宠物食品一般分成三类：干性食品、半湿性食品和罐装食品。尽管不 存在工业标准，但是干性宠物食品的湿含量一般小于15重量％，且一般具 有干燥坚硬的质地。半湿性食品的湿含量一般为15～50重量％。罐装食品 的湿含量一般大于50重量％，常常约为70重量％。这三种类型的众多宠 物食品的开发与制备方法是本领域公知的。宠物食品(例如猫食和狗食) 已知多年，并且本领域技术人员知道多种用于制备这些制品的配方和工艺。 然而，该领域仍旧会不断遇到问题。
宠物食品一般根据重量来销售。因此干性宠物食品的堆积密度具有重 要的商业含义。即使储存食品的总重量相同，与堆积密度低的相应物比较， 堆积密度相对高的干性食品可以储存在更小的袋状物或其它容器中。高堆 积密度可以减少制备商的包装费用。此外，高堆积密度食品需要更小的用 于储存的仓库空间，且常常在零售时占用更小的货架空间。因此，有必要 提供动物可接受的密度相对高的宠物食品。
然而，在提供堆积密度高的干性宠物食品的尝试中存在着复杂化因素。 也就是说，当所述食品的堆积密度增大而不添加脂肪、乳化剂或两者的组 合以及其它添加剂(如胶类或亲水性胶体)时，该食品会变得更坚硬。如 果单独使用水作为介质以提高堆积密度时，该食品会变得坚硬。如果该食 品变得太硬，那么其可能会不为猫或狗类接受。因此，有必要提供堆积密 度增大且可保持用作合适的动物食品来源的制品所要求的柔软程度的宠物 食品。另外还有必要提供可以防止变味的制品，从而使得该制品的柔软度 不会随着时间的推移而迅速变差。本领域曾经试图解决提供高密度的干性 动物食品的问题，还曾经试图提供可以在一定程度上防止变味的柔软宠物 食品。以往每种尝试均不同于本发明的解决方法。
授予Priegnitz的美国第4,540,585号专利公开了一种含有α-淀粉酶的 半湿性宠物食品。根据其公开内容，最终食品的湿含量约为50％。Priegnitz 还指出α-淀粉酶仅在湿含量大于约15％时才表现出活性。Priegnitz的最 终食品的堆积密度为31～32磅/立方英尺(38.6～40磅/蒲式耳)。Priegnitz 还公开了α-淀粉酶改善半湿性宠物食品的柔软度的用途。对于申请者来 说，不知道将α-淀粉酶加入干性动物食品中以改善其柔软度。
授予Spradlin等人的美国第4,393,085号专利教导了一种狗食品的酶 解方法。Spradlin等人教导了一种用于湿含量大于15％的食品的方法。 Spradlin等人还教导了用于处理狗食品的双酶体系——例如淀粉酶和蛋白 酶体系，并教导了在制品生产过程中所述酶的热失活作用。显然，采用两 种酶的工艺比采用一种酶的工艺更昂贵。众所周知，蛋白酶比α-淀粉酶更 加昂贵。在宠物食品工业中，成本是一个重要因素。
授予Lewis等人的美国第4,810,506号专利描述了一种用于处理谷物制 品的方法，其包括用酶溶液对煮成半熟的谷物制品进行处理。Lewis等人 公开了α-淀粉酶作为处理谷物用的酶的用途。根据Lewis等人的教导，该 酶处理过程降低了谷物制品的密度，从而导致轻量制品。
授予Borochoff等人的美国第3,617,300号专利教导了一种在原位转化 淀粉的方法。该方法采用α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶在淀粉质体系中将淀粉 转化成右旋葡萄糖。Borochoff等人指出为了使得所述酶反应发生，该制品 必须具有约25％的最低湿含量。Borochoff等人进一步指出为了使得所述 酶反应进行，温度必须保持低于约90℃(194)，并且所述较高的温度 会导致所述酶的热失活作用。同样，采用两种酶的工艺比采用一种酶的工 艺更昂贵。已知淀粉葡糖苷酶比α-淀粉酶更加昂贵。
发明概述
