CN105705030A - 制备鱼饲料颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有鱼粉的鱼饲料颗粒，其中所述颗粒包含蛋白质水解物和小麦面筋(优选活性小麦面筋)，其比例为小麦面筋:蛋白质水解物为5:1至20:1，其中颗粒中的小麦面筋含量(优选活性小麦面筋含量)在颗粒的15至35％w/w之间变化。

Description

制备鱼饲料颗粒的方法
由于世界各地的消费者对鱼类的需求越来越大，野生捕捞不能满足这种需求且作为响应，水产养殖业发展迅速。在此期间，来自未使用的野生捕捞的鱼粉和鱼油已不足以作为鱼类唯一的饲料来源，如鲑鱼、鳟鱼、虾、鲈鱼(seabass)和鲷鱼，这里仅仅提及一些种类。
在过去十年，不断发展含植物蛋白和油的鱼饲料制剂作为鱼粉和鱼油的补充。作为这些制剂中的鱼粉替代物的最流行的植物蛋白源选自大豆粉、大豆蛋白浓缩物、玉米面筋、豌豆蛋白和活性小麦面筋(vitalwheatgluten)。
这些现代鱼饲料饮食经常以颗粒形式制备。先研磨并将其与如鱼粉、植物蛋白和如小麦粉的粘合剂混合在一起，从而制备这些颗粒。然后加入水，将所得糊剂挤出，由此得到的颗粒具有由挤出机的模控制的尺寸。然后将这些颗粒干燥并加入油。调整参数，如温度和压力，使制造商能够做出适合不同鱼类养殖方法的颗粒，例如能够浮动或缓缓沉入的饲料。
在用作鱼粉替代物的植物蛋白中，活性小麦面筋被认为是蛋白质的重要来源，并作为颗粒粘合剂。在由Storebakken等人发表于Aquaculture(2000)p.115-132的研究中，表明活性小麦面筋支持大西洋鲑鱼的迅速增长，且容易消化，并未减少其脂肪或能量的消化率或必要元素的利用率。由此高达50％的鱼粉的粗蛋白被替代为小麦面筋的粗蛋白。该研究还表明，水平多达膳食蛋白质的35％的活性小麦面筋未引起肠上皮病理变化。
在S.Helland和Grisdale-HellandB.发表于Aquaculture(2006)vol.261,4,p.1363-1370的最近的研究中，即使在高达膳食的20％的掺杂水平，在大西洋大比目鱼的饮食中用小麦面筋代替鱼粉也是可行的。当用赖氨酸补充饮食时，进一步将该水平增加至30％也是可行的。
加入小麦面筋对颗粒形态和物理性质和功能性质的影响由Draganovic研究，并报道于AquacultureNutrition第19卷，第6期，第845-859页，2013年12月。在这些实验中使用的条件下，在鱼饲料颗粒中加入活性小麦面筋，显示出在涂覆过程中，油浸渍和吸油量的减少，但产生了强的、高度多孔的颗粒。
配料组成和加工条件对于挤出的高能量鱼饲料的物理性质的影响由SorensenM.综述于在AquacultureNutrition(2012)18/3,p.233-248中。在这篇文章的结论中指出，然而，具有可预测的品质的颗粒的生产是具有挑战性的，因为颗粒的物理性质是广泛的加工条件和不同成分之间的相互作用的结果。在这种广泛的加工条件中，能量输入是其中之一。所述能量输入由两部分组成：热能，其提供能量输入的约2/3；和机械能，其提供能量输入的约1/3。此机械能，表述为单位机械能(SME)，是通过由挤出机机筒的面团的摩擦而产生的，因为它靠旋转螺杆向前移动。
在制造鱼饲料颗粒的方法中，降低能耗以及提高生产能力，而不会影响所产生的材料的品质，都是从经济角度和技术角度所希望的改善。与此同时，为了不对饲料摄入和消化产生负面影响，颗粒性能，如耐久性、硬度、膨胀、脂肪吸收和水稳定性，应保持最佳。
