本申请要求标题为“美味的膨化食品”并于2015年5月16日递交的美国临时专利申请序列号62/162,683的优先权和权益，其全部并入本文作为参考。
本发明总体涉及包含多孔基质的淀粉的适口食品及其制造方法，所述多孔基质的淀粉被注入可流动的脂肪，其赋予产品高能量密度，并且当用力挤压时会发出听得到的嘎吱声。
背景技术：
适口性是由食物或液体提供的愉悦享受，该食物或液体在平衡满足人或动物的营养、水或能量需求的同时带来愉悦的味觉。换句话说，适口性描述了人类或动物有多么享受食物的味道、气味和质地。食物的适口性可以是食物的性质、食用该食物的人或动物的喜好，或两者兼而有之。为了追求适口性，可以将香料和可口的脂肪施加于食物中或与食物组合，并且可以使用各种制备方法来使食物的气味和味道良好。
适口性、营养和消化性是宠物食品配方的核心特征，因为宠物食品的营养益处只有在宠物食物被宠物食用和消化时才能实现。宠物对宠物食物的反应是其适口性的一个指标，且这种反应被宠物主人所感知。如果宠物表现为享受一种宠物食品，那么该宠物主人便会认为该特定的食物对他/她的宠物来说是适口的。这是推动宠物食品销售的重要基准，因为宠物主人通常会购买他/她的宠物喜欢和食用的宠物食品。因此，宠物食品的适口性被用于吸引宠物食用可消化的食物，其向该宠物提供营养物质以延长并改善其整体健康和生活质量。
选择用于宠物食品配方的适口剂(palatant)以吸引宠物的感官能力，包括嗅觉、化学感觉(化学刺激)、味觉和质地。适口剂由不同的大分子和小分子组成，其包括但不限于碳水化合物、脂肪酸、蛋白质、肽、氨基酸、维生素等。可以使用适口剂来掩盖宠物食品配方中味道不好的化合物、改善宠物食品的视觉或听觉影响、和/或提高宠物食欲。宠物食品配方往往是复杂的，而且与该配方组合的适口剂必须与其所施加的不同口味、质地和香味的宠物食物的混合物起协同作用-它们各自具有不同的化学、物理和感官特性。
宠物食品的适口性因物种而异。例如，气味是狗食的主要诱因，因为狗是食肉动物。如果狗觉得一种食物气味好，那么很可能狗会食用这种好气味的食物。经过几次啃咬，味道或质感也可以对狗的适口性起次级作用。猫是专性食肉动物，并具有比狗更复杂的味觉，因为猫能够尝出咸的、酸的或苦的物质，但不像人类和狗，猫不能感觉到甜味。虽然气味和味道是猫食的重要特性，但猫食的形状和质地也同样重要。
宠物食品的适口性主要由味道和香气驱动。常规生产的膨化食品可能只含有最大量的味道和香气。传统膨化食品中的味道和香气受到可能涂覆在膨化食品上的每单位膨化食品质量中适口剂的量的限制。适口剂可以是液体或是干燥的。目前限制能够被涂覆的适口剂的量的膨化食品的物理方面包括：(1)每单位质量暴露的表面积(例如，中等密度至高密度的食品)；(2)可以粘附或被注入到该膨化食品中的适口剂的量；和(3)可被加入该膨化食品中以结合干燥形式的适口剂的脂肪的量。因此，有限量的适口剂才能被涂覆在膨化食品上，并因此，该膨化宠物食品的适口性可以得到改善的量是有限的。
本发明公开的主题涉及改进或克服常规产品的一个或多个缺点的膨化宠物食品。
本发明关于宠物食品制造特有的一些优点包括：(1)提供具有有限量的增强消费者对宠物食品质量的认知的成分的高适口性宠物食品；(2)每一次较高物理体积的给料(treat)的成本较低；(3)增加了零售时同一单位质量的消费者方面的利益，其增加消费者对宠物食品质量的感知；(4)增加宠物食用量，使主人能够享受更多的宠物喂养体验；和(5)使现有宠物食品生产设备产生更高体积容量。
附图说明
该专利或申请文件包含至少一个以彩色表示的图。本专利或专利申请公布的彩色副本将根据要求以及支付必要费用后由专利局提供。
图1示出了具有示例性条件的一般工艺流程图，该条件用于制造低堆积密度、高适口性的食品，该食品被注入适口剂(例如可流动的脂肪)达到膨化食品的总重量的约50％及更高的水平。例如，该方法可以包括产生具有防腐剂(例如，0.5wt％的bha)和淀粉(例如，99.5wt％的酿酒米)的干混物(100)，然后使用锤磨机研磨干混物至所需尺寸(110)。接下来将经研磨的干混合物以计量率(例如，800lb/hr)与水(120)(例如，2lb/min)组合到挤压机(130)中，然后以挤压速度(例如，800lb/hr)挤压以形成面团，其被暴露于挤压机的多个加热区域，用于将面团加热至促进淀粉糊化的温度(例如，200-205华氏度)。当面团离开挤压机(130)时，其膨化以形成骨架多孔基质，其随后在室(140)中使用真空输注注入湿的(以及任选的干燥的)适口剂，并且用适口剂涂覆以形成多孔产品。然后将该多孔产品暂时储存在(150)中以准备称重(160)，然后包装(170)。
图3示出了用于将湿的和干的适口剂(例如可流动的脂肪、调味剂和/或芳香剂)注入并涂覆至多孔基质的工艺流程图。
图6图示，通过孔隙率测定的膨化食品的总注入孔隙体积(例如，填充有可流动脂肪的基质的孔隙空间，任选地以ml/g计)随着产品中的可流动脂肪注入量的增加而减小。
图7图示，通过孔隙率法测定，多孔基质的骨架表面的总暴露表面积(以m2/g计)随着在多孔基质中注入的可流动脂肪量的增加而降低。
