用於在糖食上進行噴墨列印的水基墨水的製作方法

2023-04-22 20:29:31 1

專利名稱：用於在糖食上進行噴墨列印的水基墨水的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在食品上進行噴墨列印的水基墨水、涉及使用所述墨水在食品上進行噴墨列印的方法並涉及通過這類方法生產的食品。本文所述的墨水和方法可用以形成多樣的列印食品，如藥丸、藥片到香腸腸皮。不過，本發明特別用於在糖食上列印，所述糖食包括、但不限於巧克力條和片狀產品、軟心豆粒糖、太妃糖和口香糖，且特別是在諸如MM’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果表面這樣的拋光糖殼糖食的非平面、非多孔疏水性表面上列印高解析度和高精度圖案。
背景技術：
已知可以在食品上印刷可識別或裝飾性的圖案。用於在MM’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果上列印的本技術通過使用膠印滾筒的接觸印刷法來進行，本文稱作輪轉凹版印刷。輪轉凹版印刷系統限於可以施用於基質的顏色數量。傳統上可以印刷一種顏色並通過改變施加兩種或三種顏色，而在食品上進行全色印刷是不可能的。所述的輪轉凹版印刷滾筒也限於它可以印刷的非平面塊的表面。作為使用的其它接觸印刷法，存在輪轉凹版印刷滾筒碾碎所印刷食品的危險。使用輪轉凹版印刷法不易於改變或修改印刷設計，這是因為必須將每種新設計刻在滾筒上。如果可以使用諸如噴墨列印這樣的非接觸列印法，那麼會有顯著的優點。
用於輪轉凹版印刷的墨水系統一般包括蟲膠、乙醇和色素，可以向其中加入染料、增塑劑、附加溶劑和其它用於改變所述墨水特性的組分。這類墨水具有相對高的粘度，使得它們可以位於非多孔表面上至幹，但它們不是可噴射墨水。因此，通常用於通過輪轉凹版圖印刷法在小塊糖食或小片藥片等上印刷的墨水不能適用於噴墨法。
另一種用於在食品、特別是蛋糕和其它大基質上印刷的常用方法包括使用可以在印刷機內操作並相對多孔和親水且由此可易於接受來自水基墨水的圖案、包括噴墨圖案的可食性轉印膜。然後將不同的方法用於將該圖案從所述膜上轉印至食品基質。用於這種類型系統的典型墨水公開在美國專利申請US2002/0008751中且包括水、異丙醇、十二烷基硫酸鈉和FDC著色劑。在這種轉印膜技術中，列印並不直接在傳送過列印頭的食品表面進行。使用轉印膜要求基質成分部分溶解該膜或使該膜與基質粘合。因此，轉印膜技術並不適合於糖塊的非平面表面上圖案的高速產生。適用於轉印膜的水基墨水不適於在非平面、非多孔和疏水性表面上進行噴墨列印，因為它們難以粘合、乾燥過於緩慢且缺乏不透明性。
從許多有利點來看，在食品、特別是在糖殼糖食塊上進行噴墨列印(如果這項技術可以得到完善)是有吸引力的它可以消除使用諸如滾筒這樣的接觸部件接觸食品基質的需求。此外，由於噴墨列印是非接觸性列印系統，所以食品大小上的輕度改變不會對列印質量產生一般使用基於蓋印或滾筒的系統發生的負面影響。此外，可以將噴墨印表機圖案作為數據保存而並非固定在接觸部件上。因此，如果有效使用噴墨印表機，那麼圖案可以得到選擇、改變、傳送等，比接觸印刷更容易，從而使設計更快轉換。噴墨技術的應用還使得使用多色列印頭進行全色列印成為可能。
將噴墨列印系統廣泛分成連續噴射和根據噴射至基質表面用於圖案形成的需要產生墨滴的轉轍指令(drop-on-demand)(也稱作「搏動」)系統。已經公開了使用連續噴射技術在食品基質上進行噴墨列印的方法。這些方法中的大部分涉及貼標和不需要高解析度的類似應用。
在連續噴射系統中，在壓力下墨水以連續液流形式通過至少一個噴嘴射出。液流在距孔口固定距離處破碎成液滴，一般通過與墨水流相近的受控頻率下振動的壓電晶體完成。壓電晶體的功能在連續噴射系統與壓電噴射轉轍指令系統中是不同的。在連續噴射系統中，墨水流在儲蓄器中的壓力下產生，而晶體單純用於破碎墨滴。為了控制墨滴的流動，使墨水帶靜電荷(通過添加鹽和其它導電劑)並使墨滴通過根據數字數據信號調節墨滴軌跡的靜電場。用於連續噴墨的電導需求由此在700-2000微姆歐的範圍，在此範圍內一般要求墨水含有提高電導性的鹽。墨滴定向返回至再循環槽或基質上的特定位置以便生成所需的特性基質。在工業化環境中使用單列印頭和單程列印的連續噴墨印表機圖案的典型解析度約為75-100點/英寸(dpi)。
