(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲料形成マシンでの使用のための飲料カートリッジであって、
内部容積を規定し且つ非透水性の容器であって、前記容器は液体が飲料形成マシンによって前記容器内に少なくとも０．０３オンス／秒の体積流量率で導入されることを許容し且つ飲料が前記容器から出ることを許容するように配置されている、容器と、
前記容器内の実質的に可溶性の飲料原物質であって、前記実質的に可溶性の飲料原物質が複数の粒子からなっており、前記複数の粒子の少なくとも６０％が約２００ミクロンより大きく且つ約７００ミクロンより小さい最大寸法を有しており、前記飲料原物質が体積を有する、実質的に可溶性の飲料原物質と、
を備えており、
実質的に可溶性の飲料原物質のみが前記容器の中に配置され、
前記容器の内部容積が前記飲料原物質の前記体積よりも大きく、
前記カートリッジが、前記飲料原物質の下流に位置し、飲料が通過するフィルターを含んでいなく、
前記容器と実質的に可溶性の飲料原物質は、前記容器を穿孔する針を通じて前記容器から出るために、前記容器内に導入された液体が前記飲料原物質を溶解して飲料を形成するように配置されている、飲料カートリッジ。
【請求項２】
前記実質的に可溶性の飲料原物質が塊化された混合物である、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項３】
前記複数の粒子の少なくとも８０％が約２００ミクロンより大きく且つ約７００ミクロンより小さい最大寸法を有している、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項４】
前記複数の粒子の少なくとも９０％が約３００ミクロンより大きく且つ約６００ミクロンより小さい最大寸法を有している、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項５】
前記複数の粒子の少なくとも９５％が約２００ミクロンより大きく且つ約７００ミクロンより小さい最大寸法を有している、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項６】
前記複数の粒子の全てが約７００ミクロンより小さい最大寸法を有している、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項７】
前記飲料原物質が約４オンスと約１２オンスとの間の単一の提供のために構成されている、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項８】
前記飲料原物質が、ココア、チョコレート、茶、ミルクパウダー、非乳クリーマー、ジュース抽出物、エスプレッソ、コーヒーパウダー、砂糖、乳糖、蔗糖、スクラロース、流れ補助剤、ステビア、乳化剤、モノグリセリド、ジグリセリド、及びレシチンの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項９】
前記カートリッジが少なくとも４０００のレイノルズ数を有する液体の乱流を受けるように構成されている、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項１０】
前記容器が、前記容器内に導入される前記液体のための入口を規定するために穿孔可能であるように配置され、且つ前記容器内を出る前記飲料のための出口を規定するために穿孔可能であるように配置されている、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項１１】
前記容器が、実質的に平坦な底と、前記底から上方に延在している円錐台形状の側壁と、前記側壁の上端から延在して前記内部容積へのアクセスを許容する開口を規定する縁と、前記容器の前記縁に取り付けられて前記開口を閉じるカバーと、を含む、請求項１に記載の飲料カートリッジ。
【請求項１２】
飲料を準備する方法であって、
（ａ）内部容積を有する容器を有する非透水性の飲料カートリッジと、前記容器内に配置された実質的に可溶性の飲料原物質と、を準備するステップであって、前記実質的に可溶性の飲料原物質が複数の粒子からなっており、前記複数の粒子の少なくとも６０％が約２００ミクロンより大きく且つ約７００ミクロンより小さい最大寸法を有している、ステップと、
（ｂ）前記容器に第１の開口を設けるステップと、
（ｃ）液体を前記飲料カートリッジ内に前記第１の開口を通って少なくとも０．０３オンス／秒の体積流量率で導入し、それによって、前記飲料原物質が前記液体に溶解すると飲料を形成するステップと、
（ｄ）前記容器に出口針を穿孔することで前記容器に第２の開口を設けて、前記飲料が前記出口針を通じて前記第２の開口を出るようにするステップと、
を包含し、
実質的に可溶性の飲料原物質のみが前記容器の中に配置され、
前記カートリッジが、前記飲料原物質の下流に位置し、飲料が通過するフィルターを含んでいなく、
する、方法。
【請求項１３】
少なくとも４０００のレイノルズ数を有する前記液体の乱流が前記飲料カートリッジに導入される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の開口のサイズが前記第２の開口のサイズよりも大きい、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の粒子が塊化された混合物である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の開口が前記カートリッジに孔を穿孔することによって形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記飲料原物質が、ココア、チョコレート、茶、ミルクパウダー、非乳クリーマー、ジュース抽出物、エスプレッソ、コーヒーパウダー、砂糖、乳糖、蔗糖、スクラロース、流れ補助剤、ステビア、乳化剤、モノグリセリド、ジグリセリド、及びレシチンの少なくとも一つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記容器が、実質的に平坦な底と、側壁と、前記内部容積へのアクセスを提供する開口を規定する縁と、を有する円錐台形形状を含み、カバーが前記開口を閉じる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は飲料カートリッジ、ならびにそのカートリッジを液体とともに使用して飲料を作る方法に関している。
【背景技術】
【０００２】
水のような液体を加えて飲料を作る様々な既知の前もって包装された飲料原物質（precursor）がある。例えば、ティーバッグは、フィルター袋の中に茶葉を収納している。茶をいれるために、ティーバッグは湯の中に浸されて、茶葉の風味が湯の中に引き出される。フィルター袋は、茶葉が湯と混ざることを防ぐ。
【０００３】
コーヒーを入れるためには、挽いたコーヒーに湯を通して、挽いたコーヒーの風味を湯の中に引き出す。茶葉のように、挽いたコーヒーの溶解度は高くないので、典型的にはコーヒーフィルターが、挽いたコーヒーを完成した飲料から分離する。
【０００４】
挽いたコーヒー又は茶のような飲料原物質で飲料を作るプロセスを自動化する装置が存在する。例えば、従来のコーヒーマシンは水を熱して、それが挽いたコーヒーを保持しているフィルターに送られる。コーヒーの風味が湯に引き出された後に、湯はフィルターを通り過ぎて、コーヒー飲料ができる結果となる。飲料を作るために使い捨てカートリッジを使用する飲料機械もいくつか存在する。そのような機械では、使用者がカートリッジを機械に置いてもよく、機械はそれから、水又は他の液体をカートリッジに導入して、それが挽いたコーヒー又は茶のような飲料原物質と混ざる。仕上がった飲料はそれからカートリッジを出て、使用者のカップに集められ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５４３３９６２号明細書
【特許文献２】米国特許第５５５４４００号明細書
【特許文献３】米国特許第５７７３０６１号明細書
