專利名稱：寵物磨牙物及其生產方法
技術領域：
本發明涉及生產寵物磨牙物的方法以及通過所述方法制得的寵物磨牙物。
背景技術：
寵物，例如狗的可磨牙物品在本領域是熟知的。這些物品具有柔韌性，并能用作寵物的玩具和使寵物牙齒保持良好狀態的手段。這類物品可以由不同的材料生產。它們主要可分成兩類不可食用的和可食用的。
寵物磨牙物的非食用變體可以由合成塑料材料，或者由生皮來制備。它們具有良好的磨牙效果，并且由于其力學性能，它們具有相當長的使用時間。大多數非食用磨牙物的最大缺點是，它們幾乎不能生物降解。
可食用寵物磨牙物主要使用例如谷類、稻米、奶以及源于這些物質的酪蛋白、明膠和淀粉產品作為原材料來生產。典型地，它們包含大量的添加劑，例如樹膠、肉類和動物來源的其它產品、礦物油或脂肪、維生素、著色劑、芳香或味道增強劑。當然，目標是生產具有所需力學性能從而能長時間使用的相關產品。
美國專利第5,827,565號中公開一種基于熱塑性淀粉的狗磨牙物，PARAGON IM 1010。所述熱塑性淀粉包含相當大量的碳酸鈣。所述狗磨牙物具有脆性，因此不太適合于大狗。
大多數公知可食用磨牙物的缺點是其力學性能不令人滿意。由于它們包含幾種組分的混合物，所以它們通常是脆的，并且通常在寵物，(例如大狗)將其牙齒放入其中時，不久將破裂。

發明內容
本發明旨在提供一種得自可再生來源天然材料制備的寵物磨牙物，從而使所述磨牙物可食用且可生物降解。還特別需要所述磨牙物具有優異的力學性能，使之即便在用于例如大狗的強壯動物時也能具有較長的使用時間。
已經發現通過結合較大量的增塑劑和纖維可以由熱塑性淀粉來生產優異的寵物磨牙物。因此，本發明涉及制備寵物磨牙物的方法，所述方法包含-制備淀粉或淀粉衍生物、增塑劑和纖維材料的混合物；-將所述混合物轉化成熱塑性淀粉；及-將熱塑性淀粉模塑成所需的寵物磨牙物。
由于本發明的寵物磨牙物所用原材料是可生物降解的、可食用的產品，因而沒有有關例如BSE或者沙氏門菌(Salmonella)相關的危險。此外，原材料的具體組分和生產所述磨牙物的方法使它具有優異的力學性能。所述磨牙物粗糙且具有柔韌性，并且具有長的使用時間。它在力學性能方面與基于合成材料的公知磨牙物很相似，但它是可食用且可生物降解的。由于其有利的力學性能，根據本發明的磨牙物對于寵物的牙齒具有有益的作用。
如上所述，根據本發明的寵物磨牙物是基于淀粉的。原則上，所述淀粉可以是任何來源的。合適的實例是馬鈴薯、小麥、玉蜀黍、木薯淀粉、稻米和豌豆淀粉。優選使用小麥淀粉，因為已經發現它能導致終產品具有非常良好的尺寸穩定性。淀粉可以以天然形式使用，但是也可以被物理改性或化學改性。當然，還可以使用天然淀粉和改性淀粉的組合，或者不同改性淀粉的組合。可以使用的化學改性淀粉是氧化淀粉、羧甲基化淀粉、羥烷基化淀粉、乙酰化淀粉、(部分)水解的淀粉，以及其它衍生化的淀粉。合適的物理改性淀粉的實例是已經過例如鈉或鉀離子的離子交換的淀粉。
將要被轉化成根據本發明的熱塑性淀粉的混合物優選包含15至90重量％，更優選50至80重量％的淀粉，基于所述混合物的固體干重。
改性淀粉的優選實例是淀粉水解產物。它是已經被部分化學或酶水解(或者已經用別的方式改性)的天然淀粉。水解程度以糖化率(dextrose equivalent)(DE)來表示。沒有經過水解的淀粉的糖化率為0，而完全水解的淀粉的糖化率的為100。為了改善根據本發明制備的熱塑性淀粉混合物的流動性質，優選所加入的淀粉水解產物的DE不高于40，更優選在1至20之。已經發現在制備根據本發明的寵物磨牙物中使用部分改性的淀粉會導致具有優越性質的產品。所述要轉化成熱塑性淀粉的混合物的遷移率或粘度的增加，將導致材料中存在的應力得到更好的釋放。結果，實現了尺寸穩定性的增加并且獲得了改善的柔韌性。
