SK156596A3

SK156596A3 - Filter for preparing beverages, especially coffee filter, and process for producing it

Info

Publication number: SK156596A3
Application number: SK1565-96A
Authority: SK
Inventors: Werner Simon; Lutz Wittenschlaeger; Fred Bergmann
Original assignee: Melitta Haushaltsprodukte
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-06-04
Also published as: FR2732576A3; NO965196D0; US5871644A; RO117889B1; ATE239411T1; AT823U1; EP0951854B1; EP0763994B1; DE19513600C5; WO1996032043A1; DE19513600A1; DK0763994T3; EE9600187A; DE19513600C2; HUP9603411A2; CA2192474A1; ATE194907T1; NO965196L; BR9606303A; AU692701B2

Description

FILTER PRE NÁPOJE, PREDOVŠETKÝM KÁVOVÝ FILTER, A SPÔSOB JEHO VÝROBY

Oblasť techniky

Vynález sa týka filtra pre lúhované nápoje, predovšetkým kávového filtra, ktorý má póry, a spôsobu výroby takéhoto filtra.

Doterajší stav techniky

Sú známe kávové filtre z papiera, ako Filtertuten® prihlasovateľky. Tieto kávové filtre sú krepované, aby sa zväčšil ich povrch a majú póry, ktoré nie sú púhym okom pozorovateľné alebo sú sotva viditeľné. DE-GM 69 39 904 popisuje kávový filter s veľkosťou pórov medzi 5 pm až 20 pm, ktoré umožňujú, aby mohli byť koloidné častice, nesúce arómu, pretlačené filtrom.

DE-OS 28 02 240, DE-OS 34 34 687, DE-OS 36 42 898 a DE-OS 41 35 660 sa týkajú kávových filtrov, vyrobených z plastovej, prípadnej kovovej fólie, v ktorých sú vytvorené ostrohranné otvory, prípadne póry.

Podstata vynálezu

Vynález rieši úlohu vytvoriť filter pre nápoje, predovšetkým kávový filter, ktorým možno jednoducho vyrobiť a vylepšiť filtrát ako je káva, ako i spôsob výroby takéhoto filtra.

Táto úloha je riešená filtrom, prípadne spôsobom výroby filtra podľa nárokov.

Základom vynálezu je myšlienka vytvoriť filter pre nápoje, predovšetkým kávový filter, ktorý je vyrobený zo savého, pavučinového, prípadne vláknitého materiálu, v ktorom sú vytvorené póry s priemernou šírkou pórov od minimálne 0,1 mm, merané pri mernej hustote vlákna, ktorá je zhruba 50 % pôvodnej alebo priemernej hustoty vlákna materiálu; výhodná je maximálna priemerná šírka pórov od asi 0,6 mm do asi 0,7 mm a ďalej je výhodná od asi 0,3 mm do asi 0,4 mm. Rozmedzie šírky pórov od 0,15 do 0,25 mm je obzvlášť výhodné.

Pod pôvodnou alebo priemernou mernou hustotou vlákna materiálu filtra sa chápe merná hustota vlákna materiálu pred vytvorením uvedených pórov, prípadne merná hustota vlákna materiálu po celom povrchu filtra.

Filter podľa vynálezu je vyrobený z vhodného papiera a pavučinového materiálu z prírodných a/alebo syntetických vlákien na báze celulózy a/alebo z vlákien zo syntetických polymérov, ako i zo zmesi uvedených vlákien. Plošná hmotnosť výhodných materiálov je zhruba 10 až zhruba 100 g/m². Vláknitý materiál je výhodne filtračný papier, ktorý bol doteraz používaný pre Filtertúten ®. Pri vytvorení pórov v tomto materiáli, k čomu dochádza predovšetkým vpichovaním ihiel alebo vodnými lúčmi, nie sú okraje, prípadne hrany pórov ostré, ale podmienené vláknitým materiálom neostré, prípadne rozstrapkané, prípadne porézne.

Póry takejto veľkosti možno obzvlášť jednoducho vyrobiť a vylepšujú predovšetkým chuť kávového filtrátu. Prekvapujúcim spôsobom filtrujú tieto póry navzdory svojej relatívne veľkej priemernej šírke dokonca i práškové častice, ako kávové častice, ktoré majú podstatne menšiu veľkosť, až k 10 pm. Tento efekt je pravdepodobne založený na relatívne veľkých kapilárnych silách, pôsobiacich na neostré hrany pórov.

