毕业设计（论文）：可食性油墨的Y型反射光纤光谱的建立

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： 冯秀萍 指 导 教 师： 刘壮 专 业 班 级： 印刷工程二班 学 号： 201110830772 学 院： 轻工学院 二一五 年 六月 五日Undergraduate Graduation Project (Thesis)Harbin University of CommerceThe establishment of Y type reflective optical fiber spectra of edible inkStudent Feng Xiuping Supervisor Liu Zhuang Specialty and ClassGraphic Communications and Engineering Student ID 201110830772 School School of Light Industry 20 - - 毕业设计（论文）任务书姓名： 冯秀萍学院： 轻工学院班级：二班专业： 印刷工程毕业设计（论文）题目： 可食性油墨的Y型反射光纤光谱的建立立题目的和意义：随着环保型油墨的广泛使用，一种可食性绿色油墨应运而生，它可以直接印刷在食品、药品的表面。既然可食性油墨被广泛应用在食品及药品包装的表面，那么其食用的安全性也值得人们思考，这就需要经过实验去研究可食性油墨的安全性能,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率目前并没有人涉及，如果可以测出不同颜料浓度的可食性油墨的反射率并建立出可食性油墨的反射光谱，即可弥补国内在这方面的缺憾。本文采用光纤光谱仪和分光光度计测量出不同浓度色素配制出的可食性油墨的反射率，并利用Origin软件做出反射光谱。并将两种光谱曲线进行比较。技术要求与工作计划： 1、完成与毕业论文题目相关文献综述一篇，不少于5000字。 2、完成外文翻译一篇，不少于3000汉字。 3、完成开题报告一份。 4、毕业设计论文撰写符合规定，涉及国家标准、行业标准要准确。 5、毕业论文条理清晰、文字简洁符合逻辑及科技论文规则。 6、搜集、整理有关信息发布系统的特点及相关的技术资料。 7、整理实验数据，建立可食性油墨的Y型反射光纤光谱。 8、按要求完成论文。时间安排： 第一周第三周（3月2日3月22日）根据论文题目查找资料，进行调研。 第四周第六周（3月23日4月10日）调研上图书馆查找资料，和老师讨论交流，完成论文综述、外文翻译、开题报告、实习报告、实习日记，进行第一次会审检查。 第七周第九周（4月11日5月10日）利用查找的资料设计实验，购买药品进行实验，完成可食性油墨的配制，利用丝网印刷得到实地色块，应用光纤光谱仪和分光光度计对实地色块进行测量得到反射率，在Origin软件得到Y型反射光纤光谱。基本完成论文初稿，进行第二次会审检查。 第十周第十二周（5月11日5月31日）对论文进行详细改动，完成各个细节，并且制作答辩幻灯片，进行第二次会审检查。 第十三周第十五周（6月1日6月12日）进行论文答辩。指导教师要求：（签字） 年 月 日教研室主任意见：（签字） 年 月 日院长意见：（签字） 年 月 日毕业设计（论文）审阅评语一、指导教师评语： 指导教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）审阅评语二、评阅人评语： 评阅人签字： 年 月 日毕业设计（论文）答辩评语三、答辩委员会评语：四、毕业设计（论文）成绩：专业答辩组负责人签字：年 月 日五、答辩委员会主任单位： （签章）答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）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 