CN100355336C - 宠物磨牙物及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由得自可再生来源的天然材料制备的宠物磨牙物。所述磨牙物是可食用且可生物降解的，而且具有优异的力学性能，从而即使是用于诸如大狗的强壮动物，本发明的磨牙物也能使用很长时间。

Description

宠物磨牙物及其生产方法
技术领域
本发明涉及生产宠物磨牙物的方法以及通过所述方法制得的宠物磨牙物。
背景技术
宠物，例如狗的可磨牙物品在本领域是熟知的。这些物品具有柔韧性，并能用作宠物的玩具和使宠物牙齿保持良好状态的手段。这类物品可以由不同的材料生产。它们主要可分成两类：不可食用的和可食用的。
宠物磨牙物的非食用变体可以由合成塑料材料，或者由生皮来制备。它们具有良好的磨牙效果，并且由于其力学性能，它们具有相当长的使用时间。大多数非食用磨牙物的最大缺点是，它们几乎不能生物降解。
可食用宠物磨牙物主要使用例如谷类、稻米、奶以及源于这些物质的酪蛋白、明胶和淀粉产品作为原材料来生产。典型地，它们包含大量的添加剂，例如树胶、肉类和动物来源的其它产品、矿物油或脂肪、维生素、着色剂、芳香或味道增强剂。当然，目标是生产具有所需力学性能从而能长时间使用的相关产品。
美国专利第5,827,565号中公开一种基于热塑性淀粉的狗磨牙物，PARAGON IM 1010。所述热塑性淀粉包含相当大量的碳酸钙。所述狗磨牙物具有脆性，因此不太适合于大狗。
大多数公知可食用磨牙物的缺点是其力学性能不令人满意。由于它们包含几种组分的混合物，所以它们通常是脆的，并且通常在宠物，(例如大狗)将其牙齿放入其中时，不久将破裂。
发明内容
本发明旨在提供一种得自可再生来源天然材料制备的宠物磨牙物，从而使所述磨牙物可食用且可生物降解。还特别需要所述磨牙物具有优异的力学性能，使之即便在用于例如大狗的强壮动物时也能具有较长的使用时间。
已经发现通过结合较大量的增塑剂和纤维可以由热塑性淀粉来生产优异的宠物磨牙物。因此，本发明涉及制备宠物磨牙物的方法，所述方法包含：
-制备淀粉或淀粉衍生物、增塑剂和纤维材料的混合物；
-将所述混合物转化成热塑性淀粉；及
-将热塑性淀粉模塑成所需的宠物磨牙物。
由于本发明的宠物磨牙物所用原材料是可生物降解的、可食用的产品，因而没有有关例如BSE或者沙氏门菌(Salmonella)相关的危险。此外，原材料的具体组分和生产所述磨牙物的方法使它具有优异的力学性能。所述磨牙物粗糙且具有柔韧性，并且具有长的使用时间。它在力学性能方面与基于合成材料的公知磨牙物很相似，但它是可食用且可生物降解的。由于其有利的力学性能，根据本发明的磨牙物对于宠物的牙齿具有有益的作用。
如上所述，根据本发明的宠物磨牙物是基于淀粉的。原则上，所述淀粉可以是任何来源的。合适的实例是马铃薯、小麦、玉蜀黍、木薯淀粉、稻米和豌豆淀粉。优选使用小麦淀粉，因为已经发现它能导致终产品具有非常良好的尺寸稳定性。淀粉可以以天然形式使用，但是也可以被物理改性或化学改性。当然，还可以使用天然淀粉和改性淀粉的组合，或者不同改性淀粉的组合。可以使用的化学改性淀粉是氧化淀粉、羧甲基化淀粉、羟烷基化淀粉、乙酰化淀粉、(部分)水解的淀粉，以及其它衍生化的淀粉。合适的物理改性淀粉的实例是已经过例如钠或钾离子的离子交换的淀粉。
将要被转化成根据本发明的热塑性淀粉的混合物优选包含15至90重量％，更优选50至80重量％的淀粉，基于所述混合物的固体干重。
