CN1723251A - 用于在糖食上进行喷墨打印的水基墨水 - Google Patents

用于在糖食上进行喷墨打印的水基墨水 Download PDF

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Abstract

本发明公开了非色素化水基墨水，其与工业压电打印头兼容，可用于在食用基质上形成高分辨率图像。所述墨水包括用疏水性蜡抛光的糖壳甜食。所述墨水包括可水解多糖粘附剂，诸如木薯淀粉糊精或阿拉伯树胶，用于提供墨水与疏水性表面的相容性。

Description

用于在糖食上进行喷墨打印 的水基墨水
发明领域
本发明涉及用于在食品上进行喷墨打印的水基墨水、涉及使用所述墨水在食品上进行喷墨打印的方法并涉及通过这类方法生产的食品。本文所述的墨水和方法可用以形成多样的打印食品，如药丸、药片到香肠肠皮。不过，本发明特别用于在糖食上打印，所述糖食包括、但不限于巧克力条和片状产品、软心豆粒糖、太妃糖和口香糖，且特别是在诸如M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果表面这样的抛光糖壳糖食的非平面、非多孔疏水性表面上打印高分辨率和高精度图案。
发明背景
已知可以在食品上印刷可识别或装饰性的图案。用于在M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果上打印的本技术通过使用胶印滚筒的接触印刷法来进行，本文称作轮转凹版印刷。轮转凹版印刷系统限于可以施用于基质的颜色数量。传统上可以印刷一种颜色并通过改变施加两种或三种颜色，而在食品上进行全色印刷是不可能的。所述的轮转凹版印刷滚筒也限于它可以印刷的非平面块的表面。作为使用的其它接触印刷法，存在轮转凹版印刷滚筒碾碎所印刷食品的危险。使用轮转凹版印刷法不易于改变或修改印刷设计，这是因为必须将每种新设计刻在滚筒上。如果可以使用诸如喷墨打印这样的非接触打印法，那么会有显著的优点。
用于轮转凹版印刷的墨水系统一般包括虫胶、乙醇和色素，可以向其中加入染料、增塑剂、附加溶剂和其它用于改变所述墨水特性的组分。这类墨水具有相对高的粘度，使得它们可以位于非多孔表面上至干，但它们不是可喷射墨水。因此，通常用于通过轮转凹版图印刷法在小块糖食或小片药片等上印刷的墨水不能适用于喷墨法。
另一种用于在食品、特别是蛋糕和其它大基质上印刷的常用方法包括使用可以在印刷机内操作并相对多孔和亲水且由此可易于接受来自水基墨水的图案、包括喷墨图案的可食性转印膜。然后将不同的方法用于将该图案从所述膜上转印至食品基质。用于这种类型系统的典型墨水公开在美国专利申请US2002/0008751中且包括水、异丙醇、十二烷基硫酸钠和FD&C着色剂。在这种转印膜技术中，打印并不直接在传送过打印头的食品表面进行。使用转印膜要求基质成分部分溶解该膜或使该膜与基质粘合。因此，转印膜技术并不适合于糖块的非平面表面上图案的高速产生。适用于转印膜的水基墨水不适于在非平面、非多孔和疏水性表面上进行喷墨打印，因为它们难以粘合、干燥过于缓慢且缺乏不透明性。
从许多有利点来看，在食品、特别是在糖壳糖食块上进行喷墨打印(如果这项技术可以得到完善)是有吸引力的：它可以消除使用诸如滚筒这样的接触部件接触食品基质的需求。此外，由于喷墨打印是非接触性打印系统，所以食品大小上的轻度改变不会对打印质量产生一般使用基于盖印或滚筒的系统发生的负面影响。此外，可以将喷墨打印机图案作为数据保存而并非固定在接触部件上。因此，如果有效使用喷墨打印机，那么图案可以得到选择、改变、传送等，比接触印刷更容易，从而使设计更快转换。喷墨技术的应用还使得使用多色打印头进行全色打印成为可能。
将喷墨打印系统广泛分成连续喷射和根据喷射至基质表面用于图案形成的需要产生墨滴的转辙指令(drop-on-demand)(也称作“搏动”)系统。已经公开了使用连续喷射技术在食品基质上进行喷墨打印的方法。这些方法中的大部分涉及贴标和不需要高分辨率的类似应用。
在连续喷射系统中，在压力下墨水以连续液流形式通过至少一个喷嘴射出。液流在距孔口固定距离处破碎成液滴，一般通过与墨水流相近的受控频率下振动的压电晶体完成。压电晶体的功能在连续喷射系统与压电喷射转辙指令系统中是不同的。在连续喷射系统中，墨水流在储蓄器中的压力下产生，而晶体单纯用于破碎墨滴。为了控制墨滴的流动，使墨水带静电荷(通过添加盐和其它导电剂)并使墨滴通过根据数字数据信号调节墨滴轨迹的静电场。用于连续喷墨的电导需求由此在700-2000微姆欧的范围，在此范围内一般要求墨水含有提高电导性的盐。墨滴定向返回至再循环槽或基质上的特定位置以便生成所需的特性基质。在工业化环境中使用单打印头和单程打印的连续喷墨打印机图案的典型分辨率约为75-100点/英寸(dpi)。
