СИСТЕМА ДЛЯ РАЗЛИВА КРЕПКОГО И РАЗБАВЛЕННОГО КОФЕЙНЫХ НАПИТКОВ
SYSTEM FOR POURING OF STRONG AND DILUTED COFFEE-DRINKS

Настоящее изобретение относится к системе для разлива кофейных напитков, получаемых при соответствующей обработке контейнеров, предназначенных для экстрагирования под давлением и содержащих вещество, используемое для приготовления пищевого продукта, к примеру, такого как напиток. Кроме того, настоящее изобретение относится также и к контейнеру, выполненному таким образом, чтобы обеспечивать получение чашки крепкого кофе в системе, подающей жидкость под давлением, и которая рассчитана на экстрагирование чашек разбавленного кофе.
Чашки кофе могут выдаваться фильтровальными кофейными автоматами. Однако при этом существует только лишь весьма незначительное различие между характеристиками, получаемыми для чашек крепкого и разбавленного кофе. Оба таких кофе обычно страдают отсутствием пены и их качество не постоянно.
Существуют системы для разлива кофе, которые обеспечивают получение чашек разбавленного кофе посредством экстрагирования кофе из фильтровальных коробочек в закрытой камере. Создаваемое при этом давление обычно имеет совсем низкое значение, порядка 2 баров или ниже. Однако, если кому-то захочется получить чашку крепкого кофе при помощи подобных систем, то кофейный напиток все равно получается слишком водянистым, недостаточно крепким, со слабым ароматом и плохой пеной.
В настоящее время на рынке имеются контейнеры, предназначенные для экстрагирования под более высоким давлением и содержащие вещество для приготовления напитка. Они удобны для пользования, обеспечивают воспроизводимые условия экстрагирования и позволяют сохранять свежесть вещества, содержащегося в них. Это позволяет создать необходимые условия для получения свежеприготовленных экстрагированных напитков постоянного качества.
В описании изобретения к Европейскому патенту № ЕР 0512468 В1 раскрывается именно такой контейнер. В данном случае этот контейнер предназначается для того, чтобы его вставляли в соответствующее экстрагирующее устройство, внутри которого в контейнер может впрыскиваться жидкость, и его можно там открыть, прижав к соответствующей опорной детали указанного устройства, содержащей выпуклые элементы, которые под воздействием давления жидкости входят внутрь контейнера.
В описании изобретения к Европейскому патенту № ЕР 0512470 В1 раскрывается способ экстрагирования содержимого контейнера под воздействием давления жидкости, которая проходит сквозь слой кофе, находящийся внутри контейнера; при этом контейнер содержит мембрану, которая обеспечивает сохранение давления, и которая сразу же прорывается, как только соприкоснется с выпуклыми элементами зацепляющих средств применяемого аппарата, что позволяет жидкому экстракту стечь в чашку.
В описании изобретения к патенту № WO 03/059778 рассматривается многонапиточный контейнер, снабженный соответствующими средствами для его вскрывания. Принцип, применяемый для вскрывания контейнера, основывается на применении для запечатывания данного контейнера такой мембраны, которая прорывается при соприкосновении ее с выпуклыми элементами, которое происходит под воздействием давления, создаваемого в контейнере. Преимущество такого контейнера состоит в том, что поток направляется непосредственно в чашку, и экстрагированная жидкость не приходит в соприкосновение с какой-либо деталью устройства.

Например, успешно действующая, реально существующая система, продаваемая под товарным знаком "Nespresso", высоко ценится за то, что позволяет получать в чашках высококачественный крепкий кофе-экспрессо и кофе-ристретто. Чашка крепкого кофе согласно определению содержит менее 50 г жидкого экстракта кофе на порцию, а более конкретно - примерно 40 г для кофе-экспрессо и примерно 25 г для кофе-ристретто. Благодаря тому, что экстрагирование производится в условиях высокого давления, поддерживаемого в контейнере, которое составляет порядка 10-16 бар, для получаемого при этом жидкого экстракта могут быть обеспечены точно такие показатели, определяющие его качество, которые желательны с точки зрения выхода кофе, а также содержания твердых частиц в кофе и «пенообразования», а скорость приготовления обеспечивает возможность подачи его в течение времени, считающегося приемлемым для потребителя (т.е., в течение 15-30 сек). Однако, отдельные потребители предпочитают иметь также возможность на выбор приготовить чашку разбавленного кофе, используя существующие контейнеры. Чашка разбавленного кофе согласно определению содержит примерно 110 (±10) г жидкого экстракта кофе на порцию. Для того чтобы получить чашку разбавленного кофе, нужно пропустить через контейнер большее количество воды. Поэтому, в типичных случаях, приготовление кофейного напитка занимает слишком много времени, т.е. более 1 минуты, а получаемый в результате напиток может приобрести слишком горький или неприятный вкус, а также может получиться слегка чересчур разбавленным или водянистым. Время приготовления, которое превышает одну минуту, также неприемлемо и с коммерческой точки зрения, так как причиняет неудобства потребителю, если ему понадобится приготовить несколько чашек подряд.
