利用废弃物生产宠物食品的方法 本申请是中国发明专利申请号为 02818309.6， 申请日为 2002 年 8 月 1 日， 发明名 称为 “利用废弃物生产宠物食品的方法” 的分案申请。
发明背景
关注宠物的公司多年来向全球多个市场供应商业宠物食品。 设计商业宠物食品产 品有营养， 但还需要非常可口， 以确保动物消耗足够的量来获得其营养需求， 并确保宠物主 对产品能 “满足” 动物需要而满意。
传统商业宠物食品的一个感官缺陷在于宠物主察觉到它们是 “人造的” ， 并就此推 论对动物健康无益或不能令动物满意。 这种感性认识可完全不依赖于产品的实际营养或感 觉性能而存在。
因此， 为提高宠物主对这些产品的感性认识， 总是需要在商业宠物食品中提供 “类 似肉” 的纹理 (texture)， 以便提供能暗示宠物主的 “真实食品” 并提供令动物满意的纹理。
为提供理想的 “瘦肉” 纹理， 而且以节省成本为基础， 商业宠物食品生产商已开发 多种技术制造人造肉制品或类似肉的块。这经常通过利用精选原料的粘合功能由碎肉和 / 或谷物浆经多道加工形成完整的块来实现。这类技术的近期进展总结如下 ：
●二十世纪 70 年代
使用低水分挤压 (lower-moisture extruded) 植物蛋白作为包装食品中的 “块” 。 它具有 “肉类” 内部纹理， 但口感不好， 尤其对于猫科动物来说。另外， 配方中需要高水平的 硫是一个缺陷， 关系到其对产品和包装美感的不良影响。
由低等级肉类废弃物生成肉浆， 在煤气炉中烹煮并切成块。 但是， 这些块往往不能 同瘦肉一样可口， 并且不能显示出令人满意的 “肉类” 内部纹理。
曾切割肺叶仿造瘦肉。 但是对于这种技术来说， 需要分选和修整得到叶本身、 以及 肺块经大量粉碎过程后复原差和装罐后块尺寸复原更差是明显的缺陷。
●二十世纪 80 年代
通过使用具有粘合性能的材料如谷物淀粉 / 魔芋 (konjac)/ 藻酸盐 / 果胶使得由 肉浆制造的人造肉块有弹性。但是， 这些块多数缺乏逼真的纹理， 尤其是内部。一些粘合剂 也往往相对昂贵。
●二十世纪 90 年代
浆体在蒸汽灶中蒸煮并切成块生成 “蒸汽固化肉” (Steam-Set Meat)(SSM) 块， 特 别利用水对蛋清、 血浆、 大豆蛋白分离物、 精选鸡块、 谷物粘合剂和胶凝剂这类材料的粘合 能力提供弹性。这些块本身并不比煤气炉的块好， 但是这种方法由于不用火和由于低维护 费用而优于煤气炉蒸煮。
SSM 块也往往在混合和装填操作中降解， 并缺乏逼真的 “肉类” 内部纹理。为获得 弹性， 它们还需要复杂的多级制造工艺， 并依赖高成本成分如血浆和小麦面筋和瘦肉的粘 合能力。
●二十一世纪
利用高水分挤压技术制造非常易消化并且可口的高水分挤压块 (HigherMoisture
Extruded Chunk)(HMEC)， 其在混合和装填操作中仍具有弹性。在 Effem Foods Pty Ltd 名 义下的 PCT 专利申请 PCT/AU00/00475 中描述了一种这类操作。所得产品能重现牛肉、 羔羊 肉、 鸡肉和鱼肉的纹理化外观。本领域熟练技术人员能认识到提及的 “高水分挤压” 包括总 水含量大于约 30 质量％的原料的挤压蒸煮。
