1、 哈尔滨商业大学 本科 毕业设计（论文） 可食性油墨的 Y 型反射光纤光谱的建立 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 专 业 班 级 ： 印刷工程 学 号 ： 学 院： 轻工学院 二 XX 年 六 月 五 日 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） I 摘 要 基于环保型油墨的广泛使用，一种可食性的绿色环保油墨应运而 生。它是一种可以食用的油墨并且可以直接印刷在食品的表面，本文通过查阅资料分析确定可食性油墨的组成，并确定了可食性油墨的连接料、颜料、助剂，通过大量的实验确定了不同色素所对应的可食性油墨的各组分的比重，最终得到了性能最好的可食性油墨。并用Y 型光纤对其反射率进行测量与分析建立可食性油墨
2、的 Y 型反射光纤光谱。 经过多次实验得到以大豆油、蒸馏水、蔗糖、色素、阿拉伯胶、乙醇、分散剂5040 得到的可食性油墨性能最稳定，本实验设计了色素浓度为 1%、 3%、 5%、 7%、9% 的 可 食 性 油 墨 。 当 色 素 为 红 曲 红 、 栀 子 蓝 、 栀 子 黄 ， 其重量比为20:10:16.4:0.5:0.1:2:1；当色素为柠檬黄、亮蓝，其重量比为 8.3:10.5:12:0.34:0.2:2:1；将得到的可食性油墨用丝网印刷的方式印刷在纸上，利用光纤为 Y 型的微小型光纤光谱仪和分光光度计测量出五种色素浓度的油墨的反射率，再将得到的数据在 Origin软件中进行处理得到
3、反射光纤光谱。经实验数据以及反射光纤光谱图分析反射率与色素的浓度成反比关系。 光纤光谱仪与分光光度仪相比不能够全面的反映色素的特征。 关键词： 可食性油墨；丝网印刷；微小型光纤光谱仪；反射率； Y 型反射光纤光谱 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） II Abstract Based on extensive use of environmentally friendly inks, an edible green ink came into being. It is an edible ink that can be directly printed on the surface of th
4、e food, the paper determine the binders, pigments, additives of the edible ink and the specific gravity of the edible ink which is corresponding to diffient pigment through a lot of experiments. and finally got the best performance of the edible ink. Y type reflective optical spectra of edible ink i
5、s measured and analyzed by Y type fiber. A kind of edible ink with soybean oil, distilled water, sugar, coloring, gum arabic, ethanol, dispersion agent 5040 is the most stable performance after several experiments, this experiment design pigment concentration of 1%, 3%, 5%, 7% ,9% of edible ink. Whe
6、n the pigment is monascorubrin, gardenia blue, gardenia yellow, the weight ratio is 20: 10: 16.4: 0.5: 0.1: 2: 1; when the pigment is lemon yellow, bright blue, the weight ratio is 8.3: 10.5: 12: 0.34: 0.2: 2: 1; the resulting edible ink is printed on paper by a screen printing manner.The reflectivi
7、ty of five pigment concentrations was measured by a fiber optic spectrometer and spectrophotometer,then the obtained data are processed to obtain the reflected fiber spectra in the Origin software.The reflectance of the edible ink is inversely proportional to the concentration of the pigment by expe