Следовательно, существует необходимость в создании новой системы, которая позволила бы преодолеть проблемы, связанные с экстрагированием как крепкого, так и разбавленного кофе в чашках, применяя с этой целью одно и то же устройство для экстрагирования кофе. Настоящее изобретение позволяет удовлетворить эту потребность.
Соответственно, настоящее изобретение относится к системе приготовления напитков, которая обеспечивает возможность избирательного разлива - с применением одного и того же устройства для экстрагирования кофе - как экстрактов крепкого кофе, так и экстрактов разбавленного кофе. Эта система предусматривает применение контейнеров, содержащих молотый кофе, и включает в свой состав приемное устройство, обеспечивающее возможность приема каждый раз по одному контейнеру и снабженное соответствующими насосными средствами, осуществляющими впрыск воды под давлением внутрь контейнера, а также средства для вскрывания контейнера, причем указанные средства содержат удерживающие средства, предназначенные для удерживания жидкости, находящейся под давлением, внутри контейнера, и зацепляющие средства, которые вводятся в зацепление с указанными удерживающими средствами для того, чтобы вскрыть контейнер и обеспечить возможность подачи экстракта кофе, при этом система предусматривает применение, по меньшей мере, первого контейнера, обеспечивающего возможность приготовления жидкого экстракта крепкого кофе.
Усовершенствование указанной системы согласно настоящему изобретению состоит в том, что система предусматривает применение, по меньшей мере, второго контейнера, который имеет, по существу, такие же внешнюю конфигурацию и форму, как и первый контейнер, и который обеспечивает возможность приготовления жидкого экстракта разбавленного кофе в том же самом приемном устройстве, что и первый контейнер, но при условии пропускания через него большего количества воды, при этом второй контейнер, обеспечивающий возможность приготовления жидкого экстракта разбавленного кофе, выполнен таким образом, чтобы поток воды проходил сквозь него в процессе экстрагирования с более высокой скоростью, чем сквозь первый контейнер.
Таким образом, один отличительный признак настоящего изобретения, имеющий важное значение, заключается в том, что жидкий экстракт разбавленного кофе получают, применяя контейнер, который обеспечивает возможность прохождения сквозь него потока воды с более высокой скоростью по сравнению со скоростью потока, пропускаемого сквозь контейнер, предназначенный для приготовления жидкого экстракта крепкого кофе.
Получаемые при этом основные преимущества состоят в том, что:
(а) В значительной степени уменьшается время экстрагирования, которое необходимо для приготовления экстракта разбавленного кофе, что способствует большей привлекательности предложенной системы для всех любителей кофе.
(б) Кофе при экстрагировании не передерживается, поскольку продолжительность контакта молотого кофе с водой в данном случае сокращается, что позволяет добиться желательных ключевых показателей, определяющих качество жидкого экстракта разбавленного кофе, которые в значительной мере отличаются от соответствующих характеристик жидкого экстракта крепкого кофе.
(в) Экстрагирующее устройство может оставаться тем же самым при экстрагировании жидких экстрактов как крепкого, так и разбавленного кофе, причем внешняя конфигурация и форма такого контейнера также может оставаться той же самой, в результате чего система упрощается и становится более удобной в пользовании.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, второй контейнер, предназначенный для приготовления жидкого экстракта разбавленного кофе, заправляется такой дозой, количество молотого кофе в которой больше, чем его количество в той дозе, которая заправляется в первый контейнер. К удивлению, было установлен тот факт, что при закладывании большего количества молотого кофе в контейнер, имеющий ту же самую конфигурацию, т.е. при отказе от изготовления большего контейнера из расчета на загрузку внутрь него дополнительного количества молотого кофе, обеспечивается повышенная скорость потока воды, протекающей сквозь кофе. Не углубляясь при этом в теорию, выдвинем предположение, что повышенная скорость потока могла быть вызвана тем, что в данном случае предотвращается закупоривание тонкоизмельченным продуктом или более мелкими частицами, присутствующими в слое кофе, тех небольших отверстий, которые образуются в мембране вследствие ее надрыва или протыкания. Разумеется, при поступлении горячей воды внутрь контейнера происходит набухание частиц кофе. В том случае, когда в контейнере содержится большее количество кофе, при набухании кофе возникают повышенные усилия, прижимающие его к стенкам контейнера. Эти усилия спрессовывают слой кофе, и благодаря такому его спрессовыванию исключается возможность свободного перемещения очень тонкоизмельченных частичек кофе и скапливания их вблизи от отверстий, из которых вытекает вода, из-за чего может произойти повышение внутреннего давления и образоваться затор на пути потока воды. Поскольку тонкоизмельченный продукт остается на своем месте, поток может перемещаться с повышенной скоростью.