但是， 成功高水分挤压的一个要求是蛋白质原料物流脂肪低并且水也尽量少。传 统上用于肉基块 (meat based-chunk) 的这类高水分和 / 或高脂肪浆体在用于挤压时往往 粘度太低。在技术上， 这可通过加入优质蛋白质源如小麦面筋、 大豆蛋白和喷雾干燥蛋清， 以及其它高成本低脂肪肉类物流如肝脏来克服。但是， 这些原料成本太高以致不能被期望 用于大多数商业宠物食品产品。
对于商业宠物食品生产商来说， 为提高上述 HMEC 和 SSM 技术在包装宠物食品中的 利用， 因此希望改进这些技术的某些或全部缺陷。
同时， 低水分挤压商业宠物食品的发展推动了以下需求 ：
●作为口感和脂肪源为其它以谷物为主的产品提供足够饮食能量的动物脂 ； 和
●能喷雾到挤压粗粉上以改善其口感的可口含水包衣物 (coatings)。
本领域的熟练技术人员应认识到提及的 “低水分挤压” 包括总水含量小于约 30 质 量％的原料的挤压蒸煮。同样， “低水分食品” 等同于水含量少于约 30 质量％的食品原料。
本领域的熟练技术人员还应认识到提及的 “高水分挤压” 包括总水含量大于约 30 质量％的原料的挤压蒸煮。同样， “高水分食品” 等同于水含量大于约 30 质量％的食品原 料。
通常由商业炼油厂获得动物脂， 在那儿加工未送往人类或宠物食品物流的哺乳动 物副产品。但是， 最近， 关于引入 “特殊危险原料” (SRM’ s) 到哺乳动物食品物流的关注在 增加。这些原料包括脾、 脑和脊髓， 并且与变性疾病如牛海绵状脑病 (BSE) 相联系。由于经 常通过炼油机 (renderer) 加工这些原料， 所以存在这些原料可能被掺入商业低水分宠物 食品的重大危险， 这对动物来说是潜在的长期健康危险。因此， 开发没有 BSE 危险的替代的 低成本脂肪源将是有益的。
同上面的问题一样， 希望通过降低红色肉类、 鸡和鱼供应链的费用和复杂性提高 商业宠物食品业务的盈利能力。 红色肉类供应物流到商业宠物食品生产商的典型流程图示 于图 1。
通常， 将牛、 绵羊和猪原料送往屠宰场三个主物流 ： “人类消费” 、 宠物食品专用” 和 “不适合食用” 中的一个。将宠物食品物流的混合器官送往大箱子。
在收集站， 通常为屠宰场和宠物食品生产厂外的单独工厂， 将宠物食品废弃物箱 按它们的成分如肺、 肝、 心、 肾和其它称为切下物的剩余原料物流分选。 切下物可包括 ： 瘦肉 修整切屑、 舌根、 气管、 咽喉、 食管、 肝、 肺切下物、 心、 肾、 猪睾丸、 猪皮和带血肺叶修整切屑， 以及其它东西。在混合废弃物由屠宰场到收集站的冷藏和运输中、 在收集站各种器官的手 工分选和修整中以及随后到宠物食品生产厂的冷藏和运输中都产生大量费用。因此， 消除 或降低宠物食品生产厂对收集站的依赖性将大大有益。但是， 在做这些时存在一些需要克 服的障碍。
过去， 没有能成功利用未分选或只有部分分选的红色肉类器官的块制造技术。分 选允许特殊器官的特殊性能在宠物食品产品即宠物食品块和 “本底” 中得到特定利用， 同时允许移出令人生厌的组分如切下物远离关键的生产过程和产品。 这些分选原料在商业包装 宠物食品生产过程中的典型分配示于图 2。本领域技术人员应认识到提及的 “包装” 宠物食 品还往往包括经商业上杀菌并装有高水分宠物食品的所有包装形式。 这些其它包装形式可 包括密封铝碟和由柔韧性薄膜制成的密封袋。 这些分选原料在商业低水分包装宠物食品生 产过程中的典型分配示于表 3。
