СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАПИТКОВ
BEVERAGE PRODUCTION METHODS AND DEVICES

Изобретение относится к усовершенствованным способам и устройствам для получения напитков на основе кофе, в частности подлежащих приготовлению с помощью кофеварок, в которых используется давление пара.
Известны различные типы кофеварок, в которых используется давление пара, которые применяются прежде всего для использования в быту и в которых пар, образованный внутри кипятильника, создает давление, которое заставляет воду, содержащуюся в кипятильнике, проходить через порцию порошкообразного кофе, в результате чего получается кофейный напиток.
Подобные кофеварки, в которых используется давление пара, далее будут названы «Мокко».
Кофеварки «Мокко» в варианте осуществления, показанном на фиг.Е, содержат две приемные емкости, которые могут быть герметично соединены вместе: первая приемная емкость служит в качестве кипятильника, выполненного таким образом, чтобы он мог содержать воду, подлежащую нагреву, и мог сам нагреваться посредством соответствующего источника энергии, и предусмотрена с предохранительным клапаном, который соответствующим образом откалиброван и расположен, чтобы предотвратить ситуацию, при которой давление внутри кипятильника превысит заданную предельную величину, вторая приемная емкость служит в качестве резервуара, в котором скапливается полученный напиток.
Кроме того, кофеварки «Мокко» содержат воронку для фильтрования, расположенную между кипятильником и резервуаром и выполненную таким образом, чтобы она могла принимать заданное количество порошкообразного кофе, и трубку для перемещения полученного кофейного напитка в резервуар.
Когда желательно приготовить кофе, заданное количество воды наливают в кипятильник, и заданное количество кофе засыпают в воронкообразный контейнер для фильтрования, и воду в кипятильнике нагревают, чтобы довести ее до температуры кипения.
Как известно специалистам в данной области техники, нагрев создает повышенное давление внутри кипятильника, которое заставляет воду, содержащуюся в кипятильнике, проходить через воронку для фильтрования, проходить через порошкообразный кофе, тем самым пропитывая его и вызывая образование кофейного напитка, который проходит через второй фильтр, предусмотренный у основания сборного резервуара, поднимается вверх по трубке, предусмотренной внутри резервуара, и выходит в верхней части трубки, тем самым, скапливаясь в сборном резервуаре.
Для обеспечения нагрева воды в кипятильнике могут быть использованы различные источники теплоты, например, пламя обычной газовой плиты или электрическая плитка.
В другом типе кофеварок, в которых используется давление пара, таких как кофеварка, показанная на фиг.F, резервуар для накопления кофейного напитка отсутствует и трубка выполнена с такой формой, чтобы обеспечить перемещение полученного напитка непосредственно в соответствующие контейнеры, например, в одну или несколько чашек пользователя, которые могут быть размещены у выходной части трубки.
Трубка может быть предусмотрена с верхним закрывающим элементом, выполненным с такой формой, чтобы обеспечить образование на боковой поверхности трубки соответствующих выпускных отверстий для выхода напитка, и расположенным так, чтобы предотвратить ситуацию, при которой напиток, выталкиваемый под действием высокого давления, будет выплескиваться наружу из резервуара.
В дополнительном, показанном на фиг.G типе кофеварок, в которых используется давление пара, предусмотрен кипятильник автоклавного типа, внутрь которого заливают воду, подлежащую нагреву, кипятильник электрически нагревают, и после нагрева в кипятильнике создается пар, который выталкивает воду через порцию кофе, помещенную на фильтродержатель, из которого выходит полученный напиток, который скапливается в соответствующих контейнерах, например, в одной или нескольких чашках пользователей, которые расположены у фильтродержателя.
Фильтродержатель выполнен с такой формой, что он аналогичен фильтродержателям, используемым в кофеварках типа «экспресс», для имитации приготовления кофе «эспрессо».
Для того чтобы кофеварки надлежащим образом имитировали приготовление кофе «эспрессо», они должны подавать кофейный напиток в довольно короткое время, так что температура в кипятильнике имеет значения, которые значительно больше 100°C, и данные значения достигаются за очень короткое время.
Недостаток кофеварок «Мокко», в которых используется давление пара и которые подобны раскрытым выше, состоит в том, что полученный напиток имеет органолептические характеристики, которые хуже органолептических характеристик напитков, полученных посредством заваривания или с помощью кофеварок типа «экспресс», в которых экстрагирование осуществляется не посредством давления пара, а с помощью насоса, который нагнетает горячую воду для ввода ее в контакт с порошкообразным кофе.
Это осуществляется благодаря определенным режимам температуры и давления, которые создаются внутри таких кофеварок во время процесса экстрагирования.