the 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 is 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. When 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 reflectivity 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 experimental 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.29目 录摘 要IAbstractII1 绪 论31.1 研究背景31.2 可食性油墨的国内外研究现状41.2.1 国外研究现状41.2.2 国内研究现状41.3 本课题研究的意义及内容62 实验原理与方案设计82.1 可食性油墨的组成82.1.1 色素的选择82.1.2 连接料的选择92.1.3 助剂的选择92.2 可食性油墨的配制92.2.1 实验原料92.2.2实验原料的比重102.2.3 实验仪器112.2.4 实验步骤112.2.5 实验装置112.3 丝网印刷122.4实验数据的测量仪器132.4.1 光纤光谱仪132.4.2 分光光度计143 实验数据的测量与分析153.1 栀子黄色素的反射光纤光谱图153.1.1 光纤光谱仪测量的栀子黄色素的反射光谱图153.1.2 分光光度计测量的栀子黄色素的反射光谱图163.2红曲红色素的反射光纤光谱图173.2.1 光纤光谱仪测量的红曲红色素的反射光谱图173.2.2 分光光度计测量的红曲红色素的反射光谱图173.3栀子蓝色素的反射光纤光谱图183.3.1 光纤光谱仪测量的栀子蓝色素的反射光谱图183.3.2 分光光度计测量的栀子蓝色素的反射光谱图193.4柠檬黄色素的反射光纤光谱图203.4.1 光纤光谱仪测量的柠檬黄色素的反射光谱图203.4.2 分光光度计测量的柠檬黄色素的反射光谱图213.5亮蓝色素的反射光纤光谱图223.5.1 光纤光谱仪测量的亮蓝色素的反射光谱图223.5.2 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计（论文）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。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。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216 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，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：（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。2 实验原理与方案设计2.1 可食性油墨的组成可食性油墨理论上和传统油墨一样也是由连接料、色料，助剂组成，由于可食性油墨是可以吃的油墨，,所以其组分与传统油墨的成分不完全相同。随着环保型油墨的广泛使用，人们对绿色环保要求越来越高，因此必须满足其能够食用的特点，它要满足其可食性的特点、颜色要求、印刷适应性，并且还要保证能够很快的转移到承印材料上，因此该油墨的每一种成分都必须符合人们可以食用的要求，而且它们相互混合后经过物理或化学作用而产生的物质也应该对人体无害，满足可以食用的要求，以保证最终得到油墨能达到国家指定的相关标准。因此，可食性油墨的配制主要是在其组分的选择上。2.1.1 色素的选择由于可食性油墨必须具备可以食用的特点，因此它的色料不能是颜料而是可以食用的色素。