ВОДНЫЕ ЧЕРНИЛА ДЛЯ ПЕЧАТИ НА КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЯХ Российский патент 2009 года по МПК C09D11/00 B41J2/01 C09D103/00 C09D105/00 A23G3/00 A23L1/27 

Изобретение относится к водным чернилам для струйной печати на пищевых продуктах, к способам струйной печати на пищевых продуктах с использованием чернил и к пищевым продуктам, полученным такими способами. Описанные здесь чернила и способы можно использовать для изготовления различных съедобных продуктов с отпечатанными изображениями от фармацевтических пилюль и таблеток до колбасных оболочек. Однако изобретение особенно пригодно для нанесения печати на кондитерские изделия, включая, без ограничения, плитки шоколада и таблетированные продукты, драже, ириски и жевательные резинки, и, в частности, для печати изображений с высоким разрешением и с высокой четкостью на неплоских, непористых гидрофобных поверхностях кондитерских изделий с полированной глазурной оболочкой, такой как поверхности драже M&M's® типа "Молочный шоколад" или "Ореховый шоколад".

Печать идентификационных или декоративных изображений на пищевых продуктах известна. Данная технология печати на драже M&M's® типа "молочный шоколад" или "ореховый шоколад" представляет собой процесс контактной печати с использованием офсетного валика, называемой здесь ротационной глубокой печатью. Система глубокой печати имеет ограниченное количество цветов, которые можно наносить на субстрат. Традиционно печатают одним цветом, и с модификациями можно наносить два или три цвета, но полноцветная печать на пищевых продуктах невозможна. Валик для ротационной глубокой печати также имеет ограничения по площади поверхности неплоского элемента, на котором он может печатать. Как и с другими способами контактной печати, существует опасность разрушения пищевых изделий валиком для ротационной глубокой печати. Рисунок печати невозможно легко изменить или модифицировать при использовании способа ротационной глубокой печати, поскольку каждый новый рисунок необходимо гравировать на валике. Можно было бы обеспечить явные преимущества, если бы можно было использовать неконтактный способ, такой как струйная печать.

Чернильные композиции, используемые при ротационной глубокой печати, обычно содержат шеллак, этиловый спирт и пигменты, в которые могут быть добавлены красители, пластификаторы, дополнительные растворители и другие ингредиенты для модифицирования характеристик чернил. Такие чернила имеют относительно высокую вязкость, в результате чего требуется их выдержка на непористой поверхности до высыхания, и их невозможно наносить струйным способом. Таким образом, чернила, обычно используемые для печати на небольших элементах кондитерских изделий или на фармацевтических таблетках и т.п. при помощи ротационной глубокой печати, непригодны для струйной печати.

Другой распространенный способ печати на пищевых продуктах, в частности на тортах и других больших субстратах, предусматривает использование пищевого переводного листа, который может быть обработан в принтере и который относительно пористый и гидрофильный и, таким образом, может легко принимать изображение из водных чернил, включая изображение, нанесенное струйным способом. Для переноса затем изображения с листа на съедобный субстрат используют различные способы. Типичные чернила для использования с системой этого типа описаны в опубликованной заявке США № 2002/0008751 и содержат воду, изопропиловый спирт, лаурилсульфат натрия и краситель FD&C. При использовании технологии с переводным листом печать не осуществляют непосредственно на поверхности пищевого продукта, перемещаемого мимо печатающей головки. Использование переводного листа требует компонента субстрата, который частично растворяет лист или обеспечивает прилипание листа к субстрату. Таким образом, технологию переводного листа нелегко приспособить к высокоскоростному нанесению изображений на неплоских поверхностях кондитерских изделий. Водные чернила, пригодные для использования с переводными листами, не удовлетворяют требованиям струйной печати на неплоских, непористых и гидрофобных поверхностях, поскольку они имеют слабую адгезию, высыхают слишком медленно и имеют недостаточную укрывистость (непрозрачность).

Струйная печать на пищевых продуктах, в частности на кондитерских изделиях с глазурной оболочкой, если бы позволяла технология, была бы привлекательна с многих точек зрения: она могла бы устранить необходимость контакта пищевого субстрата с печатающим элементом, таким как валик. Кроме того, поскольку струйная печать представляет собой бесконтактную печатную систему, небольшие изменения размера пищевых продуктов не будут отрицательно влиять на качество печати, как в типичном случае происходит с системами на основе клише или валика. Кроме того, изображение для струйной печати хранится в виде данных, а не зафиксировано на контактном элементе. Таким образом, если бы мог эффективно использоваться струйный принтер, изображения можно было бы выбирать, сменять, передавать и т.п. легче, чем при контактной печати, что позволяет быстро менять рисунки. Использование технологии струйной печати обеспечило бы также полноцветную печать с использованием многоцветных печатающих головок.

Системы струйной печати в общем подразделяются на струйные системы непрерывного действия и системы с формированием капель по запросу (также называемые "импульсными"), в которых капли формируются по мере необходимости их выброса на поверхность субстрата для формирования изображения. Способы струйной печати на пищевых субстратах с использованием технологии струйной печати непрерывного действия известны. Большинство из них направлено на изготовление этикеток и аналогичные применения, которые не требуют высокого разрешения.

В струйных системах непрерывного действия чернила выпускаются непрерывным потоком под давлением через по меньшей мере одно сопло. Поток разбивается на капли на фиксированном расстоянии от сопла, в типичном случае, пьезоэлектрическим кристаллом, который вибрирует с управляемой частотой вблизи струи чернил. Работа пьезоэлектрического кристалла в струйной системе непрерывного действия отличается от таковой в пьезоструйной системе с формированием капель по запросу. В струйной системе непрерывного действия поток чернил формируется под давлением в резервуаре, и кристалл служит просто для разбивания его на капли. Для управления потоком капель чернил чернила электростатически заряжают (путем добавления солей и других проводящих агентов), и капли проходят через электростатическое поле, которое регулирует траекторию полета капель в соответствии с сигналами цифровых данных. Требуемая проводимость чернил, предназначенных для струйных систем непрерывного действия, колеблется в пределах от 700 до 2000 микросименс, что обычно требует, чтобы чернила содержали соль, усиливающую проводимость. Капли либо направляются назад в канал для рециркуляции, либо в конкретную точку на субстрате для создания желаемого рисунка. Типичное разрешение у изображения, выполненного струйным принтером непрерывного действия в промышленном варианте применения с использованием одной печатающей головки и печати за один проход, составляет около 75-100 точек на дюйм.