Дополнительное различие между экстрагированием посредством заваривания или перколяции под давлением, достигаемой с помощью кофеварок типа «экспресс», и экстрагированием в кофеварках, в которых используется давление пара, заключается в том, что самую последнюю часть кофейного напитка получают посредством того, что воду в виде пара заставляют проходить через порошкообразный кофе.
Для решения данной проблеме в документе EP 0607765 предложено изготавливать кофеварку, содержащую два отдельных кипятильника, в которые наливают воду: первый кипятильник, подлежащий размещению его в контакте с источником теплоты, и второй кипятильник, расположенный между первым кипятильником и фильтром, содержащим порошкообразный кофе.
Когда вода в первом кипятильнике будет доведена до температуры кипения, она создаст выталкивающее давление, действующее на поршень, расположенный между первым и вторым кипятильниками, который вытесняет воду во втором кипятильнике, которая будет горячей, но температура которой будет меньше температуры кипения, по направлению к порошкообразному кофе. Таким образом, кофейный напиток получают посредством пропитывания порошкообразного кофе при температуре от 75° до 95°C.
Выполнение двух разных кипятильников для воды, одного с водой, подлежащей доведению до температуры кипения, и одного с водой, предназначенной для пропитывания порошкообразного кофе, также известно из документа EP 0148982.
Наличие второго кипятильника для воды делает кофеварки, рассмотренные выше, конструктивно более сложными и прежде всего значительно более громоздкими по сравнению с обычными кофеварками.
Кроме того, подобные кофеварки потребляют больше энергии по сравнению с обычными кофеварками, поскольку большее количество воды должно быть нагрето, и они требуют больше времени для приготовления кофейного напитка.
Кроме того, например, из документов WO 94/07400 или IT 1245706 известно охлаждение воды и/или пара, который вытесняется вверх из кипятильника под действием выталкивающего усилия, обусловленного давлением, созданным внутри кипятильника за счет нагрева воды.
Траектория перемещения воды и/или пара по направлению к порошкообразному кофе изменяется таким образом, чтобы перед прохождением через порошкообразный порошок обеспечить прохождение через элементы теплообменника, в которых вода охлаждается и любой пар, который может присутствовать, конденсируется.
Патент США 6161469 относится к машине типа «экспресс», в которой вода в кипятильнике (1) подвергается перегреву и удерживается при температуре свыше 100°C для получения пара, подлежащего подаче к выливному соплу (10), указанная перегретая вода смешивается с холодной водой на позиции (12) смешивания для получения горячей воды, имеющей температуру ниже 100°C, подаваемой к устройству (13) для варки кофе и к выливному соплу (10). В соответствии с изобретением устройство (13) для варки кофе прикреплено к нижней стороне кипятильника (1) и соединено с позицией (12) смешивания посредством подающей трубы (14), которая, по меньшей мере, частично размещена в кипятильнике (1). В трубе (4) для подачи холодной воды в кипятильник (1) предусмотрен обратный клапан (16), который открывается в направлении потока в кипятильник и расположен по потоку ниже места разветвления трубы (11) для подачи холодной воды к позиции (12) смешивания.
В патенте Франции 2347014 описана кофеварка для приготовления кофейного напитка «эспрессо», в особенности предназначенная для использования в быту, предусмотренная с контейнером для нагрева воды, выполненным с возможностью содержания в нем воды, которой должен быть пропитан порошкообразный кофе, и с резервуаром, предназначенным для содержания в нем холодной воды, в котором предусмотрен змеевик. В змеевик поступает пар, выходящий из нагревательного контейнера, при этом указанный пар после охлаждения его охлаждающей водой, находящейся в резервуаре, поступает в фильтр с кофе, в результате чего получают кофейный напиток.
В документе WO 94/07400 описана кофеварка, работающая под давлением и при низкой температуре, которая содержит нижний корпус (1), предназначенный для приема воды из промежуточного корпуса, предназначенного для рассеивания тепла и состоящего из спирального змеевика, и верхний корпус (5), предназначенный для приема кофе. Вода доводится до кипения посредством источника теплоты, после чего она проходит через змеевик под действием давления, теряя несколько градусов по Цельсию. Горячая, но не кипящая вода проходит затем через секцию, содержащую молотый кофе, в результате чего экстрагируется запах кофе без горечи.
Тем не менее, данные решения имеют многочисленные недостатки: действительно, наличие теплообменного элемента делает данные кофеварки более сложными и громоздкими, чем обычные кофеварки. Кроме того, операции технического обслуживания и очистки являются более «деликатными» и требуют больше времени и большей тщательности, чем необходимо в случае обычных кофеварок.
Кроме того, подобные кофеварки потребляют больше энергии, чем обычные кофеварки, поскольку вся вода в кипятильнике сначала нагревается и затем охлаждается перед вводом ее в контакт с порошкообразным кофе.
Цель изобретения заключается в разработке усовершенствованных способов и устройств для получения кофейных напитков.
