Капсула с фильтрующим элементом для регулирования потока
Капсула предназначена для использования в машине для приготовления напитка, содержащей средства для перфорирования впускного отверстия на стороне корпуса капсулы в виде рельефной пластины, противоположной элементу из фольги, и впрыскивания жидкости или смеси жидкость-газ в капсулу. Капсула включает корпус, герметично закрытый плотно прикрепленным к фланцеобразному ободку корпуса элементом из фольги, который под давлением, равным по меньшей мере 4 бар, перфорируется рельефной пластиной. Корпус и элемент из фольги образованы из первой и второй стенок, которые являются фольгами из гибкого материала, герметично соединенными вдоль периферийного ободка. Обе фольги имеют одинаковые форму и размеры и образуют симметричную относительно плоскости ободка капсулу, а также являются непроницаемыми для кислорода. Между первой фольгой и ингредиентом расположен первый пористый элемент регулирования потока, а между второй фольгой и ингредиентом расположен второй пористый элемент. Размер пор в пористом элементе регулирования потока составляет менее 10 мкм. Элементы из фольги и пористые элементы образуют многослойный материал, а ингредиент представляет собой прессованный брикет обжаренного и молотого кофе. Изобретение обеспечивает сохранение свойств регулирования потока непористых слоев. 6 з.п. ф-лы, 18 ил.
Изобретение в основном относится к капсулам, содержащим ингредиенты напитка, к системе для приготовления напитка с использованием таких капсул, а также к способам приготовления напитков на основе ингредиентов, содержащихся в таких капсулах.
Предпосылками для настоящего изобретения являются капсулы, содержащие ингредиенты напитка или другие съедобные (например, суп) ингредиенты. За счет взаимодействия этих ингредиентов с жидкостью можно приготовить напиток или другие съедобные продукты, такие как супы. Это взаимодействие может представлять собой, например, экстракцию, заваривание, растворение и другие процессы. Такая капсула особо подходит для размещения в ней молотого кофе с целью приготовления кофейного напитка посредством подачи горячей воды под давлением в капсулу и выпуска кофейного напитка из капсулы.
В документе FR 1537031 описываются не отдельные капсулы, а блистерная упаковка, содержащая порошок кофе. Поскольку два элемента из фольги соединены у верхнего элемента из фольги в зоне между двумя соседними ячейками, то такие ячейки не могут быть отделены друг от друга без ослабления герметичности соединения между элементами из фольги. Фильтр расположен у нижней части каждой ячейки, т.е. напротив участка, где соединены два элемента из фольги. Сторона ячейки, через которую происходит выпуск напитка, открывается посредством энергичного перемещения элемента перфорирования с помощью упругого усилия у нижней поверхности ячейки. Ввиду применения технологии блистерной упаковки верхняя поверхность упаковок должна быть плоской.
Из документа СН 605293 известен фильтр, ободок которого расположен между элементом из фольги и стенкой корпуса капсулы. Элемент из фольги имеет дополнительный ослабленный участок и не предназначен для перфорирования за счет упора в рельефную пластину. Фильтр используется как экран для предотвращения попадания кофейных зерен в жидкость.
В документе ЕР 0507905 В1 описаны устройство и картридж для приготовления жидкого продукта. В нижней части картриджа находится внутренняя фильтрующая мембрана для удерживания твердых частиц в картридже и предотвращения засорения каналов протекания, выполненных в перфорирующих элементах.
В документе ЕР 512468 А представлена капсула для приготовления напитка, в которой между периферийным участком чашки и разрываемой мембраной приварена фильтровальная бумага. Фильтровальная бумага используется только для предотвращения выхода кофейных зерен через разорванную мембрану.
Из документа ЕР 0602203 А известен содержащий ингредиент напитка гибкий пакетик-саше в виде отдельной порции для экстракции под давлением. Пакетик-саше симметричен относительно своей плоскости запечатывания, при этом материал, используемый для гибких листов, является непроницаемым для кислорода и водяного пара с целью хранения, а пакетик-саше открывается только под действием повышающегося давления при нагнетании жидкости для экстракции.
В документе US 2006/0236871 А1 описан однопорционный картридж, который пригоден, в частности, для приготовления порции кофейного напитка, и в котором выполнена распределительная и/или опорная конструкция с по меньшей мере одним отверстием, закрытым тканью, образующей экран между корпусом и большим выпускным отверстием. Важная задача этого изобретения заключается в том, чтобы свести к минимуму выход частиц вещества напитка из картриджа во время приготовления, поскольку в нижней части корпуса капсулы выполнено большое выходное отверстие, и частицы могут вымываться при отсутствии такой распределительной конструкции. Ткань имеет размер пор 10-500 мкм, предпочтительно, 30-150 мкм.
Системы и способы получения жидких съедобных продуктов из веществ, содержащихся в изолированных капсулах, известны, например, из ЕР 512470 А (аналог US 5402707).
Как показано на фиг.1, капсула 200 содержит чашку в форме усеченного конуса, которая может быть заполнена, например, жареным и молотым кофе 300 и закрыта крышкой 400 типа фольги с разрываемой поверхностью, приваренной и/или обжатой на фланцеобразном ободке 140, выступающем от боковой стенки чашки. Держатель 130 капсулы содержит решетку 120 для прохождения потока, выполненную с элементами, имеющими рельефную поверхность.
Держатель 130 капсулы может быть расположен в большой опоре 150, которая имеет боковую стенку 240 и выпускной канал 270 для прохождения экстрагированного кофейного напитка.
Как показано на фиг.1, система экстракции дополнительно содержит нагнетатель 700 воды, имеющий канал (каналы) 201 для подачи воды, и кольцевой элемент 800 с внутренней выемкой, форма которой по существу соответствует наружной форме капсулы. На наружной части кольцевой элемент содержит пружину 220, удерживающую кольцо 230 для освобождения капсулы по завершении экстракции.
При работе капсулу 200 помещают в держатель 130 капсулы. Нагнетатель 700 воды перфорирует верхнюю поверхность чашки. Нижняя разрываемая поверхность 400 капсулы упирается в радиально расположенные элементы держателя 130 капсулы.
Вода нагнетается через канал 201 нагнетателя 700 и взаимодействует со слоем 300 кофе. Давление в капсуле увеличивается, и разрываемая поверхность 400 все в большей степени натягивается на радиальные открывающие рельефные элементы. Такие радиальные открывающие рельефные элементы могут быть заменены пирамидальными выступами или выступами другой формы. Когда на материал разрываемой поверхности действует напряжение разрушения, разрываемая поверхность разрывается вдоль рельефных элементов. Экстрагированный кофе вытекает через отверстия решетки 120 и попадает в емкость (не показана) под выпускным каналом 270.
Описанный процесс экстракции включает следующие операции:
- первоначально плотно закрытую газонепроницаемую капсулу вставляют в держатель капсулы;
- затем держатель с капсулой вставляют таким образом, чтобы кольцевой элемент, связанный с нагнетателем воды, окружал герметичную капсулу, при этом в первой стенке капсулы образуется по меньшей мере одно отверстие;
- вода, поступающая в капсулу через отверстие в первой стенке, взаимодействует с содержащимися в капсуле ингредиентами, двигаясь в поперечном направлении внутренней части содержащегося в капсуле ингредиента, а затем выходит из капсулы через по меньшей мере одно отверстие/перфорированное отверстие, образованное во второй стенке под действием созданного в капсуле давления.
Перфорированные отверстия, образованные во второй стенке, в частности, при взаимодействии с рельефными элементами, фильтруют напиток, выходящий из внутренней части капсулы, так что нерастворимые частицы остаются в капсуле. Согласно существующему уровню техники предполагается, что такая фильтрация является достаточной (см., например, документ ЕР 512470 В1, колонка 4).
В документе ЕР 512468 В1 описана капсула для приготовления кофе с плоским перфорируемым элементом из фольги. Между элементом из фольги и ободком корпуса может быть герметично установлена фильтровальная бумага. Капсула, т.е. мембрана, открывается только под действием давления в капсуле.
