CN100560005C - 利用容纳在胶囊内的食品物质来制备饮料的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种润湿和/或溶解容纳在胶囊内的物质以生产饮料的方法，包括利用穿孔及注射元件刺穿胶囊并将加压液体注射入胶囊以润湿和/或溶解该物质；穿孔及注射元件布置成将液体以至少一个薄层的形式注入胶囊，该薄层连续、发散且多方向地延伸从而覆盖胶囊内的圆弧形喷淋面积。本发明还涉及一种包括流动通道和阀的设备，该阀设计为在称为休止位置的第一位置关闭通道，而在液体的压力作用下抵抗弹性元件而打开，从而根据压力释放一通路并由此产生液体薄层。

Description

利用容纳在胶囊内的食品物质来制备饮料的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种利用容纳在胶囊内的食品物质例如待提取和/或待溶解的物质来制备饮料的设备。更具体地，本发明涉及包括改进的穿孔及注射元件的设备。本发明还涉及一种用于改进容纳在胶囊中的物质的润湿或溶解的方法。

背景技术

使用其形式为含有待提取的物质例如咖啡粉或者待溶解的物质例如制备饮料用的巧克力产品的胶囊的预定并预包装的剂份具有很多优点，包括使制备饮料的操作更便利、提供了较清洁的制备过程以及可控制所制备的饮料的较恒定的剂量和品质。

通常，容纳在密封胶囊中的物质的提取或溶解原理包括：将密封胶囊限制在制备设备的封闭腔室内；刺穿胶囊的表面；向胶囊内注射一定量的加压热水以在胶囊内产生加压环境从而提取或溶解物质，然后通过胶囊的相对面释放所提取或所溶解的物质，该胶囊的相对面与设备的突出部相接触并在内压的作用下打开。

例如，专利CH 605 293和EP 242 556中已经说明了允许应用该原理的设备。根据这些文献，该设备包括胶囊壳体和形式为中空尖状件的穿孔及注射元件，该中空尖状件在远端包括一个或多个液体注射孔口。该尖状件具有双重功能：一方面打开胶囊的顶部、另一方面构成使水进入胶囊的水入口通道。为了改进容纳在胶囊中的物质的提取和/或溶解，也已经设想在这些设备上装配多个各自执行前述双重功能的尖状件，如文献EP1203554中所述。

一方面，这种设备的缺点出现于液体注射孔口，因为液体注射孔口的尺寸很小，所以尤其当胶囊不是立即从设备中移走以及穿孔元件在使用后未清洗时所述孔口由于水垢或者接触(胶囊内的)物质而容易被很快堵塞，这影响设备的性能。尤其是，流动的平顺性和射流的速度随时间降低；这影响提取环境、物质的溶解以及例如泡沫的产生。

因此，需要能解决这些问题的设备。

另一方面，在现有技术的设备中，润湿方法的基础是产生一个或多个指向优先方向的离散的喷射口。通常，单个且离散的定向喷射口通常不足以润湿或溶解容纳在胶囊中的物质团块。此外，单个的喷射口会(在物质团块中)产生优先路径并在物质团块中形成孔，但尽管如此却不能完全润湿或溶解物质团块。因此通常使用多个分别指向不同方向的喷射口。但是，这种润湿或溶解方法不是完全令人满意，因为存在优先路径。

因此需要一种能更满意地润湿或溶解物质的方法，而又没有形成优先路径，但能同时保持必需的喷射速率以适当地润湿或溶解物质并且在需要时产生泡沫。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于通过提供一种利用容纳(包含)在胶囊(碗杯)中的食品物质例如待提取和/或待溶解的物质来制备饮料的设备，从而克服前述现有技术的缺点，尤其使得可能防止流量减小的危险，其中流量减小是因为水垢沉积或物质残留而造成的穿孔及注射元件的注射孔口被阻塞。

从而，本发明涉及一种利用容纳在胶囊内的食品物质例如待提取和/或待溶解的物质来制备饮料的设备，所述设备包括用于接纳胶囊的壳体、至少一个具有用于接收加压液体的通道的穿孔及注射元件，所述穿孔及注射元件布置成突入所述壳体内，并在设备的至少一个操作位置刺穿胶囊的表面以从所述通道向所述胶囊内注射(喷射)液体，该设备的特征在于，穿孔及注射元件具有远端，该远端的布置成具有带端部的关闭构件的阀的形式，所述阀布置成在称为休止位置的第一位置关闭所述通道，而在称为工作位置的第二位置在液体压力的作用下抵抗弹性元件(的作用)而打开，从而根据压力释放一通路，并因此产生通过所述通路喷淋(喷洒)的液体层。