大部分为连续喷射系统开发的墨水基于溶剂甲基乙基酮(MEK)且由此不适用于食用墨水。已经为在食品上或在许多可以接触食品的表面上连续喷墨打印开发的墨水中已经加入了色素或基于带有其它缺点的溶剂。
例如，美国专利US5,453,122中公开了一种墨水，据认为它可以直接施用于食品或与食品极为相关的包装且避免了使用甲基乙基酮。还认为这种墨水适用于压电喷射打印头。然而，这种墨水依赖于存在的大量丙酮溶剂。尽管这类墨水的毒性低于基于MEK的墨水的毒性，但是这类墨水中大量的丙酮限制了它在食品上打印的应用。含有大量丙酮的墨水对在这种环境下工作而言是非常不理想的。
美国专利US5,800,601中公开了基于色素的墨水，据认为它适合于使用连续喷射系统在食品、包括挂糖衣的糖果上打印。该公开说明书中特别涉及改变色素颗粒的表面特性以便改善墨水的干燥时间和粘合力。这些墨水的特征还在于存在提高电导性的盐。
US5,637,139中公开了也用于连续喷射系统的非水墨水且集中在使用柠檬#2染料贴标水果和类似基质的应用。
连续喷墨还具有极窄的可接受粘度范围。在低剪切速率下具有约10厘泊(cp)以上粘度的墨水在应用过程中使打印头内的泵空化。在低于约2-约3cp的粘度下，喷射是不稳定的。因此，大部分(即使不是全部)连续喷射的喷射墨水具有约2.8-约6cp的粘度。
尚未开发出在疏水性食品基质上进行打印的商购连续喷射墨水。在这些墨水中需要的提高电导性的盐的存在还可能影响味道。
在转辙指令系统中，目前大部分经济上重要的是压电喷射和泡沫喷射(有时称作热喷墨)系统。在泡沫喷射系统中，泡沫由墨水储蓄器内的加热电阻丝形成。从泡沫中产生的压力波推动墨水通过孔板，而当除去加热时，泡沫开始破裂并喷射出墨滴。泡沫喷射打印头主要占有家庭和办公打印机市场且它们能够具有极高的分辨率。然而，几种考虑限制了它们应用于工业化环境中食品上的打印。
泡沫喷射墨水的粘度必须极低、约为1.5cp数量级，这是必需的，以使在对加热电阻丝施加最低电压时泡沫可以快速形成。已知的泡沫喷射打印机在有粘合剂或聚合物添加剂存在的情况下不易于操作。此外，墨水必须能够耐打印头内部遇到的温度循环。由于这些原因，所以为使用泡沫喷射打印机在食品上打印所开发的墨水数量极为有限。热喷打印头也与喷射通道表面上的墨水干燥有关。如果可以为在食品上打印开发压电喷射系统，那么它是优选的，因为压电喷射打印头不需要较大的温度变动。泡沫喷射打印机也过于缓慢，以至于不能在食品基质上直接进行高速打印。热喷打印头(或也称作泡沫喷射打印头)用于转印膜应用，因为转印膜是足以应用于已知墨水的多孔和亲水的。
已知为热喷相容的水基可食用墨水公开在未审美国申请10/211,592中。不过，已经证实这些墨水与疏水性表面不相容。
在食品上进行喷墨打印的方法描述在未审美国专利申请09/587,108中。其中所述的墨水是已经应用于巧克力上打印的色素化白墨水。
包括上述美国专利US5,800,601在内的现有技术中已经公开了包括非白色色素化墨水的色素化墨水组合物。然而，对转辙指令喷墨系统而言较少优选使用色素化墨水，因为色素可以影响墨水的流变学，从而难以喷射。此外，色素颗粒的存在可能需要对打印头进行另外维护。一旦进行打印，色素颗粒就会倾向位于基质表面、易于脱落或需要应用其它粘合剂和/或使图案难以粘合。
压电喷射打印头的特征在于使墨水从储蓄器中喷出的压电装置，诸如根据数字信号使储蓄器壁变形的压电晶体。迄今为止尚未对这些系统开发出食用墨水。压电喷射打印头具有大于泡沫喷射打印头的通道，这提供了较大范围的可接受墨水组分。
美国食品和药品监督管理局批准用于人消费的食品着色剂和一般不需要这类批准的天然着色剂是水溶性的，由此由这类着色剂制成的食品级墨水是水基的。这些水基的着色剂倾向于难以与用巴西棕榈蜡抛光的M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果的疏水性表面相容。
概括的说，轮转凹版印刷技术不能在食品上进行全色印刷且禁止印刷设计的快速转换，而连续喷射打印不能获得高分辨率。为达到这些目的需要使用压电喷射喷墨系统在食品上打印。然而，迄今为止尚未得到适合于压电喷射打印头的水基非色素化墨水、特别是与疏水性或蜡状表面具有相容性的墨水。还存在对在糖食上打印轮转凹版印刷技术不能传送的高分辨率、全色图案的需求。轮转凹版印刷技术因它们依赖于接触基质而仅可以在基质的有限表面积上印刷。包括轮转凹版印刷在内的接触印刷系统不能适应食品印刷基质的大小和形状的不规则，例如在M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果上发现的这类不规则情况。
因此，在工业上对食用喷墨相容墨水、特别是压电喷射相容墨水存在持续的需求，它们可以用于直接在食品基质上打印高分辨率图案，特别是难以使用常用技术印刷的那些食品基质，诸如那些具有含蜡或脂肪抛光涂层的糖壳表面的食品基质。
发明内容
