專利名稱：用于在糖食上進行噴墨打印的水基墨水的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在食品上進行噴墨打印的水基墨水、涉及使用所述墨水在食品上進行噴墨打印的方法并涉及通過這類方法生產(chǎn)的食品。本文所述的墨水和方法可用以形成多樣的打印食品，如藥丸、藥片到香腸腸皮。不過，本發(fā)明特別用于在糖食上打印，所述糖食包括、但不限于巧克力條和片狀產(chǎn)品、軟心豆粒糖、太妃糖和口香糖，且特別是在諸如M&M’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打印高分辨率和高精度圖案。
背景技術(shù)：
已知可以在食品上印刷可識別或裝飾性的圖案。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術(shù)通過使用膠印滾筒的接觸印刷法來進行，本文稱作輪轉(zhuǎn)凹版印刷。輪轉(zhuǎn)凹版印刷系統(tǒng)限于可以施用于基質(zhì)的顏色數(shù)量。傳統(tǒng)上可以印刷一種顏色并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(zhuǎn)凹版印刷滾筒也限于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(zhuǎn)凹版印刷滾筒碾碎所印刷食品的危險。使用輪轉(zhuǎn)凹版印刷法不易于改變或修改印刷設(shè)計，這是因為必須將每種新設(shè)計刻在滾筒上。如果可以使用諸如噴墨打印這樣的非接觸打印法，那么會有顯著的優(yōu)點。
用于輪轉(zhuǎn)凹版印刷的墨水系統(tǒng)一般包括蟲膠、乙醇和色素，可以向其中加入染料、增塑劑、附加溶劑和其它用于改變所述墨水特性的組分。這類墨水具有相對高的粘度，使得它們可以位于非多孔表面上至干，但它們不是可噴射墨水。因此，通常用于通過輪轉(zhuǎn)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于噴墨法。
另一種用于在食品、特別是蛋糕和其它大基質(zhì)上印刷的常用方法包括使用可以在印刷機內(nèi)操作并相對多孔和親水且由此可易于接受來自水基墨水的圖案、包括噴墨圖案的可食性轉(zhuǎn)印膜。然后將不同的方法用于將該圖案從所述膜上轉(zhuǎn)印至食品基質(zhì)。用于這種類型系統(tǒng)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FD&C著色劑。在這種轉(zhuǎn)印膜技術(shù)中，打印并不直接在傳送過打印頭的食品表面進行。使用轉(zhuǎn)印膜要求基質(zhì)成分部分溶解該膜或使該膜與基質(zhì)粘合。因此，轉(zhuǎn)印膜技術(shù)并不適合于糖塊的非平面表面上圖案的高速產(chǎn)生。適用于轉(zhuǎn)印膜的水基墨水不適于在非平面、非多孔和疏水性表面上進行噴墨打印，因為它們難以粘合、干燥過于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打印(如果這項技術(shù)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(zhì)的需求。此外，由于噴墨打印是非接觸性打印系統(tǒng)，所以食品大小上的輕度改變不會對打印質(zhì)量產(chǎn)生一般使用基于蓋印或滾筒的系統(tǒng)發(fā)生的負面影響。此外，可以將噴墨打印機圖案作為數(shù)據(jù)保存而并非固定在接觸部件上。因此，如果有效使用噴墨打印機，那么圖案可以得到選擇、改變、傳送等，比接觸印刷更容易，從而使設(shè)計更快轉(zhuǎn)換。噴墨技術(shù)的應(yīng)用還使得使用多色打印頭進行全色打印成為可能。
將噴墨打印系統(tǒng)廣泛分成連續(xù)噴射和根據(jù)噴射至基質(zhì)表面用于圖案形成的需要產(chǎn)生墨滴的轉(zhuǎn)轍指令(drop-on-demand)(也稱作“搏動”)系統(tǒng)。已經(jīng)公開了使用連續(xù)噴射技術(shù)在食品基質(zhì)上進行噴墨打印的方法。這些方法中的大部分涉及貼標(biāo)和不需要高分辨率的類似應(yīng)用。
在連續(xù)噴射系統(tǒng)中，在壓力下墨水以連續(xù)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(xù)噴射系統(tǒng)與壓電噴射轉(zhuǎn)轍指令系統(tǒng)中是不同的。在連續(xù)噴射系統(tǒng)中，墨水流在儲蓄器中的壓力下產(chǎn)生，而晶體單純用于破碎墨滴。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(dǎo)電劑)并使墨滴通過根據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號調(diào)節(jié)墨滴軌跡的靜電場。用于連續(xù)噴墨的電導(dǎo)需求由此在700-2000微姆歐的范圍，在此范圍內(nèi)一般要求墨水含有提高電導(dǎo)性的鹽。墨滴定向返回至再循環(huán)槽或基質(zhì)上的特定位置以便生成所需的特性基質(zhì)。在工業(yè)化環(huán)境中使用單打印頭和單程打印的連續(xù)噴墨打印機圖案的典型分辨率約為75-100點/英寸(dpi)。