Vytvorením pórov s priemernou šírkou pórov väčšou ako zhruba 0,1 mm sa zvýši filtračný výkon, prípadne hodnota prietoku filtra. Tým sa zamedzí problémom s upchávaním, prípadne pretečením filtra, a to predovšetkým pri použití v kávovaroch. Väčšími pórmi vo filtri okrem toho môže filtrom prejsť podstatne viac koloidných, arómu nesúcich častí, a alkaloidy, ako kofeín, ktoré sú bežnými papierovými filtrami počas filtrovania ľahko z kávy adsorbované, nie sú zadržiavané ako v bežných papierových filtroch. Tým sa vylepší chuť filtrátu, hlavne pri filtrovaní kávy.

Pri použití vláknitých materiálov s takýmito veľkými pórmi neznižuje prípadné nabobtnanie materiálu filtra jeho prepúšťacie vlastnosti tak badateľne ako u bežných filtračných papierov.

Zväčšenie šírky pórov v porovnaní s bežnými kávovými filtrami z papiera má ďalej tú výhodu, že filter podľa vynálezu môže byť použitý pre väčší počet nápojov, predovšetkým pre iné, menej bežné druhy kávy ako espreso, sladovú, obilnú, karamelovú kávu. Okrem toho už nie je potrebné krepovanie materiálu filtru, čo vedie k zníženiu nákladov.

Na základe priemernej šírky pórov do 0,6 mm alebo aj pri 0,7 mm vo vláknitom materiáli sa zamedzí tvoreniu usadeniny vo filtráte a viditeľnému zakaleniu filtrátu.

Výhodným priemerným rozsahom šírky pórov od asi 0,1 mm do asi 0,4 mm a ďalej výhodne do asi 0,3 mm sú okrem toho zadržané lipidy obsiahnuté v káve, takže sa nedostanú do filtrátu a nemôžu negatívne ovplyvňovať hodnoty cholesterolu konzumentov. Dokázalo sa, že predovšetkým lipidy obsiahnuté v káve trvalo zvyšujú obsah cholesterolu v krvi konzumentov a môžu pôsobiť ako zdravie ohrozujúce (porovnaj Identity of the cholesterol-raising factor from boiled coffee and its effects on liver function enzymes v Journal of Lipid Research, diel 35,1994).

Výhodne je voľná plocha pórov až 20 % celkovej plochy filtra. Prišlo sa na to, že takýto podiel voľnej plochy pórov práve kvôli pórovitosti vo filtračnom papieri umožňuje uspokojivý filtračný účinok. Pri väčšom podieli voľnej plochy otvorov dochádza zosilnené k tvorbe usadenín vo filtráte. Pri priemernej šírke pórov od asi 0,3 mm vo filtri podľa vynálezu a voľnej ploche pórov od 20 % nedochádza ďalej k zvýšenej priepustnosti nežiaducich kávových lipidov pôsobiacich neprospešne zdraviu.

Okrem toho sa prišlo na to, že spracovateľnosť papiera a jeho pevnosť v ťahu nie je obmedzovaná udanou oblasťou priemernej šírky pórov, takže filter podľa vynálezu zostáva stabilný, reliéfnym vyrazením spojené časti filtra nie sú zoslabené a tiež sa zamedzí i ďalším problémom s obaľovaním a spracovaním.

Obzvlášť pribúda priemerná šírka pórov a/alebo plošná hustota pórov smerom k oblasti filtra, ktorá sa pri vložení nachádza dole. Tým je zosilnený priebeh v dolnej oblasti filtra, teda v oblasti, v ktorej sa v porovnaní s ďalšími oblasťami nachádza väčšie množstvo mletej kávy. Pritom je priepustnosť filtra podľa vynálezu zladená predovšetkým tak, aby priechod filtrátu filtrom zostával po celej výške tekutiny vo filtri približne rovnaký. Tým sú rozdielnym množstvom nápojových častíc a rozdielnymi tlakmi vyrovnávané rozdiely v priepustnosti a nápoj je lepšie a rovnomernejšie využitý.

Ďalej výhodne sú u filtra podľa vynálezu póry vytvorené a usporiadané tak, že tvoria určitú perforačnú líniu, pozdĺž ktorej môže byť filter oddelením perforačnej línie cielene zmenšený. U kávového filtra je tak možné napr. filter určený pre veľkosť filtrového držiaku 1x4 zmenšiť na veľkosť filtrového držiaku 1x2.