本发明的一个方面是不含色素的水基可喷墨食用墨水，它可以在疏水性食品基质表面上形成高分辨率图案。该墨水包括水、食用着色剂和提高所述墨水对疏水性表面相容性的可水解多糖粘附剂。
本发明的另一个方面是在糖食块上喷墨打印图案的方法，其中具有疏水性表面的糖食块接近打印站，该打印站包括压电喷射喷墨打印头，其具有至少一个含可食性水基墨水，基本上不含提高电导性的盐的墨水储蓄器，其中可水解的多糖粘附剂用于促进墨水与疏水性表面粘合。通过根据为打印头提供的图案数据将来自压电喷射喷墨打印头的墨水喷射在疏水性表面而在糖食上打印由各干墨滴构成的高分辨率图案。
本发明的另一个方面是糖食块自身，它具有疏水性表面(诸如用蜡抛光的糖壳)，上面有与由用含有食用着色剂和提高墨水对表面的相容性的可水解多糖粘附剂的非色素化的水基墨水打印的各干墨滴构成的图案。该图案具有dpi分辨率，优选大于约100dpi且最优选大于约300dpi的分辨率。
本发明的另一个方面是食用墨水，它包括着色剂、用于着色剂的含水载体和图案设定系统。选择图案设定系统以使用于在食品基质、特别是疏水性基质上进行压电喷射喷墨打印的墨水的物理特性最优化，从而使得墨水在所述表面上适当和快速固定。该墨水由此具有约5厘泊-约20厘泊范围的粘度和约50达因/cm以下的表面张力。在最优选的实施方案中，这种墨水包括含有有机溶剂、粘附剂和粘合剂的图案设定系统，对这些组分中的每一种进行选择以使所述墨水具有约7厘泊-约15厘泊范围的粘度和约30-45达因/cm范围的表面张力。
本发明涉及迄今为止尚未用于在食品基质上打印高分辨率图案的适合工业化的压电喷射转辙指令系统。打印头的特征决定了哪一种食品组分可以使用或不可使用。尽管打印头的设计不同，但是它们的特征均在于使墨水从储蓄器中喷出的压电装置，诸如根据数字信号使储蓄器壁变形的压电晶体。应用于本发明的优选压电喷射打印头由位于英国剑桥的Xaar Technology Limited制造。对本领域技术人员而言，压电喷射系统易于与连续喷射或泡沫喷射系统区分开。因此，本文所用的“可喷墨”指的是可以从压电喷射打印头中可靠喷出的墨水而不需要过度改变打印头或维护流出物。
“基本上不含提高电导性的盐”指的是不特异添加而使墨水组合物的电导性增加至一定水平的盐，该墨水组合物可以不含这类盐，使得墨滴具有其在连续喷墨打印机的静电场内控制的轨迹。除在转辙指令系统中不需要外，这些盐对打印头成分还存在有害影响、诸如腐蚀。在优选的实施方案中，本发明的墨水具有低于约1500微姆欧的电导性、优选低于约700微姆欧。基本上不含提高电导性的盐的墨水可以称作“不导电”墨水。
本发明的墨水系统含有使它们与喷墨打印头相容的组分，使得墨水不会破坏打印头成分或使喷射流发热不一致。这种墨水还必须与食品基质表面相容，从而提供高分辨率图案，而一旦这种高分辨率图案在所述表面上固化，则不易擦掉。本说明书上下文中的“固化”指的是溶剂已经被蒸发而所述基质上的图案充分粘合、硬化且干燥。
本发明中所用的墨水是可作为食品使用的且优选满足食品应用的规则标准。这在糖食印刷领域中是最重要的。而药片必须满足确定的安全性要求，糖食产品的食用量通常大于药物这一事实对可以用于墨水的组分施加了另外的约束。
本文所述的所有墨水均是水基的。本文所用的“含水”与“水基”同义且指的是含有大于50.0重量百分比水的组合物。水基墨水一般含有约50.0重量百分比-约85.0重量百分比范围的水。优选使用去离子水。在优选的实施方案中，所述墨水含有50.0重量百分比-80.0重量百分比的水、更优选50.0重量百分比-约75.0重量百分比的水且最优选墨水中占55.0重量百分比-约75.0重量百分比的是水。
载体一般含有至少一种低级(C1-C6)醇、丙二醇或有效量的减少或控制墨水干燥时间的其它有机溶剂。当水的表面张力高(约72达因/厘米)时，必须向水基墨水的图案设定系统中添加成分以使该表面张力降至约50达因/cm以下且优选降至约25-约45达因/cm的范围，从而容许使用压电喷射打印头在食品基质上进行有效打印。从与食品基质表面相容性的优点来看且为了在打印头内形成墨滴，墨水的表面张力是重要的。
墨水与非多孔基质的相容性的便利估量可以从墨滴与基质表面产生的接触角看出。对墨水的组分进行选择以使接触角小于50度，在约10度-约50度的范围，优选在约20度-约45度的范围，且更优选在约30度-约40度的范围。当然，这种考虑主要与相对非多孔表面相关。
低级醇、丙二醇或其它有机溶剂的含量在约7.0重量百分比-约35.0重量百分比的范围，优选约7.0重量百分比-约30.0重量百分比且最优选在约10.0重量百分比-约30.0重量百分比的范围。“有机溶剂”包括所有已知大部分与水和墨水中的其它组分易溶混的溶剂。然而，与本发明水基墨水相关的优选的有机溶剂由乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇或它们的混合物组成。最优选占墨水中约10.0-约20.0重量百分比的是乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇或它们的混合物。