Из документа СН 605293 известен фильтр, ободок которого расположен между элементом из фольги и стенкой корпуса капсулы. Элемент из фольги дополнительно имеет ослабленный участок и не предназначен для перфорирования за счет упора в рельефную пластину. Фильтр используется как экран для предотвращения попадания частиц кофейных зерен в жидкость.
Установлено, что согласно существующему уровню техники, когда газонепроницаемая герметично закрытая капсула с элементом из фольги перфорируется расположенным напротив держателем капсулы с множеством небольших выступов, в частности, небольших квадратных или прямоугольных, могут появиться следующие проблемы:
- процесс экстракции может замедляться, в частности, для капсул, содержащих более крупную порцию кофе, предназначенную для приготовления кофейных напитков,
- время протекания напитка в процессе экстракции различно для разных капсул,
- экстракция может быть недостаточно чистой, и когда капсула удаляется из машины, частицы кофе могут выходить из капсулы через небольшие перфорированные отверстия, создаваемые в элементе из фольги после экстракции, в частности, из-за того, что степень помола может находиться вне стандартного диапазона, предусмотренного для существующей системы (например, ниже среднего размера помола 200 микрон).
Настоящее изобретение направлено на решение этих проблем.
Первым объектом изобретения является капсула, используемая в машине для приготовления напитка, содержащей средства для перфорирования впускного отверстия на стороне корпуса капсулы, противоположной элементу из фольги и фланцеобразному ободку, и впрыскивания жидкости или смеси жидкость-газ в капсулу; и рельефную пластину с множеством рельефных элементов, расположенную в машине таким образом, что под действием давления впрыскивания в нее упирается элемент из фольги, включающая в себя корпус, герметично закрытый плотно прикрепленным к фланцеобразному ободку корпуса элементом из фольги, который под давлением впрыскиваемой жидкости или смеси жидкость/газ, равным по меньшей мере 4 бар, перфорируется рельефной пластиной для образования по меньшей мере одного отверстия, предпочтительно, множества отверстий, при этом капсула дополнительно содержит пористый элемент для регулирования потока, расположенный между по меньшей мере ингредиентами капсулы и элементом из фольги.
Таким образом, капсула снабжена элементом для фильтрования и регулирования потока, обозначенным в остальной части описания как «пористый элемент регулирования потока». Пористый элемент регулирования потока расположен между по меньшей мере ингредиентами и элементом из фольги.
Как результат, протекание напитка происходит значительно быстрее и более согласованно, чем протекание в известных капсулах, т.е. в капсулах без такого пористого элемента регулирования потока.
В частности, время протекания напитка при использовании капсулы согласно изобретению на 25% меньше среднего времени протекания при использовании известной капсулы без значительного изменения качества жидкого экстракта кофе. Было обнаружено четырехкратное уменьшение стандартного отклонения времени протекания при сравнении среднего времени протекания для множества капсул. И, наконец, молотый кофе успешно удерживается в капсуле с уменьшенным выходом твердых частиц кофе через перфорированную мембрану.
Пористый элемент регулирования потока может быть расположен между ингредиентами и плоскостью, в которой лежит кольцевой участок герметичного соединения элемента из фольги и ободка корпуса.
Корпус капсулы может иметь ободок, к которому плотно прикреплен элемент из фольги с образованием кольцевого участка герметичного соединения. Ободок корпуса может выступать наружу загнутым концом.
Корпус и/или элемент из фольги может быть изготовлен из алюминия, или алюминиевого сплава или слоистого материала из алюминия или алюминиевого сплава и полимера.
Согласно настоящему изобретению корпус и элемент из фольги могут быть изготовлены из фольги из гибкого материала и герметично соединены по их периферии, например, с помощью тепловой склейки, как описано в ЕР 0602203 А1. Две фольги могут образовывать симметричный контейнер при их склеивании по периферии, при этом контейнер также может содержать два пористых элемента регулирования потока, каждый из которых размещен между гибкими слоями фольги и ингредиентами. В этом случае ингредиент может быть прессованным брикетом кофе, помещенным между двумя пористыми элементами регулирования потока.
Пористый элемент регулирования потока может быть соединен с капсулой путем размещения его ободка в зоне герметичного соединения посередине между ободком корпуса и элементом из фольги.
Пористый элемент регулирования потока может иметь более высокую изгибную жесткость, чем элемент из фольги, для того чтобы пористый элемент деформировался под действием давления рельефных элементов меньше, чем элемент из фольги. Меньшая деформация (или разница в деформации) создает пространство между пористым элементом регулирования потока и элементом из фольги во время экстракции, позволяя напитку, например, жидкому экстракту кофе, свободнее протекать между перфорированными отверстиями и рельефными элементами. Это приводит к более быстрому протеканию жидкости через элемент из фольги без значительного изменения крепости жидкого экстракта (также без изменения общего содержания твердых частиц, выхода). Более высокая жесткость может быть получена с помощью пористого элемента, имеющего большую толщину, чем элемент из фольги, и/или изготовленного из более жесткого материла.
В частности, толщина пористого элемента регулирования потока составляет от 0,4 мкм до 1,0 мм.
Элемент из фольги предназначен для разрывания множеством рельефных элементов, выполненных на рельефной пластине устройства для приготовления напитка. Элемент из фольги должен разрываться, в частности, при достижении заданного порога давления в капсуле. Таким образом, конструкция элемента из фольги и конструкция рельефной пластины устройства выполнены так, чтобы открывание/разрывание элемента из фольги выполнялось надежным и соответствующим образом.
Предпочтительно элемент из фольги имеет толщину 10-100 мкм, а более предпочтительно 15-45 мкм. Наиболее предпочтительно толщина элемента из фольги составляет примерно 30 мкм плюс минус стандартные допуски на изготовление (например, +/- 5 мкм). Кроме того, элемент из фольги предпочтительно выполнен из алюминия или алюминиевого сплава.
Предпочтительно отношение толщины пористого элемента регулирования потока к толщине элемента из фольги составляет от 1,5:1,0 до 50:1, более предпочтительно, от 5:1 до 20:1.
Пористый элемент регулирования потока может быть размещен в капсуле, не присоединяясь к стенкам корпуса капсулы. Например, пористый элемент регулирования потока может быть свободно вставлен между ингредиентами и элементом из фольги.
Пористый элемент регулирования потока может закрывать по меньшей мере 62% общей внутренней поверхности элемента из фольги с целью закрывания большинства отверстий, создаваемых в элементе из фольги при разрывании под давлением и, следовательно, для предотвращения обратного протекания, а также для эффективности регулирования потока.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения элемент регулирования потока имеет квадратную и прямоугольную форму. Таким образом, стоимость изготовления элемента регулирования потока можно значительно снизить за счет значительного уменьшения отходов во время резки листа или многослойного материала.
Согласно другому варианту выполнения пористый элемент регулирования потока может быть соединен со стенками корпуса капсулы и/или элементом из фольги. Пористый элемент регулирования потока может быть соединен со стенкой корпуса путем сваривания или с помощью других соединений, таких как механическое зацепление, например, зажимом.
В некоторых вариантах выполнения пористый элемент регулирования потока может представлять собой тонкую пористую мембрану из полимера.
Согласно другим вариантам выполнения пористый элемент изготовлен из по существу полимерного материала, содержащего волокна.
Пористый элемент регулирования потока может быть изготовлен из нетканого материала. Пористый элемент регулирования потока также может быть изготовлен из тканого материала. Пористый элемент может быть образован из плавких полимерных волокон пищевой марки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения пористый элемент содержит микроволокна диаметром менее 20 мкм.
Согласно другому варианту выполнения пористый элемент выполнен из материала «melt blown (MB)», содержащего микроволокна.
Материал пористого элемента может быть выбран из группы, состоящей из следующих материалов: полипропилен, полиэтилен, полибутилентерефталат (ПБТ), поликарбонат, поли-4-метилпентен-1, полиуретан, полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэфирсульфон, полиамид, стекловолокна, склеенные смолой, и сочетания указанных материалов.
Пористый элемент также может содержать волокна диаметром более 20 мкм. Например, пористый элемент может содержать смеси микроволокон и волокон большего диаметра. Например, пористый элемент может быть выполнен из материала «melt blown (MB)» и/или материала «spunbond (SB)».