大部分為連續(xù)噴射系統(tǒng)開發(fā)的墨水基于溶劑甲基乙基酮(MEK)且由此不適用于食用墨水。已經(jīng)為在食品上或在許多可以接觸食品的表面上連續(xù)噴墨打印開發(fā)的墨水中已經(jīng)加入了色素或基于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(jù)認為它可以直接施用于食品或與食品極為相關(guān)的包裝且避免了使用甲基乙基酮。還認為這種墨水適用于壓電噴射打印頭。然而，這種墨水依賴于存在的大量丙酮溶劑。盡管這類墨水的毒性低于基于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打印的應(yīng)用。含有大量丙酮的墨水對在這種環(huán)境下工作而言是非常不理想的。
美國專利US5,800,601中公開了基于色素的墨水，據(jù)認為它適合于使用連續(xù)噴射系統(tǒng)在食品、包括掛糖衣的糖果上打印。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干燥時間和粘合力。這些墨水的特征還在于存在提高電導(dǎo)性的鹽。
US5,637,139中公開了也用于連續(xù)噴射系統(tǒng)的非水墨水且集中在使用檸檬#2染料貼標(biāo)水果和類似基質(zhì)的應(yīng)用。
連續(xù)噴墨還具有極窄的可接受粘度范圍。在低剪切速率下具有約10厘泊(cp)以上粘度的墨水在應(yīng)用過程中使打印頭內(nèi)的泵空化。在低于約2-約3cp的粘度下，噴射是不穩(wěn)定的。因此，大部分(即使不是全部)連續(xù)噴射的噴射墨水具有約2.8-約6cp的粘度。
尚未開發(fā)出在疏水性食品基質(zhì)上進行打印的商購連續(xù)噴射墨水。在這些墨水中需要的提高電導(dǎo)性的鹽的存在還可能影響味道。
在轉(zhuǎn)轍指令系統(tǒng)中，目前大部分經(jīng)濟上重要的是壓電噴射和泡沫噴射(有時稱作熱噴墨)系統(tǒng)。在泡沫噴射系統(tǒng)中，泡沫由墨水儲蓄器內(nèi)的加熱電阻絲形成。從泡沫中產(chǎn)生的壓力波推動墨水通過孔板，而當(dāng)除去加熱時，泡沫開始破裂并噴射出墨滴。泡沫噴射打印頭主要占有家庭和辦公打印機市場且它們能夠具有極高的分辨率。然而，幾種考慮限制了它們應(yīng)用于工業(yè)化環(huán)境中食品上的打印。
泡沫噴射墨水的粘度必須極低、約為1.5cp數(shù)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。已知的泡沫噴射打印機在有粘合劑或聚合物添加劑存在的情況下不易于操作。此外，墨水必須能夠耐打印頭內(nèi)部遇到的溫度循環(huán)。由于這些原因，所以為使用泡沫噴射打印機在食品上打印所開發(fā)的墨水?dāng)?shù)量極為有限。熱噴打印頭也與噴射通道表面上的墨水干燥有關(guān)。如果可以為在食品上打印開發(fā)壓電噴射系統(tǒng)，那么它是優(yōu)選的，因為壓電噴射打印頭不需要較大的溫度變動。泡沫噴射打印機也過于緩慢，以至于不能在食品基質(zhì)上直接進行高速打印。熱噴打印頭(或也稱作泡沫噴射打印頭)用于轉(zhuǎn)印膜應(yīng)用，因為轉(zhuǎn)印膜是足以應(yīng)用于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(jīng)證實這些墨水與疏水性表面不相容。
在食品上進行噴墨打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(jīng)應(yīng)用于巧克力上打印的色素化白墨水。
包括上述美國專利US5,800,601在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)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(zhuǎn)轍指令噴墨系統(tǒng)而言較少優(yōu)選使用色素化墨水，因為色素可以影響墨水的流變學(xué)，從而難以噴射。此外，色素顆粒的存在可能需要對打印頭進行另外維護。一旦進行打印，色素顆粒就會傾向位于基質(zhì)表面、易于脫落或需要應(yīng)用其它粘合劑和/或使圖案難以粘合。
壓電噴射打印頭的特征在于使墨水從儲蓄器中噴出的壓電裝置，諸如根據(jù)數(shù)字信號使儲蓄器壁變形的壓電晶體。迄今為止尚未對這些系統(tǒng)開發(fā)出食用墨水。壓電噴射打印頭具有大于泡沫噴射打印頭的通道，這提供了較大范圍的可接受墨水組分。
美國食品和藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于人消費的食品著色劑和一般不需要這類批準(zhǔn)的天然著色劑是水溶性的，由此由這類著色劑制成的食品級墨水是水基的。這些水基的著色劑傾向于難以與用巴西棕櫚蠟拋光的M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果的疏水性表面相容。