8、rimental data and reflectance spectra.The optical fiber spectrometer can not reflect the characteristics of the pigment comprehensively compared with the spectrophotometer. Keywords:Edible ink ; Screen printing ;Micro optical fiber spectrometer; Reflectivity;Y type reflective optical fiber spectra.哈
9、尔滨商业大学本科毕业设计（论文） I 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪 论 . 3 1.1 研究背景 . 3 1.2 可食性油墨的国内外研究现状 . 4 1.2.1 国外研究现状 . 4 1.2.2 国内研究现状 . 4 1.3 本课题研究的意义及内容 . 6 2 实验原理与方案设计 . 8 2.1 可食性油墨的组成 . 8 2.1.1 色素的选择 . 8 2.1.2 连接料的选择 . 9 2.1.3 助剂的选择 . 9 2.2 可食性油墨的配制 . 9 2.2.1 实验原料 . 9 2.2.2 实验原料的比重 . 10 2.2.3 实验仪器 .11 2.2.4 实验
10、步骤 .11 2.2.5 实验装置 .11 2.3 丝网印刷 . 12 2.4 实验数据的测量仪器 . 13 2.4.1 光纤光谱仪 . 13 2.4.2 分光光度计 . 14 3 实验数据的测量与分析 . 15 3.1 栀子黄色素的反射光纤光谱图 . 15 3.1.1 光纤光谱仪测量的栀子黄色素的反射光谱图 . 15 3.1.2 分光光度计测量的栀子黄色素的反射光谱图 . 16 3.2 红曲红色素的反射光纤光谱图 . 17 3.2.1 光纤光谱仪测量的红曲红色素的反射光谱图 . 17 3.2.2 分光光度计测量的红曲红色素的反射光谱图 . 17 3.3 栀子蓝色素的反射光纤光谱图 . 18
11、哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） II 3.3.1 光纤光谱仪测量的栀子蓝色素的反射光谱图 . 18 3.3.2 分光光度计测量的栀子蓝色素的反射光谱图 . 19 3.4 柠檬黄色素的反射光纤光谱图 . 20 3.4.1 光纤光谱仪测量的柠檬黄色素的反射光谱图 . 20 3.4.2 分光光度计测量的柠檬黄色素的 反射光谱图 . 21 3.5 亮蓝色素的反射光纤光谱图 . 22 3.5.1 光纤光谱仪测量的亮蓝色素的反射光谱图 . 22 3.5.2 分光光度计测量的亮蓝色素的反射光谱图 . 22 结 论 . 24 参考文献 . 25 致 谢 . 27 附 录 . 28 哈尔滨商业大学本科毕业设
12、计（论文） 3 1 绪 论 1.1 研究背景 随着生活水平的提高，人们 对食品包装方面的关注度越来越高，对食品包装质量的要求也越来越高。因此被用于食品包装的油墨应该满足绿色印刷、对人体无害的要求。由于传统油墨大都含有对人体伤害较大的挥发性有机化合物（ VOC），研发及推广绿色环保型油墨已成为大势所趋。虽然目前已经生产出重金属含量、挥发性有机化合物的含量、芳香烃溶剂含量均符合我国油墨印刷标准的环保型油墨用于直接与食品接触的外包装以及包装图案的印刷，但是这类油墨本身并不能被食用，如水性油墨 1。因此并不能广泛应用于食品或药品的表面。环保型油墨的使用也因此受到了限制，此时可食性油墨的 研发势在必行。
13、 可食性油墨，顾名思义就是可以食用的油墨，它可以直接和食品及包装材料的表面接触，不会影响人们的健康。与传统油墨相比，可食性油墨所含成分是食品级原料，具有安全、健康、无毒、可食用的特点 2。因此可食性油墨是食品、药品领域中的消费者追求个性化的新产物 ,除了能以印刷的方式高效率地个性化装潢可食产品表面外 ,还可在与食品、药品直接接触的材料表面印刷油墨 ,从而保证产品的食用安全与卫生 ,有着广阔的研究和发展前景。在食品表面印刷方面，可用于巧克力、咸味点心、饼干、薯片和烘焙制品等。极大地减少了传统油墨对食品 的污染。如：宝洁公司将生产的可食性油墨印刷于薯片的表面。在药品方面主要用于各种胶囊、片剂和药品