本文所用的“基于溶剂”指的是含有大于约35重量百分比有机溶剂的组合物。一般来说，本发明的墨水组合物不含诸如乙酸酯类、乳酸酯类或含有苄基的挥发性有剂溶剂这样的溶剂。在优选的实施方案中，该组合物中完全不含甘油和酯类溶剂如乙酸酯。
合适的食用着色剂包括：在由美国食品与药品监督管理局(FDA)执行的食品、药品和化妆品条例中批准用于人消费的食品染料，本文称作“FD&C染料”；来源于一般认为人消费是安全的天然(通常为植物)来源的天然着色剂；来源于FDA-批准的天然来源的着色剂；和批准用于非美国管辖范围的合成着色剂。所有可以用于本发明的食品着色剂必须溶于水和水-醇混合物。
可以使用的FD&C染料包括Red No.3(赤藓红)、Red No.40(阿洛拉红)、Yellow No.6(夕照黄FCF)、Yellow No.5(酒石黄)、Green No.3(坚牢绿FCF)、Blue No.1(亮绿FCF)、Blue No.2(靛蓝)及其混合物。可以食用的天然着色剂包括：花色素苷、betalins、类胡萝卜素等及其混合物。上述着色剂中的任意一种均可以用于本发明的墨水制品，条件是该制品作为整体与打印头相容且提供与食品基质表面充分的粘合。在最优选的实施方案中，上述着色剂在所述墨水制品中完全溶剂化，使得在墨水中基本上没有着色剂固体。在本说明书的上下文中基本上不含着色剂固体指的是固体含量小于约5.0重量百分比、优选固体小于约1.0重量百分比。甚至更优选墨水含有小于0.1重量百分比的固体。
食用着色剂在墨水中的含量约为0.5重量百分比-约15.0重量百分比。优选墨水含有约0.5重量百分比-约10.0重量百分比的食用着色剂；更优选约0.5重量百分比-约8.0重量百分比；且最优选约0.5重量百分比-约6.0重量百分比。墨水中着色剂的最佳用量看起来在约0.5重量百分比-约4.0重量百分比。已经发现在上述范围内，某些食用着色剂(诸如蓝色)在出现在产品表面上时要求略微低的浓度来提供相同水平的色饱和，而其它食用着色剂(诸如黄色)要求的略高的浓度。
所述的墨水组合物还含有可水解的多糖粘附剂。优选该多糖粘附剂在墨水中的含量占墨水组成的约0.1重量百分比-约15.0重量百分比、优选约0.5重量百分比-约12.0重量百分比、更优选约1.0重量百分比-约10.0重量百分比且最优选约1.5重量百分比-约8.0重量百分比的范围。可水解的多糖粘附剂的最佳范围看起来占墨水组成的约2.0重量百分比-约6.0重量百分比。
可水解的多糖优选是糊精、环糊精或树胶、角叉菜胶(carageenan)、藻酸盐或藻酸钙这类多糖的组合。最优选的糊精是木薯淀粉糊精。最优选的树胶是阿拉伯胶。
当固化时，还能够替代其它粘附剂进行交联以促进图案与食品基质的粘合。在本说明书的上下文中，可以使用蛋白质材料、包括明胶或纤维素材料和/或水解淀粉。
本发明的墨水制品优选含有粘合剂。应将“粘合剂”理解为指的是在将所有溶剂除去且图案在基质上固化后在墨水成分之间形成薄膜的组分。因此，粘合剂易于根据功能和组成与加入以改善墨水与特定表面相容性的粘附剂区分开。已知的粘合剂包括虫胶(通常与氨合并以使pH升至约9而使虫胶溶于水)。可以用水或用乙醇等溶剂稀释虫胶。基于虫胶的成膜剂商购自Mantrose-Haeuer Co.，Inc.，Westport，Connecticut，商品名为Mantrolac。本文所用的“虫胶”与“基于虫胶的成膜剂”可以互换使用且重量百分比指的是基于虫胶的成膜剂的重量百分比。
聚乙烯吡咯烷酮(也称作聚乙烯吡咯烷酮、聚维酮或PVP)也可以用于食用粘合剂系统。用于本发明水基非色素化墨水的优选粘合剂是聚乙烯吡咯烷酮和虫胶的组合，已经证实它对干燥时间和图案质量产生的改善作用出人意料地超过了不含这种组合的组合物。
该组合物含有的粘合剂范围在约2.0重量百分比-约40.0重量百分比。基于虫胶的成膜剂的含量占墨水的约2.0重量百分比-约40.0重量百分比。优选虫胶的含量占墨水组成的约4.0重量百分比-约35.0重量百分比的范围、更优选约5.0重量百分比-约30.0重量百分比的范围且最优选约8.0重量百分比-约25.0重量百分比的范围。认为虫胶的最佳用量占墨水组成的约10.0重量百分比-约20.0重量百分比的范围。
聚乙烯吡咯烷酮的含量可以占墨水的约0.01重量百分比-约20.0重量百分比。优选聚乙烯吡咯烷酮的含量占墨水组成的约0.5重量百分比-约18.0重量百分比的范围、更优选占墨水组成的约1.0重量百分比-约15.0重量百分比的范围且最优选占墨水组成的约1.5重量百分比-约12.0重量百分比的范围。认为聚乙烯吡咯烷酮的最佳用量占墨水组成的约1.5重量百分比-约10.0重量百分比的范围。