概括的說，輪轉(zhuǎn)凹版印刷技術(shù)不能在食品上進行全色印刷且禁止印刷設(shè)計的快速轉(zhuǎn)換，而連續(xù)噴射打印不能獲得高分辨率。為達到這些目的需要使用壓電噴射噴墨系統(tǒng)在食品上打印。然而，迄今為止尚未得到適合于壓電噴射打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。還存在對在糖食上打印輪轉(zhuǎn)凹版印刷技術(shù)不能傳送的高分辨率、全色圖案的需求。輪轉(zhuǎn)凹版印刷技術(shù)因它們依賴于接觸基質(zhì)而僅可以在基質(zhì)的有限表面積上印刷。包括輪轉(zhuǎn)凹版印刷在內(nèi)的接觸印刷系統(tǒng)不能適應(yīng)食品印刷基質(zhì)的大小和形狀的不規(guī)則，例如在M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果上發(fā)現(xiàn)的這類不規(guī)則情況。
因此，在工業(yè)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(xù)的需求，它們可以用于直接在食品基質(zhì)上打印高分辨率圖案，特別是難以使用常用技術(shù)印刷的那些食品基質(zhì)，諸如那些具有含蠟或脂肪拋光涂層的糖殼表面的食品基質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(zhì)表面上形成高分辨率圖案。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(fā)明的另一個方面是在糖食塊上噴墨打印圖案的方法，其中具有疏水性表面的糖食塊接近打印站，該打印站包括壓電噴射噴墨打印頭，其具有至少一個含可食性水基墨水，基本上不含提高電導(dǎo)性的鹽的墨水儲蓄器，其中可水解的多糖粘附劑用于促進墨水與疏水性表面粘合。通過根據(jù)為打印頭提供的圖案數(shù)據(jù)將來自壓電噴射噴墨打印頭的墨水噴射在疏水性表面而在糖食上打印由各干墨滴構(gòu)成的高分辨率圖案。
本發(fā)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打印的各干墨滴構(gòu)成的圖案。該圖案具有dpi分辨率，優(yōu)選大于約100dpi且最優(yōu)選大于約300dpi的分辨率。
本發(fā)明的另一個方面是食用墨水，它包括著色劑、用于著色劑的含水載體和圖案設(shè)定系統(tǒng)。選擇圖案設(shè)定系統(tǒng)以使用于在食品基質(zhì)、特別是疏水性基質(zhì)上進行壓電噴射噴墨打印的墨水的物理特性最優(yōu)化，從而使得墨水在所述表面上適當(dāng)和快速固定。該墨水由此具有約5厘泊-約20厘泊范圍的粘度和約50達因/cm以下的表面張力。在最優(yōu)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(shè)定系統(tǒng)，對這些組分中的每一種進行選擇以使所述墨水具有約7厘泊-約15厘泊范圍的粘度和約30-45達因/cm范圍的表面張力。
本發(fā)明涉及迄今為止尚未用于在食品基質(zhì)上打印高分辨率圖案的適合工業(yè)化的壓電噴射轉(zhuǎn)轍指令系統(tǒng)。打印頭的特征決定了哪一種食品組分可以使用或不可使用。盡管打印頭的設(shè)計不同，但是它們的特征均在于使墨水從儲蓄器中噴出的壓電裝置，諸如根據(jù)數(shù)字信號使儲蓄器壁變形的壓電晶體。應(yīng)用于本發(fā)明的優(yōu)選壓電噴射打印頭由位于英國劍橋的Xaar Technology Limited制造。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，壓電噴射系統(tǒng)易于與連續(xù)噴射或泡沫噴射系統(tǒng)區(qū)分開。因此，本文所用的“可噴墨”指的是可以從壓電噴射打印頭中可靠噴出的墨水而不需要過度改變打印頭或維護流出物。
“基本上不含提高電導(dǎo)性的鹽”指的是不特異添加而使墨水組合物的電導(dǎo)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(xù)噴墨打印機的靜電場內(nèi)控制的軌跡。除在轉(zhuǎn)轍指令系統(tǒng)中不需要外，這些鹽對打印頭成分還存在有害影響、諸如腐蝕。在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的墨水具有低于約1500微姆歐的電導(dǎo)性、優(yōu)選低于約700微姆歐?；旧喜缓岣唠妼?dǎo)性的鹽的墨水可以稱作“不導(dǎo)電”墨水。
本發(fā)明的墨水系統(tǒng)含有使它們與噴墨打印頭相容的組分，使得墨水不會破壞打印頭成分或使噴射流發(fā)熱不一致。這種墨水還必須與食品基質(zhì)表面相容，從而提供高分辨率圖案，而一旦這種高分辨率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(jīng)被蒸發(fā)而所述基質(zhì)上的圖案充分粘合、硬化且干燥。