Согласно другим вариантам выполнения пористый элемент регулирования потока может быть вставляемой твердой пластиковой пластиной с небольшими отверстиями.
Предпочтительно пористый элемент регулирования потока имеет размер пор (т.е. средний диаметр отверстий) 0,4-100 мкм. В частности, при использовании пористого элемента регулирования потока с размером пор 0,4-25 мкм были получены хорошие результаты, заключающиеся в уменьшении времени вытекания. Размер пор может быть менее 10 мкм, и даже менее 2 мкм, т.е. 0,4-2 мкм. Уменьшение времени протекания также было получено для молотого кофе, имеющего размер частиц (D4,3) 190-400 мкм.
Для капсулы, содержащей примерно 5,5 граммов молотого кофе для получения 40 г жидкого экстракта кофе, соответствующего кофе эспрессо с общим содержанием твердых частиц 2,7-3,8% масс., время протекания составило менее 40 секунд со стандартным отклонением менее 5 секунд. Аналогично для капсулы, содержащей примерно 6 граммов молотого кофе для получения 110 г жидкого экстракта кофе, соответствующего кофе лунго с общим содержанием твердых частиц 1,1-1,5% масс., время протекания составило менее 30 секунд со стандартным отклонением менее 15 секунд.
Было установлено, что время протекания значительно уменьшается при увеличении размера частиц молотого кофе.
Ободок пористого элемента регулирования потока может быть помещен между элементом из фольги и стенками капсулы.
Пористый элемент регулирования потока может быть расположен на расстоянии от элемента из фольги. В соответствии с возможным вариантом выполнения пористый элемент регулирования потока может разделять ингредиенты в поперечном направлении на две части, в частности, на две части молотого кофе.
В таком варианте две части молотого кофе имеют разные характеристики приготовления. Что касается каждой из вышеуказанных частей, характеристиками приготовления могут быть масса, объем, плотность утряски, средний размер (D4,3) частиц, тип смеси, степень обжаривания и сочетание этих параметров. В одном из вариантов верхняя часть порции молотого кофе имеет меньший средний размер D4,3 частиц, чем нижняя часть молотого кофе. Верхняя часть молотого кофе может иметь больший или меньший объем по сравнению с нижней частью. В другом варианте верхняя часть порции молотого кофе имеет больший средний размер D4,3 частиц, чем нижняя часть молотого кофе. И в этом случае верхняя часть молотого кофе может иметь больший или меньший объем по сравнению с нижней частью. Эти варианты позволяют регулировать характеристики протекания в капсуле, а также приводить в соответствие различные характеристики (ТС, выход, крема) приготавливаемого экстракта кофе с различным предпочтениями потребителя.
Пористый элемент регулирования потока может быть расположен в капсуле рядом с элементом из фольги. Между пористым элементом и элементом из фольги может быть образовано небольшое пространство из-за разницы деформаций этих двух элементов. Фактически, благодаря меньшей жесткости элемент из фольги больше деформируется, приобретая выпуклую форму под действием давления газа (например, двуокиси углерода) внутри герметичной капсулы, и между элементом из фольги и пористым элементом может образовываться небольшой зазор.
Пористый элемент регулирования потока может быть прикреплен к внутренней стороне элемента из фольги. В частности, пористый элемент регулирования потока может быть приварен к внутренней поверхности элемента из фольги. В другом варианте для уменьшения толщины пористого элемента регулирования потока он может быть выполнен непосредственно на внутренней поверхности элемента из фольги.
Предпочтительно пористый элемент регулирования потока толще элемента из фольги в 1,5 раза.
Пористый элемент регулирования потока может быть плоским или гофрированным. Пористый элемент регулирования потока также может иметь, например, каналы и/или выступающие зоны, обеспечивающие образование зазора для сбора напитка между элементом из фольги и пористым элементом регулирования потока.
Элемент из фольги может не иметь ослабленных участков перед установкой в машину для приготовления напитка.
Элемент из фольги может быть сплошным листом из металла или полимера или многослойным материалом из металла и полимера.
Пористый элемент регулирования потока может быть установлен таким образом, чтобы он не был зажат между элементом из фольги и ободком корпуса. Например, пористый элемент регулирования потока может быть свободно расположен в капсуле или может быть прикреплен к локальному участку на внутренней поверхности элемента из фольги, а край пористого элемента регулирования протекания может быть расположен на расстоянии от участка герметичного соединения элемента из фольги и корпуса.
Наружный край пористого элемента регулирования потока может быть расположен внутри корпуса на расстоянии от участка герметичного соединения элемента из фольги и ободка корпуса.
Пористый элемент регулирования потока и разрываемый элемент из фольги могут образовывать многослойный материал.
Предпочтительно такой многослойный материал содержит:
- разрываемый гибкий слой из алюминия, или другого металла, или полимера; или из многослойного материала из алюминия и полимера; или из многослойного материала из полимера;
- по меньшей мере один пористый полимерный слой.
Пористый элемент регулирования потока образован из пористого полимерного слоя, а металлический слой в многослойном материале преимущественно создает газовый барьер. С металлическим слоем могут быть связаны один или несколько дополнительных непористых слоев для уменьшения толщины металлического слоя и/или образования газового барьера. Газовый барьер также может быть получен с помощью полимерного слоя разрываемого элемента из фольги, такого как EVON (полиэтиленвиниловый спирт), если он изготовлен из многослойных полимеров.
Предпочтительно пористый элемент регулирования потока оказывает сопротивление разрыванию с помощью рельефного элемента, тогда как элемент из фольги обжимает рельефный элемент и разрывается под давлением во время экстракции.
Таким образом, в многослойном материале пористый полимерный слой, например тонкая мембрана, преимущественно имеет большие упругие свойства, чем разрываемый слой.
Во время экстракции многослойный материал может деформироваться рельефной пластиной, что приводит к разрыванию непористого слоя (слоев) с образованием множества небольших отверстий и растягиванию или деформированию без разрыва пористого слоя (слоев). В результате сохраняются свойства управления потоком непористого слоя (слоев), когда жидкость может проходить через элемент из фольги.
Предпочтительно пористый полимерный слой представляет собой тонкую мембрану или слой из нетканого материала. Слой может быть выполнен из следующих материалов: полипропилен, полиэтилен, ПБТ, ПЭТ, полиэфирсульфон и полиамид.
Размер пор пористый слой составляет 0,4-2 мкм.
Гибкий слой многослойного материала может быть выполнен из алюминия или другого металла в зависимости от механических свойств, требуемых для открывания капсулы, свойств газового барьера материала и способа получения многослойного материала.
Многослойный материал облегчает манипулирование мембраной во время изготовления капсулы. В частности, он уменьшает риск повреждения хрупкой мембраны пористого элемента во время манипулирования, наполнения и/или уплотнения капсулы.
Многослойный материал может быть получен с помощью соответствующего способа, такого как термическое изготовление слоистых изделий, например с помощью многослойной экструзии (соэкструзии), ламинирования с помощью экструзии, многослойного формования с использованием нагревательных роликов или нагревательного пресса.
Другим объектом изобретения является капсула, используемая в машине для приготовления напитка, которая содержит первую стенку, вторую стенку из фольги, плотно прикрепленную к первой, и по меньшей мере один пористый слой, расположенный между ингредиентами и второй стенкой из фольги; при этом пористый слой и вторая стенка из фольги образуют многослойный материал.
Вторая стенка предпочтительно выполнена из газонепроницаемого перфорируемого материала, из алюминия, алюминиевого сплава или многослойного материала из алюминия или алюминиевого сплава и полимера или изготовленного только из полимера (полимеров). Наиболее предпочтительно, вторая стенка представляет собой алюминиевую фольгу толщиной 15-45 мкм.
В качестве альтернативы вторая стенка может быть выполнена из проницаемого для жидкости материала, который поддерживает пористый фильтр. В этом случае поры второй стенки предпочтительно имеют больший размер, чем поры пористого элемента, чтобы пористый элемент оставался элементом регулирования потока капсулы.
Предпочтительно прочность пористого слоя на разрыв под давлением при экстракции превышает прочность второй стенки. Прочность пористого слоя на разрыв такова, что он сопротивляется разрыву во время экстракции и обеспечивает фильтрацию и управление потоком.
