TW202319211A - 含圖案之液體的製造方法及含圖案之液體的製造系統 - Google Patents
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Abstract
本發明之目的在於提供可產生顏色或味道、香氣、食感、觸感等之感覺的圖案於液體中之設計自由度高的含圖案之液體的製造方法及含圖案之液體的製造系統。
本發明有關含圖案之液體的製造方法,其係將含有第一可食性有機物之微米尺寸之第一微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料,使用可控制位置之噴嘴,噴出至第二液體中,形成由上述第一微米粒子所成之圖案。
Description
本發明有關含圖案之液體的製造方法及含圖案之液體的製造系統。更詳言之,有關可於液體中形成文字或繪圖、成分偏置等之圖案的含圖案之液體的製造方法及含圖案之液體的製造系統。
三維印刷技術係基於三維CAD(電腦輔助設計(Computer-Aided Design))數據,將材料作為二維層,依序積層而形成三維構造物之技術。利用該技術,可自金屬材、高分子材、食品材料、細胞等之各種材料所成之材料形成三維構造物。
迄今,作為朝液相中之三維印刷技術之例,提案有如下技術:使用在印刷中可進行液相更換之平臺,一面配合目的條件進行液相更換一面積層高分子材料,而構築高分子結構之技術(例如參照專利文獻1);通過在凝膠中堆積固化材料並使其固化而形成浮游於凝膠中之三維物體之技術(例如參照專利文獻2);或者在第1流體中導入不與該流體混合之第2流體,利用該等不混合,在第1流體中形成圖案之技術(例如參見專利文獻3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]:美國專利申請公開第2020/247053號說明書
[專利文獻2]:美國專利申請公開第2018/281295號說明書
[專利文獻3]:國際公開第2018/218264號
[發明欲解決之課題]
然而,當假定朝液體中生成三維圖案時,藉由如專利文獻1中記載之積層高分子材料之方法,形成的聚合物構造體必須始終與平臺的底面及壁面接觸,三維圖案之設計自由度受到限制。且,將形成有三維圖案之液體作為飲料提供時,有時要求飲料的食感不因該三維圖案而改變,以專利文獻1中記載之方法中,由於作為流體之飲料中形成體積(一塊)高分子構造體,因此構造體必然會影響作為飲料之食感。同樣,形成有三維圖案之液體提供作為化妝品時,其三維圖案必然會影響肌膚觸感(觸感)。
且,以專利文獻2及專利文獻3中記載之方法,不接觸收容凝膠或流體之容器的底面或壁面,即可以浮由於凝膠或流體中之狀態生成三維圖案。然而,利用專利文獻2中記載之方法,由於於三維圖案生成中使用固化材料,故與專利文獻1之情況同樣,形成固體構造物,該構造物必然會對作為飲料之食感或作為化妝品之觸感造成影響。而且,即使利用如專利文獻3中記載之不混合之2種流體的組合,用於描繪之流體的親水度等之物性的差異亦會對作為飲料的食感或作為化妝品之觸感造成影響。進而,由於具有2種不同物性之流體具有相同流體彼此融合,另一方面不同流體相分離之特性,故描繪困難,可描繪之三維圖案的設計自由度受到限制。
又,與上述相同的課題不僅限於三維圖案,在液體中形成一維圖案或二維圖案時亦可能發生。
本發明之目的在於提供可產生顏色或味道、香氣、食感、觸感等之感覺的圖案於液體中之設計自由度高的含圖案之液體的製造方法及含圖案之液體的製造系統。
且,因最近之極端氣候、全球人口增加及消耗擴大而有糧食資源枯竭之顧慮。於畜肉類領域,已嘗試以細胞培養進行三維列印,重現與實體肉相同的食感。然而,尚未嘗試以植物為原料之飲料。因此,本發明之目的亦在於藉由微米等級設計圖案,而提供具有與實體之牛奶或咖啡等之環境影響高的飲料同等食感之低環境影響植物原料飲料。
[用以解決課題之手段]
本發明人等,為了實現此種含圖案之液體,著眼於在朝液體中之圖案生成中利用微尺寸之可食性微米粒子。此種可食性之微米粒子藉由包含不溶成分而均一分散於液體中,以使該成分可與液體一起容易被攝取或利用為目的而使用,但本發明人等發現,若利用可食性之微米粒子引起的大小依存性之擴散現象,則即使在液體中微米粒子在該場域停留一定時間,故藉由於成為場域之液體中配置微米粒子,而描繪由微米粒子所成之字母或圖畫等圖案,且可保持其形狀。此係因為微米粒子與色素等之低分子相比,擴散係數較小之故。此外,可食性之微米粒子以其本身,與色素等之低分子同樣難以於口腔內感受到食感或皮膚上之觸感,但微米粒子彼此可藉由非共價鍵之聚集性而凝集,其結果,由於可能產生食感或觸覺,故亦可自由控制由微米粒子所成之圖案的食感或觸感之有無及程度。
亦即,雖不限定於此,本發明有關以下之含圖案之液體的製造方法及含圖案之液體的製造系統。
<1>一種含圖案之液體的製造方法,其係將含有第一可食性有機物之微米尺寸之第一微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料,使用可控制位置之噴嘴,噴出至第二液體中,形成由前述第一微米粒子所成之圖案,前述第二液體中分散有0體積%以上、74體積%以下之含有第二可食性有機物之微米尺寸的第二微米粒子。
<2>如上述<1>之含圖案之液體的製造方法,其中構成前述圖案之前述第一微米粒子彼此及/或前述第二微米粒子彼此不經由交叉鏈接基化學鍵結。
<3>如上述<1>或<2>之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一微米粒子彼此及/或前述第二微米粒子彼此係藉由非共價鍵結之凝集性而凝集,而產生食感者。
<4>如上述<1>至<3>中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一及/或第二微米粒子之直徑為0.13μm以上、1000μm以下。
<5>如上述<1>至<4>中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一及第二微米粒子之各密度相對於前述第二液體之密度的比例為0.9以上、1.1以下,前述第二液體之密度相對於前述第一液體之密度的比例為0.9以上、1.1以下。
<6>如上述<1>至<5>中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一液體與前述第二液體之水分含量之差的絕對值為0%以上、50%以下。
<7>如上述<1>至<6>中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一液體之黏度與前述第二液體之黏度於25℃下各為0.8mPa·s以上、6Pa·s以下。
<8>如上述<1>至<7>中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述噴嘴之徑L與前述第二液體中之前述噴嘴的速度U滿足U×L≦10
-3m
2/s之關係。
<9>如上述<1>至<8>中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中自前述噴嘴噴出之前述圖案形成用材料之噴出流量X除以前述噴嘴之前端開口面積A所得之值相對於前述第二液體中之前述噴嘴的速度U之比例為0.2以上、10以下。
<10>一種含圖案之液體的製造系統,其係於液體中形成有圖案之含圖案之液體的製造系統,且具備:槽,其收容有將含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料;噴嘴,其噴出前述圖案形成用材料;泵,其將前述圖案形成用材料送液至前述噴嘴;以及控制裝置,其控制前述噴嘴的位置與自前述噴嘴噴出之前述圖案形成用材料之噴出流量,前述控制裝置係以使前述噴嘴之徑L與前述噴嘴的速度U滿足U×L≦10
-3m
2/s之關係之方式,使前述噴嘴於第二液體中移動的同時自前述噴嘴噴出前述圖案形成用材料。
[1] 一種含圖案之液體的製造方法,其係將含有第一可食性有機物之微米尺寸之第一微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料,使用可控制位置之噴嘴,噴出至第二液體中,形成由上述第一微米粒子所成之圖案。
[2] 如上述[1]之含圖案之液體的製造方法,其中構成上述圖案之上述第一微米粒子彼此不經由交叉鏈接基化學鍵結。
[3] 如上述[1]或[2]之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一微米粒子之直徑為0.13μm以上、1000μm以下。
[4] 如上述[1]至[3]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一微米粒子各密度相對於上述第二液體之密度的比例為0.9以上、1.1以下,上述第二液體之密度相對於上述第一液體之密度的比例為0.9以上、1.1以下。
[5] 如上述[1]至[4]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一微米粒子包含選自由色素、呈味成分、營養素及香氣成分所成之群中之至少1種成分。
[6] 如上述[1]至[5]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一微米粒子包含氧化矽及氧化鈦之至少一者。
[7] 如上述[1]至[6]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一可食性有機物係選自由多糖類、多肽、高級醇、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸酯、多酚、聚乙烯醇、聚乙二醇及核酸所成之群中之至少一種可食用性有機物。
[8] 如上述[1]至[7]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一微米粒子彼此藉由非共價鍵之凝集性而凝集,產生食感者。
