СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ В КОФЕ-КАРТРИДЖЕ ЧАСТИЦ МОЛОТОГО КОФЕ И КОФЕ-КАРТРИДЖ
METHOD FOR GROUND COFFEE PARTICLES PREPARATION AND PLACEMENT INTO COFFEE CARTRIDGE AND SUCH COFFEE CARTRIDGE

Область техники
Настоящее изобретение в широком смысле относится к контейнеру для материала, предназначенного для использования при варке напитка, а более конкретно - к контейнеру ("картриджу") для использования при автоматическом приготовлении кофе, чая и других напитков.
Уровень техники
Известны различные варианты устройств для варки порций кофе и чая (диспенсеров). В устройства данного типа помещают в предназначенном для этого контейнере порцию молотого кофе, чайных листьев или другого материала для варки напитка. Для того чтобы приготовить горячий напиток из используемого материала, к нему добавляют горячую воду. Материал обычно помещают в приспособленный для этого одноразовый контейнер, который необходимо открыть или сделать проницаемым для того, чтобы горячая вода могла проходить сквозь него.
Один из недостатков устройств подобного типа состоит в том, что их элементы, которые входят в контакт с указанным материалом, необходимо чистить. Далее, контейнер для используемого материала нужно вводить и точно устанавливать в устройство при приготовлении каждой порции напитка. В результате интервал времени между циклами варки напитка может быть довольно значительным, поскольку контейнер нужно ввести, установить в заданное положение, извлечь и/или произвести чистку элементов устройства.
В связи с этим существует потребность в устройствах с коротким циклом варки напитка. Желательно, чтобы такое устройство было сравнительно недорогим, легким в использовании и готовящим напиток высокого качества. Кроме того, желательно, чтобы устройство было адаптируемым к различным используемым материалам и к различным их порциям.
Раскрытие изобретения
Соответственно, далее будет описан картридж (порционный контейнер) для помещения в него заданного количества (порции) смешиваемого материала. Картридж может иметь боковую стенку в виде кругового цилиндра и основание. В основании может быть выполнено множество отверстий. Основание может быть покрыто, по существу, жесткой фильтровальной бумагой.
2
Основание и боковая стенка могут характеризоваться отношением высоты к диаметру, не превышающим 0,435. Общее количество отверстий может равняться 54. Вогнутая крышка может входить внутрь цилиндрической боковой стенки. Поверхностная плотность жесткой фильтровальной бумаги может составлять примерно 40 г/м, а разрывное давление фильтровальной бумаги в мокром состоянии может равняться примерно 62 кПа. Фильтровальная бумага способна выдерживать без деформации давление воды около 1,1 МПа в течение 8-15 с. Фильтровальная бумага может состоять из нескольких слоев. Используемый материал может находиться в непосредственном контакте с боковой стенкой.
Предлагаемый способ включает приготовление и размещение частиц размолотого исходного (сырьевого) материала. При этом данный способ может включать такие операции, как размалывание исходного материала на частицы посредством жерновов таким образом, чтобы 10% самых малых частиц имели размер не более 40 мкм, помещение размолотых частиц в, по существу, жесткий картридж и трамбование частиц посредством крышки. Операция размалывания может осуществляться так, чтобы свыше 80% частиц имели распределение размеров в интервале 220-250 мкм. Данная операция может производиться таким образом, чтобы средний размер частиц составлял не менее 100 мкм. Операции помещения частиц в картридж и трамбования могут обеспечивать в результате их осуществления плотность частиц, составляющую 0,371-0,426 г/мл. Способ по изобретению может включать термообработку (варку) размолотых частиц в течение 6-14 с.
Далее будет описан также картридж для помещения в него требуемого количества (порции) материала для варки напитка. Картридж может иметь, по существу, жесткую боковую стенку, по существу, жесткое основание и крышку. Боковая стенка может характеризоваться внутренним диаметром и полезной высотой, измеряемой от основания до крышки. Отношение полезной высоты и внутреннего диаметра выбрано менее 0,44 или не превышающим 0,3.
Далее будет описан также картридж для кофе (кофе-картридж), который может содержать, по существу, жесткую боковую стенку, по существу, жесткое основание, крышку и помещенные в него частицы кофе после помола. У более 75% этих частиц кофе размеры распределены в интервале 220-300 мкм. Альтернативно, размеры свыше 80% данных частиц кофе распределены в интервале 220-250 мкм.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 в перспективном изображении представлен один из вариантов диспенсерной системы для варки порций напитка, предназначенной для использования с настоящим изобретением.
