Diese Erfindung bezieht sich grundsätzlich auf Verfahren zur Herstellung von Haustierfutter und insbesondere auf die Herstellung von trockenem Haustierfutter mit hohem Protein- und Fettgehalt.

Haustierfuttermittel sind generell für die vollständige und ausgewogene Ernährung von Tieren zusammengestellt. Typischerweise sind die relativen Proportionen von Kohlenhydraten (wie beispielsweise Stärke), Proteinen, und Fetten in den Futterzutaten gemäß einer gewünschten Rezeptur zusammen gemischt und die Mischung wird befeuchtet und zu einer gewünschten Form und Größe extrudiert. Während des Extrusionsverfahren wird die Mischung hoher Temperatur, hohem Druck und Scherkräften ausgesetzt, was zu einer plastischen Schmelze von Polymeren führt und was partikuläres Material miteinander verbindet, wenn die Schmelze sich in der Extruderdüse hinunter bewegt. Wenn die Schmelze ein Extruderwerkzeug verlässt, ist die Schmelze plötzlich atmosphärischem Druck ausgesetzt, und Gas, das in der Schmelze gebildet ist, wird freigesetzt, wodurch ermöglicht wird, dass eine poröse ausgedehnte Struktur geformt wird. Das ausgedehnte Material wird in kleinere Stücke geschnitten und bis zu einem abschließenden Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Die geschnittenen Stücke werden mit Fett und Geschmacksverstärker beschichtet, um das Haustierfutter fertig zustellen.

Im Extrusionsverfahren bestimmen die relativen Proportionen von Kohlenhydraten und Proteinen in einer gegebenen Haustierfutterrezeptur die Merkmale der kontinuierlichen Schmelze und des Bindens der Materialien hierin, wenn das Futter hergestellt wird, wodurch die Festigkeit und die Härte des Extrudats in dem Herstellungsverfahren bestimmt wird. Fette und Öle schmieren die komprimierte Polymermischung und modifizieren die Eigenschaften des Endprodukts sowie die Qualitäten beim Verzehr des extrudierten Produkts. Für bestimmte Proportionen von Kohlenhydraten und Protein in einer Haustierfutterrezeptur wurden konventionelle Extrusionsverfahren als zufrieden stellend zur Herstellung von trockenem Tierfutter gezeigt.

Jüngste Fortschritte bei der Tierernährung haben jedoch Haustierfutterrezepturen mit erhöhten Proportionen von Protein und Fett sowohl bei Kost für spezielle Anforderungen als auch in Aufzuchtkost für junge Haustiere wünschenswert gemacht. Haustierfuttermittel mit hohem Protein- und Fettgehalt sind jedoch problematisch aus Sicht der Herstellung. Unter Bezug auf bekannte Extrusionsverfahren beeinflussen hohe Protein- und Fettformulierungen und der resultierende niedrige Kohlenhydratgehalt gegenteilig das Extrudat, so dass es nicht länger zusammenhält, wenn es den Extruder verlässt. Feststoffbildung bei Haustierfutterprodukten ist schwierig, und es wird ein bröckliges extrudiertes Produkt hergestellt, welches übermäßigem Zerbrechen während der nachfolgenden Verfahrensschritte und der Handhabung des Produkts unterliegt.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung von Haustierfutter bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Extrudieren einer Basisfutter-Rezeptur, das Mahlen des extrudierten Futters und das Formpressen des gemahlenen Futters in gleichförmige feste Formen.

Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung von trockenem Haustierfutter mit einem Kohlenhydratgehalt von etwa 20 Gew.-% oder weniger bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Dosieren der Zutaten eines Futters mit näherungsweise einem Kohlenhydratgehalt von 20 Gew.-% oder weniger, Extrudieren des dosierten Futters zu einem Futterextrudat, Mahlen des Futterextrudats und Formpressen des gemahlenes Futters in gleichförmige, feste Formen.

Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Bildung eines Haustierfutters mit einem Proteingehalt von zumindest etwa 50 Gew.-% und einem Gesamtfettgehalt von weniger als etwa 27 Gew.-% bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Extrudieren eines Basisfutters, um ein Extrudat herzustellen, Mahlen des Futterextrudats, Hinzufügen eines Binders zu dem gemahlenen Futter und Formpressen des gemahlenen Futters in gleichförmige feste Formen.

Nach noch einem weiteren Aspekt wird ein Haustierfutter bereitgestellt. Das Haustierfutter hat einen Proteingehalt von zumindest 50 Gew.-% und einen Gesamtfettgehalt von zumindest etwa 60 Gew.-%. Das Haustierfutter wird durch das Verfahren des Extrudierens einer Basisfutter-Rezeptur, Mahlen des Futters nach Extrudieren des Futters und Formpressen des gemahlenen Futters in gleichförmige feste Formen gebildet.

1 ist ein schematisches Diagramm einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung von Haustierfutter.

2 ist ein schematisches Diagramm eines Systems zur Herstellung von Haustierfutter.

3 ist ein Verfahrensfließbild eines Verfahrens zur Herstellung von Haustiertierfutter gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

1 ist ein schematisches Diagramm einer Extrusionsvorrichtung 10, welche verwendet wird, um trockenes Haustierfutter herzustellen. Die Extrusionsvorrichtung 10 umfasst Extruder 12 mit einem Gehäuse 14 mit einem Einlass 16, welcher das Futter aus einem Preconditioner 18 aufnimmt. Der Extruder 12 hat einen Auslass, der mit einem Werkzeugabschnitt verbunden ist wie er im Stand der Technik wohlbekannt ist. In einer Ausführungsform ist ein Vorratsbehälter bereitgestellt, um vorgemischte Haustierfutterrezeptzutaten zu zuführen, ehe diese in den Preconditioner 18 eintreten. Die Extruderdüse 14 umfasst eine Vielzahl von Gehäuseabschnitten 20, 22, 24, 26 und 28, obwohl verstanden werden muss, dass größere oder weniger Gehäuseabschnitte verwenden werden können. Eine längliche Bohrung erstreckt sich durch die Gehäuseabschnitte 20, 22, 24, 26 und 28, und es ist eine oder sind mehrere sich drehende, Material nach vorne bewegende Schrauben (nicht gezeigt in 1) in der Bohrung aufgenommen und enden in dem Extruderwerkzeugabschnitt.

Im Einsatz werden Haustierfutterrezepturen konventionell gemischt, befeuchtet und in den Vorratsbehälter geladen, welcher in Fließverbindung mit dem Preconditioner 18 steht. Die Futterrezeptmischung wird von dem Preconditioner 18 durch den Einlass 16 in die Extruderdüse 14 zugeführt und die Schrauben bewegen das Material im Gehäuse 14 in Richtung des Extruderdüsenabschnitts. Die Temperatur der Extrusionsvorrichtung 10, die Friktion zwischen der fließenden Mischung im Gehäuse 14 und in den Komponenten der Extrusionsvorrichtung 10 und die Tätigkeit der Schrauben erzeugen Druck innerhalb der Vorrichtung 10. Die Futtermischung wird mechanisch bei hohen Temperaturen durch die sich drehenden Schrauben durchgewalkt, bis die Futtermischung auf eine im Wesentlichen flüssige Weise durch das Gehäuse 14 fließt. Nach dem sie zu einem Ende des Gehäuse 14 geflossen ist, tritt die Futtermischung durch eine oder mehrere Öffnungen, die sich durch den Extruderdüsenabschnitt erstrecken, hindurch. Wenn die flüssige Mischung, die gelegentlich als „Schmelze" bezeichnet wird, den Extruderdüsenabschnitt verlässt, wird die Schmelze plötzlich atmosphärischem Druck ausgesetzt, und die Gase, die in der Schmelze gebildet wurden, werden freigesetzt oder aus dem extrudierten Produkt entlassen, wobei bewirkt wird, dass das Extrudat sich rasch ausdehnt und ein poröses festes Produkt bildet. In einer alternativen Ausführungsform kann ein Extrusionsapparat mit einer einzelnen Schraube verwendet werden, was im Stand der Technik wohl bekannt ist.