Кроме того, относительно большее количество кофе может также оказывать существенное влияние на получаемое, в конечном итоге, желаемое качество разбавленного экстракта с тем, чтобы экстракт кофе приобрел надлежащие показатели и характеристики качества, например, чтобы он не был слишком водянистым и образовывал достаточно много пены. Таким образом, предпочтительно, чтобы второй контейнер, предназначенный для приготовления жидкого экстракта разбавленного кофе, содержал, по меньшей мере, на 10% по весу, а предпочтительнее - даже, по меньшей мере, на 20% по весу больше молотого кофе, чем первый контейнер, предназначенный для приготовления жидкого экстракта крепкого кофе. В оптимальном варианте, второй контейнер имеет от 20 до 30% по весу больше молотого кофе, чем первый вариант. Во втором контейнере может находиться до 40% по весу больше молотого кофе, чем в первом контейнере.
Предпочтительно, дозированное количество кофе, находящееся во втором контейнере, предназначенном для приготовления жидкого экстракта разбавленного кофе, определяют таким образом, чтобы продолжительность экстрагирования не превышала 60 секунд, а предпочтительнее - не превышала 45 секунд. Таким образом, интенсивность пропускания потока сквозь второй контейнер предпочтительно находится в пределах от 160 до 300 г/мин, а интенсивность пропускания потока сквозь первый контейнер находится в пределах от 50 до 150 г/мин.
Показатели качества для второго контейнера, специально предназначенного для приготовления экстракта разбавленного кофе, предпочтительно определяют таким образом, чтобы выход при экстрагировании находился в пределах от 15 до 30%, а предпочтительнее - в пределах от 17 до 25%, и общее содержание твердых частиц предпочтительно находилось в пределах от 1,0 до 1,9% по весу, а предпочтительнее - в пределах от 1,1 до 1,7% по весу. При этом во втором контейнере, предназначенном для приготовления разбавленного кофе, предпочтительно содержится от 6 до 8 г молотого кофе, а в первом контейнере, предназначенном для приготовления крепкого кофе, предпочтительно содержится от 5 до 6 г молотого кофе.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, удерживающие средства выполнены с обеспечением возможности разрыва или прорезания их при прижимании к зацепляющим средствам под воздействием внутреннего давления. Удерживающие средства могут представлять собой мембрану, а зацепляющие средства - поверхность, содержащую соответствующие выступающие элементы.
Кроме того, все известные контейнеры такого типа, предназначенные для приготовления экстрактов крепкого кофе, выполнены таким образом, что их мембраны обладают повышенным сопротивлением прокалыванию, что приводит к слишком низким скоростям прохождения сквозь них потока. В результате таких низких скоростей прохождения потока, во-первых, показатели качества приготовленного кофе не совсем соответствуют принятым нормам, например, из-за передерживания при экстрагировании кофе приобретает чересчур неприятный вкус, и, во-вторых, время его приготовления становится слишком продолжительным, что не понравится потребителю, который желает выпить кофе, не ожидая при этом слишком долго его появления из кофейного автомата.
Таким образом, настоящее изобретение относится также к контейнеру для кофе, предназначающемуся для экстрагирования его в системе, соответствующей приведенному здесь выше ее описанию, с целью получения жидкого экстракта разбавленного кофе, при этом указанный контейнер для кофе содержит:
закрытую часть контейнера, в которой находится доза молотого кофе;
удерживающую мембрану, выполненную таким образом, чтобы она вскрывалась при прижимании ее к зацепляющим средствам системы, как только внутри закрытой части контейнера под воздействием воды, поступающей в контейнер, будет создано достаточно высокое давление,
отличающемуся тем, что:
контейнер выполнен таким образом, чтобы обеспечивать интенсивность пропускания сквозь него потока в пределах от 160 до 300 г/мин; а также тем, что
доза находящегося в нем молотого кофе составляет, по меньшей мере, 6,0 г.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, контейнер с кофе снабжается удерживающей мембраной, имеющей сопротивление прокалыванию в пределах от 0,6 до 1.1 мДж.
Краткое описание чертежей:
Фигура 1 - схематическое изображение предлагаемой системы, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, которая обеспечивает возможность удобного приготовления разбавленного и крепкого кофейных напитков с использованием при этом одного и того же устройства D для экстрагирования кофе из соответствующих контейнеров, которые берутся, по меньшей мере, из двух разных их комплектов.
Фигура 2 - схематическое изображение предлагаемой системы; экстрагирующее устройство закрыто, и внутри него ведется экстрагирование кофе из контейнера.
Фигура 3 - сравнительный график, на котором в функции времени показаны кривые изменения давления внутри контейнеров, предназначенных для приготовления соответственно экстрактов разбавленного кофе и крепкого кофе.
Фигуры 4-6 представляют собой иллюстрации, на которых показан держатель для пробного образца, предназначенный для проведения замеров сопротивления мембран контейнеров прокалыванию при проведении испытаний на сопротивление прокалыванию -
Фигура 7 - проникающий щуп, применяющийся при проведении испытаний на сопротивление прокалыванию.
Фигура 8 - схематическое изображение другого варианта предлагаемой системы, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 9 - этот же вариант предлагаемой системы, показанный в таком положении этой системы, в котором производится экстрагирование кофе из контейнера.
Фигура 10 - график изменения интенсивности пропускания потока сквозь контейнер в функции от насыпного объема утряски в системе, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, как показано на фигурах 1 и 2.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В настоящем описании изобретения применяются термины, определение которых приводится в нижеследующей вводной части описания.