切下物物流非常易变， 尤其是脂肪水平 ( 典型范围为 10％ -40％， 但可变化到这些 界限外 )。 由于脂肪对蛋白质固化过程的干扰， 所以这种易变性限制了其在块生产和罐装过 程中的应用， 这又对产品感官有负面影响。罐装过程中由这种原料生成的 “烧煮食物” 还往 往使产品外观降级。
如上所述， 对于红色肉类、 鸡和其它家禽类原料， 要在屠宰场和宠物食品生产厂之 间经历多个加工、 贮藏和运输阶段。 这对宠物食品生产厂而言， 大大增加了这些原料的实际 成本。典型的鸡原料收集过程示于图 4。
接受这些原料以 “鸡废弃物” 形式 - 头、 脚、 骨和内脏比例可变且脂肪和水分含量 因此可变的物流， 或以 “鸡块” 形式 - 鸡架和由于其中保留蛋白质的功能而有价值的其它整 鸡部位， 尽管它们可在组成上变化。这种功能可用于降低对昂贵功能蛋白分离物如蛋白粉 末、 血浆和大豆蛋白分离物的依赖性。但是， 脂肪和水分的内在变动往往干扰蛋白质功能。 因此， 希望提供更有效地收集和加工红色肉类和家禽废弃物的方法， 以便促进商 业宠物食品生产的质量和成本效率提高。
发明概述
第一方面， 本发明提供回收商业屠宰废弃物物流用于生产商业宠物食品产品的方 法， 其中 ；
●在动物商业屠宰后收集废弃物原料， 其中动物选自牛属哺乳动物、 羊属哺乳动 物、 猪属哺乳动物、 家禽和鱼 ；
●必要时减小这些原料中较大部分的大小 ；
●然后加热 ；
●然后使蛋白质部分、 脂类部分和含水部分基本彼此分离 ；
其中将蛋白质部分、 脂类部分和含水部分随后各自用于商业宠物食品或其成分的 生产。
均质化所有废弃物原料， 然后根据组成将原料分为特定功能部分， 以在随后加工 成宠物食品产品的过程中为宠物食品生产厂提供对这些屠宰副产品原料性能的较大控制。 可减少或消除单独的分选器官和切下物中水分 / 脂肪 / 蛋白质含量易变的问题。这还减少 或消除了屠宰场副产品到单独器官的高代价手工分选的需求。例如， 可通过将根据本发明 生产的一些原料送入到控制较好的模拟块加工如 HMEC 加工来替代生成肺叶块的低效率加 工。
有利地， 在分离阶段前可将原料酸化。 这能改善水和脂肪从蛋白质原料中分离。 酸 化还能提高组分的最低寿命 (floor-life) 并可对最终食品产品的口感有积极效果。优选 地， 将原料酸化到 pH 在 1.5-5.0 之间， 优选目标 pH 范围为 2.5-4.0。
首先将原料分离为蛋白质部分和以稳定乳液形式存在的结合的脂类与含水部分。 有利地， 可使用这种结合的脂类与含水部分作为低水分挤压宠物食品或其成分生产中的能
量源和 / 或口感增强剂， 或作为罐装宠物食品中的口感增强成分。
有利地， 可使用脂类部分作为低水分挤压宠物食品或其成分生产中的能量源和 / 或口感增强剂。
有利地， 可使用含水部分作为低水分挤压宠物食品或其成分生产中的包衣物。可 “原态” 使用它， 或在涂敷到宠物食品前浓缩。
有利地， 可在纹理化处理的低水分挤压宠物食品或其成分生产中使用蛋白质部 分。
有利地， 可在掺入到商业包装宠物食品或其成分中的高水分挤压人造肉块的生产 中掺入蛋白质部分作为蛋白质源。
有利地， 可在掺入到商业包装宠物食品或其成分中的低水分挤压人造肉块的生产 中掺入蛋白质部分作为蛋白质源。
有利地， 可在掺入到商业包装宠物食品或其成分中的高水分人造肉块的生产中掺 入蛋白质部分作为功能性粘合蛋白质源。
