Капсула и способ приготовления пищевой жидкости с помощью центрифугирования - RU2474525C2
Код документа: RU2474525C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к капсульной системе и способу приготовления пищевой жидкости из содержащегося в контейнере пищевого вещества путем пропускания через него воды с помощью центробежных сил.
Известен способ приготовления напитков, в котором смесь, состоящая из приготовленного кофе и кофейного порошка, разделяется с помощью центробежных сил. Такая смесь получается при контакте горячей воды и кофейного порошка в течение ограниченного времени. Затем вода продавливается через сетчатый фильтр, на котором присутствует порошок.
В существующих устройствах кофейный порошок помещают в приемную емкость, которая обычно является несъемной частью машины, как, например, описано в ЕР 0367600 В1. Такие устройства имеют множество недостатков. Во-первых, кофейный порошок должен дозироваться в приемную емкость вручную. Во-вторых, отходы кофе после центрифугирования становятся сухими и должны соскабливаться для удаления с поверхности приемной емкости. В результате приготовление кофе требует значительных усилий и занимает много времени. Кроме того, свежесть кофе может быть разной, что может влиять на качество готового напитка в чашке, поскольку кофе, как правило, поступает из оптовой упаковки или мелется из зерен в самой приемной емкости.
Кроме того, качество готового напитка в чашке может сильно зависеть от выполняемой вручную дозировки кофе и условий его приготовления (например, скорости центрифугирования и размера приемной емкости).
В результате такие системы никогда не достигали большого коммерческого успеха.
В документе DE 102005007852 описана машина, содержащая съемный держатель, в который вставляется открытая чашеобразная часть контейнера, при этом другая часть или крышка присоединены к приводному валу машины. Однако эта машина также имеет недостаток, заключающийся в трудоемкости. Другим недостатком является сложность управления качеством кофе вследствие недостаточных возможностей для регулирования дозировки порошка и отсутствия контроля свежести кофейного порошка.
Другие устройства для приготовления кофе с использованием центробежных сил описаны в WO 2006/112691, FR 2624364. ЕР 0367600, GB 2253336, FR 2686007, ЕР 0749713, DE 4240429, ЕР 0651963, FR 2726988, DE 4439252, ЕР 0367600, FR 2132310, FR 2513106, FR 2487661, DE 3529053, FR 2535597, WO 2007/041954, DE 3529204, DE 3719962, FR 2685186, DE 3241606 и US-A-4545296.
Применение центробежных сил при приготовлении кофе или других пищевых продуктов имеет множество преимуществ по сравнению с обычными способами приготовления, использующими нагнетательные насосы. Например, в способах приготовления кофе типа «эспрессо» очень трудно управлять всеми параметрами, влияющими на качество экстракции при получении кофейного экстракта. Такими параметрами обычно являются давление, расход, который уменьшается с падением давления, уплотнение кофейного порошка, которое также влияет на характеристики потока и которое зависит от размера частиц молотого кофе, температура, распределение расхода воды и так далее.
Таким образом, существует потребность в создании новой системы, в которой используются капсулы, и способа, в котором применяется указанная система, которые позволяют более эффективно и более независимо управлять параметрами экстрагирования, обеспечивая удобное управление качеством конечной приготавливаемой жидкости.
В то же время имеется потребность в более удобном способе по сравнению с известными способами, в которых применяются центробежные устройства, обеспечивающем лучшее качество готового напитка с более эффективным контролем таких важных для качества параметров, как свежесть и дозировка в приемную емкость.
Изобретение относится к устройству для приготовления жидких пищевых продуктов из пищевого вещества, содержащегося во вставленной в устройство сменной одноразовой капсуле, путем пропускания через вещество воды с помощью центробежных сил, при этом устройство содержит инжекционную головку для впрыска воды в капсулу и держатель капсулы. Согласно изобретению вдоль центральной оси держателя капсулы установлено средство впрыска воды, являющееся частью инжекционной головки, соосно центральной оси держателя капсулы расположено средство приведения держателя капсулы во вращение вокруг его оси (I), а также имеется по меньшей мере одно средство открывания для образования в капсуле по меньшей мере одного выходного отверстия для жидкости, смещенного относительно центральной оси держателя капсулы.
В одном из вариантов осуществления изобретения средство открывания для образования выходного (выходных) отверстия (отверстий) для жидкости является по меньшей мере одним прокалывающим, и/или режущим элементом, и/или прожигающим элементом.
В частности, инжекционная головка для впрыска воды содержит неподвижное средство впрыска воды и поворотный зацепляющий элемент, предназначенный для плотного зацепления капсулы с ее держателем. Таким образом, в процессе центрифугирования капсулы в устройстве зацепляющий элемент вращается, находясь в сцеплении с держателем капсулы.
В одном из вариантов осуществления изобретения средство открывания выходного отверстия (отверстий) для жидкости, например прокалывающие элементы или другие устройства, может быть частью элемента поворотного зацепления инжекционной головки.
Средство открывания выходного отверстия для жидкости, например прокалывающие элементы или другие устройства, может быть частью держателя капсулы.
В одном из вариантов осуществления изобретения средство открывания представляет собой ряд средств открывания, например прокалывающих элементов или других устройств, распределенных по существу вдоль окружности вокруг центральной оси.
Средство открывания, например прокалывающие элементы, могут зацеплять капсулу для передачи вращающего момента от устройства к капсуле.
В первом варианте осуществления изобретения открывающие элементы, например прокалывающие элементы, могут быть установлены в устройстве таким образом, чтобы прокалывать в капсуле выходное (выходные) отверстие (отверстия) при закрывании устройства вокруг капсулы. В частности, открывающие элементы устанавливаются на поворотном зацепляющем элементе или держателе капсулы для вскрытия капсулы, например, с целью прокалывания в капсуле входного (входных) отверстия (отверстий) для жидкости во время взаимного зацепления или запирания вокруг капсулы поворотного зацепляющего элемента и держателя капсулы. Например, прокалывающие элементы выступают относительно поверхности инжекционной головки, чтобы прокалывать капсулу, когда головка приближается к капсуле и входит с ней в контакт.
Предпочтительно ряд прокалывающих элементов включает в себя по меньшей мере четыре элемента для образования на периферии капсулы по меньшей мере четырех небольших выходных отверстий для жидкости. Прокалывающие элементы могут быть распределены через угловые интервалы в 90°, обеспечивая однородность подачи жидкости на периферии капсулы.
Прокалывающие элементы могут входить в зацепление с капсулой, передавая тем самым вращающий момент капсуле.
В другом варианте осуществлении изобретения открывающие элементы выполнены с возможностью образования в капсуле выходного (выходных) отверстия (отверстий) для жидкости после заполнения капсулы некоторым количеством воды.
Капсула может содержать прокалываемую мембрану из алюминия и/или полимерных материалов. В частности, прокалываемая мембрана может иметь толщину от 10 до 200 мкм.
Средство впрыска воды также может содержать средство открывания, например прокалывающий элемент. Этот прокалывающий элемент может быть выполнен в виде полой трубки, предназначенной для впрыска воды в середину капсулы.
Диаметр прокалывающего элемента средства впрыска не превышает 5 мм, предпочтительно он составляет 0,9-2,9 мм. Фактически, давление в капсуле увеличивается от центра к периферии. Давление воды в центре может быть близко к нулю, но постепенно увеличивается в направлении наружу, поэтому малый диаметр средства впрыска обеспечивает малый размер впускного отверстия в капсуле для снижения давления на впускной стороне капсулы.
Привод держателя капсулы может быть непосредственно присоединен к держателю капсулы или может быть соединен с ним опосредованно. Прямое соединение с держателем капсулы может быть обеспечено узлом вращательного привода, содержащим вращательный двигатель и трансмиссию, соединяющую двигатель с нижней частью держателя капсулы. Трансмиссия может содержать понижающую или повышающую зубчатую передачу с подходящим передаточным числом, соответствующим частоте вращения двигателя. Опосредованное соединение с держателем капсулы может быть осуществлено путем передачи вращающего момента от инжекционной головки к держателю капсулы. В этом случае приводная трансмиссия узла вращательного привода присоединяется напрямую к верхней стороне инжекционной головки, в частности к поворотному зацепляющему элементу головки.
Устройство согласно изобретению может вмещать капсулы, выполненные из жестких, полужестких и/или из мягких материалов. Капсула может быть изготовлена из таких материалов, как пластмасса, алюминий, из материалов на основе целлюлозы или других поддающихся биологическому разложению материалов и их комбинаций. Предпочтительно наружная стенка капсулы выполнена в виде прокалываемой мембраны. Мембрана может образовывать закупоривающую крышку, накрывающую чашеобразный корпус, который вмещает пищевое вещество, используемое для приготовления напитка.
В одном из вариантов осуществления изобретения после (по потоку) средства открывания по меньшей мере одного выходного отверстия в капсуле установлено клапанное устройство. Клапанное устройство может содержать уплотнительное кольцо и упругое средство для плотного упругого контакта кольца с периферийной частью, например кромкой, капсулы.
