- Utvikling fra bruk av pelletering og hel fisk til ekstrudering for å produsere energirike fôr til laks og ørret
- Dosering og maling
- Kondisjonering
- Ekstrudering og vacuum coating
- Ernæringsmessig kvalitet
- Teknisk kvalitet
Utvikling fra bruk av pelletering og hel fisk til ekstrudering for å produsere energirike fôr til laks og ørret
Fram til slutten av 1980-årene ble tørrfôr til laks og ørret i ferskvann produsert ved pelletering, basert på erfaring fra oppdrett av ørret i Europa og USA. Dette innebar at en blanding av tørre råvarer ble malt, og kondisjonert (forklistret) ved hjelp av damp. Den varme deigen ble så komprimert ved å presses gjennom matriser for å oppnå riktig diameter, og kappet for å få riktig lengde på pellets. Slik pelletering byr på mange fordeler når fôr skal produseres med lavt innhold av fett. Kondisjonør og pelletpresse er relativt rimelige i anskaffelse, og har høy kapasitet. De kan brukes til å lage pellets med lavt vanninnhold og er derfor energieffektive ved at det ikke kreves store energimengder til tørking. Temperaturen i pelletpressen overgår sjelden vannets kokepunkt, og en liten andel av termolabile næringsstoffer blir ødelagt.
Til tross for disse kvalitetene er pelletering ikke egnet for produksjon av fôr til laksefisk. Det største problemet med pelletert fôr er at det ikke er i stand til å ta opp nok fett for å tilfredsstille fiskens behov for energi. De første forsøkene i Norge med fôr til laks (Austreng, 1976-1979) viste at det var behov for mer enn 15-18 % fett i fôret, og at det ikke var mulig å få inn nok fett i pelletert fôr til å tilfredsstille behovet for energi i fôr til laksunger. Stor laks og ørret har behov for høyere energiinnhold enn liten fisk. Først ble det vanlig å fôre disse med frossen hel sild og lodde. Dette ble byttet ut med «mjukfôr», som ble laget av malt fet fisk, bindemel med gelatinert stivelse, vitaminer og mineraler. Fisken likte dette fôret, men teknisk kvalitet var elendig, og som nevnt tidligere bidrar opphoping av uspist fôr under merdene til et anaerobt miljø, produksjon av den giftige gassen H2S og dårlig fiskehelse.
Disse utfordringene ble løst ved å ta i bruk ekstrudering for bedre fysisk kvalitet, og bruke «vakuumcoater») for å sikre høy fettabsorpsjon i den ekstruderte pelleten. Einen og Roem (1997) var de første som publiserte pålitelige estimater for best mulig forhold mellom fordøyelig protein og fordøyelig energi. For eksempel var det de som fant ut at laks med kroppsvekt på 2,5-5 kg trengte 16-17 g fordøyelig protein per MJ fordøyelig energi. Dette tilsvarer et fettinnhold i fôret på mer enn 30 %. Vekstfôr til laks og ørret i sjøen kan i ekstreme tilfeller inneholde så mye som 40 % fett. Slike høye mengder av olje i fôret kan bare oppnås med en kombinasjon av ekstrudering og «vakuumcoating».
Ekstruderte fiskefôr blir hovedsakelig laget av tørre råvarer, og prosessen er spesialisert for dosering, blanding og maling av pulver. Riktig forbehandling av tørre ingredienser er viktig både for fysisk og ernæringsmessig kvalitet av fôret.
De viktigste komponentene i en linje for produksjon av ekstrudert fôr omfatter utstyr for veiing, dosering, blanding, maling, kondisjonering, ekstrudering og forming, kutting slik at det dannes pellets, tørking, kjøling, og «vakuumcoating» med fett, før fôret pakkes for utkjøring (Figur 1). «Våte» råvarer som f.eks homogenisater og hydrolysater tørkes oftest før bruk, da erfaring tilsier at økt bruk av slike fôrvarer vil kreve omfattende endringer i forhold til dagens teknologi.
Dosering og maling
Formaling av blandingen av tørre råvarer blir normalt gjort på en hammermølle. Formalingsgraden er et kompromiss mellom fine partikler som fører til raskt opptak av fuktighet under kondisjonering, og grove partikler som bidrar til økt friksjon i de fremre elementene i ekstruderen.
