CN105102349B - 食品制备用胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包含饮料配料的胶囊(11)，该胶囊适于功能性地***食品制备机器(1)中，所述胶囊包括限定腔室的壁(12)，其中，通过使所述配料与由所述机器在压力下注入所述腔室中的流体混合来制备所述饮料，所述胶囊还包括分配开口(13)，以及在所述腔室内部的压力升高的作用下打开的打开装置，其特征在于，所述打开装置包括能够将胶囊腔室连接到分配开口(13)的导流通道(14)，以及能够在所述通道中在以下位置之间移动的装有弹簧的活塞插头(15)：(i)封闭位置，在该封闭位置所述腔室的压力低于第一预定压力Pc，活塞弹簧(16)处于不工作状态，并且活塞插头(15)密封抵靠该通道的壁的密封部分(19)，(ii)分配位置，在该分配位置所述腔室的压力等于或者高于Pc，活塞弹簧(16)发生弹性变形，并且活塞插头(15)移动远离该通道的壁，从而饮料能够通过所述通道(14)流出所述胶囊。

Description

食品制备用胶囊

技术领域

本发明涉及食品或者饮料制备机器中使用的胶囊，更具体地涉及具有防滴落特性的胶囊。

背景技术

饮料制备机器在食品科学和消费品领域中是公知的。这样的机器允许消费者在家中制备给定类型的饮料，例如基于咖啡的饮料，例如espresso咖啡或煮冲煮类型的杯装咖啡。

目前，大部分用于家用饮料制备的饮料制备机器包括由可容纳用于饮料制备的分份配料的机器构成的***。这样的分份配料可以是软质易理包或垫包、或者小袋，但是越来越多的***使用半刚性或者刚性分份配料，诸如刚性易理包或者胶囊。在下文中，将考虑如下情况：本发明的饮料机器是作用于刚性或者半刚性胶囊(诸如胶囊、小袋、易理包、垫包)的饮料制备机器。

该机器包括用于容纳所述胶囊的容器或腔，以及用于在压力下将流体(优选为水)注入胶囊的流体注入***。用于根据本发明制备咖啡饮料的在压力下注入胶囊的水优选地是热的，也就是说温度高于70℃。但是，在一些特定情况下，其也可以为环境温度，或者甚至是冷的。在胶囊内容物的提取和/或溶解期间胶囊室内部的压力(相对于大气压力)直到胶囊打开之前一直增加，对于溶解产品通常增加至约1到约8巴，对于烘焙和研磨咖啡的提取增加至约2到约12巴。这样的制备过程与饮料制备的所谓“冲煮”过程(特别用于茶和咖啡)明显不同，这是因为冲煮涉及流体(例如热水)对配料的长时间浸泡，而该饮料制备过程允许消费者在数秒内制备饮料，例如咖啡。

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，并且通常包含将胶囊***机器的容器或腔，一般在用安装在机器上的刺穿注入元件(例如流体注入针)刺穿胶囊表面之后将一定量的加压水注入胶囊，以在胶囊内部产生加压环境来提取或溶解物质，然后从胶囊排出经提取的物质或者经溶解的物质。例如在申请人的欧洲专利EP1472156B1和EP1784344B1中已经描述了允许应用此原理的胶囊。

例如在专利CH605293和EP242556中已经描述了允许应用此原理的机器。根据这些文献，机器包括用于胶囊的容器或腔，以及以空心针的形式制成的刺穿和注入元件，该空心针在其远端区域包含一个或多个液体注入孔口。所述针具有双重作用，即，其一方面将胶囊的顶部部分开口，另一方面形成进入胶囊的水入口通道。

机器还包括流体箱(在大部分情况下此流体是水)，用于储存用于在压力下溶解和/或浸泡和/或提取胶囊中包含的配料的流体。机器包括加热元件，例如热水器或者热交换器，其能够将机器中使用的水加热到工作温度(通常高达80-90℃的温度)。最后，该机器包括用于使水从箱循环到胶囊(可选地经过加热元件)的泵元件。水在机器内循环的方式例如通过选择用阀装置进行选择，该阀装置例如是申请人的欧洲专利EP2162653B1中描述的蠕动阀类型。