Кроме того, изобретение относится к способу приготовления пищевой жидкости из содержащегося в одноразовой капсуле пищевого вещества путем пропускания через вещество воды, включающему этапы, на которых:
- приводят капсулу во вращение и одновременно вводят воду в середину капсулы,
- пропускают воду через вещество для образования пищевой жидкости,
- образуют в капсуле по меньшей мере одно выходное отверстие для жидкости, смещенного в периферийном направлении относительно центра капсулы и предназначенного для выпуска жидкости.
В указанном способе по меньшей мере одно выходное отверстие для жидкости может быть образовано прокалыванием капсулы в устройстве. Таким образом, капсула может быть закупорена газонепроницаемым образом и содержать такие ингредиенты, как молотый кофе, быстрорастворимый кофе, листовой чай, какао, шоколад, компонент, образующий сливки, подсластитель и их комбинации, которые могут сохраняться в условиях защитной атмосферы в течение длительного периода времени. Таким образом, капсула вскрывается при использовании в устройстве.
Согласно одному из вариантов осуществления способа по меньшей мере одно выходное отверстие для жидкости выполняют прокалыванием закупоривающей мембраны капсулы. Мембрана может быть выполнена из пластмассы и/или металла.
В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одно входное отверстие выполняют с помощью механического прокалывающего воздействия на капсулу, например, с помощью имеющегося в устройстве внешнего прокалывающего средства, перемещаемого относительно капсулы.
В этом случае прокалывание выполняется, когда капсула вставляется в устройство, под воздействием, например, охватывающего капсулу устройства.
Согласно способу вода вводится в капсулу через отверстие размером менее 5 мм, предпочтительно от 0,9 до 2,9 мм. Как упоминалось выше, предназначенное для снижения давления жидкости внутри капсулы и расположенное на впускной стороне капсулы впускное отверстие для воды предпочтительно является достаточно небольшим и вследствие этого позволяет избежать проблем, связанных с утечками.
Предпочтительно после прокалывания в центре капсулы впускного отверстия для воды вода вводится в середину капсулы.
Согласно изобретению выходящая из капсулы пищевая жидкость проходит через средство ограничения потока, которое может обеспечивать перепад давления во время центрифугирования не менее 0,5 бар. Предпочтительно средство ограничения потока обеспечивает перепад давления во время центрифугирования от 1 до 6 бар, а наиболее предпочтительно - от 1,5 до 4 бар. Ограничение потока на пути течения центрифугируемой жидкости позволяет управлять выходом центрифугируемой жидкости для улучшения взаимодействия воды с веществом внутри капсулы, а также обеспечивает образование пены благодаря сбросу давления и сдвиговым напряжениям, возникающим при ограничении потока. В частности, средство ограничения потока обеспечивает поддержание давления в несколько бар на периферии камеры и замедляет выход жидкости.
Выходящая из капсулы жидкость открывает клапан, срабатывающий при приложении к нему некоторого определенного давления со стороны жидкости. Клапан также регулирует поток жидкости, что снижает риск блокирования малых выходных отверстий имеющимися в капсуле частицами небольших размеров, например, мелкими частицами кофе, особенно при относительно невысоких величинах давления.
Клапан может быть частью капсулы или может быть частью устройства.
В результате в системе согласно изобретению решены задачи приготовления пищевой жидкости с осуществлением управляемого ее выпуска. Например, выпуск жидкости может задерживаться до того момента, пока к клапанному средству не будет приложено некоторое определенное давление. Открытие клапанного средства с запаздыванием позволяет улучшить взаимодействие воды с содержащимся в капсуле веществом, а также снижает риск блокирования потока в капсуле.
Например, в случае кофе может быть предпочтительной оптимизация взаимодействия воды с частицами молотого кофе для обеспечения хорошей экстракции кофе и ароматических соединений. Кроме того, клапанное средство обеспечивает сужение, которое может улучшить создание пены.
Клапанное средство может быть образовано по меньшей мере одним участком зацепления устройства, который перемещается относительно участка зацепления капсулы под действием давления жидкости с образованием тонкого кольцевого прохода для жидкости. Проход в виде тонкой щели также обеспечивает создание ударяющейся о стенку устройства струи жидкости с относительно высокой скоростью. В результате может быть получено относительно большое количество пены, создаваемой как благодаря образуемому клапанным средством сужению, так и вследствие относительно высокой скорости воздействия жидкости на поверхность устройства во время центрифугирования. В зависимости от величины давления, прилагаемого к клапанному средству центрифугируемой жидкостью, образуемое клапанным средством сужение может также различаться по величине.
Клапанное средство может быть откалибровано или отрегулировано так, чтобы выборочно открывать проход для жидкости при достижении в капсуле порогового давления.
Выходящая из капсулы жидкость также может быть отфильтрована с помощью расположенного в капсуле фильтрующего средства. Такая конструкция имеет много преимуществ, так как устройство упрощается, а фильтр не требует очистки, поскольку выбрасывается вместе с капсулой.
Изобретение также относится к одноразовой капсуле для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в капсуле пищевого вещества путем введения в капсулу воды и пропускания этой воды через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения во время центрифугирования, при этом капсула содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку и присоединенную к ним расширяющуюся боковую стенку, а также полость с заданным количеством пищевого вещества.
Предпочтительно расширяющаяся боковая стенка образует относительно верхней стенки угол С менее 80°. В частности, расширяющаяся боковая стенка образует относительно верхней стенки угол С от 50° до 70°, а более предпочтительно около 60°.
Такой угол расширения боковой стенки обеспечивает выход жидкого экстракта из капсулы на выходной ее стороне, то есть на кольцевом периферийном участке верхней стенки капсулы. В частности, угол около 60° показал замечательные результаты, в то время как при угле в 85° кофе из капсулы не выходил.
Предпочтительно на верхней стенке имеется область выхода, предназначенную для открывания с целью выпуска напитка. В частности, область выхода может быть первой выделенной периферийной областью указанной стенки.
Верхняя стенка может также содержать вторую область, центральную, которая предназначена для прокалывания средством впуска воды. Например, центральная область является круглой зоной прокалываемой мембраны. За пределами указанных первой и второй областей верхняя стенка прокалываться не может. Для этого под стенкой может быть расположена внутренняя часть в виде крышки или тарелки, предназначенная для ее упрочения и предотвращения случайного прокалывания верхней стенки, например мембраны, внешним прокалывающим средством.
В частности, периферийная область выхода является частью мембраны, прокалываемой с целью образования выходных отверстий для напитка. Количество проколотых выходных отверстий может быть от 1 до 20, предпочтительно от 3 до 10 выходных отверстий. Мембрана имеет важное преимущество, заключающееся в том, что она дает большую степень свободы в создании впускных отверстий для воды и выходных отверстий для жидкости в подходящих местах и в подходящих количествах.
С целью фильтрования центрифугируемой жидкости перед ее проходом через выходные отверстия (например, проколотые) в капсулу помещают фильтрующую часть, разделяющую полость, содержащую вещество, и полость для сбора центрифугируемой жидкости.
Чтобы способствовать выходу жидкости из капсулы фильтрующая часть может быть наклонена относительно расширяющейся боковой стенки. В частности, для увеличения площади фильтрования фильтрующая часть может проходить по всей ширине камеры. Например, фильтрующая часть может быть по существу цилиндрической. В частности, фильтрующая часть может выступать из внутренней крышки капсулы и составлять единое целое с указанной крышкой. Капсула может состоять из нескольких частей или может быть выполнена более простым и экономичным образом. В другом варианте осуществления изобретения фильтрующая часть расположена по существу параллельно верхней стенке. В этом случае фильтрующая часть расположена с небольшим зазором относительно верхней стенки. Таким образом, капсула может быть более компактной и может более оптимально вмещать вещество.
Предпочтительно под периферийной областью выхода из капсулы имеется накопительная полость.
Более предпочтительно поверхности верхней и нижней стенок имеют по существу форму круга, поэтому капсула, являясь телом вращения относительно центральной оси, может вставляться в устройство для приготовления напитков с целью центрифугирования при вращении вокруг его оси.
Верхняя поверхность может быть образована прокалываемой мембраной. Нижняя поверхность может быть дном чашеобразного корпуса, который также содержит боковую стенку и ободок наподобие фланца, к которому приваривается прокалываемая мембрана. Предпочтительно чашеобразный корпус изготавливается из алюминия и/или пластмассы.
Предпочтительно полость капсулы лишь частично заполняется веществом, чтобы обеспечить его перемещение к периферийной стенке капсулы при центрифугировании. Для сохранения свежести вещества свободный объем в камере капсулы, по меньшей мере частично, предпочтительно заполнен защитной газовой средой. Подходящей защитной газовой средой является, например, азот. Свободный объем также может быть частично занят газом, выделившимся из вещества после его дегазации в капсуле. В случае молотого кофе такой газ может быть диоксидом углерода.