Пористый слой может вызывать значительное падение давления потока напитка, которое может регулироваться размером пор и/или пористостью (их количеством).
Материал пористого слоя может быть выбран из следующих материалов: полипропилен, полиэтилен, ПБТ, ПЭТ, полиэфирсульфон и полиамид.
Предпочтительно размер пор пористого слоя не превышает 10 мкм, а предпочтительно составляет 0,4-2 мкм.
Предпочтительно между первой стенкой и ингредиентами расположен второй пористый слой для образования второго многослойного материала.
Предпочтительно прочность второго пористого слоя на разрыв под давлением при экстракции также превышает прочность на разрыв первой стенки.
Предпочтительно размер пор второго пористого слоя также не превышает 10 мкм, а предпочтительно составляет 0,4-2 мкм.
Предпочтительно первая и вторая стенки выполнены из газонепроницаемого перфорируемого материала.
Предпочтительно первая и вторая стенки герметично соединены их периферийными ободками.
Ингредиент в основном представляет собой прессованный брикет обжаренного и молотого кофе.
Согласно наиболее предпочтительному варианту выполнения первая и вторая стенки образованы из многослойного материала, содержащего следующие слои (в направлении от наружной стороны к внутренней): ПЭТ-цветной слой-адгезив-алюминий-адгезив-ОПП (ориентированный полипропилен). Предпочтительно слой алюминия имеет толщину 10-80 мкм, слой ОПП - 5-40 мкм, а слой ПЭТ - 5-40 мкм.
Многослойный материал (материалы) может содержать слой из алюминия, или другого металла или полимера, или из многослойного материала из алюминия и полимера и по меньшей мере один пористый полимерный слой.
Предпочтительно в многослойном материале слой металла создает газовый барьер.
Один или несколько дополнительных непористых слоев могут быть связаны с металлическим слоем для уменьшения толщины металлического слоя и/или образования газового барьера. Газовый барьер также может быть получен с помощью полимерного слоя разрываемого элемента из фольги, такого как EVON (полиэтиленвиниловый спирт), если он изготовлен из многослойных полимеров.
Другим объектом изобретения является способ, в котором используется капсула в соответствии с любым из вышеописанных вариантов ее выполнения.
В частности, способ приготовления напитка на основе ингредиента, содержащегося в капсуле, включает следующие этапы, на которых:
- вставляют в машину для приготовления напитка герметично упакованную капсулу, предпочтительно содержащую корпус в виде усеченного конуса, герметично закрытый элементом из фольги, плотно прикрепленным к фланцеобразному ободку корпуса,
- перфорируют впускное отверстие на стороне капсулы, противоположной элементу из фольги,
- впрыскивают жидкость или смесь жидкость-газ в капсулу, что вызывает повышение давления в капсуле, в результате чего элемент из фольги упирается в неподвижный рельефный элемент машины для приготовления напитка,
- перфорируют элемент из фольги с образованием множества отверстий, когда давление впрыскиваемой жидкости и смеси жидкость-газ достигает превышающего 4 бар,
- выпускают напиток из капсулы, при этом напиток проходит между множеством отверстий и рельефным элементом, и дополнительно
- фильтруют напиток через пористый элемент регулирования потока, расположенный между по меньшей мере ингредиентами и элементом из фольги.
В частности, вышеуказанный пористый элемент регулирования потока уменьшает время протекания и/или обеспечивает фиксированное время протекания за счет уменьшения стандартного отклонения времени протекания от среднего времени протекания при получении заданного объема экстракта кофе по сравнению с капсулой без вышеуказанного элемента. В частности, стандартное отклонение менее 10% от среднего времени протекания может быть получено при приготовлении экстракта кофе в количестве 40 или 110 мл.
В основном порция молотого кофе в капсуле составляет 5,5-6,5 г. Для приготовления крепкого кофе предпочтительно использовать порцию кофе 5,5-6,0 г, а для приготовления кофе лунго - 6,0-8,0 г.
Более крепкий кофе лунго может быть приготовлен способом согласно изобретению при соответствующем времени протекания, т.е. менее 40 секунд, в частности, менее 35 секунд. В частности, капсула для приготовления более крепкого кофе лунго содержит больше 6,0 г молотого кофе, предпочтительно 6,2-7,0 г.
Кроме того, капсула содержит молотый кофе с размером частиц D4,3 250-430 мкм. Чем больше размер частиц, тем меньше время протекания жидкости, следовательно, за счет регулирования размера частиц молотого кофе можно уменьшить время протекания, поддерживая при этом по существу такую же крепость кофе (например, более высокий ТС, выход) без увеличения времени протекания.
В способе согласно изобретению время протекания для приготовления 40 мл экстракта кофе составляет менее 40 секунд, предпочтительно менее 30 секунд, а наиболее предпочтительно - менее 25 секунд.
В способе согласно изобретению время протекания для приготовления 110 мл экстракта кофе составляет менее 40 секунд, а наиболее предпочтительно- менее 30 секунд.
Предпочтительно размер пор в пористом элементе регулирования потока составляет 0,4-100 мкм, предпочтительно - 0,4-25 мкм, а наиболее предпочтительно - 0,45-2 мкм.
Исключительные результаты были получены при использовании пористого элемента регулирования потока, который представлял собой тонкий пористый или нетканый элемент. Исключительные, результаты также были получены при использовании разрываемого элемента из фольги толщиной 15-45 мкм, например, около 30 мкм. Предпочтительно элемент из фольги изготовлен из алюминия или алюминиевого сплава.
Неподвижный рельефный элемент устройства для приготовления напитка может содержать разрывающую конструкцию, предпочтительно сконфигурированную для получения решетчатого перфорирования элемента из фольги.
Такая разрывающая конструкция имеет разрывающие края, образующие углы не менее 80°. Другими словами, конструкция не имеет острых элементов с углами менее 80°.
Предпочтительно разрывающая конструкция содержит усеченные пирамиды и углубления, образующие сеть каналов для сбора напитка. Когда элемент из фольги упирается в неподвижный рельефный элемент, указанная конструкция выдавливает частично прямоугольные или квадратные отпечатки, образующие небольшие отдельные разрывы в элементе из фольги. Было замечено, что элемент из фольги имеет тенденцию к непосредственной деформации для разрывания указанной конструкцией, в то время как пористый элемент регулирования потока остается менее деформированным такой конструкцией и/или имеет более высокую способность к упругой деформации без разрыва этой конструкцией. Эта конструкция устроена так (без острых краев, подобных иглам), что риск разрушения пористого элемента является низким, и пористый элемент может быть достаточно тонким, обеспечивая при этом функцию регулирования потока.
Другим объектом изобретения является комбинация машины для приготовления напитка и капсулы в любом из вышеописанных вариантах ее выполнения.
Другие особенности, задачи и преимущества изобретения станут более понятными специалистам в этой области из дальнейшего подробного описания варианта осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 показано известное устройство для приготовления напитка, содержащее капсулу с ингредиентами напитка;
на фиг.2 - пример выполнения капсулы и машины для приготовления напитка согласно настоящему изобретению;
на фиг.3 - капсула согласно настоящему изобретению с удаленными элементом из фольги и пористым элементом;
на фиг.4 - детальный вид капсулы согласно настоящему изобретению;
на фиг.5 - модификация капсулы, показанной на фиг.4;
на фиг.6 - фотография перфорированной капсулы после экстракции кофе без пористого элемента регулирования потока;
на фиг.7 - то же, но с пористым элементом регулирования потока согласно изобретению;
на фиг.8 - фотография перфорированной капсулы после экстракции кофе без пористого элемента регулирования потока;
на фиг.9 - то же, но с пористым элементом регулирования потока согласно изобретению;
на фиг.10 - сравнительные кривые концентрации кофе в чашке в процентном отношении в зависимости от времени протекания в секундах для чашки кофе эспрессо массой 40 граммов;
на фиг.11 - изменение времени протекания в секундах в зависимости от среднего размера (D4,3) частиц кофе для чашки некрепкого кофе (лунго) 110 граммов при использовании капсул без пористого элемента управления потоком;
на фиг.12 - изменение времени протекания в секундах в зависимости от среднего размера (D4,3) частиц кофе для чашки некрепкого кофе (лунго) 110 граммов при использовании капсул с пористыми элементами управления потоком согласно изобретению;
на фиг.13 - значение «крема» в зависимости от времени протекания для чашки кофе лунго при использовании капсул с пористым элементом регулирования потока и без него;
на фиг.14 и 15 - виды разрезанной капсулы в соответствии с вариантами осуществления изобретения;
на фиг.16 - частичный схематичный вид капсулы (половина капсулы, разрезанная по центральной продольной плоскости) согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг.17 - держатель капсулы устройства согласно изобретению;
на фиг.18 - симметричная капсула согласно изобретению, вид в перспективе в разрезе.