干性宠物食品一般采用挤压工艺以颗粒或粗粉的形式制备。对于干性 宠物食品而言，最终制品的湿含量一般小于15％。由于在配方中采用不同 的谷物(如玉米)，这些干性宠物食品一般还具有15～40％的淀粉含量。 本发明提供了一种堆积密度增大的干性宠物食品及其制备方法。本发明食 品的密度的提高部分地通过在制备过程中向所述食品组分中添加热稳定淀 粉酶而实现。本发明采用的α-淀粉酶的残留活性一般以每克最终制品计为 0.1～57NU，而所述宠物食品的湿含量为约8～11％。因此，本发明提供了 堆积密度大于25磅/立方英尺、一般为约25～31磅/立方英尺(31～38.5磅/ 蒲式耳)的干性宠物食品。
本发明还提供了一种改进的制备上述干性宠物食品的方法。已经发现 本发明的方法可以实现更高的生产效率，特别是在节约制备挤出形式的干 性宠物食品所需的能量方面效率更高。由于挤压工艺效率的提高，本发明 另外导致制备过程中费用的节约。

图1是用于制备本发明的干性宠物食品的预处理器和挤出机的示意 图。
发明详述
通过向宠物食品中加入有效量的α-淀粉酶而制备维持柔软度或改善 柔软度的密度增大的宠物食品。α-淀粉酶是一种公知的酶。其IUBMB值 为3.2.1.1。该酶可催化含有三个或更多个1，4-α连接的D-葡萄糖单元的多 糖中的1，4-α-D-糖苷键发生内水解。α-淀粉酶可以源于真菌、谷物或细菌 来源。真菌α-淀粉酶对温度敏感，一般在约60～65℃(140～149)下失 活。某些细菌淀粉酶具有更高的温度稳定性，并可以承受高达110℃(230 )的温度。向淀粉中加入淀粉酶可以将淀粉分解成可溶性糊精和低聚糖。 向干性宠物食品配方中加入淀粉酶会导致配方中的部分淀粉分解成在挤出 后不会发生膨胀的糖类。结果，制备出堆积密度更高的粗粉。采用热稳定 淀粉酶使得在制备后的食品中具有残留酶活性，因此使得所述制品的柔软 度提高和保存期限延长。
本发明的方法包括从具有至少一种淀粉质组分的干混合物开始、加入 水和/或蒸汽以制得湿混合物、向该湿混合物中加入有效量的热稳定α-淀 粉酶、使得所述α-淀粉酶与湿混合物反应足够的时间以制得堆积密度为 24.9～30.9磅/立方英尺(31～38.5磅/蒲式耳)的最终制品、烹调该湿混合 物以足以使该湿混合物中部分但不是全部的α-淀粉酶失活、干燥所述食品 至湿含量为8～11％。根据用于特定宠物食品的精确组分或用于制备宠物食 品的精确工艺，适合用于本发明的α-淀粉酶的量可以不同。一般地，每千 克干粗粉中加入约60～600KNU(1140～11400SKB单位)的酶。本文中酶 的单位同时以KNU(衡量本发明实施例中所使用的α-淀粉酶的制备商采 用的活性的标准)和SKB(本领域已知的一种更古老的衡量酶活性的标准， 在Sanstedt等人的“Cereal Chemistry”1939年第16卷第712页对其作了 描述)给出。影响用于实施本发明的酶用量的因素包括所述食物制品的湿 含量、所述酶的活性、钙含量、氯含量、制品的pH值、制品的温度、制 品中的淀粉量和给定多种工艺参数的用于酶反应的时间。这些参数中的每 一个都可以影响酶活性的等级和程度。大多数宠物食品含有充足的钙和氯 化物以使酶活化。如果所述宠物食品中不存在适量的这些离子，那么可以 以适当的食用盐形式加入它们。根据本发明的用于制备宠物食品的精确反 应条件和工艺参数可以根据制备的宠物食品的类型和采用的特定α-淀粉 酶而变化。由于可以根据制备的宠物食品的类型改变制备工艺中的温度， 因此应当选择在工艺参数条件下稳定的α-淀粉酶。
与温度一样，所述制品的pH值可以根据制备的特定宠物食品而改变。 应当选择可在所述工艺中出现的pH值水平下有效反应的α-淀粉酶。
