペットフード中の自由水の量を表す一般的な指標は水分活性指数です。これは、同じ温度におけるペットフード表面の局所水圧と蒸気圧の平衡比として定義されます。一般的に、水分活性が0.91未満の場合、ほとんどの細菌は増殖できません。水分活性が0.80未満の場合、ほとんどのカビも増殖できません。
ペットフードの乾燥工程では、製品の水分含有量を管理することが非常に重要です。例えば、製品の湿度が25%から10%に乾燥する場合、1000kgの乾燥食品を製造するには200kgの水分を蒸発させる必要があります。一方、湿度が25%から12%に乾燥する場合、1000kgの乾燥食品を製造するには173kgの水分しか蒸発させられません。ほとんどのペットフードは、円形コンベア式乾燥機で乾燥されています。
03: 押し出し成形パフペットフードの利点
口当たりの良さという利点に加えて、膨化ペットフードには他にも多くの利点があります。
①食品の膨化過程における高温、高圧、高湿度、および様々な機械的効果により、飼料中のデンプンの糊化度が大幅に向上し、飼料中のタンパク質が変性し、同時に各種微生物が産生するリパーゼが破壊され、脂肪がより安定します。動物の消化率と食品の利用率を向上させるのに有益です。
②押出室内の原料の高温・高圧により、原料に含まれる様々な病原微生物を殺菌し、食品が関連する衛生要求を満たすとともに、食品摂取による様々な消化管疾患を予防します。
③押し出しと膨化により、さまざまな形状の粒状製品を製造できます。たとえば、キャットフードは魚の形に、ドッグフードは小さな骨の形に製造でき、ペットの食欲を高めることができます。
④ 膨らませることで食べ物の消化性が向上し、食べ物の美味しさと香りを高めることができます。これは、消化器官がまだ発達していない若い犬や猫にとって特に重要です。
⑤乾燥押出ペレット飼料の水分含有量はわずか10％～12％で、カビを発生させることなく長期保存できます。
04: 押し出し加工による栄養素の消化率への影響
ペットフードの押し出し加工は、さまざまな栄養素、特にデンプン、タンパク質、脂肪、ビタミンの消化率に大きな影響を与えます。
デンプンは、テンパリングと押し出しの過程で、高温、高圧、水分の複合作用を受けて糊化します。具体的な過程は、粉末混合物中のデンプンが蒸気処理によって水分を吸収して溶解し始め、元の結晶構造を失います。押し出し工程では、水分、温度、圧力がさらに上昇し、デンプンの膨潤作用がさらに強まり、ある程度、デンプン粒子が破裂し始め、このときデンプンは糊化し始めます。押し出された材料がダイから押し出されると、圧力が急激に大気圧まで低下するため、デンプン粒子が急激に破裂し、糊化度も急激に上昇します。押し出し工程における温度と圧力は、デンプンの糊化度に直接影響します。Mercier Et Al. (1975) は、水分含有量が25%の場合、コーンスターチの最適膨張温度は170～200℃であることを発見しました。この範囲内で、糊化後のデンプンの体外消化率は80%に達する可能性があり、膨張前の消化率（18%）と比較して18%も大幅に増加しました。Chiangら (1977) は、65～110℃の範囲で温度の上昇に伴いデンプンの糊化度は増加しますが、給餌速度の増加に伴いデンプンの糊化度は低下することを発見しました。
蒸気処理と押出加工のプロセスもタンパク質の消化率に大きな影響を与え、タンパク質を動物の消化に有利な方向に変化させる傾向が一般的です。蒸気処理と機械圧力の作用により、タンパク質は変性して顆粒化し、水溶性が低下します。タンパク質含有量が多いほど、水溶性は低下します。
デンプンの糊化は、タンパク質の水溶性にも大きな影響を与えます。糊化したデンプンはタンパク質を包み込む膜構造を形成し、タンパク質の水溶性を低下させます。
タンパク質は膨張すると構造が変化し、四次構造が三次構造、さらには二次構造へと分解されます。これにより、消化中のタンパク質の加水分解時間が大幅に短縮されます。しかし、タンパク質内部のグルタミン酸やアスパラギン酸はリジンと反応し、リジンの利用率が低下します。また、高温下でアミノ酸のε-アミノ基と糖類がメイラード反応を起こすことで、タンパク質の消化率が低下します。原料に含まれるアンチトリプシンなどの抗栄養因子も加熱によって破壊されるため、動物によるタンパク質の消化率も別の側面から向上します。
製造プロセス全体を通して、食品中のタンパク質含有量は基本的に変化せず、アミノ酸の効力も大きく変化しません。
投稿日時: 2023年3月2日