色素又分为人工合成的色素与天然色素。天然色素由于种类繁多，色泽自然，具有一定的医疗效果和营养效果，其安全性值得人们信赖，但是许多天然的色素不够稳定，遇外因影响时，其分子间结构容易发生变化，从而导致变色。而人工合成的色素虽然大部分对人体健康不利，但是具有易溶于水、着色力强、色泽鲜艳、稳定性强、品质均一、成本低廉等优点。因此，可食性油墨的色素原则上是利用天然色素，符合现在人们对绿色食品的要求。本实验的色素选择红曲红、栀子黄、栀子蓝、柠檬黄、亮蓝。(1) 红曲红 红曲红色素呈深紫红色粉末，熔点为165192。无味、无臭。溶于热水及酸、碱溶液,对pH值稳定。耐热、耐光,几乎不受氧化还原剂和金属离子的影响。对含蛋白质高的食品染着性好,一旦染着后,经水洗也不退色。(2) 栀子黄 栀子黄色素为天然色素，没有毒性，具有保健功能和营养价值。为橙黄色膏状、液体或粉末，易溶于水,能溶于丙二醇和乙醇中,不能够溶于油脂。耐微生物特性、耐还原性和耐盐性好,但耐光性、耐热性在酸性条件下比较差。在水溶液中不够稳定。(3) 栀子蓝 栀子蓝为蓝色粉末,无异味,易溶于水和稀醇,不溶于有机溶剂。在pH值为2.5-8范围内颜色稳定,对光、热、金属离子等都相当稳定,尤其是它可以和红、黄着色剂任意调配成各种中间色调,适应用于多种食品的着色。(4) 柠檬黄 柠檬黄色素是橙黄色粉末。溶于水呈黄色，其水溶液遇盐酸、硫酸、氢氧化钠及硝酸依旧呈黄色。主要用于饮料、食品、化妆品、药品的着色，也可用于羊毛、蚕丝的染色及制造色淀。(5) 亮蓝 亮蓝呈绿光蓝色溶液，溶于乙醇、甘油、丙二醇。性质易溶于水，水溶液呈蓝色。耐光、耐热性强。具有金属光泽的红紫色粉末。可溶于甘油，乙醇及丙二醇。耐光性，耐热性，耐酸性以及耐碱性均比较好。2.1.2 连接料的选择 （1）蔗糖 为了配制出印刷特性好的可食性油墨，因此必须保证油墨具有合适的粘度。所以要求选用的连接料满足可供人食用的特点。由于本实验配制的可食性油墨是油水相混的乳化油墨，因此连接料的选择至关重要。但是目前还没有研制出可食性的树脂，因此本实验采用蔗糖代替树脂，它即可以作为色素的载体又可以作为甜味剂调节油墨的粘度。目前使用量最大的甜味剂是蔗糖，蔗糖作为一种可再生的资源属于绿色食品主要供人们食用并且购买方便价格便宜，所以本实验选取蔗糖作为甜味剂。 (2) 油类 鉴于可食用油墨可食用的特点，因此油类的选择也应该是食用油，在含有许多胆固醇的动物油和不含胆固醇的植物油应优先选择植物油，并且选择的植物油应具有较浅的颜色，流动性、透明性、保存性、抗氧化性要强，不饱和酸含量好高。因此选择相较其他植物油透明性、流动性、抗氧化性好，不饱和酸含量高的大豆油作为油类连接料。2.1.3 助剂的选择 （1）增稠剂 增稠剂是一类能提高食品粘度并改变其性能的食品添加剂。目前市场上可选用的增稠剂品种很多，主要有纤维素类、无机增稠剂、缔合型聚氨酯和聚丙烯酸酯增稠剂四类。可食性油墨选择天然高分子及其衍生物如：淀粉、明胶、海藻酸钠、干酪素、甲壳胺、阿拉伯树胶、大豆蛋白胶、羊毛脂、琼脂、黄原胶。本实验选择具有较高溶解度、配制成具有一定浓度的水溶液仍具有流动性的阿拉伯胶。 （2）消泡剂 阿拉伯胶在搅拌的过程中会产生大量气泡，因此需要加入消泡剂，由于酒精能够调节油墨的表面张力同时其用量的多少对油墨的黏度的影响较小，并且酒精购买方便价格便宜，所以选择酒精作为消泡剂。 （3）分散剂 分散剂是加入少量即可影响表面性质的物质，本实验选择的分散剂是具有卓越的润湿分散特性的阴离子表面活性剂，5040发泡性低，能够改善颜料的流动性，具有稳定颜料粘度的性能。2.2 可食性油墨的配制 2.2.1 实验原料 目前可食性油墨的制备已经有了实验研究先例，在之前的基础上，本实验选取了成本较低，性能相对稳定的材料进行实验，用于制备可食性油墨的材料如表2-1所示。