隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人均GDP逐年提高，寵物經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，據(jù)報道，2019年我國城鎮(zhèn)寵物犬貓市場規(guī)模已經(jīng)達到2024 億元，其中狗市場1244億元，貓市場780億元。市場各細分品類下，寵物主糧食品消費比例達到61.4%，較去年增長9.2%，也因此成為寵物行業(yè)從業(yè)者們的“兵家必爭之地”。
也正是由于資本的推動，使得我國在寵物主糧上的技術發(fā)展日新月異，一日千里。
隨著寵物主人的消費理念和專業(yè)知識普及度的提高，市場對我國的寵物飼料逐漸呈現(xiàn)出“高蛋白”、“低碳水化合物”、“高動物源性原料”等的趨勢，這尤其符合貓科動物的飲食習慣，不僅對伴侶動物的營養(yǎng)學進行研究，也對傳統(tǒng)的飼料加工技術提出了更高的要求。在眾多新興技術里，低淀粉膨化技術成為了重要的組成部分，受到行業(yè)從業(yè)者的廣泛關注，因此筆者結合中外文獻資料，對該技術進行綜述，以期對行業(yè)從業(yè)者提供一定參考。
1 寵物飼料發(fā)展趨勢1.1 世界寵物飼料技術形態(tài)發(fā)展趨勢1.1.1 1860年前的寵物飼料據(jù)研究，人類在45 000年前馴化了第一只狗，來輔助狩獵行為；而第一只貓則是在 9 000 年前被馴化，來輔助人們捕捉鼠類，保護糧食。而在這個過程中，犬和貓的食物來源很雜亂，不成體系，可以是自然的動物捕食，也可以是人類的剩菜剩飯，這個過程一直持續(xù)到了1860年。
1.1.2 膨化飼料前的寵物飼料1860年，美國辛辛那提電工詹姆斯·斯普拉特第一次將面粉、蔬菜、肉和水攪合在一起，制造出了歷史上的第一份商業(yè)狗糧，第一次出現(xiàn)了“寵物飼料”的概念。1954年，拉爾斯通-普瑞納公司嘗試在米粉、鹽和糖里摻入乳化的動物內臟、脫脂牛奶大豆粉等原料，攪拌混合后，在瀝青地上曬干，獲得了第二種形態(tài)的狗糧，深受寵物喜愛。
1.1.3 膨化寵物飼料的出現(xiàn)1957年，美國人將食品中的膨化工藝應用在了寵物食品上，全世界第一代膨化狗糧面世。由于經(jīng)過膨化工藝制造的寵物食品不僅營養(yǎng)全面均衡，同時具有飼喂方便、儲存時間長的優(yōu)勢，這個技術的寵物飼料形態(tài)迅速發(fā)展并且持續(xù)至今。
1.2 我國寵物飼料發(fā)展趨勢1992年，我國成立中國小動物協(xié)會標志著國內寵物行業(yè)的形成，之后我國寵物市場年增長率約為10%。2010年后，我國寵物行業(yè)步入快速發(fā)展階段。
而從產品形態(tài)趨勢上，我國除膨化飼料外的寵物飼料形式也日益豐富，如半濕性寵物飼料、烘焙寵物飼料等，但占據(jù)市場主流的仍然是膨化飼料，主要分為如下幾類。
1.2.1 功能性寵物膨化飼料這類膨化飼料主要為預混料類和膨化原料的結合產物，通過不同功能性的飼料預混料，如益生菌、維生素添加劑等，使得傳統(tǒng)的膨化飼料具有不同的區(qū)分特點。
1.2.2 形態(tài)差異的寵物膨化飼料這類膨化飼料主要是迎合商業(yè)噱頭而產生的產品形態(tài)。具體差異為通過模具、原料色素以及膨化度等組合構建的不同形狀、顏色的膨化飼料顆粒，使人們感受到肉眼可見的產品差異。
1.2.3 組成比例差異的寵物膨化飼料隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，專業(yè)的營養(yǎng)學知識愈發(fā)為普通消費者所知，消費者也日益關注寵物飼料的原料組成，并將其作為消費決策的重要組成部分，即所謂的“成分黨”。而面對這樣的消費者，飼料膨化技術上主力開始轉型至配方成分調整。而按照目前的消費趨勢，“高蛋白”、“低淀粉”、“合適鈣磷比”、“高動物源性原料”日益成為消費者所認可的概念，也由此成為膨化飼料開發(fā)的研究方向，隨之而來的是“無谷糧”、“低敏糧”、“純肉糧”等概念的誕生。在消費者認知中，寵物應該攝入更多的動物性原料，更少的植物性蛋白，而在動物性原料中，則是顯著的蛋白質提高，降低淀粉類原料。而低淀粉膨化技術，就是應對“高蛋白低淀粉”而產生的具體技術發(fā)展方向。