改性淀粉的优选实例是淀粉水解产物。它是已经被部分化学或酶水解(或者已经用别的方式改性)的天然淀粉。水解程度以糖化率(dextrose equivalent)(DE)来表示。没有经过水解的淀粉的糖化率为0，而完全水解的淀粉的糖化率的为100。为了改善根据本发明制备的热塑性淀粉混合物的流动性质，优选所加入的淀粉水解产物的DE不高于40，更优选在1至20之。已经发现在制备根据本发明的宠物磨牙物中使用部分改性的淀粉会导致具有优越性质的产品。所述要转化成热塑性淀粉的混合物的迁移率或粘度的增加，将导致材料中存在的应力得到更好的释放。结果，实现了尺寸稳定性的增加并且获得了改善的柔韧性。
如果需要，所述淀粉可以与其它天然且可生物降解的聚合物(例如纤维素及其衍生物、蛋白质(例如玉米蛋白或小麦蛋白质)，或者其它的多糖，例如树胶(阿拉伯树胶、瓜尔胶等)、果胶，或者dragant)混合。还可以使用淀粉和蛋白质的天然混合物(例如面粉)作为原材料。
为了制备根据本发明的淀粉材料宠物磨牙物，淀粉被首先转化成热塑性淀粉。为此，制备出包含适当添加剂的淀粉混合物，然后挤压所述混合物。
本发明的一个重要方面在于所述淀粉与增塑剂的混合。尽管在生产根据本发明的宠物磨牙物的过程中，水也具有塑化性质，但是需要附加的增塑剂。优选的增塑剂为多元醇。这类增塑剂中包含乙二醇、二甘醇、烷撑二醇、聚二醇、山梨糖醇、甘油、单酸甘油酯等。其它合适的增塑剂包括柠檬酸酯和脲。
制备根据本发明宠物磨牙物的起始混合物中的含水量优选为7至35重量％，基于混合物的干固体重量。除此之外，基于混合物的干固体重量，使用5至30重量％，优选15至30重量％，并且更优选18至30重量％的附加增塑剂。已经发现这些量的增塑剂会导致非常柔韧性的产品，而不会危及最终产品，即宠物磨牙物的尺寸稳定性。
所述混合物还包含例如乳化剂的其它添加剂。乳化剂的适当实例包括卵磷脂和单酸甘油酯。乳化剂的用量优选为0至5重量％，基于混合物的干固体重量。
流动特性改进剂/润滑剂可以改善热塑性淀粉的加工性能(产品具有低的应力)。流动特性改进剂的实例是动物和植物油和脂肪，尤其是氢化的油和脂肪，以及脂肪酸和脂肪酸衍生物，例如单酸甘油酯和二酸甘油酯、脂肪酸酰胺、这些脂肪酸的金属盐和脱水山梨糖醇酯。Fosfatides也可以用作流动特性改进剂。蓖麻油和卵磷脂是性能特别好的流动性能增强剂/润滑剂的实例。在要转化成热塑性淀粉的混合物中，基于干固体重量，流动特性改进剂的用量可以达到10％，更优选在0至5重量％之间。
所述混合物中另一个重要组分是纤维。优选使用天然的宠物食品级纤维材料。优选实例包括纤维素、大麻、椰子、草、亚麻、马铃薯及其它天然纤维。所述纤维的长度优选在23至2000微米间，更优选60至300微米间。基于干固体混合物的重量，纤维的优选使用量在1至35重量％，更优选1至25重量％，并且再更优选5至20重量％的范围内。
还可以结合有机或无机填料材料，例如白垩或氧化钛。填料优选以0至10重量％的量添加，基于干固体混合物的重量。
在这一步骤中，还可以添加其它的添加剂，例如pH调节剂、健康成分、着色剂、酶、芳香或口味增强剂。举例来说，碳酸氢钠或磷酸盐缓冲液可以用作pH调节剂。维他命或共轭的亚油酸(CLA)可以用作健康成分。通常使用鸡肉、牛肉，或者植物(例如薄荷或香草)芳香作为芳香或口味增强剂。通常使用红色、黄色、桔黄色(氧化铁)、绿色(叶绿素)或白色(氧化钛)着色剂作为着色剂。典型地，这些添加剂以0至10重量％的量添加，基于混合物的干固体重量。
为了制备上述混合物的热塑性淀粉，对其进行挤压。在挤压期间，淀粉凝胶化。优选使用在95至180℃，更优选在100至150℃的温度下操作的双螺杆型挤压机。由于所述混合物在挤压期间能得到彻底的匀化，在挤压前并不十分需要剧烈地混合所述混合物的所有成分来获得均匀的混合物。在挤压期间，淀粉将从有序的结构转化成无序的非晶结构(变构)，从而获得加工性能非常良好的热塑性材料。