На фиг.2 система по фиг.1 показана на виде сверху.
На фиг.3 в перспективном изображении представлен блок подачи картриджей диспенсерной системы для варки порций напитка по фиг.1.
На фиг.4 в перспективном изображении представлен инжекционный блок диспенсерной системы для варки порций напитка по фиг.1; пунктирными линиями показаны направляющие ролики несущей пластины.
На фиг.5 инжекционный блок диспенсерной системы для варки порций напитка по фиг.1 представлен в перспективном изображении на виде сзади, с частичным вырывом, чтобы показать промежуточную шестерню и предельный выключатель.
На фиг.6 и 7 в перспективном изображении, на видах сверху и снизу, представлен картридж по изобретению.
На фиг.8 картридж по фиг.6 показан в осевом сечении.
На фиг.9 картридж по фиг.6 показан на виде сверху.
На фиг.10 картридж по фиг.6 показан на виде снизу.
На фиг.11 в осевом сечении показан картридж с крышкой.
На фиг.12 в осевом сечении показан картридж с помещенным в него материалом для варки.
На фиг.13 представлен картридж с альтернативным выполнением фланца по сравнению с картриджем по фиг.6.
На фиг.14 картридж по фиг.13 показан в осевом сечении.
На фиг.15 на виде сбоку показана мельница для использования совместно с изобретением.
Осуществление изобретения
На чертежах схожие элементы имеют одинаковые обозначения. На фиг.1 и 2 представлен один из вариантов системы 100 для варки порций напитка (диспенсерной системы), в состав которой входит показанный также диспенсерный аппарат 300 для варки напитка с использованием порционного контейнера (картриджем). Данный аппарат 300 может содержать теплообменник 150, установленный внутри резервуара 160 с горячей водой и связанный с соплом 200. В данном варианте элементы диспенсерной системы 100 в собранном виде установлены на раму 305. Эта рама 305 может быть изготовлена из нержавеющей стали, алюминия, других металлов или других материалов, устойчивых к коррозии.
Сопло 200 может взаимодействовать с одним или более картриджами 210 (см. фиг.6) для того, чтобы в чашку 230 или в приемную емкость иного типа был подан желаемый горячий напиток. Картриджи 210 могут устанавливаться в диспенсерную систему 100 для варки порций напитка, точнее внутрь ее блока 310 подачи картриджей (см. фиг.3). Блок 310 подачи картриджей может быть жестко прикреплен к раме 305 аппарата 300. Как показано на фиг.3, блок 310 подачи картриджей может содержать поворотное основание 320, установленное внутри рамы 325 этого блока. Данная рама 325 может быть изготовлена из нержавеющей стали, алюминия, других металлов или других материалов, устойчивых к коррозии. Поворотное основание 320 может быть выполнено, по существу, круглым или иметь любую иную удобную форму. В нем могут быть выполнены отверстия 330 под картриджи, размеры которых соответственно согласованы с размерами картриджей 210. Поворотное основание 320 может вращаться вокруг оси 340. Блок 310 подачи картриджей может приводиться в действие двигателем 350, в качестве которого может использоваться обычный электродвигатель переменного тока или аналогичное устройство. Двигатель 350 может обеспечивать вращение поворотного основания 320 с угловой скоростью 6-30 об/мин, предпочтительно 25 об/мин.
На боковой стороне поворотного основания 320 могут иметься стопоры 360. Стопоры 360 могут быть расположены напротив каждого из отверстий 330 и иметь возможность взаимодействия с одним или более предельных выключателей 365 для того, чтобы управлять вращением поворотного основания 320. Вращение основания 320 может быть остановлено, когда предельный выключатель 365 придет во взаимодействие с одним из стопоров 360. Альтернативно, управление вращением основания 320 может производиться иными устройствами аналогичного типа.
Смежно с блоком 310 подачи картриджей может быть установлен инжекционный блок 400, который может быть закреплен на раме 305. Данный блок 400 может содержать раму 410, выступающую над блоком 310 подачи картриджей. Эта рама 410 также может быть изготовлена из нержавеющей стали, других металлов или других материалов, устойчивых к коррозии.