Dodatočne alebo alternatívne môžu byť póry vytvorené a usporiadané tak, že tvoria vo filtri určitú zlomovú čiaru, ktorá podporuje rozovretie filtra na určitých miestach, ako v blízkosti reliéfových vyrazení.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie vysvetlený prostredníctvom konkrétnych príkladov vyhotovenia znázornených na výkresoch, na ktorých predstavuje:

obr. 1	schematické zobrazenie bokorysu spôsobu vyhotovenia vynálezu,	filtra podľa
obr. 2	zväčšený výrez A z obr. 1 so schematickým zobrazením pórov,	výhodných
obr. 3	zväčšený výrez A z obr. 1 s ďalším spôsobom vyhotovenia pórov,	výhodných
obr. 4	schematické zväčšenie výrezu B z obr. 2,
obr. 5	zobrazenie rozdelenia vláknitého materiálu v oblasti póru podľa obr. 4,
obr. 6	REM-snímka so 100-násobným zväčšením póru vytvoreného vo filtri podľa vynálezu valčekom s ihlami,
obr. 7	REM-snímka podľa obr. 6 s 200-násobným zväčšením,
obr. 8	REM-príjem so 102-násobným zväčšením filtra podľa s pórom vytvoreným vodným lúčom,	vynálezu
obr. 9	REM-snímka so 106-násobným zväčšením filtra podľa s ďalším pórom vytvoreným vodným lúčom,	vynálezu
obr. 10	REM-snímka so 400-násobným zväčšením filtra podľa s pórom vytvoreným výbojom napätia,	vynálezu
obr. 11	REM-snímka ďalšieho póru podľa obr. 8 vytvoreného výbojom napätia,

obr. 12 statický diagram s obsahom kávových usadenín z filtrátov filtrovaných rozdielnymi filtrami, obr. 13 ďalší štatistický diagram s obsahom kávových usadenín z filtrátov filtrovaných rozdielnymi filtrami, a obr. 14 zobrazenie prírastku prietoku závislé od plochy pórov.

Príklady uskutočnenia vvnálezu

Filter 1 podľa vynálezu podľa obr. 1 je predovšetkým tvorený dvoma na sebe zloženými vrstvami filtračného materiálu. Tieto vrstvy sú spojené pozdĺž dolnej a bočnej oblasti hrany 3, napríklad reliéfnym vyrazením. Na obr. 1 je viditeľná najvrchnejšia vrstva 2 materiálu filtra.

Materiál filtra má póry 5, ktoré sú zobrazené napríklad na obr. 2 a 3. Tieto póry 5 sú výhodne pozdĺž čiary 4 usporiadané a vytvorené tak, že tvoria perforačnú líniu oboma vrstvami filtra. Pozdĺž tejto perforačnej línie 4 je teda horný diel filtra jednoduchým spôsobom oddeliteľný, aby sa filter mohol použiť tiež pre menšie držiaky filtra. Mimo oblasť hrany 3, avšak v jej blízkosti, tvoria okrem toho póry predovšetkým zlomové línie 6, aby sa filter jednoduchým spôsobom v známom držiaku filtra od seba oddelil a otvoril, aby sa napríklad uľahčilo naplnenie kávovým práškom.

Z obr. 2 a 3 je zrejmé, že póry 5 vo filtri podľa vynálezu môžu mať ľubovoľný tvar, pokiaľ majú účinnú priemernú šírku pórov d od minimálne asi 0,1 mm a výhodne do asi 0,7 mm merané pri mernej hustote vlákna, ktorá je asi 50 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu.

Na obr. 2 zobrazené v podstate guľaté póry 5 sú výhodné, lebo môžu byť vytvorené relatívne jednoduchým spracovaním materiálu filtra. Predovšetkým sú pritom póry vo vláknitom materiáli vytvorené vŕtaním, vyrezávaním, teplom a výbojmi napätia. Ďalej výhodne je vláknitý materiál valcovaný oihlovaným valčekom alebo spracovaný vodnými lúčmi. Prepichovanie ihlami na vytvorenie filtra podľa vynálezu je obzvlášť jednoducho vykonateľné a má oproti ďalším spôsobom, ako napr. vytvorenie pórov laserom, frézovaním alebo dierovaním väčšiu výhodu, čo sa týka nákladov a štruktúry, ktorá bude následne podrobnejšie popísaná. Pri prepichovaní vláknitého materiálu valčekom s ihlami sú póry v dohľade ľahko hruškovité, čo je spôsobené otočným pohybom ihličiek upevnených na valčeku k bokom vedenej drážke materiálu.