Большинство чернил, разработанных для струйных систем непрерывного действия, основано на растворителе метилэтилкетоне (МЕК) и, таким образом, не может использоваться для пищевых целей. Чернила, разработанные для непрерывной струйной печати на пищевых продуктах или на поверхностях, которые могут входить в контакт с пищевыми продуктами, пигментированы или основаны на растворителях, связанных с другими недостатками.

Например, в патенте США № 5453122 описаны чернила, которые, как сказано, можно наносить непосредственно на пищевой продукт или на упаковку, тесно связанную с пищевым продуктом, и которые позволяют отказаться от использования метилэтилкетона. Сказано, что эти чернила также пригодны для использования в пьезоструйной печатающей головке. Однако эти чернила содержат значительное количество ацетонового растворителя. Хотя такие чернила менее токсичны, чем чернила на основе метилэтилкетона, существенные количества ацетона в таких чернилах ограничивают их использование для печати на пищевых продуктах. Чернила, имеющие значительные количества ацетона, менее желательны для использования в этой области.

Патент США № 5800601 описывает чернила на пигментной основе, как сказано, пригодные для печати на пищевых продуктах, включая глазированные драже, с использованием струйной системы непрерывного действия. В частности, описание направлено на модифицирование характеристик поверхности частицы пигмента для улучшенного высыхания и адгезии чернил. Эти чернила также характеризуются наличием солей, усиливающих проводимость.

Патент США № 5637139 описывает безводные чернила также для струйных систем непрерывного действия и предназначен для маркировки фруктов и подобных субстратов при помощи красителя citrus # 2.

Чернила для струйной печати непрерывного действия также имеют очень узкий диапазон допустимой вязкости. Чернила, имеющие вязкость выше около 10 сантипуаз (сП), при низких скоростях сдвига при использовании вызывают кавитацию в насосах печатающей головки. При вязкости ниже около 2-3 сП струи неустойчивы. Таким образом, большинство, если не все чернила для струйной печати непрерывного действия, имеют вязкость от около 2,8 до около 6 сП.

Доступные в продаже чернила для струйной печати непрерывного действия не приспособлены для печати на гидрофобных пищевых субстратах. Наличие в этих чернилах солей, повышающих проводимость, также может ухудшить вкус.

Из систем с подачей капель по запросу наиболее экономически важными в настоящее время являются пьезоструйные и пузырьково-струйные (иногда называются термографическими) системы. В пузырьково-струйных системах в чернильном резервуаре резистивным нагревателем формируется пузырек. Получаемая в результате волна сжатия от пузырька вытесняет чернила через диафрагму, и когда нагрев прекращается, пузырек начинает схлопываться, и капля выбрасывается. Пузырьково-струйные печатающие головки доминируют на рынках домашних и офисных струйных принтеров, и они способны обеспечить очень высокое разрешение. Однако несколько соображений ограничивают их использование для печати на пищевых продуктах на промышленном оборудовании.

Вязкость чернил для пузырьково-струйной печати очень низка и находится в пределах 1,5 сП, что необходимо для того, чтобы пузырек мог формироваться быстро при приложении минимального напряжения к резистивному нагревателю. Известные пузырьково-струйные принтеры не могут нормально работать при наличии связующих веществ или полимерных добавок. Кроме того, чернила должны быть способны выдерживать температурное циклирование, происходящее в печатающей головке. По этой причине число чернил, которые могли бы быть разработаны для печати на пищевых продуктах при помощи пузырьково-струйного принтера, крайне ограничено. У термографических печатающих головок, кроме того, чернила высыхают на поверхности инжекционных каналов. Предпочтительнее использовать пьезоструйные системы для печати на пищевых продуктах, поскольку пьезоструйные печатающие головки не требуют больших колебаний температуры. Пузырьково-струйные принтеры также слишком медленно работают для обеспечения высокоскоростной печати непосредственно на пищевых субстратах. Термографические печатающие головки (или также известные как пузырьково-струйные печатающие головки) используют в вариантах с переводными листами, поскольку переводные листы достаточно пористые и гидрофильные для использования с известными чернилами.

Водные чернила, известные как совместимые с термографической печатью, описаны в одновременно рассматриваемой заявке US Ser. № 10/211592. Однако эти чернила демонстрируют несовместимость с гидрофобными поверхностями.

Способ струйной печати на пищевых продуктах описан в одновременно рассматриваемой заявке на патент США № 09/587108. Описанными в ней чернилами являются пигментированные белые чернила, которые нашли применение для печати на шоколаде.

Композиции пигментированных чернил, включая небелые пигментированные чернила, описаны в известном уровне техники, включающем указанный выше патент США № 5800601. Однако пигментированные чернила менее предпочтительны для струйных систем с образованием капель по запросу, поскольку пигменты могут влиять на реологию чернил, вызывая недостаточную способность образования струи. Кроме того, наличие частиц пигмента может требовать дополнительного текущего обслуживания печатающей головки. После осуществления печати частицы пигмента имеют тенденцию оставаться на поверхности субстрата, легко отслаиваются или требуют использования дополнительных связующих и/или приводят к слабой адгезии изображения.