本發(fā)明中所用的墨水是可作為食品使用的且優(yōu)選滿足食品應(yīng)用的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)。這在糖食印刷領(lǐng)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(chǎn)品的食用量通常大于藥物這一事實對可以用于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于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重量百分比范圍的水。優(yōu)選使用去離子水。在優(yōu)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(yōu)選50.0重量百分比-約75.0重量百分比的水且最優(yōu)選墨水中占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干燥時間的其它有機溶劑。當(dāng)水的表面張力高(約72達因/厘米)時，必須向水基墨水的圖案設(shè)定系統(tǒng)中添加成分以使該表面張力降至約50達因/cm以下且優(yōu)選降至約25-約45達因/cm的范圍，從而容許使用壓電噴射打印頭在食品基質(zhì)上進行有效打印。從與食品基質(zhì)表面相容性的優(yōu)點來看且為了在打印頭內(nèi)形成墨滴，墨水的表面張力是重要的。
墨水與非多孔基質(zhì)的相容性的便利估量可以從墨滴與基質(zhì)表面產(chǎn)生的接觸角看出。對墨水的組分進行選擇以使接觸角小于50度，在約10度-約50度的范圍，優(yōu)選在約20度-約45度的范圍，且更優(yōu)選在約30度-約40度的范圍。當(dāng)然，這種考慮主要與相對非多孔表面相關(guān)。
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重量百分比的范圍，優(yōu)選約7.0重量百分比-約30.0重量百分比且最優(yōu)選在約10.0重量百分比-約30.0重量百分比的范圍。“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(fā)明水基墨水相關(guān)的優(yōu)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(yōu)選占墨水中約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“基于溶劑”指的是含有大于約35重量百分比有機溶劑的組合物。一般來說，本發(fā)明的墨水組合物不含諸如乙酸酯類、乳酸酯類或含有芐基的揮發(fā)性有劑溶劑這樣的溶劑。在優(yōu)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(jiān)督管理局(FDA)執(zhí)行的食品、藥品和化妝品條例中批準(zhǔn)用于人消費的食品染料，本文稱作“FD&C染料”；來源于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；來源于FDA-批準(zhǔn)的天然來源的著色劑；和批準(zhǔn)用于非美國管轄范圍的合成著色劑。所有可以用于本發(fā)明的食品著色劑必須溶于水和水-醇混合物。
可以使用的FD&C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?？梢允秤玫奶烊恢珓┌ɑㄉ剀?、betalins、類胡蘿卜素等及其混合物。上述著色劑中的任意一種均可以用于本發(fā)明的墨水制品，條件是該制品作為整體與打印頭相容且提供與食品基質(zhì)表面充分的粘合。在最優(yōu)選的實施方案中，上述著色劑在所述墨水制品中完全溶劑化，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于約5.0重量百分比、優(yōu)選固體小于約1.0重量百分比。甚至更優(yōu)選墨水含有小于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(yōu)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(yōu)選約0.5重量百分比-約8.0重量百分比；且最優(yōu)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(jīng)發(fā)現(xiàn)在上述范圍內(nèi)，某些食用著色劑(諸如藍色)在出現(xiàn)在產(chǎn)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(yōu)選該多糖粘附劑在墨水中的含量占墨水組成的約0.1重量百分比-約15.0重量百分比、優(yōu)選約0.5重量百分比-約12.0重量百分比、更優(yōu)選約1.0重量百分比-約10.0重量百分比且最優(yōu)選約1.5重量百分比-約8.0重量百分比的范圍?？伤獾亩嗵钦掣絼┑淖罴逊秶雌饋碚寄M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(yōu)選是糊精、環(huán)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(yōu)選的糊精是木薯淀粉糊精。最優(yōu)選的樹膠是阿拉伯膠。
當(dāng)固化時，還能夠替代其它粘附劑進行交聯(lián)以促進圖案與食品基質(zhì)的粘合。在本說明書的上下文中，可以使用蛋白質(zhì)材料、包括明膠或纖維素材料和/或水解淀粉。