在一个实施方案中，宠物磨牙物在挤压步骤中被模塑。原理上，在制备热塑性淀粉的上述挤压步骤中进行这样的操作是可以的。但是，优选实施第二挤压步骤。在此情况下，第二挤压步骤优选使用单螺杆型挤压机。在第一和第二挤压步骤中间，热塑性材料被挤压通过孔径为1至5毫米的网筛，并且切割得到颗粒状材料。所述颗粒状材料优选被调节至合适的含湿量以便用于第二挤压步骤，该含湿量一般低于第一挤压步骤。
本发明的一个优点是在挤压机中形成的热塑性材料具有挤压通过冲模的足够塑性特性。在大气条件下，所挤压的产品不需要发泡。流出挤压机的材料或者直接在冲模口切割成所需的尺寸和形状，或者首先通过加压气流或氮气冷却来冷却，然后切割成所需尺寸和形状。优选所述材料不用水冷却。
在另一个实施方案中，通过注射模塑法模塑宠物磨牙物。根据该实施方案，优选变构的淀粉混合物在挤压后(或者优选作为挤压工艺的后一步骤)被挤压通过孔径为1至5毫米的网筛。如果通过注射模塑法模塑宠物磨牙物，通常如此进行。优选切割所得的纤维材料，得到颗粒状材料。所述颗粒状材料的含湿量优选被调节成5至20重量％，更优选6至15重量％，再更优选7至10重量％，基于颗粒状材料的重量。使用挤压机中的真空区，或者用热空气干燥来控制所述含湿量。
在注射模塑期间，优选使用从80至200℃，更优选从110至170℃的加工温度。如果在挤压前没有或不添加各种添加剂，例如维他命、着色剂、芳香和味道增强剂，它们也可以在注射模塑前直接被添加到热塑性淀粉颗粒中。
优选使用低于1500巴的设备桶压来实施注射模塑。为了使材料经受低的剪切，注射速率优选保持较低，并且注射通道优选较宽。
注射模塑的改进可以导致最终产品具有改善的尺寸稳定性。为了实现这一点，以在基质中冻结最少应力的方式设计所述工艺。这可以通过增加加工温度、低反压(backpressure)分布和高模塑温度，结合低的注射速度来实现。结果循环次数将增加。因此，使用回转机床(carrousel machine)是有益的。
注射模塑颗粒材料所用的模具或者材料在挤压后被切割成的形状优选具有狗磨牙物形状，例如棒状，或者中空或其它天然形状，例如模拟骨头的形状。考虑的其它形状是髓骨、猪耳、牙刷，或者形状组合，例如被成形为一面像骨头另一面像牙刷的狗磨牙物。优选将终产品封装在隔绝水、湿气和空气的封装材料中。
应注意的是也可以将上述挤压和注射模塑的两个实施方案结合起来，例如通过使用在注射模塑装置上安装的双螺杆挤压机。根据这种组合实施方案，所挤压的产品被引入注射模塑室，而不经过生产颗粒材料的中间步骤。
通过下面非限制性实施例来进一步阐述本发明。
实施例1
120重量份食品级马铃薯淀粉(含湿量18％，购自AVEBE，Veendam，荷兰)、X份甘油(用量参阅表格，1.26湿型，购自Chemproha)、3重量份卵磷脂(购自Lucas Meyer的Topcitin 50)和27.5重量份纤维素纤维(Arbocell BWW 40型，纤维平均长度200微米，购自Rettenmaier)被混在一起。所述混合物中甘油用量在22.5和37.5重量份之间变化。
所述混合物在Clextral BC 45(L/D＝23)挤压机中挤压。温度分布为：20(进料区)/115/120/115/85(冲模)℃。挤出物被颗粒化(颗粒尺寸为约φ4毫米)并且干燥至9～10％的含湿量。使用装备有标准PE螺杆的DemagD60 NCIII-K注射模塑设备来注射模塑所述颗粒。加工温度为150-160℃；模温度为20℃。根据DIN 23167模塑样品条。
所述样品条在20℃和55％的相对湿度下被调节7天。为了确定力学性能，使用带有应变传感器的拉力试验机。通过比较调节前后所述样品条的长度来确定注射模塑方向上的收缩性质。
实验总结和结果列于表1中(样品1、2和3)。增加甘油量导致硬度降低，因此导致柔韧性和收缩增加。
实施例2