Предпочтительно капсула содержит внутренний участок фильтра, расположенный по периферии полости капсулы. Внутренний участок фильтра может представлять собой внутреннюю перфорированную крышку и/или участок пористого материала. Чашеобразный корпус и внутренняя крышка ограничивают полость капсулы. Предпочтительно перфорированная крышка имеет периферийный участок с рядом радиальных щелей. Внутри капсулы на некотором расстоянии от верхней стенки может быть расположена полоса пористого материала. Например, перфорированный участок крышки или участок полосы пористого материала могут быть расположены на расстоянии нескольких миллиметров, например 1-5 мм от верхней стенки. Они могут быть расположены параллельно верхней стенке или наклонно (например, под углом в 90°) относительно верхней стенки. Упомянутые участки не параллельны расширяющейся боковой стенке и образует с ней угол более 15°, предпочтительно более 45°. В другом варианте осуществления изобретения фильтр может быть частью устройства или может быть образован прокалываемой мембраной и прокалывающими элементами.
Капсула может также иметь накопительную полость, образующую кольцевую камеру под прокалываемой мембраной. Накопительная полость предназначена для сбора центрифугируемой жидкости, проходящей через фильтрующий участок. Накопительная полость может иметь глубину в несколько миллиметров, например 1-5 мм и ширину в несколько миллиметров, например 1-5 мм. Эта полость также обеспечивает наличие пространства для расположения в капсуле элементов, прокалывающих выходные отверстия.
Капсула может содержать центральный трубчатый элемент, выступающий от верхней крышки в сторону нижней части камеры и предназначенный для ввода воды в капсулу. Предпочтительно центральный трубчатый элемент имеет участок, увеличивающийся к нижней части для того, чтобы вода под действием центробежных сил могла двигаться к камере.
Изобретение также относится к одноразовой капсуле для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в капсуле пищевого вещества путем введения в капсулу воды и пропускания ее через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения во время центрифугирования. Капсула содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку и присоединенную к ним расширяющуюся боковую стенку, а также полость с заданным количеством пищевого вещества, при этом на верхней стенке капсулы имеется содержит периферийную область для выпуска жидкости.
Изобретение также относится к одноразовой капсуле для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в капсуле пищевого вещества путем введения в капсулу воды и пропускания ее через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения во время центрифугирования. Эта капсула содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку и присоединенную к ним расширяющуюся боковую стенку, а также полость с заданным количеством пищевого вещества, причем боковая стенка выполнена цилиндрической, а по меньшей мере один ее участок образует выходную сторону капсулы для выпуска центрифугируемой жидкости, при этом капсула также содержит средство ее закупоривания газонепроницаемым образом.
Цилиндрическая боковая стенка капсулы является твердой и предназначена для прокалывания внешним прокалывающим средством. В этом случае верхняя, нижняя и боковая стенки соединены газонепроницаемым образом.
В другом варианте осуществления изобретения по периметру цилиндрической боковой стенки распределены выходные отверстия, а также имеется закупоривающее средство, например мембрана, которая закрывает отверстия газонепроницаемым образом. Предпочтительно выходные отверстия выполнены в области поперечной центральной плоскости боковой стенки.
На боковой стенке капсулы может быть расположено фильтрующее средство для фильтрования центрифугируемой жидкости перед ее проходом через выходные отверстия.
Термин «цилиндрический» означает, что боковая стенка образует трубу круглого сечения и составляет с верхней стенки капсулы угол 90° с допуском ±5°.
Кроме того, изобретение также относится к одноразовой капсуле для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в капсуле пищевого вещества путем введения в капсулу воды и пропускания ее через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения во время центрифугирования. Эта капсула содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку и присоединенную к ним боковую стенку, а также полость с заданным количеством пищевого вещества, при этом боковая стенка в сечении имеет выпуклую форму, расширяющуюся от места ее соединения с верхней и нижней стенками к поперечной средней плоскости капсулы, причем по меньшей мере один участок боковой стенки образует область выпуска для выхода центрифугируемой жидкости.
В частности, боковая стенка может быть образована двумя усеченными участками стенок, большие основания которых, направленные в сторону центральной поперечной плоскости капсулы, соединены между собой.
В еще одном варианте осуществления изобретения боковая стенка имеет по существу выпуклое криволинейное сечение, например параболическое, овальное или полукруглое.
В другом варианте осуществления изобретения боковая стенка имеет ступенчатое сечение.
В этих вариантах осуществления изобретения выходная область капсулы предпочтительно расположена в области верхней точки выпуклого сечения боковой стенки.
Предпочтительно угол между каждым усеченным участком и верхней или нижней стенкой в зоне их соединения составляет менее 85°.
На боковой стенке капсулы может быть расположено фильтрующее средство для фильтрования центрифугируемой жидкости перед ее выпуском через выходные отверстия. Предпочтительно в центральной поперечной плоскости капсулы фильтр отделен от боковой стенки. Фильтр может быть цилиндрическим, проходящим от верхней стенки до нижней.
Еще одним объектом изобретения является капсула для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в капсуле пищевого вещества путем введения в капсулу воды и пропускания ее через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения во время центрифугирования. Эта капсула содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку, присоединенную к ним боковую стенку, полость с заданным количеством пищевого вещества, а также два ограничивающих элемента, соединяемых по закупоривающему ободу, выполненному с возможностью раскрытия под действием давления жидкости по поверхности раздела между этими двумя элементами.
Одним из преимуществ такого выполнения капсулы является то, что закрытая капсула может быть открыта без вмешательства пользователя. Другое преимущество состоит в том, что раскрытие может производиться с задержкой, тем самым улучшая взаимодействие вещества, например молотого кофе, с водой в капсуле. Кроме того, капсула может закупориваться газонепроницаемым образом и содержать в себе защитный газ, предназначенный для улучшения свежести вещества в капсуле.
В частности, два ограничивающих элемента могут быть двумя половинами, соединенными сваркой по центральной поперечной плоскости. Таким образом, капсула может быть симметричной относительно центральной плоскости, и поэтому может использоваться в двух возможных ориентациях. В этом отношении можно отметить, что термины, «верхний» и «нижний» с практической точки зрения служат для описательных целей и объема изобретения не сужают.
Эти два элемента могут быть выполнены из мягкой фольги и скреплены термической или ультразвуковой сваркой по фланцу обода. Таким образом, закупоривающий обод может разламываться или расслаиваться под действием давления жидкости, которая центрифугируется в направлении указанного обода. Его раскрытие под давлением жидкости позволяет регулировать время пребывания жидкости в капсуле и, следовательно, улучшает взаимодействие воды и вещества в капсуле. Время задержки может зависеть от закупоривающего материала на закупоривающем ободе, а также оно зависит от рабочих параметров системы (то есть скорости вращения, количества воды).
Следует отметить, что закупоривающий обод может также раскрываться находящимся под давлением потоком, который не является жидкостью, таким как газ под давлением. Продувка струей газа может быть проведена перед операцией центрифугирования для раскрытия выходных отверстий.
Изобретение относится также к способу приготовления пищевой жидкости из содержащегося в капсуле пищевого вещества путем введения в капсулу воды и прохождения ее через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения во время центрифугирования, при этом капсула содержит два ограничивающих элемента, соединенных по закупоривающему ободу, и является вставляемой в центробежное устройство для приготовления напитков, причем закупоривающий обод капсулы выполнен с возможностью раскрытия под действием давления жидкости по поверхности раздела между этими двумя элементами.
Согласно способу давление жидкости обеспечивается центрифугируемой жидкостью.
Согласно способу закупоривающий обод разламывается и/или расслаивается для получения выходного (выходных) отверстия (отверстий) для выпуска жидкости.
Закупоривающий обод может раскрываться так, чтобы образовывать отдельные выходные отверстия или, наоборот, непрерывную периферийную щель.
Раскрытие выходных отверстий предпочтительно контролируется зацепляющими поверхностями устройства, которые отделены от обода регулируемым зазором.
Термин «пищевая жидкость» имеет здесь широкое толкование и охватывает кулинарные жидкости, такие как суп или соус, жидкости для питья, такие как экстракт кофе (полученный из молотого и/или быстрорастворимого кофе), жидкий шоколад, молоко (полученное из порошка и/или жидкого концентрата), экстракт чая (полученный из растворимого и/или листового чая) и т.д., или же питательные жидкости, такие как смесь для питания младенцев, а также их комбинации.
Капсула согласно изобретению имеет много преимуществ по сравнению с известными «открытыми» центробежными устройствами, в частности она обеспечивает:
- более высокое качество получаемой жидкости за счет хранения вещества в капсуле в защитных условиях;
- большее постоянство качества получаемой жидкости;
- получение пенки на кофе лучшего качества (более устойчивая),
- большее разнообразие напитков благодаря возможности приспосабливать технологию изготовления капсулы к получаемой жидкости и/или веществу в капсуле,
- большее удобство в работе,
- большую чистоту при функционировании.