图8a、8b和8c图示了渗透到多孔基质中的脂肪的深度，其作为多孔产品的总体积百分比，使用光学显微镜观察和测量。图8a将脂肪渗透作为注入该多孔基质的可流动脂肪量的对数函数作图。图8b和8c图示了多孔基质的骨架结构以及脂肪渗透深度。使用刀片切割具有和不具有不同脂肪注入量的多孔基质的单个样品。β-胡萝卜素被用作发光染料，以染色多孔基质。将染色样品放置在尼康smz-u立体显微镜下成像并用短波紫外光照射。用装有尼康ds-11数码相机的立体显微镜以5倍放大率拍摄光学图像。使用尼康nis软件进行测量。骨架结构在紫外光下被照射为蓝色，而湿和干的适口剂在紫外线下被照射为黄色。图8b示出了被注入大约35wt％的可流动脂肪(黄色)的膨化食品的横截面图，其在骨架结构(蓝色)中的平均渗透深度约为6mm。图8c示出了被注入小于约2wt％的可流动脂肪(黄色)的膨化食品的横截面图，其在多孔基质的骨架结构(蓝色)中的平均渗透深度为1mm。图8b、8c还示出了由多孔基质的骨架结构限定的孔的不同半径的测量。
图10图示表明，通过孔隙率法测定，多孔基质(也称为“kibble”)的脂肪含量(作为重量百分比)随着向多孔基质中注入可流动脂肪的量的增加而增加(log)。
图11图示了，膨化食品的含水量随着向多孔基质中注入可流动脂肪的量的增加而降低(log)。
图12图示了可听到的声音，其随着多孔基质中可流动脂肪的量(wt％)的增加而减小，该声音为通过质构仪测量声峰(soundpeak)，该峰通过对具有各种程度的脂肪注入(wt％)的膨化食品施加力而产生。根据p.varela等人，“crispnessassessmentofroastedalmondsbyanintegratedapproachtotexturedescription:texture,acoustics,sensoryandstructure,”j.chemometrics,20:311-320(2006)所述的方法，在质构仪中用金属板将膨化食品压碎，通过测量声峰形式的能量排放来确定可听到的嘎吱声。
图13图示了，在大气压下，与非真空注入工艺(其将多孔基质(x＝脂肪％(w/w，照原样)–非真空注入)浸泡在可流动脂肪中)相比，用于将脂肪注入多孔基质(δ＝脂肪％(w/w，照原样))–真空浸润至约69％)的真空注入工艺提供了类似的脂肪含量摄取，其按重量百分比测量。
图15图示了可流动脂肪的平均渗透深度(mm)与进入具有包含米淀粉的骨架结构的多孔基质的体积之间的直接关系。
图16图示了，在大气压下，用于在多孔基质中注入脂肪的本发明的真空注入工艺和将膨化食品浸泡在可流动脂肪中的非真空渗透工艺提供了相似的脂肪含量摄取，其按重量百分比测量。
图17图示了膨化多孔产品的膨胀比(平均产品尺寸/挤压机模具的直径)、膨胀指数-d90(mm)与使用varela方法(在图12的描述中引用)由质构仪测到的可测量声峰数之间的关系。
图18图示了在迁移测试期间迁移到滤纸上的油性残留物的触觉指数。
图19图示了触觉油性残留物的量(■油性残留量–感官训练组；□平均涂覆渗透深度(mm))，其为在真空输注期间与可流动脂肪向多孔基质中渗透有关的被包裹的脂肪的函数。
技术实现要素：
宠物主人试图通过使用高质量的食物和食用品来为他们的宠物提供宠物福利，这些食物和食用品递送营养物质来维持、改善和延长宠物的健康和生活质量。为了有效，食物或食用品必须对宠物而言是适口的。通过包括香味、口味和/或触感来提高食物或食用品的适口性，以提高食物被宠物食用的机会。一旦被食用，食物或食用品必须是可消化的，以便提供有效维持或改善宠物健康的营养和/或功能成分。虽然本发明被公开为用于宠物食用，但也可适用于人类和其他非驯养动物的食用。
术语“宠物”用于指旨在使用本发明所述的食品的动物类型。例如，膨化食品可以被提供给家猫并被其食用。膨化食品也可以用于其他有齿宠物或驯养动物，例如但不限于狗、仓鼠、沙鼠和马。
术语“膨化食品”用于指可食用的多孔物质，其可以被宠物食用，并且如果产品的适口性适合于人类食用也可以被人食用。如果该食品是宠物的食用品，其也可以被称为“动物点心”、“宠物点心”、“宠物食品”、“粗粮(kibble)”等。
“膨化食品”或其一部分如果具有对宠物适口的香味、味道和质地，因而促进膨化食品的咀嚼和吞咽，则其是“可食用的”。通常，如果膨化食品呈现出以下性质，其将被认为是可食用的：(i)足够的适口性，例如香气、味道和/或质地，使得宠物不会被其气味或初始味道阻止，并且宠物被吸引以咀嚼和吞咽该食品；和(ii)足够的可消化性，使动物可以该消化膨化食品以获得其营养益处。
术语“适口剂(palatant)”用于指调味剂、芳香剂(aromant)或二者。适口剂可以是液体或干燥形式。
术语“调味剂”是指化合物或化合物的混合物，其将所需味道赋予到加入或施用该调味剂的组合物中。作为非限制性实例，可以使用焦磷酸盐、脂肪、肉粉和肉类(家禽、哺乳动物、鱼)作为例如用于猫的膨化食品的调味剂。
术语“芳香剂”是指赋予添加或施用该芳香剂的组合物所需香味或气味的化合物或化合物的组合。作为非限制性实例，可以使用被消化的干动物蛋白提取物(ddpe)作为芳香剂。
术语“糊化”用于指淀粉，并且具有本领域中使用的一般和普通的含义，即在水和热的存在下分解淀粉分子的分子间键，并且允许氢键合点(羟基氢和氧)连接更多的水的过程。
术语“脂肪”用于指任何可食用的脂肪或脂质，例如粗制或精制脂肪。
术语“可流动脂肪”用于表示基本上为流体(例如作为液体)的脂肪。可流动的脂肪在室温下可以是液体的，或通过加热脂肪直到达到所需的流动性，从而使其为基本上可流动的。