重要的是应当注意必须在α-淀粉酶能够与其反应之前将宠物食品中 的淀粉凝胶化。因此，宠物食品必须经历足够的温度和足够的时间以使淀 粉凝胶化。然而，温度不必太高并且时间不必太长以致于使α-淀粉酶失活。 为此，热稳定的α-淀粉酶优选为不能耐受高温的那种。用于本发明目的的 优选α-淀粉酶为源于嗜热脂肪芽胞杆菌的细菌α-淀粉酶(1，4-α-D-葡萄 糖水解酶)，其可以以商标名Termamyl120L，Type S得自北卡罗来纳州 的Novozymes of Franklinton。这种特殊的α-淀粉酶在高达105～110℃的 温度下具有活性。本发明中采用单一的酶，这样比某些现有技术的成本更 低。堆积密度增大的宠物食品的包装费用和储存费用比密度较小的制品更 低。仍然柔软的致密干性宠物食品可以更好地为动物所接受。适合用于本 发明的另一种α-淀粉酶源于地衣芽孢杆菌，并同样可以以商标名 Termamyl120L，Type L得自北卡罗来纳州的Novozymes of Franklinton。
现在参考图1，其显示了用于制备本发明干性宠物食品的方法的示意 图。从料斗12或其它适合的设备输送包含至少一种淀粉质组分且一般由谷 粉组分、蛋白质组分和干维生素和矿物质等组成的干组分10，并在适当的 混合装置14中混合。适合的谷粉组分为小麦、玉米、大麦、燕麦等，其一 般呈干粗粉形式。同样适合的为磨碎的玉米、全麦面粉、酿酒用大米 (brewers rice)或其它谷物。干蛋白质组分一般源自肉类或蔬菜来源。适 合的组分包括玉米麸质粉、家禽副产物粉(poultry by-product meal)、大 豆粉、鱼粉、动物消化液和氯化胆碱钙(calcium choline chloride)。干维 生素组分可以包括维生素E、A、B-12、D-3、核黄素、烟酸、泛酸钙、维 生素H、硝酸硫胺、叶酸或叶酸盐、盐酸吡哆辛、甲基萘醌亚硫酸氢钠配 合物等。矿物质可以包括氯化钾、碳酸钙、氯化钙、磷酸二钙、氯化钠、 硫酸锌、硫酸铁、硫酸镁、硫酸铜、碘酸钙和亚硒酸钠等。应当理解的是 上面列举的干组分不是详尽的名单。任何适合的干组分组合都可以采用， 并且所述干组分可以根据所述制备食品供给的动物种类而变化。
正好在将干组分10供入预处理器16之前或之后，从酶源18输送热稳 定的α-淀粉酶并将其与干组分10接触。所述酶优选以每小时干粗粉的 0.05～0.5重量％的速率加入，酶的加入通过阀38控制，其使得所述酶溶液 沿着管线36流动。可以采用任何能够承受本发明工艺温度的热稳定α-淀 粉酶，但优选的α-淀粉酶是由丹麦Novozymes，Inc.以商标Termamyl 120L销售的，如上文所述。该α-淀粉酶在操作温度为105～110℃下稳定， 并且销售时活性为120KNU/g(2.28×103SKB单位/g)。该酶以水溶液形 式销售，并将其以液体形式与本发明的干组分接触。该酶的加入浓度优选 为每千克干粗粉约60KNU至每千克干粗粉约600KNU(每千克干粗粉 1140SKB单位至每千克干粗粉11400SKB单位)。
在预处理器16内部，加入水20和/或蒸汽22以制得半潮湿的湿混合 物26。水20和/或蒸汽22的加入分别通过阀门42和44来控制，这两个阀 门分别使得水20和蒸汽22沿着管线46和48流动。通过预处理器16内的 湿度传感器24测定，湿混合物26的湿含量优选为22～29％。湿混合物26 在预处理器16中保持约5秒并且不超过20秒，这样足以使其潮湿，烹调 该混合物，该混合物将达到在预处理器16出口的温度为约93.3℃(200)。