Термины «приготовление напитка» или «приготовленный напиток» не должны восприниматься в узком смысле экстрагирования жидкости под давлением из не растворимого полностью вещества (такого как молотый кофе или листовой чай), но должны употребляться в более широком смысле как способы, охватывающие взаимодействия пищевого вещества и жидкости, предпочтительно воды, включая способы экстракции, настаивания, адсорбции, растворения, разбавления, диспергирования, смешивания, эмульгирования, вспенивания и т.п.
Термин «прокалывание» должен восприниматься в его широком понимании, как включающий механическое и/или тепловое воздействие для образования сквозного отверстия в стенке капсулы.
«Экстракционный выход» отражает эффективность экстрагирования и определяется как общая масса сухих веществ в жидком экстракте, поделенная на общую массу исходных кофейных ингредиентов в капсуле (например, жареного и молотого кофе). Обычно эта величина выражается в процентах.
Средняя величина частиц «D4,3» представляет средний объемный диаметр частиц молотого кофе, полученный методом лазерно-дифракционного анализа с использованием оптического измерительного прибора Malvern® и бутанола в качестве диспергирующего агента для частиц.
Более подробно изобретение представлено со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 показана капсула согласно изобретению, вид в перспективе сверху;
на фиг.2 - то же, вид в перспективе снизу;
на фиг.3 - капсула согласно изобретению, вид в сечении;
на фиг.4 - капсула согласно изобретению со снятой закупоривающей фольгой, вид в перспективе;
на фиг.5 - крышка капсулы согласно изобретению, вид в перспективе сверху;
на фиг.6 - то же, вид в перспективе снизу;
на фиг.7 - устройство для получения напитков согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг.8 - модуль для получения напитков в открытом состоянии, вид в перспективе;
на фиг.9 - разрез по линии А-А на фиг.8;
на фиг.10 - фрагмент изображения на фиг.9 в увеличенном масштабе;
на фиг.11 - узел впрыска воды модуля, изображенного на фиг.9 и 10;
на фиг.12 - другой вариант выполнения модуля, показанного на фиг.9;
на фиг.13 - фрагмент изображения на фиг.12 в увеличенном масштабе;
на фиг.14 - один из вариантов выполнения капсулы согласно изобретению, вид в сечении;
на фиг.15 - крышка капсулы, изображенной на фиг.14, вид в перспективе снизу;
на фиг.16 - пустая капсула согласно другому варианту осуществления изобретения, вид в перспективе в сечении;
на фиг.17 - капсула, изображенная на фиг.16, вид в сечении;
на фиг.18 - капсула согласно еще одному варианту осуществления изобретения, вид в сечении;
на фиг.19 - капсула согласно еще одному варианту осуществления изобретения с удаленной для большей наглядности верхней закупоривающей мембраной, вид в перспективе в сечении;
на фиг.20 - цилиндрическая капсула, вид в сечении;
на фиг.21 - капсула с V-образной боковой стенкой, вид в сечении;
на фиг.22 - капсула с U-образной боковой стенкой, вид в сечении;
на фиг.23 - часть капсулы, показанной на фиг.22, в процессе центрифугирования в устройстве для приготовления напитков;
на фиг.24 - часть показанной на фиг.22 капсулы, вид вдоль направления А на фиг.23;
на фиг.25 - показанная на фиг.22-24 капсула в процессе центрифугирования, вид сверху.
Как показано на фиг.1 и 2, капсула 1 согласно изобретению содержит чашеобразный корпус 2, закрытый закупоривающей фольгой 3. Закупоривающая фольга 3 прикреплена к периферийной кромке 4 кольцевого участка 5 корпуса. Кромка 4 может выступать за пределы корпуса, образуя небольшой кольцевой участок шириной, например, около 2-5 мм. Чашеобразный корпус содержит дно 6 и боковую стенку 7, которая предпочтительно расширяется в направлении большого открытого основания корпуса, противоположного дну. Предпочтительно чашеобразный корпус является жестким или полужестким. Он может быть выполнен из пластмассы, пригодной для пищевых продуктов, например полипропилена, с газонепроницаемым слоем из, например, сополимер этилена и винилового спирта и другого подобного материала, или из алюминиевого сплава или составного материала из пластмассы и алюминиевого сплава. Закупоривающая фольга 3 может быть изготовлена из более тонкого материала, такого как слоистая пластмасса, также включающего барьерный слой или алюминиевый сплав, или комбинацию пластмассы и алюминиевого сплава. Толщину закупоривающей фольги обычно составляет от 50 до 250 мкм. Закупоривающий элемент из фольги может быть проколот, чтобы получить впускное отверстия для воды и выходное (выходные) отверстие (отверстия) для напитка, как описано далее.
В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.3-6, капсула содержит внутренний элемент, образующий крышку 8, вставленную в чашеобразный корпус. Крышка 8 и корпус 2 образуют внутреннюю полость 14 для пищевого продукта 22. Предпочтительно центральная ось А является осью симметрии капсулы. Однако сечение капсулы не обязательно является круглым, оно может иметь и другую форму, например форму квадрата или многоугольника. На фиг.5 и 6 показана крышка 8, которая может представлять собой пластмассовый диск, содержащий центральный участок 9 и периферийный участок 10. Центральный участок может быть по существу плоским и иметь впускное отверстие 11, обеспечивающее введение средства впрыска воды устройства для приготовления напитков. С внутренней стороны 12 крышки впускное отверстие может быть продолжено трубчатым входным участком 13, направляющим воду к дну корпуса. Этот трубчатый входной участок обеспечивает полное смачивание находящегося в камере вещества и снижает тем самым риск сохранения, например, «пятен сухого порошка». Предпочтительно впускное отверстие закрыто разрушаемой или прокалываемой закупоривающей частью 15. Эта часть не допускает заполнения содержащимся в камере веществом промежутка между верхней поверхностью крышки и закупоривающей фольгой. Крышка, кроме того, содержит периферийный участок 10 с накопительной выемкой 16. Накопительная выемка в сечении имеет U-образную форму, открытую в направлении закупоривающей фольги (фиг.3). Предпочтительно выемка проходит непрерывно по периметру крышки, хотя она может быть заменена несколькими несплошными углубленными участками, которые могут разделяться, например, усиливающими элементами или стенками. Накопительная выемка содержит внутренний периферийный участок стенки 17, в котором выполнен ряд выходных отверстий 18 для сообщения по жидкости камеры 14 с накопительной выемкой 16.
Предпочтительно капсула имеет такие размеры, что образует оптимальную приемную емкость, в которой жидкость может под действием центробежных сил перемещаться от центральной оси к периферийному участку 17. В частности, верхняя стенка, образованная закупоривающей мембраной 3, имеет ширину W1, которая превышает ширину W2 дна 6 капсулы. Например, ширина W1 составляет от 1,2 до 2 величин ширины W2, наиболее предпочтительно от 1,3 до 1,8. Расстояние Т между верхней стенкой и дном предпочтительно составляет от 0,15 до 1,0 ширины W1. Например, камера капсулы имеет верхнюю стенку с диаметром W1 от 50 до 120 мм, нижнюю стенку с диметром W2 от 30 до 80 мм и толщину Т от 10 до 50 мм. Угол С расширяющейся боковой стенки относительно верхней стенки предпочтительно составляет меньше 80°, предпочтительно от 50° до 70°.
Выходные отверстия также обеспечивают ограничение потока центрифугируемой жидкости в камере. Центрифугируемая жидкость вынуждена проходить через отверстия, размеры которых могут устанавливаться в зависимости от типа приготавливаемого напитка. Например, для экстракта кофе «эспрессо» или «ристретто» предпочтительны более мелкие отверстия, чем для кофе «лунго» или «американо». При одинаковой частоте вращения более мелкие отверстия обеспечивают более высокое сопротивление центрифугируемой жидкости, которая в результате остается в капсуле более длительное время. Как следствие, взаимодействие между водой и кофейными частицами оказывается более интенсивным и жидкость может в большей степени насытиться сухими веществами кофе.
Как показано в этом примере, отверстия могут быть щелями или отверстиями, распределенными по внутреннему периферийному участку стенки 17. Например, количество щелей может быть от 5 до 200, предпочтительно от 10 до 100. Предпочтительно ширина этих щелей меньше среднестатистического размера частиц вещества. Например, для молотого кофе ширина щели не превышает 500 мкм, предпочтительно менее 400 мкм, наиболее предпочтительно от 50 до 200 мкм. В случае необходимости щели могут быть расположены на центральном участке 9 или на дне выемки 16. Щели могут быть заменены отверстиями круглого сечения, диаметр которых меньше среднестатистического размера частиц вещества.