因此，颗粒硬度和耐久性将决定颗粒的储存和运输稳定性，而膨胀和脂肪吸收将对下沉速度有影响。在鲑鱼的情况中，商业养殖的饮食通常含有高达每公斤饲料400g的脂肪。从文献中，并不总是很清楚在何种程度上颗粒的硬度会影响消化：在文献(Pillay&Kutty,2005,Feedandnutrition.In:Aquaculture:PrinciplesandPractices,2ndedn.Pp.105-173,BlackwellPublishing)中提到太硬的颗粒可能会引起消化障碍。因此已知植物成分的加入增加了颗粒硬度。(M.Sorensen,AquacultureNutrition,2012)。在这份文献中，如前引述，提及到介于40至80N之间的值的范围。因此，当其他性质不会改变太多时，控制硬度可能是优点。
在申请人涉及鱼饲料组合物中用小麦面筋替代其他植物蛋白的大量的实验工作中，现已令人惊奇地观察到，在这样的制剂中用小麦面筋蛋白代替这些植物蛋白在挤出步骤的能耗方面具有积极的影响，因此即使在含有低含量鱼粉的组合物中(小于或等于总制剂的10％)也产生增加的处理量(throughput)。本申请人还观察到颗粒硬度可以通过将小麦面筋和有限量的蛋白质水解产物相结合进行控制，而不会严重负面影响颗粒的耐久性、脂肪吸收和干燥时间。
因此，可配制本发明以提供含有鱼粉的鱼饲料颗粒，其特征在于所述颗粒包含蛋白质水解物和小麦面筋(优选活性小麦面筋)，其比例为小麦面筋:蛋白质水解物为5:1至20:1，其中颗粒中的小麦面筋含量(优选活性小麦面筋含量)在颗粒的15至35％w/w间变化。优选，提及的颗粒已经用油或脂肪涂覆。优选，本发明的鱼饲料颗粒包含小于60％、50％、20％或10％的鱼粉，优选介于1至10％之间的鱼粉。
如本文所用的术语“鱼饲料颗粒”指的鱼饲料的组合物，其已经过热处理，例如蒸汽处理，并通过机器挤出。该鱼饲料颗粒通常包含至少一种蛋白质组分、粘合剂、脂质组分和任选的矿物质和/或维生素。鱼饲料颗粒通常通过挤出蛋白原料、粘合剂和任选的矿物质和/或维生素，并向其中加入水而制成。脂质可以在挤出前加入，但通常加入到通过挤出形成的多孔颗粒中(例如通过涂覆)。本发明的脂质组分可以是植物油或动物油或植物脂肪或动物脂肪，如大豆油、玉米油、棕榈油、蓖麻籽油、玉米胚芽油或鱼油。蛋白质组分主要包括鱼粉和植物蛋白。事实上，鱼饲料颗粒可以典型地被植物油或动物油或植物脂肪或动物脂肪涂覆或不被涂覆。根据本发明，蛋白质组分包含蛋白质水解物和面筋，优选小麦面筋，更优选活性小麦面筋。术语“小麦面筋”是指从湿小麦面粉里提取的不溶于水的蛋白质组分，然后将其干燥。小麦面筋主要包括醇溶蛋白和麦谷蛋白。小麦面筋优选活性小麦面筋，其为面筋的天然形式。由于在水的存在下醇溶蛋白和麦谷蛋白之间的相互作用，活性面筋具有粘弹性能。优选地，所述小麦面筋是活性面筋和经修饰的小麦面筋的混合物。面筋的修饰可以是活性小麦面筋变性(如热、酸或酶溶解)。通常，小麦面筋含量介于颗粒的7至40wt％，优选，介于颗粒的8至39、10至38、12至37、14至36、15至35、16至34、17至25，或18至24wt.％之间而变化。例如，所述小麦面筋含量介于颗粒的15至35或15至25wt.％之间而变化。
粘合剂通常为含淀粉的原料，如小麦粉、马铃薯粉、大米、米粉、豌豆粉、豆或木薯粉的形式，以给予饲料所需的强度和形状稳定性。
优选地，所述鱼饲料颗粒含有30至70％(重量)的蛋白质，5至20％(重量)的粘合剂和10至50％的脂质。根据本发明，鱼饲料颗粒的尺寸根据鱼类的年龄和类型介于0.5至30mm之间。
因此，小麦面筋蛋白部分或全部替代了植物蛋白，所述植物蛋白选自大豆蛋白浓缩物、大豆粉、玉米面筋粉、豌豆蛋白浓缩物、马铃薯蛋白或其他可用的蛋白质来源，如羽扇豆籽粕、棉籽粕、亚麻子粕或葵花籽粕。该列表不应被认为是限制性的，其仅仅是作为说明。