当要制备的饮料是咖啡时，一种有意义的制备咖啡的方式是向消费者提供包含烘焙和研磨咖啡粉末的胶囊，该粉末将用注入胶囊中的热水进行提取。

在许多情况中，机器包含用于保持胶囊的胶囊保持器，其意在被***机器的相应的腔或容器或者从中被取出。当胶囊保持器被装载胶囊并且以操作方式被***机器中时，机器的注水装置可流体连接到胶囊以将水注入其中以用于食品制备，如上文所述。例如在申请人的欧洲专利EP1967100B1中描述了胶囊保持器。

已经对于这样的食品制备的应用、尤其对于饮料制备开发了胶囊，如在申请人的欧洲专利EP1784344B1或者欧洲专利申请EP2062831中描述和要求保护的。

简而言之，这样的胶囊通常包含：

-空心体部和注入壁，液体和空气不可透过该注入壁，并且该注入壁可附接到该体部并且适于被例如机器的注入针刺穿，

-腔室，其容纳要被提取的烘焙和研磨咖啡层、或可溶配料或可溶配料的混合物，

-铝膜，其设置在胶囊的底端，封闭该胶囊，以用于保持腔室中的内部压力。

该铝膜设置为被刺穿装置刺破，该刺穿装置与胶囊成一体，或者位于胶囊外部，例如在机器的胶囊保持器内。

刺穿装置适于在腔室内的内部压力达到一定的预定值时在铝膜中刺出分配孔。

此外，可选地，胶囊可进一步包括构造为打断流体射流的装置，以便降低注入胶囊的流体射流的速度并且使流体以降低的速度分布在整个物质层上。

在一些情况下，当要制备和分配的产品是饮料时，以及根据一些参数例如所述饮料的粘度、其饮用温度和制备压力，在分配阶段结束时会发生一些滴落。在这样的情况下，在机器的泵已经停止之后，以及在饮料被从胶囊分配到杯中之后，胶囊中残留的一些液体可能通过胶囊的底部开口滴落。

这是不希望的，因为如果消费者已经从机器下方抽出杯子，或者当消费者将用过的胶囊移动到垃圾箱时，这导致脏乱和不清洁，并且还因为在杯子仍置于机器下方的情况下额外量的饮料被分配到杯子中，这样与饮用份量不对应。

因此，本发明的一个目的是提供克服了已知胶囊的缺陷的胶囊，其包括不管饮料制备或分配的条件如何都能确保不发生滴落的***。此外，另一个目的是提供对于胶囊内部和外部之间的温度和压力差异不敏感的***。此方案还应是食品安全的，并且生产成本低。

发明内容

本发明涉及一种包含饮料配料的胶囊，该胶囊适于功能性地***食品制备机器中，所述胶囊包括限定腔室的壁，在所述腔室中，通过将所述配料与由所述机器在压力下注入其中的流体混合来制备所述饮料，所述胶囊还包括分配开口，以及在所述腔室内部的压力升高的作用下打开的打开装置，其特征在于，所述打开装置包括能够将胶囊的腔室连接到分配开口的刚性导流通道，以及可在所述通道中在以下位置之间移动的装有弹簧的刚性活塞插头(piston plug)：

(i)封闭位置，在该位置所述腔室的压力低于第一预定压力Pc，活塞弹簧处于不工作状态，并且活塞插头密封抵靠通道壁的密封部分，

(ii)分配位置，在该位置所述腔室的压力等于或者高于Pc，活塞弹簧发生弹性变形，并且活塞插头移动远离通道壁，从而饮料可通过所述通道流出所述胶囊。

可以理解的是，Pc是临界压力，超过该压力时，胶囊本身打开以允许饮料流出。Pc优选在0.003和5巴之间，更优选在0.1和3巴之间，并且最优选在0.5和2巴之间。

有意思的是，装有弹簧的活塞具有如下优点：它是对于饮料制备条件(例如，温度和压力)不敏感的纯机械元件。这尤其重要，即使在通过通道分配的饮料具有高温度的情况下，弹簧仍是可靠的并且其变形不受影响，这不同于本领域中已知的其他阀方案，例如橡胶开口阀。对于这样的开口阀，温度和压力会影响阀缘的几何形状和变形特性，并且例如当分配压力高(在3和15巴之间)以及温度在60-70℃以上时重新闭合的性能无法得到保证。此外，不同于根据本发明的机械活塞插头，已知的方案(诸如柔性橡胶或硅树脂开口阀)很昂贵。此外，本发明的另一个优点是压力越高，分配开口打开得越宽。