[9] 如上述[1]至[8]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一液體與上述第二液體之含水量之差的絕對值為0%以上、50%以下。
[10] 如上述[1]至[9]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一液體之黏度與上述第二液體之黏度於25℃下各為0.8mPa·s以上、6Pa·s以下。
[11] 如上述[1]至[10]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第一液體為水溶液。
[12] 如上述[1]至[11]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述噴嘴係可於多軸上自如地移動。
[13] 如上述[1]至[12]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二液體係收容於容器中,上述噴嘴之長度至少長於收容於上述容器之上述第二液體之深度。
[14] 如上述[1]至[13]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述噴嘴之徑L與上述第二液體中之上述噴嘴的速度U滿足U×L≦10
-3m
2/s之關係。
[15] 如上述[1]至[14]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中自上述噴嘴噴出之上述圖案形成用材料之噴出流量X除以上述噴嘴之前端開口面積A所得之值相對於上述第二液體中之上述噴嘴的速度U之比例為0.2以上、10以下。
[16] 如上述[1]至[15]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述噴嘴具有圓形、橢圓形、三角形、長方形、正方形、菱形、V字形、U字形或C字形之前端。
[17] 如上述[1]至[16]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二液體中分散有含有第二可食性有機物之微米尺寸的第二微米粒子,並將上述圖案形成用材料噴出至分散有上述第二微米粒子之上述第二液體中。
[18] 如上述[17]之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二微米粒子彼此不經由交叉鏈接基化學鍵結。
[19] 如上述[17]或[18]之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二微米粒子之直徑為0.13μm以上、1000μm以下。
[20] 如上述[17]至[19]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二微米粒子相對於上述第一微米粒子之密度、上述第一液體之密度及上述第二液體之密度之各密度的比例為0.9以上、1.1以下。
[21] 如上述[17]至[20]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二微米粒子包含選自由色素、呈味成分、營養素及香氣成分所成之群中之至少1種成分。
[22] 如上述[17]至[21]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二微米粒子包含氧化矽及氧化鈦之至少一者。
[23] 如上述[17]至[22]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二可食性有機物係選自由多糖類、多肽、高級醇、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸酯、多酚、聚乙烯醇、聚乙二醇及核酸所成之群中之至少一種可食用性有機物。
[24] 如上述[17]至[23]中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中上述第二微米粒子彼此藉由非共價鍵之凝集性而凝集,產生食感者。
[25] 一種含圖案之液體的製造系統,其係於液體中形成有圖案之含圖案之液體的製造系統,且具備:槽,其收容有將含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料;噴嘴,其噴出上述圖案形成用材料;泵,其將上述圖案形成用材料送液至上述噴嘴;以及控制裝置,其控制上述噴嘴的位置與自上述噴嘴噴出之上述圖案形成用材料之噴出流量,上述控制裝置係以使上述噴嘴之徑L與上述噴嘴的速度U滿足U×L≦10
-3m
2/s之關係之方式,使上述噴嘴於第二液體中移動的同時自上述噴嘴噴出前述圖案形成用材料。
[26] 如上述[25]之含圖案之液體的製造系統,其中自上述噴嘴噴出之上述圖案形成用材料之噴出流量X除以上述噴嘴之前端開口面積A所得之值相對於上述第二液體中之上述噴嘴的速度U之比例為0.2以上、10以下。
[27] 一種含圖案之液體的製造方法,其係使用可控制位置之噴嘴,將第一液體噴出至分散有含有可食性有機物之微米尺寸之微米粒子的第二液體中,形成由上述第一液體所成之圖案。
[28] 一種含圖案之液體的製造系統,其係於液體中形成有圖案之含圖案之液體的製造系統,且具備:槽,其收容有第一液體;噴嘴,其噴出上述第一液體;泵,其將上述第一液體送液至前述噴嘴;以及控制裝置,其控制上述噴嘴的位置與自上述噴嘴噴出之上述第一液體之噴出流量,上述控制裝置係以使上述噴嘴之徑L與上述噴嘴的速度U滿足U×L≦10
-3m
2/s之關係之方式,使上述噴嘴於分散有含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子之第二液體中移動的同時自上述噴嘴噴出上述第一液體。
[29] 如上述[28]之含圖案之液體的製造系統,其中自上述噴嘴噴出之上述第一液體之噴出流量X除以上述噴嘴之前端開口面積A所得之值相對於上述第二液體中之前述噴嘴的速度U之比例為0.2以上、10以下。
[發明效果]
依據本發明,可提供可產生顏色或味道、香氣、食感、觸感等之感覺的圖案於液體中之設計自由度高的含圖案之液體的製造方法及含圖案之液體的製造系統。
本發明之第一態樣係含圖案之液體的製造方法(以下有時亦簡稱第一態樣之製造方法),係將含有第一可食性有機物之微米尺寸之第一微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料,使用可控制位置之噴嘴,噴出至第二液體中,形成由上述第一微米粒子所成之圖案。
依據第一態樣之製造方法,由於係將含有第一可食性有機物之微米尺寸之第一微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料,使用可控制位置之噴嘴,噴出至第二液體中,形成由上述第一微米粒子所成之圖案,故可於成為場域之第二液體中,描繪由第一微米粒子所成之文字或繪圖等之圖案,且可維持其形狀。因此,可提供顏色或味道、香氣、食感、觸感等之圖案經自由設計的含圖案之液體。例如藉由使第一微米粒子中含有色素或呈味物質、香氣成分,於第二液體中亦可進行空間之色彩或味道或香氣之設計。且,藉由控制第一微米粒子之凝集性,亦可進行第二液體中之空間食感或觸感之設計。進而,藉由以微米等級設計由第一微米粒子所成之圖案,亦可製造與實物的牛奶或咖啡等之環境影響高的飲料同等食感之低環境影響植物原料飲料。
本說明書中,「液體」為可藉由飲用行為而攝取,或可塗佈於皮膚之液狀者。因此,上述第一液體及第二液體基本上較佳為水溶液。
上述第一液體及第二液體之種類未特別限制,舉例為所有飲料。具體舉例為例如水;茶;咖啡;果汁飲料、碳酸飲料、機能性飲料、運動飲料、能量飲料、非酒精飲料等之清涼飲料;酒精飲料;營養飲品;牛奶;豆漿;湯;冰沙;冷凍飲品;冷凍雞尾酒;奶昔等。基於可自第二液體外辨識由第一微米粒子所成之圖案的觀點,第二液體較佳具有可透過第二液體辨識該圖案程度的透明度。基於同樣觀點,第二液體可為有色或為無色透明。第一液體及第二液體可互為不同種類的液體,亦可為同種類之液體。且,第一液體及第二液體可各為單一種液體,亦可為複數種混合或分離者。
又,上述第一液體及第二液體之種類型可為香水或化妝水、乳液等之皮膚化妝品。
此外,上述第一液體及第二液體之種類亦可為培養基或緩衝液等之適於細胞生長及維持之液體。
上述圖案可維一維圖案(線)、二維圖案(平面)及三維圖案(立體)均可。圖案種類未特別限制,可舉例為例如產生文字等之記號或繪圖之顏色者、產生成分偏差之味覺或食感者、複合產生該等感覺者。
上述第一微米粒子係含有第一可食用性有機物之微米尺寸粒子。第一微米粒子由於係微米尺寸粒子,且較佳如後述之直徑為0.13μm以上,故噴出至第二液體中之第一微米粒子,因其大小而擴散受到抑制,依存其大小,可於所噴出之場所附近停留數十分鐘至數十小時。因此,可產生於第二液體之任意位置配置由第一微米粒子所成的圖案之含圖案之液體。又第一微米粒子之粒子構造未特別限制,舉例為例如均一型、芯殼型、二心型(janus)等。
上述第一微米粒子較佳對於第一液體及第二液體(可為水)為不溶性或難溶性者。藉此,可以第一微米粒子分散於第一液體中之狀態長期保管,並且可將第一微米粒子於第二液體中長期維持。
構成上述圖案之上述第一微米粒子彼此較佳不藉交叉鏈接基化學鍵結。藉此,由第一微米粒子所成之圖案不成塊,該圖案可與第二液體一起更容易被飲用。
此處,針對第一微米粒子之較佳尺寸範圍加以說明。滴加於液體中之粒子因布朗(Brown)運動而擴散。藉由該擴散,於某時間t之典型移動距離x可自粒子的擴散係數D藉下述式1計算。
該擴散係數D、粒子直徑d、博茨曼(Boltzmann)常數k
B、絕對溫度T、構成系之液體的黏度η自斯托克斯-愛因斯坦(Stokes-Einstein)的關係(下述式2)算出。