120重量份食品级马铃薯淀粉(含湿量18％，购自AVEBE，Veendam，荷兰)、30重量份甘油(1.26湿型，购自Chemproha)、3重量份卵磷脂(购自Lucas Meyer的Topcitin 50)和28重量份纤维素纤维(Arbocell BWW 40型，购自Rettenmaier)被混在一起。纤维素纤维长度在23至2000微米之间变化。
使用这些混合物，重复实施例1中的步骤。
所得结果表示在表1中(参阅样品4、5、6和7)。从中可见纤维长度增加对材料的柔韧性具有较小的影响。随着纤维长度增加，尺寸稳定性显著增加。
实施例3
120重量份食品级马铃薯淀粉(含湿量18％，购自AVEBE，Veendam，荷兰)、30重量份甘油(1.26湿型，购自Chemproha)、3重量份卵磷脂(购自Lucas Meyer的Topcitin 50)和纤维素纤维(ArbocellBWW 40型，购自Rettenmaier)被混在一起。纤维素纤维用量在20至35重量份之间变化。
使用这些混合物，重复实施例1中的步骤。
所得结果表示在表1中(参阅样品1、8和9)。纤维用量增加导致硬度增加，从而柔韧性降低。还导致尺寸稳定性增加。
实施例4
100重量份干的食品级淀粉、30重量份甘油(1.26湿型，购自Chemproha)、3重量份卵磷脂(购自Lucas Meyer的Topcitin 50)和30干固体重量份纤维素纤维(Arbocell BWW 40型，购自Rettenmaier)被混在一起。在本实验中，比较两种淀粉。它们是食品级马铃薯淀粉(与前述实施例中相同)和食品级小麦淀粉(Excelsior型，AVEBE，Veendam，荷兰)。
使用这些混合物，重复实施例1中的步骤。
所得结果表示在表1中(参阅样品1和10)。使用这两种淀粉，获得可比的硬度。但是，基于小麦淀粉的样品的尺寸稳定性明显更好。
实施例5
116重量份食品级小麦淀粉(Excelsior型，含湿量14％，购自AVEBE，Veendam，荷兰)、33.2份甘油(1.26湿型，购自Chemproha)、3重量份卵磷脂(购自Lucas Meyer的Topcitin 50)和19干固体重量份纤维素纤维(Arbocell BWW 40型，购自Rettenmaier)被混在一起。除了使用被干燥至10-11％含湿量的颗粒化挤出物外，使用这些混合物重复实施例1中的步骤。
所得结果表示在表1中(参阅样品11和12，分别经过2周和5周的调节)。从中可见经5周调节后的力学性能与经2周调节后的力学性能相同。因此，在短于6周的时间内材料的柔韧性能够得到维持。
表1
实施例     样品# 组成1 E-模量(MPa) 拉伸强度(MPa) 断裂应变(％) 收缩率(％)
    I，III，IVIIIIIIVV     123456789101112     PN30G3L27.5BWW40PN22.5G3L27.5BWW40PN37.5G3L27.5BWW40PN30G3L28FIF400PN30G3L288400PN30G3L28BWW40PN30G3L288600PN30G3L20BWW40PN30G3L35BWW40WN30G3L27.5BWW40WN33.2G3119BWW40(2周)WN33.2G3119BWW40(5周) 838[31]21955[46]106[9]1158[52]1109[43]1111[48]1099[53]596[61]1075[51]720[56]164[30]146[5] 10.9[0.3]21.6[0.1]5.0[0.1]15.5[0.5]15.2[0.4]11.9[0.2]11.1[0.1]9.5[0.1]13.1[0.2]10.9[0.4]5.3[0.1]5.2[0.1] 26.6[1.9]3.3[0.2]46.4[1.7]9.1[1.5]1 3.0[2.3]22.4[2.1]23.8[1.6]32.6[2.8]15.9[2.6]20.6[2.0]44.6[4.1]44.9[1.7]     3.51.28.21.03.25.36.35.32.42.45.35.9