穿孔及注射元件的这种构型具有自清洁的优点，因为在没有液压作用时，用于液体流动的通路关闭，而仅当液体已经在通道内被加压后才打开。由于无压力作用时该通路被关闭构件关闭，因此避免了由于水垢或物质残留造成的任何阻塞问题，即使在使用后还没有立即将胶囊从设备中移走。

根据本发明的优选实施例，将穿孔及注射元件基本设置在胶囊壳体的中心，并布置成可产生形式为至少一个液体层的多方向的发散喷淋。有利地，该薄层围绕尖状端的周围连续延伸，从而基本上以圆形方式喷淋容纳在胶囊中的物质。因此，这种特殊的构型使得简单地在360度的扇区上分布一致的水层成为可能。

优选地，穿孔及注射元件的端部设计成尖状端，从而刺穿或戳破胶囊的表面并由此使得该元件能***胶囊中。

优选地，穿孔及注射元件包括限定所述通道的管状体部。该管状体部包括用于连接到液体入口的近端孔口和利用所述尖状端限定所述通路的远端孔口。远端孔口和近端孔口通过所述通道连接，所述关闭构件具有在所述管状体部内滑动的后导向部，而尖状端包括在所述管状体部的外周表面的延伸部分上延伸的外周表面。

由于这种结构，关闭构件可以在刺穿时压靠穿孔及注射元件的管状体部，从而不干扰对盖膜的刺穿。此外，不存在当将该元件从胶囊上脱开时，关闭构件卡在盖膜上的危险。

本发明另一目的是提出一种润湿和/或溶解容纳在胶囊内的物质以制备饮料的新方法，包括：利用穿孔及注射元件刺穿胶囊并将加压液体注入胶囊以润湿和/或溶解该物质。该元件布置成将液体以至少一个薄层的形式注射入胶囊，该薄层连续、发散且多方向地延伸从而覆盖胶囊内的圆弧形喷淋面积。因此，这种喷淋构型的优点是在相当大的区域中分散液体，同时保留有利的射流能量和速率，而避免造成贯通物质的孔或优先路径的不利的离散、定向射流。当造成这种孔或者优先路径时，物质的一部分不能被提取或溶解，从而导致固体材料的浪费或饮料味道的损失，因此使饮料的品质较差。

优选地，该薄层覆盖胶囊内的30°至360°-优选为120°至360°-的喷淋面积。可以从胶囊的中心轴线进行注射；在这种情况下，优选具有沿360°延伸的多方向的圆形层或片。

注射也可以偏离中心轴；在这情况下，优选具有至少两个喷淋层，每层的喷淋45°至180°-优选120°至180°-的圆弧。喷淋层优选的指向优选横向于胶囊中饮料的流出方向，从而喷淋最大可能的面积，因此可随后允许注射的液体流过物质团块。这确保对整团物质进行润湿并造成较少的优先路径。一般的，饮料的流出方向对应于胶囊的轴线，并由此对应于垂直线或者对应于接近垂直线的方向。液体层或片的方向也可相对于横向略微向上或向下倾斜，尤其是向上倾斜约30°。

优选地，薄层的厚度为0.5mm或更小，优选小于0.3mm。这种厚度保证液体以具有足够动能的射流形式喷出以便溶解可溶物质，并克服在液体通过待提取物质到达胶囊边缘时出现的压力损失。

该薄层通过穿孔及注射元件中的至少一个狭缝而获得。该狭缝可以是固定的或者仅在注射时响应液体压力而打开。狭缝在液体压力的作用下打开具有自清洁的特点，该特点保证能够重复再现地周期性润湿和/或溶解物质。但固定的狭缝更简单而且经济。