本發(fā)明的墨水制品優(yōu)選含有粘合劑。應(yīng)將“粘合劑”理解為指的是在將所有溶劑除去且圖案在基質(zhì)上固化后在墨水成分之間形成薄膜的組分。因此，粘合劑易于根據(jù)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(qū)分開。已知的粘合劑包括蟲膠(通常與氨合并以使pH升至約9而使蟲膠溶于水)?？梢杂盟蛴靡掖嫉热軇┫♂屜x膠?；谙x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“基于蟲膠的成膜劑”可以互換使用且重量百分比指的是基于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)也可以用于食用粘合劑系統(tǒng)。用于本發(fā)明水基非色素化墨水的優(yōu)選粘合劑是聚乙烯吡咯烷酮和蟲膠的組合，已經(jīng)證實它對干燥時間和圖案質(zhì)量產(chǎn)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范圍在約2.0重量百分比-約40.0重量百分比?；谙x膠的成膜劑的含量占墨水的約2.0重量百分比-約40.0重量百分比。優(yōu)選蟲膠的含量占墨水組成的約4.0重量百分比-約35.0重量百分比的范圍、更優(yōu)選約5.0重量百分比-約30.0重量百分比的范圍且最優(yōu)選約8.0重量百分比-約25.0重量百分比的范圍。認為蟲膠的最佳用量占墨水組成的約10.0重量百分比-約20.0重量百分比的范圍。
聚乙烯吡咯烷酮的含量可以占墨水的約0.01重量百分比-約20.0重量百分比。優(yōu)選聚乙烯吡咯烷酮的含量占墨水組成的約0.5重量百分比-約18.0重量百分比的范圍、更優(yōu)選占墨水組成的約1.0重量百分比-約15.0重量百分比的范圍且最優(yōu)選占墨水組成的約1.5重量百分比-約12.0重量百分比的范圍。認為聚乙烯吡咯烷酮的最佳用量占墨水組成的約1.5重量百分比-約10.0重量百分比的范圍。
可以將有機溶劑(優(yōu)選低級醇)、粘附劑(優(yōu)選淀粉、糊精或樹膠)和粘合劑系統(tǒng)(最優(yōu)選蟲膠與聚乙烯吡咯烷酮的組合)共同考慮為“圖案設(shè)定系統(tǒng)”。它們是加入到含水載體和著色劑中以減少墨水的干燥時間和表面張力并增加墨水與食用基質(zhì)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(yōu)選其用量小于約1重量百分比?？梢约尤胫T如西甲硅油乳劑這樣的消泡劑，優(yōu)選其用量也小于約為1重量百分比。
可以加入均為常用量的防腐劑、調(diào)味劑、芳香劑、微量營養(yǎng)素和維生素以改善成品糖食的特性。
優(yōu)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厘泊-約20厘泊、更優(yōu)選約7-約15厘泊的范圍。如果墨水的粘度遠低于5厘泊，那么附屬的墨滴傾向于在形成噴墨圖案的主要墨滴周圍形成，導(dǎo)致圖案分辨率下降。如果該粘度過高，那么它難以在使用壓電晶體的儲蓄器內(nèi)達到足夠的壓力。一般來說且作為本領(lǐng)域中所公知的，在打印區(qū)域外使用食用墨水，應(yīng)對組分進行選擇以便避免墨水中存在可以導(dǎo)致打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淀粉糊精表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(tǒng)，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制備實施例1的組合物，但用2.5克阿拉伯膠取代糊精，得到本發(fā)明的另一個實施方案。制備具有實施例2組成的組合物，但用5.0克角叉菜膠取代糊精。得到的墨水屬于本發(fā)明的范圍。制備實施例12的組合物并加入5.0克環(huán)糊精而得到屬于本發(fā)明范圍的另一種組合物。
墨水和墨水圖案特性用于表征食品上打印的墨水系統(tǒng)的重要參數(shù)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(也等于ηr-1，其中ηr＝溶液粘度/溶劑粘度)，c是濃度，且ηinh是比濃對數(shù)粘度(也等于1nηr/c)。
特性粘度通常用于表征特定溶劑中聚合物的粘性作用。在本發(fā)明的上下文中，認為粘合劑和粘附劑是“聚合物”且認為墨水中的剩余組分是決定特性粘度的“溶劑”。特性粘度具有濃度倒數(shù)單位。已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)特性粘度與墨水對給定食品基質(zhì)表面的相容性相關(guān)。較高的特性粘度與較好的粘性相關(guān)。
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(zhǔn)該粘度計。然后給該粘度計充滿待測墨水并測定粘度。用去離子水將墨水稀釋成50體積百分比并再次測定粘度。在連續(xù)稀釋下重復(fù)該過程并將所得繪圖外推至0濃度。
表3表示用Canon-Fenske粘度計在20℃下測定的本發(fā)明典型墨水和對比例的特性粘度。本發(fā)明優(yōu)選的墨水具有約23-約30cc/克范圍的特性粘度。
表3

可以通過各種方法測定與表面的相容性。例如，當(dāng)食品基質(zhì)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(zhì)的較好的相容性和粘合性一致且干燥時間縮短。