表2-1 可食性油墨的原料名称作用产地蔗糖树脂替代物，作为色素的载体天津市化学试剂一厂大豆油连接料中粮食品营销有限公司阿拉伯胶油墨增稠剂河南豫中生物科技有限公司乙醇油墨消泡剂天津市富宇精细化工有限公司蒸馏水油墨溶剂-5040油墨分散剂广州恒宇化工有限公司2.2.2实验原料的比重 本实验选取了可食性的原材料，由于本实验设计了色素浓度为1%、3%、5%、7%、9%的五个不同浓度的可食性油墨，因为色素不同各组分的比重也不同，当色素为红曲红、栀子蓝、栀子黄时，各原料的用量见表2-2。当色素为亮蓝、柠檬黄时，各原料的用量见表2-3。各组分质量蔗糖（g）蒸馏水（g）乙醇（g）分散剂5040（g）大豆油（g）阿拉伯胶（g）色素（g）116.41021200.10.5316.41021200.11.53色素浓度（%）516.41021200.12.61716.41021200.13.73916.41021200.14.90表2-2 可食性油墨各原料的比重表2-3 可食性油墨各原料的比重各组分质量 蔗糖（g）蒸馏水（g）乙醇（g）分散剂5040（g）大豆油（g）阿拉伯胶（g）色素（g）11210.5218.30.20.3431210.5218.30.21.05色素浓度（%）51210.5218.30.21.7971210.5218.30.22.5691210.5218.30.23.362.2.3 实验仪器 本实验需要用到天平、水浴加热、搅拌器。实验器材如表2-4所示。表2-4 实验器材名称型号产地电子天平JM5002 余姚纪铭称重校验设备有限公司精密增力电动搅拌器JJ-1常州国华电器有限公司数显恒温磁力搅拌器85-2金坛市城东新瑞仪器厂2.2.4 实验步骤 油墨中各组分的比重会直接影响油墨的各项性能，根据表2-2和表2-3进行实验药品的称量并进行实验。 （1）用100ml的烧杯按表2-2和表2-3称取蒸馏水，再按质量称取蔗糖、阿拉伯胶、乙醇加入烧杯中，用搅拌器的夹子夹住放到烧杯中进行水浴加热，温度设置为65度进行恒温水浴加热。 （2）用100ml烧杯按表2-2和表2-3称取大豆油、色素、分散剂，用玻璃棒进行搅拌均匀。 （3）将步骤二得到的溶液加入到步骤一得到的溶液中进行搅拌，直至油墨不分层关闭搅拌器。 （4）将得到的油墨放置到一次性杯中常温下进行冷却，并用保鲜膜密封起来放置在阴凉干燥处。2.2.5 实验装置 由于要求配制的可食性油墨的量并不是很多因此设计了简易的水浴加热装置，如图21所示。 图21 实验装置2.3 丝网印刷 可食性油墨作为一种环保型油墨，因其成分均采用可供人食用的原料，可以通过印刷转移到食品、包装材料及药品的表面。尤其可以在个性化设计中得到广泛使用，如受儿童欢迎的饼干就可以通过喷墨印刷的方式在饼干表面形成孩子喜欢的图案。目前,应用可食性油墨的印刷工艺类型主要有胶印、喷墨印刷、丝网印刷。由于本文需要测量可食性油墨的反射光谱，需要用到光纤光谱仪，因此本实验采用丝网印刷的方式将可食性油墨印刷出来。另外丝网印刷具有工艺简单、设备投资少、应用性广泛等优点；凡是可以从网孔上漏印出来的油墨,水性、油性、溶剂型油墨,无论是液状的还是粉末状的,都可以应用于丝网印刷。可食性油墨的主要应用在药品、食品和可食性包装材料等可食性产品,因此,与其他印刷方式相比采用丝网印刷工艺将可食性油墨转印到可食性产品的表面,具有明显的优势。根据实验设计，网框上制得符合测试条件的面积为20mm20mm的实地色块，将已制备的可食性油墨印刷在复印纸上得到20mm20mm相应颜色的实地色块。自然静置待其完全干燥。如图22所示为红曲红色素经丝网印刷得到的实地色块，栀子黄、栀子蓝、柠檬黄、亮蓝色素的实地色块见附录1。图22 待测量的实地色块2.4实验数据的测量仪器2.4.1 光纤光谱仪 本课题需要建立可食性油墨的Y型反射光纤光谱，因此需要用到光谱仪。光纤光谱仪22一般采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光纤光谱仪中进行光谱分析。