Еще одна цель заключается в создании простых и дешевых устройств, которые обеспечивают возможность получения кофейного напитка с хорошими органолептическими характеристиками.
Дополнительная цель состоит в обеспечении упрощенных способов и устройств, которые создают возможность получения кофейного напитка посредством использования воды, которая не находится в парообразном состоянии.
В соответствии с первым аспектом изобретения разработан способ получения кофейного напитка, включающий в себя нагрев экстрагирующей текучей среды с тем, чтобы вызвать прохождение экстрагирующей текучей среды через порцию кофе для получения указанного напитка, отличающийся тем, что предусмотрено отделение фракции указанного напитка, полученной посредством преобладающе жидкой фазы указанной текучей среды, от дополнительной фракции указанного напитка, полученной посредством преобладающей паровой фазы указанной текучей среды.
В соответствии со вторым аспектом изобретения разработано устройство для приготовления кофейного напитка посредством обеспечения прохождения экстрагирующей текучей среды через порцию кофе посредством нагрева указанной текучей среды, отличающееся тем, что оно содержит разделяющее средство, выполненное с возможностью отделения фракции указанного напитка, полученной посредством преобладающе жидкой фазы указанной текучей среды, от дополнительной фракции указанного напитка, полученной посредством преобладающей паровой фазы указанной текучей среды.
В соответствии с третьим аспектом изобретения разработан способ получения кофейного напитка, включающий в себя нагрев экстрагирующей текучей среды, чтобы вызвать прохождение указанной текучей среды через порцию кофе, отличающийся тем, что данное прохождение предотвращается, когда указанная текучая среда содержит значительную паровую фазу.
В соответствии с четвертым аспектом изобретения предложено устройство для приготовления кофейного напитка посредством пропитывания порции кофе экстрагирующей текучей средой, нагнетаемой через указанную порцию за счет нагрева, отличающееся тем, что оно содержит препятствующее средство, выполненное с возможностью воспрепятствования пропитыванию, когда указанная текучая среда содержит значительную паровую фазу.
В одном варианте осуществления указанное препятствующее средство содержит прекращающее средство, выполненное с возможностью блокирования указанного нагрева.
В другом варианте осуществления указанное препятствующее средство содержит средство мониторинга, выполненное с возможностью мониторинга нагрева таким образом, чтобы воспрепятствовать образованию указанной паровой фазы в указанной экстрагирующей текучей среде.
Препятствующее средство может содержать средство регулирования давления, выполненное с возможностью регулирования давления внутри резервуара, содержащего текучую среду, посредством подержания его в пределах заданного диапазона значений; в конкретном варианте осуществления средство регулирования давления обеспечивает возможность поддержания давления в пределах диапазона от приблизительно 0,01 до 5 бар, данные значения представляют собой значения относительного давления, если предположить, что величина атмосферного давления составляет 0 бар.
Вышеуказанное препятствующее средство может дополнительно содержать средство регулирования температуры, предназначенное для регулирования температуры внутри резервуара, содержащего текучую среду, с обеспечением поддержания ее в пределах заданного диапазона значений; в конкретном варианте осуществления средство регулирования температуры обеспечивает возможность поддержания температуры в пределах диапазона от приблизительно 60°C до 120°C. В некоторых вариантах осуществления препятствующее средство взаимодействует со средством в виде датчика (sensor means), например, таким как средство для определения уровня или средство для определения давления или температуры.
Благодаря данным аспектам изобретения существует возможность получения напитка посредством пропитывания заданного количества кофе только водой, то есть предотвращается пропитывание кофе текучей средой, содержащей пар.
Кофе может быть в порошкообразном виде или может быть измельчен каким-либо образом для того, чтобы способствовать экстрагированию, или может быть в виде капсул, доз или картриджей, содержащих желательные, заранее заданные количества порошкообразного кофе.
Таким образом, существует возможность получения напитка, который имеет хорошие органолептические характеристики, и который сопоставим с тем напитком, который получают с помощью кофеварок типа «экспресс».
Препятствующее средство и/или разделяющее средство могут быть присоединены посредством соответствующих модификаций к кофеварке «Мокко» любого известного типа, которая, таким образом, может быть использована для получения высококачественного кофейного напитка.