將直徑1μm的粒子滴加於液體時,將粒子所滴下之液體的黏度設相當於20℃的水之黏度,擴散係數D為4×10
-13m
2/s,典型上分別於1小時移動50μm,於24小時移動260μm。
置於液體中之微米粒子於1小時典型上移動的量與微米粒子之直徑的關係性理論值示於圖1。圖1係顯示置於液體中之微米粒子於1小時典型移動的量與微米粒子之直徑的關係性理論值之圖表。如圖1所示,如果粒子尺寸較大,則因布朗運動之擴散被抑制。於液體中,使用含有微米粒子之圖案形成用材料以1mm線寬描繪圖案時,由於形成線的微米粒子以三維擴散,於1小時線的粗細為變粗30%(0.3mm)以上之微米粒子的直徑為0.13μm以下。例如,以含有直徑0.13μm之微米粒子的圖案形成用材料以間隔1mm並排兩條線寬為1mm的線時,即使各線的粗細各成為1.3倍,並排的2條線的距離仍為0.3mm,可辨識2條線彼此。亦即,若使用0.13μm以上直徑之微米粒子,可描繪即使1小時後仍可辨識之圖案。
由以上,上述第一微米粒子之直徑可為0.13μm以上,但較佳為0.2μm以上、1000μm以下。為0.2μm以上時,於第二液體中,以線寬1mm描繪之圖案即使放置1小時,仍可充分保持該圖案。為1000μm以下時,將第一微米粒子放入口中時,有可能感覺不到粗糙感(例如,參見下述參考文獻1),基於此觀點,更佳為100μm以下。第一微米粒子之直徑更佳為0.3μm以上,又更佳為0.5μm以上,再更佳為50μm以下。
此處,所謂「微米粒子之直徑」係藉由動態光散射法(DLS)測定之微米粒子的粒度分佈之最頻徑。
上述第一微米粒子之密度相對於上述第二液體之密度的比(第一微米粒子之密度/第二液體之密度)為0.9以上、1.1以下,上述第二液體之密度相對於上述第一液體之密度的比(第二液體之密度/第一液體之密度)較佳為0.9以上、1.1以下。該等比例為0.9以上、1.1以下時,可抑制由第一微米粒子所成之圖案與第一液體一起於第二液體中漂浮或沉降。基於此觀點,該等比例更佳分別為0.92以上、1.08以下,又更佳為0.95以上、1.05以下。
此處,所謂「密度」意指每單位體積的重量,「微米粒子之密度」相當於將微米粒子(可為圖案形成用材料)滴加於各種濃度之溶液(例如甘油水溶液)中,於特定條件(例如在18,500×g下1分鐘)離心,將未觀察到微米粒子之沉降的溶液密度中最小的密度。關於該溶液與「液體之密度」,可藉由例如密度計(DMA 4500 M,Anton Paar公司製)測定。
上述第一微米粒子較佳包含選自由色素、呈味成分、營養素及香氣成分所成之群中之至少1種成分。藉由第一微米粒子包含該等添加物,可藉由由第一微米粒子所成之圖案計各種空間感。例如,於含有色素之情況,可利用由第一微米粒所成之圖案進行空間色彩設計,於含有呈味成分之情況,可利用由第一微米粒子所成之圖案進行空間的味道設計,於含有營養素之情況下,可利用由第一微米粒子所成之圖案進行空間營養設計,含有香氣成分之情況,可利用由第一微米粒子所成之圖案進行空間香味設計。作為色素,例如可使用紅色色素、綠色色素、藍色色素、黑色色素、白色色素等。做成呈味成分,例如可使用蔗糖、果糖、食鹽、葡萄糖、胺基酸、核酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸、咖啡因、單寧、辣椒素、甘油、食品萃取物等。作為營養素,例如可使用維生素、礦物質、脂質、脂肪酸、多肽、糖質、健康材料分子、食品萃取物等。作為香氣成分,例如可使用例如日本食品衛生法施行細則附表一所指定之包含香草醛、丁香油酚、香葉醇、檸檬醛等之食品用香料化合物、食品萃取物等。又,第一微米粒子亦可包含有無色素、所含色素之種類不同(例如顏色不同)之複數種粒子。關於呈味成分、營養素及香氣成分之各者亦同樣,第一微米粒子亦可包含有無該等添加物或所含之添加物種類不同之複數種粒子。
上述第一微米粒子較佳包含氧化矽(silica)及氧化鈦(titania)之至少一者。藉由第一微米粒子包含該等添加物,可使白色表現及其他顏色之顯色良好。
上述第一微米粒子可含有為了使上述色素或氧化矽等添加物維持於微米粒子內之疏水性物質或親水性物質。且,第一微米粒子亦可為例如親水物質/疏水性物質/親水性物質或疏水性物質/親水性物質/疏水性物質之3層構造等般之具有含有疏水性物質之層與含有親水性物質之層自中心向外側交替配置之構造。
上述第一微米粒子包含第一可食性有機物。第一可食性有機物係可作為造型為第一微米粒子之粒子的形狀的主成分發揮功能者。又此處,所謂「可食性有機物」,係人可食用之有機物,但人是否可消化,或人是否可吸收則未特別限制。又第一可食性有機物之分子量未特別限制,但第一可食性有機物較佳為高分子量物質。
上述第一可食性有機物較佳為選自由多糖類、多肽、高級醇、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸酯、多酚、聚乙烯醇、聚乙二醇及核酸(DNA)所成之群中之至少一種可食性有機物。又此處所謂「多糖」意指複數個(2分子以上)單糖鍵結成之糖。且所謂「多肽」係指許多個胺基酸藉由肽鍵連接成之化合物,此處包含蛋白質。
作為上述多糖類較佳具體例,可舉例為糊精、果膠、瓊脂、瓊脂糖、葡甘露聚糖、聚右旋糖、麥芽糊精、藻酸(藻酸鈉、藻酸鈣等)、纖維素、半纖維素、甲殼素、殼聚糖、澱粉(Starch等)、右旋糖酐、瓊脂糖、蔗糖、甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素等。該等可使用1種或組合2種以上使用。
作為上述多肽之較佳具體例,舉例為明膠、蛋白質水解物、膠原蛋白、白蛋白等。該等可使用1種或組合2種以上使用。
作為上述高級醇之較佳具體例,舉例為十二烷醇、乙醯醇等。該等可使用1種或組合2種以上使用。
作為上述天然樹脂之較佳具體例,舉例為阿拉伯膠、蟲膠、蠟、木質素、聚乳酸等。該等可使用1種或組合2種以上使用。
作為上述脂質之較佳具體例舉例為卵磷脂等。
又關於多糖類及多肽等之屬於不同分類之上述較佳具體例,亦可組合2種以上使用。
又,作為第一可食性有機物之具體例,包含與上述呈味成分及營養物等之添加物的具體例共通者,但該等共通例係亦可作為呈味成分或營養素等成分發揮機能之第一可食性有機物。又本說明書中,「可食性有機物」不限於所謂的食品及食品添加物等,亦可為醫藥品、準醫藥等,意指可經口攝取之有機物。
上述第一微米粒子可為源自人類之細胞、動物細胞、植物細胞、微生物細胞等之細胞。藉由使第一微米粒子為該等細胞,可使由第一微米粒子所成之圖案具有各種生理學機能。又,該等細胞係包含第一可食性有機物者。
上述第一微米粒子彼此係可藉由非共價鍵之凝集性而凝集,而產生食感或觸感者。藉此,可利用由第一微米粒子所成之圖案設計空間食感或觸感。又,藉由非共價鍵凝集性使微米粒子凝集之方法未特別限制,例如亦可藉由使微米粒子之表面帶電而凝集。
第一態樣之製造方法中,第一微米粒子,在噴出至第二液體之前,係分散於第一液體中,使用位置可控制之噴嘴,作為圖案形成用材料,噴出至第二液體中。如此,由於第一液體可使用噴嘴將第一微米粒子噴出至第二液體中,故構成含有第一微米粒子之液狀者。第一微米粒子含有色素成分之情況(呈色之情況),分散有第一微米粒子之第一液體,即圖案形成用材料可作為圖案形成用油墨發揮機能。
上述圖案形成用材料中之第一微米粒子之體積百分比濃度未特別限定,但較佳為0.05體積%以上、50體積%以下,更佳為0.1體積%以上、40體積%以下,又更佳為0.5體積%以上、30體積%以下。
此處,「圖案形成用材料中之第一微米粒子的體積百分比濃度」可藉由庫爾特(Coulter)計數器法測定。
又,噴出至第二液體中之圖案形成用材料的種類未特別限制,可僅將一種圖案形成用材料噴出至第二液體中,亦可將第一微米粒子及第一液體中之至少一者不同的2種以上的圖案形成用材料同時或依序噴出至第二液體中。
基於在第二液體中長期維持由第一微米粒子所成之圖案之觀點,第一液體較佳與第二液體相容,亦可為與第二液體相同的液體,或接近第二液體的液體。以下,針對該點詳細描述。
上述第一液體與上述第二液體之含水量之差的絕對值較佳為0%以上、50%以下。藉由組合水含量無差異之液體,可不改變食感或觸感下改變味道及顏色。藉由組合不同含水量之液體,可使食感或觸感變化。兩者之差的絕對值更佳為25%以下,又更佳為15%以下。又通常第一液體之含水量小於第二液體之含水量。
此處,「液體之水含量」可藉由乾燥減量法測定。亦即,測量包含水分之試料(此處為液體)的重量後,隨後將試料放入特定溫度之恆溫槽使水分蒸發,測量該試料的重量變化可測定水含量。
上述第一液體之黏度與上述第二液體之黏度,於25℃下,較佳各為0.8mPa·s以上、6Pa·s以下。該兩者之黏度於25℃下若各為0.8mPa·s以上、6Pa·s以下,則容易抑制第一液體向第二液體之擴散,故可將由第一微米粒子所成之圖案的形狀更長時間維持在第二液體中。基於該觀點,該兩者之黏度於25℃下更佳各為3Pa·s以下,又更佳各為1Pa·s以下。且,一態樣中,第一液體之黏度與第二液體之黏度於25℃下較佳各為1mPa·s以上、100mPa·s以下,更佳各為1mPa·s以上、50mPa·s以下。又第一液體之黏度與第二液體之黏度可為任一者較大,亦可為實質上相同。
此處,「液體黏度」可使用以密度計(例如DMA 4500 M,Anton Paar公司製)測定之密度與音叉振動黏度計(例如,SV-10,由A&D公司製)之值進行測量。
又,以下顯示可利用作上述第一液體及上述第二液體之食品在25℃下之黏度之一例。水1mPa·s、牛奶2~10mPa·s、醬油5~10mPa·s、果汁飲料10mPa·s、番茄汁19mPa·s、乳酸菌飲料原液40~50mPa·s、沙拉油50~80mPa·s
、楓糖漿200mPa·s、優酪乳500mPa·s、中濃醬170~ 800mPa·s、蛋黃500~900mPa·s、番茄醬2Pa·s、蛋黃醬8Pa·s
、蜂蜜10~ 50Pa·s、水飴100Pa·s。