Термин «выход при экстрагировании» относится к такой характеристике экстракта, которая определяется как общий вес всех твердых частиц, содержащихся в жидком экстракте, поделенный на общий вес исходных ингредиентов кофе, находящегося в контейнере (например, жареного и молотого кофе). Этот показатель в типичных случаях выражается как процентное отношение.
Термин «содержание твердых частиц» определяется как вес экстрагированных твердых частиц, содержащихся в экстракте, поделенный на общий вес экстракта. Этот показатель в типичных случаях также выражается как процентное отношение.
Термин «продолжительность экстрагирования» определяется как промежуток времени, которое проходит с того самого момента, как жидкость начинает поступать в кофейную чашку, и по момент, когда в чашке будет уже находиться весь экстракт, имеющий нужный вес, крепость и характерные свойства.
Термин «экстракт крепкого кофе» определяется как жидкий экстракт, полученный из контейнера и имеющий вес в пределах от 25 до 40 г.
Термин «экстракт разбавленного кофе» определяется как жидкий экстракт, полученный из контейнера и имеющий вес в пределах от 100 до 120 г.
Термин «внутреннее давление» определяется как уровень давления, выдерживаемого внутри контейнера во время экстрагирования и возникающего в результате пропускания жидкости через контейнер и сливания получаемого жидкого экстракта в кофейную чашку. Этот показатель в типичных случаях выражается в барах.
Термин «давление вскрывания» определяется как максимальное давление, выдерживаемое внутри контейнера и возникающее в результате поступления жидкости в контейнер, прежде чем контейнер будет вскрыт посредством протыкания при прижимании его к соответствующим вскрывающим средствам. Этот показатель в типичных случаях выражается в барах.
Термин «сопротивление прокалыванию» определяется как количество энергии, требующейся для того, чтобы проколоть мембрану с использованием в этих целях испытательного аппарата VTS Synergie 400, предназначенного для определения предела прочности при растяжении и поставляемого фирмой Fuch Industrievertretungen (Швейцария), о чем более подробно рассказывается в приведенных здесь ниже примерах. Этот показатель выражается в миллиджоулях.
Термин «гранулометрия» молотого кофе определяется как диаметр частичек кофе, получаемых в результате размалывания, как поясняется в приведенных примерах.
Термин «насыпной объем утряски» определяется как масса на единицу объема сухого кофе, насыпанного в контейнер. Молотый кофе подвергается утряске в колотильной машинке, которая известна в области техники, связанной с производством кофе, и применяется при осуществлении технологической операции, называемой «нормализацией» или «уплотнением» и проводимой после операции размалывания. Таким образом, обеспечивается возможность соответствующим образом регулировать плотность молотого кофе. Процедура определения насыпного объема утряски поясняется в приведенных примерах. Этот показатель в типичных случаях выражается в граммах на литр.
Термин «ценообразование» определяется как наличие шапки пены, которая образуется на поверхности кофейного экстракта и представляет собой своеобразную структуру, состоящую из мельчайших пузырьков. Замер такого показателя, как ценообразование, может быть проведен при помощи эмпирической пробы на сахар, которая заключается в том, что поверх чашки свежеприготовленного кофе формируют четко выраженный слой кристаллического сахара (т.е. сахара, имеющего плотность 4,3 и размер частиц 660 микрон), после чего определяют фактическое время, истекающее с момента наложения этого слоя и по момент погружения основной части сахара. Таким образом, «показатель пробы на сахар» - это промежуток времени, выраженный в секундах.
Термин «разновидность» относится к разным видам кофе в зависимости от страны и (или) от конкретного региона (например, сортовой кофе) его происхождения (где он был выращен), к примеру, такой как аравийский, колумбийский, эфиопский, бразильский, коста-риканский, кенийский и т.д.
Настоящее изобретение относится к системе, в которой предусматривается применение закрытого контейнера для приготовления либо крепкого, либо разбавленного напитка с получением при этом соответствующих преимуществ, как указано в приведенном здесь выше описании. Разумеется, важным достоинством является обеспечение возможности предложить, по существу, при том же самом формате контейнера такие напитки, которые имеют четко выраженные характеристики, к примеру, такие как разные их объемы, получая при этом соответствующие значения ключевых показателей качества для каждого такого напитка, т.е. определенную величину выхода продукта при экстрагировании, содержание твердых частиц в определенных пределах, хорошее качество пенообразования, причем без каких-либо неблагоприятных последствий, которые могли бы привести к увеличению времени приготовления.