Инжекционный блок 400 может содержать сопло 200, упомянутое выше со ссылкой на фиг.2. Сопло 200 может иметь узкий конец, способный входить (если это необходимо) внутрь картриджа 210, или широкий раструб, охватывающий весь картридж 210. Инжекционный блок 400 может содержать (как это показано на фиг.4 и 5) инжекционную головку 420, взаимодействующую с соплом 200. Диаметр инжекционной головки 420 может слегка превышать диаметр картриджей 210. Эта головка 420 также может быть изготовлена из нержавеющей стали, пластиков или других материалов, устойчивых к коррозии. Она может содержать уплотнительное кольцо, расположенное вдоль ее нижней кромки. Уплотнительное кольцо может быть изготовлено из резины, силикона или из упругого материала иного типа, способного обеспечить водонепроницаемое уплотнение между инжекционной головкой 420 и картриджем 210. Чтобы обеспечить подачу горячей воды под давлением к картриджам 210, с инжекционной головкой 420 может быть функционально связан теплообменник 150.
Инжекционная головка 420 может быть выполнена подвижной, по существу, в вертикальной плоскости с помощью кулачкового механизма 440 (следует отметить, что "вертикальная", "горизонтальная" и аналогичные термины используются в данном описании для обозначения относительных, а не абсолютных положений и направлений, поскольку инжекционная головка 420 и другие элементы диспенсерной системы способны функционировать при любой ориентации). Кулачковый механизм 440 имеет собственный приводной двигатель 450, который может представлять собой обычный электродвигатель переменного тока, аналогичный приводному двигателю 350 блока подачи картриджей, описанному выше. Двигатель 450, который может также являться двигателем с расщепленными полюсами или двигателем постоянного тока, способен через ременную или зубчатую передачу 470 приводить во вращение эксцентриковый кулачок 460 с угловой скоростью 6-30 об/мин, предпочтительно 25 об/мин. Эксцентриковый кулачок 460 может быть выполнен таким образом, что его нижняя часть имеет радиус 4,1-4,8 см, а его верхняя часть - радиус 3,5-4,1 см.
Эксцентриковый кулачок 460 может взаимодействовать с промежуточной шестерней 480, которая может быть установлена внутри несущей пластины 490 и взаимодействовать с ней. Несущая пластина 490, имеющая возможность перемещения относительно рамы 410 инжекционного блока, может быть изготовлена из нержавеющей стали, стали другого типа, пластиков или иных материалов. Эта пластина 490, которая может быть жестко прикреплена к инжекционной головке 420, может нести направляющие ролики 500, которые обеспечивают возможность ее движения в вертикальном направлении в пределах рамы 410 инжекционного блока. К несущей пластине и к указанной раме 410 прикреплена возвратная пружина 520. Чтобы поворот кулачка не превысил заданный предел, вблизи кулачка может быть установлен предельный выключатель 530.
Таким образом, посредством кулачкового механизма 440 инжекционная головка 420 может перемещаться по вертикали в прямом и обратном направлениях. Более конкретно, приводной двигатель 450 может приводить во вращение эксцентриковый кулачок 460 через передачу 470. По мере возрастания текущего радиуса эксцентрикового кулачка 460 промежуточная шестерня 480 перемещает несущую пластину 490 вниз, так что инжекционная головка 420 приходит в контакт с картриджем 210. Эксцентриковый кулачок 460 может опускать инжекционную головку 420 на 6,4-12,7 мм. После того как инжекционная головка 420 придет в контакт с картриджем 210, эксцентриковый кулачок 460 может продолжать свое вращение (увеличивая давление на картридж 210), пока не дойдет до предельного выключателя 530. Сила, с которой инжекционная головка 420 может воздействовать на картридж 210, может составлять 1330-1570 Н. Благодаря этому уплотнительное кольцо может обеспечить воздухонепроницаемое и водонепроницаемое уплотнение вокруг картриджа 210. Приводной двигатель 450 может удерживать кулачок 460 в фиксированном положении в течение заданного времени. После этого может быть произведено реверсирование кулачкового механизма 440, и инжекционная головка 420 возвращается в исходное положение. Когда сопло 200 инжекционной головки 420 придет в контакт с картриджем 210, горячая вода под высоким давлением может подаваться из теплообменника 150 в инжекционную головку 420. Давление воды, проходящей через картридж 210, может изменяться в зависимости от находящегося в нем материала 550.