Пьезоструйные печатающие головки содержат пьезоэлектрическое устройство, которое вызывает выброс чернил из резервуара, когда пьезоэлектрический кристалл деформирует стенку резервуара в соответствии с сигналами передачи данных. До сих пор пищевые чернила для этих систем не разрабатывались. Пьезоструйные печатающие головки имеют большие каналы, чем пузырьково-струйные печатающие головки, что позволяет использовать больший диапазон допустимых ингредиентов чернил.

Пищевые красители, разрешенные FDA США, и натуральные красители, которые обычно не требуют такого разрешения, растворимы в воде, и, следовательно, пищевые чернила, изготовленные с использованием таких красителей, являются водными. Эти красители на водной основе недостаточно совместимы с гидрофобными поверхностями драже M&M's® типа "молочный шоколад" или "ореховый шоколад", полированными карнаубским воском.

Подводя итог, отметим, что технология ротационной глубокой печати непригодна для полноцветной печати на пищевых продуктах и не допускает быструю смену рисунков, а струйная печать непрерывного действия не обеспечивает высокого разрешения. Для достижения этих целей было бы желательно наносить печать на пищевые продукты при помощи пьезоструйных систем. Однако водные, непигментированные чернила, пригодные для использования с пьезоструйными печатными головками, в частности чернила, совместимые с гидрофобными или покрытыми воском поверхностями, до сих пор не были доступны. Также существует потребность в полноцветной печати с высоким разрешением на кондитерских изделиях, которое не может обеспечить ротационная глубокая печать. Ротационная глубокая печать, из-за того, что для нее требуется контакт с субстратом, может обеспечивать печать лишь на ограниченной площади поверхности субстрата. Системы контактной печати, включая ротационную глубокую печать, не могут быть приспособлены к различию размеров и конфигураций пищевых субстратов, на которые наносят печать, например, таких как драже M&M's® типа "Молочный шоколад" или "Ореховый шоколад".

Таким образом, в промышленности по-прежнему существует потребность в пищевых чернилах, совместимых со струйной печатью, в частности чернилах, совместимых с пьезоструйной печатью, которые можно использовать для печати изображений с высоким разрешением непосредственно на пищевых субстратах, в частности на пищевых субстратах, на которые трудно наносить печать с использованием обычной технологии, такие как изделия, имеющие глазурную оболочку с восковым или жировым покрытием.

Один объект изобретения касается беспигментных водных пищевых чернил для струйной печати, которые могут формировать изображение с высоким разрешением на гидрофобном пищевом субстрате. Чернила содержат воду, пищевой краситель и гидролизуемый полисахаридный адгезивный агент, который улучшает совместимость чернил с гидрофобной поверхностью.

Другой объект изобретения касается способа струйной печати изображений на кондитерских изделиях, согласно которому кондитерские изделия, имеющие гидрофобную поверхность, располагают вблизи рабочего места нанесения печати, содержащего пьезоструйную печатающую головку с по меньшей мере одним чернильным резервуаром, содержащим пищевые водные чернила, по существу не содержащие усиливающих проводимость солей, с гидролизуемым полисахаридным адгезивным агентом для улучшения адгезии чернил к гидрофобной поверхности. Изображение высокого разрешения из отдельных высохших капель чернил печатают на кондитерском изделии посредством выброса чернил из пьезоструйной печатающей головки на гидрофобную поверхность в соответствии с данными изображения, передаваемыми в печатающую головку.

Согласно другому объекту изобретение касается кондитерского изделия, имеющего гидрофобную поверхность (такую как глазурная оболочка, полированная воском) с изображением, образованным из отдельных высохших капель чернил, отпечатанным непигментированными водными чернилами, имеющими пищевой краситель и гидролизуемый полисахаридный адгезивный агент для улучшения совместимости чернил с поверхностью. Изображение имеет разрешение, предпочтительно более около 100 точек на дюйм, и наиболее предпочтительно более около 300 точек на дюйм.

Согласно еще одному объекту изобретение касается пищевых чернил, содержащих краситель, водный носитель красителя и систему фиксации изображения. Систему фиксации изображения выбирают для оптимизации физических свойств чернил для пьезоструйной печати на пищевых субстратах, в частности гидрофобных субстратах, таким образом, чтобы чернила правильно и быстро фиксировались на поверхности. Таким образом, чернила имеют вязкость в пределах от около 5 сантипуаз до около 20 сантипуаз и поверхностное натяжение менее около 50 дин/см. В наиболее предпочтительных вариантах изобретения чернила включают систему фиксации изображения, содержащую органический растворитель, адгезивный агент и связующее, причем каждый компонент выбирают так, чтобы чернила имели вязкость в пределах от около 7 до около 15 сантипуаз и поверхностное натяжение в пределах около 30-45 дин/см.

Изобретение направлено на промышленное применение пьезоструйных систем с образованием капель по запросу, которые до сих пор не использовались для печати изображений с высоким разрешением на пищевых субстратах. Характеристики печатающих головок определяют, какие пищевые ингредиенты могут или не могут использоваться. Хотя конструкции печатающих головок отличаются друг от друга, все они содержат пьезоэлектрическое устройство, которое вызывает выброс чернил из резервуара, такого как пьезоэлектрический кристалл, деформирующий стенку резервуара в соответствии с сигналами передачи данных. Предпочтительные пьезоструйные печатающие головки производит компания Xaar Technology Limited, находящаяся в г. Кембридж, Великобритания. Специалисту в данной области несложно отличить пьезоструйные системы от струйных систем непрерывного действия или пузырьково-струйных систем. Таким образом, используемый здесь термин "чернила для струйной печати" означает чернила, которые могут надежно выбрасываться из пьезоструйной печатающей головки без чрезмерной модификации печатающей головки или ее обслуживания.