植物蛋白质水解物可来自大豆(soy)蛋白、黄豆(soybean)蛋白、玉米蛋白、豌豆蛋白、马铃薯蛋白、羽扇豆蛋白、棉花蛋白、亚麻子蛋白或向日葵蛋白和/或其混合物。在这些植物蛋白质水解物中，小麦蛋白水解物是最优选的。蛋白质水解物可通过标准化学方法或酶方法处理来获得，这些方法是现有技术中已知的。通常情况下，蛋白质水解物是纯化的蛋白质水解物。
颗粒的特征还在于它们的硬度小于40N，优选小于35、30、25N，且颗粒耐久性指数(PDI)大于94，优选大于95、96、97、98或99。
通过使用vanderPoel在文献Physicalqualityofpelletedanimalfeed:1.Criteriaforpelletquality(1996)中描述的Schleuninger片剂测试仪，通过对径压缩(diametricalcompression)分析硬度。PDI是由HolmenPelletTesterNHP100的方法测定的，其描述于http://www.tekpro.com/holmen-portable-nhp100.html中。由此，该分析进行的时间为60秒。
控制的硬度结合低粉尘形成(高PDI)在饲料摄入和鱼饲料颗粒的消化率方面是有利的。同时，实现了介于20至30％之间的膨胀比，从而提供了具有良好下沉品质的颗粒。
在优选的实施方案中，小麦面筋:蛋白质水解物的比例变化从8:1到14:1，更优选为9:1至12:1。在颗粒中的小麦面筋蛋白含量的变化优选介于颗粒的15至25％w/w，更优选介于颗粒的18至22％w/w。
本发明还涉及制备鱼饲料颗粒的方法或减少用于制备鱼饲料颗粒的挤出装置中单位机械能(SME)的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-研磨和/或混合小麦面筋、鱼粉和植物蛋白质水解物，其中小麦面筋:植物蛋白质水解物的比例介于5:1-20:1；
-加入水并均质化所获得的混合物直到形成含水量为28-32％的糊剂；
-通过挤出装置挤出得到的糊剂，所述挤出装置包含模子和一些由多个交替向前和向后的捏合螺旋元件组成的混合段和捏合段，其中挤出装置的温度从入口的50℃升高至连接模子的最终捏合段的150℃；
-将离开模的挤出材料切割成适当长度的多孔颗粒；
-干燥多孔颗粒至其水分含量为6至10％；
-在真空下吸收多孔颗粒中的预加热的植物油或植物脂肪或动物油或动物脂肪，和
-在室温冷却由此得到的颗粒。
根据本发明，在鱼饲料颗粒的组合物中使用植物蛋白质水解物和小麦面筋的组合，优选小麦面筋:蛋白质水解物的比例为5:1至20:1，提供了在制备所述鱼饲料颗粒的方法中减少SME的效果。
在任何合适的研磨机内进行对不同成分的研磨，例如，如销棒粉碎机(pinmill)、辊磨机、涡轮研磨机或锤磨机，优选锤磨机。
糊剂的制备过程中加入的水的温度介于10至30℃，优选，未使用额外的蒸气。
根据本发明，“SME”或“单位机械能”表示在混合过程中通过用于融化、混合和模具加压的摩擦加热转移从挤出机的主驱动电动机转移的能量。因此，根据所使用的螺杆(高剪切或低剪切螺杆)和加工的组合物(该组合物对螺杆旋转的抗性)，SME有所不同。用挤出机的电动机负载(如轴扭矩)、螺杆速度和总处理量进行SME的计算，以提供基于单位质量的能量输入。通常，SME值是使用Levine公开于CerealFoodsWorld,1997,p.22的公式计算，并从kWh/kg再计算为kJ/kg。事实上，SME值的减少反映加工中能耗的减少，或以相同的能耗加大生产能力的机会。