Kondisjonering
I kondisjonøren blir de malte råvarene varmet og tilsatt fuktighet ved hjelp av damp. Kondisjonøren er en-, ellerto-kammers skrueblander, hvor pulverblandingen fuktes til et vanninnhold på 25-30 %, og varmes opp til temperatur på 85-90 oC i løpet av 30 til 180 sekunder. Kombinasjonen av varme og fuktighet, kombinert med elting i kondisjonøren setter i gang forklistring av stivelse og denaturering av proteiner.
Ekstrudering og vacuum coating
Selve ekstruderingen skjer i en eller to sylindere ved at den kondisjonerte massen transporteres framover ved hjelp av en eller to skruer (Figur 3). Skruene konfigureres med ulike elementer slik at ekstrudatet kan varmes ved tilsats av damp eventuelt vann, og øke oppholdstiden og blandingsintensiteten. Trykk og temperatur øker kraftig mot slutten av ekstruderen, hvor massen komprimeres og tvinges gjennom trange dyser. Temperaturen ved utløpet kommer opp i 110-130 oC, stivelse kokes og gelatineres, proteiner denatureres moderat, og det blandete ekstrudatet blir flytende. Oppholdstiden i denne delen av ekstrudatet er sjelden mer enn 15-20 sekunder. Overgangen fra høyt til lavere atmosfærisk trykk fører til koking. Fôrpartiklene ekspanderer og det dannes dampfylte porer. Ekstrudatet kjøles raskt på grunn av at fordampingen krever energi, og temperaturen er nede i 50 oC få minutter etter at fôrpartikkelen er ute av dysen. Denne korte eksponeringstiden og raske avkjølingen fører til at fordøyeligheten av protein ikke reduseres ved å øke ekstruderingstemperatur fra 100 til 150 oC.
Ekstrudere for fiskefôr kan ha en eller to skruer. De med en skrue er rimeligere og mest anvendelig når resepten varierer lite over tid. Dobbeltskrue-maskiner gir økt fleksibilitet. Det er også mulig å mate inn råvarer som trenger forsiktig behandling i blandingssonen i begynnelsen av skruen, heller enn i kondisjonøren. Skruen settes sammen av ulike elementer som har forskjellig effekt. Eksempler er elementer som driver ekstrudatet gjennom dysen og andre som skaper økt trykk og temperatur etter hvert som ekstrudatet skrues mot dysen. Andre elementer bidrar til mer effektiv blanding, lengre oppholdstid i ulike deler av ekstruderen, og økt trykk for å sikre mer effektiv gelatinisering av ekstrudatet.
Det er normalt ikke behov for bruk av ufordøyelige bindemidler i ekstruderte fôr. Dette skyldes at det viskøse ekstrudatet forårsaker effektiv binding. Det er imidlertid nødvendig å bruke en lav prosentandel stivelse i blandingen for at ekstrudatet gelatineres og riktige porer dannes for fettinntrenging.
Enkelte ganger er det nødvendig å bruke fordøyelige bindere for å få økt gelatering og seighet. Det er ofte behov for slike løsninger når «nye» råvarer skal prøves ut. Proteinrike råvarer som har blitt forsiktig varmebehandlet har sterke viskøse egenskaper. Maisglutenmel kan være en kostnadseffektiv kandidat, mens hvetegluten er mer effektivt, og mer kostbart.
Etter ekstrudering tørkes pelleten forsiktig før den går videre til en «vacuum coater». Det er en tank hvor pelleten inkuberes sammen med olje, og så settes hele tanken under vacuum. Vaccumet trekker luften ut av pelleten, og når vakuumet slippes opp vil oljen trenge godt inn i porene i pelleten.
Ernæringsmessig kvalitet
Ekstrudering har en rekke egenskaper som bidrar til god ernæringsmessig kvalitet. Den viktigste er at det gjør det mulig produsere fôr til laks og ørret med opptil 30-40 % fett, og dermed kunne formulere fôr med godt forhold mellom fordøyelig protein og fordøyelig energi. Oppsuging av store mengder fiske- og vegetabilsk olje krever at porene som dannes når ekstrudatet møter atmosfærisk trykk er rikelige, små og jevnt fordelt (#Illustrasjon: porer i ekstruderte fôr). De ekstruderte partiklene må være tørre og varme slik at blandingen av fiske- og vegetabilsk olje absorberes effektivt i vakuumcoateren og trykket må frigis med en jevn hastighet slik at fettet får tid til å trenge dypt inn i pelleten.