可以将有机溶剂(优选低级醇)、粘附剂(优选淀粉、糊精或树胶)和粘合剂系统(最优选虫胶与聚乙烯吡咯烷酮的组合)共同考虑为“图案设定系统”。它们是加入到含水载体和着色剂中以减少墨水的干燥时间和表面张力并增加墨水与食用基质的相容性而使固化时形成持久粘合的图案的组分。
可以将其它功能组分加入到组合物中以改善墨水的特性。例如，可以加入诸如聚山梨醇酯80这样的防腐剂/抗微生物剂，优选其用量小于约1重量百分比。可以加入诸如西甲硅油乳剂这样的消泡剂，优选其用量也小于约为1重量百分比。
可以加入均为常用量的防腐剂、调味剂、芳香剂、微量营养素和维生素以改善成品糖食的特性。
优选对上述组分进行选择，使得在200s-1的剪切速率和20℃下测定的粘度约为5厘泊-约20厘泊、更优选约7-约15厘泊的范围。如果墨水的粘度远低于5厘泊，那么附属的墨滴倾向于在形成喷墨图案的主要墨滴周围形成，导致图案分辨率下降。如果该粘度过高，那么它难以在使用压电晶体的储蓄器内达到足够的压力。一般来说且作为本领域中所公知的，在打印区域外使用食用墨水，应对组分进行选择以便避免墨水中存在可以导致打印头中空化的溶解气体。
墨水组合物实施例
下列组合物含有木薯淀粉糊精：
                                             表1
  1   2   3   4   5   6
  水   65-67   73.40   68.40   68.34   73.4   60.40
  有机溶剂***   13.2   12.00   17.00   17.07   12.00   25.00
  着色剂   1.9-2.5   3.98   4.0   4.0   4.0   4.0
  虫胶   10(水)   -   -   -   -   -
  聚维酮   5.00   5.00   5.00   5.00   5.00   5.00
  氨(水)   0.5   -   -   -   -   -
  糊精   2.5   5.0   5.0   5.0   5.0   5.0
  添加剂**   0.60   0.60   0.60   0.60   0.60   0.60
**消泡剂和防腐剂
***丙二醇、异丙醇和丁醇的组合
墨水组合物对比例
下列组合物含有虫胶/聚维酮粘合剂系统，不含可水解多糖粘附剂。
                                           表2
  7   8   9   10   11   12
水   70.60   52.90   52.90   67.90   56.60   67-68
有机溶剂***   11.94   17.00   17.00   12.00   25.00   13.2
着色剂   3.96   4.00   4.00   4.00   2.50   2-3
虫胶   9.95   20.00   10(水)10(EtOH)   10.00   10.00   10(水)
聚维酮   2.50   5.00   5.00   5.00   5.00   5.00
氨(水)   0.50   0.50   0.50   0.50   0.30   0.5
糊精   -   -   -   -   -   -
添加剂**   0.60   0.60   0.60   0.60   0.60   0.60
**消泡剂和防腐剂
***丙二醇、异丙醇和丁醇的组合
制备实施例1的组合物，但用2.5克阿拉伯胶取代糊精，得到本发明的另一个实施方案。制备具有实施例2组成的组合物，但用5.0克角叉菜胶取代糊精。得到的墨水属于本发明的范围。制备实施例12的组合物并加入5.0克环糊精而得到属于本发明范围的另一种组合物。
墨水和墨水图案特性
用于表征食品上打印的墨水系统的重要参数是特性粘度，将其定义为比粘度与无限稀释下的浓度之比的极限值。
[η]＝lim(ηi/c)＝limηinh
      c→0         c→0
其中[η]是特性粘度，[ηi]是比粘度(也等于ηr-1，其中ηr＝溶液粘度/溶剂粘度)，c是浓度，且ηinh是比浓对数粘度(也等于1nηr/c)。
特性粘度通常用于表征特定溶剂中聚合物的粘性作用。在本发明的上下文中，认为粘合剂和粘附剂是“聚合物”且认为墨水中的剩余组分是决定特性粘度的“溶剂”。特性粘度具有浓度倒数单位。已经出人意料地发现特性粘度与墨水对给定食品基质表面的相容性相关。较高的特性粘度与较好的粘性相关。
为了获得墨水中粘合剂/粘附剂的特性粘度，使用Canon-Fenske(Ostwaald型)粘度计。使用20℃下已知粘度的去离子水校准该粘度计。然后给该粘度计充满待测墨水并测定粘度。用去离子水将墨水稀释成50体积百分比并再次测定粘度。在连续稀释下重复该过程并将所得绘图外推至0浓度。
表3表示用Canon-Fenske粘度计在20℃下测定的本发明典型墨水和对比例的特性粘度。本发明优选的墨水具有约23-约30cc/克范围的特性粘度。