Изобретение будет лучше понято и реализовано посредством ссылки на приложенные чертежи, которые показывают вариант его осуществления в качестве неограничивающего примера и на которых:
фиг.1 - график, который показывает зависимость скорости потока (г/мин) от времени (с) для кофейного напитка при процедуре экстрагирования, которая предусматривает использование электрической кофеварки «Мокко», рассчитанной на три чашки, в соответствии с уровнем техники;
фиг.2 - график, который показывает зависимость скорости потока (г/мин) от времени (c) для кофейного напитка, полученного при трех разных соотношениях кофе и воды при процедуре согласно процедуре на фиг.1;
фиг.3 - диаграмма, которая показывает значения водородного показателя pH последовательных фракций кофейного напитка, полученных с помощью процедуры согласно фиг.1;
фиг.4 - диаграмма, которая показывает величины сухого остатка (г) для последовательных фракций кофейного напитка, полученных с помощью процедуры согласно фиг.1;
фиг.5 - диаграмма, которая показывает изменение показателя преломления в последовательных фракциях кофейного напитка, полученных с помощью процедуры согласно фиг.1;
фиг.6 - диаграмму, которая показывает концентрации некоторых ароматических веществ в кофейном напитке, полученном посредством использования процедуры согласно фиг.1;
фиг.7 - диаграмма, которая показывает показатель среднего качества консистенции кофейного напитка, полученного с помощью процедуры согласно фиг.1;
фиг.8 - схематическое боковое сечение кофеварки «Мокко» в соответствии с изобретением;
фиг.9 - увеличенный фрагмент фиг.8;
фиг.E, F и G - схематические изображения различных типов известных кофеварок, в которых используется давление пара.
Графики и диаграммы, приведенные на фиг.1-7, были получены посредством использования электрической кофеварки Мокко, рассчитанной на три чашки, которая была соответствующим образом приспособлена для того, чтобы способствовать экспериментальным тестам.
Посредством изменения используемой кофеварки и/или значения одного или нескольких экспериментальных параметров, например, таких как соотношение кофе и воды, геометрические характеристики кофеварки, гранулометрический состав и/или тип используемого порошкообразного кофе, смесь используемых сортов кофе, были получены графики с точечными значениями, которые отличаются от показанных на фиг.1-7, но имеют тот же качественный тренд.
Следовательно, соображения, которые приведены ниже со ссылкой на приложенные фигуры, в целом обоснованы и могут быть распространены на эксперименты, в которых используются значения, отличные от экспериментальных параметров.
Динамика получения кофейного напитка с помощью традиционной кофеварки типа «Мокко» разъясняется с помощью графика на фиг.1, на котором по оси Y показаны величины потока (скорости потока) (г/мин) полученного кофейного напитка, а на оси Х показаны значения времени (с), и на котором I обозначает среднюю скорость потока, рассчитанную исходя из количества напитка, собранного в первые 6 секунд от момента появления первой капли напитка.
В процессе приготовления кофейного напитка можно выделить 4 различные фазы:
фаза пропитывания, обозначенная А на фиг.1, на которой вода, которая нагнетается по направлению к порошкообразному кофе за счет увеличения давления в кипятильнике, пропитывает исходно сухой порошок и вызывает начальное экстрагирование кофейного напитка. Данная фаза характеризуется постепенно уменьшающимися со временем значениями скорости потока получаемого напитка, поскольку вода, пропитывающая порошкообразный кофе, заставляет его разбухать и уплотняться. На данной фазе напиток экстрагируется водой в жидком состоянии;
фаза экстрагирования, обозначенная В на фиг.1, на которой значения скорости потока полученного напитка остаются почти постоянными в течение некоторого времени и на которой напиток получают посредством экстрагирования из порошкообразного кофе с помощью воды в жидком состоянии;
переходная фаза, обозначенная С на фиг.1, на которой значения скорости потока полученного напитка быстро увеличиваются со временем до тех пор, пока они не достигнут максимальной величины, обозначенной М, и затем уменьшаются столь же быстро. На данной фазе состояние воды изменяется от жидкого состояния до состояния пара;
фаза дополнительного экстрагирования, обозначенная D на фиг.1, отличающаяся уменьшением значений скорости потока полученного напитка, при этом на данной фазе экстрагирование кофейного напитка происходит посредством контакта между порошкообразным кофе и смесью воды и пара.
На фазах А и В кофейный напиток получают посредством экстрагирования водой, то есть экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость», в то время как по существу при максимальном значении М скорости потока начинается экстрагирование смесью воды и пара, то есть экстрагирование в системе «твердое тело-жидкость-пар». Данная фаза сопровождается шумом, обусловленным бульканьем, который характерен для кофеварок «Мокко», в которых используется давление пара.
График на фиг.1 был получен посредством засыпания в кофеварку 15 г порошкообразного кофе и заливания 150 мл воды при соотношении кофе и воды 1/10 г/мл.
Посредством изменения параметров соотношения кофе и воды были получены графики зависимости скорости потока от времени с точечными значениями, отличающимися от показанных на фиг.1, но с неизменным качественным трендом, как можно видеть из анализа графика по фиг.2, показывающего зависимость скорости потока полученного напитка от времени при соотношениях кофе и воды, которые составляют соответственно 15/150, 13/150 и 17/150.