Выражение "по существу не содержащие усиливающих проводимость солей" означает, что соли не добавляют специально для повышения проводимости композиции чернил до уровня, который композиция чернил не имела бы при отсутствии таких солей и при котором капли чернил могли бы перемещаться по траектории, управляемой электростатическим полем струйного принтера непрерывного действия. В дополнение к тому, что они не требуются в системе с образованием капель по запросу, эти соли могут оказывать вредное влияние на компоненты печатающей головки, например вызывать коррозию. В предпочтительных вариантах изобретения чернила по изобретению имеют проводимость менее около 1500 микросименс, предпочтительно менее около 700 микросименс. Чернила, которые по существу не содержат усиливающих проводимость солей, можно называть "непроводящими" чернилами.

Чернильные системы по изобретению содержат ингредиенты, которые делают их совместимыми со струйной печатающей головкой, при этом чернила не будут повреждать компоненты печатающей головки или вызывать неустойчивый выброс струй. Чернила также должны быть совместимыми с поверхностью пищевого субстрата, обеспечивая получение изображения с высоким разрешением, которое не будет легко стираться после высыхания на поверхности. Термин "высохшие" в данном контексте означает, что растворители испарились, и изображение хорошо прилипло, отверждено и высушено на субстрате.

Чернила, используемые согласно настоящему изобретению, являются пищевыми и предпочтительно отвечают обычным требованиям для использования с пищевыми продуктами. Это особенно важно при нанесении печати на кондитерских изделиях. При том, что фармацевтические таблетки должны соответствовать определенным требованиям безопасности, тот факт, что кондитерские изделия часто употребляют в больших количествах, чем фармацевтические, налагает дополнительные ограничения на ингредиенты, которые можно использовать в чернилах.

Все описанные здесь чернила являются водными. Используемый здесь термин "водные" является синонимом термина "водоосновные" и относится к композиции, содержащей более 50,0 вес.% воды. Водные чернила обычно содержат воду в количестве от около 50,0 вес.% до около 85,0 вес.%. Предпочтительно используют деионизированную воду. В предпочтительных вариантах изобретения чернила содержат от 50,0 вес.% до 80,0 вес.% воды, более предпочтительно от 50 вес.% до около 75,0 вес.% воды и наиболее предпочтительно от 55,0 вес.% до около 75,0 вес.%.

Носитель обычно содержит по меньшей мере один низший (С₁-С₆) спирт, пропиленгликоль или другой органический растворитель в количестве, эффективном для уменьшения или регулирования времени высушивания чернил. Поскольку поверхностное натяжение воды высокое (около 72 дин на сантиметр), необходимо добавить в систему фиксации изображения водных чернил компонент для снижения поверхностного натяжения до уровня ниже около 50 дин/см и предпочтительно до диапазона от около 25 до около 45 дин/см для обеспечения эффективной печати на пищевом субстрате при помощи пьезоструйной печатающей головки. Поверхностное натяжение чернил важно с точки зрения совместимости с поверхностью пищевого субстрата и для формирования капель печатающей головкой.

Удобной мерой совместимости чернил с непористым субстратом является угол контакта капли с поверхностью субстрата. Ингредиенты чернил выбирают таким образом, чтобы угол контакта составлял менее 50 градусов и находился в диапазоне от около 10 градусов до около 50 градусов, предпочтительно от около 20 градусов до около 45 градусов и еще предпочтительнее от около 30 до около 40 градусов. Конечно, это соображение существенно прежде всего для непористых поверхностей.

Низший спирт, пропиленгликоль или другой органический растворитель присутствует в пределах от около 7,0 вес.% до около 35,0 вес.%, предпочтительно от около 7,0 вес.% до около 30,0 вес.% и наиболее предпочтительно в пределах от около 10,0 вес.% до около 30,0 вес.%. "Органические растворители" включают все известные растворители, обычно смешивающиеся с водой и другими ингредиентами чернил. Однако в связи с водными чернилами по изобретению предпочтительный органический растворитель состоит из этилового спирта, изопропилового спирта, бутилового спирта, пропиленгликоля или их смеси. Наиболее предпочтительно от около 10,0 до около 20,0 вес.% в чернилах составляет этанол, изопропиловый спирт, бутанол, пропиленгликоль или их смесь.

Использованный здесь термин "на основе растворителя" означает композицию, содержащую более около 35 вес.% органических растворителей. Обычно композиции чернил по изобретению не содержат таких растворителей, как ацетаты, лактаты или летучие органические растворители, содержащие бензиловые группы. В предпочтительных вариантах изобретения композиции могут по существу не содержать глицерина и растворяющих эфиров, например ацетатов.

Пригодные пищевые красители включают пищевые красители, разрешенные Актом о пищевых продуктах, лекарствах и косметических средствах администрации США (FDA), называемые здесь "красители FD&C"; натуральные красители, полученные из натуральных (обычно из овощей) источников, которые общепризнаны безопасными для употребления в пищу; красители, полученные из натуральных источников, разрешенных FDA, и синтетические красители, разрешенные для использования в других странах. Все пищевые красители, которые могут быть использованы в изобретении, должны быть растворимыми в воде или смесях воды и спирта.

Красители FD&C, которые можно использовать, включают Красный № 3 (Erythrosine), Красный № 40 (Allura Red), Желтый № 6 (Sunset Yel. FCF), Желтый № 5 (Tartrazine), Зеленый № 3 (Fast Green FCF), Голубой № 1 (Brilliant Blue FCF), Голубой № 2 (Indigotine) и их смеси. Натуральные красители, которые могут использоваться, включают антоцианы, беталины, каротиноиды и т.п. и их смеси. Любой из указанных выше красителей может использоваться в композициях чернил по изобретению при условии, что композиция в целом совместима с печатающей головкой и обеспечивает достаточное адгезию к поверхности пищевого субстрата. В наиболее предпочтительных вариантах изобретения указанные выше красители полностью сольватированы в композиции чернил, так что чернила по существу не содержат твердых частиц красителя. По существу отсутствие твердых частиц красителя в этом контексте означает содержание менее около 5,0 вес.% твердых частиц, предпочтительно менее около 1,0 вес.% твердых частиц. Еще более предпочтительно чернила содержат менее 0,1 вес.% твердых частиц.