【特許文献４】米国特許第６７５８１３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、可溶性の飲料原物質を含む飲料カートリッジにおける困難性を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴は、粒子状のホットチョコレートミックスのような実質的に可溶性の飲料原物質を含む飲料カートリッジを使用して飲料を生成する方法及び装置を提供する。いくつかの実施形態では飲料原物質は可溶性の高い物質のみを含むことができて、これより、挽いたコーヒー、茶葉、又はその他の可溶性が高くない物質は含まないことがある。いくつかの実施形態では、カートリッジはフィルターを有していなくてもよく、これより、カートリッジに入った液体は、あらゆる種類のフィルターを通過することなくカートリッジを通過する。例えば、カートリッジは粒子状のホットチョコレートミックスを収納し得て、これは、湯がカートリッジを通過させられると溶解するように配置される。カートリッジは、カートリッジ内のホットチョコレートミックス又はその他の飲料原物質の体積よりも大きな規定された容積を有する非透水性容器を含み得る。例えば、容器の体積は、飲料原物質の容積の２倍又はそれ以上であり得る。容器（容器の開口を閉じる蓋を含み得る）は穿孔可能であり得て、あるいはその他の方法で開口を有し得て、湯のような液体がカートリッジ内に導入されて飲料を形成することを許容し、これは、例えば容器の他の開口を通って、カートリッジを出る。飲料原物質は、特定のサイズ範囲内の、例えば２００〜７００ミクロンの粒子のみ（又はその実質的なある割合）を含み得る。出願人は、いくらかの飲料原物質の溶解のためには、これが重要であることを見出した。いくつかの実施形態では、飲料原物質は、２００〜７００ミクロンの範囲内の粒子を約６０％、８０％、９０％、９５％、又はそれ以上含み得る。いくつかの場合には、所望のサイズの粒子は、飲料原物質の材料を塊化して、それから塊化された粒子をスクリーニングするか、又はその他の方法でサイズ分けすることによって、形成される。
【０００８】
本発明のある特徴によれば、内部容積を有する容器を含む飲料カートリッジが提供される。この容器は、実質的に平坦な底と、側壁と、内部容積へのアクセスを提供する開口を規定する縁と、開口を閉じるカバーとを有する円錐台形形状のような適切な形状を有し得る。実質的に可溶性の飲料原物質が容器内に配置されて、この実質的に可溶性の飲料原物質は複数の粒子からなっている。粒子の少なくとも６０％又はそれ以上は約２００ミクロンから約７００ミクロンの間、より好ましくは約３００ミクロンから約６００ミクロンの間の最大寸法を有し得る。飲料容器は、容器の内部容積が非透水性であるように閉じられ得る。容器の内部容積は、飲料原物質の体積よりも大きくてもよく、液体が少なくとも約０．０３オンス／秒の流量率で容器内に導入されて、飲料原物質を溶解して飲料を形成し、これが開口又はその他の出口によって容器を出ることができるように配置され得る。
【０００９】
本発明の他の特徴によれば、飲料を準備する方法が、内部容積を持つ容器を有する飲料カートリッジと、容器内に配置された実質的に可溶性の飲料原物質とを提供するステップを含み、実質的に可溶性の飲料原物質は複数の粒子からなっている。複数の粒子の少なくとも６０％又はそれ以上は約２００ミクロンより大きく且つ約７００ミクロンより小さい最大寸法を有しており、容器は、容器の内部容積が非透水性であるように閉じられ得る。この方法はさらに、容器に第１の開口を設けるステップと、液体を第１の開口を通して飲料カートリッジ内に少なくとも約０．０３オンス／秒の体積流量率で導入し、それによって飲料原物質が液体に溶解すると飲料を形成するステップと、容器に第２の開口を設けて、飲料を第２の開口から出させるステップと、を含み得る。第１及び／又は第２の開口を設ける又は形成するステップは、一つ又はそれ以上の箇所で容器に穿孔するステップと、容器内に圧力を導入して容器の一つ又はそれ以上の部分を破裂させるか又はその他の方法で開口を形成するステップと、容器の前もって存在している開放可能な導管（チューブ又はバルブ構造）などと流体的に接続するステップなどを含み得る。
【００１０】
本発明のさらに他の特徴によれば、固定の内部容積を有する容器を含む飲料システムが提供される。この容器は、実質的に平坦な底と、側壁と、固定された内部容積へのアクセスを提供する開口を規定する縁とを有する円錐台形形状を有し得る。飲料システムは、容器内に配置された実質的に可溶性の飲料原物質を含み、この実質的に可溶性の飲料原物質は複数の粒子からなっていて、これらは、その複数の粒子の少なくとも約６０％は約２００ミクロンより大きく且つ約７００ミクロンより小さい最大寸法を有するように配置されている。システムはさらに、容器の固定内部容積が非透水性であるように容器の開口を閉じる縁に取り付けられたカバーを含む。システムはまた、第１の開口を提供して液体を容器内に導入し、飲料原物質が液体に溶解すると飲料を形成するように構成された入口と、容器を通る第２の開口を提供して飲料を飲料システムから出すように構成された出口と、を含む。（第１及び第２の開口は、一つ又はそれ以上の開口又はそれ以外の流路を含み得て、入口及び出口は容器とシーリング的に係合してもよく、又はしなくてもよい。例えば、入口におけるガスケット付きチューブがカバーをシールして液体を容器内に導入してもよく、出口における孔又は導管が、容器を出る飲料が待ち受けるカップまで通過することを許容し得る。）
【００１１】
本発明の様々な実施形態は、ある効果を提供する。本発明の全ての実施形態が同じ効果を共有するのではなく、そうするものも、全ての状況下でそれらを共有しないかもしれない。
【００１２】
本発明のさらなる特徴又は効果、ならびに本発明の特徴を組み込んだ様々な実施形態の構造が、添付の図面を参照して以下にさらに詳細に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
添付の図面は、同じ縮尺で描かれることは意図されていない。図面において、様々な図面に描かれている各々の同一の又はほとんど同一の構成要素は、同様の符号で示されている。明瞭化のために、全ての構成要素に全ての図面でラベルが付けられているわけではない。
【００１４】
本発明の様々な実施形態が、例によって、添付の図面を参照して、ここに記述される。
【図１】閉位置での飲料調製器の正面斜視図である。
【図２】開位置での図１に描かれた飲料調製器の側面図である。
【図３】本発明のある実施形態に従った飲料カートリッジの模式的な断面図である。
【図４】本発明の異なる実施形態に従った様々な液体流条件に対するレイノルズ数を描く表である。
【図５】本発明のある実施形態に従った飲料を準備する方法の模式図である。
【図６】本発明のある実施形態に従った飲料原物質を塊化するシステムの模式図である。
【図７】本発明のある実施形態に従った塊化された飲料原物質粒子に対する散布プロットである。
【図８】本発明の他の実施形態に従った塊化された飲料原物質粒子に対する散布プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の特徴は、実質的に可溶性の飲料原物質を有する飲料カートリッジ、及び飲料カートリッジを使用して飲料を作る方法に向けられている。上述のように、コーヒー又は茶のような飲料原物質を使用して、液体の追加で飲料を作り出す様々な既知の飲料カートリッジが存在している。本発明のいくつかの特徴は、飲料カートリッジ内で可溶性飲料原物質のみの使用を伴う。しかし、本発明の他の特徴は、可溶性飲料原物質とともに、コーヒー又は茶のような可溶性が高くない飲料原物質の使用を伴い得る。例えば、ある実施形態における飲料カートリッジは、挽いたコーヒー（可溶性が高くない）、ならびに可溶性である粒子状のモカミックスを含み得る。カートリッジに導入された水は引かれたコーヒーと相互作用してコーヒー飲料を作り、それがカートリッジ内のフィルターを通過して、それからモカミックスと相互作用し、これがコーヒー飲料の中に溶解してモカ／コーヒー飲料を作り得る。
【００１６】