對本發(fā)明的墨滴在具有和M&M’s牛奶巧克力糖果上發(fā)現(xiàn)的表面相似的巴西棕櫚蠟拋光涂層的糖塊表面上形成的接觸角進行測定。接觸角(墨滴左側(cè)與右側(cè))與去離子水滴形成的相似測定值比較表明由圖案設(shè)定系統(tǒng)產(chǎn)生的接觸角顯著減小。
表4(接觸角)

在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的方法包括使用多色打印頭打印多色圖案。在優(yōu)選的實施方案中，通過安裝白色墨水儲蓄器和打印機改變標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印頭，其中在標(biāo)準(zhǔn)打印頭結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了黑色墨水儲蓄器和打印機并向儲蓄器中提供白色色素化墨水?？梢越o剩余的打印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)?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)KCMY排列，其中將字母KCMY理解為指的是按照打印移動方向的順序排列的白色、藍綠色、品紅色和黃色打印機。注意到可以使用4種以上顏色的打印頭。還已知可以不使用白色打印機打印，而使用獨立的黑色打印機或藍綠色、品紅色和黃色的組合以產(chǎn)生黑色?？梢允褂萌我馍鲜鼋Y(jié)構(gòu)而不會脫離本發(fā)明的范圍。
注意到可以使用這些墨水打印幾乎任意的食品表面。這些食品包括、但不限于烤制品、餅干和蛋糕、小甜餅、堅果、巧克力、干酪、核桃夾和薄片以及發(fā)面點心、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、谷物制成的食品、香腸腸衣和藥片、藥丸、膠囊、囊片、糖衣丸。在特別優(yōu)選的實施方案中，將圖案打印在具有疏水性蠟涂層的糖殼糖食、諸如M&M’s花生和牛奶巧克力糖果表面。使用本發(fā)明墨水的特別優(yōu)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(shù)語“疏水性表面”指的是抗水和不溶于水的表面。這種表面通常由油、脂肪或蠟組成并易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員識別。這里所用的“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(lǐng)域技術(shù)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打印機的分辨率。連續(xù)噴射系統(tǒng)一般能夠獲得約75-約100dpi的分辨率。在本發(fā)明的上下文中，將小于約100dpi看作低分辨率，而將大于約100dpi定義為高分辨率。在能夠產(chǎn)生高分辨率圖案的打印頭中，低端壓電噴射系統(tǒng)一般能夠具有約100dpi-約150dpi范圍的分辨率，本文將其定義為中等高分辨率。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(tǒng)能夠在150dpi-300dpi之間打印，本文將其定義為提供極佳藝術(shù)線條圖案、修剪藝術(shù)圖案、漫畫圖案以及文字和圖式圖案的極高分辨率。通過使打印技術(shù)最優(yōu)化，可以獲得300dpi-800dpi的分辨率，可以稱作近似照片或照片的高分辨率。主要在家庭和辦公室打印機市場上發(fā)現(xiàn)的泡沫噴射噴墨技術(shù)在某些情況中可以產(chǎn)生高達1600dpi的圖像。然而，泡沫噴射打印頭緩慢、具有極小的通道且需要極低的粘度墨水，這使得它們不適于使用寬范圍墨水在食品上進行商業(yè)打印。如果使用熱噴系統(tǒng)，那么改善圖案與疏水性表面粘合性所需的組分可能產(chǎn)生污垢問題，這是由于那些打印頭中遇到高溫導(dǎo)致的。本發(fā)明方法的優(yōu)點在于它們能夠使用各種墨水使糖食產(chǎn)品具備具有大于約100dpi、優(yōu)選大于約150dpi且甚至更優(yōu)選大于約300dpi的分辨率的圖案。使用本文所述的技術(shù)，本發(fā)明者已經(jīng)在M&M’s牛奶巧克力和花生巧克力糖果上制成了類似于噴墨照片的獨特圖案。
本領(lǐng)域中已知用于增加噴墨打印圖案的點數(shù)/英寸分辨率的技術(shù)。它們包括所謂的“滾壓”或“隔行掃描”打印頭。另一種技術(shù)包括使打印頭相對于基質(zhì)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打印面積上。當(dāng)這些技術(shù)可以用于本發(fā)明時，墨水在所述基質(zhì)上的性能決定這些技術(shù)首次得到應(yīng)用。墨水的性能包括每滴維持其完整性且在干燥前不與其它墨滴混合的能力。因此，必須強調(diào)分辨率并非單純是所用設(shè)備的功能，而且是墨水在給定食品基質(zhì)上的性能。
圖案質(zhì)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(shè)計帶腔的鋁部件來支持糖塊。該塊是白色M&M’s牛奶巧克力糖塊，它具有巴西棕櫚蠟涂層的糖殼。使該塊圖案向上放置。將8.5”(21.6cm)長紙片放置在糖塊上部，使得紙直接位于打印圖案的上部。所用的紙為Xerox商標(biāo)的4024型復(fù)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并用兩根針使其與底部的塊對齊。將11b(454g)的重量置于上部的金屬部件上并將紙片拉過糖塊的“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)。