Три графика на фиг.2 показывают идентичное качественное развитие, четыре фазы процесса приготовления напитка действительно могут быть идентифицированы, и на каждом графике можно отчетливо идентифицировать точку М, а именно момент максимальной скорости потока полученного напитка, с различными координатами.
Посредством повторения процесса приготовления кофейного напитка с помощью электрической кофеварки «Мокко», рассчитанной на три чашки, соответствующим образом модифицированной для того, чтобы способствовать отбору проб, для каждого цикла приготовления были взяты 10 фракций кофейного напитка одинаковой массы, которые весили 11 г и которые были подвергнуты различному химико-физическому и сенсориальному анализу с тем, чтобы исследовать их качества и свойства.
Анализ особенности полученных фракций показал, что первые четыре фракции являются особенно прозрачными и имеют интенсивный красновато-коричневый цвет, последующие фракции становятся постепенно более мутными и имеют менее интенсивный цвет, и последние две фракции являются мутными и имеют очень интенсивный темно-коричневый цвет, и имеют маслянистые частицы, диспергированные по поверхности.
Фиг.3-5 показывают соответственно значения водородного показателя pH, (количества) сухого остатка и показателя преломления различных фракций напитка.
Анализ диаграммы на фиг.3 показывает, что значение pH немного уменьшается от первой до четвертой фракции и затем увеличивается более определенным образом от пятой до девятой фракции и затем неожиданно уменьшается в десятой фракции.
На фиг.4 показано количество сухого остатка (г) в различных фракциях напитка, полученного из 25 мл каждой фракции. Как можно видеть из диаграммы, количество сухого остатка каждой фракции постоянно уменьшается в последующих фракциях от первой до девятой, достигает минимального значения в девятой фракции и затем растет от девятой до десятой фракции. На фиг.5 показана тенденция изменения показателя преломления во фракциях напитка, полученного в соответствии с протоколом Illycaffè. Показатель преломления имеет величины, составляющие приблизительно 1,34 в первых пяти фракциях, и достигает минимальных значений, составляющих приблизительно 1,334, в восьмой и девятой фракциях.
10 фракций полученного напитка после экстрагирования SBSE (Stir Bar Sorptive Extraction) были дополнительно подвергнуты хроматографическому анализу для определения количества летучих ароматических веществ, содержащихся в них.
На фиг.6 показаны исчисленные в единицах площади количества ароматических веществ, обнаруженных в первой и второй объединенных фракциях и в девятой и десятой объединенных фракциях, и средние количества данных веществ в напитке, не разделенном на фракции.
Данные значения также приведены, если они доступны, в таблице 1 соответственно в столбцах 3, 4, 5; при этом в столбце 1 данной таблицы показаны ароматические вещества.
Таблица 1
Соединение
Среднее значение для напитка
Фракции 1+2
Фракции 9+10
2-метилбутанал
684261
3617450
118003
3-метилбутанал
283392
1294385
37559
2,3-бутандион
28469
435045
19346
2,3-пентандион
74388
4774112
нет данных
диметилсульфид
нет данных
29132
нет данных
2-ацетилфуран
1854707
3099263
66507
2-этил-3,5-диметилпиразин
1027553
621688
134626
2-этил-3,6-диметилпиразин
2847963
2385983
517735
2,3-диэтил-5-метилпиразин
806350
596872
272601
3-изобутил-2-метоксипиразин
147320
85330
67340
4-гидрокси-2,5-диметил-3(2Н)-фуранон
нет данных
нет данных
нет данных
2(5)-этил-4-гидрокси-5(2)-метил-3(2Н)-фуранон
нет данных
нет данных
нет данных
3-гидрокси-4,5-диметил-2(5Н)-фуранон
нет данных
нет данных
нет данных
(Е)-β-дамасценон
193042
58413
135298
гваякол
898993
676585
109555
4-этилгваякол
3475261
1192214
1222443
4-винилгваякол
11843980
4685742
7058276
Фенилэтанол
89277
101096
нет данных
Анализ диаграммы по фиг.6 и/или таблицы 1 показывает, что различные летучие вещества, например, такие как 2-метилбутанал, 3-метилбутанал, 2,3-бутандион, в больших количествах присутствуют в первых двух фракциях, чем в последних двух фракциях напитка; в то время как другие различные ароматические вещества, например, такие как винилгваякол и этилгваякол, бетадамасценон, присутствуют в больших количествах в последних двух фракциях напитка, чем в первых.
Таким образом, следует отметить, что первые две объединенные фракции полученного кофейного напитка имеют ароматические вещества, отличающиеся от тех, которые присутствуют в последних двух объединенных фракциях.
Фракции напитка в завершении были подвергнуты органолептическому анализу, посредством которого была проанализирована оценка в целом, или показатель качества кофе и оценка ценности напитка на основе различных описателей (дескрипторов) качества самого напитка, при этом, например, консистенция как показатель качества напитка в различных фракциях показана в качестве примера на диаграмме на фиг.7.