随后湿混合物26转移到挤出机28中，在那里于足够的温度下对食品 烹调足够长的时间，并同时保留至少部分α-淀粉酶呈活性。挤出机28中 的最短停留时间大约为30～60秒，优选不超过300秒。挤出机28中的温度 一般为93.3～110℃。通过将挤出物通过模具盖30和用旋转刀32切割而将 其切成被称为“粗粉”的颗粒34。当挤出所述粗粉后，所述淀粉组分往往 会膨胀，从而减小最终制品的堆积密度。本发明中采用的α-淀粉酶将部分 但不是全部的淀粉转化成单糖类。由于最终制品中的淀粉较少，因此挤出 之后的膨胀较少。
将颗粒34传送至干燥器(未示出)，在那里将其干燥至最终湿含量为 大约8～11％。干燥温度优选为71～148℃(160～300)。干燥器中的停留 时间一般约为20～30分钟，且优选为不超过180分钟。到干燥步骤结束， 当所述制品准备包装时，至少部分α-淀粉酶仍然具有活性，该制品的堆积 密度为24.9～30.9磅/立方英尺(31～38.5磅/蒲式耳)。成品的湿含量为约 8～11％，优选7.5重量％。
上述每个装置如混合装置14、预处理器16和挤出机28均由马达提供 动力并受到本领域公知的控制系统的控制。混合装置14由马达50提供动 力，并受到控制系统52的控制。预处理器16由马达54提供动力，并受到 控制系统56的控制，而挤出机28由马达60提供动力，并受到控制系统 58的控制。挤出机28的控制还通过传动箱62进行调节。
实施例
下面的实施例用来进一步说明和解释本发明。这些实施例的目的不在 于以任何方式限制本发明的范围。
实施例1和2描述了类似的干性猫食品的制备方法，差别在于实施例 1描述了未根据本发明添加α-淀粉酶而制备的现有技术的猫食品，而实施 例2描述了根据本发明的教导制备的猫食品。
实施例1-现有技术的猫食
采用下列配方根据现有技术制备的干性猫食：
组分 用量(以重量计) 谷粉组分 蛋白质组分 脂肪 调味品 维生素、矿物质和必需脂肪酸     44％     46％     7％     2％     1％
将这些干谷粉组分、干蛋白质组分、干维生素、矿物质和必需的脂肪 酸以约4,000磅/小时的流率供入16英寸的预处理器16中。该流速有时被 称为“干粗粉进料速率”。本实施例中采用的预处理器是直径为16”的长 度约为9英尺的湿混合器或预处理器。将水和/或蒸汽加入该预处理器中以 提高湿含量至其它组分的约28重量％(有时这也被称为“浓缩粉湿度”)。 预处理器中所述粗粉的温度约为93℃(200)。预处理器中所述粗粉的 停留时间约为5秒。
之后，预处理的粗粉转移至直径约7英寸、长度约10英尺并具有200+ 马力的马达的挤出机中。驱动该挤出机的马达采用483伏三相交流电流并 输入130安培。该挤出机的吞吐量约为每小时5,000磅，这有时被称为“湿 生产速率”。所述挤出机中该粗粉的停留时间约为30～60秒。挤出机内的 温度和挤出物的温度约为95.5℃(204)。冷却夹套中的水温约为53.8 ℃(129)。通过模具盖后，挤出物被分割/切割刀切成颗粒(有时称为 粗粉)。
随后，这些颗粒转移至温度为71～148℃(160～300)的干燥器中。 这些颗粒在该干燥器中的停留时间约为30分钟。之后，用牛脂和酸性调味 品涂覆该干性猫食。成品的湿含量约为7.5重量％。用于粉碎该现有技术 制品的粗粉所需的平均能量为12.34英尺磅。本实施例中制备的干性猫食 的储存期限约为18个月。该实施例中制备的干性猫食的含热量(代谢能) 约为1648千卡/磅。
该成品干性猫食的化学分析结果大致如下：
组分     用量(以重量计) 粗蛋白质 淀粉 粗脂肪 粗纤维 湿分 亚油酸 花生四烯酸 钙 磷 牛磺酸     31.5～34.5％     30.0～35.0％     11.0～14.5％     4.5％     12％     1.25％     0.02％     1.1％     0.9％     0.125％