圖案是用紅色墨水打印的大“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于分析。當(dāng)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。在上述測試前后得到亮度測定值“L”。測試前后亮度上的高度差異“ΔL”相當(dāng)于圖案粘合性差。
對實施例1和6以及對比例10觀察到了下列結(jié)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(chǎn)生了更好的粘合結(jié)果。優(yōu)選使用使圖案粘合值(ΔL)小于4、更優(yōu)選小于3且最優(yōu)選小于2的墨水。
在打印諸如小甜餅這樣的烤制品的過程中，按照本領(lǐng)域中通常實施的任意方式、諸如傳送帶傳送食品基質(zhì)。將食品基質(zhì)傳送過固定式(stationery)壓電打印頭，諸如商購自英國劍橋的Xaar TechnologyLimited類型。給打印頭提供如上所述的本發(fā)明水基墨水。這種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)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(yōu)選提供食品白色色素化墨水。墨水根據(jù)圖案數(shù)據(jù)從打印頭噴出且噴射的墨滴在表面上固化而在基質(zhì)上形成干燥的墨滴圖案，該圖案具有的分辨率大于100dpi。
在打印諸如M&M’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(yōu)選在傳送帶上輸送這些塊并在它們通過可以具有上述相同構(gòu)造的固定式打印頭時保持適當(dāng)位置。一般來說，盡管在需要時，截留機制或真空可以用于使這些塊在打印過程中保持固定以確保最佳分辨率，但是為固定所述塊成形的袋足以使這些塊保持在適當(dāng)位置。傳送帶可以是帶有袋的轉(zhuǎn)鼓或帶有載條的環(huán)形帶。用于傳送小食品塊的方法和設(shè)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。
盡管已經(jīng)參照目前看作是優(yōu)選的實施方案描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于所公開的實施方案。相反，本發(fā)明包括各種修改方案和等同方案，它們均包括在待批權(quán)利要求的實質(zhì)和范圍內(nèi)。待批權(quán)利要求的范圍符合最廣泛的解釋以便包括所有這類修改和等同內(nèi)容和功能。
權(quán)利要求
1.一種甜食塊，在其表面上包括由各干墨滴組成的、分辨率大于100dpi的噴墨圖案，在非色素化水基食用墨水中打印的單個干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(quán)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(quán)利要求2的甜食塊，其中所述圖案具有大于300dpi/英寸的分辨率。
4.權(quán)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干燥而來約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(tǒng)；和約0.1wt％-15.0wt％的可水解多糖粘附劑。
5.權(quán)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(quán)利要求5的甜食塊，其中所述食用粘合劑系統(tǒng)包括約8.0wt％-約25.0wt％的基于蟲膠的成膜劑，和約1.5wt％-12.0wt％的在食用粘合劑系統(tǒng)中的聚乙烯吡咯烷酮。
7.權(quán)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(quán)利要求7的甜食塊，其中所述噴墨打印的圖案具有大于約300dpi的分辨率。
9.一種用于在疏水性食用基質(zhì)上打印的基本上不含提高電導(dǎo)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)用于疏水性食用基質(zhì)的可水解多糖粘附劑。
10.權(quán)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(quán)利要求9的食用墨水，其中所述多糖粘附劑是木薯淀粉糊精或阿拉伯樹膠，其占墨水重量的1.0wt％-8.0wt％。
12.權(quán)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(quán)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(quán)利要求9的食用墨水，還包括約8.0wt％-25.0wt％的基于蟲膠的成膜劑，和約1.5wt％-12.0wt％的在食用粘合劑系統(tǒng)中的聚乙烯吡咯烷酮。
