CN104540751A - 一种供食品制备机器使用的胶囊 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于容纳食品配料的胶囊(1)，该胶囊(1)适于***食品制备机器(2)中，所述胶囊具有限定了封闭隔室的刚性的主体结构，其中，所述配料在隔室中与通过所述机器在压力下引入的流体混合，从而产生食品，所述主体的壁限定了外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室，其特征在于，所述胶囊的主体结构还包括至少一个具有一定形状、尺寸和/或由一定材料制成以使其能弹性变形的部分(14)，并且通过在所述胶囊被功能性地***所述机器中时沿着所述胶囊的至少一个维度施加弹性压缩，能够使V胶囊和V隔室可逆地减小至少3％，主体的壁的所述弹性部分允许胶囊在提取之后弹回到其初始体积V胶囊和V隔室，从而减小所述胶囊中的残余压力。

Description

一种供食品制备机器使用的胶囊
技术领域
本发明涉及一种适于供食品制备机器使用的、用于容纳食品前体的胶囊。
背景技术
饮料制备机器在食品工业和消费品领域是众所周知的。这类机器允许用户在家中制备给定类型的饮料，例如咖啡饮料，如浓缩咖啡或冲煮式咖啡。
如今，大部分用于家用饮料制备的饮料制备机器包括由一机器构成的***，该机器可容纳用于饮料制备的分成份的配料。这样的分份配料可以是软的荚状容器或易理包，或包袋，但是越来越多的***使用半刚性或刚性的分份配料诸如刚性易理包或胶囊。在下文中，饮料机将认为是使用刚性或半刚性胶囊的饮料制备机器。
机器优选地包括用于容纳所述胶囊的保持器/容座和用于在压力下将流体(优选水)注入所述胶囊中的流体注入***。对于咖啡饮料的制备而言，在压力下注入胶囊的水优选是热的，即处于高于70℃的温度。然而，在一些特殊的情况下，也可以处于环境温度，或甚至冷冻温度。在对胶囊内容物的提取和/或溶解期间，胶囊腔室内的压力通常对于溶解产品而言为约1巴至约8巴，对于提取烘焙和研磨咖啡而言为约2至约12巴。本发明还可包括饮料制备的所谓的“冲煮”过程(特别针对茶和咖啡)。冲煮需要用流体(例如热水)浸泡配料一定的时间，然而提取或溶解制备过程允许用户在几秒钟内制备饮料，例如咖啡。
通常，在下文的说明书中，用流体对配料进行冲煮中的术语“冲煮”意在包括提取粉末状食材例如烘焙和研磨粉状咖啡，或溶解可溶性食材例如可溶茶或咖啡、牛奶、可可粉混合物，或在非常低的相对压力或大气压力下用浸泡液浸泡食材例如用热水浸泡茶叶，浸泡时间比提取或溶解所需的时间长。
在压力下提取和/或溶解封闭胶囊的内容物的原理是已知的，该原理通常包括将胶囊限制在机器的保持器中，通常在使用刺穿注入件诸如安装在机器上的流体注入针刺穿胶囊表面之后，将一定量的加压水注入胶囊中，从而在胶囊内产生加压的环境，以提取该物质或溶解该物质，然后穿过胶囊释放提取物或溶解物。允许应用该原理的胶囊已经例如在申请人的欧洲专利EP 1 472 156 B1和EP 1 784 344 B1中有所描述。
允许应用这种原理的机器已经例如在专利CH 605 293和EP 242 556中有所描述。根据这些文献，机器包括用于胶囊的保持器和以空心针形式制成的穿孔-注入件，穿孔-注入件在其远端区域包括一个或多个液体注入孔。该针具有双重作用，一方面，该针用于打开胶囊的顶部部分，另一方面，该针构成了水进入胶囊的入口通道。
机器还包括用于储存流体(在大多数情况下，该流体是水)的流体储槽，该流体用于在压力下溶解和/或浸泡和/或提取胶囊中所含的配料。机器包括诸如煮器或热交换器的加热装置，该加热装置能够将其中所使用的水加热至工作温度(传统地高达80-90℃的温度)。最后，机器包括用于使水(可选择地通过加热单元)从储槽流通至胶囊的泵元件。水在机器中流通的方式例如通过选择阀装置，如在申请人的欧洲专利申请EP 2162653 A1中所述类型的蠕动阀来选择。
当要制备的饮料是咖啡时，制备咖啡的一种引人关注的方式是向用户提供含有烘焙和研磨咖啡粉的胶囊，用注入胶囊中的热水来提取烘焙和研磨咖啡粉。