На фиг.6-12 представлен вариант картриджа 210, который может быть использован с системой 100 для варки порций напитка или с другими системами для варки напитка. Картридж 210 может использоваться фактически с материалами для варки напитка любого типа, включая вкусовые, ароматизирующие и иные добавки, а также другие вещества. Картридж 210 может иметь, по существу, форму чашки 600. Чашка 600 может быть изготовлена из обычного термопластика, такого как полистирол, полиэтилен, полипропилен и т.д. В качестве альтернативы может быть использована нержавеющая сталь или иные материалы, стойкие к коррозии. Чашка 600 может быть выполнена жесткой, чтобы выдерживать в цикле варки тепло и давление без создания нежелательных привкусов. Однако, как будет ясно из дальнейшего, термин "жесткая" применительно к чашке 600 подразумевает, что, находясь под давлением, она может слегка изгибаться или деформироваться как-либо иначе.
Чашка 600 может иметь боковую стенку 610, по существу, в форме кругового цилиндра и, по существу, плоское основание 620. Могут использоваться и иные формы. Боковая стенка 610 и основание 620 чашки 600 могут быть сформованы как единая деталь. В другом варианте отдельно изготовленная боковая стенка 610 может быть жестко присоединена к отдельно изготовленному основанию 620. Боковая стенка 610 и основание 620, как и чашка 600 в целом, могут иметь любой подходящий диаметр, выбираемый из условия соответствия размерам отверстий 330 под картриджи в поворотном основании 320 блока 310 подачи картриджей и инжекционной головки 420 инжекционного блока 400. Альтернативно, диаметр боковой стенки 610 и основания 620 чашки 600 может выбираться таким, чтобы соответствовать иным системам для варки порций напитка или аналогичным устройствам.
В качестве примера, боковая стенка 610 может иметь внутренний диаметр 39,3 мм при толщине 1,1 мм, причем эта толщина может слегка уменьшаться в направлении сверху вниз. По желанию можно использовать и другие размеры.
В зависимости от количества материала для варки напитка, помещаемого в нее для варки, чашка 600 может иметь различную глубину. Если чашка 600 предназначена для использования при варке 355 мл напитка, ее высота может составлять около 28,7 мм, а используемая высота внутреннего объема около 17,1 мм. Отношение высоты к диаметру у чашки 600, рассчитанной на 355 мл напитка, соответственно составляет 0,73 для полной высоты и 0,435 для используемой высоты. Масса чашки 600 из полипропилена может составлять 6,4 г.
Чашка 600, предназначенная для использования при варке 237 мл напитка, может иметь полную высоту и полезную (используемую) высоту около 22,5 мм и 11,8 мм соответственно при отношении высоты к диаметру 0,57 для полной высоты и 0,3 для полезной высоты. Масса чашки 600 из полипропилена может при этом составлять 5,8 г.
Указанные соотношения между диаметром и глубиной обеспечивают чашке 600 и картриджу 210 в целом достаточные прочность и жесткость при минимальном расходе материала. В случае использования, например, гомополимера полипропилена пластиковый картридж 210 в целом может иметь массу от 5 до 8 г. При таком выполнении чашка 600 и картридж 210 в целом способны выдерживать температуры более 93°С в течение 60 с или более при гидравлическом давлении, превышающем 1 МПа. Хотя при указанных соотношениях чашка 600 может слегка прогибаться или деформироваться, она и картридж 210 в целом должны выдерживать ожидаемое давление воды, проходящей сквозь них. Приведенные размеры и характеристики указаны только в качестве примера. Боковой стенке 610 и основанию 620 чашки 600 можно придать любые или удобные форму и/или размеры. Например, если это представляется желательным, боковая стенка 610 может быть прямой вертикальной, сужающейся или изогнутой.
В основании 620 могут быть сформированы отверстия 640, которые могут проходить по всей толщине основания. Каждое из отверстий 640 может быть, по существу, круглым и иметь диаметр около 1,6 мм; однако они могут иметь, по существу, любую желательную форму и размер. В рассматриваемом варианте имеются 54 отверстия 640 (хотя это количество может быть иным). Приведенные параметры отверстий 640 обеспечивают приемлемое падение давления при использовании чашки 600 с указанными выше размерами.