上述噴嘴係內側為空腔且兩端面開口之圓筒,將第一微米粒子分散於第一液體中之圖案形成用材料自噴嘴之基端導入並流通於噴嘴內之空腔,並自噴嘴之前端噴出。噴嘴通常藉由後述之含圖案之液體的製造系統的控制裝置,控制其三維位置與自噴嘴前端噴出之圖案形成用材料的噴出流量。又使用的噴嘴根數未特別限制,可為1根亦可為複數根。
上述噴嘴較佳為可多軸(例如3軸以上、8軸以下)自如移動。藉此,作為由第一微米粒子所成之圖案,可容易地形成三維圖案。且,不僅可移動噴嘴,亦可移動收容有第二液體之容器。
上述第二液體係收容於容器(例如玻璃杯或杯子)中,上述噴嘴之長度較佳至少比上述容器中收容的上述第二液體之深度長。藉此,可使用噴嘴在第二液體中之任意部位形成由第一微米粒子所成之圖案。
於液體中形成圖案時,有因噴嘴而產生亂流,而使圖案紊亂之可能性。一般,亂流係雷諾數(Re)越小,越容易抑制。抑制為1000以下時,特別有利。該雷諾數,係使用速度U、長度L、動黏性係數ν,由下述式3定義。
此處,以20℃的水的動黏性係數=1×10
-6m
2/s為基準,將噴嘴徑設為L,第二液體中之噴嘴速度設為U時,雷諾數成為1000以下之噴嘴直L與噴嘴速度U之關係成為圖2的灰色部分。圖2顯示在液體中移動噴嘴時,雷諾數在1000以下的範圍之理論值。亦即,上述噴嘴徑L(m)與上述第二液體中上述噴嘴之速度U(m/s),較佳滿足U×L≦10
-3m
2/s之關係。藉此,可有效抑制因噴嘴產生亂流,可鮮明地形成期望形狀之圖案。基於此觀點,噴嘴徑L(m)與上述第二液體中之上述噴嘴的速度U(m/s)更佳滿足U×L≦5×10
-4m
2/s的關係,又更佳滿足U×L≦10
-4m
2/s之關係。
又,此處所謂「噴嘴徑L」係指在噴嘴前端開口的最長部分測定之長度。例如,噴嘴前端之開口形狀為圓形之情況,表示直徑,為橢圓之情況表示長軸長度,為四角形之情況表示較長的對角線的長度。且,噴嘴前端之開口形狀為V字形、U字形、C字形等之具有凹部的形狀時,表示包圍該形狀的最小圓的直徑。
上述噴嘴速度U(m/s)、自上述噴嘴噴出之上述圖案形成用材料的噴出流量X(m
3/s)及上述噴嘴的前端的開口面積A(m
2)滿足下述式1的關係時,認為描繪穩定。其理由係可減小噴出之圖案形成用材料相對於噴嘴的相對速度,可抑制因噴嘴產生亂流。特別是噴嘴之移動方向與圖案形成用材料之噴出方向為相同方向時,若下述式1之關係成立,則可非常穩定地描繪。
如此,雖(X/A)/U=1之關係成立時為理想,但即使(X/A)/U的比例與1偏移某程度,亦可有效抑制因噴嘴產生亂流,以鮮明地形成期望形狀之圖案。
具體而言,為了有效抑制因噴嘴產生亂流,鮮明地形成期望形狀之圖案,自上述噴嘴噴出之上述圖案形成用材料之噴出流量X(m
3/s)除以上述噴嘴之前端開口面積A(m
2)所得之值相對於上述第二液體中之上述噴嘴的速度U(m/s)之比例(X/A)/U(以下亦稱速度比例)較佳為0.2以上、10以下,更佳為0.3以上、8以下,又更佳為0.4以上、5以下。該速度比例未達0.2或超過10時,雷諾數變大,而成為亂流之發生原因。
上述噴嘴之前端開口形狀未特別限制,上述噴嘴較佳具有圓形、橢圓形、三角形、長方形、正方形、菱形、V字形、U字形或C字形之前端。
微米粒子亦可分散於圖案形成用材料所噴出之第二液體中。亦即,含有第二可食性有機物之微米尺寸之第二微米粒子分散於上述第二液體中,且上述圖案形成用材料噴出至分散有上述第二微米粒子之上述第二液體中。另一方面,於上述圖案形成用材料所噴出之上述第二液體中亦可不分散微米粒子。如此,上述圖案形成用材料噴出至以0體積%以上、74體積%以下分散有含有第二可食性有機物之微米尺寸的第二微米粒子之第二液體中。
上述第二液體中之第二微米粒子的體積百分比濃度只要為0體積%以上、74體積%以下,則未特別限制,但較佳為0.1體積%以上、70體積%以下,更佳為1體積%以上、60體積%以下,又更佳為5體積%以上、50體積%以下。又,由於液體中的圖案形成不受該液體中微米粒子濃度之影響,故其濃度可自由設定。將相同粒子於液體中最緊密配置時之構造成為六方最密填充構造,此時之填充率可計算為約74體積%。因此,第二液體中之第二微米粒子的最大體積百分比濃度為74體積%。
此處,「第二液體中之第二微米粒子的體積百分比濃度」可藉由庫爾特計數器法測定。
上述第二微米粒子彼此較佳不以交叉鏈接基化學鍵結。藉此,第二微米粒子不會成塊,可使第二微米粒子更容易地與第二液體一起被飲用。
基於與第一微米粒子的情況同樣的觀點,上述第二微米粒子之直徑可為0.13μm以上,但較佳為0.2μm以上、1000μm以下,更佳為100μm以下。且第二微米粒子之直徑更佳為0.3μm以上,又更佳為0.5μm以上,更佳為50μm以下。
與上述第一微米粒子與上述第二液體之情況同樣,上述第二微米粒子之密度相對於上述第一微米粒子之密度、上述第一液體之密度及上述第二液體之密度各者之比例(第二微米粒子之密度/第一微米粒子之密度、第二微米粒子之密度/第一液體之密度、及第二微米粒子之密度/第二液體之密度)較佳為0.9以上、1.1以下。且,該等比例更佳為0.92以上、1.08以下,又更佳為0.95以上、1.05以下。
上述第二微米粒子可包含選自由色素、呈味成分、營養素及香氣成分所成之群中之至少一種成分。作為該等些成分之具體例,可例示於第一微米粒子所舉例者。又,第二微米粒子亦可包含色素有無、所含色素之種類不同(例如顏色不同)之複數種顆粒。關於呈味成分、營養素及香氣成分之各者亦同樣,第二微米粒子可包含該等添加物有無、所含之添加物種類不同之複數種粒子。
基於與第一微米粒子之情況相同之觀點,上述第二微米粒子較佳包含氧化矽及氧化鈦之至少一者。
上述第二微米粒子可含有用於將上述色素及氧化矽等之添加物維持於微米粒子內之疏水性物質或親水性物質。
上述第二微米粒子包含第二可食性有機物。第二可食性有機物係可作為造型為第二微米粒子之粒子的形狀的主成分發揮功能者。第二可食性有機物之分子量未特別限制,但第二可食性有機物較佳為高分子量物質。
上述第二可食性有機物較佳為選自由多糖類、多肽、高級醇、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸酯、多酚、聚乙烯醇、聚乙二醇及核酸(DNA)所成之群中之至少一種可食性有機物。作為該等可食性有機物之較佳具體例,可例示第一可食性有機物所舉例者。又,與第一可食性有機物之情況同樣,可食性有機物之較佳具體例可使用1種或2種以上組合使用,關於多糖類及多肽等屬於不同分類的上述較佳具體例,亦可2種以上組合使用。且,與第一微米粒子之情況同樣,可食性有機物之具體例可包含與呈味成分及營養素等之添加物之具體例共通者,此等共通之例可為可作為呈味成分及營養素等成分發揮機能之可食性有機物。
上述第二微米粒子彼此可藉由非共價鍵之凝集性而凝集,而產生食感或觸感。藉此,可使分散有第二微米粒子之第二液體產生食感或觸感,可於由第一微米粒子所成之圖案與分散有第二微米粒子之第二液體之間產生食感或觸感之變化。
接著,針對本發明之第二態樣之含圖案之液體的製造系統(以下有時稱為第二態樣之製造系統)加以說明。由於關於與第一態樣之製造方法共通的構成亦適用於第二態樣之製造系統,故以下適當省略其說明。
第二態樣之製造系統係於液體中形成有圖案之含圖案之液體的製造系統,且具備:槽,其收容有將含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料;噴嘴,其噴出上述圖案形成用材料;泵,其將上述圖案形成用材料送液至上述噴嘴;以及控制裝置,其控制上述噴嘴的位置與自上述噴嘴噴出之上述圖案形成用材料之噴出流量。因此,藉由泵自槽向噴嘴供給圖案形成用材料,藉由控制裝置一面控制噴嘴位置與圖案形成用材料之噴出流量,一面可自噴嘴向第二液體之任意部位噴出圖案形成用材料。又,圖案形成材料之噴出流量可藉由泵壓力之變化、設置於噴嘴部之壓電元件等之壓電元件的施加電壓所引起之噴嘴內部的壓力變化而控制。因此,使用CAD等軟體進行圖案設計,基於其設計而控制噴嘴,可自動製造含圖案之液體。亦即,可製造可產生顏色及味道、香氣、食感、觸感等之感覺的圖案於液體中之設計自由度高的含圖案之液體。且,藉由以微米等級設計由微米粒子所成之圖案,亦可製造具有與實物的牛奶或咖啡等之環境影響高的飲料同等食感之低環境影響植物原料飲料。
接著,上述控制裝置以使上述噴嘴之徑L(m)與上述噴嘴的速度U (m/s)滿足U×L≦10
-3m
2/s之關係之方式,使上述噴嘴於第二液體中移動的同時自上述噴嘴噴出上述圖案形成用材料。因此,如第一態樣之製造方法所說明,可有效抑制因噴嘴產生亂流,可鮮明地形成期望形狀的圖案。基於此等觀點,噴嘴之徑L(m)與上述第二液體中之上述噴嘴的速度U(m/s)更佳滿足U×L≦5×10
-4m
2/s的關係,又更佳滿足U×L≦10
-4m
2/s的關係。
基於與第一態樣之製造方法的情況相同之觀點,自上述噴嘴噴出之上述圖案形成用材料之噴出流量X(m
3/s)除以上述噴嘴之前端開口面積A(m
2)所得之值相對於上述第二液體中之上述噴嘴的速度U(m/s)之比例(X/A)/U較佳為0.2以上、10以下,更佳為0.3以上、8以下,又更佳為0.4以上、5以下。
收容於上述槽中之圖案形成用材料可經由送液管供給至噴嘴。槽只要可收容圖案形成用材料之容器,則未特別限制。槽可與泵及噴嘴分開設置,亦可與泵及噴嘴一體設置。且,槽可根據圖案形成用材料之種類設置複數個。
上述噴嘴如第一態樣之製造方法之說明。且,可於噴嘴連接壓電元件等之壓電元件,藉由向該壓電元件施加電壓使噴嘴內部之壓力產生變化,可控制自噴嘴之圖案形成用材料之噴出流量。
上述泵只要可將圖案形成用材料送液至噴嘴者,則未特別限制,例如可使用注射泵、蠕動泵等。
上述控制裝置具備連接到噴嘴,使其位置移動之多軸機構(例如3軸以上、8軸以下之機構)。藉此,由於可藉多軸控制噴嘴,故可三維地移動噴嘴。亦即,可容易地形成三維圖案。作為多軸機構,例如可利用龍門型系統(例如3軸)及機械臂(例如8軸)。
又,上述控制裝置,為了控制圖案形成用材料之噴出流量,亦可控制泵壓力,可控制對於設置於噴嘴部之壓電元件的施加電壓。