已经开发了用于该应用的胶囊，在申请人的欧洲专利EP 1 784 344 B1或欧洲专利申请EP 2 062 831中描述了并要求保护该胶囊。
总之，该胶囊典型地包括：
-中空主体和注入壁，该注入壁是不透液体和空气的，并附接至主体且适于例如通过机器的注入针刺穿，
-含有要提取的烘焙和研磨咖啡层的腔室，
-设置在胶囊底部的铝膜，该铝膜封闭胶囊，以保持腔室中的内部压力，该铝膜与刺穿装置相关联，用于在腔室内的内部压力达到某一预定值时刺穿铝膜形成分配孔，
-可选地，配置成用于打断流体射流从而降低注入胶囊中的流体射流的速度并且以降低的速度横穿物质层分配流体的装置。对于用户来说，知道何时机器储槽中的水位太低以致不能制备完整/满杯饮料通常是重要的。
在很多情况下，在饮料制备机器中使用的胶囊是封闭胶囊。该封闭胶囊是引人关注的，因为它们保护其中所含的配料免受周围气体和水分的影响，并允许较长的保存时间。通常，这类封闭胶囊由不透气和/或不透水分的材料制成，并且特征是具有刚性或半刚性的主体，所述主体的一个壁例如顶壁由膜构成，该膜将通过饮料制备机器的流体注入针刺穿。当液体注入胶囊隔室时，压力增加，该压力增加起到用于穿过胶囊的分配壁(通常为底壁)提取胶囊内所含配料的提取手段的作用。
在现有技术胶囊中，在饮料已经制备和分配之后，当机器的流体注入针从胶囊移除时，胶囊顶膜被刺穿并留下孔“H”，如图1中所示。然而，在这样的情况下，胶囊隔室中至少部分保持提取流体压力“P”。
如果胶囊含有所要提取的可溶配料，则胶囊隔室通常包括一个单个部分，残余的流体压力分布在隔室体积中。
在所有情况下，由于在胶囊使用之后保留在胶囊隔室内的残余压力P，液体射流“JL”(通常称作“鲸鱼效应”)可因可能在压力下保持限制于胶囊中的气体而通过由机器针刺穿形成的孔从胶囊顶膜喷射出。该鲸鱼效应在图1中示出。尽管该现象随机地并且很少发生，但是这是不希望的，因为溅出的热液体会导致脏乱。另外，如果所述液体是混合有配料的水，则从清洁的观点也不希望液体从胶囊顶膜泄漏，因为这将在机器周围或内部引起一些细菌滋生，这迫使消费者在使用之后花费时间清洁机器及其周围。
因此，本发明的一个主要目的是为饮料制备***提供一种防止上述所谓“鲸鱼效应”的解决方案。
发明内容
一种用于容纳食品配料的胶囊满足上文提出的目的，该胶囊适于***食品制备机器中，所述胶囊具有限定了封闭隔室的刚性的主体结构，所述配料在该隔室中与通过所述机器在压力下引入的流体混合，从而产生食品，所述主体的壁限定了外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室，其特征在于，所述胶囊的主体结构还包括至少一个具有一定形状、尺寸和/或由一定材料制成以使其能弹性变形的部分，并且通过在所述胶囊功能性地(可操作地，functionally)***至所述机器中时沿着所述胶囊的至少一个维度施加弹性压缩，能够使V胶囊和V隔室可逆地减小至少3％，主体的壁的所述弹性部分允许胶囊在提取之后弹回到其初始体积V胶囊和V隔室，从而减小所述胶囊中的残余压力。
弹性部分优选地可在1mm到20mm、优选在1.5mm到10mm、更优选在2mm到5mm的幅度内变形。
在本发明的一个优选实施例中，胶囊的外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室可减小至少10％，更优选地减小至少15％。
在本发明的一高度优选实施例中，弹性部分包括胶囊侧壁的波纹管(bellows)部分。
在任何情况中，弹性部分可在平移和/或扭转和/或弯曲时变形。
有利地，根据本发明的胶囊不能渗透水分和氧气，从而在存储期间尽可能长地使其内容物保持新鲜，特别是当其中所含的配料是烘焙和研磨咖啡时。
本发明的另一方面涉及一种饮料制备***，包括：
-具有刚性的主体结构的封闭胶囊，该主体结构限定了用于容纳食品配料的封闭隔室，所述胶囊具有外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室，和
