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CN103339042B - 利用离心作用制备饮料的胶囊及使用这种胶囊的制备方法 - Google Patents

利用离心作用制备饮料的胶囊及使用这种胶囊的制备方法 Download PDF

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CN103339042B CN201280006667.1A CN201280006667A CN103339042B CN 103339042 B CN103339042 B CN 103339042B CN 201280006667 A CN201280006667 A CN 201280006667A CN 103339042 B CN103339042 B CN 103339042B
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Abstract

本发明涉及一种用于在离心冲煮装置中制备饮料的胶囊（1），该饮料以这样的方式制备：向所述胶囊注入液体，在所述装置中沿旋转轴线“I”旋转所述胶囊（1）以在液体上产生离心力，以及迫使饮料离开所述胶囊，其中所述胶囊（1）包括容纳饮料配料的容纳壁，该容纳壁包括底壁（2）、变宽的侧壁（3）和顶壁（4），该顶壁（4）包括至少一个液体不可渗透区（7）和至少一个液体渗透及饮料过滤区（5）；其中，所述液体渗透及饮料过滤区（5）相对于所述液体不可渗透区（7）定位在所述顶壁（4）的周边，所述液体渗透及饮料过滤区由多孔柔性材料制成，该材料至少在轴向可延伸并且具有至少250%、优选至少300%的拉伸伸长率（DINEN29073-3）。

Description

利用离心作用制备饮料的胶囊及使用这种胶囊的制备方法
技术领域
本发明涉及利用胶囊在饮料冲煮装置中制备饮料的成份饮料领域。本发明更特别地涉及一种改进的胶囊及制备饮料的方法。
背景技术
已知用装有饮料配料的胶囊制备饮料。通常，将胶囊插入饮料生产装置，例如咖啡机，将液体注入胶囊，液体与饮料配料相互作用，在压力下或通过重力从胶囊中提取饮料。
利用离心作用制备饮料是已知的。原理主要包括：在胶囊的容器中提供饮料配料，向容器注入液体，高速旋转容器以确保在容器中产生液体压力梯度的同时液体与配料相互作用；该压力自容器中心向周边逐渐增加。当液体横穿配料（例如研磨咖啡）时，发生食品组合物的提取并获得液体提取物，该液体提取物从容器的周边流出。
术语“胶囊”指任何容纳饮料配料的柔性、刚性或半刚性包装容器。胶囊的其它同义词有“易理包（pod）”、“垫包（pad）”、“料筒（cartridge）”或“囊袋（sachet）”。胶囊可设计为一次性的。使用者也可就在使用之前在容器内填充配料以形成胶囊。
术语“配料”指任何合适的饮料物质，例如研磨咖啡、可溶咖啡、叶茶、可溶茶、草药茶、奶粉、烹调粉、婴儿食品、其它饮料营养配料、以及它们的任意组合。
利用离心力从胶囊制备饮料的胶囊系统和方法在下列文献中有所描述：EP2210539、WO2008/148604、WO2008148650、WO2008/148646、WO2008/148656及WO2010/026045。
已知可以在利用离心作用的饮料冲煮装置中使用胶囊，其中，胶囊的封闭壁被去除或穿孔以使饮料提取装置能够插入。
在WO2008/148834中，胶囊设有盖部，该盖部在其周边具有一系列出口；胶囊由膜封闭。在胶囊被插入离心冲煮装置之前，该膜可被使用者刺穿、切割或去除以打开出口。特别地，该装置包括穿孔（提取）元件以在膜中穿孔出周边出口，由此使饮料能够释放出胶囊。该盖部包括环形凹部以确保装置的穿孔（提取）元件仅对膜穿孔而不损坏盖部，尤其确保不在盖部设置不需要的开口。一个缺点是，此胶囊需要组装许多元件并且生产费用相对较贵。另一个缺点是，胶囊的内部容积因盖部的凹部而减小，该凹部是必需的以防止装置的盖部被穿孔（提取）元件穿孔。