Det høye trykket, det høye vanninnholdet og den høye temperaturen i enden av skruen er gunstige for gelatinisering av stivelse. Dette fører til at α-amylase og laktase hos ørret og laktase hos laks lettere kan hydrolysere glukose fra poly- og oligosakkaridene. Til tross for dette har laksefisk begrenset kapasitet for absorpsjon og metabolisme av stivelse. Innholdet av stivelse i fôret blir derfor begrenset til 12-15 %, noe høyere hos ørret enn hos laks. Hvis innholdet øker utover dette, reduseres fordøyelighet av stivelse.
Den korte varigheten av varmebehandlingen er tilstrekkelig til å inaktivere proteaser. I tillegg kan globulære vegetabilske proteiner denatureres ved ekstrudering, noe som kan gi en svak økning i fordøyelighet.
Labile forbindelser
Selv om fordøyeligheten av protein ikke reduseres av ekstrudering, er det en lang rekke næringsstoffer som blir negativt påvirket av våt varme, blanding og trykk. Særlig utsatt er vannløselige vitaminer (særlig B1, B6, folat og vitamin C), fettløselige vitaminer og karotenoider (astaxantin og cantaxantin). Stabilitet av fettløselige vitaminer kan økes ved å forestre hydroksylgruppen med eddiksyre, uten at tilgjengeligheten reduseres i stor grad. Stabiliteten kan ytterligere økes ved å forestre med lengre fettsyrer (palmitat i figuren til høyre), men dette fører til sterk reduksjon av biologisk aktivitet.
Vitamin C er også ustabilt og ryggdeformiteter (skoliose og lordose) var tidligere hyppig forekommende hos laks. Disse mangelsymptomene er eliminert ved å bytte ut askorbinsyre med askorbinsyre mono- eller difosfat.
En del av de vannløselige og fettløselige vitaminene, og karotenoider, er det vanlig å tilsette i råvareblandingen i mikrokapsulert form. Dette gir homogen innblanding. Både vitaminer og antioksidanter frigis først i den varme delen av ekstruderen ved at en beskyttende matriks av polysakkarider, protein og antioksidanter gelatineres. Dermed minimeres eksponering til høy temperatur.
Teknisk kvalitet
Målet med fôr og fôring er å tilfredsstille fiskens behov for næringsstoffer til lavest mulig kostnad. Dette innebærer at det må tas hensyn til en lang rekke fysiske faktorer i tillegg til formulering av fôret. Flere av disse faktorene kan være motstridende.
Pelletens hardhet og durabilitet er eksempel på dette, i og med at fôret må tåle lasting og lossing, transport, og utfôring som kan strekke seg over flere hundre meter. Hvis man skal lage fôr med opp mot 40% fett, er det ofte nødvendig å tørke pelleten mer enn det som er best for fordøyeligheten av fôrets protein. Teknisk kvalitet vil alltid være et kompromiss mellom stabilitet under transport og fordøyelighet i fisken.
Som nevnt er ikke fordøyeligheten av protein sårbar overfor høy temperatur i ekstruderen, på grunn av kort oppholdstid og rask kjøling ved fordamping etter at pelleten blir presset ut gjennom dysene. Det er imidlertid flere fettløselige mikronæringsstoff som påvirkes av ulike faktorer, ofte i samspill, for eksempel astaxantin.
Vellykket ekstrudering krever friksjon for vellykket koking av ekstrudatet. I spesielle tilfeller kan det være aktuelt å bruke råvarer som øker viskositeten i ekstruderen. Soyamel bidrar til økt viskositet både på grunn av ufordøyelige oligopentoser og soyaproteinene. Hvetegluten er også meget effektivt for å få ekstrudatet seigt, og bidrar til dannelsen av små hull, som kan absorbere fett ved infusjon i vakuumcoateren etter tørking.
Selv om ekstruder-linja er fleksibel, og kan brukes til å produsere en lang rekke fôr, er det ønskelig med minst mulig variasjon i ekstruderingsparametere. Grunnen til dette er at fôret skal ha så lik formulering og prosess som mulig. Dette sikrer kapasitetsutnyttelse og stabil kvalitet, noe som er nødvendig for en prosess med døgnkontinuerlig produksjon.