Несмотря на то, что для кофе-экспрессо ключевые показатели качества, в общем, хорошо известны, пока еще очень мало исследований было проведено с целью получения точного определения показателей для чашки разбавленного кофе, которое соответствовало бы предпочтениям, оказываемым со стороны потребителей. Для чашки разбавленного кофе ключевые показатели качества могут быть определены различными способами, к примеру, такими как испытания с участием потребителей и наблюдение за подконтрольными группами. Ключевые показатели качества, по существу, заключают в себя выход продукта при экстрагировании, все твердые частицы и пенообразование. Было установлено, что выход при экстрагировании должен предпочтительно поддерживаться в определенных пределах. Если выход продукта при экстрагировании слишком высок, кофе обычно считается горьким и неприятным на вкус, потому что при слишком большой продолжительности экстрагирования могут начать экстрагироваться нежелательные вещества. Следовательно, важно сократить время приготовления экстракта разбавленного кофе не только по причине сокращения времени ожидания, но также и потому, что при меньшей продолжительности процесса приготовления удается избежать возникновения проблем, связанных с передерживанием кофе во время его экстрагирования. И наоборот, если будет слишком низок выход при экстрагировании, кофе приобретает водянистый вкус и также не будет считаться приемлемым для среднего потребителя. Таким образом, было установлено, что соответствующие пределы по выходу при экстрагировании составляют обычно от 15 до 30%, предпочтительнее этот показатель должен находиться в пределах от 17 до 25%, и наиболее предпочтительно - в пределах от 17 до 22%. Аналогично, количество всех твердых частиц в чашке должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить достаточную консистенцию и текстуру напитка - в противном случае кофе получится водянистым на вкус и не будет поэтому приемлемым с точки зрения потребителя. Следовательно, хотя это может также быть делом вкуса, установлено, что наилучшая концентрация всех твердых частиц в разбавленном напитке находится в пределах от 1,0 до 1,9% по весу, еще более предпочтительно - в пределах от 1,1 до 1,7% по весу, а наиболее предпочтительно - в пределах от 1,1 до 1,5% по весу.
И, наконец, пенообразование также считается для чашки разбавленного кофе ключевым элементом качества, и поэтому в чашке должен также иметься достаточно толстый и устойчивый слой образующейся в ней пены. Пенообразованием должна быть охвачена целиком вся поверхность напитка, находящегося в чашке, и никакие разрывы в этом слое не допускаются. Это условие достаточно трудновыполнимо, поскольку поверхность экстракта разбавленного кофе значительно больше по сравнению с поверхностью экстракта крепкого кофе (из-за разности размеров кружки для кофе и чашки для кофе-экспрессо). Образующаяся пена должна быть также пастообразной и густой по своей текстуре, в отличие от напоминающей по своему виду мыльную пену, или пузырчатой структуры. Цвет ее должен быть от коричневатого до красноватого, но ни в коем случае не белым. По этой причине показатель пробы на сахар должен быть свыше 7 секунд, а предпочтительно - свыше 10 секунд.
Например, воспользовавшись первым комплектом контейнеров, можно приготовить крепкий кофе-экспрессо, обеспечив при этом образование пены, а воспользовавшись вторым комплектом контейнеров, можно приготовить разбавленный кофе, обеспечив при этом получение вышеупомянутых ключевых показателей качества, в том числе и такого, как высококачественное пенообразование, что позволит оправдать ожидания различных категорий потребителей.
В целом, контейнеры каждого комплекта могут предлагаться на рынке в таком исполнении, чтобы потребитель имел возможность легко отличить контейнеры одного комплекта от контейнеров другого комплекта благодаря применению соответствующих различных внешних признаков, используемых для условного обозначения контейнеров того или иного комплекта, к примеру, таких признаков, как окраска в разные цвета, применение соответствующих названий, разных маркировок или иных видов условных обозначений. Предпочтительно было бы также, чтобы контейнеры первого комплекта и контейнеры второго комплекта упаковывались в отдельные манжеты или же в тонкие пластмассовые пакеты, либо в пригодную для этой цели и удобную в пользовании упаковку каких-нибудь иных видов, известных в данной области техники.
В контексте данного описания настоящего изобретения, комплект контейнеров означает соответствующий набор, включающий в себя, по меньшей мере, один контейнер, а предпочтительно - два контейнера или более. Хотя какого-то теоретически максимального предельного числа контейнеров в таком наборе не существует, тем не менее, верхний предел этого числа будет, в общем, находиться в диапазоне от 10 до 20 или 25, либо более штук. В тех случаях, когда это нужно, предусматривается возможность беспрепятственного применения, в качестве упаковки, больших картонных коробок, вмещающих от 100 до 200 таких контейнеров и даже более. Первые и вторые контейнеры обычно упаковываются отдельно одни от других, но они могут также упаковываться и вместе в одну тару при том условии, что потребитель сможет потом отличить друг от друга разные контейнеры благодаря соответствующей их цветной маркировке, либо каким-нибудь другим обозначениям, позволяющим идентифицировать контейнеры.