术语“干添加剂”用于指在环境空气温度下通常不含水分或水，例如低含湿量(例如低于35％)的物质。干添加剂的实例包括但不限于：干动物消化物、干适口剂、酸化剂、脂肪酸、氨基酸、抗生素、益生菌、藻酸盐、维生素、矿物质、牙垢控制剂、抗氧化剂、类胡萝卜素、调味剂、芳香剂、生物类黄酮、酵母、酶和防腐剂。干燥消化物性质的干添加剂的实例包括(酶)水解的肉(鸡肉、鱼肉、牛肉)产品、酒酵母、磷酸盐、调味剂和生育酚的配方。
术语“液体添加剂”用于指在环境空气温度下基本上是流体的物质。液体添加剂包括但不限于液体乳剂、液体消化物、脂肪可混溶和不混溶的液体、以及固体在液体中的悬浮液或分散体。更具体地，液体添加剂的实例包括但不限于液体动物消化物、油、可流动脂肪、脂肪酸、牙垢控制剂、水、维生素、氨基酸、蛋白质、营养物、芳香剂、调味剂、益生菌、藻酸盐、适口剂、酸化剂、着色剂和防腐剂。液体消化物性质的液体添加剂的实例包括肝脏(鸡肉、牛肉、鱼)、水、磷酸、酒酵母、stpp、甘氨酸、柠檬酸、磷酸氢二铵、右旋糖、山梨酸钾、洋葱香料和bha的配方。
术语“孔隙率”通常用于指多孔基质的空隙(例如孔)的体积，其为占含有空隙的多孔基质的骨架结构的质量密度的体积百分比。
术语“孔隙率法”一般用于指用于量化多孔基质的各方面的多孔性质(例如堆积密度、孔径、总的孔体积(topv)和总表面积)的测量技术。关于本发明，使用压汞技术进行孔隙率分析。例如，通过将样品装载到已知体积的室中，然后以约0.22psia的填充压力首先用汞充填多孔基质样品周围的空隙空间，来进行压汞技术。增加压力以强制压入多孔基质内的空隙空间，并记录压入量与压力的关系，并将其转化为孔径分布。用于压入的最高压力约为45psia。这被用于，例如，确定堆积密度，例如几何密度(固体质量(g)/计算体积(cm3))，其是在压汞之前多孔基质样品的密度。使用公式topvxρhgx100计算孔隙率。
参照本发明公开内容的附图描述了膨化食品的示例性和备选实施方案及其制造方法。膨化食品旨在作为可食用的宠物点心或宠物食品提供给宠物，其目的主要包括营养和满足感，但也可以生产膨化食品以提供清洁牙齿、清新口气、施用有益剂例如干添加剂或液体添加剂、以及宠物的一般享受。
在最广泛的意义上，本发明是可食用的、高适口性的膨化食品，其包括：(1)整个内部分散有随机大小的孔的低堆积密度基质，例如参见图8c；即(2)被注入高体积的脂肪(参见例如图9d-9f)和任选的适口剂、干添加剂、液体添加剂或其任何组合；并且(3)被包裹了包含适口剂的外部涂料。低堆积密度基质提供脆的“膨松”质地，其部分原因是通过将淀粉糊化，该淀粉膨化以形成多孔基质的骨架结构(参见图8b-8c、9a-9f中的蓝色)。适口剂用于使膨化食品美味，以吸引宠物品尝、咀嚼和吞咽。可食用食品的物理特性使宠物容易食用它。
膨化食品组合物包括这些成分：(1)淀粉；(2)水；(3)脂肪和(4)适口剂，其均提供使食品为可食用的特征。多孔基质包含多个分散在整个低堆积密度骨架结构中的孔(或空隙)，参见图8c、9a，该骨架结构主要由淀粉和水组成。响应于施加在多孔基质上的压力，该组合物表现出足够的刚性和韧性(例如，结构完整性)，而液体如可流动的脂肪和液体适口剂则通过在真空注入中的负压进入分散整个基质中的相互连通的孔中，参见例如图8c、9a。多孔基质可以在真空输注期间承受置于其上的力，而不会造成骨架结构的塌陷或明显破裂或破坏。多孔基质的这种刚性和韧性为膨化食品提供了酥脆的质感，然而，在宠物或人类咀嚼期间该基质却承受不住置于其上的正常咀嚼力。参考图9a-9f，膨化食品还可以包含适口剂，其可在真空下和可流动脂肪一起被注入多孔基质的孔中，和/或被涂覆在已经注入可流动脂肪的膨化食品的暴露表面上。
如在淀粉化学领域中已知的，可以使用多种不同的淀粉甚至其组合来实现多孔基质的期望性质，并且本领域技术人员了解，一定量的实验和观察通常伴随含淀粉组合物的开发和优化。与本发明所述的多孔基质的开发有关的这种实验是预期的。
不受任何操作理论的限制，据信在挤压机中形成面团期间，在用水处理时发生的淀粉的糊化使多孔基质具有足够的刚性和韧性。约50wt％至约100wt％的淀粉可在用于制造膨化食品的挤压过程中糊化。
膨化食品的总重量优选包括驻留在多孔基质的孔中的约10wt％至约50wt％或更多的脂肪。至少在注入过程中，脂肪以可流动脂肪的形式存在，以促进可流动脂肪移动到多孔基质的孔中。这种可流动脂肪可以补充有额外的干添加剂、液体添加剂或其组合(例如，适口剂、维生素、矿物质、防腐剂、牙齿或健康助剂等)，上述添加剂也可以在制造膨化食品期间被注入多孔基质的孔中。额外的可流动脂肪可以被涂覆在注有脂肪的多孔基质上，从而有助于用干适口剂包被多孔基质。
膨化食品的总重量可以包含约5wt％或更多的适口剂。适口剂可以是干燥的(通常少于约12％的含湿量)或液体形式(通常大于约50％的含湿量)。液体适口剂具有优于干适口剂的优点，因为适口剂的液体组分促进适口剂直接附着于膨化食品。相比之下，干燥的适口剂通常需要另外的成分(如脂肪)以促进对膨化食品的足够的附着量。因此，干适口剂与脂肪的比率对于确保干适口剂对膨化食品的充分粘附是重要的。在本发明的一个实施方案中，干适口剂与脂肪的比例为一(1)重量份的干适口剂比两(2)重量份的脂肪。在本发明的其它实施方案中，干适口剂与脂肪的比例为一(1)重量份的干适口剂比三(3)重量份的脂肪，干适口剂与脂肪的比例为一(1)重量份的干适口剂比三(3)重量份的脂肪，干适口剂与脂肪的比例为一(1)重量份的干适口剂比一(1)重量份的脂肪，干适口剂与脂肪的比例为一(1)重量份的干适口剂比四(4)重量份的脂肪，干适口剂与脂肪的比例为一(1)重量份的干适口剂比五(5)重量份的脂肪，且干适口剂与脂肪的比例为一(1)重量份的干适口剂比大于五(5)重量份的脂肪。