此外,上述控制裝置亦可具備進行噴嘴及泵、多軸機構等之控制處理的控制處理裝置。控制處理裝置例如係藉由用以實現控制處理等之各種處理的軟體程式、執行該軟體程式的CPU(中央處理單元)、由該CPU控制之各種硬體(例如記憶裝置)等構成。於記憶裝置記憶有控制處理裝置之動作所需的軟體程式(例如使用3D-CAD數據之控制程式)及數據。又,控制處理裝置可與多軸機構一起配置於製造含圖案之液體的場所(例如在同一家商店中),與控制處理裝置之至少一部分機能有關之裝置亦可分散配置於與含圖案之液體的製造場所不同的場所(例如雲端)。
第二態樣之製造系統可進而具備可設置收容第二液體之容器的載台。載台可構成為可移動,控制裝置不僅可使噴嘴移動,亦可一面移動載台,即一面使收容於容器之第二液體移動,一面自噴嘴將圖案形成用材料噴出至第二液體中。
圖3係本發明之於液體中形成圖案之含圖案之液體的製造系統的概念圖。圖3所示之含圖案之液體的製造系統100包含:複數個槽110,其收容將微米粒子11分散於第一液體12中而成之圖案形成用材料10;噴嘴120,其噴出圖案形成用材料10;泵130,其將圖案形成用材料10送液至噴嘴120;控制裝置140;載台150,其供收容有第二液體20之容器40設置;送液管151,其用於將槽110與泵130連接,控制裝置140控制噴嘴120之位置與自噴嘴120噴出之圖案形成用材料10的噴出流量。根據製造系統100,可在第二液體20中自動形成由微米粒子11所成之圖案30。複數個槽110可收容不同的複數種圖案形成用材料10,複數種圖案形成用材料10可同時或依序自噴嘴120噴出。且,製造系統100亦可具備複數個噴嘴120,可同時或依序自複數個噴嘴120噴出複數種圖案形成用材料10。
圖4係根據本發明之使用龍門型系統之含圖案之液體的製造系統之概念圖。圖4所示之含圖案之液體的製造系統200具備:槽210,其收容將微米粒子(未圖示)分散於第一液體(未圖示)中之圖案形成用材料(未圖示);噴嘴220,其噴出圖案形成用材料;載台250,其供收容第二液體20之容器40設置;作為控制裝置(未圖示)之多軸機構的龍門型系統260。且,於槽210中,一體設置將圖案形成用材料送液至噴嘴220的泵(未顯示)與龍門型系統260之x軸驅動馬達(未顯示)。龍門型系統260為3軸驅動機構,且具備:x軸導軌261,其以可使槽210於x軸方向上移動地予以支持;z軸導軌262,其以可使x軸導軌261可於z軸方向上移動地予以支持;z軸驅動馬達263,其沿z軸方向驅動被z軸導軌262支持之x軸導軌261;y軸導軌264,其以可使z軸導軌262於y軸方向上移動地予以支持;y軸驅動馬達265,其使由y軸導軌264支持之z軸導軌262沿y軸方向驅動,在控制裝置的控制下,噴嘴220可於3軸自由移動。控制裝置藉由龍門型系統260控制噴嘴220之位置,並控制自噴嘴 220噴出之圖案形成用材料的噴出流量。藉由製造系統200,亦可於第二液體20中自動形成由微米粒子所成之圖案30。
圖5係本發明之使用機械臂之含圖案之液體的製造系統之概念圖。圖5所示之含圖案之液體的製造系統300具備:槽310,其收容將微米粒子(未圖示)分散於第一液體(未圖示)中之圖案形成用材料(未圖示);噴嘴320,其噴出圖案形成用材料;機械臂360,其作為控制裝置之多軸機構(未圖示)。且,於槽310一體設置有將圖案形成用材料送液至噴嘴320的泵(未圖示)。機械臂360例如為8軸驅動機構,在控制裝置的控制下,噴嘴320可於8軸自由移動。控制裝置藉由機械臂360控制噴嘴320的位置,並控制自噴嘴320噴出之圖案形成用材料的噴出流量。藉由製造系統300,亦可於第二液體20中自動形成由微米粒子所成之圖案30。
隨後,針對本發明之第三態樣之含圖案之液體的製造方法(以下有時稱為第三態樣之製造方法)加以說明。又由於與第一態樣之製造方法共通的構成亦適用於第三態樣之製造方法,故於以下適當省略其說明。
第三態樣之製造方法係使用可控制位置之噴嘴,將第一液體噴出至分散有含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子之第二液體中,形成由上述第一液體所成的圖案。
依據第三態樣之製造方法,由於使用可控制位置之噴嘴,將第一液體噴出至分散有含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子之第二液體中,形成由上述第一液體所成的圖案,故於成為場域之分散有微米粒子之第二液體中描繪由第一液體所成之文字或繪圖等圖案,且可為持其形狀。因此,可提供顏色及味道、氣味、食感、觸感等之圖案經自由設計之含圖案之液體。例如藉由於第一液體中含有色素及呈味物質、香氣成分,即使在第二液體中亦可進行空間色彩及味道及香氣之設計。且,藉由控制第一液體的食感或觸感,亦可進行於第二液體中之空間食感或觸感之設計。此外,藉由以微米等級設計由第一液體所成之圖案,亦可製造具有與實體牛奶及咖啡等之環境影響高的飲料同等食感之低環境影響的植物原料飲料。
上述微米粒子係含有可食性有機物之微米尺寸的粒子。微米粒子係微米尺寸之粒子,較佳係如後述般直徑為0.13μm以上,故分散於第二液體中之微米粒子之擴散受到其大小的限制。因此,於第一液體噴出至第二液體中之後,微米粒子依存於大小仍可在以前的部位附近停留數十分鐘至數十小時。亦即,噴出至第二液體中之第一液體亦可於所噴出之部位附近停留數十分鐘至數十小時。其結果,可生成於第二液體之任意位置配置有由第一液體所成之圖案的含圖案之液體。
如此,第一態樣之製造方法與第三態樣之製造方法之差異,僅在於將微米粒子噴出至液體中,或將另一液體噴出至分散有微米粒子之液體中,關於第一態樣之製造方法所說明之各特徵,亦可適當應用於第三態樣之製造方法。例如,第三態樣之製造方法可採取以下態樣。
上述第一液體及第二液體之種類未特別限制,舉例為所有液體。作為具體例,舉例為例如與第一態樣之製造方法中說明者。基於可自第二液體外部辨識到由第一液體所成之圖案之觀點,第二液體較佳具有可透過第二液體辨識到該圖案之程度的透明度。基於同樣觀點,第二液體可為有色亦可為無色透明。第一液體及第二液體可互為不同種類之液體,亦可為同種類之液體。且,第一液體及第二液體可各為單一種液體,亦可為複數種液體經混合或分離者。
且,上述第一液體及第二液體之種類可為香水或化妝水、乳液等之皮膚化妝品。
此外,上述第一液體及第二液體之種類可為培養基或緩衝液等之適於細胞生長及維持之液體。
又,第三態樣之製造方法中,第一液體並無必要包含含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子。
且,亦可僅一種第一液體噴出至分散有微米粒子之第二液體中,亦可同時或依序將2種以上之第一液體噴出至分散有微米粒子之第二液體中。
上述第一液體較佳包含選自由色素、呈味成分、營養素及香氣成分所成之群中之至少1種成分。藉由第一液體包含該等添加物,可藉由由第一液體所成之圖案設計各種空間感覺。例如,包含色素時,可利用由第一液體所成之圖案進行空間色彩設計,包含呈味成分時,可利用由第一液體所成之圖案進行空間的味道設計,包含營養素時,可利用由第一液體所成之圖案進行空間的營養設計,包含香氣成分時,可利用由第一液體所成之圖案進行空間之香味設計。作為色素,可使用例如紅色色素、綠色色素、藍色色素、黑色色素、白色色素等。作為呈味成分,可使用例如蔗糖、果糖、食鹽、葡萄糖、胺基酸、核酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸、咖啡因、單寧、辣椒素、甘油、食品萃取物等。作為營養素,可使用例如維生素、礦物質、脂質、脂肪酸、多肽、糖質、健康材料分子、食品萃取物等。作為香氣成分,例如可使用例如日本食品衛生法施行細則附表一所指定之包含香草醛、丁香油酚、香葉醇、檸檬醛等之食品用香料化合物、食品萃取物等。又,第一液體亦可包含有無色素、所含色素之種類不同(例如顏色不同)之複數種液體。關於呈味成分、營養素及香氣成分之各者亦同樣,第一液體亦可包含有無該等添加物或所含之添加物種類不同之複數種液體。
上述第一液體含有色素成分時(呈現顏色時),第一液體可作為圖案形成用油墨發揮機能。
上述圖案可為一維圖案(線)、二維圖案(平面)及三維圖案(立體)均可。圖案種類未特別限制,可舉例為例如產生文字等之記號或繪圖之顏色者、產生成分偏差之味覺或食感者、複合產生該等感覺者。
上述微米粒子之粒子構造未特別限制,舉例為例如均一型、芯殼型、二心型等。
上述微米粒子較佳對於第一液體及第二液體(可為水)為不溶性或難溶性者。基於自第二液體外部可辨識由第一液體所成之圖案之觀點,該微米粒子可具有可透過分散於第二液體之微米粒子辨識該圖案之程度的透明度。基於同樣觀點,微米粒子可為有色或為無色透明。
上述微米粒子彼此較佳不藉交叉鏈接基化學鍵結。藉此,由微米粒子所成之圖案不成塊,微米粒子可與第二液體一起更容易被飲用。
上述微米粒子之直徑可為0.13μm以上,但較佳為0.2μm以上、1000μm以下。微米粒子之直徑更佳為0.3μm以上,又更佳為0.5μm以上,再更佳為50μm以下。
上述微米粒子之密度相對於上述第二液體之密度的比(微米粒子之密度/第二液體之密度)較佳為0.9以上、1.1以下。該比例為0.9以上、1.1以下時,由於可抑制微米粒子於第二液體中漂浮或沉降,故可於第二液體中之任意部位形成由第一液體所成之圖案。基於此觀點,該比例更佳為0.92以上、1.08以下,又更佳為0.95以上、1.05以下。
上述微米粒子較佳包含選自由色素、呈味成分、營養素及香氣成分所成之群中之至少1種成分。作為色素、呈味成分、營養素及香氣成分之具體例,可舉例為例如第一態樣之製造方法中說明者。又,微米粒子亦可包含有無色素、所含色素之種類不同(例如顏色不同)之複數種粒子。關於呈味成分、營養素及香氣成分之各者亦同樣,微米粒子亦可包含有無該等添加物或所含之添加物種類不同之複數種粒子。
上述微米粒子較佳包含氧化矽(silica)及氧化鈦(titania)之至少一者。