有利地， 可将蛋白质部分干燥至水含量大约为＜ 15％。这在其等待进一步加工时 能提高其最低寿命。 有 利 地， 可 在 高 水 分 商 业 包 装 宠 物 食 品 的 本 底 肉 类 基 质 (backgroundmeat matrix) 中掺入蛋白质部分作为适口剂。
优选地， 尤其对于来自哺乳动物的原料， 按照粗磨然后再细磨的方式进行破碎。 可 通过连续绞肉机如 Weiler&Co. 或 Wolfking&Co. 制造的绞肉机进行粗磨。优选地， 可根据 使用的进料种类， 从适合冷冻或新鲜原料的标准型号中选择螺旋送料机。 优选地， 孔板孔尺 寸在 3mm-10mm 之间。
利用标准肉浆乳化设备如 Karl Schnell 或 Wolfking&Co. 制造的机器进行细磨或 乳化。优选地， 孔板孔尺寸在 1.7mm-6.0mm 之间。优选地， 来自细磨单元操作的输出温度不 超过 25-35℃。
在人造肉块或肉干点心的生产中使用蛋白质部分时， 优选将乳化的原料加热到 35-60℃的范围内， 并有利地在 40-50℃的范围内， 以便保持蛋白质功能。 在高水分或低水分 挤压人造肉块的生产中使用蛋白质部分时， 优选将乳化的原料加热到 40-140℃的范围内， 并有利地在 45-100℃的范围内。 可连续或在间歇过程中加热原料。 可通过直接蒸汽喷射入 混合容器内或通过经由间接加热方式的热传递如热交换器来加热原料。
优选地， 可使用利用离心力的分离过程分离蛋白质、 脂类和含水相。 优选种类为沉 降式离心机如 Alfa Laval 或 Westfalia Separator 提供的那些。可以单级或两级单元操 作进行三相分离。如果选择单级单元操作， 则优选设计用于将单股原料物流分离为三股产 物物流的沉降式离心机。如果选择两级单元操作， 则优选首先将蛋白质物流从含水 / 脂类 物流中分离， 随后分离含水和脂类物流。 依据选择的沉降器的大小和所需产量， 分离器的进 料速度可在 500-20000kg/h 之间。
根据其用途， 优选将含水部分浓缩到固体含量为 5-30％， 或系数在 1x-7x 之间。 可 使用许多合适的单元操作。二种优选方法包括离心和蒸发。
体现本发明的工艺流程图示于图 5。
另一方面， 本发明提供包装商业宠物食品或其成分生产用粘性高蛋白基质， 其中
●从一种或多种动物的商业屠宰中收集废弃物原料， 其中动物选自牛属哺乳动 物、 羊属哺乳动物、 猪属哺乳动物、 家禽和鱼 ；
●必要时减小这些原料中较大部分的大小 ；
●然后加热 ；
●然后在分离单元操作中使蛋白质部分、 脂类部分和含水部分基本彼此分离 ； 和
其中随后使用蛋白质部分作为包装商业宠物食品或其成分生产中的成分。
蛋白质部分有利地为纤维纹理化人造肉块的有效和节省成本地高水分挤压提供 合适的高粘性低脂肪蛋白质源。优选可将这部分转移到人造肉加工， 例如上文中描述的 HMEC 加工。 这种原料往往足够可口并具有足够粘性去促进有效的高水分挤压。 还可使用这 种原料作为肉类点心食品如哺乳动物宠物肉干点心产品生产中的主要成分。 这种原料将有 利地非常可口并导致生产出非常可口的人造肉， 有助于降低对单独肝脏作为口感增强剂并 通过收集站分选的依赖性。