重要的是，“装有弹簧的活塞插头”指的是致动活塞插头的弹簧可以是整个活塞的一体式部分，但是其本身也可以是独立部分，或者其还可以与胶囊壁一体地形成。但是，优选地，弹簧部件与活塞插头一体地制成，然后整个活塞(插头加上弹簧)被组装到胶囊壁上。

所述活塞插头优选地可沿所述通道的垂直对称轴线平移运动。

在本发明的第一实施例中，弹簧包括与所述插头一体地形成的多个可变形的波状的臂，每个臂具有基本平行于所述插头的纵向轴线的纵向轴线。

在本发明的第二实施例中，弹簧包括从活塞插头向外延伸的多个可变形的弯曲臂。

优选地，在本发明的此后一实施例中，弹簧进一步包括连接到所述弯曲臂的远端的环，所述环用于将所述活塞插头和弹簧连接到胶囊的其余部分，以使得所述插头和弹簧可相对于胶囊移动。

在任何情况下，所述弹簧均可弹性地压缩或伸展。在这两种可能方案中，当胶囊腔室内部的压力增加时，弹簧均弹性地和弹力地变形。

在本发明的一个优选实施例中，胶囊进一步包括密封在所述胶囊腔室和所述分配通道之间的可刺穿壁，以及位于所述腔室内部或者所述腔室外部的刺穿装置，该刺穿装置适于在所述腔室内部的压力升高的作用下刺穿所述可刺穿壁。

因此，可以利用这样的可刺穿壁和刺穿装置，在两个分离的步骤中构建胶囊开口。当胶囊腔室内部的压力增加时，可刺穿壁和刺穿装置相互接触，从而可刺穿壁被刺穿。在胶囊腔室内部制备的饮料在压力下朝被活塞插头封闭的胶囊分配通道流动。一旦流体压力施加到活塞上，则弹簧变形，并且活塞插头相对于通道移动，从而在这两者之间产生通路，饮料可通过该通路流到胶囊之外，流过分配通道并且流到置于胶囊下方的杯中。

在第一可能的实施例中，刺穿装置可以是具有覆盖有至少一个刺穿突起的表面的板，所述板是独立于胶囊的其余部分的元件，并且被布置在胶囊的其余部分中。在此情况下，装有弹簧的活塞插头可被功能性地组装在所述刺穿板的导流通道内。

在第二可替代实施例中，刺穿装置可以是具有覆盖有至少一个刺穿突起的表面的板，所述板与胶囊壁的其余部分一体地形成。

有利地，所述活塞插头和弹簧可以由热塑性材料一体地模制而成，该热塑性材料例如是(但不限于)聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、具有或者不具有玻璃纤维增强物的聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、或者它们的组合。