其它的背景技术文件WO2010/066705A1和WO2010/063644涉及一种用于在离心冲煮装置中制备饮料的胶囊，该饮料以这样的方式制备：向胶囊注入液体，在装置中沿旋转轴线旋转该胶囊以在液体上产生离心力，以及迫使饮料离开胶囊，其中该胶囊包括容纳饮料配料的容纳壁；该容纳壁包括底壁、变宽的侧壁和顶壁。
需要提供一种替代胶囊，该胶囊适于用离心法输送饮料，但比现有技术的胶囊更简单、生产成本更低，并且还优化了可用于饮料配料的容积。
发明内容
为此，本发明总体由所附权利要求限定。
更特别地，本发明涉及一种用于在离心冲煮装置中制备饮料的胶囊，该饮料以这样的方式制备：向胶囊注入液体，在装置中沿旋转轴线旋转胶囊以在液体上产生离心力，以及迫使饮料离开胶囊，其中，该胶囊包括容纳饮料配料的容纳壁，该容纳壁包括底壁、变宽的侧壁和顶壁，该顶壁包括至少一个液体不可渗透区和至少一个液体渗透及饮料过滤区；其中，所述液体渗透及饮料过滤区为环形，并相对于液体不可渗透区定位在顶壁的周边；并且其中，所述液体渗透及饮料过滤区由多孔柔性材料制成，并具有至少250%、优选至少300%的断裂伸长率（DIN EN29073-3）。
本文中“轴向”指与胶囊的预期形成旋转轴线“I”的中心轴线平行的任何方向。
本发明进一步涉及一种利用上述胶囊在离心装置中制备饮料的方法，其中，胶囊被接收在胶囊保持器中，液体接口系统接合在顶壁上以将液体注入胶囊，其中胶囊被驱动沿其中心轴线“I”旋转以提供离心力，从而使得液体横穿饮料配料并在液体渗透区离开胶囊。
所述液体渗透区可沿轴向被一系列提取部件强制拉伸，所述提取部件沿着胶囊的顶壁方向从液体接口系统突出。由于构成液体渗透区的材料有足够的延伸特性，该材料足以不被刺穿，这样不会形成大的穿孔，以避免固体颗粒（如咖啡粒）经该穿孔从胶囊泄漏出去。
附图说明
图1示意性地示出了处于单个气密性包装的胶囊；
图2为图1的胶囊的俯视图；
图3为图2所示胶囊的变型；
图4示意性地示出了处于单个气密性包装的胶囊的变型；
图5示出了在饮料制备装置中的图1-4所示的胶囊。
具体实施方式
本发明主要涉及一种用于在离心冲煮装置中制备饮料的胶囊，该饮料以这样的方式制备：向胶囊注入液体，在装置中沿旋转轴线旋转胶囊以在液体上产生离心力，以及迫使饮料离开胶囊。该胶囊包括容纳饮料配料的容纳壁。该容纳壁包括底壁、变宽的侧壁和优选横截面比底壁大的顶壁，该顶壁包括至少一个液体不可渗透区和至少一个液体渗透及饮料过滤区；其中，所述液体渗透及饮料过滤区优选为环形，并相对于液体不可渗透区和中心轴线定位在顶壁的周边；并且其中，所述液体渗透及饮料过滤区由具有至少250%、优选至少300%的断裂伸长率的多孔柔性材料制成。优选地，该断裂伸长率为280%-1000%之间，最优选为300%-700%之间。断裂伸长率可由以下确定：国际标准DIN EN29073-3-“纺织物；用于无纺布的测试方法；第三部分：抗拉强度和伸长率的确定”。
由于此伸长特性，胶囊具有定位在关键区域（strategic area）的专用过滤区，在该关键区域中离心力在提取过程中最大；此区域设计为：当胶囊插入饮料制备装置时，此区域在与装置的穿孔（提取）元件接合时被拉伸但不破裂，并且还抵抗自胶囊内部施加的液体压力。这种抗撕裂性能使得确保饮料的过滤。
优选地，液体渗透区设计为沿着基本正交于旋转轴线“I”的平面是相对平坦的。
液体渗透区优选地选自以下组成的组：合成织物、弹性体纤维、天然原始纤维、过滤纸及其组合。
在一个优选模式中，液体渗透区由织物制成。该织物可为纺织的和/或无纺的。织物提供的优点是，提供了适宜的饮料过滤性能、成本低以及易于由不同材料制成的胶囊的其它元件密封。织物优选具有根据DIN53854标准测量的在100-300gram/m2之间、最优选在140-300gram/m2之间的每单位面积重量。每单位面积重量影响饮料流动阻力和过滤性能。织物的这个比率越高，流动阻力越大。较大的流动阻力直接增大了胶囊内的压力梯度，并由此特别地提供更好的咖啡提取结果（即，更高的总固体量和产出值）。特别地，该织物为熔喷（melt-blown）或纺粘（spun-bond）织物。优选地，液体渗透区由选自以下的材料制成：聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯的共聚物、聚丙烯的共聚物、聚酯、及它们的组合。