На фигурах 1 и 2 схематически показана приведенная здесь для примера система, выполненная в соответствии с настоящим изобретением. Устройство D, согласно настоящему изобретению, содержит экстрагирующий модуль 10, предназначенный для экстрагирования кофе каждый раз из одного-единственного контейнера. Экстрагирующий модуль содержит приемные средства, выполненные в виде опорного основания или коллектора 11 и инжектирующую деталь 12. Опорное основание и инжектирующая деталь определяют собой внутренний объем при смыкании этих двух деталей друг с другом после введения контейнера между ними. В опорном основании расположены зацепляющие средства 13, установленные таким образом, чтобы входить в зацепление с удерживающей деталью для контейнера, когда происходит повышение давления жидкости, находящейся внутри контейнера. Зацепляющие средства 13 могут быть выполнены в виде протыкающих или же соответствующих рельефных средств, к примеру, таких как последовательно размещенные выступающие элементы, пирамиды, сеть из продолговатых ребер, либо иглы, которые располагаются на поверхности пластины. Получаемый экстракт кофе первоначально фильтруется, проходя сквозь очень узкий промежуток, образующийся между выступающими элементами и отверстиями, протыкаемыми в мембране. В пластине выполнены расположенные рядами отверстия, по которьм стекает образующийся экстракт, и которые, в конечном счете, задерживают всякие твердые частицы кофе. Такие сквозные отверстия могут быть выполнены в самой пластине либо в пазах, образованных между выступающими элементами, либо - в альтернативном варианте - они могут быть выполнены непосредственно в самих выступающих элементах.
Кроме того, это устройство дополнительно содержит также, по меньшей мере, один трубопровод 72 для подачи жидкости, по которому в контейнер через инжектор 70 может подаваться жидкость. Инжектор может содержать одну или несколько игл или лопастей, которые образуют между собой один или несколько проходов для воды, поступающей в контейнер. Жидкость подается по трубопроводу под давлением, создаваемым при помощи насоса 73. В качестве такого насоса может использоваться электромагнитный поршневой насос, либо какой-нибудь иной пригодный для использования с этой целью механизм для перекачивания воды, к примеру, такой как диафрагменный насос или водонапорные системы, обеспечивающие подачу воды под давлением. Может предусматриваться наличие резервуара 74 для жидкости, устанавливаемого в системе перед насосом 73 и предназначенного для того, чтобы обеспечить возможность подачи жидкости в количестве для экстрагирования по очереди более чем одного контейнера. Предпочтительно, такой резервуар содержит свыше 750 мл воды с тем, чтобы исключить возможность возникновения каких-либо неудобств, связанных с необходимостью повторно подзаправлять водой этот резервуар после осуществления всего лишь нескольких циклов экстрагирования. В этом трубопроводе может устанавливаться соответствующая нагревательная система 75, располагающаяся где-либо в пределах участка между указанным резервуаром и экстрагирующим модулем 10, чтобы обеспечивать подогрев жидкости до требуемой температуры. Этот нагреватель выполнен таким образом, чтобы осуществлять подогрев воды до температуры экстрагирования, находящейся в пределах от 70 до 100°С. Эта система может быть выполнена в виде термоблока или же соответствующего нагревательного устройства мгновенного действия, к примеру, такого как керамические патроны. В качестве указанного резервуара может использоваться также такое устройство, как котел, в котором может храниться жидкость, находящаяся в теплом или горячем состоянии. Кроме того, обычно бывает целесообразным применение также соответствующего пульта управления, имеющего выключатели, который обеспечивал бы возможность автоматического пуска при осуществлении очередного цикла экстрагирования. Дополнительно могут применяться различные элементы управления, к примеру, такие как датчики температуры, таймеры, расходомеры, датчики давления, крыльчатки, щупы и так далее, предназначенные для осуществления управления и контроля во время проведения операций экстрагирования.
Первый и второй контейнеры также являются частью данной системы. Более конкретно, первые контейнеры предназначены для приготовления экстрактов крепкого кофе, а вторые контейнеры - для приготовления экстрактов разбавленного кофе. Как контейнеры для приготовления крепкого кофе, так и контейнеры для приготовления разбавленного кофе имеют одинаковые внешнюю конфигурацию и форму. Предпочтительно, чтобы оба контейнера S и L имели одинаковый внутренний объем, заполняемый кофе. Предпочтительно, чтобы в оба контейнера S и L загружался молотый кофе, а также, чтобы у них имелась воздухонепроницаемая часть 20 контейнера с удерживающим элементом 21, герметично запечатывающим эту часть контейнера по ее кромкам 22. Удерживающий элемент контейнеров S и L может представлять собой мембрану или же какую-нибудь иную аналогичную деталь. Мембрана может быть плоской, выпуклой или вогнутой. В типичных случаях, эта мембрана выполняется, к примеру, из такого материала, как алюминий или пластмасса. В контейнер может быть закачан инертный газ, находящийся там под небольшим давлением, что позволяет увеличить срок хранения кофе, содержащегося внутри контейнера. В результате воздействия давления газа, находящегося внутри контейнера, мембрана приобретает слегка выпуклую форму. В качестве инертного газа, в типичных случаях используется азот, но может быть также использован и какой-нибудь иной инертный газ. Газообразная двуокись углерода, выделяемая молотым кофе в результате его дегазации, происходящей внутри контейнера после его заполнения и запечатывания, также способствует повышению давления внутри контейнера. Следовательно, мембрана должна быть достаточно прочной для того, чтобы выдерживать воздействие на нее внутреннего давления, создаваемого находящимся под давлением газом, в том числе и газом, образующимся в результате процесса дегазации кофе.