На основании 620 могут также иметься упрочняющие ребра 650, например внутреннее круглое ребро 660, наружное круглое ребро 670 и радиальные ребра 680. В данном варианте ребра 650 могут иметь толщину 1 мм, хотя возможны и иные значения толщины. Аналогично, можно использовать различные количества ребер 650 и/или ребра любой подходящей формы. Конструкция ребер 650 также придает картриджу 210 в целом дополнительные прочность и стабильность при минимальном расходе материала. Боковая стенка 610 чашки 600 может иметь также верхний фланец 700 с, по существу, плоской верхней частью 710, ширина которой может составлять, например, 3,45 мм, а высота (размер в вертикальном направлении) 3,4 мм. Фланец 700 может быть сконфигурирован в соответствии с размерами отверстия 330 под картриджи инжекционной головки 420, а также с учетом воздействия горячей воды, подаваемой инжекционной головкой 420, при минимально возможном расходе материала. Это требование представляется важным, поскольку картридж 210 в целом в процессе инжекции поддерживается только своим фланцем 700.
На фиг.13 и 14 показан альтернативный вариант фланца 700. В этом варианте фланец 720 может иметь, по существу, плоскую верхнюю часть 710 и часть 730, отходящую от нее наклонно вниз с образованием кармана 740 между этой частью 730 и боковой стенкой 610. Данный карман 740 может иметь криволинейную внутреннюю поверхность. Часть 730 и карман 740 фланца 720 имеют размеры, согласованные с размерами отверстий 330 под картриджи.
Возвращаясь к фиг.6-12, можно видеть, что в боковой стенке 610 чашки 600 могут быть выполнены канавки 760, например в представленном варианте первая канавка 770, вторая канавка 780 и третья канавка 785. Однако может быть выполнено любое желательное количество канавок 760. Например, у чашки 600, рассчитанной на 237 мл напитка, могут иметься только 2 канавки 760. Канавки 760 могут проходить непрерывно по всей окружности внутренней поверхности боковой стенки 610 или иметь разрывы. Канавки 760 могут взаимодействовать с крышкой 790. У крышки 790 может иметься кромка 800, выполненная, по существу, клиновидной по своему периметру для облегчения ее ввода в канавку 760. Применение канавок 760 обеспечивает удерживание крышки 790 в требуемом положении. Кромка 800 может быть непрерывной или иметь разрывы в соответствии с формой канавок 760. Крышка 790 предпочтительно имеет прогиб вовнутрь, т.е. является вогнутой. При изготовлении крышки из пропилена ее масса может составлять около 0,8 г.
В зависимости от количества материала, подлежащего помещению в чашку, крышка 790 может быть вставлена в ту или иную из канавок 760. Выполнение крышки 790 вогнутой позволяет утрамбовать используемый материал 550 при соответствующем давлении и предотвратить любое его смещение. Крышка 790 может обеспечить приложение требуемого усилия трамбования к материалу 550, используемому при варке, и удерживать его под нагрузкой, действуя, по существу, по принципу шайбы Белльвиля (Bellville washer). Применение крышки 790 для трамбования используемого для варки материала 550 позволяет также ускорить процесс заполнения чашки 600 указанным материалом. В крышке 790 также могут быть выполнены отверстия 810 для того, чтобы обеспечить возможность прохода через картридж воды, поступающей из инжекционной головки 420. Для некоторых конструкций инжекционной головки 420 использование крышки 790 может оказаться необязательным.
Чашка 600 может быть устлана одним или несколькими слоями фильтровальной бумаги 850, в качестве которой может применяться стандартная фильтровальная бумага, используемая для сбора материала 550 при обеспечении прохода сквозь нее приготовляемого напитка. При этом, однако, фильтровальная бумага 850 должна иметь достаточные прочность, жесткость и/или пористость, чтобы она не втягивалась в отверстия 640 основания 620 и/или не позволяла мелким частицам используемого материала 550 перекрывать или забивать эти отверстия. Забивание отверстий 640 может привести к дисбалансу падения давления на картридже 210. С учетом жесткости бумаги 850, которая обеспечивает сопротивление деформации, диаметр отверстий 640 основания 620 чашки 600 может быть несколько увеличен для соответствующего увеличения потока через эти отверстия.
2
В качестве примера, фильтровальная бумага 850 может быть изготовлена из комбинации волокон целлюлозы и термопластика. Пригодные сорта фильтровальной бумаги продаются фирмой J.R.Crompton (США) под обозначениями PV-377 и PV-347С. В частности, материал PV-347C может иметь поверхностную плотность около 40 г/м и разрывное давление в мокром состоянии около 62 кПа. Могут быть использованы и иные схожие материалы. Можно также использовать несколько листов с одинаковыми или различными характеристиками.