2 寵物飼料發(fā)展趨勢為了便于解釋下文的低淀粉膨化技術，筆者首先概述一下膨化技術的基本原理情況，以便讀者對后文具體低淀粉膨化技術的改進角度進行理解。
2.1 膨化技術的基本原理飼料原料的膨化過程，按照其在整個機械設施中的所處的位置，可以分為三個階段，分別是送料段、擠壓段和蒸煮段[11]。
在送料段，物料進入螺套后，由旋轉的螺桿推進并攪拌，在這個過程中，密度會隨著氣體擠出而增加，溫度不斷提高。進入擠壓段，物料繼續(xù)受擠壓，物料發(fā)生剪切作用，從而在壓力和摩擦下進一步提高溫度，最高可達200 ℃。最后進入蒸煮段，物料升溫加壓后進入，在這個區(qū)域里，螺桿和螺套之間的間隙進一步縮小，壓力和溫度急劇增大，而由于高壓，物料中的水分仍然處在液態(tài)之中，當物料排出進入到正常氣壓后，水瞬間氣化，從而使得物料中的膠體化淀粉隨之膨化，至此膨化過程完成。
2.2 膨化技術的工藝流程從工藝流程角度上來看，膨化可以分為預加工、擠壓蒸煮（膨化過程）和后加工三個階段。預加工是飼料原料進入膨化系統(tǒng)前的工藝統(tǒng)稱，一般稱包裹給料系統(tǒng)和預調理機，要根據(jù)原料的性質和生產需求調整給料的量和物料大小形態(tài)，同時通過注入熱水和蒸汽來實現(xiàn)調制，使其便于進行擠壓蒸煮，進而完成預加工。
后加工則是對于通過擠壓蒸煮后的飼料，進行干燥冷卻和切割，從而幫助成型，有些時候還需要配合一些噴涂技術以補充調味。
3 低淀粉膨化技術在寵物飼料中的可行性分析3.1 低淀粉膨化技術的核心難點淀粉是膨化技術的核心組分。通常情況下，淀粉類原料用量越高，產品膨化度越高；蛋白質和脂肪的添加量越高，產品膨化度越低。據(jù)研究，谷物類原料含量為100%，淀粉原料含量約為70%時，膨化后的顆粒容重可以達到100 g/L；谷物類含量為75%，淀粉含量約為 56%的原料，其膨化后的顆粒容重可達到390 g/L；谷物類含量約為55%，淀粉含量約為40%的原料，其膨化后的顆粒容重可達 450 g/L。由此可見淀粉的比例高低與膨化飼料品質密切相關，而低淀粉無疑會給飼料形態(tài)帶來重要的影響。據(jù)報道，低淀粉目前給膨化飼料帶來的問題主要有三點： 降低飼料膨化度，影響動物適口性； 物料黏結性能降低，難以成形； 顆粒均勻度下降，美觀度下降[14]。
這三者間看似并列，但其實又是密切相關，雖說淀粉比例降低會隨之導致生產線的生產效率降低，但是決定因素其實是寵物的適口性——淀粉的黏結性下降導致物料難以聚合在一起，強行膨化導致顆粒均勻度下降，進而影響適口性，而飼料膨化度決定著動物的口感，同樣影響適口性，而適口性會直接影響產品在市場的銷售狀況。
3.2 低淀粉膨化技術的解決思路3.2.1 改變淀粉組成和淀粉形態(tài)比例淀粉作為膨化飼料中的重要組成部分，因此低淀粉膨化技術最優(yōu)先考慮的就是淀粉的組成和性質。
程宏遠[15]的研究中，采用了不同的淀粉源進行了膨化，而結果證明，不同淀粉種類和比例對飼料顆粒的物理性質如膨化系數(shù)、硬度、糊化度和PDI 都具有顯著影響。
而這種淀粉組成的影響本質上是直鏈、支鏈淀粉兩種結構淀粉比例對膨化率的影響。張燕鵬等的研究顯示，不同的飼料原料其兩種淀粉比例并不相同，在豌豆淀粉、馬鈴薯淀粉和玉米淀粉中，豌豆淀粉直鏈淀粉比例明顯較高。有研究認為，直鏈淀粉的含量增大，在熔融體排出模頭后，氣泡壁破裂的臨界張力增大，氣泡不容易破裂所致。Chinnaswamy等研究表明，隨著直鏈淀粉含量的提升，產品膨化率呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，在玉米淀粉中，該比例為 50%時達到膨化率最大值16.4%，之后則呈現(xiàn)下降趨勢。
3.2.2 增強配方黏性由于低淀粉含量會降低物料的黏連程度，從而導致顆粒均勻度下降、難以成形的問題，所以想辦法提高物料的粘連程度是低淀粉膨化技術的一個重要途徑。