如果需要，所述淀粉可以與其它天然且可生物降解的聚合物(例如纖維素及其衍生物、蛋白質(例如玉米蛋白或小麥蛋白質)，或者其它的多糖，例如樹膠(阿拉伯樹膠、瓜爾膠等)、果膠，或者dragant)混合。還可以使用淀粉和蛋白質的天然混合物(例如面粉)作為原材料。
為了制備根據本發明的淀粉材料寵物磨牙物，淀粉被首先轉化成熱塑性淀粉。為此，制備出包含適當添加劑的淀粉混合物，然后擠壓所述混合物。
本發明的一個重要方面在于所述淀粉與增塑劑的混合。盡管在生產根據本發明的寵物磨牙物的過程中，水也具有塑化性質，但是需要附加的增塑劑。優選的增塑劑為多元醇。這類增塑劑中包含乙二醇、二甘醇、烷撐二醇、聚二醇、山梨糖醇、甘油、單酸甘油酯等。其它合適的增塑劑包括檸檬酸酯和脲。
制備根據本發明寵物磨牙物的起始混合物中的含水量優選為7至35重量％，基于混合物的干固體重量。除此之外，基于混合物的干固體重量，使用5至30重量％，優選15至30重量％，并且更優選18至30重量％的附加增塑劑。已經發現這些量的增塑劑會導致非常柔韌性的產品，而不會危及最終產品，即寵物磨牙物的尺寸穩定性。
所述混合物還包含例如乳化劑的其它添加劑。乳化劑的適當實例包括卵磷脂和單酸甘油酯。乳化劑的用量優選為0至5重量％，基于混合物的干固體重量。
流動特性改進劑/潤滑劑可以改善熱塑性淀粉的加工性能(產品具有低的應力)。流動特性改進劑的實例是動物和植物油和脂肪，尤其是氫化的油和脂肪，以及脂肪酸和脂肪酸衍生物，例如單酸甘油酯和二酸甘油酯、脂肪酸酰胺、這些脂肪酸的金屬鹽和脫水山梨糖醇酯。Fosfatides也可以用作流動特性改進劑。蓖麻油和卵磷脂是性能特別好的流動性能增強劑/潤滑劑的實例。在要轉化成熱塑性淀粉的混合物中，基于干固體重量，流動特性改進劑的用量可以達到10％，更優選在0至5重量％之間。
所述混合物中另一個重要組分是纖維。優選使用天然的寵物食品級纖維材料。優選實例包括纖維素、大麻、椰子、草、亞麻、馬鈴薯及其它天然纖維。所述纖維的長度優選在23至2000微米間，更優選60至300微米間。基于干固體混合物的重量，纖維的優選使用量在1至35重量％，更優選1至25重量％，并且再更優選5至20重量％的范圍內。
還可以結合有機或無機填料材料，例如白堊或氧化鈦。填料優選以0至10重量％的量添加，基于干固體混合物的重量。
在這一步驟中，還可以添加其它的添加劑，例如pH調節劑、健康成分、著色劑、酶、芳香或口味增強劑。舉例來說，碳酸氫鈉或磷酸鹽緩沖液可以用作pH調節劑。維他命或共軛的亞油酸(CLA)可以用作健康成分。通常使用雞肉、牛肉，或者植物(例如薄荷或香草)芳香作為芳香或口味增強劑。通常使用紅色、黃色、桔黃色(氧化鐵)、綠色(葉綠素)或白色(氧化鈦)著色劑作為著色劑。典型地，這些添加劑以0至10重量％的量添加，基于混合物的干固體重量。
為了制備上述混合物的熱塑性淀粉，對其進行擠壓。在擠壓期間，淀粉凝膠化。優選使用在95至180℃，更優選在100至150℃的溫度下操作的雙螺桿型擠壓機。由于所述混合物在擠壓期間能得到徹底的勻化，在擠壓前并不十分需要劇烈地混合所述混合物的所有成分來獲得均勻的混合物。在擠壓期間，淀粉將從有序的結構轉化成無序的非晶結構(變構)，從而獲得加工性能非常良好的熱塑性材料。
在一個實施方案中，寵物磨牙物在擠壓步驟中被模塑。原理上，在制備熱塑性淀粉的上述擠壓步驟中進行這樣的操作是可以的。但是，優選實施第二擠壓步驟。在此情況下，第二擠壓步驟優選使用單螺桿型擠壓機。在第一和第二擠壓步驟中間，熱塑性材料被擠壓通過孔徑為1至5毫米的網篩，并且切割得到顆粒狀材料。所述顆粒狀材料優選被調節至合適的含濕量以便用于第二擠壓步驟，該含濕量一般低于第一擠壓步驟。