最优选地，所述材料优选为聚氨酯弹性体或聚烯烃塑性体。优选的聚烯烃塑性体为乙烯α-烯烃共聚物，如ExxonMobil Chemicals生产的EXACTTM或Dow Chemical Company生产的AFFINITYR,或者为聚丙烯弹性体，如ExxonMobil Chemicals生产的VISTAMAXXTM。这些聚合物都具有弹性体性能。VISTAMAXXTM为具有等规聚丙烯结晶度的聚烯烃弹性体，并含有具有等规聚丙烯结晶度的占主要数量的聚丙烯（超过80%），其余组成为乙烯和其他α-烯烃。它们具有高度的弹性。弹性体的弹性与分子量和组成有关。结晶度越低及分子量越高，则织物的弹性越大。特别地，喷熔弹性体具有约为300-500%的伸长率。
液体不可渗透区由密封在织物上的液体不可渗透材料制成的环形或圆形盘形成。织物可覆盖全部或部分顶壁。因此在顶壁的全部或部分液体不可渗透区上，织物可与液体不可渗透材料制成的盘重叠。当该盘为环形时，设有一中心开口，该中心开口优选也由织物的一部分覆盖以形成中心液体渗透区。该中心开口应具有很小的表面积，优选小于12mm2。该中心开口有利于中心液体注入器为顶壁穿孔。因此，中心区的织物仍可以保持比盘的材料更容易穿孔。为此，注入器通常具有足够的长度以确保织物的穿孔。
如图1和图2所示，液体渗透区5从胶囊1的与侧壁3接合的顶部内边缘6沿着一定径向宽度“w”延伸。液体渗透区的径向宽度“w”比液体不可渗透区7的径向宽度“W0”小。实际上，为了使配料堆中的流径最大化，将胶囊的出口表面区域限制在具有较大直径的区域是非常重要的。液体渗透区5的径向宽度过大容易产生液体旁路，导致液体与配料、尤其是与胶囊周边处的配料8的相互作用不充分。更优选地，液体渗透区5沿2.5-15mm、最优选3-12mm的径向宽度“w”延伸。
顶壁可以进一步被阻气柔性膜覆盖。该膜可被穿孔或可去除地密封至顶壁和/或体部的凸缘。该膜可由单层或多层箔形成，如铝、金属化聚合物、含有EVOH的PET-PP叠层。
在胶囊的一种优选构型中，侧壁和底壁形成相对刚性的体部，该体部延伸出凸缘，顶壁密封在该凸缘上。优点在于，饮料和液体流适当地以通过漏斗的形式到达胶囊的出口区。凸缘还提供了能与装置接合以形成阀的部分，该阀限制流动条件并在胶囊内产生压力梯度。例如，该体部由铝、塑料、纸-聚合物叠层、淀粉基聚合物及其组合制成。体部的厚度优选为0.3-4mm之间。当体部由塑料形成时，其可以通过热成型、注塑成型或吹塑成型形成。典型的塑料可为聚丙烯、聚乙烯、PET-PP叠层、聚酯及其组合。塑料可包括阻气层，如EVOH层。当由铝或铝基叠层（如铝-PP叠层）制成时，体部优选通过深拉形成。
聚酯包括结晶或半结晶的PET（cPET）、结晶或半结晶的聚乳酸（cPLA）PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PLA（聚乳酸）及其组合。
织物材料可由多层不同聚合物形成，例如促进织物的密封以形成易理包的层以及促进饮料过滤或防水性能的层。
现在将参照附图说明本发明。
图1和图2的胶囊1包括容纳壁，特别是底壁2、变宽的侧壁3和顶壁4。底壁和侧壁可形成没有明显的角的凸面。顶壁4包括至少一个液体不可渗透区7和至少一个液体渗透及过滤区5。液体渗透及过滤区5优选为环形构型，并且相对于液体不可渗透区7在周边（或向外）定位。如前文所述，液体渗透及过滤区5具有至少250%、优选至少300%的断裂伸长率。
底壁、侧壁和凸缘可由单独一个体部形成。该体部可通过注塑成型、热成型、吹塑成型或深拉形成。顶壁优选包括织物层10，并且密封在胶囊的向外突出的凸缘9上。该织物层覆盖容纳饮料配料的胶囊的腔室。由液体不可渗透材料，如普通塑料（例如PP、PE、PA、PET或多层）和/或金属（例如铝箔）制成的圆形盘11密封在织物层10的表面上。可通过热焊接、粘合剂或任何其他等同方式实现密封。