大部分為連續噴射系統開發的墨水基於溶劑甲基乙基酮(MEK)且由此不適用於食用墨水。已經為在食品上或在許多可以接觸食品的表面上連續噴墨列印開發的墨水中已經加入了色素或基於帶有其它缺點的溶劑。
例如，美國專利US5,453,122中公開了一種墨水，據認為它可以直接施用於食品或與食品極為相關的包裝且避免了使用甲基乙基酮。還認為這種墨水適用於壓電噴射列印頭。然而，這種墨水依賴於存在的大量丙酮溶劑。儘管這類墨水的毒性低於基於MEK的墨水的毒性，但是這類墨水中大量的丙酮限制了它在食品上列印的應用。含有大量丙酮的墨水對在這種環境下工作而言是非常不理想的。
美國專利US5,800,601中公開了基於色素的墨水，據認為它適合於使用連續噴射系統在食品、包括掛糖衣的糖果上列印。該公開說明書中特別涉及改變色素顆粒的表面特性以便改善墨水的乾燥時間和粘合力。這些墨水的特徵還在於存在提高電導性的鹽。
US5,637,139中公開了也用於連續噴射系統的非水墨水且集中在使用檸檬#2染料貼標水果和類似基質的應用。
連續噴墨還具有極窄的可接受粘度範圍。在低剪切速率下具有約10釐泊(cp)以上粘度的墨水在應用過程中使列印頭內的泵空化。在低於約2-約3cp的粘度下，噴射是不穩定的。因此，大部分(即使不是全部)連續噴射的噴射墨水具有約2.8-約6cp的粘度。
尚未開發出在疏水性食品基質上進行列印的商購連續噴射墨水。在這些墨水中需要的提高電導性的鹽的存在還可能影響味道。
在轉轍指令系統中，目前大部分經濟上重要的是壓電噴射和泡沫噴射(有時稱作熱噴墨)系統。在泡沫噴射系統中，泡沫由墨水儲蓄器內的加熱電阻絲形成。從泡沫中產生的壓力波推動墨水通過孔板，而當除去加熱時，泡沫開始破裂並噴射出墨滴。泡沫噴射列印頭主要佔有家庭和辦公印表機市場且它們能夠具有極高的解析度。然而，幾種考慮限制了它們應用於工業化環境中食品上的列印。
泡沫噴射墨水的粘度必須極低、約為1.5cp數量級，這是必需的，以使在對加熱電阻絲施加最低電壓時泡沫可以快速形成。已知的泡沫噴射印表機在有粘合劑或聚合物添加劑存在的情況下不易於操作。此外，墨水必須能夠耐列印頭內部遇到的溫度循環。由於這些原因，所以為使用泡沫噴射印表機在食品上列印所開發的墨水數量極為有限。熱噴列印頭也與噴射通道表面上的墨水乾燥有關。如果可以為在食品上列印開發壓電噴射系統，那麼它是優選的，因為壓電噴射列印頭不需要較大的溫度變動。泡沫噴射印表機也過於緩慢，以至於不能在食品基質上直接進行高速列印。熱噴列印頭(或也稱作泡沫噴射列印頭)用於轉印膜應用，因為轉印膜是足以應用於已知墨水的多孔和親水的。
已知為熱噴相容的水基可食用墨水公開在未審美國申請10/211,592中。不過，已經證實這些墨水與疏水性表面不相容。
在食品上進行噴墨列印的方法描述在未審美國專利申請09/587,108中。其中所述的墨水是已經應用於巧克力上列印的色素化白墨水。
包括上述美國專利US5,800,601在內的現有技術中已經公開了包括非白色色素化墨水的色素化墨水組合物。然而，對轉轍指令噴墨系統而言較少優選使用色素化墨水，因為色素可以影響墨水的流變學，從而難以噴射。此外，色素顆粒的存在可能需要對列印頭進行另外維護。一旦進行列印，色素顆粒就會傾向位於基質表面、易於脫落或需要應用其它粘合劑和/或使圖案難以粘合。
壓電噴射列印頭的特徵在於使墨水從儲蓄器中噴出的壓電裝置，諸如根據數位訊號使儲蓄器壁變形的壓電晶體。迄今為止尚未對這些系統開發出食用墨水。壓電噴射列印頭具有大於泡沫噴射列印頭的通道，這提供了較大範圍的可接受墨水組分。
美國食品和藥品監督管理局批准用於人消費的食品著色劑和一般不需要這類批准的天然著色劑是水溶性的，由此由這類著色劑製成的食品級墨水是水基的。這些水基的著色劑傾向於難以與用巴西棕櫚蠟拋光的MM’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果的疏水性表面相容。
概括的說，輪轉凹版印刷技術不能在食品上進行全色印刷且禁止印刷設計的快速轉換，而連續噴射列印不能獲得高解析度。為達到這些目的需要使用壓電噴射噴墨系統在食品上列印。然而，迄今為止尚未得到適合於壓電噴射列印頭的水基非色素化墨水、特別是與疏水性或蠟狀表面具有相容性的墨水。還存在對在糖食上列印輪轉凹版印刷技術不能傳送的高解析度、全色圖案的需求。輪轉凹版印刷技術因它們依賴於接觸基質而僅可以在基質的有限表面積上印刷。包括輪轉凹版印刷在內的接觸印刷系統不能適應食品印刷基質的大小和形狀的不規則，例如在MM’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果上發現的這類不規則情況。