Картридж 210 может иметь верхний фильтрующий слой 860 и нижний фильтрующий слой 870, который обычно помещается в заданное положение без применения адгезивов. Верхний фильтрующий слой 860 необязательно должен иметь такую же прочность, что и нижний фильтрующий слой 870. Этот верхний слой 860 обеспечивает диспергирование воды и предотвращает забивание инжекционной головки 420 частицами размолотого материала. Сам используемый для варки материал 550 может быть размещен между фильтровальными слоями 860, 870. Данный материал 550 предпочтительно находится в контакте с боковыми стенками 610, т.е. фильтровальная бумага 850 не перекрывает боковую поверхность чашки 600. Такое выполнение позволяет воде проходить сквозь сам используемый материал 550 вместо того, чтобы проходить через чашку 600 по слоям фильтровальной бумаги 850. Используемый для варки материал 550 может быть помещен в пакет из фольги или иного воздухонепроницаемого материала. Пакет 590 из фольги может служить для удерживания используемого материала 550 внутри него свежим и вне контакта с окружающим воздухом. Альтернативно, картридж 210 индивидуально или в группе может целиком храниться в пакете из фольги до момента его применения.
Используемый для варки материал 550 обычно приготавливается в мельнице (мелющем узле) 900, способной принимать исходный (сырьевой) материал, которым в рассматриваемом примере являются кофейные зерна, и размалывать его на частицы кофе. Как показано на фиг.15, мельница 900 предпочтительно является жерновой. Подобная мельница выпускается, например, фирмой Modern Process Equipment, Inc. (США) под обозначением 660FX. Жерновая мельница 900 предпочтительнее мельниц других типов, например ударных, поскольку обеспечивает лучшее (в частности более стабильное) распределение получаемых частиц по размерам. Жерновая мельница 900 дает меньше крупных частиц, экстракция из которых может быть неполной, меньше посторонних запахов и меньше очень мелких частиц кофе, которые могут изменять вкус готового напитка за счет избыточной экстракции и придают ему горечь. Ограничение количества мелких частиц влияет также на уровень противодавления внутри картриджа 210, которое обратно пропорционально размерам частиц, т.е. возрастает по мере уменьшения размеров частиц.
Сравнение жерновой и ударной мельниц иллюстрируется фиг.16. Распределение по размерам частиц полученного на жерновой кофемолке помола для сорта кофе "Rain Forest" (слева на фиг.16) имеет границу около 8,0 мкм, тогда как аналогичное распределение для сорта "Milano" (полученное на ножевой кофемолке) продолжается до 0,1 мкм. Аналогично, жерновая кофемолка дает меньшее количество более крупных частиц.
На фиг.16 показано, что размеры свыше 80% частиц, полученных на жерновой мельнице (кофемолке) 900, распределены в интервале 220-250 мкм, тогда как 99% этих частиц имеют размеры в интервале 8-650 мкм. В более общем случае 75% частиц кофе могут иметь распределение размеров в интервале 200-300 мкм. Хотя воспроизводимое распределение частиц по размерам при максимуме распределения у 250 мкм обеспечивает улучшенное качество напитка, может представляться желательным иметь и некоторое количество мелких частиц, чтобы обеспечить в процессе варки требуемые сопротивление потоку и давление. Отсутствие достаточного количества мелких частиц может привести к слишком быстрому проходу воды. В данном случае от 10% до 20% частиц в распределении могут иметь размеры до 40 мкм.
Чтобы управлять количеством мелких частиц и тем самым управлять противодавлением и сопротивлением, можно оценить размеры 10% частиц от общего количества, имеющих наименьшие размеры (размеры частиц дециля D(0,1)). Граница данного дециля показана на фиг.17. В качестве примера граница D(0,1) примерно у 43 мкм может быть приемлемой, тогда как граница у 25 мкм может быть неприемлемой.