以下により詳細に論じられるように、出願人は、実質的に可溶性の飲料原物質を有する飲料カートリッジを開発する際に、困難が生じることを見出した。出願人は、一つのタイプの実質的に可溶性の飲料原物質、粒子化されたホットチョコレートミックスを、Keurig社によってＫカップブランドで提供されるもののように配置された、すなわちホイル／ポリマー蓋によって閉じられる円錐台形状の容器を有する飲料カートリッジに置くことによって、実験を行った。しかし、多くのＫカップブランドのカートリッジとは異なり、このカートリッジはフィルターを含んでおらず、代わりに飲料原物質は単純にカートリッジ容器に置かれた。飲料カートリッジは非透水性になるように蓋によってシールされて、図１〜２に描かれるものに類似した飲料調製器１０に置かれて、ホットチョコレート飲料を形成した。
【００１７】
この描写的な実施形態では、飲料調製器１０は、カップ１６を支持するように配置されたドリップトレイ１４を有するハウジング１２を有している。ハウジング１２は、水溜め２８、ヒーター、加熱タンク、調製チャンバ１８に加熱された水を送達するように構成されたポンプ及び電子コントロール３０のような構成要素を含み得る。調製チャンバ１８は、カートリッジリセプタクル２０及び蓋２２を含み得る。図２に示されているように、リセプタクル２０は、ハンドル３２の動きによって、開位置と閉位置との間を動き得る。開位置では、リセプタクル２０は、飲料カートリッジ２４の挿入及び／又は除去のために構成され得る。この実施形態では、調製チャンバ１８は、カートリッジ２４への水の導入のために飲料カートリッジ２４を貫通する第1の孔を穿孔するように構成された入口針２６と、飲料がカートリッジ２４を出るためにカートリッジ２４の底を貫通する第２の孔を穿孔するように構成された出口針（図示されず）とを含む。リセプタクル２０が閉位置にあるとき（図１を参照）には、水が第1の孔を通ってカートリッジ２４に流れ込み、飲料は第２の孔を通ってカートリッジ２４から流れ出てカップ１６に入る。水は、いくつかの実施形態では、大気圧より上の圧力、例えば１〜５psiで、水ポンプ、空気圧、又は他の方法でカートリッジ２４内に流され得て、いくつかの実施形態では、水は約０．０３オンス／秒又はそれ以上の流量率で、例えば約０．１５オンス／秒で、カートリッジ２４に流入され得る。(ここで使用される流量率とは、飲料製造の過程でのカートリッジへの液体の平均的な流れを指す。いくつかの場合には、液体は、特定の時間に渡って一定の率でカートリッジ内に導入され得るが、他の場合には、液体は散発的な又は間欠的な方法で送達され得る。液体がカートリッジ内に間欠的に導入される場合には、流量率は、カートリッジ内への全流れを最初の液体の送達から飲料の生成が完了するまでの経過時間で割り算することによって決定される。)
【００１８】
この実験の結果は、飲料カートリッジ内に導入された熱い湯が飲料原物質を効果的に溶かさないことを示した。これは、多くの理由から望ましくない。第１に、いくつかの場合には、大量の飲料原物質が溶解しないので、結果として得られる飲料は非常に薄い（すなわち飲料原物質の風味が希釈される）。溶解しなかった飲料原物質は飲料カートリッジ内に残り、飲料カートリッジは典型的には単一の使用のために構成されているので、カートリッジ内に残存する物質は無駄な物質になる。また、カートリッジ内の未溶解の飲料原物質は潜在的にカートリッジからの及び／又は飲料調製器１０を通る流体の流れをブロックし得ることが予想される。これは、調製器１０内の圧力を高め得て、それによって調製器１０にダメージを与え得て、及び／又は、調製器１０に背圧センサが備えられていると、調製器の電源が切れ得る。最後に、他の場合には、不完全に溶解した物質がカートリッジ内に存在し、そのために結果として得られる飲料が未溶解の飲料原物質の大きな塊りを含み、これが結果として得られる飲料を不快及び／且つ飲食に不適なものにした。これらの問題を考慮して、出願人は、飲料を作るために液体がカートリッジ内に導入されると実質的に溶解するように構成された実質的に可溶性の飲料原物質を有する飲料カートリッジに対する必要性が存在すると決定した。
【００１９】
以下により詳細に述べるように、出願人は、より高いバルク密度を持つ飲料原物質を有する飲料カートリッジは、飲料カートリッジ内で、より低いバルク密度を持つ同じ飲料原物質よりも溶解し難いことがあり得ることを見出した。したがって、本発明のある特徴では、粒子化されたホットチョコレートのような実質的に可溶性の飲料原物質が、飲料原物質の標準的な形態、例えばパッケージ又は缶の中に見出され得る粒子化されたホットチョコレートに比べて低減されたバルク密度を有するように、飲料カートリッジ内に提供され得る。さらに、飲料原物質は、カートリッジが出荷時に普通に経験されるような物理的な外乱にさらされた後でさえ、比較的低いバルク密度を維持するように配置され得る。
【００２０】
すなわち、飲料カートリッジは、飲料原物質がカートリッジ内に配置されてカートリッジの使用準備ができた後に、典型的には運動及び振動にさらされる。例えば、飲料原物質は製造場所でカートリッジ内に配置され得て、カートリッジはそれから配送センター及び小売場所に輸送され得る。運動及び振動は、飲料原物質をカートリッジ内で沈降させて、これが混合物をよりコンパクトにし得て、これによりそのバルク密度を増す。飲料原物質がカートリッジ内で沈降することは避けられないので、本発明の特徴は、飲料原物質が製造後に高いバルク密度を有する場合でさえもカートリッジ内で溶解する飲料原物質を有する飲料カートリッジに向けられるか、及び／又は、比較的低いバルク密度を維持する傾向にある飲料現物質に向けられる。
【００２１】
出願人はまた、飲料原物質を形成する粒子のサイズが、飲料原物質が飲料カートリッジ内で溶解するかどうかに重要であり得ることも見出した。特に出願人は、一つの特定の配合法の実施形態に対しては、飲料原物質が約７００ミクロンよりも大きい最大寸法を有する粒子が形成されると、粒子が飲料カートリッジ内で溶解し難いことを見出した。約７００ミクロンよりも大きい粒子は、いくつかのカートリッジ及び／又は調製環境内の液体流の条件では大きすぎて溶解し得ないことが予想される。
【００２２】
さらに出願人は、飲料原物質が約２００ミクロンよりも小さい最大寸法を有する粒子から形成されているときには、粒子のいくらかが飲料カートリッジ内で溶解し難いことを見出した。約２００〜３００ミクロンよりも小さい粒子では、粒子のいくらかはより迅速に溶解し得て、粘性の高い溶液を形成することが予想される。この粘性のある溶液は、残存している未溶解の飲料原物質と液体との間のバリアを形成し得て、これが、飲料原物質の少なくともいくらかが溶解することを妨げ得る。これより、本発明の他の特徴によれば、飲料カートリッジは可溶性の飲料原物質を含み得て、これは、約２００〜７００ミクロンの間のサイズの粒子のみを、又は少なくともその実質的な割合を有する。いくらかの実施形態では、粒子の６０％、８０％、９０％、９５％又はそれ以上が約２００〜７００ミクロンの間のサイズを有し得て、いくらかの実施形態では約３００〜６００ミクロンの間のサイズを有し得る。出願人はまた、粒子サイズが飲料原物質内の物質の溶解度、及び／又は粒子が製造された方法に依存して変わり得ることも見出した（例えば、溶解が遅い外側コーティングを有する粒子は一般的により小さな粒子サイズを要求する）。
【００２３】
図面に目を向けると、図面が様々な構成要素及び特徴を描いており、それが本発明の特徴を組み込む様々な実施形態に組み込まれ得ることに留意されたい。単純化のために、図面のいくらかは一つより多くのオプションの特徴又は構成要素を描き得る。しかし、本発明の特徴は、開示されている特定の実施形態に限定されない。本発明の特徴が、任意の一つの図面に描かれた構成要素の一部のみを含み得るか、及び／又は、複数の異なる図面に描かれた構成要素を組み合わせた実施形態を包含し得ることも、認識されるべきである。
【００２４】
図３は、飲料カートリッジ１０２の一つの実施形態を描いている。一般的に言って、本発明の特徴は、任意の適切なサイズ、形状、構成、又は他の配置のカートリッジとともに使用され得る。これより、図３の描写的な実施形態は、描写のためのみに示されている。図３のカートリッジ１０２は、固定された内部容積を有する容器１０４を含む（固定された内部容積を有することによって、容器１０４が一般的に剛性か、半剛性か、又は少なくとも、外部の変形力にさらされていないときには内部容積を規定するように特定の形状を維持する傾向にあることを意味する。しかし、いくらかの実施形態では、カートリッジ容器は、小袋又は壺を有する場合のように容器が規定された形状を有さず、これにより必ずしも固定された内部容積を有さないような物質又は他の配置によって形成され得る）。描かれているように、容器１０４は、底１２２及び側壁１１６を有して全体的には円錐台形形状を有し得る。ある実施形態では、縁１１０が開口を規定し、これが容器１０４の固定された内部容積へのアクセスを提供する。縁１１０は、底１２２の反対側の側壁１１６の端に位置し得る。ある実施形態では、容器はカバー１０６を含み、これが、容器の内部容積が非透水性であるように開口を閉じる。ある実施形態では、カバー１０６は縁１１０に取り付けられている。
