尺寸稳定的低碳水化合物宠物食物

摘要

用于制备尺寸稳定的低碳水化合物宠物食物的方法和使用这种方法制备的宠物食物。所述宠物食物在消耗所述食物的宠物中诱导或维持想要的酮病水平。控制这种酮病水平会引起重量减轻和有助于控制宠物体重。

说明书

                   相关申请交叉参考

[0001]本申请要求2004年10月4日提交的序列号为No.10/958,128的美国专利申请的优先权，其为2003年4月2日提交的序列号为No.10/405,742的美国专利申请的部分连续并要求其优先权，在本文中将这两个申请中公开的内容都通过所述参考而结合进来。

                       发明背景

[0002]用于狗和猫的干宠物食物主要是通过挤压制备的。将塑性足以采用普通螺杆式挤压机(其中食物发生膨胀)挤出的热食物块在该挤压机中操作，并通常通常以条形或扁平形长方形片(取决于模子的形状)的形式从挤压机中挤出，然后切成和/或形成离散颗粒。以此方式，制备粗磨体(kibble)(一种特殊的离散颗粒)形式的干食物。这些粗磨体应当是尺寸稳定的。即，它们保持和即刻制备并随后包装时相同的形状。它们不会自发地变碎或丧失细颗粒到任意大的程度，即使当经受适度压力时。粗磨体的物理和尺寸稳定性是随着时间保持的。

[0003]所述挤压形状的这一物理完整性至少部分取决于挤出的材料的化学性质。当碳水化合物含量低，通常低于食物组合物的约19重量％(wt％)时，挤压过程中食物块的膨胀将显著减少，这是因为碳水化合物类例如淀粉或谷物的存在通常使得基质的形成下降。当在正常条件下挤出时，碳水化合物较少、蛋白高、脂肪高的食物块不会明显膨胀，从而提供了非尺寸稳定的离散颗粒。另外，离散颗粒可能难于保留添加的脂肪，特别是当脂肪被加入到颗粒外面时，例如通过喷雾。这样挤出的颗粒不是尺寸稳定的，不能被包装用于适当的商业用途。

[0004]现在已经发现，较低碳水化合物、较高蛋白质和脂肪含量的宠物食物可以成功地被挤压成离散颗粒，所述颗粒为尺寸稳定的。其具有典型商业宠物食物的物理属性，所述商业宠物食物包括更高水平的碳水化合物。另外，当脂肪吸收是一个问题时，制品基质能吸收和保留脂肪。

                       发明内容

[0005]本发明提供制备尺寸稳定的低碳水化合物宠物食物的方法。

[0006]本发明也提供尺寸稳定的低碳水化合物宠物食物，其能诱导或保持消耗所述食物的宠物中的酮病。

[0007]本发明进一步提供对于消耗所述食物的宠物诱导重量减轻和控制其重量的方法。

[0008]本发明实用性的进一步的范围将根据在下文中提供的详细说明而变得显而易见。应当理解，详细说明和具体的实施例，尽管对本发明优选的实施方案进行了说明，但仅仅旨在用于阐述目的，而并不意味着限制本发明的范围。

                       附图说明

[0009]图1为在本发明实施中使用的延伸装置的图示。

[0010]图2为在本发明中使用的用于制备重量控制组合物的改进的模具组件的示意图(部件分解用于阐述的目的)。

                       发明详述

[0011]本发明提供用于制备尺寸稳定的低碳水化合物宠物食物的方法和使用该方法制备的宠物食物。所述方法包括提供宠物食物组合物，基于干重，所述组合物包含小于大约19重量％的碳水化合物(基于无氮提取物)；进料宠物食物组合物通过挤压机，所述挤压机在其出口端配有高剪切模具组件；使宠物食物组合物前进通过处于高剪切下的模具；将挤出的宠物食物组合物切成想要尺寸的片；和干燥所述片，以获得低碳水化合物、尺寸稳定的宠物食物。所述宠物食物为尺寸稳定的低碳水化合物宠物食物，其能在消耗所述食物的宠物中诱导或者保持酮病。控制酮病引起重量减轻，因此，有助于消耗所述食物的宠物控制其重量。