Zur vollständigen und ausgewogenen Ernährung werden Haustierfutter grundsätzlich aus Kohlenhydraten, Proteinen, Fetten, Vitaminen und Mineralien formuliert. Verschiedene Zutaten zur Bereitstellung dieser Grundkomponenten von Tierfutterrezepturen werden gemischt und vermengt, befeuchtet und mit der Extrusionsvorrichtung 10 verarbeitet, um Haustierfutter herzustellen. Die relativen Proportionen von Kohlenhydraten und Proteinen in einer gegebenen Haustierfutterrezeptur bestimmen die Eigenschaften der kontinuierlichen Schmelze und des Abbindens des Materials in der Extrusionsvorrichtung 10, wodurch die Beständigkeit und Härte des Extrudats in dem Herstellungsverfahren bestimmt wird.

Kohlenhydrate für Haustierformulierungen werden grundsätzlich durch Stärke geliefert. Mais und Weizen beispielsweise, und insbesondere Mais- und Weizenmehl sind geeignete Quellen für Stärke. Alternativ können Gerste, Hafer, Hirse und Tapioka, typischerweise in gemahlener Form, Stärke für Haustierfutterrezepturen zusammen mit anderen bekannten Kohlenhydratquellen liefern. Zusätzlich können diese und andere Proteinquellen in Kombination geliefert werden um Kohlehydrate für Haustierfutterrezepturen bereitzustellen.

Proteine für Haustierfutterrezepturen werden im Wesentlichen durch tierische Fleischfeststoffe aus dem Schlachthaus, wie beispielsweise Geflügelmehl, Fleischmehl, und Fischmehl erhalten. Andere Quellen an Protein umfassen getrocknetes Rinderblutmehl, entfettetes Sojamehl oder andere bekannte Proteinquellen.

Fett für Haustierfutterrezepturen kann geliefert werden durch flüssige und lösliche Fettsäuren und freie Fettsäuren, tierische Fette (Talg, weißes Fett, gelbes Fett), pflanzliche Öle (Sojabohnenöl, Palmöl, Baumwollsamenöl, Sonnenblumenöl) und andere bekannte Fettquellen. Zusätzlich können weitere Haustierfutterrezeptkomponenten, wie beispielsweise Proteinmaterial (beispielsweise Fleischmehl) einige Mengen an Fett enthalten, um für die Formulierung eines Haustierfutters in Betracht zu kommen. Fette und Öle schmieren die komprimierte Polymermischung in der Extrusionsvorrichtung 10 und modifizieren die Endprodukteigenschaften und Verzehrqualitäten des extrudierten Produkts.

Bekannte Vitamine, Mineralien, Konservierungsmittel, Binder und Füllstoffmaterialien können zusätzlich in einer Haustierfutterrezeptmischung eingesetzt werden, entweder vor oder nach der Verarbeitung in der Extrusionsvorrichtung 10.