除了淀粉、脂肪、水和适口剂之外，膨化食品可以含有其它任选的成分，例如干添加剂和/或液体添加剂。在制造期间，任选的成分可以在挤压过程中掺入变软面团中、施加到多孔基质表面、和/或在施用之前或期间与可流动的脂肪、表面涂覆组合物和/或涂料粉(dustcoating)混合。
这些任选成分可以包括影响膨化食品的营养价值、保质期或外观而基本上不会影响其物理性质(例如脆性和适口性)的试剂。这些成分的实例包括维生素、矿物质、营养素、着色剂、防腐剂、可溶性纤维、不溶性纤维和糖。如果包含在食品中的这种成分影响了食品的所需物理性质，则可以调节淀粉、脂肪、水和适口剂中的一种或多种的含量以弥补这种效果并保持该食品性质。应选择包含在可咀嚼基质中的任何维生素、矿物质或其他营养物质，以使其含量或浓度适合宠物摄取。应选择和配制着色剂和防腐剂以使其含量足以实现各自的功能，同时该选择还应适合于动物食用。例如，可以选择防腐剂以在储存期间抑制包装食品中的微生物生长或其它腐败。
可以包括在膨化食品中或应用于膨化食品的另一类任选成分是口服活性成分，当宠物咀嚼膨化食品时，该成分对宠物产生生理作用。这些口服活性成分的实例包括牙科预防成分、呼吸剂(breathagent)、抗口臭剂(包括抑制或预防口臭的发作、以及降低口臭的强度或消除口臭的药物)、药剂及其组合。这些成分可以与变软面团一起被挤压并分散在多孔基质中、与可流动的脂肪组合并注入多孔基质的孔中、涂覆在注有脂肪的多孔基质上、或其一些组合。这样的试剂可以通过与宠物的牙齿直接接触或通过悬浮或溶解在口腔液体例如宠物的唾液或粘液中提供功能。
在咀嚼期间由流体携带的口服活性剂可以细分为基本上在宠物口腔内具有作用的试剂(例如，水溶性牙科预防剂，例如氟化物或抗牙垢剂，或用于局部输送到口服作用部位的药剂)和用于更广泛地向宠物全身性或胃肠道(gi)递送的药剂。
可以使用膨化食品施用的一类重要的口服活性成分是牙科预防成分。牙科预防成分的实例包括研磨料(用于冲洗牙齿表面以除去斑块、牙垢和由此产生的其它物质)、抗牙垢剂、氟化物和其它牙齿增强剂、表面活性剂和其它表面清洁剂，以及用于局部递送到牙齿和牙龈的药剂(例如，抗微生物剂、抗炎剂和其它有效治疗或预防牙龈炎的药剂)。
用于牙科清洁目的的研磨剂的用途是众所周知的，并且基本上任何已知用于牙科清洁目的的研磨剂都可以被掺入到膨化食品中，只要它不会降低膨化食品的期望特性即可。合适的研磨剂包括颗粒和纤维研磨剂。很多种类的研磨剂是已知的，包括通常包含在人类牙膏和其它动物牙粉中的研磨剂。颗粒研磨剂包括例如矿物粉末如石膏、二氧化钛、二氧化硅、碳酸钙以及它们的组合。其他可接受的颗粒研磨剂包括天然存在的和合成的聚合物颗粒，例如颗粒状纤维素和研磨的植物材料。研磨剂颗粒除了适合摄入外，还应被选择为与宠物的口腔和gi组织相容并且不刺激。合适的纤维研磨剂包括植物纤维，例如棉纤维和谷物糠。纤维研磨剂还包括合成纤维(例如尼龙或人造丝纤维)和半合成纤维(例如从植物材料分离的纤维素纤维)。也可以使用来自动物的纤维(例如，来自肌腱、韧带和其他动物食物垃圾的胶原纤维)。研磨剂纤维应被选择为与动物或人类摄入相容。可以选择可由动物消化、部分消化或基本上不可消化的纤维。
适用于膨化食品的另一类牙科预防成分是用于局部递送至牙齿和牙龈的预防性药剂。这种药剂的实例包括抗微生物剂、抗炎剂和有效治疗或预防牙龈炎的其它药剂。其他实例包括用于局部施用于口腔损伤的抗细菌剂或抗病毒剂。各种这类药剂及其用于牙科治疗和预防目的的用途是本领域已知的。基本上他们中的任何一种都可被包含在膨化食品中。具有治疗效果的兽医药物被包括在牙科“预防性”成分的类别中，这是因为对口腔疾病症状和病症的治疗通常会预防其他问题，同时也是为了方便的目的。
代替牙齿预防成分或作为牙齿预防成分的补充，膨化食品可用于向宠物施用呼吸剂。众所周知，宠物可以发出有气味的呼吸，这归因于各种原因，包括较差的牙齿卫生，摄入(和/或反刍)有臭味的组合物，以及感染了产生不良气味的微生物。膨化食品的牙齿清洁成分及作用可减轻由牙齿卫生问题引起的气味，但可能不会缓解其他原因。
呼吸剂可以是至少三种类型中的任何一种：香料、除臭剂和抗微生物剂。香料是气味掩蔽剂，其掩盖了令人不愉快的气味的存在。除臭剂是这样的化合物，其捕获或降解被检测为气味的化合物。相比之下，抗微生物剂杀死、灭活或改变生成产生气味的化合物的微生物的活性。这些类型的呼吸剂及其用于改善呼吸气味的用途都是本领域已知的。合适的呼吸剂的实例包括切碎的或粉末状的薄荷或牛至叶、植物提取物(例如薄荷油或柑橘油、香草如留兰香、欧芹或欧芹油、叶绿素或绿茶提取物)、碳酸氢盐(例如小苏打)、消毒剂、薄荷醇及其组合。也可以使用已知可改善或减轻不期望的呼吸气味的其它试剂。
代替牙齿预防成分和呼吸剂或作为牙齿预防成分和呼吸剂的补充，膨化食品还可用于向宠物施用兽药剂。可以有效地施用于宠物的药剂不限于用于局部口服活性的药剂。膨化食品的消耗部分和与膨化食品的任何部分接触的口腔液体被宠物吞噬。因此，膨化食品中存在的任何兽医试剂都会被递送到宠物的胃肠道。可以使用膨化食品施用的这些试剂包括用于局部施用于靠近胃的胃肠道部位(例如食管)的那些。这样的药剂还包括旨在通过胃肠道粘膜(例如在宠物的胃、肠或大肠)吸收而被全身给药的药剂。