上述微米粒子可含有為了使上述色素或氧化矽等添加物維持於微米粒子內之疏水性物質或親水性物質。且,微米粒子亦可為例如親水物質/疏水性物質/親水性物質或疏水性物質/親水性物質/疏水性物質之3層構造等般之具有含有疏水性物質之層與含有親水性物質之層自中心向外側交替配置之構造。
上述微米粒子包含可食性有機物。可食性有機物係可作為造型為第一微米粒子之粒子的形狀的主成分發揮功能者。可食性有機物之分子量未特別限制,但可食性有機物較佳為高分子量物質。
上述可食性有機物較佳為選自由多糖類、多肽、高級醇、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸酯、多酚、聚乙烯醇、聚乙二醇及核酸(DNA)所成之群中之至少一種可食性有機物。作為該等可食性有機物之較佳具體例,可例示於第一態樣之製造方法中以第一可食性有機物所舉例者。又,與第一態樣之製造方法之情況相同,可食性有機物之較佳具體例可使用1種或組合2種以上使用,關於多糖類與多肽等之屬於不同分類之上述較佳具體例,亦可組合2種以上使用。
上述微米粒子可為源自人類之細胞、動物細胞、植物細胞、微生物細胞等之細胞。藉由使微米粒子為該等細胞,可對分散有微米粒子之第二液體具有各種生理學機能。又,該等細胞係包含可食性有機物者。
上述微米粒子係彼此可藉由非共價鍵之凝集性而凝集,而產生食感或觸感者。
上述第二液體中之微米粒子之體積百分比濃度未特別限定,但較佳為0.05體積%以上、74體積%以下,更佳為0.1體積%以上、60體積%以下,又更佳為0.5體積%以上、50體積%以下。
此處,「第二液體中之微米粒子的體積百分比濃度」可藉由庫爾特計數器法測定。
與第一態樣之製造方法之情況相同,基於在第二液體中長期維持由第一液體所成之圖案之觀點,第一液體較佳與第二液體相容,亦可為與第二液體相同的液體,或接近第二液體的液體。
上述第二液體之密度相對於上述第一液體之密度的比(第二液體之密度/第一液體之密度)較佳為0.9以上、1.1以下。該比例為0.9以上、1.1以下時,可抑制由第一液體所成之圖案於第二液體中漂浮或沉降。基於此觀點,該比例更佳為0.92以上、1.08以下,又更佳為0.95以上、1.05以下。
上述第一液體與上述第二液體之含水量之差的絕對值較佳為0%以上、50%以下。兩者之差的絕對值更佳為25%以下,又更佳為15%以下。又通常第一液體之含水量大於第二液體之含水量。
上述第一液體之黏度與上述第二液體之黏度,於25℃下,較佳各為0.8mPa·s以上、6Pa·s以下。該兩者之黏度於25℃下若各為0.8mPa·s以上、6Pa·s以下,則容易抑制第一液體向第二液體之擴散,故可將由第一液體所成之圖案的形狀更長時間維持在第二液體中。基於該觀點,該兩者之黏度於25℃下更佳各為3Pa·s以下,又更佳各為1Pa·s以下。且,一態樣中,第一液體之黏度與第二液體之黏度於25℃下較佳各為1mPa·s以上、100mPa·s以下,更佳各為1mPa·s以上、50mPa·s以下。又第一液體之黏度與第二液體之黏度可為任一者較大,亦可為實質上相同。
上述噴嘴係內側為空腔且兩端面開口之圓筒,將第一液體自噴嘴之基端導入並流通於噴嘴內之空腔,並自噴嘴之前端噴出。噴嘴通常藉由後述之含圖案之液體的製造系統的控制裝置,控制其三維位置與自噴嘴前端噴出之第一液體的噴出流量。又使用的噴嘴根數未特別限制,可為1根亦可為複數根。
上述噴嘴較佳為可多軸(例如3軸以上、8軸以下)自如移動。且,不僅可移動噴嘴,亦可移動收容有第二液體之容器。
上述第二液體係收容於容器(例如玻璃杯或杯子)中,上述噴嘴之長度較佳至少比上述容器中收容的上述第二液體之深度長。
上述噴嘴之徑L(m)與上述第二液體中之上述噴嘴的速度U(m/s)較佳滿足U×L≦10
-3m
2/s的關係,更佳滿足U×L≦5×10
-4m
2/s的關係,又更佳滿足U×L≦10
-4m
2/s的關係。
自上述噴嘴噴出之上述第一液體的噴出流量X(m
3/s)除以上述噴嘴前端之開口面積A(m
2)所得之值相對於上述第二液體中之上述噴嘴之速度U(m/s)之比(X/A)/U較佳為0.2以上、10以下,更佳為0.3以上、8以下,又更佳為0.4以上、5以下。
上述噴嘴之前端開口形狀未特別限制,上述噴嘴較佳具有圓形、橢圓形、三角形、長方形、正方形、菱形、V字形、U字形或C字形之前端。
其次,針對本發明之第四態樣之含圖案之液體的製造系統(以下有時稱為第四態樣之製造系統)加以說明。又由於與上述態樣之製造方法或製造系統共通的構成亦適用於第四態樣之製造系統,故於以下適當省略其說明。
第四態樣之製造系統係於液體中形成有圖案之含圖案之液體的製造系統,且具備:槽,其收容第一液體;噴嘴,其噴出上述第一液體;泵,其將上述第一液體送液至上述噴嘴;及控制裝置,其控制上述噴嘴之位置與自上述噴嘴噴出之上述第一液體的噴出流量,上述控制裝置係一面使上述噴嘴於分散有含可食性有機物之微米尺寸的微米粒子之第二液體中移動一面自上述噴嘴噴出上述第一液體。因此,藉由泵自槽將第一液體供給至噴嘴,一面藉由控制裝置控制噴嘴的位置與第一液體的噴出流量,一面自噴嘴將第一液體噴出至分散有微米粒子之第二液體的任意部位。又,第一液體之噴出流量,可藉由泵壓力之變化、或向設置於噴嘴部之壓電元件等之壓電元件施加電壓而使噴嘴內部壓力變化予以控制。因此,使用CAD等軟體進行圖案設計,基於其設計藉由控制噴嘴而自動製造含圖案之液體。亦即,可製造可產生顏色及味道、香味、食感、觸感等之感覺的圖案於液體中之設計自由度高的含圖案之液體。且,藉由以微米等級設計由第一液體所成之圖案,可製造具有與實物牛奶或咖啡等之環境影響高的飲料同等食感之環境影響低的植物原料飲料。
而且,上述控制裝置以使上述噴嘴之徑L(m)與上述噴嘴的速度U(m/s)滿足U×L≦10
-3m
2/s的關係之方式,一面使上述噴嘴於上述第二液體中移動一面自上述噴嘴噴出上述第一液體。因此,如第一態樣之製造方法所說明般,可有效抑制因噴嘴產生之亂流,可鮮明地形成期望形狀。基於此等觀點,噴嘴之徑L(m)與上述第二液體中之上述噴嘴的速度U(m/s)更佳滿足U×L≦5×10
-4m
2/s的關係,又更佳滿足U×L≦10
-4m
2/s的關係。
基於與第一態樣之製造方法的情況相同的觀點,自上述噴嘴噴出之上述第一液體的噴出流量X(m
3/s)除以上述噴嘴前端之開口面積A(m
2)所得之值相對於上述第二液體中之上述噴嘴之速度U(m/s)之比(X/A)/U較佳為0.2以上、10以下,更佳為0.3以上、8以下,又更佳為0.4以上、5以下。
收容於上述槽中之第一液體可經由送液管供給至噴嘴。槽只要可收容第一液體之容器,則未特別限制。槽可與泵及噴嘴分開設置,亦可與泵及噴嘴一體設置。且,槽可根據第一液體之種類設置複數個。
上述噴嘴如第三態樣之製造方法之說明。可於噴嘴連接壓電元件等之壓電元件,藉由向該壓電元件施加電壓使噴嘴內部之壓力產生變化,可控制自噴嘴之第一液體之噴出流量。
上述泵只要可將第一液體送液至噴嘴者,則未特別限制,例如可使用注射泵、蠕動泵等。
上述控制裝置具備連接到噴嘴,使其位置移動之多軸機構(例如3軸以上、8軸以下之機構)。作為多軸機構,例如可利用龍門型系統(例如3軸)及機械臂(例如8軸)。
又,上述控制裝置,為了控制第一液體之噴出流量,亦可控制泵壓力,可控制對於設置於噴嘴部之壓電元件的施加電壓。
此外,上述控制裝置亦可具備進行噴嘴及泵、多軸機構等之控制處理的控制處理裝置。控制處理裝置例如係藉由用以實現控制處理等之各種處理的軟體程式、執行該軟體程式的CPU、由該CPU控制之各種硬體(例如記憶裝置)等構成。於記憶裝置記憶有控制處理裝置之動作所需的軟體程式(例如使用3D-CAD數據之控制程式)及數據。又,控制處理裝置可與多軸機構一起配置於製造含圖案之液體的場所(例如在同一家商店中),與控制處理裝置之至少一部分機能有關之裝置亦可分散配置於與含圖案之液體的製造場所不同的場所(例如雲端)。
第四態樣之製造系統可進而具備可設置收容第二液體之容器的載台。載台可構成為可移動,控制裝置不僅可使噴嘴移動,亦可一面移動載台,即一面使收容於容器之第二液體移動,一面自噴嘴將第一液體噴出至第二液體中。
做為第四態樣之製造系統,例如可應用圖3~圖5所示之含圖案之液體的製造系統。
以上,針對使用微米尺寸的微米粒子製造含圖案之液體,例如含圖案之飲料的態樣加以說明,但本發明不僅適用於飲料製品,亦可適用於例如化妝品之製造。
亦即,本發明之其他態樣之含圖案之化妝品的製造方法係例如使用可控制位置之噴嘴,將於第一液體中分散有微米尺寸之第一微米粒子的圖案形成用材料噴出於第二液體中,形成由上述第一微米粒子所成之圖案。
又,本發明之另一態樣之含圖案之化妝品的製造方法係例如使用可控制位置之噴嘴,將第一液體噴出至分散有微米尺寸的微米粒子之第二液體中,形成由上述第一溶液所成之圖案。
又關於上述態樣之含圖案之液體的製造方法所說明之微米粒子及液體之各特徵,亦可適用於該等態樣之含圖案之化妝品的方法製造及含圖案之飲料的製造方法。
又,該等態樣之含圖案之化妝品的製造方法中之微米粒子及液體中,亦可使用一般可作為化妝品利用之材料。
以下,基於驗證實驗更具體說明本發明。又以下之驗證實驗包含使用含有非可食性之有機物的微米尺寸之微米粒子的實驗,但由於液體中微米粒子的行為與是否可食性無關,故認為以下結果於使用含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子時亦同樣可獲得。且,本發明並不限於該等驗證實驗。
<驗證實驗1>
使用光學顯微鏡確認微米粒子之形狀。首先,將濃度2.4體積%、直徑1μm之聚苯乙烯製微米粒子的水懸浮液(聚苯乙烯紅色染色之微米球1.00μm,Polysciences公司製)以18,500×g離心1分鐘而濃縮,作成10體積%微米粒子懸浮液。該懸浮液以使用物鏡40倍透鏡之光學顯微鏡(ECLIPSE N,NIKON公司)與冷卻CCD相機(Orca-Flash 2.8,濱松光子公司製)進行亮視野觀察。圖6係驗證實驗1中10體積%微米粒子懸浮液的光學顯微鏡照片。其結果,如圖6所示,作為微米尺寸之微米粒子,可確認到良好分散之直徑為1μm的球形構造物。