15.權(quán)利要求9的食用墨水，含有占墨水重量約50.0wt％-85.0wt％的水。
16.權(quán)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，其占墨水的約0.5wt％-6.0wt％。
17.權(quán)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(quán)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(quán)利要求9的食用墨水，其中所述墨水基本上沒有包含芐基的揮發(fā)性有機溶劑。
20.權(quán)利要求9的食用墨水，具有低于約1500微姆歐的電導(dǎo)性。
21.一種基本上不含有提高電導(dǎo)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(quán)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于蟲膠的成膜劑。
23.權(quán)利要求21的水基食用墨水，其中所述糊精或樹膠以占所述墨水重量約2.0wt％-6.0wt％的量存在。
24.一種在甜食塊上噴墨打印圖案的方法，包括將具有疏水性表面的甜食塊定位在包括壓電噴墨打印頭的打印站附近，所述打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(dǎo)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(jù)傳輸給所述打印頭的圖案數(shù)據(jù)用壓電噴墨打印頭在疏水性表面打印，以形成由單個干墨滴組成的圖案。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述打印步驟包括根據(jù)圖案數(shù)據(jù)打印，使得所述圖案具有大于100dpi的分辨率。
26.權(quán)利要求24的方法，其中所述打印步驟包括根據(jù)圖案數(shù)據(jù)打印，使得所述圖案具有大于300dpi的分辨率。
27.權(quán)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(xù)地傳輸甜食塊通過打印頭。
28.權(quán)利要求24的方法，其中所述壓電噴墨打印頭具有多個儲蓄器，并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(tǒng)的非色素化水基食用墨水。
29.權(quán)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(quán)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(chǎn)生疏水性表面。
31.權(quán)利要求30的方法，包括在涂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(quán)利要求24的方法，其中從壓電噴墨打印頭噴射的墨滴在接觸甜食表面時形成小于約50度的接觸角。
33.用于在食用基質(zhì)上打印的水基非色素化可噴墨食用墨水，包含著色劑；用于所述著色劑的含水載體；和圖像設(shè)定系統(tǒng)，包含(a)有機溶劑，(b)粘附劑，和(c)粘合劑；選擇圖像設(shè)定系統(tǒng)，使得墨水具有約5厘泊-約20厘泊的粘度和當(dāng)應(yīng)用于食用基質(zhì)上時具有小于50達因/厘米的表面張力。
34.權(quán)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(quán)利要求33的食用墨水，其中所述墨水當(dāng)從壓電噴墨打印頭中噴射后與蠟拋光的甜食表面形成小于約50度的接觸角。
36.權(quán)利要求33的墨水，適于在疏水性表面進行高分辨率打印，其中所述粘附劑包含淀粉、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于水性載體和有機溶劑共同的特性粘度在約23-約30立方厘米/克的范圍。
37.一種打印的食用產(chǎn)品，包括選自以下的食用基質(zhì)烤制品、餅干、蛋糕、小甜餅、堅果、巧克力、干酪、核桃夾、薄片、發(fā)面點心、布丁、木斯、冰淇淋、稀奶油、寵物食品、玩嘗動物食品、主食點心、谷物食品、香腸腸衣和藥片；和在食用基質(zhì)表面上由各干墨滴組成的、分辨率大于100dpi的噴墨圖案，在非色素化水基食用墨水打印的單個干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(fā)明公開了非色素化水基墨水，其與工業(yè)壓電打印頭兼容，可用于在食用基質(zhì)上形成高分辨率圖像。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，諸如木薯淀粉糊精或阿拉伯樹膠，用于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(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者A·V·沙斯特里, P·K·戈斯弗德, D·C·昆克勒 申請人:馬斯公司, Bpsi控股公司