附图说明

本发明的其它特征和优点在以下参照附图给出的对当前优选实施例的描述中进行了说明并且将从中显而易见，在附图中：

图1是饮料制备***的示意性透视图；

图2是根据本发明的胶囊的底部部分的示意性放大剖面侧视图；

图3是类似于图2的顶视图；

图4是根据本发明的活塞阀的示意性透视底视图；

图5、6和7是处于封闭构型(图5)和打开构型(图6和7)的具有根据本发明的活塞阀的胶囊分配开口的放大的示意性剖面视图；

图8和9是根据本发明的活塞的可替代实施例的示意性透视顶视图和底视图；

图10是以根据图8和9中所示的可替代实施例的活塞阀为特征的胶囊的示意性剖面侧视图；

图11和12是处于封闭构型和打开构型的具有根据图8、9和10中所示的可替代实施例的活塞阀的胶囊分配开口的放大的示意性剖面视图；

图13和14是本发明的另一个实施例的部分示意性剖面视图，其中活塞阀与胶囊的附加打开装置组装在一起。

具体实施方式

根据本发明的胶囊意在应用于图1所示的胶囊制备机器，由此形成胶囊制备***。

如图1所示，机器1包括机器体部2、可从机器体部2取下以重新填充的储水器3。体部2包括开/关按钮4。机器1还包括提取头5。提取头5包括用于热水或冷水的水温选择器、锁定杠杆7和用于***胶囊保持器8的开口，该水温选择器为两个按钮6的形式(一个按钮用于选择热饮料，另一个按钮用于选择冷饮料)。机器1进一步包括用于在提取头下方保持杯子的杯托盘9。机器还包括控制面板10，其包括用于选择例如要分配的饮料体积的选择轮，以及在其中呈现关于饮料制备设置的数据的屏幕。胶囊保持器8适于接纳胶囊11。

如图2和3所示，根据本发明的胶囊11包括限定胶囊腔的胶囊壁12，饮料配料包含在该胶囊腔内。此配料的形式适于在压力下与通过机器注入胶囊内部的水混合。通常，配料是粉末；但是，配料还可以是浓缩液、凝胶、压实粉末(例如，片剂)、或者离散物质的团块，诸如直径小于1mm的小的配料块，其为聚结的或者压实的。

胶囊还包括分配开口13，该分配开口13具有在所述腔内部的压力升高的作用下打开的打开装置。

根据本发明的基本原理，打开装置包括分配通道14和装有弹簧的活塞插头15，该活塞插头15可在所述通道中在以下位置之间移动：

(i)闭合位置，在该位置所述腔的压力低于1.2巴，活塞弹簧处于不工作状态，并且该活塞插头密封抵靠通道的壁，如图2和5所示，

(ii)分配位置，在该位置所述腔的压力等于或者高于1.2巴，活塞弹簧弹性变形，并且该活塞插头移动远离通道的壁，从而饮料可通过所述分配通道流出所述胶囊，如图6和7所示。

活塞插头15可在通道14内沿所述通道的对称轴线平移。所述通道的对称轴线不必须但优选是垂直的。活塞的打开方向可如图所示向下定向，但是也可沿另一方向定向，例如上下倒置。

在图2到7所示的本发明的第一实施例中，弹簧16包括一对可变形的波状弹簧壁17。所述弹簧臂17通过注射模塑与活塞插头的其余部分一体地形成，并且这些臂17中的每一个的纵向轴线与所述插头15的纵向轴线基本平行。

如图4中更详细示出的，插头15包括密封部分18，该密封部分用于密封抵靠分配通道14的对应密封部分19的内表面，如图5所示。该活塞插头还包括导流部20，该导流部20用于引导饮料流出胶囊，流向消费者的杯子，从而很大程度上减少了喷溅。优选地，活塞插头的导流部20具有十字形截面，如图4所示。

臂17的远处自由端21意在靠在分配通道14的支承边缘22上，如图5到7所示。

一旦胶囊11被***机器内并且消费者启动饮料制备循环，则水在压力下被注入胶囊，与胶囊内包含的饮料配料混合。胶囊腔室内部的流体压力增大。随着压力累积，力施加在活塞密封部分18的上表面上，该活塞密封部分18被向下压入分配通道14中，同时弹簧臂17被挤压，如图6和7所示。当活塞15的滑动运动足够时，密封部分18脱离分配通道的密封部分19，如图6和7所示，从而形成朝向被置于下方的杯子(图中未示出)定向的饮料流动通道。

一旦饮料制备完成，则机器停止向胶囊内注入水，并且随着饮料被分配，胶囊内压力降低，直到其达到临界压力，低于该临界压力时弹簧16使得活塞插头15移动回到其最初的不工作位置。在此不工作位置，活塞密封部分18与分配通道的密封部分19邻接，如图5所示，并且该密封部分19被封闭。在胶囊内残留一些液体的情况下，该液体被保留在胶囊内，而不发生滴落。