-具有腔体的食品制备机器，该腔体供功能性地***所述胶囊和在压力下将饮料制备流体注入胶囊中，所述机器的腔体具有内部体积V腔体，
其特征在于，所述胶囊的主体结构还包括至少一个具有一定形状、尺寸和/或由一定材料制成以使其能弹性变形的部分，且通过在所述胶囊功能性地***所述机器中时沿着所述胶囊的至少一个维度施加弹性压缩，能够使V胶囊和V隔室可逆地减小至少3％，主体的壁的所述弹性部分允许胶囊在提取之后弹回到其初始体积V胶囊和V隔室，从而减小所述胶囊中的残余压力。
在本发明的一优选实施例中，机器腔体包括胶囊保持部分和流体注入部分，所述流体注入部分可从所述胶囊保持部分移开和移向所述胶囊保持部分，从而分别打开、关闭所述腔体，其中，在所述腔体的关闭期间和当所述腔体处于关闭状态时，通过流体注入部分在所述胶囊的顶部施加弹性压缩力来减小外部胶囊体积V胶囊和内部隔室体积V隔室。
附图说明
本发明的附加的特征和优点将在下文参考附图给出的对当前优选实施例的说明中描述和显见，其中：
图1是现有技术中的饮料制备胶囊；
图2是适用于本发明的胶囊的饮料制备***的示意图；
图3是根据本发明的可弹性变形的胶囊的半刚性结构的示意图；
图4A和4B是本发明的胶囊分别处于正常状态、压缩状态下的示意图。
具体实施方式
根据本发明的胶囊1适于用在图2中所示的饮料制备机器2中。
饮料制备机器2包括贮水器9、冲煮头3，该冲煮头3包括适于接纳含有饮料制备配料的配料胶囊1的腔体。机器2包括用于放置杯子的杯托4，饮料从胶囊1流到该杯子中。杯托4可设置在相对于冲煮头3、控制面板和控制按钮5的不同高度处。
冲煮头3包括用于打开和关闭所述冲煮头的手柄6。
在一可能的实施例中，控制按钮5更特别地包括旋转轮(未在图中示出)，并且控制面板是屏幕7。配料胶囊1可放置在胶囊保持器8中，胶囊保持器8可拆卸地/可移除地***冲煮头3中。屏幕7适于向用户显示多种信息，例如分配到杯子中的体积水平。通过启动热或冷按钮5，使用者还可以选择待制备的饮料的温度，该热或冷按钮5靠近轮和屏幕而设置于冲煮头3的表面上。
胶囊保持器8构成冲煮头腔体的胶囊保持部分，腔体的剩余部分由流体注入部分(未在图中示出)构成。流体注入部分包括承载有注水针的针板，注水针能够刺穿胶囊以在压力下将水注入胶囊中，针与机器的流体***流体连通、特别经由泵与贮器流体连通。针板可从所述胶囊保持器移走和移向所述胶囊保持器，从而分别打开和关闭所述腔体。为了使胶囊功能性地***机器的冲煮头3中，胶囊必须装入至胶囊保持器8中，并且腔体的注入部分必须向着胶囊保持器移动，从而使腔体以不透水的方式封闭。
机器还包括用于流体——优选为水——的贮器9、用于将预定体积的流体从贮器9泵送至冲煮头3的像压力泵一样的泵(未示出)，从而流体可注入胶囊中，以在压力下与配料混合并因此产生预定体积的饮料，该饮料然后被分配到放置在杯托4上的杯子或其它容器(未示出)中。
胶囊1包括胶囊主体，该胶囊主体具有大体呈截头圆锥形的主体，胶囊主体在其底部由底壁封闭，该底壁与主体侧壁一体形成。底壁中央包括一孔，该孔用作分配孔，以使在胶囊中制备的饮料从所述胶囊流出并流入放置在该胶囊下方的杯子中。胶囊在靠近底壁处还包括被密封在胶囊中的可刺穿的铝膜，并包括用于在胶囊内的压力增加时刺穿所述铝膜的刺穿板。刺穿板定位在胶囊的铝膜和底壁之间。最后，胶囊在其顶部通过可刺穿的膜封闭。胶囊制作成使得能阻隔水分和氧气。当用户如图2中所示向下致动锁定手柄6时，针板向下移动，冲煮头3关闭。在该位置，机器流体注入针刺穿通过胶囊的顶壁11，并且处于用于在压力下将水注入胶囊中的适当构型。
图3中更特别地示出了根据本发明的胶囊1的优选实施例。在该实施例中，胶囊主体由半刚性骨架结构12(图3中所示)构成，该半刚性骨架结构12由氧气阻隔膜13覆盖。膜13例如通过使用模内贴标工艺与半刚性结构12共注射成型，如例如在申请人的欧洲专利申请EP AN 11178061中所描述的。