附图说明

通过阅读对参考附图作为非限定性示例给出的示例性实施方式的说明，将清楚本发明的其它特征和优点，其中：

图1和2是根据优选实施方式的用于制备饮料的设备的剖视图，该设备显示在两种不同的操作模式下；

图3是根据本发明的设备的穿孔及注射元件的剖视图；

图4和5是穿孔元件的细部的部分剖开的透视图，其分别处于休止位置和工作位置；

图6a和6b分别是可用于本发明的设备中的穿孔及注射元件的变型实施方式的透视图和剖开的透视图。

具体实施方式

参考图1和2，其以剖视图示出制备设备1的实施方式，该设备1包括用于加压流体-优选为冷水或热水-的穿孔及注射***2，在所示示例中，该***可以在胶囊3内至少两个不同的注射深度位置之间切换。该设备包括形式为胶囊支承件40的第一下部子组件，该子组件的形状和尺寸适于至少部分地容纳胶囊3。胶囊3可以是封闭的、打开的或者部分打开的胶囊。

根据优选实施方式，该胶囊包括含有待提取和/或待溶解的物质的封闭腔室以及诸如膜30的保持部分，该膜30在腔室内压力升高的作用下打开从而接触接合装置-例如凸起元件37。该接合装置可以形成胶囊自身的一部分或者形成胶囊支承件40的一部分。该胶囊还可优选包括用于收集到的提取液体或混合物的装置31和专用于该装置的导管装置32，与集成的开口装置相结合时，它的优点是在不直接接触设备尤其是胶囊支承件40的情况下供应产品，这可避免饮料的交叉污染、更卫生、需要进行的清洁较少并且制备设备本身的设计更简化。更准确地，胶囊可包括由塑料或其它材料制成的杯状部33，以用于形成或容纳功能元件，即凸起元件、密封的开口膜30和导管装置32。通过密封在胶囊的密封边缘36上的第二入口膜35，杯状部33可被封闭以形成腔室34。当然，在不脱离本发明的情况下，胶囊的构型可以是多种其它的设计和/或形状。胶囊可以例如包括大部分由柔性材料形成的体部(小袋)，该体部能以等效方式***在设备中。

2003年1月13日提交的欧洲PCT专利申请No.03/00384中更详细地说明了一种优选胶囊，该申请的全部内容在此引用做参考。

设备1包括第二穿孔及注射子组件或***2，它与胶囊支承件40在封闭时配合以限定用于容纳胶囊3的壳体。穿孔及注射***2包括具有接收加压液体用的通道的中心穿孔及注射元件5，该穿孔及注射元件5设置成突入所述壳体内并在设备1的至少一个操作位置刺穿胶囊3，从而能够从通道向胶囊3注射液体。穿孔及注射***2与固定地连接到元件5上的致动装置6相关联，以便在所示实施例中将该***移动到胶囊内的各种不同的润湿位置。为此目的，穿孔及注射元件5前行通过芯部7，该芯部在闭合状态移动胶囊支承件40。可以理解，机头基部可相对于固定的支承件40移动或反之亦然，或者两者都能在闭合时移动。将形式为钟形可移动支承件-下面的说明中称为“活动钟形件6”-的致动装置安装到芯部7上。通过多个与返回装置(未示出)相关联的导向管70、71来引导芯部7相对于活动钟形件6平移，从而在设备的打开位置将芯部7基本压到活动钟形件的底部。

芯部7还包括诸如弹性体密封件的周缘密封装置74，该密封件布置成在闭合时压靠胶囊支承件40的周向边缘41。因此，芯部7是在闭合时对胶囊的入口表面压靠最紧密的部分，由此使得中间穿孔及注射元件5能穿过胶囊，更精确的是穿过胶囊的入口膜35。也可设置包围穿孔及注射元件的附加密封元件75，以阻止液体通过注射***回流并流出该设备。

在所示的实施例中，用于致动穿孔及注射元件或者活动钟形件的装置一体地连接在元件5上，并可根据它相对于胶囊支承件的位置来改变穿孔及注射元件在胶囊内的位置，因此改变对容纳在胶囊的封闭腔室内的物质的润湿构型。更精确地，活动钟形件6具有检测装置，根据胶囊的类型，该检测装置由可与胶囊的匹配接合边缘360相接合并从而可根据胶囊边缘的宽度相对于机头基部(芯部)7沿方向A推动钟形件6(如图2所示)的接合边缘60形成。因此，根据胶囊是具有与钟形件6的边缘相接合的宽边缘或边缘延伸部还是具有窄的边缘构型，穿孔及注射元件的引入位置可为两个不同的位置，从而钟形件的边缘不能完全接触胶囊的匹配边缘。在图1中，该设备的构型为：胶囊具有宽边缘或延伸部36以便能将钟形件6推开，并由此在接近胶囊3的入口的引入位置使穿孔及注射元件5停止。该位置使得基本上在物质层的入口处注射液体成为可能，这对于例如待提取的粉末状产品很适用。