如前文所述，液体渗透区5具有径向宽度“w”，该径向宽度“w”小于液体不可渗透区7的径向宽度“W0”。优选地，宽度“w”比宽度“W0”小若干倍。特别地，宽度“w”比宽度“W0”小至少2.5倍，最优选地，比宽度“W0”小至少3倍，例如，小3-8倍。宽度“W0”是以所述盘的中心轴线I与外边缘之间的径向距离进行测量的。宽度“w”是以所述盘的外边缘与胶囊的顶部内边缘6（尤其是侧壁3和凸缘9之间的内边缘）之间的径向距离进行测量的。
胶囊1的所述凸缘包括平行于轴线I延伸的环形突出部12。该突出部优选在凸缘与织物层10的密封平面上方延伸。该突出部可进一步在凸缘之下轴向延伸（即，沿着胶囊底壁的方向延伸）。
胶囊1优选被包装在保护性外包装袋13（如柔性囊袋）中。该包装袋优选为气密性的。其可包含保护性气体，如氮气和/或CO2，或者可具有部分真空。胶囊可单个地或以两个或更多胶囊为一组包装在包装袋13中。
图3示出了胶囊1的一种变型。在此模式中，盘11延伸出径向腿14-17，这些径向腿支撑在凸缘9上。优点在于，当沿着中心轴线I用注射针对盘11穿孔时，盘11具有更大的刚性。
图4示出了图1-2所示胶囊的另一变型，其中液体不可渗透盘11密封在织物层10的内表面上。
图5示出了在根据本发明的胶囊1的提取过程中的离心装置20。胶囊被接纳在胶囊保持器21中，液体接口系统22牢固地接合在顶壁4上以用于向胶囊注入液体。液体通过中心注入器23沿轴线I注入。注入器优选为空心针形式，以使得液体（水）供应至胶囊的中心。
在胶囊的周边，液体接口系统包括一系列形成凹凸元件的提取构件（24），所述凹凸元件通常用于穿孔胶囊的膜，包括如文献WO2008/148834中所描述的保护性密封膜。由于覆盖胶囊的渗透区5的织物的伸长特性，该区没有被穿孔，而是被元件24充分向内拉伸但不会撕破或产生裂缝。
所述装置可进一步包括弹簧加载阀，该弹簧加载阀轴向接合在胶囊的凸缘上，更特别地，接合在凸缘的环形突出部12上，以形成能增加胶囊内的压力梯度的饮料限流装置25，如文献WO2010/066705所述的。
饮料提取通过沿中心轴线“I”驱动胶囊旋转而实现。旋转产生离心力，使得液体横穿饮料配料8并经由液体渗透区5离开胶囊。因此，饮料穿过位于被拉伸的织物中的开口。与接合凹凸元件之前的织物的开口表面积相比，开口表面积可增大。但是，单个开口应保持足够小以便不允许固体颗粒如研磨咖啡颗粒离开胶囊。由于在限流装置25处由饮料产生的压力，阀被迫打开并为饮料流留出细小的通道。（饮料）流对着装置的冲击壁26被离心分离，然后被收集在接收器（例如杯子）中。
优选地，盘4紧密配合所述针以便与针23的表面形成液密密封布置。因此，防止了胶囊内的液体通过针的表面从胶囊漏出。所述盘可由在通常条件下相对柔软的聚合物材料制成，或者由在加热和/或液体的作用下软化的材料（如PLA）制成。所述盘可由橡胶材料制成，例如EPDM或硅胶。如果所述盘包括更容易被针23穿过的中心入口，则入口的直径优选稍小于针的直径以提供针的紧密配合接合。
最后，需注意的是，胶囊内的饮料配料8（如咖啡粉）的量应限定为使得在离心分离的过程中，压紧在顶壁的内表面上的压实的配料堆的宽度大于宽度“w”。此特性确保液体在横穿液体渗透区5之前横穿配料堆。

Claims (20)

1.一种用于在离心冲煮装置(20)中制备饮料的胶囊(1)，该饮料以这样的方式制备：向所述胶囊注入液体，在所述装置中沿旋转轴线(I)旋转所述胶囊以在液体上产生离心力，以及迫使饮料离开所述胶囊，其中，所述胶囊包括容纳饮料配料(8)的容纳壁；该容纳壁包括底壁(2)、变宽的侧壁(3)和顶壁(4)，其特征在于，所述顶壁包括至少一个液体不可渗透区(7)和至少一个液体渗透及饮料过滤区(5)；其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)相对于所述液体不可渗透区(7)定位在所述顶壁(4)的周边，以及其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)由具有至少250％的断裂伸长率的多孔柔性材料制成。