Wie oben erwähnt, haben neuere Erkenntnisse bei der Haustierernährung Haustierfutterrezepturen mit erhöhten Portionen an Protein und Fett, wünschenswert sowohl bei spezieller Bedarfskost als auch bei Aufzuchtkost für junge Tiere, ergeben. Haustierfutter mit hohem Proteingehalt (beispielsweise mehr als etwa 50 Gew.-%) und hohem Fettgehalt (beispielsweise weniger als etwa 27 Gew.-%) ist jedoch schwierig herzustellen. Haustierfutter mit hohem Protein- und Fettgehalt haben einen geringeren Kohlenhydratgehalt (beispielsweise weniger als 20 Gew.-%) auf Grund des erhöhten Protein- und Fettgehalts. Der niedrige Kohlenhydratgehalt beeinflusst das Exdrudat gegenteilig, sodass es nicht zusammenhalten wird, wenn es die Extrusionsvorrichtung 10 verlässt und sich ausdehnt. Bildung von Fettstoffen des Haustierfutterprodukts ist gehemmt, und es wird ein bröckliges extrudiertes Produkt hergestellt, welches übermäßigem Zerbrechen unterliegt während nachfolgender Verarbeitung und der Handhabung des Produkts. Es wurde beispielsweise festgestellt, dass das Exdrudat hoch protein- und hoch fetthaltiger Rezepturen krümelig wird, wenn es zu einem Trockner transportiert wird, und dass es generell ungeeignet für Nachextrusionsprozesse ist, wie beispielsweise beim geschmacksverstärkenden Beschichten. Trotz dieser Belange können stark protein- und fetthaltige Haustierfuttermittel dennoch gemäß dem nachstehenden System und Verfahren hergestellt werden.

2 ist ein schematisches Diagramm eines Systems 50 zur Herstellung von hoch protein- und fetthaltigem Tierfutter. Das System 50 umfasst einen Mischer 52 zur Dosierung der Haustierfutterrezeptur, eine Extrusionsvorrichtung 10 (gezeigt in 1), einen Trockner 54, ein Mühle 56, eine Presse 58 und eine Beschichtungstrommel 60.

System 50 kann aus kommerziell bekannten und erhältlichen Komponenten zusammengestellt sein. Der Mischer 52 kann beispielsweise ein kommerzieller 3000 lb umfassender Mark Mixer sein. Der Trockner 54 kann beispielsweise ein dampfbefeuerter Proctor Schwartz-Trockner sein. Die Mühle 56 kann beispielsweise eine kommerzielle Mahlapparatur sein, erhältlich über Bliss Industries, Inc of Ponca City, Oklahoma. Die Pressformpresse 58 kann beispielsweise eine Colton 216 Tablettenpresse sein. Die Beschichtungstrommel 60 kann beispielsweise eine bekannte Vorrichtung zum Auftragen von Geschmacksverstärkern auf geformtes Haustierfutter sein. Die Extrusionsvorrichtung 10 kann beispielsweise eine Vorrichtung sein, wie oben unter Bezug auf 1 beschrieben ist. Es wird angenommen, dass die vorangehenden und andere ähnliche Komponenten, die geeignet sind zur Herstellung von Haustierfutter gemäß dem unten beschriebenen Verfahren, dem Fachmann ohne weitere Erklärung gut bekannt ist.

Das System 50 wird gemäß bekannter Verfahrenssteuerungssysteme und Techniken implementiert und betrieben, um effizient stabile, feste, hoch protein- und hoch fetthaltige Haustierfuttermittel, die in der Lage sind, in vollständigen Herstellungsvorgängen das nachfolgende Handhaben des Produkts ohne übermäßiges Zerbrechen auszuhalten. Darüber hinaus wird angenommen, dass das System 50 Schütten, Förderbänder, Vorratstrichter, Zuführvorrichtungen und weitere Transportausstattungen aufweist, um Haustierfutter während der Herstellungsvorgänge zu den geeigneten Stellen im System 50 zu führen und die Komponenten des Systems 50 zur Verfahrensdurchführung auf geeignete Weise zu beschicken. Zusätzlich können Zerstäuber, Befeuchter usw. von dem System 50 umfasst sein, wie vom Fachmann verstanden werden wird.