14、内袋等 3。 传统油墨由助剂、颜料和连接料三部分组成。与传统油墨相比，可食性油墨拥有与传统油墨相似组分，如颜料和连接料和助剂等，由于可食性油墨还要满足能够食用的要求，因此可食性油墨的每种成分都必须能够食用。因此其色料必须与普通的颜料有所不同，必须是能够食用的色素 4。可食性油墨的色素选择可以按照食用标准的要求 ,选择各种天然色素和动物色素。对于印刷所用的可食性油墨的连接料而言，大都是由助剂、溶剂以及油类组合而成 的，常用的植物油类是花生油、色拉油等，可以使用的溶剂是液态糖。因为可食性油墨可以在药品及食品包装的表面广泛的使用，因此它的食用安全性引起了人们的格外关注，只有经过大量科学的实验去研究可
15、食性油墨的食用安全性能 ,才能安全的将其应用到食品及药品表面。虽然国外已经研究出来可食性油墨以及可食性油墨印刷机但对其性能方面的研究依旧只是冰山一角，国内关于可食性油墨性能的研究也只限于流变性能、触变性、显色性方面的研究，可见关于可食性油墨反射光谱目前并没有人涉及，如果使用光纤光谱仪建立出可食性油墨的反射光谱，测出不同颜料浓度的 可食性油墨的反射率，即可弥补国内在这方面的缺憾。 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 4 1.2 可食性油墨的国内外研究现状 目前可食性油墨在国外的应用已经初见端倪，美国、日本等发达国家已开始将可食性油墨印刷于食品、药品等的表面，并取得了较好的效果。可食性油墨已经在很
16、多消费品生产公司得到广泛的应用。但在国内市场上，在食品中应用的可食性油墨还比较少，主要用于食品及药品的表面上。这可能是由于国内还不成熟的研究技术以及其价格较为昂贵，所以在国内可食性油墨不适合应用于大规模印刷食品的表面。 1.2.1 国外研究现状 日本的东洋油墨公司 5已经研制 出比较成熟的可食性油墨，并且已经在市场上广泛使用；保洁公司生产的品客薯片的表面就利用了本公司生产的可食性油墨。并因此吸引了大量顾客取得了不错的成果。 美国 6的 Spectra 公司研究的食品成像系统 Melin FC 和 ApolloJet Xpress4/256FG就是 在食品表面利用可食性油墨进行数字喷墨印刷，性能
17、高效并且颜色鲜艳。 日本 7印制机生产企业玛斯塔玛英德公司成功地开发生产出了一种使用可食性油墨在食品表面直接印刷的可食性油墨印刷机。该印刷机适用于印刷石材、木板、石膏板材等特殊材质和形状。使用的 着色料是食品添加剂，也就是色素，研究出了一种能够直接将图片、文字印刷在食品表面的印刷机系统。以甜萝卜、甜菜等为原料制备的天然色素可以用作油墨的着色剂。 John Russell8等人研究出了一种可食性油墨，它可以作为单色或多色胶印 ,粘度可以达到 2 16 PaS,更重要的是其在印刷后获得的可食性图像层具有清晰度高、密度合适的优点。 Arun V Shast-ry9等人研制了一种适合喷墨印刷用可食性油
18、墨，其主要成分为食用蜡 (或脂肪 )、色素 ,并且经印刷出来的图像精度可以达到 300 dpi以上。 Douglas R Stewart10等人研究了可以将可食性油墨利用喷墨印刷设备喷到可食性基材上以形成装饰层 ,最后将形成的装饰层转移到可食性材料的表面上的工艺方法。 Andrew Candler11等人研制了一种适合可食性油墨印刷的移印工艺以及适合移印用的可食性油墨。 1.2.2 国内研究现状 苏羽航、赵秀萍 12通过大量的资料查阅与分析 ,确定可食性油墨的基本组成成分 ,对可食性油墨的组成材料进行合理的选择 ,通过大量的实验研制出可食性油墨。并对该油墨的流变学及其他相关性能进行研究与分析得
19、出以水、色素、黄原胶 、蔗糖、大豆油为原料的可食性油墨体系性能稳定 ,具有较好的粘度 ,长时间存放油墨不分层。该哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 5 体系油墨黄原胶含量控制在体系总重的 0.05%-0.5%之间 ,当黄原胶含量低于油墨总重的 0.05%时 ,油墨不能很好的乳化 ,当黄原胶含量高于油墨总重的 0.5%时 ,油墨成为胶状体 ,没有了流动性；制备的油墨呈现非牛顿流体的特性 ,其粘度随着剪切力增加而减小；对制备油墨的触变性研究显示油墨呈现出很好的触变性 ,触变环随着作用力时间和剪切速率的增加而改变；另外该体系油墨具有较好的显色性 ,对 pH 值变化十分稳定；且当大豆油含量为油墨质量总
20、重的 33%左右时 ,庶糖含量为 28%左右时 ,成功实现了油墨在食品表面的印刷。 郭婷、田学军、向汉江 13用蔗糖、阿拉伯胶、色素、大豆油、可食性酒精等制备出可食性喷墨油墨，具有可以食用的特性，能够直接喷墨印刷在食品、药品表面。通过实验可知，随着不断增加的酒精用量，初期表面张力迅速减小，但是当酒精含量达到 25%时，表面张力开始缓慢变化。充分表明在一定范围内酒精可以对表面张力有效调节。表面张力随着阿拉伯胶用量的多少并没有显著变化，充分表明阿拉伯胶用量影响表面张力程度不大。随着不断增加的阿拉伯胶用量，逐渐增加了黏度，表 明阿拉伯胶用量严重影响着黏度 ，并且对体系黏度发挥了决定作用。 范小平、张