Далее со ссылкой на фиг.2 подробное описан первый вариант выполнения капсулы согласно изобретению.
Понятие «сумма твердых частиц» определяется как вес экстрагированных твердых частиц, содержащихся в экстракте, поделенный на общий вес экстракта. Эта величина обычно выражается в процентном отношении.
Понятие «выход экстракта» является характеристикой экстракции и определяется как вес твердых частиц в жидком экстракте, поделенный на общий вес исходных ингредиентов кофе в картридже (например, жареного и молотого кофе). Это величина обычно выражается в процентном отношении.
Средний размер частиц «D4,3» является средним волюметрическим диаметром молотых частиц кофе, определенным методом лазерной дифракции с помощью оптического прибора Malvern® с использованием бутилового спирта в качестве диспергирующего вещества для частиц.
Термин «крема» определяется как верхняя часть пенки, образующейся на экстракте кофе по существу в виде небольших пузырьков. Качество кремы может быть определено с помощью эмпирической проверки сахаром, которая заключается в размещении слоя строго определенного кристаллического сахара (кристаллического сахара с размером частиц D4,3, равным 660 мкм) сверху чашки со свежеприготовленным кофе и измерении времени между размещением слоя сахара и погружением основной его части. Таким образом, «показатель проверки сахаром» выражается в секундах.
Используемое в дальнейшем понятие «давление жидкости или смеси жидкость/газ» означает величину относительного давления по отношению к атмосферному в месте впрыскивания в капсулу.
Обычно давление жидкости или смеси жидкость-газ в способе согласно изобретению составляет не менее 4 бар для обеспечения разрыва элемента из фольги во время экстракции, предпочтительно - не менее 6 бар, а наиболее предпочтительно - 8 бар.
Далее изобретение будет описана со ссылкой на конкретную конструкцию капсулы, т.е. на конструкцию, согласно которой капсула содержит чашеобразный корпус и закрывающий элемент из фольги. В общем, капсула согласно настоящему изобретению включает в себя по меньшей мере две противоположные стенки, которые соединены друг с другом по краям с образованием герметичного соединения на фланцеобразном ободке корпуса, ограничивая тем самым герметичную внутреннюю полость.
В отличие от существующего уровня техники этот вариант выполнения имеет держатель 13 капсулы, снабженный рельефными элементами 12, которые предназначены для разрывания и перфорирования элемента 5 из фольги, герметично закрывающего чашеобразный корпус 4 капсулы 1. Это разрывание элемента из фольги может происходить, к примеру, в случае, когда давление внутри капсулы превышает пороговое значение. Следует отметить, что рельефные элементы могут иметь любую выступающую форму, способную обеспечивать разрывание (частичное) элемента из фольги, и расположены в виде решетчатой конструкции. В качестве предпочтительных вариантов могут использоваться пирамиды, выпуклости, цилиндры, удлиненные ребра.
Капсула 1 содержит ингредиенты 3, которые выбираются таким образом, чтобы напиток можно было приготовить путем подачи жидкости в капсулу в области верхней стенки 17 капсулы 1 и ее взаимодействия с такими ингредиентами 3. Предпочтительными ингредиентами являются, например, молотый кофе, чай или какие-либо другие ингредиенты, из которых можно приготовить напиток или другой жидкое или густое съедобное блюдо (например, суп).
На фиг.2 показано положение, в котором такая капсула установлена на держатель 13; элемент 5 из фольги опирается на рельефный элемент 12 держателя 13 капсулы, а чашеобразный корпус 4 капсулы 1 частично окружен кольцевой стенкой 25 охватывающего элемента 9 устройства для приготовления напитка. Показанный охватывающий элемент имеет форму колокола. Могут использоваться другие формы, в которых конструкция внутренних контуров (углубления) охватывающего элемента выполнены таким образом, чтобы, по существу, они сопрягались с контурами капсулы 1.
Следует отметить, что элемент 5 из фольги может быть не совершенно плоским вследствие наличия определенного повышенного давления внутри капсулы, которое создается, например, защитным газом, вводимым при изготовлении заполненной капсулы, и/или газом, выделяемым ингредиентами, содержащимися в капсуле. В частности, при использовании молотого кофе газ, например, двуокись углерода, выделяется после закрывания капсулы на месте производства, что приводит к деформированию элемента из фольги до слегка выпуклой формы.
Согласно изобретению между ингредиентом 3 и элементом 5 из фольги размещен элемент 80 для регулирования потока.
Охватывающий элемент 9 (колокол) дополнительно содержит прижимную поверхность 18 для прикладывания давления закрывания к участку 8 ободка капсулы, наружную резьбу 19 для крепления колоколообразного элемента в устройстве для приготовления напитков и впускное отверстие 20 для подачи жидкости, например, горячей воды под давлением к впрыскивателю 14 воды, который крепится (на винтах) с возможностью съема к колоколообразному элементу 9.
Следует отметить, что резьба 19 является одним из примеров выполнения соединительного средства, которое может быть как разъемным, так и неразъемным.
Из уровня техники в области машин для приготовления эспрессо с использованием капсул известны другие компоненты устройства для приготовления напитка, например, механизм для перемещения колоколообразного элемента, а также держатель капсулы.
Впрыскиватель воды содержит перфорирующий элемент (элементы) (нож, штифт и т.д.) 24, предназначенный для выполнения отверстия в верхней стенке 17 капсулы 1, когда держатель 13 капсулы и колоколообразный элемент 9 сближаются, например, с помощью ручного управления или автоматического механизма. В перфорирующем элементе 24 выполнен канал (не показан на фигурах) для подачи воды во внутреннюю часть капсулы 1 сразу же после того, как перфорирующий элемент 24 входит во внутреннюю часть капсулы 1.
Капсула 1 включает в себя верхнюю стенку 17, боковую стенку 7 и фланцеобразный ободок 6, к которому плотно прикреплен элемент 5 из фольги, герметично закрывающий чашеобразный корпус 4 капсулы 1. Капсула также может иметь другие конструкции, позволяющие герметизировать ее и помещать в нее вышеуказанные ингредиенты.
На фиг.3 показаны капсула 1, элемент 5 из алюминиевой фольги или из фольги из алюминиевого сплава перед его креплением к корпусу 4 и пористый элемент 80 для регулирования потока перед его установкой между слоем 3 ингредиента и фольгой 5.
Также показан фланцеобразный ободок 6 корпуса капсулы 1.
Пористый элемент 80 регулирования потока является примером выполнения фильтрующего элемента из нетканого материала. Предпочтительно, он изготавливается из полимера, такого как полипропилен, полиэтилен, полибутилентерефталат (ПБТ), поликарбонат, поли-4-метилпентен-1, полиуретан, полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэфирсульфон, полиамид или любой другой плавкий волокнистый полимер. Размер пор элемента 80 может составлять 0,4-100 мкм, предпочтительно 0,4-30 мкм, более предпочтительно 0,4-20 мкм, еще более предпочтительно 0,4-10 мкм, а наиболее предпочтительно 0,4-2 мкм. Фильтрующий диск может быть усилен, например, нетканым или тканым материалом, например, полиэфиром.
На фиг.4 показан пористый элемент 81 регулирования потока, который был вырезан с соответствующими размерами и может быть герметично прикреплен вместе с элементом из алюминиевой фольги к фланцеобразному ободку 6 капсулы 1, например, с помощью ультразвуковой сварки. Поскольку пористый элемент изготовлен из плавкого полимера (полимеров), его можно приварить к капсуле. Предпочтительно пористый элемент регулирования потока имеет такие размеры, что край пористого элемента для регулирования потока перекрывает фланцеобразный ободок 6 корпуса 4 капсулы 1.