本發明的一個優點是在擠壓機中形成的熱塑性材料具有擠壓通過沖模的足夠塑性特性。在大氣條件下，所擠壓的產品不需要發泡。流出擠壓機的材料或者直接在沖模口切割成所需的尺寸和形狀，或者首先通過加壓氣流或氮氣冷卻來冷卻，然后切割成所需尺寸和形狀。優選所述材料不用水冷卻。
在另一個實施方案中，通過注射模塑法模塑寵物磨牙物。根據該實施方案，優選變構的淀粉混合物在擠壓后(或者優選作為擠壓工藝的后一步驟)被擠壓通過孔徑為1至5毫米的網篩。如果通過注射模塑法模塑寵物磨牙物，通常如此進行。優選切割所得的纖維材料，得到顆粒狀材料。所述顆粒狀材料的含濕量優選被調節成5至20重量％，更優選6至15重量％，再更優選7至10重量％，基于顆粒狀材料的重量。使用擠壓機中的真空區，或者用熱空氣干燥來控制所述含濕量。
在注射模塑期間，優選使用從80至200℃，更優選從110至170℃的加工溫度。如果在擠壓前沒有或不添加各種添加劑，例如維他命、著色劑、芳香和味道增強劑，它們也可以在注射模塑前直接被添加到熱塑性淀粉顆粒中。
優選使用低于1500巴的設備桶壓來實施注射模塑。為了使材料經受低的剪切，注射速率優選保持較低，并且注射通道優選較寬。
注射模塑的改進可以導致最終產品具有改善的尺寸穩定性。為了實現這一點，以在基質中凍結最少應力的方式設計所述工藝。這可以通過增加加工溫度、低反壓(backpressure)分布和高模塑溫度，結合低的注射速度來實現。結果循環次數將增加。因此，使用回轉機床(carrousel machine)是有益的。
注射模塑顆粒材料所用的模具或者材料在擠壓后被切割成的形狀優選具有狗磨牙物形狀，例如棒狀，或者中空或其它天然形狀，例如模擬骨頭的形狀。考慮的其它形狀是髓骨、豬耳、牙刷，或者形狀組合，例如被成形為一面像骨頭另一面像牙刷的狗磨牙物。優選將終產品封裝在隔絕水、濕氣和空氣的封裝材料中。
應注意的是也可以將上述擠壓和注射模塑的兩個實施方案結合起來，例如通過使用在注射模塑裝置上安裝的雙螺桿擠壓機。根據這種組合實施方案，所擠壓的產品被引入注射模塑室，而不經過生產顆粒材料的中間步驟。
通過下面非限制性實施例來進一步闡述本發明。
實施例1120重量份食品級馬鈴薯淀粉(含濕量18％，購自AVEBE，Veendam，荷蘭)、X份甘油(用量參閱表格，1.26濕型，購自Chemproha)、3重量份卵磷脂(購自Lucas Meyer的Topcitin 50)和27.5重量份纖維素纖維(Arbocell BWW 40型，纖維平均長度200微米，購自Rettenmaier)被混在一起。所述混合物中甘油用量在22.5和37.5重量份之間變化。
所述混合物在Clextral BC 45(L/D＝23)擠壓機中擠壓。溫度分布為20(進料區)/115/120/115/85(沖模)℃。擠出物被顆粒化(顆粒尺寸為約φ4毫米)并且干燥至9～10％的含濕量。使用裝備有標準PE螺桿的DemagD60 NCIII-K注射模塑設備來注射模塑所述顆粒。加工溫度為150-160℃；模溫度為20℃。根據DIN 23167模塑樣品條。
所述樣品條在20℃和55％的相對濕度下被調節7天。為了確定力學性能，使用帶有應變傳感器的拉力試驗機。通過比較調節前后所述樣品條的長度來確定注射模塑方向上的收縮性質。
實驗總結和結果列于表1中(樣品1、2和3)。增加甘油量導致硬度降低，因此導致柔韌性和收縮增加。
實施例2120重量份食品級馬鈴薯淀粉(含濕量18％，購自AVEBE，Veendam，荷蘭)、30重量份甘油(1.26濕型，購自Chemproha)、3重量份卵磷脂(購自Lucas Meyer的Topcitin 50)和28重量份纖維素纖維(Arbocell BWW 40型，購自Rettenmaier)被混在一起。纖維素纖維長度在23至2000微米之間變化。
使用這些混合物，重復實施例1中的步驟。