Obr. 4 ukazuje zväčšenie výrezu B z obr. 2. Pritom sa má predovšetkým zdôrazniť, že pór podľa vynálezu vytvorený vo vláknitom materiáli nemá žiadnu ostrú hranu, ale neostrú, prípadne je porézna. Takáto štruktúra je spôsobená napríklad prepichovaním vláknitého materiálu ihlami, ktoré v prvej línii čiastočne elastický materiál zatlačia a neodstránia. Na základe charakteru vlákna materiálu sa tvorí pór s priemernou šírkou póru d. Táto štruktúra spôsobuje zvýšenie kapilárnych síl filtrovanej tekutiny najmä na okrajoch pórov, čím sa zvýši filtračné pôsobenie jednoducho zhotovených pórov.

Obr. 5 ukazuje štatistické rozdelenie vláknitého materiálu v oblasti póru, ako napr. póru podľa obr. 4. Pritom je na horizontálnej osi nanesená šírka póru a na vertikálnej osi merná hustota vlákna v oblasti póru. V bližšom okolí póru sa znižuje merná hustota vlákna materiálu smerom k stredu póru. Pritom je stúpanie štatistického rozdelenia závislé od materiálu a od druhu vytvorenia póru. U priemernej šírky póru d je podľa vymedzenia merná hustota vlákna 50 % mernej hustoty vlákna pôvodného materiálu, t.j. materiálu pred vytvorením pórov alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu (polovičná hodnota mernej hustoty vlákna).

Výhodný materiál má pri šírke pórov dg₀, ktorá zodpovedá 90 % priemernej šírky pórov d, mernú hustotu vlákna od asi 0 % do asi 40 %. Ďalej je výhodná merná hustota vlákna pri šírke póru dg₀ od asi 0 do 20 % a ešte viac výhodná od asi 5 % do 15 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna.

Vláknitosť materiálu v oblasti póru je uvedená do súladu s chemickou a fyzikálnou konzistenciou nápoja.

REM-snímky podľa obrázkov 6 a 7 jasne ukazujú neostrú hranu póru vo filtri podľa vynálezu. Vlákna vláknitého materiálu sú prepichovaním ihlami čiastočne zatlačené na okraj a čiastočne roztrhané, pripadne oddelené.

Obrázky 8 a 9 zobrazujú póry vytvorené vodnými lúčmi. U týchto pórov sa menf merná hustota vlákna smerom k stredu póru len veľmi pomaly. Makroskopický vykazuje takto spracovaný filter hrubú štruktúru s mikroskopicky malými voľnými priechodnými otvormi.

Obrázky 10 a 11 ukazujú, že vytvorenie pórov výbojmi napätia vlákno na okrajoch pórov zdanlivo zvaria dokopy a na okrajoch vytvoria poréznu štruktúru.

Obrázok 12 ukazuje štatistický diagram na stanovenie usadeniny. Symbolom 2 je pritom znázornený štatisticky signifikančný rozdiel k referencii R (LORD-Test, dvojstranný, 95 % pravdepodobnosť). Sú pritom ukázané priemerné hodnoty x so štandardnými odchýlkami S. Prvé štyri vzorky sú nedierované bežne papierové porovnávacie kávové filtre. Na piatom mieste nasleduje tzv. zlatý filter, ktorý sa skladá z prerezanej kovovej fólie s pórmi s rozmermi 0,18 mm x 2 mm. Na šiestom až desiatom mieste sú zobrazené ihlami prepichované vzorky filtra podľa vynálezu s priemernou šírkou pórov od asi 0,25 mm. Na dvanástom mieste sa nachádza symbolom PJ2 označená vzorka filtra podľa vynálezu, u ktorej sú prostredníctvom spôsobu vodných lúčov vytvorené póry s priemernou šírkou pórov od 0,2 mm do 0,3 mm. Na poslednom mieste sa nachádza dierovaná vzorka, kde sú do bežného filtračného papiera vytvorené póry s priemerom od 0,6 mm. Všetky zobrazené hodnoty pochádzajú zo strojovej filtrácie.

Je pritom zrejmé, že pri použití vláknitého materiálu je usadeninou podmienené zakalenie kávového filtrátu oproti filtru s ostrými okrajmi pórov zjavne znížené.

Obr. 13 porovnáva predovšetkým tvorenie usadeniny pri strojovej filtrácii s tvorením usadeniny pri ručnej filtrácii. Prvé štyri vzorky sú bežné papierové kávové filtre. Na piatom mieste je zobrazený filter podľa vynálezu dierovaný spôsobom vodných lúčov, ako filter PJ2 na obrázku 12, pričom horná tretina filtra je utesnená silikónom. Na šiestom mieste je zobrazený celkom dierovaný filter so šírkou póru od 0,6 mm. Potom nasledujú filtre zobrazené už v súvislosti s obr. 12.