半刚性骨架结构12包括至少一个形成波纹管部分14的弱化区域。例如，除了该波纹管部分14是柔性的以外，该结构的剩余部分可以是刚性的。该部分14在结构中的柔性优选地通过相比于该结构的剩余部分较小的横截面实现，如从图3中可见的。该柔性还可通过与结构12的剩余部分共注射的(作为较小的横截面的一个替代或附加于该较小的横截面的)较柔软的材料实现。
在图4A中所示的实施例中，波纹管部分14定位在半刚性结构的垂直区域的顶部部分处，使得胶囊能够沿大体垂直的轴线变形，例如当在所述胶囊上施加垂直的压缩力时。
当胶囊1放置在胶囊保持器中并且机器的冲煮头3打开时，如图4A中所示，除了所述胶囊的上边缘15以外，胶囊的整个外表面与胶囊保持器接触，上边缘15被提至胶囊保持器8的上表面的水平面以上。换句话说，胶囊高度比胶囊保持器8的胶囊凹部大。图中用箭头示出了该高度差。在该位置，胶囊1具有比机器腔体V腔体的内部体积大的外部体积V胶囊。
当机器的冲煮头3关闭时，图4B中用一系列箭头示意性地示出了针板按压在胶囊上并压缩胶囊，从而使胶囊功能性地配合在胶囊保持器和所述针板之间限定的腔体体积V腔体中。如图4B中所示，胶囊在其结构12的柔性波纹管部分14的区域弯曲，直到所述胶囊的上边缘15被压紧在胶囊保持器的上表面和针板的下表面之间。在该位置，胶囊功能性地就位在机器的冲煮头中，注水针(未在图4B中示出)已经刺穿了胶囊的顶膜，并且能以密封的方式开始冲煮循环。
当机器的提取头被再次打开时，胶囊弹回到其在图4C中所示的原始位置，胶囊的外部体积从基本等于V腔体的体积扩张至其正常的较大的体积V胶囊。
重要地，发现胶囊外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室的变化对于解决回流问题具有很大影响：在机器的冲煮头关闭时，根据上述原理，针刺穿顶膜11并且胶囊被压缩。
此时，即，当胶囊被功能性地***机器中且开始冲煮循环时，胶囊的内部隔室体积V隔室由于外部体积V胶囊减小至基本达到了机器冲煮腔体的体积V腔体而减小到压缩的功能体积。然后开始在压力下将水注入胶囊体积中，胶囊隔室内的压力增大，饮料得以制备并且然后在胶囊打开时从胶囊分配出。当完成饮料的分配时，胶囊隔室中可能保持0.5-4巴的残余压力，该残余压力可能因在压力下被限制的气体而导致回流或鲸鱼效应问题，当注入针从胶囊移除且注入孔打开时，该气体膨胀，由此水在压力下通过穿透胶囊的顶壁11的注入孔从胶囊喷出。然而，本发明通过提供一种内置于胶囊中的压力释放特征结构解决了回流问题：在饮料分配之后，当冲煮头3打开和注水针从胶囊的顶膜11移出时，所述胶囊的外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室如上所述增加，允许被限制的气体减压，这同时导致胶囊中的内部压力减小。发现在冲煮头的打开期间的压力减小足以补偿胶囊隔室中的残余流体压力，如果存在该残余流体压力的话。因此，胶囊隔室中剩余的流体不再处于较高压力下，并且消除了所述流体通过注入孔的回流。
用波纹管结构作为胶囊的可变形部分允许所述胶囊的外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室可逆地减小至少10％，且在一些情况下，取决于波纹管的设计，减小至少20％，这足以解决回流问题。
更精确地，鲸鱼效应由在连续提取期间被困在胶囊中的可压缩介质(气体)产生，当冲煮头打开和注入针从胶囊的顶部移除时，该可压缩介质膨胀，从而使穿透该胶囊的注入孔畅通/疏通。在后一种情况下，被困的气体减压、膨胀并将胶囊中所含的液体通过顶膜上刺穿的注入孔推出。
例如，对于具有18.1cm2的顶膜表面的胶囊而言，使用具有约1.4mm的直径(大体上等于刺穿顶膜的注入孔的直径)的注入针将该顶膜表面刺穿，胶囊高度沿着其垂直轴线压缩3mm的幅度，其对应于胶囊内部隔室体积V隔室(微分体积)减小5.43cm3，即5.43ml。