                表3
  对比例12   实施例1
  特性粘度   21.4   23.6
可以通过各种方法测定与表面的相容性。例如，当食品基质表面为非多孔和疏水性时，墨滴在表面上形成的较小接触角与墨水与基质的较好的相容性和粘合性一致且干燥时间缩短。
对本发明的墨滴在具有和M&M’s牛奶巧克力糖果上发现的表面相似的巴西棕榈蜡抛光涂层的糖块表面上形成的接触角进行测定。接触角(墨滴左侧与右侧)与去离子水滴形成的相似测定值比较表明由图案设定系统产生的接触角显著减小。
        表4(接触角)
      实施例6      去离子水
  左   右   左   右
  32   38   74   72
  40   34   72   68
  38   34   76   74
  34   37   74   66
在优选的实施方案中，本发明的方法包括使用多色打印头打印多色图案。在优选的实施方案中，通过安装白色墨水储蓄器和打印机改变标准喷墨打印头，其中在标准打印头结构中发现了黑色墨水储蓄器和打印机并向储蓄器中提供白色色素化墨水。可以给剩余的打印机中加入水基常用形式的普通色墨水(蓝绿色、品红色和黄色)。可以使用标准KCMY排列，其中将字母KCMY理解为指的是按照打印移动方向的顺序排列的白色、蓝绿色、品红色和黄色打印机。注意到可以使用4种以上颜色的打印头。还已知可以不使用白色打印机打印，而使用独立的黑色打印机或蓝绿色、品红色和黄色的组合以产生黑色。可以使用任意上述结构而不会脱离本发明的范围。
注意到可以使用这些墨水打印几乎任意的食品表面。这些食品包括、但不限于烤制品、饼干和蛋糕、小甜饼、坚果、巧克力、干酪、核桃夹和薄片以及发面点心、布丁和木斯、冰淇淋和稀奶油、玩尝动物食品和宠物食品(pet treats)、主食点心、谷物制成的食品、香肠肠衣和药片、药丸、胶囊、囊片、糖衣丸。在特别优选的实施方案中，将图案打印在具有疏水性蜡涂层的糖壳糖食、诸如M&M’s花生和牛奶巧克力糖果表面。使用本发明墨水的特别优选的食用表面是疏水和/或非多孔食用表面。在本文中所用的术语“疏水性表面”指的是抗水和不溶于水的表面。这种表面通常由油、脂肪或蜡组成并易于被本领域技术人员识别。这里所用的“非多孔表面”指的是基本上不渗透水的表面。这种非多孔表面对本领域技术人员来说也是容易理解的。作为一个非限制性典型示例的非多孔疏水性表面是巴西棕榈蜡表面。
可以通过生成图像的像素密度来定义喷墨打印机的分辨率。连续喷射系统一般能够获得约75-约100dpi的分辨率。在本发明的上下文中，将小于约100dpi看作低分辨率，而将大于约100dpi定义为高分辨率。在能够产生高分辨率图案的打印头中，低端压电喷射系统一般能够具有约100dpi-约150dpi范围的分辨率，本文将其定义为中等高分辨率。诸如商购自Xaar Technology Limited(英国剑桥)或Spectra，Incorporated，(Lebanon，New Hampshire U.S.A)这样的更先进的压电喷射系统能够在150dpi-300dpi之间打印，本文将其定义为提供极佳艺术线条图案、修剪艺术图案、漫画图案以及文字和图式图案的极高分辨率。通过使打印技术最优化，可以获得300dpi-800dpi的分辨率，可以称作近似照片或照片的高分辨率。主要在家庭和办公室打印机市场上发现的泡沫喷射喷墨技术在某些情况中可以产生高达1600dpi的图像。然而，泡沫喷射打印头缓慢、具有极小的通道且需要极低的粘度墨水，这使得它们不适于使用宽范围墨水在食品上进行商业打印。如果使用热喷系统，那么改善图案与疏水性表面粘合性所需的组分可能产生污垢问题，这是由于那些打印头中遇到高温导致的。本发明方法的优点在于它们能够使用各种墨水使糖食产品具备具有大于约100dpi、优选大于约150dpi且甚至更优选大于约300dpi的分辨率的图案。使用本文所述的技术，本发明者已经在M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果上制成了类似于喷墨照片的独特图案。
本领域中已知用于增加喷墨打印图案的点数/英寸分辨率的技术。它们包括所谓的“滚压”或“隔行扫描”打印头。另一种技术包括使打印头相对于基质移动方向成一定角度定位。这两种方法均可以使更多的墨滴紧密接触在给定打印面积上。当这些技术可以用于本发明时，墨水在所述基质上的性能决定这些技术首次得到应用。墨水的性能包括每滴维持其完整性且在干燥前不与其它墨滴混合的能力。因此，必须强调分辨率并非单纯是所用设备的功能，而且是墨水在给定食品基质上的性能。