21、钦发、向红、黄兰、周家华 14在分析了网印用可食性油墨的配制原理后 ,对其进行了原料筛选、配方制备和产品黏度等流变性能的测试 ,最后得到了可食性油墨优选的配方。其中颜料选择食品级添加色素 ,连结料为食品级 PVP、麦芽糖 (浆 )、阿拉伯胶、乙醇、水和淀粉 ,并加入适当的助剂用来提升可食性油墨的印刷适性。经测量所制得的网印用可食性油墨具有良好的食用安全和感观效果、流变性、丝网印刷适性、卫生性等性能。 方燕、朱克永、姚瑞玲、邓林 15研究了可食性 油墨在食品包装印刷的应用，通过选用可食性材料 :柠檬黄色素、胭脂红色素、蔗糖、蒸馏水、黄原胶、壳聚糖溶液等，配制可食性油墨，并对其印品密度、牢固度、光
22、泽度以及色差值进行测定，最后将可食性油墨与普通丝印油墨在色差方面的异同进行比较。加大对可食性油墨的研究与应用，普及更加绿色环保的油墨在食品包装领域的应用，才能让食品包装更安全。 马海龙、霍李江、王润桃、郭鹏瑛 16研究制备了一种新型可食性油墨，该可食性油墨的组分为 m:(蒸馏水 ):m:(蔗糖 ):m:(食用色素 ):m:(黄原胶 ):m:(大豆油 )=20：35. 8： 1 ： 0.2： 43。 在铜版纸与胶版纸上用丝网印刷方式将其印刷出来，然后对印品的牢固度、密度、光泽度等印刷适性进行了测定与分析。结果表明，印品牢固度为87.8%93.3 满足相关国家标准的要求，可以在食品和药品的表面进行
23、包装与印刷，并且该可食性油墨的光泽度和密度在铜版纸上的明显比胶版纸要好。 胡更生、沈宇晨、项秀阳、徐德英 17经过多次对比试验研究出了一种可以在饼干、巧克力等食品表面以及纸张表面印刷的可食性油墨。本发明方法是将重量份数为连结哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 6 料、纯净水、红曲红色素或绿色素、稀释剂、增稠剂、乳化剂、稳定剂、消 泡剂、防腐剂放入容器内，在 7090 恒温条件下混合搅拌，使可食性原料初级混合；将初级混合后的可食性原料放入食品搅拌机，在 30-50 转 /分钟下搅拌 10-30 分钟；然后调节食品搅拌机转速，在 80-120 转 /分钟下再搅拌 30-40 分钟，使可食性原料进行
24、充分混合，即制备出可食性油墨。 吴智南、招翠微、袁贤琳、梁福尧 18发明了一种含纳米材料的可食用油墨。利用食用色素色剂 10-35 份；食用连接料 20-85 份；食用助剂 0-1 份；食用纳米材料 0.5-5份制备出一种具有良好的流动性与润滑性 ,且用量少、遮蔽力好、光泽优、 粒度细腻、膜层薄、印刷图像清晰的可食用油墨。 郑慧英 19发明了一种用禾木树脂 25-35%和溶剂 55-65%不断搅拌至完全溶解，即可得到的用于塑料食品包装材料的可食用油墨，该可食性油墨具有安全可食性，对塑料食品包装材料的固定性好，不易脱落，而且不需要在被印刷面做基础加工，所以工序变得简单，成本降低。 黎厚斌、张彦粉
25、 20使用醋酸纤维素琥珀酸酯和 /或醋酸纤维素钛酸酯为连接料 ,再辅之各种颜色的颜料和药剂上适用的溶剂如乙醇、丙醇或丁醇等，就构成了一种品质优良的、可食用的药用油墨。具有在药用空心胶囊、药片 等表面印字的性能。 丘国福、黄建华、黄耀华 21发明了一种可食用的抗菌油墨，该油墨由原料经配料混合研磨调整检验处理后制得，所述原料由可食用的连接料、可食用的助剂、色料及稀释剂组成。各组分的质量百分含量为：可食用的连接料 20-65； 可食用的助剂 10-40 ；可食用的色料 20-50 ；稀释剂为 2-40 。其中，所述连接料为壳聚糖的烯酸溶液。此种油墨既具有油墨的共性，又可以直接对食品、药品进行表面装潢
26、，减少安全问题的出现，而且还可以提升食品和药品的档次。同时对食品中经常存在的菌种具有抑制或杀死的 功能，起到保鲜、保质的作用。 1.3 本课题研究的意义及内容 可食性油墨采用可以使用的色素、连接料、助剂，具有无毒、安全、可食用、无污染等特点。它不仅可以直接在食品、药品表面进行印刷，还可以在产品上根据需要设计出符合消费者需要的图案或标志，起到装饰和标识的用途。比如：在儿童饼干上印刷出小动物的图案，不仅可以起到美观的作用还可以吸引儿童购买。目前，在国外许多科研机构和有实力的企业都推出了自己比较成熟的可食性油墨的配方和喷墨设备，并在许多食品生产企业得到了成功的应用。在我国，可食性油墨的研究成果还不是
27、很多， 相信在我国相关研究人员的努力下，可食性油墨的研究会取得丰硕成果。 本课题的研究内容如下： 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 7 （ 1） 确定实验所配制的可食性油墨的色素、连接料、助剂。 （ 2） 选择合适的色素配制可食性油墨，实验选择了红曲红色素、栀子黄色素、栀子蓝色素、柠檬黄色素、亮蓝色素，设计实验方案配制出可食性油墨，根据实验方案设计五种色素浓度为 1%、 3%、 5%、 7%、 9%的可食性油墨，经过丝网印刷得到20mm20mm正方形实地色块。 （ 3） 将印刷得到的实地色块 分别利用光纤光谱仪和分光光度计进行测量其反射率，将得到的数据在 Origin 软件中作 出反射光谱，并将两种光谱图进行比较分析。