因此，在工業上對食用噴墨相容墨水、特別是壓電噴射相容墨水存在持續的需求，它們可以用於直接在食品基質上列印高解析度圖案，特別是難以使用常用技術印刷的那些食品基質，諸如那些具有含蠟或脂肪拋光塗層的糖殼表面的食品基質。

發明內容
本發明的一個方面是不含色素的水基可噴墨食用墨水，它可以在疏水性食品基質表面上形成高解析度圖案。該墨水包括水、食用著色劑和提高所述墨水對疏水性表面相容性的可水解多糖粘附劑。
本發明的另一個方面是在糖食塊上噴墨列印圖案的方法，其中具有疏水性表面的糖食塊接近列印站，該列印站包括壓電噴射噴墨列印頭，其具有至少一個含可食性水基墨水，基本上不含提高電導性的鹽的墨水儲蓄器，其中可水解的多糖粘附劑用於促進墨水與疏水性表面粘合。通過根據為列印頭提供的圖案數據將來自壓電噴射噴墨列印頭的墨水噴射在疏水性表面而在糖食上列印由各幹墨滴構成的高解析度圖案。
本發明的另一個方面是糖食塊自身，它具有疏水性表面(諸如用蠟拋光的糖殼)，上面有與由用含有食用著色劑和提高墨水對表面的相容性的可水解多糖粘附劑的非色素化的水基墨水列印的各幹墨滴構成的圖案。該圖案具有dpi解析度，優選大於約100dpi且最優選大於約300dpi的解析度。
本發明的另一個方面是食用墨水，它包括著色劑、用於著色劑的含水載體和圖案設定系統。選擇圖案設定系統以使用於在食品基質、特別是疏水性基質上進行壓電噴射噴墨列印的墨水的物理特性最優化，從而使得墨水在所述表面上適當和快速固定。該墨水由此具有約5釐泊-約20釐泊範圍的粘度和約50達因/cm以下的表面張力。在最優選的實施方案中，這種墨水包括含有有機溶劑、粘附劑和粘合劑的圖案設定系統，對這些組分中的每一種進行選擇以使所述墨水具有約7釐泊-約15釐泊範圍的粘度和約30-45達因/cm範圍的表面張力。
本發明涉及迄今為止尚未用於在食品基質上列印高解析度圖案的適合工業化的壓電噴射轉轍指令系統。列印頭的特徵決定了哪一種食品組分可以使用或不可使用。儘管列印頭的設計不同，但是它們的特徵均在於使墨水從儲蓄器中噴出的壓電裝置，諸如根據數位訊號使儲蓄器壁變形的壓電晶體。應用於本發明的優選壓電噴射列印頭由位於英國劍橋的Xaar Technology Limited製造。對本領域技術人員而言，壓電噴射系統易於與連續噴射或泡沫噴射系統區分開。因此，本文所用的「可噴墨」指的是可以從壓電噴射列印頭中可靠噴出的墨水而不需要過度改變列印頭或維護流出物。
「基本上不含提高電導性的鹽」指的是不特異添加而使墨水組合物的電導性增加至一定水平的鹽，該墨水組合物可以不含這類鹽，使得墨滴具有其在連續噴墨印表機的靜電場內控制的軌跡。除在轉轍指令系統中不需要外，這些鹽對列印頭成分還存在有害影響、諸如腐蝕。在優選的實施方案中，本發明的墨水具有低於約1500微姆歐的電導性、優選低於約700微姆歐。基本上不含提高電導性的鹽的墨水可以稱作「不導電」墨水。
本發明的墨水系統含有使它們與噴墨列印頭相容的組分，使得墨水不會破壞列印頭成分或使噴射流發熱不一致。這種墨水還必須與食品基質表面相容，從而提供高解析度圖案，而一旦這種高解析度圖案在所述表面上固化，則不易擦掉。本說明書上下文中的「固化」指的是溶劑已經被蒸發而所述基質上的圖案充分粘合、硬化且乾燥。
本發明中所用的墨水是可作為食品使用的且優選滿足食品應用的規則標準。這在糖食印刷領域中是最重要的。而藥片必須滿足確定的安全性要求，糖食產品的食用量通常大於藥物這一事實對可以用於墨水的組分施加了另外的約束。
本文所述的所有墨水均是水基的。本文所用的「含水」與「水基」同義且指的是含有大於50.0重量百分比水的組合物。水基墨水一般含有約50.0重量百分比-約85.0重量百分比範圍的水。優選使用去離子水。在優選的實施方案中，所述墨水含有50.0重量百分比-80.0重量百分比的水、更優選50.0重量百分比-約75.0重量百分比的水且最優選墨水中佔55.0重量百分比-約75.0重量百分比的是水。
載體一般含有至少一種低級(C1-C6)醇、丙二醇或有效量的減少或控制墨水乾燥時間的其它有機溶劑。當水的表面張力高(約72達因/釐米)時，必須向水基墨水的圖案設定系統中添加成分以使該表面張力降至約50達因/cm以下且優選降至約25-約45達因/cm的範圍，從而容許使用壓電噴射列印頭在食品基質上進行有效列印。從與食品基質表面相容性的優點來看且為了在列印頭內形成墨滴，墨水的表面張力是重要的。