图案质量的另一种量度是本文中所称作的粘合性。为了测定图案的粘合性，设计带腔的铝部件来支持糖块。该块是白色M&M’s牛奶巧克力糖块，它具有巴西棕榈蜡涂层的糖壳。使该块图案向上放置。将8.5”(21.6cm)长纸片放置在糖块上部，使得纸直接位于打印图案的上部。所用的纸为Xerox商标的4024型复印纸。将带有配合糖块曲率的凹槽的另一铝部件放置在糖块上部并用两根针使其与底部的块对齐。将11b(454g)的重量置于上部的金属部件上并将纸片拉过糖块的“图案”部分。在11b(454g)重量下移动通过糖块的纸的长度为7.5”(19.05cm)。
图案是用红色墨水打印的大“m”，1cm宽×0.6cm高，线条粗0.15cm。在每种情况中，使用Minolta CM-3500d分光光度计分析图案的总体亮度。将中等孔径样品支持物用于分析。当糖块均为白色时，较高的亮度值意味着在所述重量下纸的磨损过程中图案有一定程度的丢失。在上述测试前后得到亮度测定值“L”。测试前后亮度上的高度差异“ΔL”相当于图案粘合性差。
对实施例1和6以及对比例10观察到了下列结果：
               表5
  实施例   ΔL   标准偏差
  1   1.2   1.2
  6   1.6   1.4
  10(对比)   4.2   0.4
至少从定性上说，观察到存在的糊精使粘合性增加且聚维酮、虫胶与糊精的组合产生了更好的粘合结果。优选使用使图案粘合值(ΔL)小于4、更优选小于3且最优选小于2的墨水。
在打印诸如小甜饼这样的烤制品的过程中，按照本领域中通常实施的任意方式、诸如传送带传送食品基质。将食品基质传送过固定式(stationery)压电打印头，诸如商购自英国剑桥的Xaar TechnologyLimited类型。给打印头提供如上所述的本发明水基墨水。这种标准结构提供了蓝绿色、品红色和黄色墨水储蓄器。可以提供容纳食用黑色墨水的第四个储蓄器(通常提供黑色墨水)，或更优选提供食品白色色素化墨水。墨水根据图案数据从打印头喷出且喷射的墨滴在表面上固化而在基质上形成干燥的墨滴图案，该图案具有的分辨率大于100dpi。
在打印诸如M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果这样相对小糖块的过程中，优选在传送带上输送这些块并在它们通过可以具有上述相同构造的固定式打印头时保持适当位置。一般来说，尽管在需要时，截留机制或真空可以用于使这些块在打印过程中保持固定以确保最佳分辨率，但是为固定所述块成形的袋足以使这些块保持在适当位置。传送带可以是带有袋的转鼓或带有载条的环形带。用于传送小食品块的方法和设备描述在未审申请09/479,549中。也可以使用其它手段，例如使所述块直接在传送带上传送。
尽管已经参照目前看作是优选的实施方案描述了本发明，但是本发明并不限于所公开的实施方案。相反，本发明包括各种修改方案和等同方案，它们均包括在待批权利要求的实质和范围内。待批权利要求的范围符合最广泛的解释以便包括所有这类修改和等同内容和功能。

Claims (37)

1.一种甜食块，在其表面上包括由各干墨滴组成的、分辨率大于100dpi的喷墨图案，在非色素化水基食用墨水中打印的单个干墨滴中至少其一包括可食用着色剂和可水解多糖粘附剂，所述粘附剂以足以增强图案与所述表面的粘附的量存在。
2.权利要求1的甜食块，其中所述表面是其上具有疏水性脂肪基的或蜡基的抛光包衣的非平面糖壳表面。
3.权利要求2的甜食块，其中所述图案具有大于300dpi/英寸的分辨率。
4.权利要求1的甜食块，其中所述墨滴由包含下列成分的墨水组合物干燥而来：
约50.0wt％-85.0wt％的水；
约7.0wt％-35.0wt％的乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇或它们的混合物；
约0.5wt％-15.0wt％食用着色剂；
约2.0wt％-40.0wt％的食用粘合剂系统；和
约0.1wt％-15.0wt％的可水解多糖粘附剂。
5.权利要求4的甜食块，其中所述表面是其上具有疏水性脂肪基的或蜡基的抛光包衣的非平面糖壳表面。
6.权利要求5的甜食块，其中所述食用粘合剂系统包括约8.0wt％-约25.0wt％的基于虫胶的成膜剂，和约1.5wt％-12.0wt％的在食用粘合剂系统中的聚乙烯吡咯烷酮。
7.权利要求6的甜食块，其中所述可水解多糖粘附剂是糊精或树胶。
8.权利要求7的甜食块，其中所述喷墨打印的图案具有大于约300dpi的分辨率。
9.一种用于在疏水性食用基质上打印的基本上不含提高电导性的盐的非色素化水基可喷墨食用墨水，包括：
a)水；
b)食用着色剂；和
c)用于疏水性食用基质的可水解多糖粘附剂。
10.权利要求9的食用墨水，其中所述多糖粘附剂是糊精或树胶。
11.权利要求9的食用墨水，其中所述多糖粘附剂是木薯淀粉糊精或阿拉伯树胶，其占墨水重量的1.0wt％-8.0wt％。
12.权利要求9的食用墨水，还包括约10.0wt％-30.0wt％的C1-C6醇、丙二醇或它们的混合物。