Когда экстрагирующий модуль 10 замкнут вокруг контейнера 2, и при этом контейнер находится внутри указанного модуля, как показано на фигуре 2, удерживающий элемент будет располагаться в непосредственной близости к зацепляющим средствам 13 устройства или же отстоять от них на небольшое расстояние. Мембрана контейнера продолжает при этом оставаться невскрытой до тех пор, пока внутри контейнера не будет создано определенное давление, необходимое для ее вскрывания, которое возникает под воздействием воды, нагнетаемой в контейнер. При этом мембрана и зацепляющие средства располагаются друг относительно друга таким образом, чтобы исключалась возможность случайного вскрывания мембраны до того момента, когда начнется процесс экстрагирования. Таким образом, по мере того как в контейнер поступает вода, подаваемая туда насосными средствами 75, происходит нарастание внутреннего давления в контейнере, в результате чего происходит деформация удерживающего элемента 21, который при этом прижимается к зацепляющим средствам 13 вплоть до того момента, когда произойдет протыкание или разрыв этого элемента. Контейнер начинает вскрываться при определенном давлении вскрывания, но давление обычно продолжает затем возрастать и дальше за счет уплотнения слоя молотого кофе, находящегося внутри контейнера, а также благодаря сопротивлению, оказываемому узкими отверстиями, образовавшимися в результате разрыва или протыкания мембраны контейнера. После этого уровень давления обычно выравнивается, как только достигнет величины, соответствующей давлению экстрагирования, которое в типичных случаях на несколько баров выше, чем давление вскрывания, а затем происходит падение уровня давления, когда насос выключается. Уровень давления обычно представляет собой сумму давления, создаваемого уплотняющимся слоем кофе, и давления, возникающего вследствие сопротивления, оказываемого образовавшимися мелкими отверстиями. Насос имеет постоянную кривую своей эксплуатационной характеристики, а это означает, что он обеспечивает подачу воды с определенной производительностью в том случае, когда создаваемому им потоку приходится преодолевать определенное давление, в зависимости от типа контейнера, например, это может быть контейнер, предназначенный для приготовления крепкого экстракта, или же контейнер, предназначенный для приготовления разбавленного экстракта. В случае если давление составляет, например, приблизительно 9 баров, насос будет осуществлять подачу воды с производительностью примерно 300 г/мин. При возрастании давления до 15 баров вода будет подаваться насосом уже с производительностью 120 г/мин. Насос может быть запрограммирован таким образом, чтобы включение его и выключение происходили из расчета подачи им такого количества воды, которое соответствует надлежащему объему приготавливаемого напитка и зависит от типа контейнера, вставленного в устройство. Выключение насоса может также осуществляться вручную, к примеру, при помощи соответствующего клапана, перемещаемого посредством рычага, как только будет полностью выдана в чашку требуемая порция кофе. Кроме того, выключение насоса может также производиться автоматически с использованием для этой цели встраиваемого в данное устройство соответствующего расходомера или же просто таймера, которые обеспечивают отключение насоса.
Согласно настоящему изобретению, предлагаемая система, которая выполнена в соответствии с настоящим изобретением, имеет такую конструкцию, при которой имеющиеся в ней насосные средства обеспечивают подачу воды с такой скоростью потока, которая будет выше в том случае, когда в ней применяется контейнер, предназначенный для приготовления разбавленного кофе, по сравнению с тем случаем, когда в ней применяется контейнер, предназначенный для приготовления крепкого кофе. Способность подавать воду с более высокой скоростью потока определяется типом контейнера, вставляемого в данный автомат (это может быть контейнер S или же контейнер L), а более конкретно - той величиной, которой достигнет давление, развивающееся в том или ином контейнере при осуществлении в нем процесса экстрагирования. Уровень, который будет достигнут давлением в процессе экстрагирования кофе, зависит от того количества кофе, которое содержится в данном контейнере, т.е. этот уровень будет выше в контейнере L, в котором молотый кофе находится в большей дозе. В частности, второй контейнер L содержит, по меньшей мере, на 10%, а предпочтительно - по меньшей мере, на 20% больше кофе, чем то количество кофе, которое содержится в контейнере S. Например, дозированное количество кофе, содержащегося во втором контейнере, предназначенном для приготовления экстракта разбавленного кофе, находится в пределах от 6 до 8 г молотого кофе, а в первом контейнере содержится всего лишь от 5 до 6 г молотого кофе. Общий объем каждого из этих контейнеров находится в пределах от 10 до 30 мл, предпочтительно - от 15 до 20 мл, а еще более предпочтительно этот объем составляет приблизительно 15 мл, причем указанный объем одинаков как для контейнеров L, так и для контейнеров S. В контейнерах L содержится больше кофе, и поэтому они заполнены им в большей степени, тогда как внутри контейнеров S имеется больше свободного пространства.