优选可溶于多孔基质的一种或多种组分并能够经受本发明所述的挤压条件的试剂，因为它们可以被掺入多孔基质中以得到将试剂递送给宠物的膨化食品。
膨化食品是一种高度适口的制品，其会诱使宠物咀嚼和吞咽它。在膨化食品上或内部存在的一种或多种具有不良风味或气味的化合物(例如，作为多孔基质、可流动脂肪、表面涂料和/或其粉尘涂料的组分)会降低膨化食品的适口性。如果这种化合物是膨化食品的所需组分，则可以包含足以使膨化食品对宠物适口的掩味成分。许多掩味化合物和技术是本领域已知的，并且基本上可以使用任何一种，只要它们与膨化食品的其它参数一致即可。
膨化食品可以是任何三维形状，例如球形或类球形、椭圆形(具有多达3个或更多个直径)、圆柱形、类盘状或任何其它三维几何形状，因为形状不是关键的。图8b-8c和9a-9f示出了椭圆形几何形状的非限制性示例性实施方案的横截面图。图8b-8c和9a-9f所示的膨化食品包括多孔基质，其包含糊化的酿酒米淀粉。膨化食品的尺寸使得宠物可以容易地咀嚼和吞咽它。在椭圆形膨化基质的非限制性实例中，三个直径，例如d1、d2、d3可以在约5mm至约20mm的范围内。膨化食品的尺寸可以通过改变挤压机开口、挤压温度和压力条件中的任何一种或多种以及改变挤压物中的含湿量以使其比非限制性实例更大或更小。
多孔基质中孔隙的物理特性具有多面性。孔可以是具有均匀或随机的形状和尺寸的空隙。参见例如图8c、9a-9c。每个孔可以具有对称或不对称的半径和直径，参见图8c，其由形成多孔基质的糊化淀粉形成的骨架结构所限定。孔的形状和尺寸可以归因于制造多孔基质的成分，以及在面团的挤压和膨化期间的加工条件。
膨化基质中的孔径不是关键的，只要该孔可以被注入可流动的脂肪至多孔基质所需的填充体积即可。在非限制性实施方案中，包含例如糊化酿酒米的多孔基质中的孔的直径可以在约0.1至约5.0mm的范围内，而平均值约为0.7-1.1mm。见图8c。当然，根据用于制造多孔基质的成分以及制造条件，孔径可以更大或更小。在上述孔径范围内，被注入多孔基质的可流动脂肪的填充体积可以在约1ml/g至大于约6ml/g的范围内。
即使膨化食品的形状不是关键的，本发明还是描述了优选制备的膨化食品的各种组合物。膨化食品包括以下一个或多个特征：
i)多孔基质的表面积与孔隙率的比例相对较高，例如约0.2m2/g至约0.7m2/g的表面积比约50％至约90％体积的孔隙率；
ii)在多孔基质中注入的脂肪内容物具有很高体积(例如，很高的脂肪含量，其为膨化食品的总重量的约30wt％至约50wt％或更多)；
iii)多孔基质的堆积密度很低，例如约4lb/ft3至约12lb/ft3(在注入脂肪之前)，骨架密度为约30lb/ft3至约70lb/ft3，其由糊化淀粉和其它形成基质的成分提供；
iv)对于高能量密度(平均为约2至约6kcal/g)的膨化食品来说显著降低的热量曲线(例如，与常规宠物粗粮相比，每块的卡路里减少约80％或更多)；
v)大量的由被注入多孔基质中的脂肪所提供的适口剂，以及包被在注入了脂肪的多孔基质中的额外的脂肪和适口剂(例如多达膨化食品的约50wt％或更多)；
vi)在向多孔基质注入脂肪后，水活度为约0.24至约0.3；和
vii)当膨化食品被压制到导致多孔基质的基础骨架结构断裂的点时，能够发出可听到和可测量的嘎吱声(例如以可测量声峰的形式发射能量)。
通常参考图1至图3，膨化食品的特征在于是其相对容易地通过各种方法制造。虽然各种制造过程的细节可以不同，并且可被修改以达到期望的最终产品的范围，但整个过程涉及四个基本步骤：
1)在足够的温度、剪切和压力条件下，在挤压机(130)、(240)中形成变软面团，由此该变软面团包含淀粉和水以及与变软面团中的淀粉和水混合的任何任选的液体添加剂和/或干添加剂；
2)通过以下方式将挤压面团形成多孔基质：(i)在允许水蒸汽(蒸汽)从变软面团内部所含水分中快速膨化的条件下将变软面团通过挤压机(130)、(240)的模具而使其膨化；然后(ii)将膨化的变软面团分成块；最后(iii)干燥(245)(通过环境空气温度或通过加热过程)和/或冷却(250)(通过冷却过程)使上述面块具有期望的含湿量；
3)将大体积的可流动脂肪和与可流动脂肪混合的任何其它任选的添加剂和/或干添加剂一起注入多孔基质中，优选使用真空输注，例如参见图3，或者允许在大气压下渗透；和
4)使用额外的可流动脂肪、干适口剂、湿适口剂和/或芳香剂涂覆注入有脂肪的多孔基质。
通常参考图1和图2，形成变软面团涉及两个步骤，即将用于产生面团块的成分(至少为淀粉和水)组合，然后充分加热该成分的组合，同时在压力下在挤压机(130)、(240)中混合，以形成变软面团，使得一部分淀粉在挤压过程中经历充分的糊化。认为重要的是，有足够的淀粉部分，例如约50wt％至约100wt％，经历了糊化。这使得在变软面团离开挤压机(130)、(240)之后、在干燥和/或冷却时，糊化的淀粉链结合在一起以形成多孔基质的骨架结构，并且部分由于面团中的水分蒸发和降低的压力而发生膨化。没有受到任何特定的操作理论的束缚，认为糊化淀粉链与淀粉中存在的任何蛋白质和水以及掺入变软面团中的任何其它任选成分相互作用。在变软面团的膨化和冷却之后，淀粉链与面团中存在的其它任选成分之间的相互作用将淀粉和这些其它成分彼此结合在一起，从而产生具有通过在变软面团内的水分蒸发而产生的孔的基质。