【００２５】
実質的に可溶性の飲料原物質１１２が容器１０４内に置かれている。すなわち、現物質１１２の全て又はほとんど全てが水のような適切な液体に可溶性及び/又は懸濁可能であり得て、未溶解の物質をほとんど又は全く残さない。一つの例は、粒子化されたホットチョコレート材料である。知られているように、粒子化されたホットチョコレート材料は、ココア豆の皮の小さな破片のようないくつかの不溶性物質を含むが、全体的には、粒子化されたホットチョコレート材料は実質的に可溶性で、これよりここで使用されるように「可溶性」である。しかし、飲料原物質はホットチョコレートに限られず、以下により詳細に論じられる様々な物質から形成され得る。飲料原物質は、複数の粒子から形成され得て、ある実施形態では、複数の粒子の少なくとも６０％が約２００ミクロンより大きく約７００ミクロンより小さい最大寸法を有する。上述のように、結果は、ある流れ条件下で液体が飲料カートリッジ１０２に入ると特定のサイズのこの範囲が溶解することを示す。理解されるように、粒子の溶解率は飲料原物質で使用される粒子のサイズ範囲に影響を与え得る。例えば、より早く溶解する物質は、一般的により大きなサイズの粒子の使用を許容し及び／又は要求し得る一方で、より遅く溶解する物質は、一般的により小さなサイズの粒子の使用を許容し及び／又は要求し得る。
【００２６】
飲料カートリッジ１０２は、液体が内部容積に導入されることを許容するように、例えば、第１の位置で穿孔可能であるか又はそれ以外の方法で一つ又はそれ以上の開口を有して、液体１１８が容器１０４に入るための規定された入口を形成し得るように、配置され得る。図３に示されているように、ある実施形態では、入口針１０８が、カバー１０６を通して穿孔し得て、入口を形成する。もちろん、液体をカートリッジ１０２に導入するために他の配置が使用され得て、例えば、一つ又はそれ以上のナイフ、刃物、チューブ、又はその他の穿孔要素を使用して一つ又はそれ以上の開口をカートリッジに形成してもよく、カートリッジはそこを通って液体を導入し得る導管を有してもよく、カートリッジの一つ又はそれ以上の部分が水圧又はその他の力の導入で開いてもよい、などである。さらに、飲料カートリッジ１０２は、飲料がカートリッジ１０２を出ることを許容するように構成され得て、例えば第２の位置で穿孔可能であるか又はそれ以外の方法で一つ又はそれ以上の開口を有して、飲料１２０が容器１０４を出るための規定された出口を形成するように構成され得る。図３に示されるように、ある実施形態では、出口針１２６が、容器の底１２２を穿孔して出口を形成するように構成される。入口の場合のように、飲料がカートリッジから出ることを許容するために他の配置が使用されてもよく、例えば、一つ又はそれ以上のナイフ、刃物、チューブなどを使用して一つ又はそれ以上の開口をカートリッジに形成してもよく、適当な圧力が内部容積内に存在すると開く一つ又はそれ以上の部分をカートリッジが有してもよい、などである。入口及び出口針１０８、１２６は、飲料調製器１０のような装置上の構成要素であり得る。本発明はこれに関して限定されないので、他の実施形態では、飲料カートリッジ１０２は、異なるように及び／又はカートリッジ上の他の位置で、穿孔され得ることに留意されたい。
【００２７】
図３に示されるように、容器１０４の内部容積は、液体１１８が容器１０４内に導入されて飲料原物質１１２を溶解して飲料を形成することができるように、飲料原物質１１２の体積よりも大きくても良い。液体１１８は、ストリーム又はスプレー１１４又はその他の形態として、容器１０４の内部容積に入り得る。描かれているように、液体は、飲料原物質１１２が液体に溶解して飲料１２０を形成するように、容器１０４の周囲で渦を巻いて飲料原物質１１２と効果的に組み合わされてもよい。以下により詳細に論じられるように、液体の流れは乱流であり得る。さらに、カートリッジの内部容積は液体の導入とともに変わり得る。例えば、カートリッジが一つ又はそれ以上の例えば小袋のような柔軟な部分を有していたら、圧力下の水がカートリッジ内に導入されるとカートリッジが拡張して内部容積を増加しても良い。これは、飲料原物質の溶解プロセスを、例えば混合が起きる容積を増やすことによって助け得る。
【００２８】
飲料カートリッジ１０２のサイズ及び形状は、本発明の異なる実施形態に従って変わってもよい。ある実施形態では、容器１０４は、実質的に平らな底１２２を有する円錐台形形状を有する。他の実施形態では容器１０４は円盤形状を有し得て、他の実施形態では容器は長方形形状を有し得る。しかし、本発明がそのように限定されないので、他の実施形態では容器１０４の形状が異なり得ることに留意されたい。例えば、容器１０４は円形、正方形、楕円形、長方形、又は不規則な形状の断面積を有し得ることが企図される。他の実施形態では、飲料カートリッジは規定された形状を有していなくても良く、例えば、側部が柔らかい袋状の構造から形成されてもよく、その構造の内部容積は変わり得る。ある実施形態では、飲料カートリッジは壺状の構造を有してもよく、また、ティーバックに類似した形状を有し得る。
【００２９】
飲料カートリッジ１０２は、本発明が限定されないので、様々な物質から形成され得る。ある実施形態では、容器１０４は、スチレン、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、及びポリエチレンの少なくとも一つから形成され得る。容器は、これら３つの物質の複合ラミネートから形成され得る。容器の外側部分はスチレンで形成され得て、容器の構造及び質量の大部分を提供する助けになり得る。スチレンはまた、湿気の侵入に対する抵抗も提供し得る。ＥＶＯＨ層は酸素の透過に対する抵抗を提供し得て、容器はカバー１０６でシールされると、カートリッジの内容物を周囲の大気からの酸素の侵入から保護する。ポリエチレンが容器の内側ラミネート層であり得て、これは飲料原物質１１２に接触し、湿気の侵入に対する抵抗を提供し得て、容器のカバーを固定する助けになり得る。ある実施形態では、容器の重量は約２．８グラムである。
【００３０】
ある実施形態では、飲料カートリッジはフィルターを含まない。例えば、カートリッジは単一の内部空間を有するように配置され得て、そこに飲料原物質が位置する。しかし、他の実施形態では、カートリッジはフィルターを含み得て、このフィルターは、飲料がカートリッジから出る前に通過するように配置され得る。他の実施形態では、飲料カートリッジは、飲料原物質の下流に位置するフィルターを含まない。これより、いくつかの実施形態では、カートリッジはフィルターを含み得るが、このフィルターは可溶性飲料原物質を含む飲料がそのフィルターを通過しないように配置され得る。例えば、カートリッジは２つの内部空間を有し得て、一つの空間はフィルターの上流にあって挽いたコーヒーのような飲料原物質を含み、第２の空間はフィルターの下流にあって、粒子状モカミックスのような可溶性飲料原物質を含む。水を挽いたコーヒーと相互作用させて第２の空間までフィルターを通過させることによって作られるコーヒー飲料は、モカミックスを溶解して最終的な飲料を形成し得て、これがカートリッジから出る。
【００３１】
カバー１０６は同様に様々な物質から形成され得て、いくつかの実施形態では、使用されないかもしれない。ある実施形態では、カバーはアルミホイルとポリエチレンのラミネートから形成される。アルミは強度と湿気及び酸素の侵入に対する抵抗とを提供し得る。カバー１０６は、容器１０２に熱シールされても良い。他の実施形態では、例えばいくつかの小袋又は壺を有する場合のように、容器は自身と合体されて閉じた内部容積を形成し得る。
【００３２】