Пищевой краситель присутствует в чернилах в количестве от около 0,5 вес.% до около 15,0 вес.%. Предпочтительно чернила содержат от около 0,5 вес.% до около 10,0 вес.% пищевого красителя; еще предпочтительнее от около 0,5 вес.% до около 8,0 вес.% и наиболее предпочтительно от около 0,5 вес.% до около 6,0 вес.%. Оптимальное количество красителя в чернилах составляет от около 0,5 вес.% до около 4,0 вес.%. Обнаружено, что в указанных выше диапазонах некоторые пищевые красители (такие как голубой) требуют несколько меньшей концентрации для получения одной насыщенности цвета на поверхности продукта, тогда как другие пищевые красители (такие как желтый) требуют несколько большей концентрации.

Композиция чернил также содержит гидролизуемый полисахаридный адгезивный агент. Предпочтительно полисахаридный адгезивный агент присутствует в чернилах в диапазоне от около 0,1 вес.% до около 15,0 вес.%, предпочтительно от около 0,5 вес.% до около 12,0 вес.%, еще предпочтительнее от около 1,0 вес.% до около 10,0 вес.% и наиболее предпочтительно от около 1,5 вес.% до около 8,0 вес.% композиции чернил. Оптимальный диапазон содержания гидролизуемого полисахаридного адгезивного агента составляет от около 2,0 вес.% до около 6,0 вес.% от веса композиции чернил.

Гидролизуемым полисахаридом предпочтительно является декстрин, циклодекстрин или камедь, карагенан, альгинат или альгинат кальция или комбинация таких полисахаридов. Наиболее предпочтительным декстрином является декстрин тапиоки. Наиболее предпочтительной камедью является аравийская камедь.

Можно также использовать вместо них другие адгезивные агенты, которые при отверждении образуют поперечные связи для усиления адгезии изображения к пищевой субстрату. В этом контексте могут использоваться белковые материалы, включая желатин, или целлюлозные материалы и/или гидролизованный крахмал.

Предпочтительно композиции чернил по изобретению содержат связующее. Термин "связующее" следует понимать как ингредиент, который формирует пленку между компонентами чернил после того, как весь растворитель испарился, и изображение отверждено на субстрате. Таким образом, связующее можно легко отличать, как по его функции, так и его композиции, от адгезивного агента, который добавляют для улучшения совместимости чернил с конкретной поверхностью. Известные связующие включают шеллак (который обычно комбинируют с аммиаком для повышения водородного показателя до около 9 для растворения шеллака в воде). Шеллак может быть разбавлен водой или этиловым спиртом или подобным растворителем. Пленкообразующее вещество на основе шеллака поставляет под торговой маркой Mantrolac® компания Mantrose-Haeuer Co., Inc., Вестпорт, Коннектикут. Используемый здесь термин "шеллак" равнозначен термину "пленкообразующее вещество на основе шеллака", и его весовые процентные содержания относятся к весовому процентному содержанию пленкообразующего вещества на основе шеллака.

В пищевой связующей системе может также использоваться поливинилпирролидон (также называемый поливинилпирролидиноном, повидоном или PVP). Предпочтительным связующим для использования в водных непигментированных чернилах по изобретению является комбинация поливинилпирролидона и шеллака, которая продемонстрировала неожиданное улучшение времени высыхания и качества изображения по сравнению с композициями, которые не содержат этой комбинации.

Композиция содержит связующее в количестве от около 2,0 вес.% до около 40,0 вес.%. Пленкообразующее вещество на основе шеллака может содержаться в чернилах в количестве от около 2,0 вес.% до около 40,0 вес.%. Предпочтительно шеллак присутствует в количестве от около 4,0 вес.% до около 35,0 вес.%, более предпочтительно от около 5,0 вес.% до около 30,0 вес.% и наиболее предпочтительно от около 8,0 вес.% до около 25,0 вес.% композиции чернил. Представляется, что оптимальное количество шеллака составляет от около 10,0 до около 20,0 вес.% от веса композиции чернил.

Поливинилпирролидон может содержаться в чернилах в количестве от около 0,01 вес.% до около 20,0 вес.%. Предпочтительно поливинилпирролидон присутствует в количестве от около 0,5 вес.% до около 18,0 вес.%, более предпочтительно от около 1,0 вес.% до около 15,0 вес.% и наиболее предпочтительно от около 1,5 до около 12,0 вес.% композиции чернил. Представляется, что оптимальное количество поливинилпирролидона составляет от около 1,5 до около 10,0 вес.% от веса композиции чернил.

Органический растворитель (которым предпочтительно является низший спирт), адгезивный агент (которым предпочтительно является крахмал, декстрин или камедь) и связующая система (которой наиболее предпочтительно является комбинация из шеллака и поливинилпирролидона) могут совместно рассматриваться как "система фиксации изображения". Они являются ингредиентами, добавляемыми в водный носитель и краситель для сокращения времени высушивания и снижения поверхностного натяжения чернил, а также для улучшения совместимости чернил с пищевой субстратом, чтобы при отверждении формировалось прочное связанное изображение.

Для улучшения характеристик чернил в композицию могут быть добавлены другие функциональные ингредиенты. Например, консервирующий/противомикробный ингредиент, такой как Полисорбат 80, может быть добавлен в количестве менее около 1 вес.%. Могут быть добавлены противопенные агенты, такие как симетиконовая эмульсия, вновь предпочтительно в количестве менее около 1 вес.%.

Для улучшения свойств завершенного кондитерского изделия могут быть добавлены в обычных количествах консерванты, вкусовые вещества, ароматические вещества, микроэлементы и витамины.