[0012]在一个实施方案中，制备尺寸稳定的粗磨体形式的低碳水化合物宠物食物的方法包括：提供宠物食物组合物，基于干重，所述组合物包含小于大约19重量％的碳水化合物(基于无氮提取物)；进料宠物食物组合物通过挤压机，所述挤压机具有在其出口端诱导高剪切的设备；使处于高剪切状态下的宠物食物组合物前进通过在出口端的模具组件，以形成挤出物；将挤出物切成想要大小的粗磨片；和干燥所述片，形成尺寸稳定的粗磨体。所述粗磨体能够在消耗所述宠物食物的宠物中诱导或保持酮病，因此，其在诱导重量减轻和控制重量中有用。

[0013]本发明的宠物食物为主要用于狗和猫的那些。这些食物的蛋白质和脂肪含量高，并包含与蛋白质和脂肪相比相对少量的碳水化合物。得到的宠物食物为干的，与湿的肉块(chunk)和/或肉汁相反。蛋白质含量最小为总组合物的约25、30或40wt％，最大为总组合物的约50、60或70wt％。脂肪含量最小为约15、20、25或30wt％，并且不会超过约70、60、50或45wt％。基于无氮提取物，″NFE″，的碳水化合物含量最小为零、5或7wt％，最大为约22、15或10wt％。所有数量都是以干物质为基础。当术语膳食被使用时，其不仅指为宠物提供大部分(如果不全部)营养的食物制品，而且指比如零食、治疗物或补品等的这些产品。

[0014]蛋白质可以来自任意源，但是为了较低碳水化合物含量，所以具有低碳水化合物的蛋白质源是特别优选的。这些蛋白质源的实例为动物源以及植物源，动物源例如猪肉分离蛋白和小牛肉分离蛋白等，植物源例如大豆分离蛋白、玉米麸质粉等。

[0015]脂肪源可以为任意源，其给宠物食物提供脂肪。这些源的实例为牛脂、家禽脂肪、豆油、低芥酸菜子油、葵花油、鱼油、猪油和选择的白色脂肪。脂肪可以被全部结合到宠物食物中、沉积在食物的外表上、或者这两种方法的混合。通常，食物外部上的脂肪为宠物增加可口性。

[0016]非常少的(如果存在)碳水化合物最初存在于食物中。碳水化合物可以作为另一个源例如蛋白质的一部分进入到食物中，但是也可以通过特别添加的碳水化合物源例如淀粉和谷物存在。这些碳水化合物源的实例包括淀粉例如玉米淀粉或小麦淀粉或其混合物，和谷物，所述谷物可以多于50％的淀粉，例如玉米、高粱、大麦、小麦、稻等以及其混合物。然而，特别的碳水化合物源例如淀粉不是必需的。

[0017]具有下述特征的干的挤出的宠物食物的制备是不容易完成的：在其中含有非常低量的碳水化合物，且为尺寸稳定的离散颗粒。“尺寸稳定的”指得到的挤出的产品当充分干燥时具有物理完整性，即不容易丧失其形状或脱落大量的细颗粒，特别是当食物为位于用该食物填充的袋子中的离散颗粒例如粗磨体、小块等时。另外，这样的食物通常不容易以内聚方式保留其脂肪含量，特别是当将脂肪沉积在离散颗粒的外表上时。非粘合可以被直观观察到。这些问题当使用高含量蛋白质时会进一步突显。分离蛋白(当蛋白含量高时通常被使用)，特别是植物分离物，使得更难于成功地挤出具有尺寸稳定的离散颗粒的干宠物食物。

[0018]利用具有预调节器的标准单螺杆挤出机在标准操作条件下，本文描述的宠物食物的尺寸稳定的离散颗粒是不能获得的。在许多研究后，发现增加挤压机中的剪切力获得了本文中描述的、具有较低碳水化合物水平、被加工成尺寸稳定的离散颗粒的、挤出的宠物食物。增加的剪切力产生宠物食物离散颗粒，其通常比在正常剪切加工条件下产生的离散颗粒密度高。在加工过程中增加的剪切力可以通过各种设备产生，比如例如使用截螺纹螺杆(cut flight screw)、叶封(lobelock)、汽封(steam lock)和直肋型衬垫(straight ribbed liner)。