2.根据权利要求1所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)选自以下组成的组：合成织物、天然原始纤维、过滤纸及其组合。
3.根据权利要求1所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)由纺织织物和/或无纺织物制成。
4.根据权利要求2或3所述的胶囊，其中，所述织物为熔喷或纺粘织物。
5.根据权利要求2或3所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)由选自以下的材料制成：PU、PE、PP、聚乙烯的共聚物、聚丙烯的共聚物、聚酯及其组合。
6.根据权利要求5所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)是乙烯α-烯烃共聚物，或基于聚丙烯的弹性体。
7.根据权利要求2或3所述的胶囊，其中，所述织物具有100-300gram/m2的每单位面积重量。
8.根据权利要求2或3所述的胶囊，其中，所述液体不可渗透区(7)由密封在织物层上的液体不可渗透材料制成的环形或圆形的盘形成。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)从所述胶囊的与侧壁(3)接合的顶部内边缘(6)延伸。
10.根据权利要求9所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)沿着比所述液体不可渗透区(7)的径向宽度(W0)小的径向宽度(w)延伸。
11.根据权利要求9所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)沿着2.5-15mm的径向宽度(w)延伸。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的胶囊，其中，所述侧壁(3)和底壁(2)形成相对刚性的体部，所述体部延伸出凸缘(9)，所述顶壁(4)密封在该凸缘(9)上。
13.根据权利要求12所述的胶囊，其中，所述体部由铝、塑料、纸-聚合物叠层、淀粉基聚合物及其组合制成。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的胶囊，其中，所述饮料配料为烘焙和研磨咖啡。
15.根据权利要求1所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)由具有至少300％的断裂伸长率的多孔柔性材料制成。
16.根据权利要求6所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)是EXACTTM。
17.根据权利要求6所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)是VISTAMAXXTM。
18.根据权利要求11所述的胶囊，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)沿着3-12mm的径向宽度(w)延伸。
19.一种使用上述任一项权利要求所述胶囊在离心冲煮装置(20)中制备饮料的方法，其中，所述胶囊(1)被接纳在胶囊保持器(21)中，液体接口系统(22)接合在顶壁(4)上以将液体注入所述胶囊，其中，所述胶囊被驱动沿中心轴线(I)旋转以提供离心力，使得液体横穿所述饮料配料(8)并在所述液体渗透及饮料过滤区(5)离开所述胶囊。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述液体渗透及饮料过滤区(5)被一系列提取部件(24)沿轴向强制拉伸，所述提取部件在所述胶囊的顶壁的方向上从所述液体接口系统(22)突出。
CN201280006667.1A 2011-01-27 2012-01-10 利用离心作用制备饮料的胶囊及使用这种胶囊的制备方法 Active CN103339042B (zh)

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