Указанные выше ингредиенты предпочтительно выбирают таким образом, чтобы вязкость находилась в диапазоне от около 5 до около 20 сантипуаз, более предпочтительно от около 7 до около 15 сантипуаз, измеренных при скорости сдвига 200 с^-1 и температуре 20°С. Если вязкость чернил значительно меньше 5 сантипуаз, возникает тенденция формирования сателлитных капель чернил вокруг основной капли, образующей наносимое струйной печатью изображение, что приводит к снижению разрешения изображения. Если вязкость слишком высока, затрудняется достижение достаточного давления в резервуаре с помощью пьезоэлектрического кристалла. В качестве общей нормы, как известно вне области печати пищевыми чернилами, ингредиенты следует выбирать так, чтобы исключить наличие растворенных газов в чернилах, которые могут вызвать кавитацию в печатающей головке.

Примеры композиций чернил

Нижеследующие композиции содержат декстрин тапиоки (см. табл.1).

Таблица 1 123456Вода65-6773,4068,4068,3473,460,40Органический растворитель***13,212,0017,0017,0712,0025,00Краситель1,9-2,53,984,04,04,04,0Шеллак10 (на водном субстрате)-----Повидон5,005,005,005,005,005,00Аммиак (на водной основе)0,5-----Декстрин2,55,05,05,05,05,0Добавки**0,600,600,600,600,600,60** Противопенный агент и консервант.
*** Комбинация пропиленгликоля, изопропилового спирта и бутанола.

Сравнительные примеры композиций чернил

Нижеследующие композиции содержат связующую систему из шеллака/повидона без гидролизуемого полисахаридного адгезивного агента (см. табл.2).

Таблица 2 123456Вода70,6052,9052,9067,9056,6067-68Органический растворитель***11,9417,0017,0012,0025,0013,2Краситель3,964,004,004,002,502-3Шеллак9,95 20,0010 (на водной основе)
10 (EtOH)10,0010,0010 (на водной основе)Повидон2,505,005,005,005,005,00Аммиак (на водной основе)0,500,500,500,500,300,5Декстрин------Добавки**0,600,600,600,600,600,60** Противопенный агент и консерванты.
*** Комбинация пропиленгликоля, изопропилового спирта и бутанола.

Композицию по Примеру 1 получают таким образом, что декстрин заменяют 2,5 граммами аравийской камеди, что дает другой вариант изобретения. Композицию по Примеру 2 получают так, что декстрин заменяют 5,0 граммами карагенана. Полученные чернила входят в объем изобретения. Получают композицию по Примеру 12 и добавляют 5,0 граммов циклодекстрина для получения другой композиции в объеме изобретения.

Чернила и характеристики чернильного изображения

Важным параметром, полезным для описания чернильных систем для печати на пищевых продуктах, является характеристическая вязкость, определяемая как предельное значение отношения удельной вязкости к концентрации при бесконечном разбавлении.

где [η] - это характеристическая вязкость, [η_i] - это удельная вязкость (также равная η_r-1, где η_r = вязкости растворения/вязкости растворителя), с - это концентрация и η_inh - это собственная вязкость (также равная lnη_r/c).

Значение характеристической вязкости обычно используется для определения вязкости полимера в конкретном растворителе. В контексте настоящего изобретения связующее и адгезивный агент рассматриваются как "полимер", и остальные ингредиенты в чернилах рассматриваются как "растворитель" для определения характеристической вязкости. Характеристическая вязкость имеет единицы обратной концентрации. Неожиданно было обнаружено, что характеристическая вязкость соотносится с совместимостью чернил с данной поверхностью пищевого субстрата. Более высокие значения характеристической вязкости коррелируют с улучшенной адгезией.

Для определения характеристической вязкости связующих/адгезивных агентов в чернилах использовали вискозиметр Canon-Fenske (типа вискозиметра Оствальда). Вискозиметр был откалиброван по деионизированной воде с температурой 20°С, имеющей известную вязкость. Затем вискозиметр заполняли испытываемыми чернилами и измеряли вязкость. Чернила разбавляли на 50 объемных процентов деионизированной водой и вязкость измеряли снова. Процесс повторяли с последовательными разбавлениями и полученный график экстраполировали до нулевой концентрации.

Табл.3 показывает характеристическую вязкость типичных чернил по изобретению и сравнительного примера, измеренную при помощи вискозиметра Canon-Fenske. Предпочтительные чернила по изобретению имеют характеристическую вязкость в диапазоне от около 23 до около 30 см³/г.

Таблица 3 Сравнительный пример 12Пример 1Характеристическая вязкость21,423,6

Совместимость с поверхностью может быть определена разными способами. Например, когда поверхность пищевого субстрата непористая и гидрофобная, меньший угол контакта капли чернил с поверхностью соответствует лучшей совместимости и адгезии чернил к субстрату, а также уменьшенному времени высыхания.

Измерения угла контакта капель чернил по изобретению проводили на поверхности кондитерского изделия, имеющего полировочное покрытие из карнаубского воска, подобной поверхности драже M&M's® типа "Молочный шоколад" или "Ореховый шоколад". Сравнение угла контакта (левой и правой стороны капли) с подобными результатами измерения, выполненного относительно капли деионизированной воды, показывает существенное уменьшение угла контакта, обеспечиваемое системой фиксации изображения (см. табл.4).

Таблица 4
Угол контактаПример 6Деионизированная водаСлеваСправаСлеваСправа32387472403472683834767434377466

В предпочтительных вариантах способы по изобретению включают печать многоцветных изображений с использованием многоцветных печатающих головок. В предпочтительных вариантах стандартную струйную печатающую головку модифицируют посредством установки резервуара для белых чернил и печатающего механизма таким образом, что резервуар для черных чернил и печатающий механизм выполняют в стандартной конфигурации печатающей головки и подают белые пигментированные чернила в этот резервуар. Остальные печатающие механизмы могут быть снабжены водными чернилами обычных цветов (голубого, пурпурного и желтого) в обычной конфигурации. Может использоваться стандартная конфигурация KCMY, в которой буквы KCMY относятся к белому, голубому, пурпурному и желтому печатающим механизмам, расположенным в этом порядке в направлении движения при печати. Можно предусмотреть использование печатающих головок с более чем четырьмя цветами. Также известна печать без белого печатающего механизма, с использованием отдельного черного печатающего механизма или с комбинированием голубого, пурпурного и желтого цветов для получения черного. Любая из указанных выше конфигураций может использоваться в объеме изобретения.