Накопительная выемка 16 образует периферийную кольцевую канавку небольшой глубины, например, от 2 до 10 мм, обеспечивающую возможность введения прокалывающих элементов через закупоривающую фольгу с целью образования выходных отверстий для приготовленной жидкости, получаемой в капсуле, как описано далее. Накопительная выемка открыта вверх по направлению к закупоривающей мембране, которая ее закрывает. Кроме того, накопительная выемка 16 содержит внешний периферийный участок 19, образующий кромку, опирающуюся на посадочный участок 20 чашеобразного корпуса. Внешний участок 19 может соединяться с посадочным участком 20 посредством достаточно плотного зацепления. Для обеспечения дополнительного закупоривания, предохраняющего от возможного попадания жидкости в пространство между крышкой и внутренней поверхностью корпуса капсулы, от выемки может выступать дополнительный закупоривающий участок 21, проходящий по внутренней поверхности боковой стенки корпуса в направлении дна чашеобразного корпуса. Разумеется, углубленное накопительное средство может иметь различные формы. Например, выемка 16 может быть образована крышкой 8 и боковой стенкой 7 чашеобразного корпуса (как показано на фиг.13). В этом случае внешний периферийный участок 19 может отсутствовать.
Ряд выходных отверстий, например щели 18, предпочтительно расположены на расширяющейся относительно центральной оси А части полости или рядом с ней. Поэтому центрифугируемая жидкость будет стремиться проходить вдоль внутренней поверхности боковой стенки корпуса вплоть до внутренней стороны 12 крышки и затем выходить сквозь щели. Крышка 8 полностью закрыта закупоривающей фольгой 3, когда та наклеена на кромку чашеобразного корпуса. Закупоривающая фольга также может закрывать только накопительную выемку, включая область щелей.
Крышка 8 может быть жестким или полужестким элементом, изготовленным из пластмассы горячим формованием или литьем под давлением. Однако эта часть может также изготавливаться в виде гибкой мембраны, прикрепляемой к внутренней поверхности чашеобразного корпуса.
Кроме того, в полости напротив внутренней поверхности 12 крышки может быть расположена фильтрующая стенка. Фильтрующая стенка может обеспечивать улучшенную фильтрацию, например, для вещества с малым размером частиц или для задержки выпуска центрифугируемой жидкости из камеры, создавая более значительный перепад давления. Фильтрующая стенка может представлять собой бумажный фильтр или тонкую полимерную пленку, наклеенную на поверхность 12 крышки.
Крышка может просто вставляться в чашеобразный корпус или закрепляться с помощью любого средства соединения, например, посредством ультразвуковой сварки.
На фиг.7 и 8 показана система, содержащая капсулу и устройство для приготовления напитков.
Система содержит капсулу 1 и устройство 23 для приготовления напитков. Устройство имеет модуль 24, в который может быть вставлена капсула. Капсула содержит пищевое вещество, используемое для приготовления напитка, причем после использования капсула удаляется из модуля для утилизации (например, в отходы или на переработку органического и неорганического сырья). Модуль 24 сообщен по жидкости с источником воды, например с резервуаром 25. В системе 27 циркуляции жидкости между модулем и источником воды имеется устройство для подачи жидкости, например насос 26. Кроме того, в системе циркуляции жидкости имеется водонагреватель 28, предназначенный для подогрева воды до ее поступления в модуль. Водонагреватель может быть введен в систему циркуляции жидкости для нагревания свежей воды, поступающей из резервуара или, как вариант, может находиться в резервуаре для воды, который в этом случае становится водогрейным котлом. Разумеется, вода также может поступать непосредственно из водопровода через соединение с водопроводным краном.
Вода может подаваться в модуль 24 для приготовления напитка под низким давлением или даже под действием силы тяжести. Например, на входе в модуль давление воды может превышать атмосферное давление на 0-2 бар. Например, водяной насос может обеспечивать давление воды и интенсивность подачи, достаточную, для обеспечения непрерывного потока воды (то есть без снижения расхода вследствие откачивающего эффекта центрифуги в капсуле) при рабочих скоростях вращения во время центрифугирования. При использовании нагнетательного насоса, например поршневого, вода может также подаваться и при давлении, превышающем 2 бар.
Модуль 24 для приготовления напитков может содержать два основных заключающих в себе капсулу узла 29 и 30, содержащих узел впрыска воды или инжекционную головку и узел получения жидкости, содержащий держатель капсулы. Эти два узла образуют средства установки и центрирования капсулы в устройстве.
Эти два узла соединены друг с другом соединительной системой 31 байонетного типа. Узел 30 получения жидкости содержит трубку 32, выступающую, например, со стороны этого узла и предназначенную для отвода выходящей из капсулы центрифугируемой жидкости в приемную емкость, такую как чашка или стакан. Как показано на фиг.8, трубка для отвода жидкости сообщена с накопителем 33 жидкости, образующим кольцевую U- или V-образную полость 63, расположенную рядом с держателем капсулы, образованным вращающимся барабаном 34, в который вставляется капсула. Накопитель жидкости и барабан образуют промежуточную полость 63, предназначенную для сбора жидкости, как будет описано далее. Ниже узла 30 получения жидкости расположен привод вмещающего капсулу барабана 34 во вращение внутри узла. Предпочтительно привод содержит двигатель 40, который может питаться от источника электричества или может быть газовым двигателем.
Узел впрыска воды содержит сторону впуска воды, имеющую впускное отверстие 35, сообщенное с системой 27 циркуляции воды.
Как показано на фиг.9 и 10, вращающийся барабан 34 выполнен в виде полого держателя капсулы, внутренняя полость 36 которого имеет ответную капсуле форму. Вращающийся барабан 34 в осевом направлении продолжается вращающимся валом 37, установленным с возможностью вращения относительно внешнего основания 38 накопителя 33 жидкости с помощью средства направления вращения 39, такого как шариковый или игольчатый подшипник. Таким образом, вращающийся барабан имеет возможность вращения вокруг центральной оси I, а внешнее основание 38 накопителя является неподвижным относительно устройства. Накопитель 33 жидкости может быть прикреплен к корпусу 43 двигателя, например, болтами 44. В месте стыковки вращающегося вала 37 барабана и вала 42 двигателя 40 установлена механическая муфта 41.
Как показано на фиг.10 и 11, узел 29 впрыска воды содержит центрально расположенное средство 45 впрыска воды, установленное неподвижно относительно продольной оси I устройства. Средство впрыска воды содержит центральный трубчатый элемент 46 для подачи воды от впускного отверстия 35 к выходному отверстию 47, причем центральный трубчатый элемент 46 выступает внутрь камеры 14 капсулы. Выходное отверстие для воды образовано прокалывающим средством 48, таким как заостренный конец трубки, выполненный с возможностью прокалывания отверстия в закупоривающей капсулу фольге и в разрушаемой части трубчатого впускного отверстия 13 крышки.
Вокруг средства впрыска воды установлена вращающаяся зацепляющая часть 49. Зацепляющая часть 49 имеет центральное отверстие, предназначенное для вмещения средства впрыска воды и средства направления вращения, такого как шариковый или игольчатый подшипник 50, установленный между частью 49 и средством 45 впрыска. Зацепляющая часть, кроме того, содержит элементы 51, 52, 53, 54, прокалывающие выходные отверстия и выступающие из зацепляющей стенки 55, имеющей форму диска. Прокалывающие элементы могут быть небольшими цилиндрическими участками с наклонной режущей поверхностью, способные прорезать или прокалывать мелкие отверстия в закупоривающей фольге 3 капсулы. Предпочтительно прокалывающие элементы равномерно распределены по периферии стенки 55 для образования в капсуле нескольких отверстий, обеспечивающих выход центрифугируемой жидкости из капсулы в несколько потоков. Кроме того, средство 45 впрыска воды может быть вращающимся элементом, соединенным с капсулой. В этом случае средство впрыска воды может быть прикреплено к вращающейся части 49, и эти две части могут совместно вращаться вокруг оси I.
Согласно изобретению узел 29 впрыска воды содержит также клапанную систему 56 для управления потоком выходящей из устройства жидкости. Клапанная система 56 может быть установлена на зацепляющей части 49 в виде кольцевого участка 57 зацепления, который смещается под действием упругого средства 58, например пружины. Кольцевой участок 57 зацепления содержит прижимную периферийную поверхность 59, которая под действием упругого средства прикладывает запирающее усилие к периферийной кромке 4 капсулы для ограничения потока жидкости. Поверхность 59 может иметь конусную или V-образную форму для усиления давления на локализованном участке. Участок 57 зацепления, кроме того, содержит внутреннюю опорную часть 60. Таким образом, упругое средство 58 установлено между опорной частью 60 и противодействующим участком 61 зацепляющей части 49. В исходном положении участок 57 зацепления клапанной системы под сдавливающим действием упругого средства 58 остается запертым по кромке капсулы.
Узел 29 зацепления капсулы может также содержать трубчатый участок 62, выступающий во внутреннюю кольцевую полость 63 узла 30 получения жидкости, когда эти два узла заперты относительно друг друга вокруг капсулы. Этот трубчатый участок 62 образует отражательную стенку для центрифугируемой жидкости, которая под давлением проходит через клапанную систему. Предпочтительно участок 62 неподвижно расположен на узле 29. Узел, кроме того, содержит захватную часть 64, облегчающую его присоединение к узлу 30 получения жидкости. Для удобства захватная часть 64 может иметь рифление. Захватная часть может быть закреплена на неподвижном основании узла 29 винтами 67. Захватная часть может быть заменена рычагом или другим подобным средством.