На фиг.5 показан пример выполнения пористого элемента 82 регулирования потока, который был вырезан с соответствующими размерами предпочтительно немного меньшего диаметра D0, чем внутренний диаметр D корпуса капсулы, поэтому края пористого элемента регулирования потока не доходят до стенок капсулы, и пористый элемент регулирования потока просто помещается на ингредиенты, уже находящиеся в капсуле. После этого к фланцеобразному ободку 6 капсулы 1 герметично прикрепляется элемент 5 из фольги, например с помощью тепла или ультразвука.
Пористый элемент регулирования потока и разрываемый элемент также могут образовывать многослойный материал для облегчения манипулирования во время изготовления капсулы. В этом случае элемент регулирования потока должен быть установлен в капсуле как самый отдаленный слой или слои относительно разрываемого элемента из фольги. Элемент регулирования потока может быть образован из пористой одно- или многослойной мембраны и соединен с одно- или многослойной непористой разрываемой фольгой. Непористый разрываемый элемент из фольги выполняется из материалов, которые обеспечивают регулируемые и воспроизводимые условия разрывания. Предпочтительным материалом является алюминий. Предпочтительно толщина слоя алюминия составляет 20-50 мкм. Алюминий может быть дополнительно ламинирован одним или несколькими слоями непористого полимерного материала, такого как термоплавкий лак. Дополнительный слой может иметь меньшую толщину (например, менее 5 мкм) и быть пригодным для соединения с корпусом капсулы и пористым слоем.
Предпочтительно элемент регулирования потока выполняется из материала, имеющего более высокую прочность на разрыв, чем материал разрываемого элемента из фольги, вследствие чего когда элемент из фольги открывается, т.е. разрывается рельефным элементом 12 под действием внутреннего давления, пористый элемент растягивается и оказывает сопротивление разрыву под давлением при экстракции. В частности, элемент регулирования потока является достаточно упругим и деформируется без разрушения или образования больших проходов для течения жидкости. Жидкость принудительно подается под давлением и проходит через множество пор элемента регулирования потока в перфорированные отверстия элемента из фольги, получаемые с помощью рельефного элемента.
Как упомянуто выше, пористый элемент предпочтительно является однослойным или многослойным и изготавливается из материала, такого как полипропилен, полиэтилен, ПБТ, поликарбонат, поли-4-метилпентен-1, полиуретан, ПЭТ, полиэфирсульфон, полиамид, стекловолокна, склеенные смолой, и из сочетания указанных материалов.
На фиг.6 и 7 показаны результаты фильтрации. Как можно видеть, перфорированные отверстия 205 элемента 5 из фольги образуют, в частности, решетку, которая содержит небольшие по существу прямоугольные или квадратные отпечатки, образующие множество перфорационных отверстий в фольге, полученных в результате процесса приготовления напитка. Перфорирование осуществляется рельефными элементами 12 (фиг.2 или 17), на которые натягивается элемент из фольги и разрывается под действием внутреннего давления во время экстракции. Разрывающая конструкция образована из поверхностей, которые не имеют острых углов или краев, т.е. углов менее примерно 80°.
На фиг.6 показано, что при отсутствии элемента регулирования потока частицы кофе выходят на поверхность через перфорационные отверстия. На фиг.7 показано, что при использовании капсул согласно изобретению твердые частицы не выходят на поверхность.
На фиг.8 и 9 более четко показаны перфорационные отверстия 205 в капсуле. Другими словами, показанные перфорированные отверстия в капсуле согласно изобретению являются более единообразными и имеют более выраженный профиль. Показанные на фиг.8 перфорационные отверстия имеют различные размеры и глубину.
Было установлено, что внутренние пористые элементы регулирования потока согласно изобретению особенно эффективны и пригодны в сочетании с элементом 5 из алюминиевой фольги или из фольги из алюминиевого сплава, который должен перфорироваться в форме решетки с небольшими отверстиями 205.
В частности, экстракция кофе в капсуле под давлением вызывает перепад давления в трубопроводах машины для приготовления кофе, в слое кофе, но, в первую очередь, на границе элемента из фольги и пластины прокалывания, т.е. конструкции разрывания.
Суммарное время, необходимое для экстракции определенного количества жидкости, зависит от процесса, происходящего в пространстве между элементом из фольги и пластиной «прокалывания» (т.е. «пластины с пирамидами»). Без ссылки на теорию авторы изобретения полагают, что перепад давления на границе мембрана - пластина с пирамидами, главным образом определяется шириной зазора между мембраной и «пластиной с пирамидами». Ширина этого зазора устанавливается в начале экстракции, в частности, во время стадии разрушения мембраны. В этот момент может происходить очень динамичный и до некоторой степени хаотичный процесс. Физическая прочность мембраны (например, прочность на растяжение, сопротивление прокалыванию, удлинение перед разрушением), давление разрушения и гидродинамические характеристики воды оказывают влияние на то, как интенсивно будет сжиматься мембрана у пластины с пирамидами и, тем самым, на ширину зазора. Без использования пористого элемента регулирования потока эти наблюдаемые процессы были бы более хаотичными, тем самым, вызывая довольно большие изменения перепада давления и, соответственно, большие стандартные отклонения времени протекания жидкости. Кроме того, по указанному очень узкому зазору могут транспортироваться очень мелкие частицы, выходящие из выпускных отверстий, что вызывает увеличение перепада давления.
Установка пористого элемента регулирования потока между слоем кофе и элементом из фольги способствует осуществлению следующих 3 основных процессов, влияющих на перепад давления:
а) мелкие частицы (т.е. частицы меньше, примерно, 90 мкм), которые могут вымываться из слоя кофе и транспортироваться к выпускным отверстиям капсулы, удерживаются пористым элементом регулирования потока. Таким образом, они не могут скапливаться в очень узком зазоре между элементом из фольги и пластиной прокалывания. В результате чего исключается закупоривание мелкими частицами;
б) пористый элемент регулирования потока уменьшает динамическое давление воды, действующее на элемент из фольги в момент разрушения в начале экстракции. Элемент из фольги прижимается к пластине прокалывания с меньшим усилием, следовательно, зазор между мембраной и пластиной с пирамидами будет шире, чем в случае, когда пористый элемент регулирования потока не используется;
в) поскольку слой кофе создает перепад давления во время экстракции, результирующее усилие передается на элемент из фольги и пластину прокалывания. Это усилие будет дополнительно уменьшать ширину зазора между элементом из фольги и пластиной прокалывания. За счет жесткости пористого элемента регулирования потока усилие будет по-разному распределяться на элемент из фольги и пластину прокалывания. Усилие будет выше на пологом участке прокалывающих элементов и ниже в канавках или каналах пластины. Поскольку ширина зазора, влияющая на перепад давления, в основном определяется вблизи выпускных отверстий, расположенных в канавках, уменьшение усилия, передаваемого с помощью кофе на канавки, будет дополнительно уменьшать перепад давления.
В одном из вариантов выполнения капсулы пористый элемент регулирования потока не расположен между элементом 5 из фольги и ободком 6 корпуса 4. Наружный край пористого элемента регулирования потока может быть расположен внутри корпуса капсулы на расстоянии от участка 209 герметичного соединения элемента 5 из фольги и ободка корпуса.
Как показано на фиг.14 и 15, внутренний пористый элемент 206 регулирования потока может быть расположен на расстоянии от элемента 5 из фольги. Пористый элемент 206 регулирования потока прикреплен к стенкам 7 корпуса капсулы. Таким образом, пористый элемент регулирования потока может разделять ингредиенты в поперечном направлении на две части, например, на две части молотого кофе. Пористый элемент регулирования потока может регулировать течение жидкости между двумя частями. Кроме того, части ингредиента могут иметь разные характеристики, например различный размер частиц или различные смеси кофе.
Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.14 и 15, ингредиенты находятся как над пористым элементом 206 регулирования потока, так и под ним.