在加工上述公开的组合物期间，已经令人惊奇地观察到，挤出机的处理量提高了至少17％，优选25％，更优选至少30％，这是由于使用了本文主张的小麦面筋:蛋白质水解物的组合。因此，将含有10％小麦面筋的制剂作为参考(见参考实施例1)。
因此，本发明还包含改善鱼饲料颗粒的产率的方法，所述方法包括以下步骤：向所述鱼饲料颗粒的组合物中加入植物蛋白质水解物和小麦面筋的组合物，优选的比例为小麦面筋:蛋白质水解物为5:1至20:1；和挤出所述组合物的步骤，并因此提高挤出机的处理量。
此后，将通过若干实施例来说明本发明。这些实施例应被认为是本发明的说明而不应被认为限制本发明的范围。
实施例
所有的试验都使用由多种元件组成的螺杆构造在来自Coperion的ZSK25-型双螺杆挤出机上进行。螺杆速度是130rpm并且将机筒的六个分割区间分别加热，温度自入口开始为50℃、70℃、90℃、120℃、150℃和150℃。
必要时，将不同的成分使用锤磨机磨碎以提供细粉。然后将所有成分混合并且与水一起均化以获得含有30％水分的糊剂。
然后在上文的条件下挤出糊剂。在涂覆步骤之前，干燥因此得到的膨胀的颗粒至其水分含量约为9％。
然后在颗粒真空涂料器(PG-10VCDinissenBV,Sevenum,荷兰)中使用0.2巴的真空条件和60℃的热油用油进行涂覆。因此，制备的颗粒的油含量为颗粒的30.6-31％w/w。
以下参考组合物和本发明的组合物，被用于制备鱼饲料颗粒；
参考实施例1-3:
参考制剂不含蛋白质水解物，其为基于小麦或源自其他来源。
表1：市售商品上含有10、20和30％活性小麦面筋(VWG)的参考制剂
使用上述加工方法，使用表1的这些组合物制备的颗粒，显示如下性质：
10％VWG(1) 20％VWG(2) 30％VWG(3)
硬度(N) 35 48 40
PDI(％) 97 98 98
表2:市售商品上含有10、20和30％小麦面筋(VWG)的参考颗粒的硬度和PDI。
表2清楚表明颗粒的物理性质，如硬度和PDI，不因加入活性面筋而改变。
参考实施例1-3的SME值分别为189、167和142kJ/kg。
实施例4-7:
根据本发明，以下制剂含有活性小麦面筋并结合有植物蛋白质水解物。由此，VWG代表活性小麦面筋，HWG代表水解的小麦面筋，且HSP代表水解的大豆蛋白。使用的水解的小麦面筋蛋白为SOLPRO508，生产商为TEREOSSYRAL；水解的大豆蛋白为ESTRIL75，来自
表3:本发明的颗粒组合物，成分表达为市售产品的百分比。
使用上述加工方法，使用表3的这些组合物制备的颗粒，显示如下性质：
18/2 WG:HWG 18/2 WG:HSP 19/1 WG:HWG 27/3 WG:HWG
硬度(N) 38 32 31 35
PDI 97,5 96,6 97,2 97
表4:本发明的颗粒的硬度和PDI。
实施例4-7的SME值分别为160、164、160和128kJ/kg。
从上述明显可以看出，当面筋含量增加时，水解的植物蛋白的并入导致了与含有10％VWG的参考制剂相当的硬度和PDI值。
其他性质，如(被涂覆的颗粒的)堆积密度、OAC(吸油能力)和沉降速度展示在下表中。因此，将这些值与含有10％VWG的参考制剂(参考实施例1)进行比较。
OAC实际上为进入颗粒的“最大油注入量”，公开于V.Draganovic等人的AquacultureNutrition(2012)DOI:10.1111/anu.12029中。
根据AquacultureNutrition(2012)vol.18,p.233-248中公开的方法测定沉降速度。