该成品干性猫食的密度为约23.3磅/立方英尺(29磅/蒲式耳)。
实施例2-根据本发明制备的干性猫食
采用下列配方根据本发明制备的干性猫食品：
组分 用量(以重量计) 谷粉组分 蛋白质组分 脂肪 调味品 维生素、矿物质和必需的脂肪酸     44％     46％     7％     2％     1％
将这些干谷粉组分、干蛋白质组分、干维生素、矿物质和必需的脂肪 酸以约为4,000磅/小时的干粉进料速率供入16英寸的预处理器16中。在 该预处理器中，将含有α-淀粉酶的水溶液与所述干组分接触。所用的α- 淀粉酶为得自北卡罗来纳州Novozymes of Franklinton的Termamyl 120L，Type S。该酶销售时活性为120KNU/g(2.28×103SKB单位/g)， 然而在将所述酶溶液与所述干组分接触之前制成1∶10的稀释液。该酶溶液 的使用比率为每小时相对干组分重量的0.5％。
本实施例中所用的预处理器是直径为16英寸的长度约为9英尺的湿混 合器或预处理器。将水和/或蒸汽加入该预处理器中以提高浓缩粗粉湿度至 其它组分的约28重量％。该预处理器中所述粗粉的温度约为93℃(200)。 该预处理器中所述粗粉的停留时间约为5秒。
之后，预处理的粗粉转移至直径约为7英寸、长度约为10英尺并具有 200+马力的马达的挤出机中。驱动该挤出机的马达采用483伏三相交流电 流并输入约116安培。该挤出机的吞吐量或湿生产速率约为每小时5,000 磅。该挤出机中所述粗粉的停留时间约为45秒。该挤出机内的温度和挤出 物的温度约为110℃(230)。冷却夹套中的水温约为60℃(140)。 通过模具盖后，所述挤出物被分割/切割刀切成颗粒(有时称为粗粉)。
随后，这些颗粒转移至温度为148℃(300)的干燥器中。这些颗粒 在该干燥器中的停留时间约为30分钟。之后，用牛脂和酸性调味品涂覆所 述干性猫食。成品的湿含量约为7.5重量％。用于粉碎根据本发明教导制 备的这种猫食的粗粉所需的平均能量为10.27英尺磅。本实施例中制备的 干性猫食的储存期限约为18个月。该实施例中制备的干性猫食的含热量 (代谢能)约为1760千卡/磅。
该干性猫食的化学分析结果大致如下：
组分     用量(以重量计) 粗蛋白质 淀粉 粗脂肪 粗纤维 湿分 亚油酸 花生四烯酸 钙 磷 牛磺酸     31.5～34.5％     30.0～35.0％     11.0～14.5％     4.5％     12％     1.25％     0.02％     1.1％     0.9％     0.125％
该干性猫食的堆积密度约为26.5磅/立方英尺(33磅/蒲式耳)。
本发明中所用的α-淀粉酶的价格为约每吨成品宠物食品1.50～10.00 美元。这比某些现有技术更经济。加工温度仅仅使该α-淀粉酶部分失活， 并在成品中保持活性为0.1～57Novo单位/g。
其它制品以另外两种酶含量制备。这两种工艺包括下列参数：
  酶     DMR     CMM     AMPS   BD   0.1   0.25     4037     3990     28     28     102     87   28.5   32.6
其中，酶含量以每小时相对干组分的百分比给出；DMR＝干粗粉速率(单 位：磅/小时)；CMM＝浓缩粗粉湿度(单位：相对制品的重量％)；AMPS ＝挤出机吸收电流的安培数；和BD＝成品的堆积密度(单位：磅/立方英 尺)。酶的使用比率的增长与成品的堆积密度的增加相关联。
实施例3-根据本发明制备的干性狗食
采用下列配方根据本发明制备的干性狗食品：