Как уже упоминалось, для соединения узлов 29, 30 между собой имеется средство соединения. Например, на стороне трубчатой поверхности узла 29 впрыска воды имеются небольшие штифты 65, которые могут входить в зацепление с боковыми запирающими вырезами 66 на трубчатой поверхности узла 30 получения жидкости. Таким образом, между этими двумя узлами может быть осуществлено соединение угловым вращательным или винтообразным закупоривающим движением, обеспечивающим возможность зацепления штифтов с продолговатыми вырезами 66. Разумеется, вместо байонетного соединения может быть другое средство соединения, например резьбовое или средство закупоривания посредством поступательного движения.
Система согласно изобретению работает следующим образом.
Устройство для капсул открывается перемещением двух узлов 29, 30 относительно друг друга, например, отсоединением байонетного соединения и разделением двух узлов 30 и 29. В результате одноразовая закупоренная капсула 1, содержащая пищевое вещество, например молотый жареный кофе, может быть вставлена в устройство, то есть расположена в полости вращающегося барабана 36. Помещаемая в устройство капсула закрыта газонепроницаемой закупоривающей фольгой 3. Устройство затем закрывается узлом 29, вновь присоединяемым к узлу 30, и запирается соединяющим средством. В закрытом устройстве капсула открывается средством впрыска воды, которое прокалывает закупоривающую фольгу капсулы и вводится внутрь капсулы через впускное отверстие 35. В это же время на периферии закупоривающей фольги прокалывающими элементами 51-54 прокалывается несколько выходных отверстий для жидкости. Таким образом, через центральное средство 45 впрыска воды в капсулу может вводиться вода. В узлах впрыска могут быть выполнены вентиляционные отверстия для обеспечения возможности выхода из капсулы газа во время введения в нее воды. Капсула может быть приведена во вращение двигателем 40. Процесс центрифугирования может быть начат одновременно с началом впрыска вводимой в капсулу воды или немного до или после начала впрыска воды.
Например, в случае приготовления напитка из молотого кофе перед началом процесса центрифугирования, выполняемого посредством вращения капсулы, предпочтительно выждать несколько секунд, в течение которых вода заполняет капсулу. Благодаря этому вода сможет должным образом проникнуть в кофе до центрифугирования жидкости, тем самым предотвращая образование областей, остающихся в данной порции кофе сухими. Центрифугирование выполняется вращением капсулы вокруг центральной оси I вращения устройства, которая предпочтительно соосна центральной оси капсулы. Скорость вращения предпочтительно составляет от 1000 до 12000 об/мин, более предпочтительно от 1500 до 9000 об/мин. В устройстве иметься блок управления, регулирующий скорость вращения в зависимости от приготавливаемой жидкости и/или находящегося в капсуле вещества. Чем выше скорость вращения, тем большее давление жидкости действует на периферийную стенку капсулы и тем больше уплотняется вещество на боковой стенке капсулы. Важно заметить, что более высокие скорости вращения способствуют приготовлению экстракта кофе, содержащего меньшее количество сухого вещества, так как время пребывания жидкости в слое кофе оказывается коротким. Более низкие скорости вращения обеспечивают получение более крепкого кофе (в отношении содержания сухого вещества кофе), так как время пребывания жидкости в капсуле оказывается более длительным. Приготовление напитка происходит в капсуле с помощью проходящей через вещество воды, обеспечивающей экстракцию или частичное, либо полное диспергирование или растворение вещества. В результате центрифугируемая жидкость может проходить через множество выходных отверстий 18 капсулы, например через крышку 8.
Под действием центробежных сил вещество, такое как кофейный порошок, стремится уплотняться в радиальном направлении в сторону периферийных стенок 7, 17 в полости капсулы, а вода при этом стремится к прохождению через это вещество. В результате вещество оказывается одновременно уплотненным и хорошо смоченным водой. Благодаря высокой скорости вращения капсулы центробежные силы равномерно воздействуют на массу вещества, следовательно, распределение воды также становится более однородным по сравнению с обычными способами, использующими для создания давления в капсуле нагнетательные насосы. В результате уменьшается риск возникновения преимущественных путей протекания через вещество, которые могут приводить к образованию областей, не смоченных должным образом и, вследствие этого, не подвергающихся надлежащей обработке или растворению. В случае порошка молотого кофе жидкость, которая достигает внутренней боковой стенки капсулы, оказывается жидким экстрактом. Затем этот жидкий экстракт перетекает вверх по внутренней стороне боковой стенки капсулы. Размеры выходных отверстий 18 в камере устанавливаются в зависимости от находящегося в капсуле вещества. Мелкие отверстия, такие как щели небольшой ширины или отверстия малого диаметра, обеспечивают фильтрацию, удерживая твердые частицы в полости капсулы и позволяя проходить через отверстия только жидкому экстракту. Эти отверстия могут также образовывать достаточные тонкие сужения для создания усилий сдвига и образования вследствие этого пены.
Некоторое количество содержащегося в капсуле газа может оказаться захваченным в жидкости и вследствие сброса давления после ограничения потока газ образует в жидкости множество мелких пузырьков. Клапанная система 56 устройства может начать открываться по мере роста на клапане давления жидкости, выходящей из капсулы. Управляя с помощью клапанной системы временем задержки открывания, можно обеспечить достаточное взаимодействие между водой и содержащимся в капсуле веществом. Эта регулируемая задержка зависит от различных параметров, таких как скорость вращения, усилие упругого средства (то есть жесткость пружины), перепад давлений, создаваемый веществом, размер выходных отверстий и т.д. Открытие клапанной системы производится прижимной поверхностью 59 клапанной системы, приподнимающейся по мере того, как возрастает давление жидкости на ее внутренней поверхности. Следует отметить, что кромка капсулы также может быть по существу гибкой, чтобы деформироваться под действием давления жидкости. В результате относительное перемещение прижимной поверхности и капсулы создает небольшой проход, позволяющий жидкости выходить из небольшого промежутка перед клапанной системой. При относительно высоких скоростях вращения может образовываться струя жидкости, которая сталкивается с внутренней поверхностью участка 62. Жидкость начинает наполнять полость 68 узла получения жидкости и может вытекать через трубку 32 для выпуска жидкости, чтобы собираться в расположенной внизу чашке или стакане.
На фиг.12 и 13 показан другой вариант осуществления изобретения, при этом для обозначения одних и тех же или подобных элементов использована одинаковая нумерация позиций. В этом варианте осуществления изобретения клапанная система 56 характеризуется тем, что упругое средство является уплотнительным кольцом 69 из упругой резины, вставленным между сдавливающей поверхностью 59 и неподвижным участком 61 узла 29 впрыска воды. Уплотнительное кольцо расположено между двумя вогнутыми участками 70, 71 клапанной системы. В процессе приготовления напитка давление жидкости в капсуле стремится приподнять сдавливающую поверхность 59 для образования прохода между кромкой 4 капсулы и сдавливающей поверхностью. Сдавливающая поверхность может иметь острый кончик, способный создавать концентрацию сил на кромке. Разумеется, упругое средство и сдавливающий участок могут быть одним элементом. Например, сдавливающий участок может быть изготовлен из упругого резинового материала.
Как показано на фиг.12 или 13, средство впрыска воды может представлять собой выполненное в капсуле простое впускное отверстие без прокалывающего средства. В этом случае капсула предварительно вскрывается до введения в устройство, то есть закупоривающая фольга прикреплена к кромке корпуса с возможностью отслаивания для обеспечения возможности ее снятия. Как вариант, перед установкой капсулы в устройство в фольге прокалывается центральное отверстие. Кроме того, с помощью водонепроницаемого закупоривающего средства 72, которое прикладывает некоторое обеспечивающее водонепроницаемость закупоривающее давление к верхней стороне капсулы, может быть выполнено герметичное зацепление со средством впрыска воды. Благодаря этому предотвращается просачивание воды по верхней стороне капсулы и протекание ее в обход капсулы с прямым выходом через выходное отверстие.