13.权利要求9的食用墨水，还包括防腐剂、消泡乳剂或它们的混合物。
14.权利要求9的食用墨水，还包括约8.0wt％-25.0wt％的基于虫胶的成膜剂，和约1.5wt％-12.0wt％的在食用粘合剂系统中的聚乙烯吡咯烷酮。
15.权利要求9的食用墨水，含有占墨水重量约50.0wt％-85.0wt％的水。
16.权利要求9的食用墨水，其中所述食用着色剂选自：Red No.3(赤藓红)、Red No.40(阿洛拉红)、Yellow No.6(夕照黄FCF)、Yellow No.5(酒石黄)、Green No.3(坚牢绿FCF)、Blue No.1(亮蓝FCF)、Blue No.2(靛蓝)及其混合物，其占墨水的约0.5wt％-6.0wt％。
17.权利要求9的食用墨水，其中所述食用着色剂是天然着色剂。
18.权利要求9的食用墨水，其中所述墨水基本上不含有固体。
19.权利要求9的食用墨水，其中所述墨水基本上没有包含苄基的挥发性有机溶剂。
20.权利要求9的食用墨水，具有低于约1500微姆欧的电导性。
21.一种基本上不含有提高电导性的盐的非色素化水基食用墨水，包含：
约50.0wt％-85.0wt％的水；
约7.0wt％-35.0wt％的C1-C6醇、丙二醇或它们的混合物；
约0.5wt％-15.0wt％的全溶剂化食用染料；
约2.0wt％-40.0wt％的食用粘合剂；和
以有效提高墨水与疏水性表面粘附性的量存在的糊精或树胶。
22.权利要求21的水基食用墨水，其中所述粘合剂包括聚乙烯吡咯烷酮和基于虫胶的成膜剂。
23.权利要求21的水基食用墨水，其中所述糊精或树胶以占所述墨水重量约2.0wt％-6.0wt％的量存在。
24.一种在甜食块上喷墨打印图案的方法，包括：
将具有疏水性表面的甜食块定位在包括压电喷墨打印头的打印站附近，所述打印头具有至少一个墨水储蓄器；
给所述墨水储蓄器中提供包含多糖粘附剂的非导电性水基食用墨水，其中所述多糖粘附剂以有效提高所述墨水与疏水性表面粘附的量存在；
根据传输给所述打印头的图案数据用压电喷墨打印头在疏水性表面打印，以形成由单个干墨滴组成的图案。
25.权利要求24的方法，其中所述打印步骤包括根据图案数据打印，使得所述图案具有大于100dpi的分辨率。
26.权利要求24的方法，其中所述打印步骤包括根据图案数据打印，使得所述图案具有大于300dpi的分辨率。
27.权利要求24的方法，其中所述定位甜食块的步骤包括在传送带上连续地传输甜食块通过打印头。
28.权利要求24的方法，其中所述压电喷墨打印头具有多个储蓄器，并且所述方法还包括以下步骤：
给所述多个储蓄器之一提供色素化食用白色墨水；和
给另一个单独的所述储蓄器提供含有可水解多糖粘附剂和食用粘合剂系统的非色素化水基食用墨水。
29.权利要求24的方法，其中所述甜食块被固定在传输带上各个袋的位置。
30.权利要求24的方法，包括用蜡基或脂肪基包衣给甜食块抛光以在定位甜食块之前产生疏水性表面。
31.权利要求30的方法，包括在涂敷蜡基或脂肪基包衣之前给所述甜食块挂糖衣使它们具有糖壳的另外步骤。
32.权利要求24的方法，其中从压电喷墨打印头喷射的墨滴在接触甜食表面时形成小于约50度的接触角。
33.用于在食用基质上打印的水基非色素化可喷墨食用墨水，包含：
着色剂；
用于所述着色剂的含水载体；和
图像设定系统，包含(a)有机溶剂，(b)粘附剂，和(c)粘合剂；
选择图像设定系统，使得墨水具有约5厘泊-约20厘泊的粘度和当应用于食用基质上时具有小于50达因/厘米的表面张力。
34.权利要求33的食用墨水，其中
所述载体是以约50.0wt％-约85.0wt％的量存在的去离子化水；
所述有机溶剂选自：乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇或它们的混合物；和
所述粘附剂包含可水解多糖。
35.权利要求33的食用墨水，其中所述墨水当从压电喷墨打印头中喷射后与蜡抛光的甜食表面形成小于约50度的接触角。
36.权利要求33的墨水，适于在疏水性表面进行高分辨率打印，其中：
所述粘附剂包含淀粉、糊精或树胶，其以有效提高墨水与疏水性表面粘附的量存在；和其中
粘附剂和粘合剂共同相对于水性载体和有机溶剂共同的特性粘度在约23-约30立方厘米/克的范围。
37.一种打印的食用产品，包括：
选自以下的食用基质：烤制品、饼干、蛋糕、小甜饼、坚果、巧克力、干酪、核桃夹、薄片、发面点心、布丁、木斯、冰淇淋、稀奶油、宠物食品、玩尝动物食品、主食点心、谷物食品、香肠肠衣和药片；和
在食用基质表面上由各干墨滴组成的、分辨率大于100dpi的喷墨图案，在非色素化水基食用墨水打印的单个干墨滴中至少其一包括可食用着色剂和可水解多糖粘附剂，所述粘附剂以足以增强图案与所述表面的粘附的量存在。
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