墨水與非多孔基質的相容性的便利估量可以從墨滴與基質表面產生的接觸角看出。對墨水的組分進行選擇以使接觸角小於50度，在約10度-約50度的範圍，優選在約20度-約45度的範圍，且更優選在約30度-約40度的範圍。當然，這種考慮主要與相對非多孔表面相關。
低級醇、丙二醇或其它有機溶劑的含量在約7.0重量百分比-約35.0重量百分比的範圍，優選約7.0重量百分比-約30.0重量百分比且最優選在約10.0重量百分比-約30.0重量百分比的範圍。「有機溶劑」包括所有已知大部分與水和墨水中的其它組分易溶混的溶劑。然而，與本發明水基墨水相關的優選的有機溶劑由乙醇、異丙醇、丁醇、丙二醇或它們的混合物組成。最優選佔墨水中約10.0-約20.0重量百分比的是乙醇、異丙醇、丁醇、丙二醇或它們的混合物。
本文所用的「基於溶劑」指的是含有大於約35重量百分比有機溶劑的組合物。一般來說，本發明的墨水組合物不含諸如乙酸酯類、乳酸酯類或含有苄基的揮發性有劑溶劑這樣的溶劑。在優選的實施方案中，該組合物中完全不含甘油和酯類溶劑如乙酸酯。
合適的食用著色劑包括在由美國食品與藥品監督管理局(FDA)執行的食品、藥品和化妝品條例中批准用於人消費的食品染料，本文稱作「FDC染料」；來源於一般認為人消費是安全的天然(通常為植物)來源的天然著色劑；來源於FDA-批准的天然來源的著色劑；和批准用於非美國管轄範圍的合成著色劑。所有可以用於本發明的食品著色劑必須溶於水和水-醇混合物。
可以使用的FDC染料包括Red No.3(赤蘚紅)、Red No.40(阿洛拉紅)、Yellow No.6(夕照黃FCF)、Yellow No.5(酒石黃)、Green No.3(堅牢綠FCF)、Blue No.1(亮綠FCF)、Blue No.2(靛藍)及其混合物。可以食用的天然著色劑包括花色素苷、betalins、類胡蘿蔔素等及其混合物。上述著色劑中的任意一種均可以用於本發明的墨水製品，條件是該製品作為整體與列印頭相容且提供與食品基質表面充分的粘合。在最優選的實施方案中，上述著色劑在所述墨水製品中完全溶劑化，使得在墨水中基本上沒有著色劑固體。在本說明書的上下文中基本上不含著色劑固體指的是固體含量小於約5.0重量百分比、優選固體小於約1.0重量百分比。甚至更優選墨水含有小於0.1重量百分比的固體。
食用著色劑在墨水中的含量約為0.5重量百分比-約15.0重量百分比。優選墨水含有約0.5重量百分比-約10.0重量百分比的食用著色劑；更優選約0.5重量百分比-約8.0重量百分比；且最優選約0.5重量百分比-約6.0重量百分比。墨水中著色劑的最佳用量看起來在約0.5重量百分比-約4.0重量百分比。已經發現在上述範圍內，某些食用著色劑(諸如藍色)在出現在產品表面上時要求略微低的濃度來提供相同水平的色飽和，而其它食用著色劑(諸如黃色)要求的略高的濃度。
所述的墨水組合物還含有可水解的多糖粘附劑。優選該多糖粘附劑在墨水中的含量佔墨水組成的約0.1重量百分比-約15.0重量百分比、優選約0.5重量百分比-約12.0重量百分比、更優選約1.0重量百分比-約10.0重量百分比且最優選約1.5重量百分比-約8.0重量百分比的範圍。可水解的多糖粘附劑的最佳範圍看起來佔墨水組成的約2.0重量百分比-約6.0重量百分比。
可水解的多糖優選是糊精、環糊精或樹膠、角叉菜膠(carageenan)、藻酸鹽或藻酸鈣這類多糖的組合。最優選的糊精是木薯澱粉糊精。最優選的樹膠是阿拉伯膠。
當固化時，還能夠替代其它粘附劑進行交聯以促進圖案與食品基質的粘合。在本說明書的上下文中，可以使用蛋白質材料、包括明膠或纖維素材料和/或水解澱粉。
本發明的墨水製品優選含有粘合劑。應將「粘合劑」理解為指的是在將所有溶劑除去且圖案在基質上固化後在墨水成分之間形成薄膜的組分。因此，粘合劑易於根據功能和組成與加入以改善墨水與特定表面相容性的粘附劑區分開。已知的粘合劑包括蟲膠(通常與氨合併以使pH升至約9而使蟲膠溶於水)。可以用水或用乙醇等溶劑稀釋蟲膠。基於蟲膠的成膜劑商購自Mantrose-Haeuer Co.，Inc.，Westport，Connecticut，商品名為Mantrolac。本文所用的「蟲膠」與「基於蟲膠的成膜劑」可以互換使用且重量百分比指的是基於蟲膠的成膜劑的重量百分比。
聚乙烯吡咯烷酮(也稱作聚乙烯吡咯烷酮、聚維酮或PVP)也可以用於食用粘合劑系統。用於本發明水基非色素化墨水的優選粘合劑是聚乙烯吡咯烷酮和蟲膠的組合，已經證實它對乾燥時間和圖案質量產生的改善作用出人意料地超過了不含這種組合的組合物。