Позицией 207 обозначен загнутый наружный ободок капсулы. Элемент 5 из фольги и фланец ободка корпуса могут быть соединены вместе в кольцеобразной зоне 209 внутри и рядом с изогнутым наружным ободком 207.
На фиг.16 показан другой возможный вариант выполнения капсулы согласно изобретению. В этом варианте капсула включает в себя чашеобразный корпус 4, закрывающую фольгу 5 и фланцеобразный ободок 6 корпуса, на котором прикреплена закрывающая фольга. Пористый элемент 301 регулирования потока установлен в капсуле на расстоянии от внутренней поверхности элемента из фольги за счет использования промежуточного элемента 302. Промежуточный элемент может быть сеткой с большими отверстиями или жестким элементом с каналами и сквозными отверстиями, в значительной степени позволяющими избежать перепада давления.
Как показано на фиг.17, в конструкции рельефных элементов держателя 13 капсулы отсутствуют углы менее 80° во избежание образования острых краев. Держатель 13 капсулы содержит разрывающую конструкцию 92, содержащую группу усеченных пирамид 920, имеющих, по существу, квадратные сечения. Верхняя поверхность пирамид, по существу, является квадратной поверхностью 921 меньшего сечения, чем сечение 922 основания пирамид. Квадратные поверхности 921 образуют «плато» разрывающей конструкции. Пирамида может содержать нижнее основание 923 большего сечения, чем сечение 922 основания. Количество пирамид может быть равно примерно 25-50. Высота пирамид может составлять примерно 0,5-3 мм. Разрывающие края конструкции главным образом расположены у края 924 верхней поверхности 921 и у краев 925 боковых стенок пирамиды. Все поверхности пирамид соединяются у разрывающих краев с образованием углов свыше 80°. Более предпочтительно, верхние разрывающие края 924 ограничены поверхностями, образующими угол более 90°.
На фиг.18 показана симметричная капсула 400 согласно изобретению, включающая первую наружную стенку 401 и вторую наружную стенку 402. Эти стенки соединены по периферийным ободкам 403, 404 для образования закрытой камеры, в которой содержится порция ингредиента напитка, предпочтительно жареного и молотого брикета кофе. Брикет 406 может иметь прессованную или неплотную форму. Предпочтительно брикет является прессованным для уменьшения размера капсулы. В капсуле между ингредиентом, т.е. брикетом кофе, и первой и второй стенками 401, 402 расположены первый и второй пористые элементы 407, 408 регулирования потока. Пористые элементы регулирования потока могут иметь те же характеристики, что и описанные выше элементы регулирования потока. В частности, пористый слой изготавливается из материала, такого как полипропилен, полиэтилен, ПБТ, ПЭТ, полиэфирсульфон и полиамид, Предпочтительно, поры пористого слоя имеют размер менее 10 мкм, предпочтительно, 0,4-2 мкм.
Дополнительным преимуществом такой капсулы 400 является то, что она может быть помещена в варочный узел устройства для приготовления напитка, в котором впуск или подача жидкости может осуществляться сквозь первую или вторую стенку. Первая и вторая стенки образованы из перфорируемого материала и, предпочтительно являются газонепроницаемыми. В предпочтительной конфигурации упаковки каждая стенка образована из многослойного материала, содержащего следующие слои (в направлении от наружной стороны к внутренней стороне): ПЭТ-цветовой слой-адгезив-алюминий-адгезив-ОПП (ориентированный полипропилен). Слой алюминия предпочтительно имеет толщину 10-80 мкм, слой ОПП имеет толщину 5-40 мкм, и слой ПЭТ имеет толщину 5-40 мкм.
Примеры
Пример 1 - время протекания при приготовлении чашки крепкого кофе 40 грамм
На фиг.10 показаны сравнительные кривые концентрации содержимого чашки кофе в зависимости от времени протекания (в секундах) при приготовлении 40 мл кофейного экстракта для капсул без пористого элемента регулирования потока и с пористым элементом регулирования потока согласно изобретению, соответственно. Кривые показывают результаты по стандартному отклонению времени протекания для различных размеров гранул кофе, соответственно, 195, 267, 279 и 399 мкм (кофе, помолотый в кофемолке Probat). Капсула содержала 5,5 граммов молотого кофе и пористый элемент, выполненный из содержащего микроволокна нетканого материала «Innovatec SAP489» (удельная масса - 50 г/м2) из полиуретана. Пористый элемент диаметром примерно 33 мм был помещен рядом с элементом из фольги. Элемент из фольги имел толщину 30 мкм. Капсулы подвергались экстракции в машине «Nespresso Concept®».
Результаты показывают относительно более короткое время протекания и меньшее стандартное отклонение времени протекания для капсулы по изобретению по сравнению с капсулой без такого элемента фильтрации и регулирования потока. Также возможно получение более широкого диапазона концентрации кофе в чашке в зависимости от размера гранул, например, в этом конкретном примере, диапазон концентрации составляет 2,8-3,6% масс. Численные результаты представлены в следующей таблице.
Время протекания при получении 40 мл экстракта кофе
| Без пористого элемента регулирования потока | С пористым элементом регулирования потока | ||||||
| Загрузка капсулы (г) | Средний размер частиц (мкм) | Среднее время протекания (с) | Стандартное отклонение (с) | Стандартное отклонение (%) | Среднее время протекания (с) | Стандартное отклонение (с) | Стандартное отклонение (%) |
| 5,5 | 195 | 74 | 24 | 32% | 34 | 8 | 23% |
| 5,5 | 267 | 60 | 18 | 29% | 23 | 4 | 18% |
| 5,5 | 279 | 43 | 15 | 35% | 16 | 1 | 8% |
| 5,5 | 399 | 40 | 16 | 40% | 12 | 1 | 7% |
Пример 2 - время протекания при приготовлении чашки некрепкого кофе (110 граммов)
На фиг.11 и 12 показано сравнительное изменение времени протекания как функции размера D4,3 частиц при приготовлении 110 г экстракта кофе лунго из капсул, содержащих примерно 6 граммов кофе и имеющих элемент из фольги толщиной примерно 30 мкм. Рядом с элементом из фольги был помещен пористый элемент диаметром примерно 33 мм. Было замечено, что время протекания значительно уменьшается ниже 30 секунд для размера частиц в диапазоне 289-403 мкм (в частности соответственно, 289, 318, 347, 375 и 403 мкм). Также следует отметить, что стандартное. отклонение времени протекания значительно уменьшается менее чем до 5 секунд для всех размеров частиц. Капсулы подвергались экстракции в машине «Nespresso Concept®».
Ниже в таблице представлены результаты испытаний капсул с пористым элементом регулирования потока и без него (обозначенным как «фильтр»), соответствующие фиг.11 и 12.
Кофе: VIVALTO - обжаренный и молотый, 30 6 г на капсулу, Фильтр: диаметр 33 мм Капсула: мембрана NC Al, микрон Машина для экстракции: Pelican Чашка: размер 110 г - 24 экстракции
| Тип фильтра | Обжар. и молот., «D4 3» [мкм] | Тип протекания | Время протекания [с] | Расход [г/мин] | Экстракт кофе ТС % | Выход экстракта % |
| Без фильтра | 289 | медленное | 50 | 133 | 1,4 | 26,2 |
| быстрое | 36 | 185 | 1,4 | 25,9 | ||
| 318 | медленное | 53 | 124 | 1,4 | 25,2 | |
| быстрое | 30 | 217 | 1,3 | 24,4 | ||
| 347 | медленное | 43 | 153 | 1,3 | 24,2 | |
| быстрое | 26 | 258 | 1,2 | 23,4 | ||
| 375 | медленное | 61 | 108 | 1,3 | 24,2 | |
| быстрое | 27 | 243 | 1,2 | 22,5 | ||
| 403 | медленное | 51 | 131 | 1,3 | 22,8 | |
| быстрое | 26 | 258 | 1,2 | 22,3 | ||
| С фильтром | 289 | медленное | 30 | 220 | 1,4 | 26,1 |
| быстрое | 28 | 236 | 1,4 | 26,1 | ||
| 318 | медленное | 28 | 236 | 1,3 | 24,4 | |
| быстрое | 26 | 252 | 1,3 | 24,7 | ||
| 347 | медленное | 26 | 259 | 1,2 | 23,5 | |
| быстрое | 25 | 267 | 1,2 | 23,4 | ||
| 375 | медленное | 25 | 262 | 1,2 | 22,7 | |
| быстрое | 25 | 268 | 1,2 | 22,6 | ||
| 403 | медленное | 25 | 263 | 1,2 | 22,5 | |
| быстрое | 25 | 269 | 1,2 | 22,0 |
Пример 3 - результаты для кремы
На фиг.13 показаны результаты по образования кремы при использовании капсул согласно изобретению и капсул без пористого элемента регулирования потока. Кривые представляют собой сравнительные кривые зависимости «кремы» (время в секундах при «проверки сахаром») как функции времени протекания при получении 110 г экстракта кофе в секундах. Капсула содержала 6 граммов молотого кофе и пористый элемент, выполненный из содержащего микроволокна нетканого материала «Innovatec SAP489» из полиуретана. Элемент из фольги имел толщину 30 мкм. Результаты ясно показывают, что пористый элемент регулирования потока не влияет на образование кремы, в то время как время протекания значительно уменьшается.