这种废弃物原料可由红色肉类、 家禽或鱼的任何组合组成。 例如， 如果使用鱼原料 ( 如整个牙鳕 )， 本发明通过在例如 HMEC 加工中供给蛋白质部分来提供机会制造含高百分 比鱼原料的纹理化人造鱼块。在 HMEC 加工进料量中可有利地包含高达 95wt％的根据本发 明的蛋白质部分。 有些商业包装宠物食品产品以低水分挤压块作为内部成分为特色。 可有利地在这 些产品中使用蛋白质部分作为可口蛋白质源以全部或部分替代非肉类蛋白质源如小麦面 筋。在这类块中可有利地包含高达 50wt％的根据本发明的蛋白质部分。
优选地， 蛋白质部分具有以下近似组成 ：
蛋白质 ： 15-40％
水分 ： 50-75％
脂肪 ： 1-15％
有利地， 所述蛋白质部分具有以下近似组成 ：
蛋白质 ： 25-35％
水分 ： 60-70％
脂肪 ： 1-8％
或干燥后 ：
蛋白质 ： 60-80％
水分 ： 5-15％
脂肪 ： 5-20％
另一方面， 本发明为低水分挤压商业宠物食品或其成分提供能量源， 其中
●由一种或多种动物的商业屠宰收集废弃物原料， 其中动物选自牛属哺乳动物、 羊属哺乳动物、 猪属哺乳动物、 家禽和鱼 ；
●必要时减小这些原料中较大部分的大小 ；
●然后加热 ；
●然后在分离单元操作中使蛋白质部分、 脂类部分和含水部分基本彼此分离 ；
其中将所述脂类部分掺入到挤压低水分粗粉中作为商业宠物食品生产中的成分。
有利地， 所述脂类部分提供非来源于炼油的可口能量源掺入到商业宠物食品中。
这将有助于确保商业宠物食品不携带传播与商业炼油操作副产品有关的变性疾病如 BSE 的危险。 可有利地将所述脂类部分以比商业炼油动物脂低的成本， 至少基于 “每单位能量的 单位成本” ， 供应到宠物食品生产过程中。
优选地， 脂类部分具有以下近似组成 ：
蛋白质 ： 0-5％
水分 ： 0-5％
脂肪 ： 90-100％
有利地， 所述脂类部分具有以下近似组成 ：
蛋白质 ： 0-1％
水分 ： 0-1％
脂肪 ： 98-100％
另一方面， 本发明为低水分挤压商业宠物食品或其成分提供包衣物， 其中
●由一种或多种动物的商业屠宰收集废弃物原料， 其中动物选自由牛属哺乳动 物、 羊属哺乳动物、 猪属哺乳动物、 家禽和鱼组成的组 ；
●必要时减小这些原料中较大部分的大小 ；
●然后加热 ；
●然后在一次分离单元操作中使蛋白质部分、 脂类部分和含水部分基本彼此分 离；
●然后浓缩含水部分 ；
其中然后将所述浓缩物喷涂到用作低水分挤压干商业宠物食品生产成分的低水 分粗粉的表面上。
有利地， 非来源于炼油的所述浓缩含水部分提供口感增强作用用于掺入到商业宠 物食品。 这将有助于确保商业宠物食品不携带传播与商业炼油操作副产品有关的变性疾病 如 BSE 的危险。
优选地， 含水部分具有以下近似组成 ：
蛋白质 ： 0-5％
水分 ： 90-100％
脂肪 ： 0-5％
有利地， 所述含水部分具有以下近似组成 ：
蛋白质 ： 0-3％
水分 ： 94-100％
脂肪 ： 0-3％
另一方面， 本发明提供有助于加强人造肉产品弹性的功能蛋白质源用于商业包装 宠物食品或其成分中， 其中
●由一种或多种动物的商业屠宰收集废弃物原料， 其中动物选自牛属哺乳动物、 羊属哺乳动物、 猪属哺乳动物、 家禽和鱼 ；
●必要时减小这些原料中较大部分的大小 ；
●然后加热 ；
●然后在分离单元操作中使蛋白质部分、 脂类部分和含水部分基本彼此分离 ；其中将所述蛋白质部分掺入到人造肉产品中用于商业包装宠物食品或其成分中。