光纤光谱仪的优点在于测量系统具有灵活性和模块化的特点。光纤光谱仪的基本结构包括光栅、狭缝、探测器三部分。 光栅的选择取决于光谱范围以及分辨率的要求。对于光纤光谱仪而言，光谱范围通常在200nm-2200nm之间。由于要求比较高的分辨率就很难得到较宽的光谱范围；同时分辨率要求越高，其光通量就会偏少。对于较低分辨率和较宽光谱范围的要求，300线/mm的光栅是通常的选择。如果要求比较高的光谱分辨率，可以通过选择3600线/mm的光栅，或者选择更多像素分辨率的探测器来实现。较窄的狭缝可以提高分辨率，但光通量较小；另一方面，较宽的狭缝可以增加灵敏度，但会损失掉分辨率。在不同的应用要求中，选择合适的狭缝宽度以便优化整个试验结果。探测器在某些方面决定了光纤光谱仪的分辨率和灵敏度，探测器上的光敏感区原则上是有限的，它被划分为许多小像素用于高分辨率或划分为较少但较大的像素用于高敏感度。通常背感光的CCD探测器灵敏度要更好一些，因此可以某个程度在不灵敏度的情况下获得更好的分辨率。近红外的InGaAs探测器由于本身灵敏度和热噪声较高，采用制冷的方式可以有效提高系统的信噪比23。由于光谱本身的多级衍射影响，采用滤光片可以降低多级衍射的干扰。和常规光谱仪不同的是，光纤光谱仪是在探测器上镀膜实现，此部分功能在出厂时需要安装就位。同时此镀膜还具有抗反射的功能，提高光谱信噪比。光谱仪的性能主要是由光谱范围、光学分辨率和灵敏度来决定。光谱仪的光谱范围越小得到的光谱信息越详细，相反光谱范围越大就可以得到越宽的视觉范围，因此影响光谱范围大小的因素主要有光栅和探测器。衡量分光能力的重要参数是光学分辨率。它取决于在被热敏元件探测时单色光的带宽。影响分辨率的三个主要部件是：探测器像素尺寸、光栅和入射狭缝。狭缝的大小与分辨率成正比同时与灵敏度成反比；而高刻划线的光栅在增加分辨率的同时降低了光谱范围；探测器像素尺寸与分辨率成正比，与灵敏度成反比。本实验采用FLA4000的微型光纤光谱仪，其中光纤为Y型光纤，具体实验装置如图23所示。实验过程在气浮隔振光学平台上进行，并对之前通过丝网印刷刮出来的实地色块进行测量。光源经过光纤照射到被测物体，再经过光纤反射到光谱仪，光谱仪通过USB2.0接口与电脑连接，将数据储存到电脑中。图23 FLA4000的微型光纤光谱仪2.4.2 分光光度计 实验使用的分光光度计是SpectroEye gretagmacbeth，如图24所示。它是一种通过模拟人眼对红、绿、蓝光感应的光学测量仪器，本实验利用分光光度计来测量色块的光谱反射率，再将得到的反射率在Origin中作出反射光谱曲线。 图24 分光光度计3 实验数据的测量与分析 实验配制了色素分别为红曲红、栀子蓝、栀子黄、柠檬黄、亮蓝五种可食性油墨，设计了色素浓度为1%、3%、5%、7%、9%的油墨，实验要对其刮出来的色块分别用光纤光谱仪和分光光度计进行反射率测量，所测数据表见（附录1）光纤光谱仪可测量的范围是350nm-950nm。依据所测油墨的光谱数据利用Origin软件做出相对光谱分布曲线，选取400nm-700nm可见光范围内的光谱数据，利用Origin软件得到反射光谱曲线。3.1 栀子黄色素的反射光纤光谱图3.1.1 光纤光谱仪测量的栀子黄色素的反射光谱图根据光纤光谱仪测出的不同浓度色素配制的可食性油墨的反射率，利用Origin软件做出所测油墨的Y型反射光纤光谱，如图31所示为色素为栀子黄时可食性油墨在波长为400-700范围内的Y型反射光纤光谱。图31 栀子黄的Y型反射光纤光谱栀子黄色素在可见光波段的反射率呈先下降后上升的趋势，在400nm-450nm波长范围之间反射峰很低，表明此波段的入射光绝大部分被吸收。在545nm-550nm波段有明显的反射峰，几乎达到最大值。在波长为550nm之后呈平缓趋势，几乎呈一条直线，说明在波长为550nm之后对入射光的吸收达到饱和。