該組合物含有的粘合劑範圍在約2.0重量百分比-約40.0重量百分比。基於蟲膠的成膜劑的含量佔墨水的約2.0重量百分比-約40.0重量百分比。優選蟲膠的含量佔墨水組成的約4.0重量百分比-約35.0重量百分比的範圍、更優選約5.0重量百分比-約30.0重量百分比的範圍且最優選約8.0重量百分比-約25.0重量百分比的範圍。認為蟲膠的最佳用量佔墨水組成的約10.0重量百分比-約20.0重量百分比的範圍。
聚乙烯吡咯烷酮的含量可以佔墨水的約0.01重量百分比-約20.0重量百分比。優選聚乙烯吡咯烷酮的含量佔墨水組成的約0.5重量百分比-約18.0重量百分比的範圍、更優選佔墨水組成的約1.0重量百分比-約15.0重量百分比的範圍且最優選佔墨水組成的約1.5重量百分比-約12.0重量百分比的範圍。認為聚乙烯吡咯烷酮的最佳用量佔墨水組成的約1.5重量百分比-約10.0重量百分比的範圍。
可以將有機溶劑(優選低級醇)、粘附劑(優選澱粉、糊精或樹膠)和粘合劑系統(最優選蟲膠與聚乙烯吡咯烷酮的組合)共同考慮為「圖案設定系統」。它們是加入到含水載體和著色劑中以減少墨水的乾燥時間和表面張力並增加墨水與食用基質的相容性而使固化時形成持久粘合的圖案的組分。
可以將其它功能組分加入到組合物中以改善墨水的特性。例如，可以加入諸如聚山梨醇酯80這樣的防腐劑/抗微生物劑，優選其用量小於約1重量百分比。可以加入諸如西甲矽油乳劑這樣的消泡劑，優選其用量也小於約為1重量百分比。
可以加入均為常用量的防腐劑、調味劑、芳香劑、微量營養素和維生素以改善成品糖食的特性。
優選對上述組分進行選擇，使得在200s-1的剪切速率和20℃下測定的粘度約為5釐泊-約20釐泊、更優選約7-約15釐泊的範圍。如果墨水的粘度遠低於5釐泊，那麼附屬的墨滴傾向於在形成噴墨圖案的主要墨滴周圍形成，導致圖案解析度下降。如果該粘度過高，那麼它難以在使用壓電晶體的儲蓄器內達到足夠的壓力。一般來說且作為本領域中所公知的，在列印區域外使用食用墨水，應對組分進行選擇以便避免墨水中存在可以導致列印頭中空化的溶解氣體。
墨水組合物實施例下列組合物含有木薯澱粉糊精表1

**消泡劑和防腐劑***丙二醇、異丙醇和丁醇的組合墨水組合物對比例下列組合物含有蟲膠/聚維酮粘合劑系統，不含可水解多糖粘附劑。
表2

**消泡劑和防腐劑***丙二醇、異丙醇和丁醇的組合製備實施例1的組合物，但用2.5克阿拉伯膠取代糊精，得到本發明的另一個實施方案。製備具有實施例2組成的組合物，但用5.0克角叉菜膠取代糊精。得到的墨水屬於本發明的範圍。製備實施例12的組合物並加入5.0克環糊精而得到屬於本發明範圍的另一種組合物。
墨水和墨水圖案特性用於表徵食品上列印的墨水系統的重要參數是特性粘度，將其定義為比粘度與無限稀釋下的濃度之比的極限值。
＝lim(ηi/c)＝limηinhc→0 c→0其中[η]是特性粘度，[ηi]是比粘度(也等於ηr-1，其中ηr＝溶液粘度/溶劑粘度)，c是濃度，且ηinh是比濃對數粘度(也等於1nηr/c)。
特性粘度通常用於表徵特定溶劑中聚合物的粘性作用。在本發明的上下文中，認為粘合劑和粘附劑是「聚合物」且認為墨水中的剩餘組分是決定特性粘度的「溶劑」。特性粘度具有濃度倒數單位。已經出人意料地發現特性粘度與墨水對給定食品基質表面的相容性相關。較高的特性粘度與較好的粘性相關。
為了獲得墨水中粘合劑/粘附劑的特性粘度，使用Canon-Fenske(Ostwaald型)粘度計。使用20℃下已知粘度的去離子水校準該粘度計。然後給該粘度計充滿待測墨水並測定粘度。用去離子水將墨水稀釋成50體積百分比並再次測定粘度。在連續稀釋下重複該過程並將所得繪圖外推至0濃度。
表3表示用Canon-Fenske粘度計在20℃下測定的本發明典型墨水和對比例的特性粘度。本發明優選的墨水具有約23-約30cc/克範圍的特性粘度。
表3

可以通過各種方法測定與表面的相容性。例如，當食品基質表面為非多孔和疏水性時，墨滴在表面上形成的較小接觸角與墨水與基質的較好的相容性和粘合性一致且乾燥時間縮短。
對本發明的墨滴在具有和MM’s牛奶巧克力糖果上發現的表面相似的巴西棕櫚蠟拋光塗層的糖塊表面上形成的接觸角進行測定。接觸角(墨滴左側與右側)與去離子水滴形成的相似測定值比較表明由圖案設定系統產生的接觸角顯著減小。
表4(接觸角)