Первые три фракции напитка получили в основном очень благоприятную оценку, данная оценка уменьшается от четвертой фракции и далее; начиная с шестой фракции и далее были отмечены посторонние ароматы (вкус, не свойственный продукту) или ароматы, которые нетипичны для кофейного напитка, в частности, например, шестая фракция характеризуется вкусом мокрой бумаги, седьмая и восьмая фракции - металлическим вкусом и девятая - неприятным сильно металлическим вкусом, десятая - чрезвычайно неприятным вкусом отбеливателя.
В целом, оценка фракций была очень высокой, когда фракции были получены экстрагированием в системе «твердое тело-жидкость», она постепенно уменьшается до ее исчезновения, когда фракции были получены посредством экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость-пар».
По этой причине необходимо отделить последние фракции напитка от остальных для предотвращения ухудшения органолептических свойств всего полученного напитка, или необходимо поддерживать процесс приготовления кофейного напитка в рамках режима экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость».
Фиг.8 и 9 показывают общую модель кофеварки 1 типа «Мокко», в которой используется давление пара, но последующие соображения, когда это не выражено недвусмысленно, могут относиться к любой другой заданной кофеварке типа «Мокко», в которой используется давление пара, и, кроме того, могут распространяться, если могут быть выполнены необходимые простые размерные модификации, на кофеварки, пригодные для получения других количеств кофейного напитка или другого количества чашек кофе для каждого цикла работы.
В частности, диапазоны (интервалы), указанные ниже для параметров по фиг.9, были определены после лабораторных испытаний как предпочтительные диапазоны изменений вышеуказанных параметров применительно к кофеваркам, в которых готовят от 1 до 12 чашек, но с помощью простых изменений масштаба могут быть получены дополнительные значения параметров, которые могут быть использованы для кофеварок с другой производительностью.
Кроме того, для применения изобретения могут быть использованы кофеварки, подлежащие «подсоединению» к любому источнику энергии, такому как газовые плиты или электрические плитки, или микроволновые печи, или также кофеварки с встроенными электрическими сопротивлениями.
Кофеварка 1 содержит кипятильник 2, в который заливают воду, подлежащую нагреву, который размещен в контакте с источником теплоты и который предусмотрен с предохранительным клапаном 4, выполненным с возможностью предотвращения ситуации, при которой давление внутри кипятильника 2 превышает заданную максимальную величину, и верхнюю часть 3, которая герметично закреплена на кипятильнике 2 во время использования.
Воронкообразный контейнер 5, содержащий удерживающую полость 6, которая ограничена снизу фильтрующей поверхностью 6а и внутрь которой засыпают желательное количество порошкообразного кофе, обозначенного W, и трубку 7, выступающую от удерживающей полости 6, вставлен внутрь кипятильника 2 таким образом, что трубка 7 выступает от удерживающей полости 6 по направлению к днищу кипятильника 2.
Верхняя часть 3 содержит нижнюю фильтрующую поверхность 8, резервуар 9, в котором скапливается получаемый кофейный напиток и который соединен с нижней поверхностью 8 посредством полой трубки 10, ручку 11, предназначенную для облегчения захвата кофеварки 1 пользователем, боковую поверхность 12, предусмотренную с выступающей частью 13 с формой носика, через которую напиток наливают, и съемную крышку.
Полая трубка 10 содержит часть 20, которая имеет по существу форму усеченного конуса и которая расположена на нижней поверхности 8, и часть 21 для транспортирования, присоединенную к части 20 с формой усеченного конуса посредством соединительной зоны 22, имеющей круглое сечение с диаметром, обозначенным D на фиг.9, предпочтительно составляющим от 3 до 15 мм.
Часть 20 с формой усеченного конуса обеспечивает транспортирование кофейного напитка, который «выходит» из нижней поверхности 8 в часть 21 для транспортирования, простирающуюся от соединительной зоны 22 до верхней поверхности 10а полой трубки 10, кофейный напиток проходит в полую трубку 10 и затем выпускается через ее верхнюю поверхность 10а. Часть 21 для транспортирования может иметь цилиндрическую форму или форму, которая немного расширяется вверх в виде воронки.
Полая трубка 10 имеет общую протяженность в продольном направлении, определяемую как расстояние между нижней фильтрующей поверхностью 8 и верхней поверхностью 10а, обозначенное Н на фиг.7 и предпочтительно составляющее от 10 до 150 мм, и выполнена с такой формой, чтобы обеспечить наименьшее возможное сопротивление выходу напитка, полученного посредством экстрагирования паром, с тем, чтобы способствовать, как будет видно ниже, отделению фракции напитка, полученной посредством преобладающей жидкой фазы, от фракции, полученной посредством преобладающей паровой фазы.