3 ist ein Verfahrensfließbild eines Verfahrens 80 zur Herstellung von Haustierfutter gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 80 verwendet Extrusionstechniken und einen „Kuchenmischung"-Ansatz, um erfolgreich Tierfutter mit hohem Protein- und hohem Fettgehalt zu formen. Durch Extrudieren einer hoch protein- und fetthaltigen Rezeptur und Mahlen des bröckeligen Extrudats zu einer Kuchenmischung kann ein akzeptables Haustierfutterprodukt mittels der bekannten Pressformtechniken aus der Kuchenmischung geschaffen werden. Diese generelle Methodologie wird zur Herstellung von Haustierfutter mit über 70 Gew.-% Poteingehalt, bis zu 27 Gew.-% Fettgehalt und bis zu 100 Gew.-% Kohlehydratgehalt (beispielsweise Stärke) verwendet. Noch ausdrücklicher gesagt, kann die Methodologie zur Herstellung von trockenem Haustierfutter mit einem Proteingehalt von mehr als etwa 50 Gew.-%, einem Gesamtfettgehalt von weniger als etwa 27 Gew.-% und einem niedrigem Kohlenhydratgehalt von weniger als etwa 20 Gew.-% verwendet werden. Ein beispielhaftes Haustierfutterprodukt enthält einen Proteingehalt von etwa 55–56 %, einen Gesamtfettgehalt von etwa 18,5 Gew.-% und einen Kohlehydratgehalt von etwa 17 Gew.-%. Verfahren 80 stellt eine Textur bereit, die bei konventionell extrudierten Haustierfuttermitteln nicht gefunden wird. In einer alternativen Ausführungsform hat das Haustierfutter einen Proteingehalt zwischen etwa 0 % und etwa 50 %. Noch ausdrücklicher gesagt, kann Haustierfutter mit einem Proteingehalt von etwa 25 % bis etwa 30 % hergestellt werden unter Verwendung der nachstehenden beschriebenen Verfahren.

Grundsätzlich und unter Bezug auf 3 umfasst das Verfahren 80 das Dosieren 82 der Haustierfutterrezeptzutaten und Mischen 84 der Zutaten zu einem Mehl mit einem Mischer 52 (gezeigt in 2). Einmal gemischt 84, wird das Mehl befeuchtet 86 und extrudiert 88, wie beispielsweise mit der Extrusionsvorrichtung 10 (gezeigt in 1). Ein instabiles, bröckeliges Exdrudat kommt aus dem Extruderdüsenabschnitt, und das Extrudat wird im Trockner 54 (gezeigt in 2) getrocknet 90. Das getrocknete Extrudat, in der Form von Pulver, Krümeln, Fetzen und Flocken, wird mit der Mühle 56 (gezeigt in 2) gemahlen 92, und das gemahlene Extrudat wird dann in eine gleichmäßige feste Körperform mittels einer Tablettenpresse 58 (gezeigt in 2) zu festen Tabletten formgepresst 94. Diese Tabletten werden dann mit Fett und Geschmacksverstärkern unter Verwendung einer Stielbeschichtungstrommel (gezeigt in 2) beschichtet 96.

Mischen 82 des Futters umfasst das Aufnehmen der notwendigen Zutaten, wie einigen der oben beschriebenen, um einer bestimmten Haustierfutterrezeptur zu genügen, und Mischen der Zutaten gleich der konventionellen Extrusionsverfahren zur Schaffung von Haustierfutter. In einem Beispiel umfassen die Zutaten pro Gewichtseinheit zur Bildung eines verkäuflichen Futters mit hohem Proteingehalt (beispielsweise größer als etwa 54 %) und hohem Fettgehalt (beispielsweise etwa 18,5 %) das Folgende:

In einer beispielhaften Ausführungsform und unter Ausnahme des Talgs und möglicherweise einiger der „anderen" Zutaten werden die Zutaten wie nachfolgend steht, dosiert 82 und gemischt 84 zu einem Basisfutter mit dem Mixer 52 (gezeigt in 2) in einer 1361 kg (30001) Chargengröße, und der Extrusionsvorrichtung 10 (gezeigt in 1) zugeführt. In einem Beispiel wird die Zutatenmischung mit einer Rate von 1134 kg/h (2500 lb/h) an trockenem Basisfutter extrudiert 88 befeuchtet mit einer Wasserrate von 0,79 gpm und extrudiert mit einer Dampfrate von 138 kg/h (304 lb/h) mit einer Vorschubrate von 230 rpm. Allgemeiner gesagt können Extrusionsvorrichtungsfutterraten von 1134–1361 kg/h (2500–3000 lb/h) verwendet werden, Extrusionsfeuchtigkeitsgehalte von 22–43 % können verwendet werden und, Vorschubgeschwindigkeiten von 66 bis 300 rpm können in unterschiedlicher Ausführungsformen verwendet werden. Das Extrudat wird zu dem Trockner 54 geführt (gezeigt in 2) und getrocknet 90.

Um mit dem vorstehenden Beispiel fortzufahren, wird das getrocknete Basisfutterextrudat mit der Mühle 56 gemahlen 92 (gezeigt in 2) und durch eine Blissmühle #4 mit einer Anzeige von 60 Hz geführt, um ein trockenes gemahlenes Pulver mit einem Feinheitsmodul (MOF) von etwa 100 bis 200 zu erhalten, wie von der American Society of Agricultural Engineers definiert ist. In einer Ausführungsform wird das Mehl zu einem Pulver mit einem MOF von etwa 160 bis etwa 180 gemahlen. Ein einprozentiger Kollagenbinder, wie beispielsweise Proteinplus, erhältlich von Cra-Vac Industries Inc. of Toronto, Canada, wird zu dem gemahlenen Mehl hinzugefügt 93. Das Mehl, das den Kollagenbinder umfasst, wird erneut gemischt 95 und der Druckformpresse 58 (gezeigt in 2) zugeführt.

Das gemahlene Mehl wird formgepresst 94 wie in einem Beispiel folgt. Das gemischte Mehl wird der Druckformmaschine 58 mit einer Rate von 365 Gramm Mehl pro Minute mit einer Zuführvorrichtung, die verbunden ist mit der Pressformmaschine, zugeführt. Das Mehl wird leicht mit einem Zerstäuber hydratisiert, wie beispielsweise mit einer Rate von 27–28 Gramm Wasser pro Minute. Das Mehl tritt dann in die Tablettierpresse ein und wird in feste Tabletten mit einer Rate von 250 bis 500 Tabletten pro Minute bei einem Druck von etwa 422 kg/cm² (6000 Pfund pro Inch²) formgepresst 94. Feste Tabletten werden daher formgepresst 94, jede Tablette wiegt dabei näherungsweise 1 Gramm in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel. Einmal geformt, werden die Tabletten zu dem Trockner 54 überführt (gezeigt in 2) und getrocknet 97 bis zu einem Tablettenfeuchtigkeitsgehalt von etwa 8 %.

Das oben beschriebene Verfahren 80 führt zu stabilen Tabletten, die nicht zerbrechen oder bei der nachfolgenden Handhabung auseinander fallen. Beispielsweise können die Tabletten besprüht und/oder beschichtet 96 werden mit Fett und Geschmacksverstärkern, die mit einer 8 Gew.-% Talgbeschichtung in einer Chargengröße von vier Pound, ohne zu zerkrümeln. Ferner, sobald fertig gestellt, kann das Haustierfutterprodukt gepackt und vertrieben werden ohne übermäßigen Bruch.

Geschmackstests indizieren keine bedeutsamen geschmacklichen Unterschiede zwischen vergleichbaren extrudierten Haustierfutter gemäß konventionellen Extrusionsverfahren und pressgeformtem Futter. Zusätzlich, und wie oben angemerkt, bietet das Pressformen von Futter eine einmalige Textur, die in konventionellem extrudierten Futter nicht gefunden wird.