ある実施形態では、容器１０４の内部容積は少なくとも３０ミリリットルである。他の実施形態では、容器１０４の内部容積は少なくとも５０ミリリットルである。ある特定の実施形態では、容器の容積は約２オンス（〜５４ミリリットル）である。容器が円錐台形形状を有するある実施形態では、容器の高さ１２８は約４２ｍｍで、実質的に円形状の底１２２の直径は約３４ｍｍで、容器の頂部の開口の直径１２４は約５０ｍｍである。飲料カートリッジ１０２のサイズ及び形状は、飲料調製器１０のような装置内の調製チャンバ１８に合致するように設計され得ることに留意されたい。例えば、ある実施形態では、飲料カートリッジは、図１〜２に描かれたカートリッジリセプタクル２０に嵌るように構成される。
【００３３】
ある実施形態では、液体は容器内に乱流として入り、飲料原物質は乱流に溶解するように配置され得る。液体が層流として容器に入ること、及びある実施形態では、飲料原物質が層流に溶解するように構成されることもまた、企図される。
【００３４】
液体の容器内への流量率は可変であり得るが、ある実施形態では、液体は容器に少なくとも０．０３オンス/秒の体積流量率で導入される。これは、４オンスのカップ（図２の１６を参照）を約１２０秒で満たすことに等価である。以下により詳細に述べるように、ある実施形態では、液体は、少なくとも０．２６オンス/秒のようなより高い体積流量率で容器内に導入され得て、これは８オンスのカップを約３０秒で満たし、さらに他の実施形態では、液体は、少なくとも０．４オンス/秒の体積流量率で容器内に導入されて、これは８オンスのカップを約２０秒で満たす。カートリッジは、４〜１２オンスからのような任意の適切なサイズの飲料を作るために使用され得る。
【００３５】
使用されるときには、飲料カートリッジに設けられた入口及び出口の開口は変わり得る。ある実施形態では、規定された入口は規定された出口よりも大きい。ある実施形態では、規定された入口は入口針１０８で生成され、これは少なくとも０．０９３７５インチ（３／３２インチ）の直径を有する。他の実施形態では、入口針１０８は少なくとも０．１８７５インチ（３／１６インチ）の直径を有し、他の実施形態では、入口針は少なくとも0.25インチの直径を有する。出口針１２６は、少なくとも０．１２５インチ（１／８インチ）の直径を有し得て、他の実施形態では、出口針１２６は、少なくとも０．０６２５（１／１６インチ）の直径を有し得る。ある実施形態では、針１０８、１２６の一つ又は両方は実質的に円筒状又は円錐状の形状を有し得て、他の実施形態では、針の一つ又は両方は円錐台形状の形状を有し得る。
【００３６】
入口のサイズがカートリッジ１０２に入る液体の流れ特性を変え得ることに留意されたい。レイノルズ数は、動圧とせん断応力との比によって規定される無次元パラメータであり、流れが層流であるか乱流であるかを決定するために使用されることができる。液体がパイプ又はダクト（カートリッジ１０２内への液体の流れに相似であり得る）を通って流れるときには、液体の流れに対するレイノルズ数を決定するために以下の等式Ｒｅ＝（速度）（水力学的直径）／動粘性率が使用される。
【００３７】
Ｒｅ＜２３００であれば、そのときには流れは層流とみなされる。２３００＜Ｒｅ＜４０００であれば、そのときには流れは移行段階にあるとみなされ、Ｒｅ＞４０００であると、そのときには流れは乱流とみなされる。図４の表は、異なる様々な流れ及び入口形状の下でのレイノルズ数に近付く。特に、飲料カートリッジへの体積流量率は、０．０３オンス／秒〜０．８オンス／秒の間で変わり得る。入口の直径もまた０．０９３７５インチ〜０．２５インチの間で変わる。体積流量率が一定のままであれば、入口の直径の増加が容器内への液体スプレーの速度を減少させることに留意されたい。表に描かれているように、容器の直径は約１．５インチに近付けられて、液体の動粘性率は約６０°Ｆで水と同じに近付けられる。液体のタイプ及び液体の温度が動粘性率の値に影響を与えることに留意されたい。
【００３８】
ある実施形態では、飲料カートリッジ１０２は、レイノルズ数が少なくとも４０００である液体の乱流を受けるように構成されている。他の実施形態では、カートリッジはレイノルズ数が少なくとも８０００である液体の乱流を受けるように構成されており、さらに他の実施形態では、カートリッジはレイノルズ数が少なくとも１２０００である液体の乱流を受けるように構成されている。ある実施形態では、飲料カートリッジは、レイノルズ数が少なくとも１０００、又は少なくとも１５００である液体の流れを受けるように構成されている。
【００３９】
可溶性飲料原物質は、本発明がこの点に関して限定されないので、様々な物質から形成され得る。上述のように、ある実施形態では、飲料原物質はホットチョコレートミックスを含む。他の実施形態では、飲料原物質は、コーヒー、エスプレッソ、茶（果実茶を含む）、ホットココア、カプチーノ、カフェラテ、カフェオレ、カフェモカ、モカ、サイダー、ジュース、様々な風味の飲み物及び乳飲料を作るために使用され得る。さらに、飲料原物質が、トマトスープのような（これに限定されるものではない）様々なスープ、及びチキンブロスのような様々なブロスを作るためにも使用され得ることに留意されたい。当業者は、飲料原物質内にあり得る物質の特定のタイプを理解するであろう。そのような物質のいくつかの例は、ココア、チョコレート、茶、ミルクパウダー、非乳クリーマー、ジュース抽出物、エスプレッソ、コーヒーパウダー、砂糖、乳糖、蔗糖、スクラロース、ステビア、流れ補助剤、乳化剤、モノグリセリド、ジグリセリド、及びレチチンを含むが、これらに限られるものではない。
【００４０】
上述のように、出願人は、飲料原物質を形成する粒子のサイズが、飲料原物質が飲料カートリッジ内で溶解するかどうかに重要であり得ることも見出した。出願人は、粒子の少なくとも６０％が約２００又は３００ミクロンより大きく且つ約６００又は７００ミクロンよりも小さい最大寸法を有すると、液体がカートリッジ内を通過するときに飲料原物質が適切に溶解することを見出した。他の実施形態では、飲料原物質は、粒子の少なくとも８０％が約２００又は３００ミクロンより大きく且つ約６００又は７００ミクロンよりも小さい最大寸法を有する混合物から形成される。さらに他の実施形態では、飲料原物質は、粒子の少なくとも９０％が約２００又は３００ミクロンと約６００又は７００ミクロンと間の最大寸法を有する混合物から形成され、さらに他の実施形態では、飲料原物質は、粒子の少なくとも９５％が約２００又は３００ミクロンと約６００又は７００ミクロンと間の最大寸法を有する混合物から形成される。
【００４１】
ある実施形態では、飲料原物質１１２は、粒子の全てが約６００又は７００ミクロンよりも小さい最大寸法を有するように形成される。ある実施形態では、全ての粒子が規定された出口の直径よりも小さい最大寸法を有することが望ましいことに留意されたい。これは、飲料原物質がカートリッジ１０２を詰まらせることを防ぐ助けになり得る。
【００４２】
飲料原物質内の約２００又は３００ミクロンよりも小さい最大寸法を有する粒子の量を最小化することが望ましいかもしれない。これより、ある実施形態では、飲料原物質は、粒子の全てが約２００又は３００ミクロンよりも大きい最大寸法を有するように構成される。しかし、カートリッジが輸送されてカートリッジの内容物が沈降すると、粒子のいくらかは、より小さな粒子に分解し得る。これより、ある実施形態によれば、飲料原物質は約２００又は３００ミクロンよりも小さい粒子を含み得るが、これは飲料原物質の小さな割合のみを占め得る。ある実施形態では、約２００又は３００ミクロンよりも小さい粒子の量は２０％又はそれ以下である。他の実施形態では、約２００又は３００ミクロンよりも小さい粒子の量は１５％又はそれ以下である。さらに他の実施形態では、約２００又は３００ミクロンよりも小さい粒子の量は１０％又はそれ以下であり、さらに他の実施形態では、約２００又は３００ミクロンよりも小さい粒子の量は５％又はそれ以下である。
【００４３】