淀粉的糊化機理目前研究已經(jīng)較為成熟，物料經(jīng)歷了無定形區(qū)吸水膨脹、小分子聚合物溶出、結晶區(qū)逐漸消失、大分子聚合物溶出、淀粉顆粒破裂的過程。而淀粉糊化則與物料黏性高度相關。在非淀粉成分影響因素下，一般會受到如pH、鹽等的影響。
pH對淀粉糊化影響較大，一般酸性使得黏度下降，堿性使得黏度上升。而鹽對淀粉的作用主要取決于鹽的種類和其對應的濃度，氯化鈣和氯化鋅等可以促進淀粉的糊化，而鈉離子、鉀離子等則會阻礙糊化。
Evans 等研究顯示，NaCl 的溶液濃度對糊化溫度呈現(xiàn)先升后降的一個趨勢。
此外，物料中添加適當?shù)奶烊徽尺B性物質也是一個選擇。根據(jù)程宏遠等的研究顯示，不同比例的天然粘連性物質添加可以對物料粘連性造成有益影響，可以通過淀粉性原料的選擇起到相關作用，也可以通過海藻鹽和海藻酸鹽等水溶膠質類物質起到相似的效果。3.2.3 調整膨化工藝參數(shù)組合膨化工藝對于低淀粉膨化飼料的生產具有重要的意義，本部分主要分析在預加工、擠壓蒸煮和后加工三部分不同的技術參數(shù)影響。
3.2.3.1 預加工階段淀粉老化是指通過糊化淀粉的緩慢冷卻，由于其分子運動減弱，淀粉的分子排列整齊，互相靠攏重新組成不呈放射狀的結晶過程，淀粉的老化特性對于產品的膨化品質起到重要的作用。一般研究認為，隨著淀粉老化程度的增加，產品膨化率隨之降低。根據(jù)孫翠霞等[25]的研究表明，隨著冷藏的時間延長，淀粉凝膠的硬度逐漸增加，老化程度越來越大，不同淀粉源的產品膨化率呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，馬鈴薯淀粉在冷藏12 h時，膨化率最大，而豌豆淀粉則在8 h時最大。
因此淀粉物料在膨化過程中，要根據(jù)不同的淀粉種類，選擇合適的老化時間，以便保證低淀粉含量時的膨化率。調制過程中的水分含量對于物料膨化率也有較大影響。根據(jù)前文對膨化原理的闡述，我們知道水分的汽化對膨化有著重要的影響，此外，水分還會降低淀粉的濃度和黏度，起到增塑劑的作用。Chinnaswa my等的研究在玉米淀粉的擠壓試驗中發(fā)現(xiàn)，物料含水率由15%增加到20%時，擠壓產品的截面膨化率由8.4%增至9.3%，而隨著含水率的進一步提升，至40%時膨化率則由9.3%下降至6.0%。而Parsons等對小麥淀粉的擠壓也有類似的發(fā)現(xiàn)。
3.2.3.2 擠壓蒸煮階段溫度對于擠壓產品膨化率具有較大影響，機筒溫度一方面通過改變熔融體的流變學特性影響膨化率，一方面則是影響水分形態(tài)從而影響膨化率。隨著機筒溫度的升高，淀粉類擠壓產品的膨化率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。Chinnaswamy等的研究顯示當溫度從110 ℃升到140 ℃時，玉米淀粉膨化率從11.5%升到13.2%，繼續(xù)升高則開始下降，轉折點則是取決于淀粉原料。
膨化機的結構對于產品品質也有較大影響。目前研究顯示，雙螺旋膨化機更好的適應于低淀粉配方，且可以適應低黏性物料、高黏性物料，更有利于高動物源性原料的添加，如鮮肉、油脂等。而螺桿構型和模頭結構也會對產品膨化率產生影響。
Martinez等發(fā)現(xiàn)，從機械原理上，通過改變不同螺桿元件、元件的位置、元件的長度以及改變螺桿對物料的機械力作用，可以達到影響膨化率的效果。而王寧等研究發(fā)現(xiàn)，模具的直徑和長度比和產品膨化率呈現(xiàn)正相關。
后加工階段主要對產品的成型有關，對整體膨化影響不大。
4 小結膨化飼料由于其便捷性、高營養(yǎng)消化性、高適口性等特點，在未來一段時間內將仍然成為我國乃至世界的寵物飼料主流形態(tài)，而隨著寵物市場的蓬勃發(fā)展，勢必會對膨化技術提出日新月異的要求與考驗，這更是對從業(yè)者們提出的考驗。
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