优选将粉碎原料加热到 40-50℃范围内的温度以保持蛋白质功能。在人造肉块生 产中， 可有利地使用这种原料部分或全部替代较贵的蛋白质分离物如喷雾干燥血浆和小麦 面筋。对于这种应用， 优选废弃物原料来自家禽。
现在将通过利用商业屠宰场废弃物物流用于根据本发明的商业宠物食品生产的 具体非限制性实施例进一步解释本发明。
优选实施方式的详述
在商业屠宰场， 按照常规做法将未分选的宠物食品级废弃物如现有技术中上述那 些中的每一种收集到箱子内。将这些箱子运到商业宠物食品生产厂位置。根据运输链的距 离， 可将这些废弃物冷藏至 10℃以下。
一旦收到， 通过连续绞肉机例如由如 Weiler&Co. 或 Wolfking&Co. 制造的绞肉机 破碎废弃物， 这些绞肉机具有适于冷冻或新鲜原料的标准型号的螺旋送料机， 并且孔板孔 尺寸在 3mm-10mm 之间。
然后通过细磨粉碎废弃物， 如肉浆乳化设备， 例如 Kari Schnell 或 Wolfking&Co. 制造的机器。建议用于这种操作的孔板孔尺寸在 1.7mm-6.0mm 之间。原料离开细磨单元操 作的目标输出温度应不超过 25-35℃。 这里， 可将原料酸化， 以便改善随后水和脂肪从蛋白质原料中的分离。 酸化还可提 高组分的最低寿命并对最终食品产品的口感有积极效果。 这可通过加入单一成分的食品级 酸如盐酸来实现， 充分稀释以避免接触时蛋白质变性。这可通过在搅拌和 / 或再循环容器 内搅拌浆体来实现， 或通过 “在线” 向离开细磨操作的物流中注入酸来实现。目标 pH 范围 在 2.5-4.0 之间。
在 人 造 肉 块 或 肉 干 点 心 的 生 产 中 使 用 蛋 白 质 部 分 时， 将乳化的原料加热到 35-60℃的范围内， 并有利地在 40-50℃的范围内， 以便保持蛋白质功能。 在高水分或低水分 挤压人造肉块的生产中使用蛋白质部分时， 可将乳化的原料加热到 40-140℃的范围内， 并 有利地在 45-100℃的范围内。 可连续或在间歇过程中加热原料。 可通过将蒸汽直接注入到 混合容器内或通过经由间接加热方式的热传递如热交换器加热原料。
通过使浆体通过沉降式离心机如 Alfa Laval 或 Westfalia Separator 提供的离 心机分离蛋白质、 脂类和含水相。可以单级或两级单元操作进行三相分离。如果选择单级 单元操作， 则优选适于能将单股原料物流分成三股产品物流的沉降式离心机。如果选择两 级操作， 则优选首先从含水 / 脂类物流中分离出蛋白质物流， 随后分离含水和脂类物流。依 据选择的沉降器的大小和所需产量， 分离器的进料速度可在 500-20000kg/h 之间。
根据其用途， 优选将含水部分浓缩到固体含量为 5-30％， 或系数在 0x-7x 之间。 可 使用多种合适的单元操作。二种优选的方法包括离心分离和蒸发。
体现本发明的工艺流程图示于图 5。
离开离心机的蛋白质部分应具有以下组成 ： 蛋白质 ： 25-35％ ； 水分 ： 60-70％ ； 脂 肪： 1-8％。
如果需要， 可将蛋白质部分干燥至具有组成 ： 蛋白质 ： 60-80％ ； 水分 ： 5-15％ ； 脂 肪： 5-20％。
离开离心机的脂类部分应具有以下组成 ： 蛋白质 ： 0-1 ％ ； 水分 ： 0-1 ％ ； 脂肪 ：
98-100％。
离开离心机的含水部分应具有以下组成 ： 蛋白质 ： 0-3％ ； 水分 ： 94-100％ ； 脂肪 ： 0-3％。