在非限制性的示例性实施方案中，各实施方案用于制备变软面团的批量过程的湿成分和干燥成分的配方的范围在表1中提供。该成分按加入至挤压机中的批次成分的重量百分比列出。表10中提供了示例性的酿酒米淀粉配方#1和#2的化学成分的近似值。由于水分在模具挤压期间蒸发，变软面团中的水含量将高于多孔基质以及成品膨化食品中的最终水含量。
膨化的淀粉产生包含具有孔的骨架结构的多孔基质，例如图8c所示。多孔基质表现出所需的物理性质(例如刚性和脆性)，使得多孔基质被宠物或人类认为是想要食用的。用于形成多孔基质的成分(例如淀粉、水和蛋白质，如果存在于淀粉中)是宠物饮食的正常成分。在一个示例性实施方案中，多孔基质可以包含约85wt％至约95wt％的淀粉和约5wt％至约15wt％的水。蛋白质可以作为淀粉、适口剂或两者的组合的组分(例如约5重量％至约20重量％)存在，或者可以不使用蛋白质来形成多孔基质。因此，除了鼓励宠物咀嚼之外，本发明所述的膨化食品倾向于对食用它们的宠物是无害的(或可以具有营养益处)。
在非限制性的示例性实施例中，表2中描述了多孔基质(未涂覆)的实施方案的一般比例组成范围。表2中还列出了基于米淀粉和基于玉米淀粉的实施方案的多孔基质(未涂覆)的组成范围。
多孔基质的多个属性是使主人在将点心呈给动物之前拿取该点心时的油腻感较少的潜在原因。这些属性包括但不限于：脂肪渗入多孔基质的程度以及表面孔的数量、尺寸和密度。此外，加工条件可影响表面孔的形成，所述加工条件可包括挤压机速度、一个或多个加热区中的挤压机温度、与批次成分混合的加工水量、加入到挤压机的批次成分的量、每单位产品由挤压机产生的单位机械能(sme)的量和面团离开挤压机的温度(例如，产品出口温度)。构成该配方的成分也可影响表面孔的形成，所述成分可包括淀粉如大米、玉米、小麦等的选择，脂肪如禽类脂肪、牛油、白色油脂等的选择、和水的添加。每种成分的含量对于实现多孔基质的表面孔的形成也是重要的。
添加到原料中的水(120)、(235)的量由要挤压和膨化的面团的期望含湿量确定。水(120)、(235)可以是自来水、过滤水或其他类型的饮用水。在挤压期间变软面团的目标含湿量可高达面团的约30wt％。在非限制性实施方案中，淀粉可以以约25:1至约3:1重量比的比例与水混合。不限于任何理论，在挤压条件下面团的含湿量应尽可能低，以使面团挤压和膨化后所需的干燥量最小。
用于混合并加热淀粉、水和其他任选成分的混合物的设备并不是关键的，并且基本上可以使用能够实现这种操作的任何设备。可以使用被设计用于对高粘度材料进行混合和加热操作的设备。举例来说，可以通过在可用的各种挤压机(例如，wenger)中在压力下混合其组分并将所得混合物加热来制备面团。能够控制经过其中的材料的挤压机(130)、(240)适于形成变软面团。例如，合适的挤压机可以是具有高或低的螺纹(flight)构型的双螺杆，以在挤压期间产生足够量的高至低的剪切(例如摩擦)。还可以使用单螺杆挤压机，或用于将混合物混合、加热和将混合物形成为变软面团的任何装置或装置组合，然后通过模具或其它孔口挤压面团。当然，可以使用其它形式的挤压机和螺杆构型，例如螺条混合机。
在挤压过程中，将混合物在剪切、压力和温度条件下用挤压机(130)、(240)进行机械剪切，以将淀粉糊化成优选的重量百分数。挤压机(130)、(240)可以设定为约75华氏度至约150华氏度的温度或其它合适的温度以使淀粉糊化。由于在变软面团上的剪切力，挤压机内变软面团的加工温度可以达到约200华氏度至约205华氏度或更高。通过挤压机施加到变软面团上的特定机械功(sme)的量可以为约110kj/kg至约350kj/kg或足以产生用于形成具有所需性质的多孔基质的变软面团的其它sme。在这些挤压机条件下，优选至少约50wt％或更多、更优选至少约90wt％或更多、甚至高达100wt％的淀粉被糊化。在这时，认为面团是变软的。
在挤压机(130)、(240)中处于压力下的变软面团的温度可超过正在被挤压的面团中存在的水的沸点，以便当随着面团离开挤压机(130)、(240)而在挤压机(130)、(240)中被施加到变软面团上的压力被释放时，可以预期面团内的水会蒸发。面团可以以预定的挤压速度挤压。在非限制性实例中，挤压速率可以为约2lb/min至约10lb/min。
从挤压机(130)、(240)中，使变软面团在环境空气压力下通过模板、喷嘴或管道中的开口，以形成为成形的挤压物。开口可以根据挤压物所需的尺寸和形状来设定。例如，开口可以是任何形状，例如矩形、圆形、正方形、三角形、椭圆形或其他对称或非对称形状。在替代的实施方案中，开口可以成形为类似于用于将挤压物形成管的环形圈。开口的尺寸可以是足以制造多孔基质的任何尺寸。在非限制性实施方案中，模具开口直径约为4mm，但可以为更大或更小。在另一个非限制性实施方案中，挤压物出口温度，即变软面团离开挤压机开口时的温度，可以是约198华氏度或更高或更小，这取决于多孔基质的所需特性，以及用于制造多孔基质的成分。
当变软面团离开挤压机(130)、(240)来到环境空气和大气条件下时，由于压力的突然下降(从挤压机内的压力到挤压机(130)、(240)之外的大气压力)以及水蒸气(蒸汽)从变软块中保留的水分瞬间沸腾出来，因此该变软面团立即并快速地膨化。面团的这种膨化形成了多孔基质，其在多孔基质的骨架结构内包含多个孔，该多孔基质可具有在其表面上开口的一些孔。可以通过在挤压机(130)、(240)内保持足够的温度和压力、通过在变软面团通过挤压机的喷嘴之前排出气体、或通过这些的组合来控制蒸发水平。由于瞬间沸腾，面团的含湿量在其膨化形式中可以为约30wt％或更少。