[0019]用于增加本文描述的宠物食物组合物的剪切的另一种设备为通过使用金属Venturi板，其覆盖或基本上覆盖挤压机的横截面。包含有限数目的通孔，优选单个通孔，的Venturi板通过限制挤出物在挤压机料筒中的流动增加了剪切。通过穿过Venturi板制备的离散颗粒通常具有比没有这样的装置产生的颗粒更大的密度。它们为尺寸稳定的，因为它们在制剂后抗粉碎，且不会形成显著水平的细颗粒。

[0020]通过在挤压过程中使用Venturi板增加剪切，解决了某些加工问题。第一，所述制剂经设计为低淀粉含量，其限制了挤出的产品的内聚性质和由此在不存在增加的剪切下其形成离散颗粒的能力。第二，所述制剂的余量通常为植物基蛋白质，其本质上难于挤出和蒸煮。通过增加剪切，任选地包括显著水平的植物基蛋白质的尺寸稳定的产物是可获得的。

[0021]在通过本发明的方法制备低碳水化合物宠物食物中，将选择用于获得低碳水化合物尺寸稳定的宠物食物的碳水化合物、蛋白质、脂肪和足量维生素及矿物质的混合物混合，并在其中成分与蒸汽和湿气接触的预调节器或搅拌筒内预先调制或增湿。然后，将增湿的混合物引入到挤压机的料筒内，所述挤压机可以是单或双螺杆型挤压机，其蒸煮所述混合物，获得挤出的产品。挤压机料筒装有至少一个螺旋螺杆，其轴向旋转以将材料推动通过挤压机料筒。

[0022]优选的加工条件包括最初预调制干食物成分，以对材料进行均匀地增湿和预蒸煮并形成至少部分杀菌的混合物，用于通入本发明的装置。在这一点上，该类型的预处理通常包括注水和/或蒸汽，并强力混合。有利地，最初成分的水分含量为约10-14％重量，在预处理后，该水分含量典型地升高至约20-30％重量，更优选为约20-25％重量，MCWB(水分含量，基于湿料)。

[0023]在温度方面，优选地在预调节器中升高混合物的温度至约160-210(70-100℃)，更优选为约190-205(88-96℃)。混合物在预调节器内的驻留时间将取决于选择的装备和想要的混合度；然而，一般而言，在预调节器内食物混合物的平均驻留时间应该为约0.5-8分钟，更优选为约4-7分钟。

[0024]在预调制后，将食物混合物进料至挤压机料筒中，并将其通过螺杆传送至料筒的出口端。在料筒内食物混合物的温度通常保持在约165-240(74-116℃)，优选约180-240(82-116℃)。

[0025]在穿过挤压机期间，食物混合物接受增加量的剪切力和压力。在挤压机料筒中获得的最大压力条件通常为约250-500psi。螺杆转速(每分钟转数)通常为约250-500rpm。也在这样的穿过期间，水分可以以注射水和/或蒸汽的形式直接加入到正在穿过料筒的食物材料中。

[0026]从挤压机料筒出口排出的食物混合物直接通入到本发明的模具组件中，在其中混合物以层流状态被迫以条形式向外通过模板的孔。然后，通过旋转刀或其它适宜的剪切设备将挤出物条切成适当大小的片。切成片的水分含量为约15-25％重量，更优选为约18-22％重量。

[0027]现在转向图1-2，在图1中，挤压装置10包括具有料筒14的挤压机12，料筒14具有位于预调节器18出口下方的进口16；挤压机12也具有出口20，模具组件22固定在所述出口20上。提供用于在预调制前预混合成分的进料斗11。如在图1中描述的料筒14包含七个料筒分区24、25、26、27、28、29、30，但是管料筒的数目可改变，不会背离本发明的原则。料筒分区是相互连接的，以提供穿过挤压机12的料筒14的伸长的膛。材料推进螺杆(没有显示)容纳在料筒的膛中，并且沿着挤压机料筒14的大部分长度互相交错，并终止于出口20。螺杆推动食物混合物以适当速度和层流状态到达和穿过模具组件22。在图1中说明的该类型的挤压装置10可购自WengerManufacturing Company，例如Wenger X-135。在图1中显示的预调节器18也可由Wenger Manufacturing Company制造。