飲料原物質が所望の粒子サイズの範囲になるように構成され得る様々な方法がある。ある実施形態によれば、可溶性の飲料原物質が塊化されて、この所望の粒子サイズの範囲を達成する。言い換えると、飲料原物質を形成する粒子は、一緒にクランプ又はクラスター化されて、より大きな粒子を形成し得る。これは、約２００又は３００ミクロンよりも小さい粒子の数を最小化する一つのアプローチである。約６００又は７００ミクロンよりも大きい粒子が破壊されて所望の粒子サイズの範囲になり得ることに留意されたい。塊化器は、粒子を塊化してより大きな塊り粒子にするための装置である。塊化器及び塊化過程のより詳細な議論は、6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300, Boca Raton, FL 33487-27542のCRC Press, Taylor and Francis Groupにより２００５年に出版された米国議会カード番号2004065512のCharles Onwulata編集の「カプセル化及び粉末化された食物」の第８、３３、４０、５１〜５８、６６、及び１２３〜１３０ページに見出され得る。
【００４４】
図５は、本発明のある実施形態に従って飲料を準備する方法２００を描いている。この方法２００は、飲料原物質を準備する第１の副方法２００ａ、及び飲料カートリッジで飲料を準備する第２の副方法２００ｂに分けられ得る。
【００４５】
図５に描かれているように、副方法２００ａは、飲料原物質を形成する成分２０２ａを塊化器に充填することで始まり得る。ステップ２０４で、飲料原物質は塊化される。塊化された物質２０４ａのサイズは、それからステップ２０６で決定され得る。塊化された物質２０４ａをサイズ分けするために使用される、例えばスクリーニング、サイクロニング、及び空気分別のような様々な既知の分離及びサイズ分け技法があるが、これらに限定されるものではない。
【００４６】
上述のように、出願人は、飲料原物質を形成する粒子のサイズが、飲料原物質が飲料カートリッジ内で溶解するかどうかに重要であり得ることも見出した。これより、ある実施形態では、約６００〜７００ミクロンのような最大粒子サイズが選択され得て、最大値よりも大きなサイズを有する粒子を取り除くために、所望のメッシュを有するスクリーンが使われ得る。ある実施形態では、これらの大きな粒子は、それらのサイズを低減するために機械的な力にさらされ得る。約２００〜３００ミクロンのような最小粒子サイズが選択され得て、最小値よりも小さいサイズを有する粒子を取り除くために、所望のメッシュを有するスクリーンが使われ得る。最小サイズよりも小さい粒子（微粒子２０６ｂとしても知られる）は、さらなる塊化のために塊化器にリサイクルされ、それらのサイズを増し得る。
【００４７】
ステップ２０８で、サイズ分けされた塊り２０６ａは、飲料カートリッジ容器１０４内に注入され得る。ある実施形態では、各カートリッジは単一の使用のために構成される。ある実施形態では、飲料原物質は、（いくらかの実施形態では約５〜５０グラムの飲料原物質がカートリッジ内に充填され得るが）約１５グラムのサイズ分けされた塊り２０６ａから形成される。ステップ２１０で、カバー１０６が容器１０４に取り付けられる。カバーは、容器の内部容積が非透水になるように容器１０４にシールされ得る。結果として得られる飲料容器２１０ａは、飲料を作り出すために使用の準備が完了する。ある実施形態では、容器２１０ａは、図１〜２に描かれたもののような飲料調製器１０での使用のために構成される。他の実施形態では、カートリッジ及び飲料原物質は、本発明が限定されないので、より多くの使用のために構成され得ることに留意されたい。
【００４８】
副方法２０６ｂは、飲料カートリッジを飲料調製器に挿入するステップ２１１で始まり得る。以下のステップの順番は、本発明が特定の順序に限定されないので変更され得ることに留意されたい。第１の開口がステップ２１２でカートリッジに設けられ、第２の開口がステップ２１６でカートリッジに設けられ、水のような液体が第１の開口を通してステップ２１４でカートリッジ内に注入される。ある実施形態では、第１の開口は第２の開口の前に形成される。他の実施形態では、第１及び第２の開口は実質的に同時に形成され得る。ある実施形態では、第２の開口が、水がカートリッジ内に流れ込み始めるとの同時に、又はその後に、形成される。上述のように、カートリッジに孔を穿孔するために入口及び出口針が使用され得る。ある実施形態では、第１の開口はカバーを通って穿孔され、第２の開口は飲料カートリッジの容器を通って穿孔される。ステップ２１８で、結果として得られた飲料が出口針を通ってカートリッジを出る。
【００４９】
図６は、ある実施形態にしたがって飲料原物質を塊化するシステム３００を描いている。飲料原物質３０６は保持ピン３０８に置かれ得て、それから塊化器３００ａに注入される。飲料原物質は塊化器の中のスクリーン３１４上に置かれている。暖気がヒーター３１８によって生成され得て、それからファン３１６によって塊化器内に流入させられ得る。ファン及びヒーターは、塊化器の空気排出３３２及び塊化器の入口ストリーム３３０を利用して、塊化器３００ａに出入りする空気をリサイクルし得る。空気排出３３２は、塊化器から排出される前にフィルター３１０を使用してフィルタリングされることができる。リサイクルされた空気は、空気流ストリーム３２６を介して排出され得て、新鮮な空気が空気流ストリーム３２８を介して流れストリームにもたらされ得る。
【００５０】
塊化サイクルを始めるために、暖気ストリーム３３０が開始されて飲料原物質３０８ａを流動化する。ストリーム３３０の流量率は、飲料原物質粒子の大部分がスプレー３１２が粒子に接触して濡らすために十分な高さまで達するように調整され得る。ある実施形態では、流動化が開始されると、前混合期間が生じ得て、そこでは、塊化が始まるためによく混合された混合物が利用可能になるように、スプレー３１２の開始に先立って物質が十分に混合される。塊化する流体３０４は、塊化器の内部キャビティへのスプレー３１２を通して容器３０２から流動化された物質の上にスプレーされ得る。塊化に関する当業者は、流体の塊化、それらの量、スプレーノズル、及び適用され得るアプリケーション技法の様々な実施形態を容易に理解し得る。
【００５１】
ある実施形態では、塊化する流体を使用して所望の塊化の度合いを達成した後に、第２の流体３０４ａがスプレー３１２を通して適用され得て、塊化された粒子をさらにコンディショニングする。このコンディショニングは濡れを向上し得て、塊化された粒子の溶解度に対する更なる制御を提供し得る。塊化及びスプレーサイクルの終わりに、仕上がった塊化された飲料原物質粒子３２２が塊化器３００ａから放出されて、サイズ分け段階３２０でサイズ分けされる。微粒子（例えばサイズ不足の粒子）は、ストリーム３３４として塊化でリサイクルされ得る。ある実施形態では、サイズの超過した塊化された粒子３２０ａは、サイズ分け段階３２０内に留まり得て、例えば機械的動作によるサイズ磨耗動作にさらされ得る。仕上がったサイズ分けされた塊りの飲料原物質３２４は、それから飲料カートリッジ内への注入準備が完了する。塊化過程の当業者は、本発明で使用されることができる様々な種類の塊化器及び塊化過程を容易に理解するであろう。
【実施例１】
【００５２】
以下の例は描写的であるのみであって、本発明の範囲を制限することは意図されていない。
【００５３】
[例１]
ホットココア飲料ミックスの塊化されていない乾燥したミックスが、果糖、ココナッツ油、イヌリン、アルカリ化ココア、（ミルクからの）カゼイン塩ナトリウム、マルトデキシトリン、塩、モノ及びジグリセリド、リン酸二カリウム、ナトリウムシリコンアルミン酸塩、大豆レシチン、天然及び人口風味、カラゲナン、及びアセスルファムカリウムを一緒に混合することによって形成された。約１５グラムのココアミックスが、前述のように及び図３に描かれるように、容積が約２流体オンス（５４ミリリットル）のプラスチック容器内に置かれた。このホットココア飲料は塊化及び／又はサイズ分けされなかった。容器は、前述のように及び図３に描かれるように、ラミネートアルミホイルの蓋に熱シールされた。容器はそれから、容器を約１インチの高さから硬い表面上に、容器が平坦な円形表面１２２のような底部表面上に正方形状に着地するように落とすことによって、硬い表面に１００回タップされた。容器の半透明側壁を通した飲料原物質粉末のレベルの目視検査は、タップ動作によって容器内の粉末が沈降して、これによってコンパクト化されたことを示した。他の容器及び飲料原物質ミックスは、タップを受けずに準備された。両方の容器がそれからKeurig社の調製器モデルB2003で、約３０秒間に渡って一定の流量率で部分パッケージを通って流れる８オンス（２２７ミリリットル）の湯（約９０℃）を使用して、調製された。タップされていない容器は、調製サイクル中に熱い調製湯を容器内に入れ且つそこから排水する動作によって、容器内のココアミックスを本質的に容器から排出することで、適切に調製された。しかし、タップされたカップは、熱い調製湯を容器内に入れ且つそこから排水する動作の結果として、完全には排出されなかった。約8.1グラムの湿ったスラッジ（水及び厚い湿ったココアミックスからなる）がカップ内に残った。この例は、飲料カートリッジ内の飲料原物質の振動及び／又はその他の種類の運動が、飲料を準備するために飲料調製器を使用する飲料原物質の不完全な排出を引き起こし得ることを示している。