В частности, трубка 10 выполнена с верхней поверхностью 10а, из которой «выходит» кофейный напиток, которая получена с полностью свободным выходным сечением, то есть не предусмотрены части, которые частично закрывают верхнюю поверхность 10а и которые, с другой стороны, предусмотрены в устройствах по уровню техники.
Внутрь резервуара 9 вставлена трубка 15 для транспортирования, содержащая конец 16, который вставлен внутрь трубки 10, часть 17, которая простирается частично внутри резервуара 9 и частично снаружи его и которая расположена таким образом, что она наклонена относительно вертикального направления Y под углом α, составляющим от 0° до 90°, и выпускную часть 18, простирающуюся почти вертикально и заканчивающуюся выпускным концом 18а.
Конец 16 трубки 15 для транспортирования может быть вставлен в трубку 10 на расстоянии от фильтрующей поверхности 6а, обозначенном Н1 на фиг.9 и составляющем от 0 до 50 мм.
В частности, когда величина Н1 составляет 0 мм, трубка 15 для транспортирования расположена на той же высоте, что и нижняя поверхность 8, тем самым она заканчивается в части 20 с формой усеченного конуса и принимает полученный кофейный напиток, непосредственно посредством нижней поверхности 8.
Сечение трубки 15 для транспортирования является почти круглым с диаметром, обозначенным D1 на фиг.9, с величиной, которая предпочтительно составляет от 1 до 10 мм; наклонная часть 17 трубки 15 для транспортирования имеет протяженность, обозначенную L на фиг.9, величина которой предпочтительно составляет от 0 до 150 мм.
Для приготовления кофейного напитка соответствующее количество воды заливают внутрь кипятильника 2, соответствующее количество порошкообразного кофе засыпают в воронкообразный контейнер 5, который вставлен внутрь кипятильника 2, верхнюю часть 3 герметично закрепляют на кипятильнике 2, и кофеварку 1 затем подвергают воздействию источника теплоты.
Воду в кипятильнике 2 нагревают, вызывая повышение давления, что приводит к вытеснению части воды из кипятильника 2 с подъемом ее по трубке 7 до тех пор, пока она не войдет в контакт с порошкообразным кофе, пропитывая его и обеспечивая экстрагирование кофейного напитка из него, кофейный напиток проходит через нижнюю фильтрующую поверхность 8, поднимается вверх по части трубки 10 до тех пор, пока он не достигнет конца 16, где он выходит из трубки 10, проходит по трубке 15 для транспортирования и в завершение выпускается через выпускной конец 18а в сборный контейнер, предназначенный для удерживания фракции напитка, далее названной «одобренной», который расположен у выпускного конца 18а.
Под воздействием нагрева и последующего повышения давления и температуры внутри кипятильника 2, через определенный промежуток времени экстрагирование кофейного напитка будет происходить посредством экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость-пар».
Во время данной фазы экстрагирования скорость потока получаемого напитка со временем уменьшается, но давление вытеснения увеличивается, другими словами, получаемый напиток подвергается воздействию давления выталкивания (вытеснения) при его подъеме в трубке 10, которое больше чем соответствующее давление во время фазы экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость», так что получаемый напиток проходит по всей трубке 10, «выходит» из ее верхней поверхности 10а и скапливается в резервуаре 9.
Таким образом, избегают ситуации, при которой фракция напитка, полученная посредством экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость-пар», смешивается с фракцией напитка, полученной посредством экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость», и внутри резервуара 9 получают напиток с худшими органолептическими характеристиками, при этом указанная фракция напитка далее названа «отвергнутой».
Существует возможность посредством изменения угла наклона части 17 трубки 15 для транспортирования изменить отношение между фракцией одобренного напитка и фракцией отвергнутого напитка, скапливающегося внутри резервуара 9.
Лабораторные испытания показали, что угол, составляющий от 0° до 90°, предпочтительно составляющий от 50° до 85°, относительно вертикали является приемлемым углом наклона, при этом было подтверждено, что данное значение угла является приемлемым также для различных моделей кофеварок, на которых были проведены лабораторные испытания.
С помощью кофеварки 1, раскрытой выше, можно простым и экономичным образом получить кофейный напиток с явно выраженными органолептическими характеристиками посредством простого отделения фракции напитка с неприятным вкусом от фракции напитка с приятным вкусом.
Альтернативно, можно избежать экстрагирования кофейного напитка в системе «твердое тело-жидкость-пар» для получения кофейного напитка с явно выраженными органолептическими характеристиками.