Предполагается, что с использованием этих чернил можно наносить печать почти на любую поверхность пищевых продуктов. Эти пищевые продукты включают, без ограничения этим, выпечку, галеты, пирожные, булочки, орешки, шоколады, сыры, крекеры и чипсы, макаронные изделия, пудинги и муссы, мороженое и кремы, корма для животных и лакомства для животных, закуски, зерновые продукты, колбасные оболочки и фармацевтические таблетки, пилюли, капсулы и драже. В особенно предпочтительных вариантах изображения печатают на кондитерских изделиях с глазурной оболочкой, имеющих гидрофобное восковое покрытие, таких как драже M&M's® типа "Молочный шоколад" или "Ореховый шоколад". Особенно предпочтительной поверхностью пищевого продукта для использования с чернилами по изобретению является гидрофобная и/или непористая поверхность пищевого продукта. Используемый здесь термин "гидрофобная поверхность" означает поверхность, которая отталкивает воду и по существу не растворяется в воде. Такие поверхности, в типичном случае, будут содержать масла, жиры или воски и хорошо знакомы специалистам в данной области. Используемый здесь термин "непористая поверхность" означает поверхность, которая по существу непроницаема для воды. Такие непористые поверхности также хорошо известны специалистам в данной области. Типичным, но, конечно, не ограничивающим примером непористой гидрофобной поверхности является поверхность из карнаубского воска.

Разрешение струйного принтера может быть определено плотностью элементов изображения, образующих изображение. Системы струйной печати непрерывного действия обычно способны достигать разрешения от около 75 до около 100 точек на дюйм. В контексте настоящего изобретения менее 100 точек на дюйм рассматривается как низкое разрешение и более 100 точек на дюйм рассматривается как высокое разрешение. Среди печатающих головок, способных производить изображения с высоким разрешением, несложные пьезоструйные системы обычно способны обеспечить разрешение от около 100 точек на дюйм до около 150 точек на дюйм, что определено здесь как среднее разрешение. Более совершенные пьезоструйные системы, например, фирмы Xaar Technology Limited (г. Кембридж, Великобритания) или Spectra, Incorporated (г. Лебанон, Нью-Гемпшир, США), способны печатать с разрешением от 150 точек на дюйм до 300 точек на дюйм, что определено здесь как очень высокое разрешение, которое позволяет получить очень хорошие штриховые изображения, графические фрагменты, изображения персонажей мультфильмов, а также текстовые и схематические изображения. При оптимизации технологии печати может быть достигнуто разрешение от 300 точек на дюйм до 800 точек на дюйм, которое можно назвать близким к фотографическому или фотографическим высоким разрешениям. Пузырьково-струйная технология, которая доминирует на рынке домашних и офисных принтеров, в некоторых случаях может обеспечивать получение изображений с разрешением до 1600 точек на дюйм. Однако пузырьково-струйные печатающие головки работают медленно, имеют очень малые каналы и требуют чернил с очень низкой вязкостью, что делает их непригодными для промышленной печати на пищевых продуктах с использованием широкого диапазона чернил. Ингредиенты, требуемые для улучшения адгезии изображения к гидрофобной поверхности, вероятно будут вызывать засорение при использовании в термографической системе из-за высоких температур, создаваемых в их печатающих головках. Преимущество способов по изобретению состоит в том, что они позволяют получать кондитерские изделия с изображением, имеющим разрешение более около 100 точек на дюйм, предпочтительно более около 150 точек на дюйм и еще предпочтительнее более около 300 точек на дюйм с использованием широкого разнообразия чернил. С использованием описанной здесь технологии, авторы получали струйной печатью фотографические портреты на драже M&M's® "Молочный шоколад" и "Ореховый шоколад".

Технологии повышения разрешения изображения при струйной печати известны. Они включают то, что известно как "стыковка" или "чередование" печатающих головок. Другая технология включает позиционирование печатающих головок под углом относительно направления движения субстрата. Оба эти способа обеспечивают то, что на заданную область печати падает больше капель. Хотя эти технологии можно использовать в рамках настоящего изобретения, на первом месте стоят характеристики чернил на субстратах, о которых идет речь, которые позволяют использовать эти технологии. Характеристики чернил включают способность каждой капли поддерживать целостность и не смешиваться с другими каплями до высушивания. Таким образом, необходимо подчеркнуть, что разрешение является не просто функцией используемого оборудования, а результатом характеристик чернил на заданном пищевом субстрате.

Другой мерой качества изображения является прилипание. Для определения адгезии изображения был разработан алюминиевый блок с выемкой для удерживания элемента кондитерского изделия. Элементом было белое M&M's® драже типа "Молочный шоколад", имеющее глазурную оболочку с покрытием из карнаубского воска. Элемент расположили изображением вверх. На драже поместили кусок бумаги длиной 8,5 дюйма (21,6 см) таким образом, что бумага легла непосредственно поверх отпечатанного изображения. Используемой бумагой была бумага для копировального устройства Xerox® тип 4024. Другой блок с выемкой, соответствующей кривизне драже, поместили сверху на драже и совместили с нижним блоком двумя штифтами. Сверху на верхний металлический блок поместили груз весом 1 фунт (454 г) и лист бумаги протянули по части драже с "изображением". Отрезок бумаги, который прошел по драже, имел длину 7,5 дюйма (19,05 см) и проходил под грузом весом 1 фунт (454 г).