在優選的實施方案中，本發明的方法包括使用多色列印頭列印多色圖案。在優選的實施方案中，通過安裝白色墨水儲蓄器和印表機改變標準噴墨列印頭，其中在標準列印頭結構中發現了黑色墨水儲蓄器和印表機並向儲蓄器中提供白色色素化墨水。可以給剩餘的印表機中加入水基常用形式的普通色墨水(藍綠色、品紅色和黃色)。可以使用標準KCMY排列，其中將字母KCMY理解為指的是按照列印移動方向的順序排列的白色、藍綠色、品紅色和黃色印表機。注意到可以使用4種以上顏色的列印頭。還已知可以不使用白色印表機列印，而使用獨立的黑色印表機或藍綠色、品紅色和黃色的組合以產生黑色。可以使用任意上述結構而不會脫離本發明的範圍。
注意到可以使用這些墨水列印幾乎任意的食品表面。這些食品包括、但不限於烤製品、餅乾和蛋糕、小甜餅、堅果、巧克力、乾酪、核桃夾和薄片以及發麵點心、布丁和木斯、冰淇淋和稀奶油、玩嘗動物食品和寵物食品(pet treats)、主食點心、穀物製成的食品、香腸腸衣和藥片、藥丸、膠囊、囊片、糖衣丸。在特別優選的實施方案中，將圖案列印在具有疏水性蠟塗層的糖殼糖食、諸如MM’s花生和牛奶巧克力糖果表面。使用本發明墨水的特別優選的食用表面是疏水和/或非多孔食用表面。在本文中所用的術語「疏水性表面」指的是抗水和不溶於水的表面。這種表面通常由油、脂肪或蠟組成並易於被本領域技術人員識別。這裡所用的「非多孔表面」指的是基本上不滲透水的表面。這種非多孔表面對本領域技術人員來說也是容易理解的。作為一個非限制性典型示例的非多孔疏水性表面是巴西棕櫚蠟表面。
可以通過生成圖像的像素密度來定義噴墨印表機的解析度。連續噴射系統一般能夠獲得約75-約100dpi的解析度。在本發明的上下文中，將小於約100dpi看作低解析度，而將大於約100dpi定義為高解析度。在能夠產生高解析度圖案的列印頭中，低端壓電噴射系統一般能夠具有約100dpi-約150dpi範圍的解析度，本文將其定義為中等高解析度。諸如商購自Xaar Technology Limited(英國劍橋)或Spectra，Incorporated，(Lebanon，New Hampshire U.S.A)這樣的更先進的壓電噴射系統能夠在150dpi-300dpi之間列印，本文將其定義為提供極佳藝術線條圖案、修剪藝術圖案、漫畫圖案以及文字和圖式圖案的極高解析度。通過使列印技術最優化，可以獲得300dpi-800dpi的解析度，可以稱作近似照片或照片的高解析度。主要在家庭和辦公室印表機市場上發現的泡沫噴射噴墨技術在某些情況中可以產生高達1600dpi的圖像。然而，泡沫噴射列印頭緩慢、具有極小的通道且需要極低的粘度墨水，這使得它們不適於使用寬範圍墨水在食品上進行商業列印。如果使用熱噴系統，那麼改善圖案與疏水性表面粘合性所需的組分可能產生汙垢問題，這是由於那些列印頭中遇到高溫導致的。本發明方法的優點在於它們能夠使用各種墨水使糖食產品具備具有大於約100dpi、優選大於約150dpi且甚至更優選大於約300dpi的解析度的圖案。使用本文所述的技術，本發明者已經在MM’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果上製成了類似於噴墨照片的獨特圖案。
本領域中已知用於增加噴墨列印圖案的點數/英寸解析度的技術。它們包括所謂的「滾壓」或「隔行掃描」列印頭。另一種技術包括使列印頭相對於基質移動方向成一定角度定位。這兩種方法均可以使更多的墨滴緊密接觸在給定列印面積上。當這些技術可以用於本發明時，墨水在所述基質上的性能決定這些技術首次得到應用。墨水的性能包括每滴維持其完整性且在乾燥前不與其它墨滴混合的能力。因此，必須強調解析度並非單純是所用設備的功能，而且是墨水在給定食品基質上的性能。
圖案質量的另一種量度是本文中所稱作的粘合性。為了測定圖案的粘合性，設計帶腔的鋁部件來支持糖塊。該塊是白色MM’s牛奶巧克力糖塊，它具有巴西棕櫚蠟塗層的糖殼。使該塊圖案向上放置。將8.5」(21.6cm)長紙片放置在糖塊上部，使得紙直接位於列印圖案的上部。所用的紙為Xerox商標的4024型複印紙。將帶有配合糖塊曲率的凹槽的另一鋁部件放置在糖塊上部並用兩根針使其與底部的塊對齊。將11b(454g)的重量置於上部的金屬部件上並將紙片拉過糖塊的「圖案」部分。在11b(454g)重量下移動通過糖塊的紙的長度為7.5」(19.05cm)。
圖案是用紅色墨水列印的大「m」，1cm寬×0.6cm高，線條粗0.15cm。在每種情況中，使用Minolta CM-3500d分光光度計分析圖案的總體亮度。將中等孔徑樣品支持物用於分析。當糖塊均為白色時，較高的亮度值意味著在所述重量下紙的磨損過程中圖案有一定程度的丟失。在上述測試前後得到亮度測定值「L」。測試前後亮度上的高度差異「ΔL」相當於圖案粘合性差。