所得結果表示在表1中(參閱樣品4、5、6和7)。從中可見纖維長度增加對材料的柔韌性具有較小的影響。隨著纖維長度增加，尺寸穩定性顯著增加。
實施例3120重量份食品級馬鈴薯淀粉(含濕量18％，購自AVEBE，Veendam，荷蘭)、30重量份甘油(1.26濕型，購自Chemproha)、3重量份卵磷脂(購自Lucas Meyer的Topcitin 50)和纖維素纖維(ArbocellBWW 40型，購自Rettenmaier)被混在一起。纖維素纖維用量在20至35重量份之間變化。
使用這些混合物，重復實施例1中的步驟。
所得結果表示在表1中(參閱樣品1、8和9)。纖維用量增加導致硬度增加，從而柔韌性降低。還導致尺寸穩定性增加。
實施例4100重量份干的食品級淀粉、30重量份甘油(1.26濕型，購自Chemproha)、3重量份卵磷脂(購自Lucas Meyer的Topcitin 50)和30干固體重量份纖維素纖維(Arbocell BWW 40型，購自Rettenmaier)被混在一起。在本實驗中，比較兩種淀粉。它們是食品級馬鈴薯淀粉(與前述實施例中相同)和食品級小麥淀粉(Excelsior型，AVEBE，Veendam，荷蘭)。
使用這些混合物，重復實施例1中的步驟。
所得結果表示在表1中(參閱樣品1和10)。使用這兩種淀粉，獲得可比的硬度。但是，基于小麥淀粉的樣品的尺寸穩定性明顯更好。
實施例5116重量份食品級小麥淀粉(Excelsior型，含濕量14％，購自AVEBE，Veendam，荷蘭)、33.2份甘油(1.26濕型，購自Chemproha)、3重量份卵磷脂(購自Lucas Meyer的Topcitin 50)和19干固體重量份纖維素纖維(Arbocell BWW 40型，購自Rettenmaier)被混在一起。除了使用被干燥至10-11％含濕量的顆粒化擠出物外，使用這些混合物重復實施例1中的步驟。
所得結果表示在表1中(參閱樣品11和12，分別經過2周和5周的調節)。從中可見經5周調節后的力學性能與經2周調節后的力學性能相同。因此，在短于6周的時間內材料的柔韌性能夠得到維持。
表1樣品 E-模量 拉伸強度 斷裂應變收縮率實施例 組成1# (MPa)(MPa)(％) (％)I，III，IV1PN30G3L27.5BWW40838[31]210.9
26.6[1.9]3.52PN22.5G3L27.5BWW40 1955[46]21.6
3.3
1.23PN37.5G3L27.5BWW40 106[9] 5.0
46.4[1.7]8.2II4PN30G3L28FIF400 1158[52]15.5
9.1[1.5] 1.05PN30G3L28B400 1109[43]15.2
13.0[2.3]3.26PN30G3L28BWW40 1111[48]11.9
22.4[2.1]5.37PN30G3L28B600 1099[53]11.1
23.8[1.6]6.3III 8PN30G3L20BWW40 596[61] 9.5
32.6[2.8]5.39PN30G3L35BWW40 1075[51]13.1
15.9[2.6]2.4IV10 WN30G3L27.5BWW40720[56] 10.9
20.6[2.0]2.4WN33.2G3119BWW40V 11 164[30] 5.3
44.6[4.1]5.3(2周)WN33.2G3119BWW4012 146[5] 5.2
44.9[1.7]5.9(5周)1組成如下淀粉 PN 馬鈴薯淀粉WN 小麥淀粉 增塑劑 G 甘油 乳化劑 L 卵磷脂 纖維 BWW40 Arbocel BWW40 200微米纖維FIF400 Arbocel FIF400 2000微米纖維B400 Arbocel B400 900微米纖維B600 Arbocel B600 60微米纖維2測量的標準偏差在括號內給出