Капсула согласно изобретению может иметь и другие варианты выполнения, такие как показаны на фиг.14 и 15. В основном конструкция капсулы такая же, как и в предыдущих вариантах выполнения, за исключением того, что выходные отверстия образованы фильтровальной бумагой, тканым или нетканым участком или другой ячеистой или пористой мембраной 72. Таким образом, крышка 8, которая вставляется в чашеобразный корпус 2, содержит проходящую по кругу ленту из пористого материала. Пористый материал обеспечивает ограничение потока, создавая некоторый перепад давления, например от 0,5 до 4 бар, и приводит к фильтрованию твердых частиц. В частности, размер пор материала может быть выбран таким, чтобы удерживать также мелкие частицы кофе, то есть частицы с размерами не более 90 мкм. Предпочтительно пористость должна быть менее 200 мкм, например от 2 до 200 мкм. Также, когда общая площадь поверхности пор пористой ленты оказывается менее 50% общей площади поверхности ленты, создается перепад давления. Бумага, ткань, ячеистый или пористый материал могут быть образованы из ленты или лент, которые могут быть приварены или иным образом соединены с крышкой. Лента может иметь ширину, например, от 0,5 до 2 см. Кроме того, крышка имеет кольцевую выемку 16, предназначенную для сбора центрифугируемой жидкости, проходящей сквозь периферийную фильтрующую ленту. Закупоривающая мембрана 8 накрывает крышку и закупоривает капсулу газонепроницаемым образом. Закупоривающая мембрана предпочтительно приваривается к кромке 4 корпуса капсулы. Крышка может, кроме того, содержать центральный конический участок 13, выступающий в камеру капсулы и предназначенный для направления воды в капсулу. Капсула содержит ингредиенты 22, такие как молотый кофе, которые в состоянии покоя занимают часть полости, как показано на фиг.14. Однако очевидно, что в процессе центрифугирования ингредиент под действием центробежных сил будет быстро перенесен на боковую стенку 7 напротив фильтрующей ленты 72.
Предпочтительно полость выполняется достаточно большой со свободным пространством, позволяющим веществу перемещаться к периферийным стенкам во время центрифугирования. Предпочтительно перед центрифугированием объем вещества занимает менее 95% общего объема полости капсулы, более предпочтительно менее 85% общего объема. Можно заметить, что вещество может быть помещено в полости любой из описанных капсул в виде свободных частиц, способных свободно пересыпаться внутри камеры. В одном варианте осуществления изобретения вещество может располагаться в виде массы уплотненных частиц. В случае, когда масса частиц является уплотненной, предпочтительно, чтобы эта масса имела форму тора, чтобы вода могла поступать в центр тора с внутренней стороны, а затем проходила на внешнюю сторону тора под действием центробежной силы. Вследствие того, что вектор действующих сил направлен вверх, тор может иметь большую верхнюю поверхность и более узкую нижнюю поверхность, например с треугольным поперечным сечением, лучше соответствующем фильтрующей части капсулы.
В другом возможном варианте осуществления изобретения крышка имеет выемку 16, которая может быть заполнена пористым сжимаемым материалом для обеспечения функции фильтрования. Например, материал может быть губкой или тканью.
Как показано на фиг.16 и 17, капсула согласно изобретению может также иметь полость, образованную чашеобразным корпусом 2 и пористой стенкой 80. Чашеобразный корпус имеет основную полость 82, предназначенную для хранения пищевого вещества, и периферийную выемку 81 для жидкого экстракта, который проходит сквозь пористую стенку 80 во время центрифугирования. Выемка 81 ограничена внутренней кромкой 83 и внешним ободом 84. Пористая стенка 80 может быть присоединена к внутренней кромке 83 выемки 81. К внешнему ободу 84 корпуса предпочтительно присоединяется газонепроницаемая мембрана из фольги 86. Внутренняя кромка предпочтительно расположена ниже внешнего обода для образования свободного пространства 85 между пористой стенкой 80 и фольгой мембраны 86. Пористая стенка может быть приварена термической или ультразвуковой сваркой к внутренней кромке 83. Чтобы оставить некоторый зазор, нужный для прохода жидкости к выемке, внутренняя кромка 83 располагается немного ниже внешнего обода 84, к которому приваривается внешняя мембрана 86.
Пористая стенка 80 может иметь отверстия (то есть поры) по всей своей поверхности или же только по периферийному участку стенки. На фиг.16 показан участок стенки 87, который обычно имеет отверстия, в то время как центральный участок 88 отверстий не имеет. В другом варианте осуществления изобретения оба участка 87, 88 имеют отверстия.
Давление зависит от различных факторов, в частности от скорости вращения капсулы в устройстве, радиуса периферийного участка стенки 87 (особенно в отношении определения величины относительной центробежной силы «g» на участке 87) и размера отверстий. Размер отверстий предпочтительно составляет от 1 до 600 мкм. Более предпочтительно размер отверстий составляет от 10 до 200 мкм, образуя средство ограничения потока, которое создает некоторое падение давления во время центрифугирования капсулы относительно ее центральной оси. Общая площадь поверхности пор пористой стенки должна составлять менее 50% от общей площади поверхности указанной стенки, наиболее предпочтительно менее 40%.
Капсула, показанная на фиг.16 и 17, может прокалываться в ее центре 89 для впрыскивания воды в полость 82, содержащую вещество. В результате оказываются проколотыми как внешняя фольга 86, так и внутренняя стенка 80. Капсула вставляется в устройство, как описано выше. Капсула приводится во вращение при определенной скорости, например от 1000 до 16000 об/мин, наиболее предпочтительно от 5000 до 12000 об/мин. В полости происходит процесс приготовления напитка или растворения вещества в проходящей сквозь него воде. В результате действия центробежной силы пищевая жидкость проходит через пористый участок стенки 87 (в конечном итоге, также и через часть участка 88, если он является пористым) и покидает камеру через зазор 85, а затем через кольцевую выемку 81. Жидкость выходит из капсулы через проколотые отверстия, выполненные в фольге выше выемки 81.
На фиг.18 показана подобная капсула, но с внутренней пористой стенкой 80, содержащей центральный участок 880, который приварен к внешней газонепроницаемой фольге 86, и периферийный участок 870, который находится на расстоянии от фольги 86, при сохранении небольшого пространства для протекания отфильтрованной жидкости в выемку 81. В этом примере периферийный участок 870 имеет выходные отверстия полости. Центральный участок 880 может иметь отверстия или же может не иметь отверстий. В этом варианте осуществления изобретения не допускается прохождение жидкости между внешней фольгой 86 и внутренним участком стенки 880, так как они сварены между собой. Если на участке стенки 870 в капсуле создается достаточный перепад давления, необходимость в обязательном обеспечении устройства дополнительным средством ограничения потока, таким как описанный ранее клапан, отсутствует. В этом случае имеющееся в капсуле средство ограничения потока является достаточным для поддержания достаточного давления в камере и обеспечения хорошего взаимодействия с веществом, например воды с молотым кофе. Однако для лучшего управления давлением и интенсивностью подачи высвобождаемой жидкости предпочтительным является наличие внешнего клапана. Например, хороший кофе типа «эспрессо» с пенкой может быть получен с использованием капсулы, содержащей тканую полимерную мембрану с размером пор от 10 до 200 мкм.
Следует отметить, что периферийный участок капсулы, имеющей средство сужения потока, например отверстия, может быть по существу расположен перпендикулярно оси вращения, как в примерах на фиг.16-18, или может быть наклонен относительно указанной оси, как в примере, показанном на фиг.1-6.
На фиг.19 показан другой вариант выполнения капсулы, с которой для большей наглядности частично удалена верхняя закупоривающая мембрана 3. Капсула содержит верхнюю стенку, образованную фольгой 3, дно 6 и боковую стенку 7, образованную чашеобразным корпусом 2. Кроме того, имеется внутренняя крышка 810 для разделения внутренней камеры и корпуса 2 и закрепления фильтрующей части в капсуле. Крышка 810 содержит цилиндрический периферийный участок 820 с отверстиями, выступающий от поперечно расположенной тарелки 830. Цилиндрический участок 820 выступает по существу на всю толщину Т полости для отделения ее части 82, содержащей вещество, от накопительной части 160 полости, образованной корпусом 2 и участком 820. Цилиндрический участок 820 стенки имеет ряд удлиненных щелей 180, распределенных по стенке. Щели расположены вертикально, однако они могут иметь и другую ориентацию, например горизонтальную или наклонную. Щели также могут быть частично или полностью заменены круглыми отверстиями. Кроме того, участок может иметь большие отверстия, закрытые фильтрующей или микрофильтрующей мембраной, например, из бумаги либо из тканого или нетканого полимерного материала. Верхняя тарелка 810 может продолжаться поддерживающим кольцом 840, которое закреплено на верхней внутренней стороне чашеобразного корпуса 2. Кольцо обеспечивает правильное расположение и неподвижность крышки на капсуле при манипулировании и транспортировке. Между тарелкой 810 и ее кольцом 840 сохраняется большая кольцевая выемка 850, поскольку внешняя кромка тарелки 810 заканчивается перед верхним краем кольца. Выемка 850 закрывается мембраной 3, тем самым ограничивая область 87 выхода, предназначенную для прокалывания внешним прокалывающим средством устройства для приготовления напитков. Область выхода непрерывно проходит по периферии капсулы в виде кольца, поэтому проколы могут наноситься в любом месте кольцевой области 87, независимо от конкретной угловой ориентации капсулы в устройстве. Можно также проколоть столько выходных отверстий, сколько необходимо, поскольку вся область 87 является пригодной для прокалывания по периферии капсулы. Также по периферии тарелки распределены соединительные части 860 для соединения тарелки 810 с кольцом 840. Можно также отметить, что на верхней стенке 3 может быть расположена вторая специальная прокалываемая область 890, предназначенная для введения средства впрыска воды. Для этих целей тарелка 810 имеет центральную сквозную или разрушаемую часть, чтобы при введении жесткого средства впрыска эта мембрана могла легко прокалываться. Таким образом, конструкция капсулы является очень простой и экономичной, так как крышка может изготавливаться в виде одной цельной штампованной пластмассовой детали.