在挤压之后，可以通过切割装置(例如刀、铡刀等)在膨化的挤压物离开挤压机的开口之后立即将其分成具有长度，宽度和高度的多孔基质的三维块(例如，丸粒、圆盘、圆柱体等)。一块多孔基质的非限制性标称尺寸可以具有约6.5mm至约16.73mm的长度、宽度和高度。在非限制性实施方案中，多孔基质块可以在膨化后立即达到约180华氏度至约205华氏度。
在将挤压物分成多孔基质块之后，每一块都可经历将该块脱水至所需含水量的干燥过程(245)。该干燥过程(245)可以包括在加热装置(例如，烘箱、滚筒式干燥机、食品干燥机)中将多孔基质块暴露于热量下。热量可以包括红外辐射、微波辐射、射频辐射、直接热空气、直接火焰、蒸汽、电热源或其它类型的热源。在非限制性实施方案中，可以施加大约120华氏度到大约180华氏度的热量达约1分钟至约5分钟。加热多孔基质块导致其干燥并硬化并进一步膨化，这取决于多孔基质的骨架结构内捕获的含湿量(如果有的话)，参见例如图8c。可以施加热量以使多孔基质块脱水至最终含水量，优选小于约30wt％，优选为约2wt％至约12wt％，更优选为约2wt％至约10wt％。在这些湿度水平下，多孔基质的最终密度优选为约3lb/ft3至约12lb/ft3，更优选为约3lb/ft3至约5lb/ft3。多孔基质的干燥块可以在适当的储存条件下无限期储存，或者可以立即进行将可流动脂肪和/或水性液体真空注入多孔基质的过程，参见例如图3。或者，多孔基质块可以通过暴露于环境空气中的方式进行干燥。
在没有加热干燥的情况下，多孔基质块可以在达到所需的堆积密度(例如约3lb/ft3至约12lb/ft3)和含湿量后暴露于冷却过程。冷却过程用于通过使多孔基质块通过冷却室来将多孔基质块从挤压后的温度降低到所需温度。冷却过程可以将多孔基质块冷却至约125华氏度至约135华氏度的温度。冷却的多孔基质块也可以在适当的储存条件下无限期储存，或者可以被输送到真空注入过程，以便对其注入可流动脂肪和/或水性液体，参见例如图3。
在另一个实施方案中，多孔基质块可经历干燥过程(245)(加热或环境空气)，然后进行冷却过程(250)，使得多孔基质块可以达到真空注入过程或储存所需的堆积密度和温度。
在干燥和/或冷却之后，优选将多孔基质块转移到如图3所示的真空注入过程中。真空注入过程包括在注入和涂覆以下材料的步骤期间施加由负压到正压的不同压力：(1)进入多孔基质的孔中的可流动脂肪；然后(2)液体适口剂；最后(3)干适口剂。所选择的压力可以在约-25mmhg或更低至约760mmhg(大气压)或更高的范围内。压力不是关键的，只要用于注入可流动脂肪的压力小于或等于用于注入液体适口剂的压力、并且用于注入液体适口剂的压力小于或等于用于向多孔基质中或其上注入和/或涂覆干适口剂的压力即可。例如：(1)用于注入可流动脂肪的压力可以在约37.5mmhg至约150mmhg的范围内，(2)用于注入液体适口剂的压力可以在约150mmhg至760mmhg的范围内，和(3)用于注入干适口剂的压力可以为约600至约760mmhg。任选的可流动脂肪的最终涂料可以在大气压、例如约760mmhg下加入。
为了开始注入过程(其在图3中进行了概述)，将多孔基质块加入真空涂布机的混合容器中。混合容器的类型不是关键的，只要它可以被密封并保持施加部分真空压力，并且容纳足够量的具有足够体积的可流动脂肪的多孔基质块(具有或不具有任选的干添加剂和/或湿添加剂)。在将足够量的多孔基质块加入混合容器(305)之后，将混合容器的开口封闭并密封，并在混合容器内施加真空，以将混合容器的内部压力相对较快地降低至用于开始真空注入过程的预定的部分真空压力。
在将干燥的多孔基质块加入混合容器之前、之后或同时，可以通过任何适当的方法，例如喷雾、浇注或其他模式将可流动脂肪(含有或不含任选的干添加剂和/或湿添加剂)加入到混合容器中。可以加入可流动脂肪(含有或不含任选的干添加剂和/或液体添加剂)以使得用于注入多孔基质至所需体积的可流动脂肪(含有或不含任选的干添加剂和/或湿添加剂)达到预定体积(基于多孔基质的重量)。
在真空注入过程中，混合容器内的温度应保持在将脂肪维持为可流动脂肪的温度。
在混合容器中的压力达到大气压或更高压力之后，可将任选的涂覆组合物加入到注入有脂肪的多孔基质中。涂覆组合物包含单独的或以任何组合的额外的可流动脂肪、干添加剂或液体添加剂。表面涂覆组合物可以通过任何适当的方法，如喷雾、浇注或其他模式，在促进表面涂覆组合物吸附到未填充或部分填充的孔的条件下引入混合容器，所述孔被暴露于注入有脂肪的多孔基质的表面，或与暴露于注入有脂肪的多孔基质的表面的孔相连通。据信表面涂料通过毛细管作用进入注入有脂肪的多孔基质的开放或部分开放的孔中。
在另一种方法中，可流动脂肪可以通过毛细管作用在大气压(例如，在没有施加真空压力的情况下)渗透到多孔基质中。
涉及真空注入或非真空渗透的膨化多孔基质的方法可用于将液体脂肪有效地加载到膨化多孔基质中。不论在加工步骤使用的是真空还是使用的大气压力，所测量的被加载到膨化多孔基质中的可流动脂肪大致相同，如图13和16所示。在平衡的真空和非真空下注入的膨化基质的可流动脂肪含量不具有统计学差异，如图13和16所示。然而，真空注入是有益的，因为它使脂肪深入到多孔基质内，而不会在混合设备和其它加工设备上堆积。相反，非真空渗透的膨化多孔基质具有沉积在表面上的油性膜，并且混合设备显示了明显的脂肪堆积，需要定期维护清洁。