组分 用量(重量％) 谷粉组分 蛋白质组分 脂肪 调味品 维生素、矿物质和必需的脂肪酸     60.19     28.0     6.8     0.01     5.0
将这些干谷粉组分、干蛋白质组分、干维生素、矿物质和必需脂肪酸 以约4506磅/小时的干粉进料速率供入16英寸的预处理器16中。在该预 处理器中，将含有α-淀粉酶的水溶液与所述干组分接触。所用的α-淀粉 酶为得自北卡罗来纳州Franklinton，Novozymes的Termamyl120L，Type S。该酶销售时活性为120KNU/g(2.28×103SKB单位/g)，然而在将所 述酶溶液与所述干组分接触之前先制成1∶10的稀释液。该酶溶液的使用比 率为每小时相对干组分重量的0.05％。
本实施例中所用的预处理器是直径为16英寸的长度约为9英尺的湿混 合器或预处理器。将水和/或蒸汽加入该预处理器中至浓缩粗粉湿度为其它 组分的约28.4重量％。该预处理器中所述粗粉的温度约为93℃(200)。 该预处理器中所述粗粉的停留时间约为5秒。
之后，将预处理的粗粉转移至直径约为7英寸、长度约为10英尺并具 有200+马力的马达的挤出机中。驱动该挤出机的马达采用483伏三相交流 电流并可输入高达约99安培。该挤出机的湿生产速率约为每小时5600磅。 该挤出机中所述粗粉的停留时间约为30秒。该挤出机内的温度和挤出物的 温度约为100℃(212)。冷却夹套中的水温约为55.5℃(132)。通 过模具盖后，所述挤出物被分割/切割刀切成颗粒(有时称为粗粉)。
随后，这些颗粒转移至温度为148℃(300)的干燥器中。这些颗粒 在该干燥器中的停留时间约为30分钟。之后，用牛脂和酸性调味品涂覆该 干性狗食。成品的湿含量约为9.7重量％。该成品需要如Instron万能材料 试验机测定的粉碎所述粗粉的能量为17.34英尺磅。本实施例中制备的干 性狗食的储存期限约为18个月。该实施例中制备的干性狗食的含热量(代 谢能)约为1679千卡/磅。
该干性狗食的化学分析结果大致如下：
组分     用量(重量％) 粗蛋白质 淀粉 粗脂肪 粗纤维 湿分 亚油酸 花生四烯酸 钙 磷 牛磺酸     22.4     51.7     11     1.57     9.76     1.55     0.02     1.11     0.89     0.03
该干性狗食品的堆积密度为约28.1磅/立方英尺(35磅/蒲式耳)。
其它制品以另外两种酶含量制备。这两种工艺包括下列参数：
    酶     DMR   CMM   AMPS     BD     0.1     0.25     4497     4508   28.1   28.1   90.3   79.3     31.1     35.0
其中，酶含量以每小时相对干组分的百分比给出；DMR＝干粗粉速率(单 位：磅/小时)；CMM＝浓缩粗粉湿度(单位：相对制品的重量％)；AMPS ＝挤出机吸收电流的安培数；和BD＝成品的堆积密度(单位：磅/立方英 尺)。酶的使用比率的增长与成品的堆积密度的增加相关联。
取决于其浓度，本发明中所用的α-淀粉酶的成本约为每吨成品宠物食 品1.50～10.00美元。据认为这比某些现有技术更经济。加工温度仅仅使该 α-淀粉酶部分失活，并在成品中保持活性为0.1～57Novo单位/g。
因此，这里已经显示和描述了根据本发明教导制备的干性宠物食品的 多种实施方案。然而，当考虑本说明书后，本发明的多种改变、改进或变 换方案对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，不偏离本发明精神和 范围的所有这样的改变、改进或变换方案被认为属于本发明，其仅仅受后 面权利要求书的限制。