【００５４】
[例２]
上記と同じロット（これより同じ成分及び割合）のホットココア飲料ミックスが、図６に対して先に記述された流体床塊化器を使用して塊化された他の実験が実行された。塊化器は、中国Dist HarbinのNo.58, Dianlan Street, Nangangにあるハルビンナノ製薬化学装置社によって製造されたパイロットモデルの流動化床塊化器（モデルFL-3流体床微粒子化器）であった。
【００５５】
約５キログラムのホットココア飲料ミックスが塊化器に充填された。流動化及び塊化は、４０℃の暖気で実行された。１リットルの２０重量％のアラビアゴム水溶液が、粉末の流動化床の頂部の上にスプレーされた。すなわち、スプレーは粉末の流動化床へ下方に向けられた。空気に補助されたアトマイズ化ノズルが、スプレーを提供するために使用された。スプレーは、１リットルのアラビアゴム水溶液が完全にスプレーされるまで、毎分３０ミリリットルで行われた。１２５ミリリットルの２０重量％の大豆レシチンの第２のスプレーが、それから同じノズルを通って毎分３０ミリリットルで、１２５ミリリットルが完全に印加されるまでスプレーされた。ゴムの印加は約３０分続き、レシチンの印加は約５分続いた。レシチン溶液は、食物又は飲料材料の溶解傾向を低減し得る。レシチンの印加の後に、２分間の仕上げ乾燥期間が適用された。塊化器はそれから電源をオフされて、塊が放出された。仕上がった塊の飲料原物質は、１．９３％の湿気レベルを有していた。
【００５６】
塊化されたココアミックスの粗密度は０．５３０グラム／ｃｍ３であり、そのタップされた密度は０．５８３グラム／ｃｍ３であった。粗密度は、漏斗を通して計量された量のミックスを目盛付きシリンダ内に注いで、目盛上の体積を読むことによって測定された。タップ密度を得るために、粗密度測定からのミックスを含む目盛付きシリンダが手で１００回タップされて、それから沈降した「タップされた」体積が読み取られた。
【００５７】
塊化されたココアミックスはそれから、ＵＳ３０メッシュのスクリーン（５９５ミクロンの開口）を通してスクリーニングされた。塊化されたココアミックスのうちの「３０メッシュを通過する」部分（「−３０メッシュ部分」）は、それから３つの部分に区分された。第1の部分はそれからＵＳ４０メッシュスクリーン（４２５ミクロンの開口）を通ってスクリーニングされ、第２の部分はそれからＵＳ５０メッシュスクリーン（３００ミクロンの開口）を通ってスクリーニングされ、第３の部分はそれからＵＳ１００メッシュスクリーン（１５０ミクロンの開口）を通ってスクリーニングされた。粗密度及びタップされた密度が測定された。
【００５８】
「ハウスナー比（Hausner Ratio）」もまた計算された。粉末処理ならびに粉末の可流性及び流動化の容易さに対するハウスナー比の適用可能性に関する背景については、Food Science誌第50巻（1985）第1473〜1476頁のJ.Malave, G.V.Barbosa-Canovas及びM.Pelegによる「振動、タップ、及び機械的圧縮による選択された食物粉末のコンパクト化特性の比較」を参照のこと。また、Food Science誌第61巻第6号（1996）第1211〜1215頁のC.I.Onwulata, R.P.Konstance及びV.H.Holsingerによる「流れ剤によって影響されるカプセル入り乳脂肪粉末の流れ特性」も参照のこと。また、Springer社によって2005年に発行されたGustavo V.Barbosa-Canovas, Ortega-Rivas, E., Juliano, P.,及びYan, Hによる「食物粉末：物理的特性、処理、及び機能性」、ＸＶＩ、ＩＳＢＮ：978-0-306-47806-2も参照のこと。
【００５９】
一般的に、ハウスナー比が増すと、可流性及び流動化の容易さが減少する。スクリーニングされた部分及びスクリーニングされなかった元の塊化されたミックスの各々の約１５グラムが、上述のように飲料カートリッジの中に置かれて、それから例１で行われたように１００回タップされて内容物を沈降させ、それからKeulig調製装置(例１と同じ)で、約３０秒間の調製期間に渡る一定の流量率での８オンスの熱い湯の流れストリーム(約９０℃)で調製された。４つの調製されたカートリッジが、容器内の任意の残存成分の目視検査のためにアルミホイルラミネートカバーを破ることによって開けられて、容器内の残存している成分が計量された。結果のデータ及び見出されたことは以下の通りである。
サンプル          粗密度  タップ密度  ハウスナー比  調製後のカップ内の残存重量
gr/cc    gr/cc
元の塊                                              厚い湿ったココアミックス
0.508    0.579        1.14                9.6グラム
-30+40USメッシュ                                    非常に僅かに濁った茶色の水
の塊              0.530    0.583        1.100                1.5グラム
-30+50USメッシュ                                    僅かに濁った茶色の水
の塊              0.503    0.555        1.103                4.6グラム
-30+100USメッシュ                                  厚い湿ったココアミックス
の塊              0.476    0.544        1.141                8.1グラム
【００６０】
これらの結果は、成功する調製結果（すなわちココアの顕著な塊が調製後の部分パッケージ内に残されていない）は、塊化及び／又は特定の粒子サイズ範囲へのサイズ分けを必要とすることを示している。この例では、−３０メッシュから＋５０メッシュまでの範囲の粒子が、成功する調製をもたらす。この例はまた、塊化及び特定の粒子サイズ範囲へのサイズ分けの組み合わされた効果がハウスナー比を下げ、且つより低いハウスナー比が調製を成功させることを示している。調製器での調製は水の流れ込み動作を有し、これが粉末を流動化するように作用し、ハウスナー比が粉末の流動化の容易さの指標になるので、塊化されてサイズ分けされたホットココアミックスによる成功した調製の結果は、うまくいかなかった調製の塊化に対するハウスナー比と比べたハウスナー比の相対的な値に反映されている。
【００６１】
[例３]
異なる製造ロットであるが例１と同じ成分及び処方の塊化されていないホットココアミックスが、例２と同じ装置ならびに流体の適用量及び率を使用して塊化された。１．７１％の湿気が、この１回目の試行からスクリーニングされない塊化された粒子をもたらした。塊化されたミックスはそれから、Sweco螺旋状スクリーナーを使用して、ＵＳ３０メッシュのスクリーン（５９７ミクロン）を使用してサイズ分けされてサイズ超過の塊りを除去し、ＵＳ６０メッシュのスクリーン（２５０ミクロンの開口）でサイズ不足の粒子を除去した。１７．９重量％のサイズ不足の塊りが除去された。これらのサイズ不足の塊化された粒子はそれから、（微粒子リサイクルとして）十分に塊化されていないココアパウダーに合計５キログラムまで加えられた。このミックスはそれから、第２の試行で塊化されて、最初の塊化と同じ条件及び手順を使用してサイズ分けされた。１．９１％の湿気が、この２回目の塊化の試行からもたらされた。１３．６重量％の−６０メッシュのサイズ不足の微粒子がサイズ分けスクリーニングの結果として除去された。２回目の試行の−３０／＋６０メッシュの塊化された粒子の３つのサンプルが、−３０メッシュ／＋６０メッシュの塊化された粒子の約１５グラムを飲料カートリッジ内に配置することによって準備され、それから例１及び２で行われたように１００回タップされ、それからそれぞれKeulig調製装置（例１及び例２と同じ）で、約３０秒間の調製期間に渡る一定の流量率での８オンス（２２７ミリリットル）の熱い湯の流れストリーム(約90℃)で調製された。３つのサンプルカートリッジはそれから、アルミカバーを剥すことによって開けられた。カートリッジの内容物が計量されて、それぞれ６．２グラム、５．５グラム、及び１０．０グラムの厚い粘性のある湿ったココア塊であることが見出され、失敗した、例えば上手くいかなかった調製結果であることを示した。例２に対するこの結果は、サイズ分けされた塊化された粒子の特定のサイズ範囲が驚くほど狭く、例２の−３０メッシュ／＋５０メッシュの塊りが成功であった一方で、−３０メッシュ／＋６０メッシュでは調製が上手くいかなかった。