在一个实施方案中，通过在大气压下在混合容器中将基质与足够体积的表面涂覆组合物一起翻转，使表面涂覆组合物均匀地涂覆在注入有脂肪或渗透有脂肪的多孔基质上。表面涂料将进入多孔基质表面内尚未注入有可流动脂肪的孔。表面涂料可以将已渗透到多孔基质中的脂肪的量增加膨化食品总重量的约5wt％至约45wt％。
在表面涂覆之后，可以在混合容器或其他容器中将注入有脂肪的多孔基质用干适口剂和/或干添加剂粉进行涂覆(dustcoated)。干适口剂可以为最终膨化食品的约5wt％至约45wt％。
表4总结了可被应用于本发明所述的注入有脂肪的多孔基质的涂料的实施方案的示例性成分范围。组分按最终膨化食品的重量百分比列出。
在诸如图1总结的操作中，最终的膨化食品可以从混合容器运输到连续包装操作。例如，最终的膨化产品可以被大量储存(150)(storeveyer(psg))中，随后在下游放出，从而被分配、称重(160)，并在气密容器(volpaks)中包装(170)。
在非限制性示例性实施方案中，表5中提供了膨化食品实施方案，例如，注入有可流动脂肪并包有涂料的多孔基质的一般比例组成范围。表5中还列出了米淀粉和玉米淀粉实施方案的一般组成范围。组分按膨化食品的重量百分比列出。
表7列出了膨化食品，例如，注入有可流动脂肪并在真空下用涂料包被的基于米淀粉的多孔基质的示例性一般比例化学/物理组成范围。组分按膨化食品的重量百分比列出。
在本发明的非限制性实施方案中，膨化食品可以根据图2所示的方法和所述的条件制造。在该实施例中，可以将原材料，例如在表1中总结的批次范围内选择的原料，以约70rpm的粉末进料速率加入到挤压机组中。这将含淀粉的粉末(干燥)成分加入挤压机。可以将淀粉(例如玉米、米等)研磨成约400至约800μm的粒度。水流速可被设定为总配方的约0.04wt％至约0.08wt％，或者约50g/min至约180g/min。将水引入挤压机中以与干燥成分混合。总进料速率可以为约111lb/hr。进料速率可被设定为以4.88lb/min的速率生产产品。这些设定不是关键的，其可以被调整以获得多孔基质的所需产率。原料成分的化学/物理特性的实例在表8中提供。
挤压机可以配置为提供高或低的剪切，并被设定为转速200-280rpm，扭矩24-84，功率12-75kw。参考图1和图2，挤压机机筒的温度可被设定为75-200华氏度。挤压机机筒可以具有多个加热区。在示例性实施方案中，挤压机的机筒可以具有设定为表9中提供的温度的7个加热区(图1)或9个加热区(图2)。
在这些条件下，挤压机(双螺杆)可以施加约115-350kj/kg的特定机械能(sme)来混合并形成变软面团。在挤压期间，提供热和压力以形成在约302-832psi下可以为约202-267华氏度的变软面团。当离开可具有多个开口的挤压机模具时，该变软面团立即膨化成多孔基质，然后冷却至约198华氏度。在非限制性实施方案中，如图17所示，离开挤压机的挤压物的膨胀比(平均尺寸/模头直径)为约2.5至约4.0。多孔基质可以具有所公开范围内的堆积密度，特别包括约3.5-12.6lb/ft3。
根据前述方法制造的多孔基质优选组成的化学/物理特性提供在表10中。
现在，关于市场上的产品，商售猫点心比本发明的膨化食品平均密度更高，孔隙率更低。例如，相比于商售猫点心类似物的孔隙率(约26体积％至约63体积％)，脂肪含量在约1％至约60％(w/w)范围内的膨化食品显示出相当高的孔隙率(约71体积％至约82体积％)。对比实验结果示于表11。
膨化食品的一个独特的特征在于，它能够在被咀嚼或粉碎时产生独特的可听到的嘎吱声。通过咀嚼或诸如质构仪等机械装置压碎食品时，可以测量食物的可听到的嘎吱声，这在业界和学术界都是众所周知的，以此来评估食品的脆性/脆度。参考图12和17，使用varela过程(参考图12，如以下描述中所修改的那样)分析了以不同程度注入脂肪的基于酿酒米的膨化食品的物理特性，以分析其可听到的嘎吱声。
现在参考图14、18和19，膨化食品虽然脂肪重量和体积都很高，但呈现出脆性，这通过可测量的声峰值的数量所评估，这类似于膨化谷物和小吃，其被广泛认为是脆的/松脆的食物。然而，相比之下，在用于测量谷物和膨化食品的压力和速度条件下在质构仪中压制时，商售猫点心表现出更高的密度。在测试中，商售猫点心在压力下没有破碎，也没有产生任何可测量的声音，如表13所示。
还测试了膨化食品，以确定产品上的可测量的触觉油性残留物，其为从产品吸(或吸收)到材料的脂肪量。测试由以下步骤组成：将滤纸放在干净的pyrex板中。测量滤纸的重量以确定基线重量。对20块(基于米的)膨化食品组称重，然后按每组20份放置在每个pyrex板中的滤纸上。将装有滤纸和食品的pyrex板放置在约35摄氏度的烘箱中90分钟。90分钟后将pyrex板从烘箱中取出，并对每片滤纸和每组膨化食品进行称重，以确定滤纸的质量增益和膨化食品的质量损失。在计算中，测量中包括了滤纸的水分损失。
虽然结合具体实施方案描述了本发明，但是鉴于前面的描述，许多替代、修改、变更和变化对于本领域技术人员将变得显而易见。因此，本发明旨在涵盖落入本发明权利要求的范围内的所有这样的替代、修改、变更和变化。