Na obr. 13 je jasne viditeľné, že sa prospešný efekt filtra podľa vynálezu, zobrazený v súvislosti s obr. 12, ešte zjavne zvyšuje pri ručnej filtrácii namiesto strojovej filtrácie.

Obr. 14 ukazuje prírastok prietoku rôznych vzoriek závislý od plochy pórov. Prírastok prietoku je parameter filtračného papiera zistený na skúšobnej vzorke s vymedzenou plochou a vopred vymedzeným tlakom vody a teplotou vody. Plocha pórov je súčin veľkosti pórov (mm²) a počtu (na cm²), r je štatistický korelačný koeficient pre vyrovnávaciu priamku.

U vzorky prenikanej vodnými lúčmi je zmena prietoku vyvolaná tenkými miestami (silne znížená merná hustota vlákna), pripadne porozitou papiera kávového filtra a dodatočne vytvorenými pórmi. To by zodpovedalo nepriepustnému materiálu filtra s pórmi s priemerom od asi 0,5 mm. Takýto filter je teda vhodný pre účely, kedy je potrebný vysoký stupeň prietoku i dobrej filtrácie, aby sa zamedzilo napríklad pretečeniu filtra pri automatickej filtrácii v kávovare.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Filter pre nápoje, predovšetkým kávový filter, pričom filter (1) je zhotovený z vláknitého materiálu a má póry (5) s priemernou šírkou pórov (d) od minimálne asi 0,1 mm merané pri mernej hustote vlákna, ktorá je asi 50 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu.
2. Filter podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že póry (5) majú priemernú šírku pórov (d) od asi 0,1 mm do asi 0,7 mm, predovšetkým do asi 0,6 mm, merané pri mernej hustote vlákna, ktorá je asi 50 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu.
3. Filter podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že póry (5) majú priemernú šírku pórov (d) od asi 0,1 mm do asi 0,4 mm, predovšetkým do asi 0,3 mm, merané pri mernej hustote vlákna, ktorá je asi 50 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu.
4. Filter podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nároku, vyznačujúci sa tým, že u šírky pórov (d_go), ktorá zodpovedá 90 % priemernej šírky pórov (d), je merná hustota vlákna asi 0 % až asi 40 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu.
5. Filter podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nároku, vyznačujúci sa tým, že u šírky pórov (d₉₀), ktorá zodpovedá 90 % priemernej šírky pórov (d), je merná hustota vlákna asi 0 % až asi 20 % pôvodnej alebo priemernej hustoty vlákna materiálu.
6. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že u šírky pórov (d_go), ktorá zodpovedá 90 % priemernej šírky pórov (d), je merná hustota vlákna asi 5 % až asi 15 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu.
7. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že u šírky pórov (d_go), ktorá zodpovedá 90 % priemernej šírky pórov (d), je merná hustota vlákna asi 10 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu.
8. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že filter má voľnú plochu pórov, ktorá je až asi 20 % celkovej plochy filtra.
9. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že filter (1) sa zhotovuje z vhodného papiera.
10. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že póry (5) sa zhotovujú prepichovaním vláknitého materiálu ihlami.
11. Filter podľa jedného z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že póry (5) sa zhotovujú vodnými lúčmi prenikajúcimi vláknitým materiálom.
12. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že priemerná šírka pórov (d) a/alebo plošná hustota pórov (5) pribúda smerom k oblasti filtra (1) nachádzajúcej sa pri nasadení dole.
13. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že póry (5) sa vytvárajú a usporiadavajú tak, že tvoria perforáciu (4), pri oddelení perforácie (4) môže byť filter (1) zmenšený a vkladaný do menšieho držiaka filtra.
14. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že póry (5) sa vytvárajú a usporiadavajú tak, že tvoria liniu zlomu (6), ktorá podporuje otváranie filtra (1) pri vsadení do držiaku filtra.
15. Spôsob na výrobu filtra, predovšetkým podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, s výrobnými krokmi: príprava vláknitého materiálu a vytvorenie pórov (5) v materiáli s priemernou šírkou pórov (d) od minimálne asi 0,1 mm merané pri mernej hustote vlákna, ktorá je zhruba 50 % pôvodnej alebo priemernej mernej hustoty vlákna materiálu.
16. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že póry (5) sa vytvárajú prepichovaním ihlami.
17. Spôsob podľa nároku 15 alebo 16, vyznačujúci sa tým, že sa vytvárajú prepichovaním valčekom s ihlami.
18. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že póry sa vytvárajú prenikaním vodných lúčov do materiálu.