使用这种胶囊，当在从胶囊中提取完饮料之后，胶囊隔室中存在4巴的残余压力(5巴的绝对压力)并且在胶囊中存在1.36ml的处于压缩状态的气泡的剩余体积，使用本发明的具有3mm高度的恢复幅度的胶囊能消除胶囊中的所有残余压力。在这种情况下，当机器的冲煮头被打开时，通过使胶囊扩张回到其初始体积来消除残余压力，并且没有观察到鲸鱼效应或产品回流。
相反，使用现有技术中的在顶膜上具有1.4mm直径的孔的不可压缩的胶囊，观察到了回流和/或鲸鱼效应，这在最差的情景下导致高62cm和持续1秒的水射流。
应当理解的是，对本文描述的当前优选实施例的各种改变和修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。在不背离本发明的精神和范围以及不减少其随之带来的优点的情况下，可以进行这些改变和修改。因此，这些改变和修改由随附权利要求覆盖。

Claims (9)

1.一种用于容纳食品配料的胶囊(1)，该胶囊适于***食品制备机器(2)中，所述胶囊具有限定了封闭隔室的刚性的主体结构，其中，所述配料在所述隔室中与通过所述机器在压力下引入的流体混合，从而产生食品，所述主体的壁限定了外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室，其特征在于，所述胶囊的主体结构还包括至少一个具有一定形状、尺寸和/或由一定材料制成以使其能弹性变形的部分(14)，并且通过在所述胶囊被功能性地***所述机器中时沿着所述胶囊的至少一个维度施加弹性压缩，能够使V胶囊和V隔室可逆地减小至少3％，主体的壁的所述弹性部分允许所述胶囊在提取之后弹回到其初始体积V胶囊和V隔室，从而减小所述胶囊中的残余压力。
2.根据前述权利要求所述的胶囊(1)，其中，所述弹性部分(14)能在1mm到20mm、优选在1.5mm到10mm、更优选在2mm到5mm的幅度内变形。
3.根据前述权利要求1或2所述的胶囊(1)，其中，所述胶囊的外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室能减小至少10％、更优选减小至少15％。
4.根据权利要求1所述的胶囊(1)，其中，所述弹性部分包括胶囊侧壁的波纹管部分(38)。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的胶囊(1)，其中，所述弹性部分(14)能在平移时变形。
6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的胶囊(1)，其中，所述弹性部分(14)能在扭转时变形。
7.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(1)，该胶囊(1)不能渗透水分和氧气。
8.一种饮料制备***，包括：
-具有刚性的主体结构的封闭胶囊(1)，该主体结构限定了用于容纳食品配料的封闭隔室，所述胶囊具有外部体积V胶囊和内部隔室体积V隔室，和
-具有腔体的食品制备机器(2)，该腔体供功能性地***所述胶囊和在压力下将饮料制备流体注入到该胶囊中，所述机器的腔体具有内部体积V腔体，其特征在于，所述胶囊的主体结构还包括至少一个具有一定形状、尺寸和/或由一定材料制成以使其能弹性变形的部分(14)，并且通过在所述胶囊被功能性地***所述机器中时沿着所述胶囊的至少一个维度施加弹性压缩，能够使V胶囊和V隔室可逆地减小至少3％，主体的壁的所述弹性部分允许所述胶囊在提取之后弹回到其初始体积V胶囊和V隔室，从而减小所述胶囊中的残余压力。
9.根据权利要求8所述的饮料制备***，其中，所述机器的腔体包括胶囊保持部分(8)和流体注入部分，该流体注入部分能从所述胶囊保持部分移开和移向所述胶囊保持部分，从而分别打开、关闭所述腔体，并且其中，在所述腔体的关闭期间和当所述腔体处于关闭状态时，通过流体注入部分在所述胶囊的顶部施加弹性压缩力来减小外部胶囊体积V胶囊和内部隔室体积V隔室。
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