權利要求
1.一種制備寵物磨牙物的方法，其包括-制備淀粉或淀粉衍生物、增塑劑和纖維材料的混合物；-將所述混合物轉化成熱塑性淀粉；及-將所述熱塑性淀粉模塑成所需的寵物磨牙物。
2.根據權利要求1的方法，其中所述淀粉是馬鈴薯、小麥、玉蜀黍、木薯淀粉、稻米和豌豆淀粉。
3.根據權利要求1或2的方法，其中所述淀粉是天然淀粉或化學或物理改性的淀粉。
4.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述增塑劑選自多元醇、檸檬酸酯和脲。
5.根據權利要求4的方法，其中所述增塑劑是甘油。
6.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述增塑劑在所述混合物中的含量為5至30重量％，優選18至30重量％，基于混合物的重量。
7.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述纖維材料選自纖維素、大麻、椰子、草、亞麻、馬鈴薯及其它天然纖維。
8.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述纖維材料在所述混合物中的含量為1至35重量％，優選1至25重量％，更優選5至20重量％，基于混合物的重量。
9.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述纖維材料由長度在23至2000微米，優選在60至300微米之間的纖維構成。
10.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述混合物中含有7至35重量％的水，基于混合物的重量。
11.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述淀粉衍生物是淀粉水解產物。
12.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述混合物還包含一種或多種選自卵磷脂、單酸甘油酯、油、脂肪(優選蓖麻油)、脂肪酸或其鹽(例如硬脂酸鈣)、填料材料、維他命、著色劑、芳香和口味增強劑的添加劑。
13.根據前述權利要求任何一項的方法，其中所述混合物在95至180℃，優選在100至150℃的溫度下通過擠壓轉化成熱塑性淀粉。
14.根據權利要求13的方法，其中所述混合物被擠壓通過孔徑為1至5毫米的網篩，并且被切割成顆粒狀材料。
15.根據前述權利要求任何一項的方法，其中以熱塑性淀粉的重量計，將所述熱塑性淀粉的含濕量調節為5至20重量％，優選6至15重量％，更優選7至10重量％。
16.根據前述權利要求任何一項的方法，其中通過在80至200℃，優選110至170℃的溫度下注射模塑，將所述熱塑性淀粉模塑成具有適當形狀和尺寸的模制品。
17.一種通過前述權利要求任何一項的方法獲得的寵物磨牙物。
18.根據權利要求17的寵物磨牙物，其形狀為狗磨牙物狀、棒狀或中空狀或天然形狀。
全文摘要
本發明涉及由得自可再生來源的天然材料制備的寵物磨牙物。所述磨牙物是可食用且可生物降解的，而且具有優異的力學性能，從而即使是用于諸如大狗的強壯動物，本發明的磨牙物也能使用很長時間。
文檔編號A01K13/00GK1646008SQ03808812
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月17日 優先權日2002年4月19日
發明者威廉·特奧多爾·馬丁努斯·帕特爾, 理查德·沃爾克, 杰拉爾德斯·赫拉爾杜斯·約翰內斯·申寧克 申請人:帕拉貢產品股份有限公司