對實施例1和6以及對比例10觀察到了下列結果表5

至少從定性上說，觀察到存在的糊精使粘合性增加且聚維酮、蟲膠與糊精的組合產生了更好的粘合結果。優選使用使圖案粘合值(ΔL)小於4、更優選小於3且最優選小於2的墨水。
在列印諸如小甜餅這樣的烤製品的過程中，按照本領域中通常實施的任意方式、諸如傳送帶傳送食品基質。將食品基質傳送過固定式(stationery)壓電列印頭，諸如商購自英國劍橋的Xaar TechnologyLimited類型。給列印頭提供如上所述的本發明水基墨水。這種標準結構提供了藍綠色、品紅色和黃色墨水儲蓄器。可以提供容納食用黑色墨水的第四個儲蓄器(通常提供黑色墨水)，或更優選提供食品白色色素化墨水。墨水根據圖案數據從列印頭噴出且噴射的墨滴在表面上固化而在基質上形成乾燥的墨滴圖案，該圖案具有的解析度大於100dpi。
在列印諸如MM’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果這樣相對小糖塊的過程中，優選在傳送帶上輸送這些塊並在它們通過可以具有上述相同構造的固定式列印頭時保持適當位置。一般來說，儘管在需要時，截留機制或真空可以用於使這些塊在列印過程中保持固定以確保最佳解析度，但是為固定所述塊成形的袋足以使這些塊保持在適當位置。傳送帶可以是帶有袋的轉鼓或帶有載條的環形帶。用於傳送小食品塊的方法和設備描述在未審申請09/479,549中。也可以使用其它手段，例如使所述塊直接在傳送帶上傳送。
儘管已經參照目前看作是優選的實施方案描述了本發明，但是本發明並不限於所公開的實施方案。相反，本發明包括各種修改方案和等同方案，它們均包括在待批權利要求的實質和範圍內。待批權利要求的範圍符合最廣泛的解釋以便包括所有這類修改和等同內容和功能。
權利要求
1.一種甜食塊，在其表面上包括由各幹墨滴組成的、解析度大於100dpi的噴墨圖案，在非色素化水基食用墨水中列印的單個幹墨滴中至少其一包括可食用著色劑和可水解多糖粘附劑，所述粘附劑以足以增強圖案與所述表面的粘附的量存在。
2.權利要求1的甜食塊，其中所述表面是其上具有疏水性脂肪基的或蠟基的拋光包衣的非平面糖殼表面。
3.權利要求2的甜食塊，其中所述圖案具有大於300dpi/英寸的解析度。
4.權利要求1的甜食塊，其中所述墨滴由包含下列成分的墨水組合物乾燥而來約50.0wt％-85.0wt％的水；約7.0wt％-35.0wt％的乙醇、異丙醇、丁醇、丙二醇或它們的混合物；約0.5wt％-15.0wt％食用著色劑；約2.0wt％-40.0wt％的食用粘合劑系統；和約0.1wt％-15.0wt％的可水解多糖粘附劑。
5.權利要求4的甜食塊，其中所述表面是其上具有疏水性脂肪基的或蠟基的拋光包衣的非平面糖殼表面。
6.權利要求5的甜食塊，其中所述食用粘合劑系統包括約8.0wt％-約25.0wt％的基於蟲膠的成膜劑，和約1.5wt％-12.0wt％的在食用粘合劑系統中的聚乙烯吡咯烷酮。
7.權利要求6的甜食塊，其中所述可水解多糖粘附劑是糊精或樹膠。
8.權利要求7的甜食塊，其中所述噴墨列印的圖案具有大於約300dpi的解析度。
9.一種用於在疏水性食用基質上列印的基本上不含提高電導性的鹽的非色素化水基可噴墨食用墨水，包括a)水；b)食用著色劑；和c)用於疏水性食用基質的可水解多糖粘附劑。
10.權利要求9的食用墨水，其中所述多糖粘附劑是糊精或樹膠。
11.權利要求9的食用墨水，其中所述多糖粘附劑是木薯澱粉糊精或阿拉伯樹膠，其佔墨水重量的1.0wt％-8.0wt％。
12.權利要求9的食用墨水，還包括約10.0wt％-30.0wt％的C1-C6醇、丙二醇或它們的混合物。
13.權利要求9的食用墨水，還包括防腐劑、消泡乳劑或它們的混合物。
14.權利要求9的食用墨水，還包括約8.0wt％-25.0wt％的基於蟲膠的成膜劑，和約1.5wt％-12.0wt％的在食用粘合劑系統中的聚乙烯吡咯烷酮。
15.權利要求9的食用墨水，含有佔墨水重量約50.0wt％-85.0wt％的水。
16.權利要求9的食用墨水，其中所述食用著色劑選自Red No.3(赤蘚紅)、Red No.40(阿洛拉紅)、Yellow No.6(夕照黃FCF)、Yellow No.5(酒石黃)、Green No.3(堅牢綠FCF)、Blue No.1(亮藍FCF)、Blue No.2(靛藍)及其混合物，其佔墨水的約0.5wt％-6.0wt％。