10％WG 18/2 WG:HWG 18/2 WG:HSP 19/1 WG:HWG 27/3 WG:HWG
堆积密度(g/l) 604 597 598 601 606
OAC 41,8 40,2 43,6 43,5 42,9
沉降速度cm/s) 8,5 6,2 ND ND ND
表5
表5清楚地证实了保持了颗粒的主要物理化学特性，尽管它们的SME通过加入植物蛋白质水解物和活性面筋明显降低。这曾在上文提到过。

Claims (12)

1.包含鱼粉的鱼饲料颗粒，其特征在于所述颗粒包含植物蛋白质水解物和小麦面筋,其中小麦面筋:植物蛋白质水解物的比例为5:1-20:1。
2.权利要求1的鱼饲料颗粒，其中所述鱼饲料颗粒包含小于60、50、20或10wt.％的鱼粉，优选介于1至10％之间的鱼粉。
3.权利要求1或2的鱼饲料颗粒，其中所述小麦面筋为活性小麦面筋。
4.上述权利要求中的任一项的鱼饲料颗粒，其中所述小麦面筋含量在颗粒的8至40wt.％之间变化。
5.上述权利要求中的任一项的鱼饲料颗粒，其中小麦面筋:植物蛋白质水解物的比例范围为8:1-14:1。
6.上述权利要求中的任一项的鱼饲料颗粒，其中所述小麦面筋含量在颗粒的10至38wt％之间变化，优选在颗粒的15至35wt％之间变化。
7.上述权利要求中的任一项的鱼饲料颗粒，其中所述植物蛋白质水解物选自大豆蛋白、黄豆蛋白、玉米蛋白、豌豆蛋白、马铃薯蛋白、羽扇豆蛋白、棉花蛋白、亚麻子蛋白、葵花籽蛋白和/或其混合物。
8.上述权利要求中的任一项的鱼饲料颗粒，其中所述颗粒的硬度小于40N，且颗粒耐久性指数(PDI)大于94。
9.制备权利要求1至8中任一项的鱼饲料的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-将小麦面筋、鱼粉和植物蛋白质水解物研磨和/或混合成粉末混合物；
-加入水并均质化所获得的混合物直到形成含水量为28-32％的糊剂；
-通过挤出装置挤出得到的糊剂，所述挤出装置包含模子和一些由多个交替向前和向后的捏合螺旋元件组成的混合段和捏合段，其中挤出装置中的温度从入口的50℃升高至连接模子的最终捏合段的150℃；
-将离开模的挤出材料切割成适当长度的多孔颗粒；
-干燥多孔颗粒至其水分含量为6至10％；
-在真空下吸收多孔颗粒中的加热的植物油或植物脂肪或动物油或动物脂肪；和
-在室温冷却由此得到的颗粒。
10.一种减少用于制备鱼饲料颗粒的挤出装置中的单位机械能(SME)的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-研磨和/或混合小麦面筋、鱼粉和植物蛋白质水解物，其中小麦面筋:植物蛋白质水解物的比例介于5:1-20:1；
-加入水并均质化所获得的混合物直到形成含水量为28-32％的糊剂；
-通过挤出装置挤出得到的糊剂，所述挤出装置包含模子和一些由多个交替向前和向后的捏合螺旋元件组成的混合段和捏合段，其中挤出装置中的温度从入口的50℃升高至连接模子的最终捏合段的150℃；
-将离开模的挤出材料切割成适当长度的多孔颗粒；
-干燥多孔颗粒至其水分含量为6至10％；
-在真空下吸收多孔颗粒中的预加热的植物油或植物脂肪或动物油或动物脂肪，和
-在室温冷却由此得到的颗粒。
11.权利要求9或10的方法，其中加入的水的温度为10℃至30℃。
12.提高鱼饲料颗粒产量的方法，所述方法包括以下步骤：向所述鱼饲料颗粒的组合物中加入植物蛋白质水解物和小麦面筋的组合，优选的比例为小麦面筋:蛋白质水解物为5:1至20:1；和挤出所述组合物的步骤。
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