Аналогичный полезный подход заключается в оценке диаметра, усредненного по площади частиц, поскольку отношение этого параметра к диаметру, усредненному по объему частиц, быстро увеличивается с уменьшением размеров частиц. Диаметр, усредненный по площади частиц (D[3,2]), рассчитывается умножением диаметра каждой частицы в рассматриваемом интервале размеров (показанном на фиг.17) на площадь ее поверхности, суммированием полученных значений и делением суммы на общую площадь поверхности всех частиц:
В качестве примера можно указать, что рассчитанное описанным образом значение D[3,2], равное 116 мкм, может быть приемлемым, тогда как значение 78 мкм может быть неприемлемым. Аналогичные расчеты можно выполнить для анализа присутствия крупных частиц. Например, может быть рассчитан средний диаметр частиц по объему (D[4,3]):
Таким образом, жерновая мельница 900 обеспечивает более узкое и более стабильное распределение частиц по размерам. При этом можно отслеживать содержание мелких частиц, чтобы ограничить горечь напитка при поддерживании стабильного давления при прохождении воды через материал. Описанное распределение частиц по размерам позволяет получить кофе с улучшенным и стабильным вкусом.
Мельница 900 может быть снабжена также уплотнителем 910. Уплотнитель 910 может содержать ножи, служащие для придания индивидуальным частицам более однородных размера и формы. В частности, частицы приобретают более однородную сферическую форму и, возможно, становятся более твердыми. Уплотнение частиц приводит к модификации свойств напитка, поскольку изменение их плотности влияет на характеристики течения проходящего сквозь них потока.
В дополнение к формированию более однородных сферических частиц уплотнитель 910, видимо, уменьшает количество мелких частиц, "приклеивая" их к более крупным частицам. Такое "приклеивание" может быть обусловлено присутствием в частицах масел, приданием им дополнительной энергии или другими факторами. Кроме того, содержание твердых веществ в кофе после уплотнения может составлять около 6%. В то же время без уплотнения это содержание может достигать примерно 7,5%, что дает конечный продукт, который может оказаться слишком крепким. Основным результатом уплотнения является получение более узкого, т.е. однородного распределения частиц. Хотя операция уплотнения использовалась для облегчения затаривания кофе в упаковки, она не применялась ранее для изменения характеристик напитка, получаемого из размолотого материала.
При использовании изобретения нижний слой 870 фильтровальной бумаги может быть наложен на основание 620 чашки 600 картриджа 210. Затем на этот слой помещают требуемое количество используемого для варки материала 550. После этого, если это необходимо, на используемый материал 550 может быть наложен верхний слой 860 фильтровальной бумаги. Затем внутрь чашки 600 можно ввести крышку 790, чтобы утрамбовать материал 550 с приложением силы 133 Н (значение прикладываемой силы можно варьировать). После того как крышка 790 обеспечила компактирование используемого материала 550, ее кромка 800 вводится в канавку 760, выполненную в боковой стенке 610 чашки 600. Картридж 210 после этого может быть запечатан в пакет или иным образом подготовлен для использования совместно с системой 100 для варки порций напитка или в иных целях. Более конкретно, картридж 210 может быть помещен в одно из отверстий 330 под картриджи в блоке 310 подачи картриджей. При этом наружный край отверстия 330 под картридж контактирует с фланцем 700 чашки 600, которая в результате поддерживается с помощью данного фланца. Затем в контакт с картриджем 210 может быть приведена инжекционная головка 420, причем ее уплотнительное кольцо обеспечит герметизацию верхней части 710 фланца 700 чашки 600. Использование фланца с закруглением или фланца с неплоской поверхностью может повредить уплотнительное кольцо при используемом уровне давления (охарактеризованном выше). Инжекционная головка 420 может прикладывать к картриджу 210 направленное вниз усилие, составляющее 1330-1570 Н, тогда как воду можно подавать под давлением 1,0-1,4 МПа. Давление воды, текущей через картридж 210, можно варьировать в зависимости от характера используемого для варки материала 550. Горячая вода под давлением может подаваться в картридж 210 от любого подходящего источника.
Вода, проходящая через инжекционную головку 420, может растекаться по поверхности крышки 790 и через имеющиеся в крышке отверстия 810 проникать в материал 550. Характеристики потока воды, пропускаемой через картридж 210, зависят от его геометрии и размеров, от природы и количества используемого материала 550, от давления и температуры воды, а также от времени варки. Изменение любого из этих параметров может привести к изменению свойств получаемого напитка, который выходит через отверстия 640 в основании 620 чашки 600.
Как показано на фиг.12, картриджи 210 могут заполняться частицами различных типов, листьями или материалом 550 иного типа. В случае варки только кофе эспрессо порциями около 35 мл в картридж 210 можно помещать 6-8 г соответствующим образом размолотого кофе. Аналогично, такое же количество молотого кофе может использоваться для варки кофе американо с добавлением примерно 180 мл воды. Чтобы сварить чашку чая объемом около 180 мл, в картридж 210 можно поместить 2-5 г чайных листьев.