[0028]在制备本发明的宠物食物产品中，将成分首先在混合器例如螺旋带式混合机中混合，进料给进料斗11。将混合的成分以200-300磅/分(磅/分钟)的速率计量加入预调节器18中，进一步与按10-40磅/分钟的速率引入预调节器的水混合。通过按10-40磅/分钟的速率注射蒸汽进入预调节器18使混合物的温度从环境温度升高至170-210(77-100℃)。在预调节器18中的总驻留时间通常为0.5至3.5分钟。

[0029]一旦将成分和水的混合物引入到挤压机料筒14中，所述混合物通过螺杆的轴向旋转沿着料筒14的长度前进。混合物顺序地前进穿过挤压机，最后穿过模具组件22。

[0030]如在图2中所示的模具组件22由Venturi板36和模板37组成，所述Venturi板36和模板37在第一和第二隔板34和35之间以夹持平行啮合的形式固定。这些板通过多个螺栓(没有显示)固定在挤压机料筒14的出口端20上，所述螺栓延伸通过螺栓容纳孔，所述螺栓容纳孔通常用附图标记38表示，形成在上述板的外周面40、41、42和43上。

[0031]在图2中所示的第一个隔板34具有延伸通过板34的圆形开孔44，直径与第二隔板35的圆形开孔45相应。隔板34和35的圆形开孔44和45的直径通常为约3.5至约4.5英寸，优选为约3.75至约4.25英寸。尽管上述尺寸适合某些挤压机型号，但是应当理解尺寸和工艺参数将根据使用的挤压机型号改变。

[0032]第一个隔板34的圆形开孔44具有沿着挤压轴的足够长度，以使正在从中推进的塑化食物混合物物流稳定并流线化，即，使其流动更平滑，从而导致食物混合物中的纤维材料压缩成密集的、随机结构的塑性状态。典型地，隔板34具有的长度为约0.25至约1.0英寸，优选为约0.35至约0.75英寸，以提供所述食物物流的稳定。

[0033]Venturi板36，被夹持在第一隔板34和第二隔板35之间，通常用附图标记48表示的限定数量的通孔，所述通孔切入并延伸通过板36的核心46。Venturi板36的核心46的直径与隔板34和35的圆形开孔44和45的直径相对应。

[0034]在某些实施方案中，使用单个通孔48。通孔具有沿着挤压轴的足够长度，从而当食物混合物在其中受压推进时以初步片状层流构造形式将食物结构分离和排列。用于实现所述正从中流过的宠物食物混合物的这种初步排列的通孔48的合适长度为约0.25至约1.0英寸，优选约0.3至约0.7英寸。通孔的尺寸和限定数量使得所述宠物食物组合物保留在挤压机中更长时间，从而增加了对组合物的剪切量。随着所述剪切增加，制备了具有基于干料小于约19wt％碳水化合物的尺寸稳定的离散颗粒。通过包括Venturi板的模具组件制备的离散颗粒的破损率似乎为小于1％的等级，而美国专利No 5,500,239中描述的模具组件所得到的为2.5至9％。

[0035]隔板35的圆形开孔45具有沿着挤压轴的足够长度，以使各个片在压力下重整，并将物质递送至通常用附图标记49表示的、切入模板37的核心50的孔。

[0036]模板37的模孔49具有沿着挤压轴的足够长度，以促进食物产品混合物中的物质的最后排列。用于促进食物产品挤出物排列的孔49的适当长度为约0.5至约1.5英寸，优选为约0.66至约1.0英寸。如所示的基本上为圆形的模孔具有约0.5至约1.25英寸，优选约1.0英寸的直径。