图2示出一种构型，其中胶囊具有较窄的边缘，从而在设备闭合期间，钟形件6能经过胶囊支承件而不回推它。在这种情况下，穿孔及注射元件5可到达胶囊3内较深的位置。这种位置有利于从底部润湿物质，由此逐步地破碎物质团块。例如，这种润湿模式对于可溶物质尤其有效。

图3至5详细地示出装配到本发明的设备上的穿孔及注射元件5的优选实施方式。尤其从图3中可以看出，穿孔及注射元件5包括限定中心通路或通道80a的管状体部80，以用于接收来自液体供应源的由箭头L表示的加压液体-通常是来自设备的热水(未示出)。

近端5a包括开口通向通道80a的孔口82，并且该孔口内以密封方式压配合有连接到设备水源的连接套管84。

元件5的远端5b布置成阀的形式，其包括活动关闭构件86，该关闭构件布置成在称为休止位置的第一位置(图3和4)在远端封闭通道80a，而在称为工作位置的第二位置在加压液体L的作用下抵抗弹性元件90(的作用)而打开，以便释放远端孔口或通路92(图5)并建立通过通路92喷淋的液体层94。

关闭构件86具有大致为锥形的终止于一点的端部86以及在管状体部80的通道80a内滑动的后导向部96。关闭构件86的尖状部分88设计用于当使用设备时刺穿胶囊3的入口膜35，而后部(后导向部)96设计用于引导关闭构件86在管状体部80的移动。

从图3至5中也可以看出，关闭构件86的尖状部分包括在管状体部80的外周表面的延伸部上延伸的外周表面98。这种构造使得更容易从胶囊3中撤回穿孔元件5，并且避免了关闭构件86在撤回过程中被膜盖35卡住的危险。

关闭构件86还在其尖状端部的后部包括肩部表面100，该肩部表面可在关闭构件处于休止位置时压靠形状匹配的环形表面104，该环形表面形成在管状体部80远端。

关闭构件的后导向部96包括开口102，使得当关闭构件86处于工作位置时，液体可从最近的孔口流到肩部表面100并通过通路92流入胶囊。

此外，关闭构件86与在通道80a内延伸的弹性元件90相互作用，该弹性元件90使关闭构件86能够返回休止位置，在该休止位置中肩部表面100压靠环形表面104以阻断通路92并密封地封闭通道80a。根据未示出的变型，可在肩部表面100和环形表面104之间插置密封件。弹性元件90优选地包括螺旋弹簧，该弹性元件的沿通道80a的纵轴延伸的第一直端通过例如推入后导向部而连接在该后导向部96上，而该弹性元件的第二端连接在管状体部内。在所示的实施例中，第二端是钩状的并且联结在销106上，该销106在孔口82处横向推入管状体部内。

在所示的实施例中，穿孔及注射元件5基本上设置在用于接收胶囊3的壳体的中心，而形成在后导向部96中的开口102设置成产生发散的、多方向的喷淋，这些喷淋的形式是在元件5的尖状端部上连续延伸的液体层94。这种构型使得容纳在胶囊3内的物质可以均匀的以圆形方式喷淋。

由于通路92的开口尺寸依赖于液体L注入元件5的压力和弹性元件90的回复力，所以可调整这两个参数以获得理想厚度的液体层。优选地，调整这两个参数以获得小于0.5mm通常为0.3mm的液体层94。

作为变型，也可将后导向部96的开口102设计为产生不同形状例如圆扇形的液体层，尤其是在穿孔及注射元件5不再设置于容纳胶囊3的壳体的中心而是设置于所述壳体的周围的情况下。