17.權利要求9的食用墨水，其中所述食用著色劑是天然著色劑。
18.權利要求9的食用墨水，其中所述墨水基本上不含有固體。
19.權利要求9的食用墨水，其中所述墨水基本上沒有包含苄基的揮發性有機溶劑。
20.權利要求9的食用墨水，具有低於約1500微姆歐的電導性。
21.一種基本上不含有提高電導性的鹽的非色素化水基食用墨水，包含約50.0wt％-85.0wt％的水；約7.0wt％-35.0wt％的C1-C6醇、丙二醇或它們的混合物；約0.5wt％-15.0wt％的全溶劑化食用染料；約2.0wt％-40.0wt％的食用粘合劑；和以有效提高墨水與疏水性表面粘附性的量存在的糊精或樹膠。
22.權利要求21的水基食用墨水，其中所述粘合劑包括聚乙烯吡咯烷酮和基於蟲膠的成膜劑。
23.權利要求21的水基食用墨水，其中所述糊精或樹膠以佔所述墨水重量約2.0wt％-6.0wt％的量存在。
24.一種在甜食塊上噴墨列印圖案的方法，包括將具有疏水性表面的甜食塊定位在包括壓電噴墨列印頭的列印站附近，所述列印頭具有至少一個墨水儲蓄器；給所述墨水儲蓄器中提供包含多糖粘附劑的非導電性水基食用墨水，其中所述多糖粘附劑以有效提高所述墨水與疏水性表面粘附的量存在；根據傳輸給所述列印頭的圖案數據用壓電噴墨列印頭在疏水性表面列印，以形成由單個幹墨滴組成的圖案。
25.權利要求24的方法，其中所述列印步驟包括根據圖案數據列印，使得所述圖案具有大於100dpi的解析度。
26.權利要求24的方法，其中所述列印步驟包括根據圖案數據列印，使得所述圖案具有大於300dpi的解析度。
27.權利要求24的方法，其中所述定位甜食塊的步驟包括在傳送帶上連續地傳輸甜食塊通過列印頭。
28.權利要求24的方法，其中所述壓電噴墨列印頭具有多個儲蓄器，並且所述方法還包括以下步驟給所述多個儲蓄器之一提供色素化食用白色墨水；和給另一個單獨的所述儲蓄器提供含有可水解多糖粘附劑和食用粘合劑系統的非色素化水基食用墨水。
29.權利要求24的方法，其中所述甜食塊被固定在傳輸帶上各個袋的位置。
30.權利要求24的方法，包括用蠟基或脂肪基包衣給甜食塊拋光以在定位甜食塊之前產生疏水性表面。
31.權利要求30的方法，包括在塗敷蠟基或脂肪基包衣之前給所述甜食塊掛糖衣使它們具有糖殼的另外步驟。
32.權利要求24的方法，其中從壓電噴墨列印頭噴射的墨滴在接觸甜食表面時形成小於約50度的接觸角。
33.用於在食用基質上列印的水基非色素化可噴墨食用墨水，包含著色劑；用於所述著色劑的含水載體；和圖像設定系統，包含(a)有機溶劑，(b)粘附劑，和(c)粘合劑；選擇圖像設定系統，使得墨水具有約5釐泊-約20釐泊的粘度和當應用於食用基質上時具有小於50達因/釐米的表面張力。
34.權利要求33的食用墨水，其中所述載體是以約50.0wt％-約85.0wt％的量存在的去離子化水；所述有機溶劑選自乙醇、異丙醇、丁醇、丙二醇或它們的混合物；和所述粘附劑包含可水解多糖。
35.權利要求33的食用墨水，其中所述墨水當從壓電噴墨列印頭中噴射後與蠟拋光的甜食表面形成小於約50度的接觸角。
36.權利要求33的墨水，適於在疏水性表面進行高解析度列印，其中所述粘附劑包含澱粉、糊精或樹膠，其以有效提高墨水與疏水性表面粘附的量存在；和其中粘附劑和粘合劑共同相對於水性載體和有機溶劑共同的特性粘度在約23-約30立方釐米/克的範圍。
37.一種列印的食用產品，包括選自以下的食用基質烤製品、餅乾、蛋糕、小甜餅、堅果、巧克力、乾酪、核桃夾、薄片、發麵點心、布丁、木斯、冰淇淋、稀奶油、寵物食品、玩嘗動物食品、主食點心、穀物食品、香腸腸衣和藥片；和在食用基質表面上由各幹墨滴組成的、解析度大於100dpi的噴墨圖案，在非色素化水基食用墨水列印的單個幹墨滴中至少其一包括可食用著色劑和可水解多糖粘附劑，所述粘附劑以足以增強圖案與所述表面的粘附的量存在。
全文摘要
本發明公開了非色素化水基墨水，其與工業壓電列印頭兼容，可用於在食用基質上形成高解析度圖像。所述墨水包括用疏水性蠟拋光的糖殼甜食。所述墨水包括可水解多糖粘附劑，諸如木薯澱粉糊精或阿拉伯樹膠，用於提供墨水與疏水性表面的相容性。
文檔編號A23G3/00GK1723251SQ200480001874
公開日2006年1月18日 申請日期2004年3月5日 優先權日2003年3月7日
發明者A·V·沙斯特裡, P·K·戈斯弗德, D·C·昆克勒 申請人:馬斯公司, Bpsi控股公司