[0037]当从孔49中排出时，宠物食物被切成适当的长度。尽管模孔显示为圆形，但是模孔的形状可随着宠物食物制剂的功能变化而改变。模孔49可各自具有特定的形状，其为纤维有条纹的宠物食物产品想要的形状。

[0038]优选地，形状为圆形的模孔49具有插入其中的压模嵌入件。压模嵌入件起提供给产品想要的形状的作用。通过利用压模嵌入件，模板37不必针对所需的每一特别形状而专门制造，相反，压模嵌入件可以针对每一特别的形状而生产。当想要与目前制造的形状不同的形状时，可替换压模嵌入件，从而消除了替换模板37的需要。

[0039]优选地，模板37进一步包含凸缘51，其可用于将模板37固定在出口20上。最优选地，凸缘51具有孔，其与在板34、35和36和出口20上的互补的凸缘中的孔对应。螺栓(没有显示)或其它常规固定设备可以被设置成穿过模板凸缘51中的孔以及其它板中的相应孔，从而将模板37固定在模具出口上。

[0040]通过模板37的孔49形成的食物产品的尺寸，特别由获得高度尺寸稳定性的需要来确定。通常，已经发现宠物食物片可能太大而不能舒适的享用，尤其对于小宠物而言。另一方面，太小的片可能不能在具有可见不同区域的宠物食物中传达出想要的可见图象。例如，具有约5.7至7.3毫米长度、约6.5至7.5毫米宽度和约6.5至7.5毫米厚度的宠物食物片似乎对猫是优选的。

[0041]模具组件22的部件可以由提供需要的结构完整性和卫生特征的任意材料制备，所述材料例如金属如不锈钢。所述材料应该具有的其它特征包括热稳定性和耐腐蚀性，美国食物和药物管理局或其它与食物产品有关的其它这种机构的批准也是有益的。

[0042]挤出物33在从模板37的孔49中排出时被切片设备(没有显示)例如旋转刀片组件切成食物片，所述切片设备在挤出物物流从孔49中排出时将其切片以形成本发明产品。

[0043]通过使食物成分混合物以约12至约20英寸/秒(英寸/秒)的速度流过根据本发明实践的模具组件22，在挤出物中创造类似层流的条件。当食物成分混合物穿过料筒分区24、25、26、27、28、29和30时，其被混合、蒸煮和经受约100-250(38-121℃)，优选约170-210(77-100℃)的料筒温度。食物混合物在约240-320(116-160℃)温度流过模具组件22。在模具组件22中的总停留时间为约0.10至约0.35秒。

[0044]当宠物食物组合物挤出物离开模具组件22时，其具有的水分含量为约15至约30％重量，优选为约17至约24％重量。由于水分闪蒸成蒸汽，挤出物可以在退出模具组件22时膨胀。将挤出物切成适当长度以形成片，然后，将其放入190-230(88-110℃)的烘箱中15至30分钟，以干燥至约7至9％含水量。在干燥器后，在本文中又称为如粗磨体的干产品，被筛选除去细颗粒，用经设计以满足营养目标并且改善动物接受性(可口性)的另外的液体(脂肪)和干成分涂覆所述产品。

                          实施例

[0045]本发明可以进一步通过下述其优选实施方案的实施例来阐述，但是应当理解这些实施例被包括仅仅是用于阐述的目的，但并不意味着限制本发明的范围，除非另有特别说明。

[0046]下述是两个尝试制备尺寸稳定的离散颗粒的实施例以及成功的实施例。在所有的实施例中，使用标准Wenger X 135挤压机。其装有Acrison送料器和DDC-7预调制圆筒。

比较实施例1

[0047]宠物食物，包括62wt％玉米麸质粉、24wt％家禽粉、11wt％大豆分离物和3wt％矿物质和维生素，具有下述营养组成，碳水化合物用术语NFE表示：

  蛋白质  59.6％  脂肪  22.0％  纤维  0.85％  碳水化合物(NFE)  11.5％

[0048]该制剂是在没有Venturi板的情况下制备的。粗磨体为脆性的。10至25％的干燥的粗磨体破碎，因此，其对于出售是不能接受的。这一产品的坚固性将不足以经受住从致冷装置至包装线的粗犷型处理。脂肪吸收是一个问题，因为2至10％的脂肪不会停留在粗磨体内。