Изображение представляло собой большую букву "m", отпечатанную красными чернилами, и имело ширину 1 см, высоту 0,6 см и толщину линии 0,15 см. В каждом случае изображение анализировали на предмет общей яркости с использованием спектрофотометра Minolta CM-3500d. Для анализа использовали держатель образца со средней апертурой. Поскольку все драже были белыми, более высокое значение яркости означало, что часть изображения была потеряна вследствие абразивного действия бумаги под действием груза. Измерение "L" яркости было получено до и после испытания, описанного выше. Высокая разность ("ΔL") яркости до и после испытания соответствовала слабой адгезии изображения.

Получены следующие результаты для примеров 1 и 6 и сравнительного примера 10 (см. табл.5).

Таблица 5ПримерΔLСреднеквадратическое отклонение11,21,261,61,410 (сравнительный)4,20,4

По меньшей мере в качественном выражении наличие декстрина, по наблюдениям, приводит к усилению адгезии, и комбинация из повидона, шеллака и декстрина дает еще лучшие результаты по адгезии. Предпочтительно использовать чернила с адгезией изображения ("ΔL") менее 4, еще предпочтительнее менее 3 и наиболее предпочтительно менее 2.

При печатании на выпечке, такой как печенье, пищевые субстраты подают любым способом, обычно практикуемым в данной области техники, таким как транспортировка на ленточном конвейере. Пищевые субстраты транспортируют мимо неподвижной пьезоэлектрической печатающей головки, такой как имеющаяся в продаже головка фирмы Xaar Technology Limited, г. Кембридж, Великобритания. Стандартная конфигурация предусматривает наличие резервуаров с голубыми, пурпурными и желтыми чернилами. Четвертый резервуар (обычно для черных чернил) может быть заправлен пищевыми черными чернилами или, еще предпочтительнее, пищевыми пигментированными белыми чернилами. Чернила выбрасываются из печатающей головки в соответствии с данными о изображении, и выбрасываемые капли отверждаются на поверхности для формирования высушенных капель чернил на субстрате в изображении, имеющем разрешение более 100 точек на дюйм.

При печати на относительно небольших кондитерских изделиях, таких как драже M&M's® "Молочный шоколад" или "Ореховый шоколад", предпочтительно подавать драже на конвейере и удерживать их на месте, когда они проходят мимо неподвижной печатающей головки, которая может иметь описанную выше конфигурацию. Обычно для удерживания элемента на месте достаточно гнезда, конфигурированного соответствующим образом, хотя при необходимости можно использовать захватывающий механизм или вакуум для обеспечения неподвижного положения элементов в ходе процесса печати для получения лучшего разрешения. Конвейер может представлять собой барабан с гнездами или бесконечную ленту с направляющими планками. Способы и устройство для транспортировки небольших пищевых элементов описаны в находящейся на рассмотрении заявке US Ser. № 09/479549. Также возможны другие подходы, например транспортировка элементов непосредственно на ленте.

Хотя настоящее изобретение описано в отношении вариантов, которые в настоящий момент считаются предпочтительными, изобретение не ограничивается описанными вариантами. Настоящее изобретение охватывает различные модификации и эквиваленты, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения. Объем прилагаемой формулы изобретения следует рассматривать в самой широкой интерпретации, включающей все такие модификации и эквивалентные материалы и функции.

Изобретение относится к водным чернилам для струйной печати на пищевых продуктах. Описываются непигментированные водные чернила, содержащие, % от веса композиции чернил: 50,0-85,0 воды; 7,0-35,0 спирта C₁-С₆, пропиленгликоля или их смеси; 0,5-15,0 сольватированного пищевого красителя; 2,0-40 связующего и 0,1-15,0 адгезивного агента на основе декстрина или камеди. Чернила содержат гидролизуемый полисахаридный адгезивный агент, улучшающий совместимость чернил с гидрофобными поверхностями. Предложенные чернила обеспечивают формирование изображений высокого разрешения на пищевых субстратах, включая кондитерские изделия в глазурной оболочке, имеющие гидрофобное полировочное покрытие из воска. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Непигментированные водные пищевые чернила, по существу, не содержащие усиливающих проводимость солей, содержащие, от веса композиции чернил:

50,0-85,0 вес.% воды;

7,0-35,0 вес.% спирта C₁-С₆, пропиленгликоля или их смеси;

0,5-15,0 вес.% полностью сольватированного пищевого красителя;

2,0-40,0 вес.% связующего и

0,1-15,0 вес.% адгезивного агента на основе декстрина или камеди.

пищевой субстрат, выбранный из группы, состоящей из кондитерских изделий, выпечек, галет, пирожных, печенья, орешков, шоколадов, сыров, крекеров, чипсов, макаронных изделий, пудингов, муссов, мороженого, кремов, кормов для животных, лакомств для животных, закусок, зерновых продуктов, колбасных оболочек и фармацевтических таблеток; и

нанесенное струйной печатью изображение, образованное из отдельных высохших капель чернил, которое имеет разрешение более 39 точек на сантиметр (более 100 точек на дюйм) на поверхности пищевого субстрата, причем по меньшей мере одна из отдельных высохших капель чернил отпечатана непигментированными водными пищевыми чернилами по п.1.

подачу в указанный чернильный резервуар непроводящих водных пищевых чернил, содержащих, от веса композиции чернил:

50,0-85,0 вес.% воды;

7,0-35,0 вес.% спирта C₁-С₆, пропиленгликоля или их смеси;

0,5-15,0 вес.% полностью сольватированного пищевого красителя;

2,0-40,0 вес.% связующего и

0,1-15,0 вес.% адгезивного агента на основе декстрина или камеди,

печатание при помощи пьезоструйной печатающей головки на гидрофобной поверхности в соответствии с данными о изображении, передаваемыми в указанную печатающую головку, для формирования изображения, содержащего отдельные высохшие капли чернил.