<驗證實驗2>
調查具有與微米粒子同等密度之溶液中的微米粒子的移動。首先,將直徑1μm之聚苯乙烯製微米粒子的水懸浮液(聚苯乙烯紅色染色之微米球1.00μm,Polysciences公司製),以成為最終濃度0.005體積%(9.1×10
7個/mL)之方式與各種濃度的甘油水溶液混合,以18,500×g離心1分鐘。其結果,於比20體積%稀之濃度的甘油水溶液中觀察到微米粒子沉降,認為上述微米粒子之密度與20體積%甘油水溶液(1.06 g/cm
3)相等。又溶液之密度係以密度計(DMA 4500 M,Anton Paar公司製)測定。
因此,將上述微米粒子之水懸浮液於20體積%甘油水溶液分散懸浮為0.5體積%(9.1×10
9個/mL)。然後,將該微米粒子懸浮液(以下有時稱為微米粒子溶液A1) 0.5μL滴加於1.5mL的20體積%甘油水溶液中,於室溫放置,觀察微米粒子之擴散。圖7係驗證實驗2中將直徑1μm之微米粒子懸浮液滴加於20體積%甘油水溶液中之照片。其結果,如圖7所示,放置4小時後,微米粒子之擴散仍輕微,提示使用微米粒子懸浮液作為圖案形成用材料(例如油墨)可於溶液中形成圖案(例如圖像)。
<驗證實驗3>
使用驗證實驗2中調整之微米粒子溶液A1,調查微米粒子溶液之擴散量隨其滴加量之依存性。將該微米粒子溶液0.5μL至10μL滴加至各1.5mL之20體積%甘油水溶液中,於室溫放置,拍攝微米粒子之擴散動畫。該動畫中觀察到之微米粒子溶液A1所佔的面積可藉由以圖像處理軟體(ImageJ (NIH)),將解析對象之圖像以閾值129二值化,並計算像素數而求出。此時於各條件下之微米粒子溶液A1所佔之面積,係將開始測定時之微米粒子濃度0.5體積%、滴加量0.5μL的面積設為1而算出。圖8係顯示驗證實驗3中於20體積%甘油水溶液中以各種液量滴加直徑1μm之微米粒子懸浮液時之其擴散的圖表。圖9顯示驗證實驗3中於20體積%甘油水溶液中以濃度0.5體積%、0.5μL液量滴加直徑1μm之微米粒子懸浮液並放置4小時時之擴散的圖表。其結果,如圖8所示,放置30分鐘後於各條件下的面積增加即使最大也僅為初期值的7%以下,如圖9所示,滴加0.5μL之樣品在4小時的面積增加為初期值的3%以下。由該結果可知以微米粒子形成之圖像,幾乎不依存於所使用的微米粒子懸浮液量,使用微米粒子可於溶液中穩定地形成圖案(例如圖像)。
<驗證實驗4>
嘗試使用不同粒徑及濃度的微米粒子之圖案形成用材料(油墨)形成圖像。首先,將直徑0.2μm之聚苯乙烯製微米粒子的水懸浮液(聚苯乙烯紅色染色之微米球0.20μm,Polysciences公司製),以成為最終濃度0.005體積%(9.1×10
7個/mL)之方式與各種濃度的甘油水溶液混合,以18,500×g離心1分鐘。其結果,於比20體積%稀之濃度的甘油水溶液中觀察到微米粒子沉降,認為上述微米粒子之密度與20體積%甘油水溶液(1.06g/cm
3)相等。又溶液之密度係以密度計(DMA 4500 M,Anton Paar公司製)測定。
接著,將直徑0.2μm之上述微米粒子之水懸浮液於20體積%甘油水溶液分散懸浮,調製1體積%(2.2×10
12個/mL)之微米粒子懸浮液(以下有時稱為微米粒子溶液A2)。將該微米粒子溶液1μL滴加於1.5mL的20體積%甘油水溶液中,於室溫放置,拍攝微米粒子之擴散動畫。所得動畫中微米粒子溶液A2所佔的面積可藉由以圖像處理軟體(ImageJ (NIH)),將解析對象之圖像以閾值129二值化,並計算像素數而求出。此時於各條件下之微米粒子溶液A2所佔之面積,係將開始測定時滴加微米粒子溶液所得之面積設為1而算出。圖10係顯示驗證實驗4中於20體積%甘油水溶液中滴加直徑0.2μm之微米粒子懸浮液時之其擴散的圖表。其結果,如圖10所示,放置150分鐘後粒子仍維持漂浮,其面積均為各初期值之14%左右。由該結果可知以直徑0.2μm之小微米粒子形成之圖案(例如圖像)於溶液中可數小時穩定地形成。
<驗證實驗5>
嘗試使用微米粒子之油墨形成圖像。於20體積%甘油水溶液中以成為5體積%(9.1×10
10個/mL)之方式分散懸浮直徑1μm的聚苯乙烯製微米粒子的水懸浮液(聚苯乙烯紅色染色之微米球1.00μm,Polysciences公司製),調整微米粒子懸浮液。然後,使用該微米粒子懸浮液塗滿20體積%甘油水溶液中之3個區域。圖11係顯示驗證實驗5中於20體積%甘油水溶液中以直徑1μm之微米粒子懸浮液構建圖像之照片。如圖11所示,微米粒子懸浮液於10分鐘後仍維持圖像,可知以微米粒子懸浮液可於溶液中穩定地形成圖像。
<驗證實驗6>
嘗試使用不同粒徑及濃度之微米粒子之圖案形成用材料(油墨)形成圖像。首先,將直徑45μm或直徑90μm之聚苯乙烯製微米粒子的水懸浮液(Fluoresbrite素微球體45μm YG,Polysciences公司製,或Fluoresbrite素微球體90μm YG、Polysciences公司製),以成為最終濃度1.4體積% (45μm;3.0×10
5個/mL,90μm;3.8×10
4個/mL)之方式與各種濃度的甘油水溶液混合,以18,500×g離心1分鐘。其結果,於比20體積%稀的濃度之甘油水溶液中觀察到微米粒子沉降,認為上述微米粒子的密度與20體積%甘油水溶液(1.06g/cm
3)同等。又溶液之密度係以密度計(DMA 4500 M,Anton Paar公司製)測定。
接著,將直徑45μm或直徑90μm之上述微米粒子之水懸浮液於20體積%甘油水溶液分散懸浮,調製1.4體積%(45μm;3.0×10
5個/mL,90μm;3.8×10
4個/mL)之微米粒子懸浮液(以下有時稱為微米粒子溶液A3或微米粒子溶液A4)。將該微米粒子溶液1μL滴加於1.5mL的20體積%甘油水溶液中,於室溫放置,拍攝微米粒子之擴散動畫。所得動畫中微米粒子溶液A3或微米粒子溶液A4所佔的面積可藉由以圖像處理軟體(ImageJ (NIH)),將解析對象之圖像以閾值129二值化,並計算像素數而求出。此時微米粒子溶液A3或微米粒子溶液A4所佔之面積,係將開始測定時滴加微米粒子溶液所得之面積設為1而算出。圖12係顯示驗證實驗6中於20體積%甘油水溶液中滴加直徑45μm或直徑90μm之微米粒子懸浮液並放置4小時時之擴散的圖表。其結果,如圖12所示,放置4小時後粒子仍維持漂浮,其面積均為各初期值之10%左右。由該結果可知以直徑45μm或直徑90μm之大微米粒子形成之圖案(例如圖像)於溶液中可數小時穩定地形成。
<比較驗證實驗1>
滴加低分子時,確認圖像無法維持。於20體積%甘油水溶液1.5mL中,滴加經調整微相同密度之1重量%螢光素(CAS註冊編號518-47-8,分子量376)水溶液1μL。圖13係於20體積%甘油水溶液中滴加1重量%螢光素溶液的照片。其結果,如圖13所示,雖然剛滴加後漂浮,但30秒以內觀察到快速分散、移動之狀態。由此可知以低分子溶液,難以在液體中形成圖像。
<驗證實驗7>
嘗試使用由可食性材料(可食性有機物)的瓊脂糖所成之微米粒子的圖案形成用材料(油墨)形成圖像。又本驗證實驗相當於本發明之實施例。首先為了置換直徑90μm之瓊脂糖製微米粒子(密度1.05g/cm
3)之20%乙醇懸浮液(封阻之瓊脂糖珠粒(黏合對照組),Chromotek公司製)的溶劑,將其瓊脂糖製微米粒子懸浮液100μL添加於20體積%甘油水溶液1mL中,以2,000×g離心10秒。將沉澱物再懸浮於20體積%甘油水溶液1mL中,接著以2000×g離心10秒,此操作重複2次。最後將沉澱物再懸浮於20體積%甘油水溶液100μL中,獲得直徑90μm之瓊脂糖製微米粒子的懸浮液(以下有時稱為微米粒子溶液E1)。
隨後,使用光學顯微鏡,確認該瓊脂糖製微米粒子之形狀。微米粒子溶液E1以使用物鏡10倍透鏡之光學顯微鏡(ECLIPSE N,NIKON公司)與冷卻CCD相機(Orca-Flash 2.8,濱松光子公司製)進行亮視野觀察。圖14係驗證實驗7中瓊脂糖製微米粒子懸浮液的光學顯微鏡照片。其結果,如圖14所示,作為微米尺寸之微米粒子,可確認到良好分散之直徑90μm的球形構造物。
接著,使用上述微米粒子溶液E1,調查可食性微米粒子溶液之擴散量隨其滴加量之依存性。將該微米粒子溶液1μL至10μL滴加至各5mL之20體積%甘油水溶液中,於室溫放置,自上部拍攝微米粒子之擴散動畫。測量該圖像觀察到之微米粒子溶液E1之直徑,自所測量之直徑算出微米粒子溶液E1所佔的面積。此時各微米粒子溶液E1所佔之面積,係將開始測定時滴加1μL所得之面積設為1而算出。
圖15係顯示驗證實驗7中於20體積%甘油水溶液中滴加直徑90μm之瓊脂糖製微米粒子懸浮液並放置4小時時之擴散的圖表。其結果,如圖15所示,放置4小時後其面積增加最大亦僅為初期值的10%左右。由該結果可知以直徑90μm之可食性微米粒子形成之圖案(例如圖像)於溶液中數小時仍可穩定地形成。
<比較驗證實驗2>
滴加低分子時無法維持圖像係以與驗證實驗7相同的測量系確認。於20體積%甘油水溶液5mL中,滴加1重量%螢光素(CAS註冊編號518-47-8,分子量376)溶液(懸浮於20體積%甘油水溶液者)5μL。圖16係顯示於20體積%甘油水溶液中滴加1重量%螢光素溶液並放置3分鐘時之擴散的圖表。其結果,如圖16所示,確認到剛滴加後立即快速分散,於3分鐘後擴散至初期面積之5倍以上。由此可知以低分子溶液,難以在液體中形成圖像。
<驗證實驗8>
驗證於噴嘴徑L與噴嘴在液體中之速度U為U×L≦10
-3m
2/s以下可良好描繪圖像。
首先,為了控制噴嘴之速度U與噴出流量,將致動器(EC-DS3M-150-1-MOT,日本IAI公司製)與泵(QI-5-6R-UP-S,日本TACMINA公司製)加以組合,構築噴出裝置。噴嘴係使用外徑1mm且開口直徑(即噴嘴徑L) 0.2mm製品(PTFE針TN-0.2-25,岩下工程股份有限公司製)與外徑5mm且開口直徑(即噴嘴徑L)2mm製品(將外徑5mm、內徑2mm的不鏽鋼管切斷而製作)。