比较实施例2

[0049]宠物食物，包括51wt％玉米麸质粉、29wt％家禽粉、12wt％猪肉分离蛋白、2wt％干鸡蛋和5wt％维生素、矿物质及其它营养素，具有下述营养组成：

  蛋白质  59.0％  脂肪  25.0％  纤维  0.85％  碳水化合物(NFE)  9.80％

[0050]该制剂是在没有Venturi板的情况下制备的。粗磨体为脆性的，破碎率大于10％。脂肪吸收是一个问题，因为2至5％的脂肪不能结合到基质。

实施例1

[0051]在相同的操作条件下制备与在比较实施例2中相同的宠物食物，但是在具有0.35英寸开口和总直径为5.65英寸的Venturi板(Wenger，Part No.28299-3)存在下处理。制备具有小于5％细颗粒的坚固粗磨体。该粗磨体不会具有脂肪吸收的问题，因为小于1％的总脂肪从产品中损失。

[0052]如上所述，除了用于制备尺寸稳定的低碳水化合物宠物食物的方法外，也已发现组合物能诱导引起重量减轻的酮病。在28天的研究过程中，评价如在表1中列出的具有不同水平的碳水化合物NFE(14.2、16.9、18.6和21.6％)的四种干制剂用于诱导三十二只肥猫重量减轻期间饮食性酮病的功效。如在下述表2中证实的，所述食物对于肥猫重量减轻是有效的，其中它们每周减少平均0.243kg的重量(以占初始体重的1.00％的速率)。在研究的第0、14和28天，分析β-羟基丁酸酯(BHBA)的血清水平。进食干食物的猫在研究开始时是缓和性酮病，当与初始值相比，它们在实验的第14天保持酮病。对于进食包含小于21.6％碳水化合物(基于NFE)的干食物的猫而言，当与研究开始时的水平相比，研究完成时BHBA的水平保持升高。该研究证实进食高蛋白、低碳水化合物、中等纤维干食物的肥猫体重以有效的水平减轻，并当饮食的NFE水平为等于或低于约19％时保持饮食性酮病。在28天的研究完成时，进食具有NFE水平为21.6％的干食物的猫不能保持酮病，如在下表3所证实的。基于血清化学参数方面没有改变，认为所有食物都是安全的。

                               表1

  制剂编号  1  2  3  4  NFE  14.2％  16.9％  18.6％  21.6％  动物蛋白  30.85  30.08  30.05  25.03  植物蛋白  30.84  28.72  27.84  24.83  淀粉  7.44  10.21  11.1  18.21  肉或豆分离物  7.68  7.68  7.68  7.68  纤维素  7.12  7.12  7.12  7.12  动物脂肪  13.44  13.56  13.58  14.24  矿物质  1.29  1.29  1.29  1.54  维生素  1.34  1.34  1.34  1.34

                      表2

          食物对肥猫重量减少的影响

  制剂编号  体重改变，Kg  ％体重改变/周  制剂1  -0.17  -0.70  制剂2  -0.22  -0.90  制剂3  -0.26  -1.04  制剂4  -0.32  -1.26

                     表3

    食物对肥猫中BHBA的影响随时间的变化

  制剂编号  第0天  第14天  第28天  制剂1  1.17  1.24  0.94  制剂2  0.81  0.73  0.80  制剂3  1.01  1.12  0.78  制剂4  0.38  0.87  0.47

[0053]发明说明书仅仅在本质上是示例性的，因此，没有背离本发明主旨的变化意味着在本发明的范围内。这样的变化不能被认为是背离本发明的精神和范围。

[0054]在本文中提及的所有专利、专利申请和出版物都通过参考到法律允许的程度来结合到本文中，用于描述和公开可能在本发明中使用的化合物、方法、工艺方法、过程、技术、产品及其它组合物和其中公开的方法的目的。然而，在本文中没有内容被看作是承认由于现有发明而使本发明没有被授予先于这样的公开。