На фиг.20-25 показаны другие варианты выполнения капсулы согласно изобретению. Например, капсула, изображенная на фиг.20, имеет цилиндрическую боковую стенку 700, верхнюю стенку 701 и нижнюю стенку 702, которые обе прикреплены или присоединены к боковой стенке 700. Капсула является газонепроницаемой, благодаря подбору газонепроницаемого материала для стенок, например алюминия и/или подходящих пластмасс. Верхние и нижние стенки в зависимости от указанных материалов могут быть гибкими или жесткими. Например, стенка 701 может быть гибкой закупоривающей мембраной, приваренной к верхнему ободу 703 корпуса 705, образующего боковую стенку 700 и нижнюю стенку 702. Боковая стенка 700 может иметь выходные отверстия 704, 706 для выпуска жидкости при центрифугировании. Капсула может содержать фильтрующую часть 708, разделяющую полость 709 для вещества, и накопительную полость 710, расположенную по периферии относительно центральной полости. Фильтрующая часть может быть, например, неотъемлемой частью корпуса 705 или присоединяемой частью капсулы, например фильтрующим цилиндром. Центрифугируемая жидкость проходит через цилиндрическую стенку 700 сквозь выходные отверстия 704, 706, выполненные, например, вокруг центральной поперечной плоскости капсулы. Ряд выходных отверстий может быть распределен вокруг боковой стенки 700. Выходные отверстия могут быть заранее выполнены в стенке 700 и закрыты газонепроницаемой закупоривающей мембраной 711. Закупоривающая мембрана может быть гибкой окружающей стенку лентой, которая может прокалываться по выходным отверстиям, разрезаться или удаляться, например сниматься, пользователем для раскрытия выходных отверстий перед вставкой в центробежное устройство для приготовления напитков. Размер выходных отверстий может быть достаточно малым, чтобы обеспечивать ограничение потока жидкости.
На фиг.21 показан другой вариант выполнения капсулы. Капсула образована верхней стенкой 800, нижней стенкой 801 и боковой стенкой 802, соединяющей верхнюю и нижнюю стенки, при этом боковая стенка образована двумя усеченными участками 803, 804, которые соединены своими большими основаниями по поперечной центральной плоскости Р капсулы. Узел, образованный этими двумя усеченными участками, образует вершины 805, в которых могут быть выполнены выходные отверстия 806 для напитка. Кроме того, в капсуле может быть расположена фильтрующая часть 807, разделяющая полость 808 для вещества и накопительную полость 809 для центрифугируемой жидкости. Фильтрующая часть может быть, например, жестким трубчатым элементом, который вставляется между двумя половинками 850, 851 оболочки, образующими стенки 800, 801, 802. Оболочки 850 и 851 могут быть изготовлены из формованной пластмассы. Фильтрующая часть может быть изготовлена из формованной пластмассы или иметь более сложную конструкцию, образованную, например, комбинацией пластмассовой несущей конструкции и пористой фильтрующей мембраны. На поверхности раздела между оболочками могут быть образованы выходные отверстия 806, например, в виде небольших радиально направленных каналов на каждой оболочке. Каналы могут быть распределены по периферии закупоривающих кромок 852, 853 оболочек. В результате, посредством упорядочивания положения каналов каждой оболочки 850, 851 и соединения их по кромкам 852, 853, например, термической или ультразвуковой сваркой, либо клеевым соединением образуются выходные отверстия. Например, может быть образовано от 4 до 10 выходных отверстий, каждое сечением около 1-10 мм2. Для поддержания содержимого капсулы в защищенном от воздействия окружающей среды состоянии до момента использования капсулы выходные отверстия могут быть закрыты закупоривающей защитной мембраной 854, образующей, например, ленту, окружающую область вершины или кромок 852, 853 оболочек. Мембрана может быть удалена, проколота или рассечена пользователем или самим устройством непосредственно перед операцией центрифугирования в устройстве.
Разумеется, капсула может иметь и другие формы. Например, боковая стенка может иметь ступенчатую форму, то есть с постепенным увеличением величины уступов в направлении поперечной центральной плоскости (не показано). В соответствии с фиг.22-25, капсула содержит верхнюю стенку 900, нижнюю стенку 901 и боковую стенку 902, соединяющую верхнюю и нижнюю стенки предпочтительно по периферийной уплотняющей кромке 903. Уплотняющая кромка может раскрываться под действием прилагаемого к ней давления жидкости. Как показано на фиг.23, при раскрытии образуются одно или несколько выходных отверстий 904. Во время раскрывания размеры выходных отверстий могут регулироваться приходящими в зацепление поверхностями кромок 905, 906 устройства для приготовления напитков или, как вариант, жестким элементом регулирования потока, являющимся частью самой капсулы (не показано). Как показано на фиг.23 и 24, уплотнительная кромка раскрывается под действием выходящей из капсулы жидкости на два слоя 907 и 908, в которые упираются торцами приводящие в зацепление поверхности 905, 906. Форма выходных отверстий определяется конструкцией поверхностей 905, 906. Например, плоские непрерывные поверхности 905, 906 по всему периметру кромки, расположенные на некотором расстоянии от контролируемого зазора, образуют сквозное выходное отверстие, обеспечивающее распределение струи жидкости, направляемой на отражательную стенку устройства для приготовления напитка, по окружности в 360°. Напротив, по меньшей мере одна из входящих в зацепление поверхностей 905, 906 может иметь раздельные радиально ориентированные каналы 915 контролируемой глубины, обеспечивающие образование раздельных выходных отверстий для жидкости контролируемого размера на кромке капсулы.
Поверхности 905, 906 могут быть неподвижно закреплены или подпружинены для управления степенью открытия выходных отверстий в зависимости от скорости вращения. Капсула согласно изобретению может состоять из жестких или гибких оболочек 910, 911, которые сварены по позиции 90 разрушаемым или раскрываемым образом для образования выходных отверстий. Например, эти две оболочки 910, 911 могут быть изготовлены из гибкой газонепроницаемой пленки, выполненной из полимера со слоем алюминия или барьерного слоя сополимер этилена и винилового спирта или без него. В капсулу может быть вставлена фильтрующая часть 912 для разграничения камеры 913 для вещества и накопительной полости 914. Например, фильтрующая часть может быть пористым трубчатым элементом, который может образовывать поддерживающее кольцо для удерживания верхней и нижней стенок оболочек на расстоянии. В любом из описанных вариантов ограничение потока может быть обеспечено или дополнено неровностями в капсуле и/или в устройстве, или другими подобными структурами, образующими извилистый путь течения жидкости.
Система, в которой используются капсулы согласно изобретению, показывает хорошие результаты при приготовлении напитков, обеспечивая величины содержания сухого вещества, превышающими получаемые с помощью обычных систем. Результаты показывают очень высокую воспроизводимость от капсулы к капсуле. Как ни удивительно, пенка также оказалась заметно улучшенной, обладая более маслянистой, более устойчивой и более плотной структурой.
Следует отметить, что создаваемый ограничивающим средством перепад давления может быть определен с помощью измерения давления, состоящего в заполнении капсулы водой под давлением и измерением в точке впрыска давления воды, при котором становится возможным прохождение жидкости через устройство ограничения, то есть клапанную систему.
Пример
Капсула согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.1-6, была заполнена 6,5 г молотого кофе. Помол кофе был выполнен с получением среднего размера частиц (D4,3) в 260 мкм. Было проведено предварительное увлажнение капсулы в течение нескольких секунд. Во время центрифугирования на скорости около 8000 об/мин интенсивность подачи поддерживалась на уровне около 2 г/с. В чашку для кофе «эспрессо» заливался объем настоя кофе в 40 г. Жидкий экстракт имел общее содержание сухих веществ (ТС) около 4%, выход составлял около 25%. Слой пенки на поверхности имел толщину около 5-6 мм. Пена выглядела очень плотной с очень мелкими пузырьками и была очень устойчивой с течением времени.
Разумеется, изобретение может охватывать множество вариантов, которые являются включенными в объем формулы изобретения.
Реферат
Одноразовая капсула для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в ней пищевого вещества путем введения в капсулу воды и пропускания воды через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения во время центрифугирования, содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку, расширяющуюся боковую стенку, присоединенную к верхней и нижней стенкам, и полость с заданным количеством пищевого вещества. Верхняя стенка содержит периферийную область выхода, предназначенную для выполнения в ней выходных отверстий для выпуска жидкости. Группа изобретений обеспечивает эффективное и независимое управление параметрами и качеством экстрагирования. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 25 ил.