Каждый индивидуальный тип кофе или иного материала 550 для варки напитка имеет различный помол. Например, для использования в обычной капельной кофеварке одно кофейное зерно следует размолоть на 500-800 частиц. Для получения помола, требуемого для эспрессо, то же самое кофейное зерно может быть размолото более, чем на 3500 частиц. Соответственно, сами частицы будут иметь различные размеры и массы. Как описано выше, желательно обеспечить однородность размеров частиц. Частицы молотого кофе, не имеющие желательных размеров, будут характеризоваться слишком сильной или слишком слабой экстракцией растворимых твердых веществ. Получению более стабильных размеров частиц способствует применение мельницы 900; повышению однородности размеров частиц способствует также использование уплотнителя 910. Трамбование кофейных частиц облегчает получение однородного потока воды через чашку 600. Кроме того, как было описано выше, размеры частиц влияют на противодавление, которое "воздействует" на получаемый напиток.
Температуру варки обычно выбирают в интервале 85-100°С или несколько выше, а давление - в интервале 1,0-1,4 МПа. Воду внутри резервуара 160 с горячей водой можно нагревать примерно до 102°С с помощью теплообменника 150. Вода теряет часть своего тепла, проходя через инжекционную головку 420 в картридж 210.
В качестве примера, для варки кофе эспрессо "Roma" описанным выше способом можно использовать картридж 210 объемом 237 мл, содержащий 6 г кофейных частиц. Картридж 210 может обеспечить получение 35 мл напитка. Вода может покидать резервуар 160 с горячей водой при 102°С, а время варки будет составлять 8±2 с при давлении 1,1 МПа (уплотнение частиц может ускорить время варки и сократить количество экстрагируемых веществ). Может быть использован и картридж 210 объемом 355 мл, если фиксировать крышку 790 в нижней канавке 760. Варка кофе "Dark" производится, в основном, с теми же параметрами, но с использованием 7,3 г кофейных частиц. Как следствие, время варки составляет около 14 с.
Для варки кофе "Rain Forest" также можно использовать картридж 210 на 237 мл с помещением в него около 6 г кофейных частиц. Эти частицы, однако, должны быть более грубого помола, чем для кофе "Roma", чтобы скорость потока через картридж 210 могла быть выше. Соответственно, время варки составляет примерно 7±2 с. После окончания варки напитка к нему следует добавить еще некоторое количество (около 180 мл) воды. Кофе американо может использовать тот же помол, что и описанное выше кофе эспрессо, причем различные сорта и смеси частиц будут давать различные характеристики и различные вкусы.
Как уже упоминалось, картридж 210 может быть использован также для варки (заваривания) чая. В этом случае можно использовать 2,8 г чайных листьев. В отличие от традиционного способа выдерживания чая в течение нескольких минут, в данном примере 210 мл напитка можно приготовить за 6,2 с. Можно приготовить также чай со льдом с добавлением соответствующего количества холодной воды.
Ниже приведены различные примеры параметров варки.
Кофе I
Кофе II
Кофе III
Кофе IV
Чай
Тип
Roma
Dark
Rain Forest
Breakfast Blend
Chai
Размер частиц
255 мкм
250 мкм
250 мкм
255 мкм
Объем картриджа
237 мл
237 мл
237 мл
237 мл
237 мл
Масса
6 г
7,3 г
6 г
6,75 г
2,8 г
Плотность
0,378 г/мл
0,371 г/мл
0,425 г/мл
0,425 г/мл
0,426 г/мл
Температура воды
102°С
102°С
102°С
102°С
102°С
Давление
1,1 МПа
1,1 МПа
1,1 МПа
1,1 МПа
1,1 МПа
Время варки
8,0 с
14,0 с
7,0 с
8,9 с
6,2 с
Объем напитка
35 мл для эспрессо; 210 мл для американо; каппучино дополнительно содержит 120 мл вспененного молока; латте содержит 180 мл горячего молока
35 мл для эспрессо; 210 мл для американо; каппучино дополнительно содержит 120 мл вспененного молока; латте содержит 180 мл горячего молока
210 мл для американо
210 мл для американо
210 мл
Сочетание параметров, приведенных в описании, позволяет получить картридж 210, обеспечивающий приготовление напитка со стабильным вкусом. Так, вкус напитка остается стабильным при использовании любого количества картриджей 210.