另外，申请人惊讶地发现，当在胶囊已经用过之后活塞返回其封闭位置时，不会通过由机器的注水针刺穿胶囊的顶壁而形成的开口发生溢出。

在图8到12所示的本发明的第二实施例中，弹簧16包括从活塞插头15向外延伸的三个可变形的弯曲臂23。该弹簧还包括连接到所述弯曲臂23的远端25的环24。环24用于将所述活塞插头15和弹簧16连接到胶囊的其余部分，使得所述插头和弹簧可相对于胶囊移动。

此弹簧实施例的作用与上文所述的第一实施例的作用相似。同样，一旦胶囊11被***机器内并且消费者启动饮料制备循环，则水在压力下被注入胶囊，与胶囊内包含的饮料配料混合。胶囊腔室内部的流体压力增大。随着压力累积，力施加在活塞密封部分18的上表面上，该活塞密封部分18被向下压入分配通道14中，同时弹簧臂17变形，如图12所示。当活塞15的滑动运动足够时，密封部分18脱离分配通道的密封部分19，如图12所示，从而形成朝向被置于下方的杯子(附图中未示出)定向的饮料流动通道。

一旦饮料制备完成，则机器停止向胶囊内注入水，并且随着饮料被分配，胶囊内压力降低，直到其达到临界压力，低于该临界压力时弹簧16使得活塞插头15移动回到其最初的不工作位置，如图11所示。在此不工作位置，活塞密封部分18与分配通道的密封部分19邻接，如图11所示，并且该密封部分19被封闭。在胶囊内残留一些液体的情况下，该液体被保留在胶囊内，而不发生滴落。

如图2和10所示，胶囊可进一步包括密封在所述胶囊腔室和所述分配通道之间的可刺穿壁26，以及位于所述腔室内或者位于所述腔室外部的刺穿装置27，该刺穿装置27适于在所述腔室内部的压力升高的作用下刺穿所述可刺穿壁。所述刺穿装置是具有被至少一个刺穿突起28覆盖的表面的板。

在本发明的第一实施例中，如图2所示，所述板与胶囊的其余部分一体地模制而成。

在本发明的第二可替代实施例中，刺穿板是与胶囊的其余部分独立的元件，并且被组装在其余部分中，如图10所示。

但是重要的是，刺穿板与胶囊的其余部分成一体或者独立这一事实与用于活塞插头的弹簧的类型无关。可以产生这些元件的所有组合，且具有基本等同的技术效果。

在上文所述的并且如图10所示的刺穿板是与胶囊独立的元件的情况下，活塞插头和弹簧可直接组装到刺穿板上，如图13所示。在此情况下，装有弹簧的活塞插头15功能性地组装在所述刺穿板27的导流通道29内。如上文所述，当压力在胶囊内部累积时，活塞插头15被向下加压并且流动路径打开，如图14中的箭头所示。当胶囊内部的压力减小时，活塞插头返回如图13所示的其封闭位置。可以理解的是，在此情况下，两个不同的打开***被组合。第一个打开***是由可刺穿膜和刺穿板构成的，其是永久打开***；一旦打开，被刺穿的膜不能重新密封，但是该膜在胶囊的储存和售卖期间确保了良好的密封。第二个打开***是根据本发明的可重新封闭的装有弹簧的活塞插头***。

本发明解决了滴落的技术问题这一事实是由于活塞插头与胶囊壁表面(在所述活塞处于封闭位置时所述活塞靠在该胶囊壁表面上)的密封效果所导致的。活塞插头在胶囊壁(或者分配通道的壁)上的密封效果可通过如下任一个来实现：

-毛细管效应：在此情况中，在活塞的封闭位置在活塞插头与胶囊壁之间存在功能性间隙(通常约10到300微米)，从而插头可相对于胶囊移动，这两者之间的距离足够小以允许产生毛细管效应来防止液体在它们之间流动；或者