В примере на фиг.13 крема измеряется с помощью эмпирической проверки, носящей название «проверка сахаром». Процедура этого испытания объясняется ниже.
Пример 4 - время протекания при приготовлении некрепкого кофе (110 граммов) из большей массы молотого кофе (6,2 грамма)
Сравнительная проверка была выполнена для капсул с элементом регулирования потока и без него; элемент регулирования потока был изготовлен в виде мембраны из нейлона 6,6, «Ultipor N6,6 Posydine», производства PALL Company, толщиной 0,65 мкм и диаметром 33 мм. Капсулы содержали 6,2 грамма молотого кофе, имеющего размер частиц D4,3 320 мкм. Пористый элемент диаметром примерно 33 мм был помещен рядом с элементом из фольги. Для капсул с нейлоновой мембраной время протекания составляло 33-37 секунд при среднем времени вытекания 34 секунды. Измеренный выход кофе составлял 22-23%. Для сравнения капсулы с такими же характеристиками, но без пористого элемента регулирования потока показали время протекания 24-72 секунды при среднем времени вытекания 49 секунд. Эти результаты также показывают, что для большей массы 6,2 грамма время протекания в среднем уменьшается, и при использовании капсул согласно изобретению значительно повышается стабильность протекания.
Пример 5 - время протекания для различных пористых элементов регулирования потока
Ниже в таблице приведены результаты по времени протекания для различных пористых элементов, испытания которых были выполнены компанией PALL Company. В качестве образца была использована капсула без пористого элемента. Результаты показывают, что время протекания уменьшается при использовании пористых мембран толщиной 0,45-100 мкм. Выход кофе составил примерно 22-23%.
| Пористый элемент | Тип | Размер пор [мкм] | Время вытекания с/110 мл |
| HDC II | Полипропилен | 0,60 | 26 |
| HDC II | Полипропилен | 20,00 | 20 |
| Preflow UB | Стекловолокна, склеенные смолой | 0,45 | 28 |
| Ultipor GF Plus | Стекловолокна, склеенные смолой | 1,00 | 29 |
| Ultipor N6,6 | Нейлон 6,6 | 0,65 | 32 |
| Ultipor N6,6 | |||
| Posidyne | Нейлон 6,6 | 0,65 | 27 |
| Образец | 42 | ||
| Смесь кофе | Размер частиц D4,3 400 мкм |
Пример 6 - проверка сахаром для определения кремы
Механическое устройство для проверки сахаром состоит из небольшой емкости, содержащей сахар. Призматическая V-образная форма этой емкости, содержащая у нижнего края прорезь с определенными размерами (2 мм × 40 мм), может образовывать равномерную сахарную завесу до тех пор, пока прорезь является свободной и в емкости остается минимальное количество сахара. Эта емкость также может перемещаться горизонтально с регулируемой скоростью (~40 мм/с) из точки А в точку В (расстояние между точками А и В составляет 20 см). В конечном положении в обеих точках перегородка препятствует вытеканию сахара, если устройство находится в режиме готовности. Когда емкость перемещается, сахарная завеса вырабатывается на всем пути между точками А и В. Крема в чашке, которая помещается на 60 мм ниже указанной траектории в пределах двух точек, будет покрываться равномерным слоем сахара, когда над ней будет проходить емкость. Самопишущий секундомер запускается в тот момент, когда слой сахара располагается над слоем пены. Количество сахара (слой толщиной, обеспечивающей получение 5 г чистого веса сахара), попадающее в чашку, может регулироваться посредством изменения скорости емкости или размеров прорези. Сахар представляет собой кристаллический сахар с размером частиц D4,3 660 мкм. Между окончанием экстракции и началом проверки сахаром должен соблюдаться точный период ожидания (20 секунд для маленьких чашек). Слой сахара некоторое время остается сверху кремы. Позднее, когда основная часть сахара внезапно погружается в жидкость, наблюдатель должен остановить самопишущий секундомер.
«Показатель проверки сахаром» представляет собой количество секунд, показанное самопишущим секундомером. Дополнительная информация по этой проверке приводится в документе ЕР 1842468 В1.
1. Капсула (400) для использования в машине для приготовления напитка, содержащей средства для перфорирования впускного отверстия на стороне корпуса капсулы (1), противоположной элементу (5) из фольги и фланцеобразному ободку, и впрыскивания жидкости или смеси жидкость-газ в капсулу (1); и рельефную пластину с множеством рельефных элементов, расположенную в машине таким образом, чтобы под действием давления впрыскивания в нее упирался элемент (5) из фольги; включающая в себя корпус, герметично закрытый плотно прикрепленным к фланцеобразному ободку корпуса элементом из фольги, который под давлением нагнетаемой жидкости или смеси жидкость-газ, равным по меньшей мере 4 бар, перфорируется рельефной пластиной для образования по меньшей мере одного отверстия, а предпочтительно - множества отверстий, причем корпус и элемент из фольги образованы из первой и второй стенок (401, 402), которые являются фольгами из гибкого материала, герметично соединенными вдоль периферийного ободка (403), при этом обе фольги имеют по существу одинаковые форму и размеры и образуют по существу симметричную относительно плоскости ободка капсулу, а также являются относительно непроницаемыми для кислорода; и первая и вторая стенки (401, 402) изготовлены из алюминия, алюминиевого сплава или многослойного материала из алюминия или алюминиевого сплава и полимера, в которой между первой фольгой (401) и ингредиентом расположен первый пористый элемент (408) регулирования потока, а между второй фольгой (402) и ингредиентом расположен второй пористый элемент (407), при этом размер пор в пористом элементе регулирования потока составляет менее 10 мкм, причем пористые элементы (407, 408) регулирования потока расположены рядом с элементом из фольги и элемент из фольги и пористые элементы регулирования потока образуют многослойный материал, а ингредиент представляет собой по существу прессованный брикет обжаренного и молотого кофе.
2. Капсула по п. 1, в которой пористые элементы (407, 408) изготовлены из по меньшей мере одной тонкой полимерной мембраны и предпочтительно в которой пористые элементы (407, 408) содержат по существу полимерный волокнистый материал (материалы) и изготовлены из тканого и/или нетканого материала.
3. Капсула по любому из пп. 1 или 2, в которой пористый элемент изготовлен из полипропилена, или полиэтилена, или ПБТ, или нейлона, или поликарбоната, или поли-4-метилпентен-1, или полиуретана, или ПЭТ, или полиэфирсульфона, или полиамида, или стекловолокон, склеенных смолой, или из сочетания указанных материалов.
4. Капсула по п. 1, которая содержит молотый кофе с размером частиц (D4, 3) 190-400 мкм.
5. Капсула по п. 3, в которой толщина элемента (5) из фольги составляет 15-45 мкм.
6. Капсула по п. 4, в которой пористые элементы (407, 408) регулирования потока имеют более высокую изгибную жесткость, чем элемент из фольги.
7. Капсула по п. 1, в который пористый элемент регулирования потока содержит микроволокна диаметром менее 20 мкм.