1组成如下：
Figure C0380881200131
淀粉：      PN：        马铃薯淀粉
              WN：        小麦淀粉
Figure C0380881200132
增塑剂：    G：         甘油
Figure C0380881200133
乳化剂：    L：         卵磷脂
纤维：      BWW40：     Arbocel BWW40 200微米纤维
              FIF400：    Arbocel FIF400 2000微米纤维
              B400：      Arbocel B400 900微米纤维
              B600：      Arbocel B600 60微米纤维
2测量的标准偏差在括号内给出

Claims (19)

1、一种制备宠物磨牙物的方法，其包括：
-制备以固体混合物的干重计包含50-80重量％的淀粉或淀粉衍生物、18-30重量％的增塑剂和5-20重量％的纤维材料的混合物，所述纤维材料由长度为60-300微米的纤维构成；
-将所述混合物转化成热塑性淀粉；及
-将所述热塑性淀粉模塑成所需的宠物磨牙物。
2、根据权利要求1的方法，其中所述淀粉是马铃薯、小麦、玉蜀黍、木薯淀粉、稻米和豌豆淀粉。
3、根据权利要求1或2的方法，其中所述淀粉是天然淀粉或化学或物理改性的淀粉。
4、根据权利要求1或2的方法，其中所述增塑剂选自多元醇、柠檬酸酯和脲。
5、根据权利要求4的方法，其中所述增塑剂是甘油。
6、根据权利要求1或2的方法，其中所述纤维材料选自纤维素、大麻、椰子、草、亚麻、马铃薯及其它天然纤维。
7、根据权利要求1或2的方法，其中所述混合物中还含有7至35重量％的水，基于混合物的重量。
8、根据权利要求1的方法，其中所述淀粉衍生物是淀粉水解产物。
9、根据权利要求1或2的方法，其中所述混合物还包含一种或多种选自卵磷脂、单酸甘油酯、油、脂肪、脂肪酸或其盐、填料材料、维他命、着色剂、芳香和口味增强剂的添加剂。
10、根据权利要求1或2的方法，其中所述混合物在95至180℃的温度下通过挤压转化成热塑性淀粉。
11、根据权利要求10的方法，其中所述混合物在100至150℃的温度下通过挤压转化成热塑性淀粉。
12、根据权利要求10或11的方法，其中所述混合物被挤压通过孔径为1至5毫米的网筛，并且被切割成颗粒状材料。
13、根据权利要求1或2的方法，其中以热塑性淀粉的重量计，将所述热塑性淀粉的含湿量调节为5至20重量％。
14、根据权利要求13的方法，其中以热塑性淀粉的重量计，将所述热塑性淀粉的含湿量调节为6至15重量％。
15、根据权利要求14的方法，其中以热塑性淀粉的重量计，将所述热塑性淀粉的含湿量调节为7至10重量％。
16、根据权利要求1或2的方法，其中通过在80至200℃的温度下注射模塑，将所述热塑性淀粉模塑成具有适当形状和尺寸的模制品。
17、根据权利要求16的方法，其中通过在110至170℃的温度下注射模塑，将所述热塑性淀粉模塑成具有适当形状和尺寸的模制品。
18、一种通过前述权利要求任何一项的方法获得的宠物磨牙物。
19、根据权利要求18的宠物磨牙物，其形状为狗磨牙物状、棒状或中空状或天然形状。
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