当色素浓度分别为1%、3%、5%、7%、9%时，它们的反射光谱曲线趋势基本一致，但它们分别对应的反射率呈下降趋势，可见色素的浓度与反射率呈反比。当色素浓度为1%时，在波长为550nm之前与色素浓度为3%的光谱曲线间隔较大，而3%与5%、5%与7%、7%与9%之间间隔较小，说明色素浓度越大，对入射光的吸收越小。 3.1.2 分光光度计测量的栀子黄色素的反射光谱图 应用分光光度计测量不同浓度色素配制的可食性油墨的光谱反射率，并记录数据，利用Origin软件作出反射光谱，如图32所示为栀子黄色素配制的可食性油墨的光谱反射率曲线。图32 栀子黄色素的反射光谱曲线 栀子黄色素配制的可食性油墨的光谱反射率曲线在400nm-700nm可见光范围内，光谱曲线总体呈上升趋势，波动范围较大，反射率增大，在400nm-500nm波长范围之间反射率接近于零，在波长为500nm之后曲线呈上升趋势，反射率增大。在波长为500nm-575nm出现一个波动，在575nm之后曲线呈平稳上升趋势，曲线斜率较小，说明增长幅度较小。从光谱图可以看出随着色素浓度的增加，反射率降低，曲线越靠近X轴，说明色素浓度与反射率呈反比。与用光谱仪测得的光纤光谱图相比，分光光度计能更全面的反映栀子黄色素的特征。3.2红曲红色素的反射光纤光谱图3.2.1 光纤光谱仪测量的红曲红色素的反射光谱图利用Origin软件做出的红曲红色素的Y型反射光纤光谱如下图33所示。红曲红的反射光谱在625nm-675nm波长范围内反射率最大，反射光谱达到峰值，在675nm-700nm的波长范围内虽然反射率呈下降趋势，但总体较之前波段反射率依旧较大，400nm-425nm波长范围内，反射率急剧下降，说明此波段的入射光大部分被吸收。在425nm-625nm波长范围内，反射率呈平缓上升趋势，曲线有较明显的波动。与栀子黄色素的光谱曲线相似在色素浓度为1%时，与色素浓度为3%时光谱曲线间隔较大，而3%与5%、5%与7%、7%与9%的光谱曲线间隔较小几乎重合在一起，说明随着色素浓度的增大，对入射光的吸收差别不大。从红曲红色素的光谱曲线可以看出色素浓度与反射率呈反比。图33 红曲红色素的Y型反射光纤光谱3.2.2 分光光度计测量的红曲红色素的反射光谱图 如图34所示为使用分光光度计测量的红曲红色素配制的可食性油墨的光谱反射率曲线。红曲红色素配制的可食性油墨的光谱反射率曲线总体先平稳呈直线，然后急剧上升，在400nm-575nm波段反射率接近于零，在波长为575nm-675nm之间，反射率急剧增加，曲线斜率较大，几乎呈直线分布，在波长为675nm之后，虽然反射率依旧增加但是增加的幅度较小，当色素浓度达到5%、7%、9%时的反射光谱曲线间隔较小，说明色素浓度越大对入射光的反射率越接近。从曲线的总体分析可以得出，色素浓度与反射率成反比关系。而用光纤光谱仪测量的红曲红的反射光谱在625nm-675nm波长范围内反射率最大，反射光谱达到峰值。与用光谱仪测得的光纤光谱图相比，分光光度计能更全面的反映红曲红色素的特征。图3-4 红曲红色素的反射光谱曲线3.3栀子蓝色素的反射光纤光谱图3.3.1 光纤光谱仪测量的栀子蓝色素的反射光谱图利用Origin软件做出的栀子蓝色素的Y型反射光纤光谱如下图35所示。总体来看栀子蓝的反射光谱的波动较明显，同红曲红和栀子黄色素一致，在400nm-425nm波段反射光谱急剧下降，反射率降低，说明此波段对入射光大部分吸收，在425nm-550nm波长范围内反射光谱大体呈平缓上升趋势，有较明显的波动，有三次较明显的波峰，但在475nm-525nm波段达到最大波峰，反射率最大。在525nm-700nm波长范围内，光谱曲线大体呈较平缓的下降趋势。图35 栀子蓝色素的Y型反射光纤光谱3.3.2 分光光度计测量的栀子蓝色素的反射光谱图如图36所示为栀子蓝色素配制的可食性油墨的光谱反射率曲线。图36栀子蓝色素的反射光谱曲线曲线波动比较明显，曲线在波长范围为400nm-550nm之间达到波峰，在550nm-600nm波长范围内反射