-由插头和胶囊通过胶囊上和/或活塞插头上的由密封材料(例如橡胶)制成的表面的直接接触而实现的主动密封。

应理解，对文中所描述的当前优选实施例的各种修改和改变对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的修改和改变可在不偏离本发明的精神和范围且不丧失其伴随的优点的情况下做出。因此，这样的修改和改变也将由所附权利要求涵盖。

Claims (17)

1.一种容纳饮料配料的胶囊(11)，该胶囊(11)适于功能性地***食品制备机器(1)中，所述胶囊包括限定腔室的壁(12)，其中，通过使所述配料与由所述机器在压力下注入所述腔室中的流体混合来制备所述饮料，所述胶囊还包括分配开口(13)，以及在所述腔室内部的压力升高的作用下打开的打开装置，其特征在于，所述打开装置包括能够将胶囊腔室连接到分配开口(13)的导流通道(14)，以及能够在所述通道中在以下位置之间移动的装有弹簧的活塞插头(15)：

(i)封闭位置，在该封闭位置所述腔室的压力低于第一预定压力Pc，活塞弹簧(16)处于不工作状态，并且活塞插头(15)密封抵靠该通道的壁的密封部分(19)，

(ii)分配位置，在该分配位置所述腔室的压力等于或者高于Pc，活塞弹簧(16)发生弹性变形，并且活塞插头(15)移动远离该通道的壁，从而饮料能够通过所述通道(14)流出所述胶囊。

2.根据权利要求1所述的胶囊(11)，其中，所述压力Pc在0.003巴和5巴之间。

3.根据权利要求1所述的胶囊(11)，其中，所述压力Pc在0.1巴和3巴之间。

4.根据权利要求1所述的胶囊(11)，其中，所述压力Pc在0.5巴和2巴之间。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的胶囊(11)，其中，所述活塞插头(15)能沿所述通道(14)的垂直对称轴线平移运动。

6.根据前述权利要求1到4中任一项所述的胶囊(11)，其中，所述弹簧(16)包括与所述插头一体地形成的多个可变形的波状的臂(17)，每个臂(17)具有与所述插头的纵向轴线基本平行的纵向轴线。

7.根据前述权利要求1到4中任一项所述的胶囊(11)，其中，所述弹簧(16)包括从活塞插头向外延伸的多个可变形的弯曲臂(23)。

8.根据权利要求7所述的胶囊(11)，其中，所述弹簧(16)还包括连接到所述弯曲臂(23)的远端(25)的环(24)，所述环用于将所述活塞插头和弹簧连接到胶囊的其余部分。

9.根据前述权利要求1到4中任一项所述的胶囊(11)，其中，所述弹簧(16)能够弹性地压缩。

10.根据前述权利要求1到4中任一项所述的胶囊(11)，其中，所述弹簧(16)能够弹性地伸展。

11.根据前述权利要求1到4中任一项所述的胶囊(11)，还包括密封在所述胶囊的腔室和所述分配开口(13)之间的可刺穿壁(26)，以及刺穿装置(27)，所述刺穿装置位于所述腔室内部或者所述腔室外部，并且适于在所述腔室内部的压力升高的作用下刺穿所述可刺穿壁。

12.根据权利要求11所述的胶囊(11)，其中，所述刺穿装置是具有覆盖有至少一个刺穿突起(28)的表面的刺穿板，所述刺穿板是独立于胶囊的其余部分的元件并且布置在胶囊的其余部分中。

13.根据权利要求12所述的胶囊(11)，其中，装有弹簧的活塞插头被功能性地组装在所述刺穿板的导流通道内。

14.根据权利要求11所述的胶囊(11)，其中，所述刺穿装置是具有覆盖有至少一个刺穿突起(28)的表面的刺穿板，所述刺穿板与胶囊的壁的其余部分一体地形成。

15.根据前述权利要求1到4中任一项所述的胶囊(11)，其中，所述活塞插头(15)包括密封部分(18)和导流部分(20)。

16.根据前述权利要求1到4中任一项所述的胶囊(11)，其中，所述活塞插头(15)和弹簧(16)由热塑性材料一体地模制而成。

17.根据权利要求16所述的胶囊(11)，其中，该热塑性材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、具有或者不具有玻璃纤维增强物的聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者它们的组合。