接著,將直徑1μm之聚苯乙烯製微米粒子的水懸浮液(聚苯乙烯紅色染色之微米球1.00μm,Polysciences公司製)以成為終濃度0.2體積%之方式懸浮於終濃度20體積%之甘油水溶液中,作為油墨。
且,作為使用細噴嘴時之描繪對象的水溶液,使用含有0.5重量%羧甲基纖維素之20體積%甘油水溶液。該描繪對象的水溶液於25℃下之黏度,係使用以密度計(DMA 4500 M,Anton Parr公司製)測定之密度與音叉振動黏度計(SV-10,A&D公司製)之值進行評價後,為17mPa·s,與番茄汁相同。
又,作為使用粗噴嘴描繪之對象的水溶液,使用含有1重量%羧甲基纖維素之20體積%甘油水溶液。該描繪對象的水溶液於25℃下之黏度,係使用以密度計(DMA 4500 M,Anton Parr公司製)測定之密度與音叉振動黏度計(SV-10,A&D公司製)之值進行評價後,為58mPa·s
,相當於沙拉油。
以使噴嘴徑L與噴嘴的速度U之乘積(U×L)為0.03×10
-3m
2/s至1.3×10
-3m
2/s之方式,選擇噴嘴,以各種噴嘴速度移動,於水溶液中噴出油墨描繪線。
所得線以iPhone(註冊商標)SE(蘋果公司製)攝影,以目視評價所描繪之每40mm線長之自直線的失真。具體而言,於水溶液中寫出直線時,根據條件起因於描繪操作所發生之亂流,線條扭曲成波浪。以圖像處理軟體(ImageJ (NIH))測定該波振幅的最大長度,將該值除以線長40mm所得之值設為變化率(線位移)。
圖17係顯示驗證實驗8中於含有0.5重量%或1重量%之羧甲基纖維素之20體積%甘油水溶液中,將以濃度0.2體積%含有直徑1μm的微米粒子之懸浮液,以各種噴嘴徑、移動速度及噴出流量噴出,描繪長度40mm線時的線偏移之結果的圖表。又圖17中,方框表示使用細噴嘴時之結果,圓框表示使用粗噴嘴時之結果。其結果,如圖17所示,U×L越大,變化率越大,但於0.7×10
-3m
2/s,變化率為10%以下,可水溶液中描繪直線。且,即使為10
-3m
2/s,變化率也幾乎為10%,可於水溶液中描繪直線。另一方面,此可藉由提高描繪對象的水溶液的黏度而期待進一步改善。亦即,可知U×L≦10
-3m
2/s以下時可獲得良好圖像。
<驗證實驗9>
評價自噴嘴噴出之圖案形成用材料之噴出流量X除以噴嘴之前端開口面積A所得之值相對於噴嘴速度U之比((X/A)/U,速度比)。
驗證裝置、油墨及描繪對象的水溶液使用與驗證實驗8中相同者。且,噴嘴使用外徑1mm,內徑0.2mm製品(PTFE針TN-0.2-25,岩下工程股份有限公司製)。噴嘴速度U設為102mm/s。即若設為
噴嘴速度U(m/s)=102×10
-3m/s
噴嘴開口面積A(m
2)=0.031×10
-6m
2,
則滿足上述式1、即U=X/A之噴出流量X成為
噴出流量X(m
3/s)=U×A=3.2×10
-9m
3/s=3.2μL/s=192μL/ min,
認為此X係本驗證實驗中最穩定,即計算上最佳之噴出流量。
又,此處由於噴嘴速度U與噴嘴之開口面積A固定,故藉由改變噴出流量X,使速度之比(X/A)/U變化。具體而言,本驗證實驗中,進行將最穩定之噴出流量192μL/min設為1,噴出流量增加到10倍(1916 μL/min)時與減低為0.2倍(38μL/min)時的實驗。亦即,自各種噴出流量38μL/min至1916μL/min範圍內描繪線。
接著以與驗證實驗8相同方法評價所得線的失真(變化率)。亦即將噴出流量192μL/min設為1,評價噴出流量與所得線之失真的關係。
圖18係顯示驗證實驗9中,於包含0.5重量%羧甲基纖維素之20體積%甘油水溶液中,以各種噴出流量噴出以濃度0.2體積%含有直徑1μm的微米粒子之懸浮液,描繪長度40mm的線時之線失真的結果之圖表。其結果,如圖18所示可知在0.2至10之範圍所得之線的失真(變化率)為10%以下,可良好地描繪。
由該結果可知自噴嘴噴出之圖案形成用材料之噴出流量X除以噴嘴之前端開口面積A所得之值相對於噴嘴速度U之比((X/A)/U,速度比)在0.2至10可良好描繪線。
<參考文獻>
(參考文獻1) 八戶工業大學紀要,2007年,第26卷,p.9-13
10:圖案形成用材料
11:微米粒子
12:第一液體
20:第二液體
30:圖案
40:容器
100,200,300:含圖案之液體的製造系統
110,210,310:槽
120,220,320:噴嘴
130:泵
140:控制裝置
150,250:載台
151,152:送液管
260:龍門型系統
261:x軸導軌
262:z軸導軌
263:z軸驅動馬達
264:y軸導軌
265:y軸驅動馬達
360:機械臂
[圖1]係顯示置於液體中之微米粒子於1小時內典型移動的量與微米粒子之直徑的關係之理論值的圖表。
[圖2]係顯示噴嘴於液體中移動時,雷諾(Reynolds)數為100以下之範圍的理論值之圖表。
[圖3]係本發明之於液體中形成圖案之含圖案之液體的製造系統的概念圖。
[圖4]係本發明之使用龍門型系統之含圖案之液體的製造系統的概念圖。
[圖5]係本發明之使用機械臂之含圖案之液體的製造系統之概念圖。
[圖6]係驗證實驗1中10體積%微米粒子懸浮液之光學顯微鏡照片。
[圖7]係驗證實驗2中直徑1μm之微米粒子懸浮液滴加於20體積%甘油水溶液中之照片。
[圖8]係顯示驗證實驗3中直徑1μm之微米粒子懸浮液以各種液量滴加於20體積%甘油水溶液中時之其擴散的圖表。
[圖9]係顯示驗證實驗3中直徑1μm之微米粒子懸浮液以濃度0.5 vol%、0.5μL液量滴加於20體積%甘油水溶液中並放置4小時時之擴散的圖表。
[圖10]係顯示驗證實驗4中直徑0.2μm之微米粒子懸浮液滴加至20體積%甘油水溶液中時之其擴散的圖表。
[圖11]係驗證實驗5中以直徑1μm之微米粒子懸浮液在20體積%甘油水溶液中構建圖像之照片。
[圖12]係顯示驗證實驗6中,直徑45μm或直徑90μm之微米粒子懸濁液各以濃度1.4體積%、1μL液量滴加於20體積%甘油水溶液中,並放置4小時時之擴散的圖表。
[圖13]係於20體積%甘油水溶液中滴加1重量%之螢光素溶液的照片。
[圖14]係驗證實驗7中瓊脂糖製微米粒子懸浮液之光學顯微鏡照片。
[圖15]係顯示驗證實驗7中將直徑90μm的瓊脂糖製微米粒子懸浮液滴加於20體積%甘油水溶液中,並放置4小時時之擴散的圖表。
[圖16]係顯示將1重量%之螢光素溶液滴加於20體積%甘油水溶液中,並放置3分鐘時之擴散的圖表。
[圖17]係顯示驗證實驗8中於含有0.5重量%或1重量%之羧甲基纖維素之20體積%甘油水溶液中,將以濃度0.2體積含有直徑1μm之微米粒子之懸浮液以各種噴嘴徑、移動速度及噴出流量噴出,評價描繪長度40mm的線時之線偏移的結果之圖表。
[圖18]係顯示驗證實驗9中於含有0.5重量%羧甲基纖維素之20體積%甘油水溶液中,將以濃度0.2體積含有直徑1μm之微米粒子之懸浮液以各種噴出流量噴出,評價描繪長度40mm的線時之線偏移的結果之圖表。
Claims (10)
- 一種含圖案之液體的製造方法,其係將含有第一可食性有機物之微米尺寸之第一微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料,使用可控制位置之噴嘴,噴出至第二液體中,形成由前述第一微米粒子所成之圖案,前述第二液體中分散有0體積%以上、74體積%以下之含有第二可食性有機物之微米尺寸的第二微米粒子。
- 如請求項1之含圖案之液體的製造方法,其中構成前述圖案之前述第一微米粒子彼此及/或前述第二微米粒子彼此不經由交叉鏈接基化學鍵結。
- 如請求項1或2之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一微米粒子彼此及/或前述第二微米粒子彼此係藉由非共價鍵結之凝集性而凝集,而產生食感者。
- 如請求項1至3中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一及/或第二微米粒子之直徑為0.13μm以上、1000μm以下。
- 如請求項1至4中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一及第二微米粒子之各密度相對於前述第二液體之密度的比例為0.9以上、1.1以下, 前述第二液體之密度相對於前述第一液體之密度的比例為0.9以上、1.1以下。
- 如請求項1至5中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一液體與前述第二液體之水分含量之差的絕對值為0%以上、50%以下。
- 如請求項1至6中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述第一液體之黏度與前述第二液體之黏度於25℃下各為0.8mPa·s以上、6Pa·s以下。
- 如請求項1至7中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中前述噴嘴之徑L與前述第二液體中之前述噴嘴的速度U滿足U×L≦10 -3m 2/s之關係。
- 如請求項1至8中任一項之含圖案之液體的製造方法,其中自前述噴嘴噴出之前述圖案形成用材料之噴出流量X除以前述噴嘴之前端開口面積A所得之值相對於前述第二液體中之前述噴嘴的速度U之比例為0.2以上、10以下。
- 一種含圖案之液體的製造系統,其係於液體中形成有圖案之含圖案之液體的製造系統,且具備 槽,其收容有將含有可食性有機物之微米尺寸的微米粒子分散於第一液體中而成之圖案形成用材料; 噴嘴,其噴出前述圖案形成用材料; 泵,其將前述圖案形成用材料送液至前述噴嘴;以及 控制裝置,其控制前述噴嘴的位置與自前述噴嘴噴出之前述圖案形成用材料之噴出流量, 前述控制裝置係以使前述噴嘴之徑L與前述噴嘴的速度U滿足U×L≦10 -3m 2/s之關係之方式,使前述噴嘴於第二液體中移動的同時自前述噴嘴噴出前述圖案形成用材料。
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