В частности, могут быть созданы кофеварки, предусмотренные с датчиками температуры и/или давления и/или с датчиками уровня воды, откалиброванными соответствующим образом и соединенными с акустическими или визуальными элементами таким образом, что при определении некоторых величин указанных параметров выдаются акустические или визуальные сигналы. Таким образом, обеспечивается предупреждение пользователя о том, что приближается начало экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость-пар», и пользователь может решить, продолжать ли данный процесс экстрагирования или остановить его посредством воздействия на источник теплоты, чтобы иметь напиток с явно выраженными органолептическими характеристиками.
Кроме того, в электрических кофеварках, выполненных с внутренним электрическим сопротивлением, чувствительные элементы (датчики) могут быть присоединены к выключателям таким образом, что при определении некоторых определенных значений указанных параметров, которые указывают на начало экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость-пар», кофеварка выключается, и таким образом автоматически избегают получения напитка с неприятным вкусом.
Альтернативно, в электрических кофеварках, предусмотренных с внутренним электрическим сопротивлением, чувствительные элементы (датчики) могут быть соединены с управляющими элементами, предназначенными для регулирования подаваемой мощности, таким образом, чтобы подаваемая электрическая мощность была такова, чтобы предотвратить экстрагирование в системе «твердое тело-жидкость-пар».
В другом варианте осуществления существует дополнительная возможность соответствующим образом откалибровать предохранительный клапан, с помощью которого для кофеварок задают уставку давления с тем, чтобы предотвратить образование пара внутри кипятильника таким образом, что при достижении заданной величины давления в кипятильнике предохранительный клапан открывается для сброса давления внутри кипятильника, что обеспечивает предупреждение пользователя о целесообразности воздействия на источник теплоты.
В таблице 2, приведенной ниже, представлены результаты экспериментальных тестов на различных типах кофеварок типа «Мокко», в которых используется давление пара и которые приведены в столбце 1, и в которые были загружены различные количества кофе и воды, приведенные в столбце 2. В столбце 3 показано количество одобренного напитка (г), в столбцах 4 и 5 соответственно приведены средний показатель преломления и водородный показатель pH одобренного напитка, в столбце 6 приведено количество отвергнутого напитка (г), в столбцах 7 и 8 соответственно приведены средний показатель преломления и водородный показатель pH отвергнутого напитка, в столбце 9 показано остаточное количество воды (г) в кипятильнике.
Результаты, показанные в строках 1-4 и 10-12, были получены с помощью кофеварок такого типа, которые схематически представлены на фиг.E и F и модифицированы подобно кофеварке по фиг.8, то есть с помощью кофеварок, предусмотренных с разделителем напитка; результаты, приведенные в строках 5-9, были получены с помощью кофеварок такого типа, которые схематически показаны на фиг. E и G, в которых предусмотрено осуществляемое различными способами прекращение экстрагирования кофейного напитка, в частности: результаты, приведенные в строках 5, 6, были получены с помощью кофеварок, предусмотренных с датчиками уровня, результаты, приведенные в строке 7, были получены при ручном вмешательстве в начале фазы экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость-пар», результаты, приведенные в строках 8, 9, были получены посредством прекращении нагрева при соответствующем достижении относительного давления в кипятильнике 2, составляющего 0,7 и 0,5 бар.
Результаты, показанные в строках 1-9, были получены при значении соотношения кофе и воды, составляющем 0,1, в то время как результаты в строках 10-12 были получены при значении соотношения кофе и воды, составляющем приблизительно 0,113.
Таблица 2
Тип кофеварки «Мокко»
Кофе/вода
Одобренный напиток
Отвергнутый напиток
Остаточная вода
Масса (г)
Показатель преломления (30°С)
Водородный показатель pH
Масса (г)
Показатель преломления (30°C)
Водородный показатель pH
ТИП 1
12/120
88,45
1,33981
5,423
3,22
1,33410
нет данных
9,10
ТИП 2
15/150
97,93
1,34000
5,483
28,25
1,33539
6,104
3,27
ТИП 3
15/150
90,35
1,34096
5,426
32,48
1,33491
6,006
2,88
ТИП 4
15/150
65,93
1,34384
5,436
55,07
1,33421
6,171
5,43
ТИП 5
15/150
79,40
1,34257
5,314
нет данных
нет данных
нет данных
46,70
ТИП 6
15/150
66,33
1,34012
5,275
нет данных
нет данных
нет данных
59,30
ТИП 7
10/100
41,00
1,34465
нет данных
33,00
1,33448
нет данных
нет данных
ТИП 8
15/150
98,47
1,34100
5,359
нет данных
нет данных
нет данных
нет данных
ТИП 9
15/150
95,00
1,34101
5,380
нет данных
нет данных
нет данных
нет данных
ТИП 2
17/150
86,45
1,34144
5,376
35,88
1,33488
6,07
4,05
ТИП 3
17/150
89,3
1,34194
5,349
36,5
1,33492
5,909
1,00
ТИП 4
17/150
71,4
1,34506
5,391
18,6
1,33544
5,902
18,0