图6a和6b示出可用在根据本发明的设备中的穿孔及注射元件的变型实施例，其标号为110。从这些图中可以看出，穿孔及注射元件110包括可产生形式为薄液体层的发散射流的注射装置112。在所示的实施例中，这些装置112包括两个固定的狭缝112a和112b，所述狭缝横向于元件110的纵向方向延伸并与液体入口通道114连通。术语“固定的狭缝”意味着所述狭缝的尺寸和形状保持不变。这两个狭缝分别覆盖一个互补的角度扇区，从而它们一起覆盖360度的扇区。穿孔及注射元件110由此产生在足够宽的圆扇形上延伸的发散射流，从而充分润湿位于胶囊上面部分的所有物质，尤其是当将该元件设置在胶囊的中心时。应当注意，出于与元件110的制造有关的原因，狭缝112a和112b的高度彼此偏移。当然，狭缝的数量和尺寸不局限于所述的实施例，本领域的技术人员可以设想不同数量和形状的狭缝以获得覆盖期望的角度扇区的射流。

应当注意，分别设置狭缝112a和112b以便在360度的角度扇区上产生基本连续的液体薄层。此外，将这些狭缝布置成可产生厚度为0.5mm或更小优选小于0.3mm的液体层。因此，优选每个狭缝的高度为约0.5mm。

根据该变型实施方式的有利的变型(未示出)，限定液体喷射方向的狭缝112a和112b的轴线形成为与水平线成0°至25°的角，优选为大约15°的角。从而通过这些孔口注射的液体方向向上，首先弹射到封闭件(膜)35的底面上，然后以更发散的状态回到物质层。在这种方式下，物质能更均匀地润湿。

自然地，也可设想将穿孔及注射元件110偏心地设置在胶囊内，更精确的是在设置在胶囊的侧壁附近。在这种情况下，一个或多个狭缝将朝向胶囊的中心以产生多个发散射流，所述射流相交叠而形成薄液体层，该液体层喷淋并润湿容纳在胶囊上部的位于120°和360°之间的角度扇区-优选大约180°的角度扇区-中的物质。

也可设想通过贯穿穿孔及注射元件而在角度扇区上分布的足够数量的离散、独立的孔口来产生液体薄层。从而这些孔口必须足够接近以便不会导致空气区，而是可形成较连续的液体层。

当然本发明并不局限于上述的实施方式，可以理解，在不脱离由随附的权利要求限定的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可进行各种显而易见的改变和/或改进。

Claims (9)

1.一种利用容纳在胶囊中的食品物质来制备饮料的设备，所述设备包括用于接纳胶囊的壳体、至少一个具有用于接收加压液体的通道的穿孔及注射元件，所述穿孔及注射元件布置成突入所述壳体内，并在设备的至少一个操作位置刺穿胶囊的表面以允许从所述通道向所述胶囊内注射液体，所述设备的特征在于，穿孔及注射元件具有远端，该远端布置成具有带端部的关闭构件的阀的形式，所述阀布置成在称为休止位置的第一位置关闭所述通道，而在称为工作位置的第二位置在液体压力的作用下抵抗弹性元件而打开，从而根据压力释放一通路，并由此产生通过所述通路喷淋的液体层。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，穿孔及注射元件实质上设置在胶囊壳体的中心，并且布置成可产生形式为至少一个液体层的多方向的发散喷淋。

3.根据权利要求1或2的设备，其特征在于，穿孔及注射元件的端部设计成尖状端，该液体层围绕尖状端的周围连续延伸，并以实质上为圆形的方式喷淋容纳在胶囊中的物质。

4.根据权利要求3的设备，其特征在于，穿孔及注射元件包括限定所述通道的管状体部，该管状体部包括用于连接到液体入口的近端孔口和利用所述尖状端限定所述通路的远端孔口，远端孔口和近端孔口通过所述通道连接，所述关闭构件具有在所述管状体部内滑动的后导向部。

5.根据权利要求4的设备，其特征在于，所述尖状端包括在所述管状体部的外周表面的延伸部分上延伸的外周表面。

6.根据权利要求4的设备，其特征在于，所述关闭构件在其尖状端后部包括能够压靠所述管状体部的环形端表面的肩部表面，所述后导向部包括开孔，该开孔在工作位置允许液体从近端孔口流向所述肩部表面并流过所述通路。

7.根据权利要求6的设备，其特征在于，关闭构件的肩部表面在无液体压力的情况下通过所述弹性元件保持抵靠所述环形端表面，从而将所述通道密封地关闭。

8.根据权利要求6的设备，其特征在于，弹性元件包括在所述通道内延伸的螺旋弹簧，所述弹簧在第一端连接到关闭构件的所述后导向部，而在第二端连接到一固定地连接在管状体部上的联结元件。

9.根据权利要求1的设备，其特征在于，液体层的厚度为0.5mm或更小。

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