【００６２】
例２及び３の相対的な調製結果を確かめるために、例３の−３０メッシュ／＋６０メッシュサイズの塊りがＵＳ５０メッシュスクリーン（２９７ミクロンの開口）を使用して再びサイズ分けされ、それからパッケージされて調製された。２つのサンプルが準備されて、それから上述の方法を使用して１００回タップされた。２つのサンプルの調製されたカートリッジは開けられて、実質的にココアミックスが無いこと、例えばわずかに濁ったわずかに茶色の水のみがカートリッジ内に残っていることが見出された。この結果は、−３０／＋５０メッシュのスクリーニングが上手くいく調製結果をもたらすことを確かめ、特定の粒子サイズ範囲の塊りが必要とされることを示す。
【００６３】
図７に描かれた特定サイズ分布プロット上に、これらの例３の結果が描かれて、さらに明らかにされている。結果として得られた塊化された粒子のサイズ分布プロット４００は６０メッシュスクリーンを通したサイズ分け及び５０メッシュスクリーンでの再サイズ分けに先立つホットココアの第２の試行から得られた。分布曲線は４００ａであり、これは、ミクロン単位の特定サイズに対する粒子数の頻度％をプロットしている。線４０２は５９５ミクロンのマークであり、これはＵＳ３０メッシュスクリーンに対する開口サイズである。線４０４は２９７ミクロンのマークであり、これはＵＳ５０メッシュスクリーンに対する開口サイズであり、線４０６はＵＳ６０メッシュスクリーンに対するものである。塊化された粒子は、スクリーニング過程の間にさらにサイズが小さくなることはないと仮定すると、線４０２の右までの全ての塊化された粒子は、３０メッシュスクリーンによって超過サイズとして除去される。線４０４の左までの全ては、５０メッシュスクリーンによってサイズ不足として除去される。線４０６の左までの全ては、６０メッシュスクリーンによって除去される。これより、本発明のある実施形態を使用した成功する調製結果に対して、領域４０８の塊化された粒子はサイズ超過として除去され、領域４１２及び４１４の塊化された粒子はサイズ不足として除去され、領域４１０が飲料原物質を形成するための所望の粒子グループを表す。
【００６４】
[例４]
粉末流の強化の現在の技術水準は、一般的に、粉末の可流性（且つこれよりもっとも起こりやすいこととして、沈降且つ未沈降の粉末の熱い湯による流動化の容易さ）を改善するために粉末流れ補助剤が添加されることができることを教示する。表１で上述したOnwulata, Konstance及びHolsingerの雑誌記事を参照のこと。そこでは特に、流れ補助剤を添加することによってハウスナー比が改善（低下）される（粉末の可流性の全体的な改善が示唆されている）。
【００６５】
添加された流れ補助剤が、不成功であった調製、すなわち−３０／＋６０メッシュの塊化された粒子の調製を成功させるかどうかを調べるために、２つの異なる二酸化シリコン流れ補助剤を米国44333オハイオ州3500 Embassy Parkwayのエボニク・デグサ社から入手した。これらは、Sipernat22s及びSipernat820aであった。実験３からの−３０／＋５０メッシュの塊化された粒子が0.2重量％のSipernat820aと、及びまた０．８重量％のSipernat22sと混合された。３つのサンプルが、実験３で使用された手順に従って準備され、タップされ、調製され、検査された。Sipernate820aの３つのサンプルに対しては、部分パッケージは５．５グラム、４．７グラム、及び６．７グラムの湿ったココア塊を含んでおり、不成功の調製結果を示した。Sipernat22sの３つのサンプルに対しては、カートリッジは８．４グラム、７．５グラム、及び７．２グラムの湿ったココア塊を含んでおり、やはり不成功の調製結果を示した。これらの調製されたカートリッジのいくつかでは、湿ったココア塊の内部が乾燥した粉末を含んでいることが見出された。これより、不適切にサイズ分けされた塊の粒子の調製結果を改善するために流れ補助剤を使用するという現在の技術水準からの推奨は、成功する結果をもたらさず、そのような流れ補助剤は調製結果を悪化させることができ、それらをより悪くはするがより良くはしないことを示している。
【００６６】
[例５]
約９ポンドのチャイ茶飲料原物質材料の混合物（茶、スパイス、スクラローススイートナー、及び非乳クリーマーを含む）が、先の例で使用された装置及び手順を使用して塊化された。印加されたアラビアゴムの量は、２０％の水溶液に１６５グラムであった。印加された大豆レシチンの量は、２０％の水性拡散溶液に20.5グラムであった。1.25％の湿気が結果として得られた。塊化された粒子であるがサイズ分けされていないチャイ茶のサイズ頻度分布プロット５００は、分布曲線５００ａとして図８に示されている。塊化された粒子は、サイズ超過又はサイズ不足の塊化された粒子を除去するために、先の例のようにＵＳ３０メッシュ及びＵＳ５０メッシュでスクリーニングされた。これらのサイズ分けされた塊化された粒子は飲料カートリッジ内に注入されて、１００回タップされた。４つのサンプルが準備された。各サンプルは、各々がKeurig社の調製器装置の範囲の異なるモデルを使用して、本発明の先の実施形態に従って調製された。これらは、B70、B75、B200、及びB2003モデルであった。全サンプルが調製後に開けられて検査された。全てのサンプルが、うまく調製され、調製後の各パッケージに残存している湿ったチャイ茶の塊りが１グラム未満であることが見出された。
【００６７】
本発明の様々な実施形態は上述の特徴の一つまたはそれ以上を有して形成され得ることに留意されたい。本発明の上記の特徴及び特徴は、本発明がこの点に関して制限されないので、任意の適切な組み合わせで使用され得る。図面が様々な構成要素及び特徴を描いており、これらが本発明の様々な実施形態に組み込まれ得ることにもまた、留意されたい。単純化のために、図面のいくつかは一つより多くの特徴又は構成要素を描いているかもしれない。しかし、本発明は、図面に開示された特定の実施形態に限定されない。本発明が、任意の一つの図面の図に描かれた構成要素の一部のみを含み得る、及び／又は、複数の異なる図面の図に描かれた構成要素を組み合わせた実施形態も包含し得ることが、認識されるべきである。
【００６８】
本発明の様々な実施形態の前述の記述が、単にそれについて描写的であることのみを意図していること、ならびに、他の実施形態、改変、及び本発明の均等物がここに添付された特許請求項に記述された本発明の範囲内にあることが、理解されるべきである。
【符号の説明】
【００６９】
１０２  飲料カートリッジ、１０４  容器、１０６  カバー、１０８  入口針、１１０  縁、１１２  飲料原物質、１１４  ストリーム、１１６  側壁、１１８  液体、１２０  飲料、１２２  底、１２６  出口針。
【図１】
0005432190.tif 000002
【図２】
0005432190.tif 000003
【図３】
0005432190.tif 000004
【図４】
0005432190.tif 000005
【図５】
0005432190.tif 000006
【図６】
0005432190.tif 000007
【図７】
0005432190.tif 000008
【図８】
0005432190.tif 000009