В результате, для того чтобы приготовить экстракт крепкого кофе в количестве от 25 до 40 г из контейнера S потребителю нужно будет в типичных условиях подождать всего лишь 15-60 сек. Таким образом, скорость потока воды при приготовлении экстракта крепкого кофе находится в пределах примерно от 50 до 150 г/мин. Второй контейнер L согласно настоящему изобретению позволяет в том же самом экстрагирующем устройстве обеспечить подачу в количестве от 160 до 300 г/мин, и поэтому для того чтобы приготовить экстракт разбавленного кофе в количестве примерно 100 г, потребителю понадобится всего только лишь 25-45 сек. Если же потребитель воспользуется контейнером S для того, чтобы приготовить экстракт разбавленного кофе, ему придется подождать от 45 до 130 сек, что будет для него не совсем удобно и в результате приведет еще и к появлению нежелательных ароматов, вызванных «передерживанием при экстрагировании».
Для того чтобы расширить диапазон скоростей потока в сторону более высоких ее значений применительно к контейнерам L, предназначенным для приготовления разбавленного кофе, предложено было обеспечить такое взаимозависимое расположение контейнеров и вскрывающих средств, предусмотренных в данном устройстве, при котором экстракт кофе приготавливался бы при более низком давлении вскрывания контейнера по сравнению с давлением вскрывания, выдерживаемом в первом контейнере при наличии тех же самых вскрывающих средств. При этом предпочтительно было бы, чтобы давление вскрывания, выдерживаемое во втором контейнере непосредственно перед вскрыванием его при помощи имеющихся вскрывающих средств, было, по меньшей мере, на 20% ниже, чем давление вскрывания, выдерживаемое в первом контейнере перед вскрыванием его при помощи этих же вскрывающих средств, а внутреннее давление во втором контейнере было, по меньшей мере, на 20% ниже, чем внутреннее давление в первом контейнере. На фигуре 3 представлен примерный график, показывающий кривые давления для процесса экстрагирования крепкого кофе, получаемого из контейнеров S, и для процесса экстрагирования разбавленного кофе, получаемого из контейнеров L. Например, для того чтобы приготовить крепкий кофе, контейнер S вскрывается при давлении примерно 6,5 баров, а для того чтобы приготовить разбавленный кофе, контейнер L вскрывается при давлении всего лишь примерно 3 бара. Давление экстрагирования достигает относительно постоянного уровня давлений при величине его примерно 10 баров для контейнера S, тогда как для контейнера L этот уровень достигается при давлении, равном примерно 14 бар. Благодаря указанным различиям в значениях давления обеспечивается возможность приготавливать кофе, имеющее показатели качества, соответствующие установленным нормам для каждого из таких напитков.
Помимо дозирования материала, находящегося в контейнере, для дополнительного регулирования скорости потока и, следовательно, времени приготовления кофе можно воспользоваться также различными конфигурациями вскрывающих средств, применяемых в данной системе, в зависимости от того, в каком из контейнеров будет проводиться процесс экстрагирования, т.е. в контейнере для приготовления «крепкого» кофе или же в контейнере для приготовления «разбавленного» кофе. Фактически, дифференциацию по вскрывающим средствам можно обеспечить также посредством соответствующего изменения характеристик зацепляющих средств и (или) удерживающих средств.
Рассматривая в первую очередь дифференциацию по удерживающим средствам как предпочтительный способ, позволяющий обеспечить дополнительное регулирование рабочих условий в процессе экстрагирования в зависимости от видов кофе, который нужно приготовить, предпочтительно было бы предусмотреть такое исполнение мембраны для контейнера L, предназначенного для приготовления разбавленного кофе, чтобы она обладала более низким сопротивлением прокалыванию, чем мембрана для контейнера S. Сопротивление прокалыванию оказывает большое влияние на скорость потока. Сопротивление прокалыванию для мембраны контейнера L должно быть, по меньшей мере, на 10% ниже, чем для мембраны контейнера S. Предпочтительно, чтобы сопротивление прокалыванию для мембраны контейнера L было даже на 30% ниже, а наиболее предпочтительно - на 50% ниже, чем для мембраны контейнера S. В предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения, сопротивление прокалыванию для мембраны контейнера L примерно на 40% ниже, чем для мембраны контейнера S. По своей величине, сопротивление прокалыванию для мембраны контейнера L предпочтительно находится в пределах от 0,6 до 1,1 мДж, а сопротивление прокалыванию для мембраны контейнера S предпочтительно превышает 1,1 мДж. Более низкое сопротивление прокалыванию может быть получено любыми приемлемыми для использования с этой целью средствами, в частности, благодаря выполнению мембраны для контейнера L таким образом, чтобы она имела меньшую толщину по сравнению с мембраной для контейнера S, и (или) за счет выполнения мембраны для контейнера L из какого-либо другого материала, к примеру, из такого материала, который намного легче протыкается и (или) разрывается по сравнению с материалом, из которого выполняется мембрана для контейнера S. В случае применения алюминия в качестве такого материала, мембрана для контейнера L предпочтительно имеет толщину в пределах от 15 до 25 мкм, а наиболее предпочтительно - толщину примерно 20 мкм, а мембрана для контейнера S предпочтительно имеет толщину в пределах от 25 до 35 мкм, а наиболее предпочтительно - толщину примерно 30 мкм.
Помимо обеспечения соответствующей величины сопротивления мембраны прокалыванию, еще одним способом регулирования, позволяющим обеспечить более раннее вскрывание контейнера L по сравнению с контейнером S, является применение зацепляющих средств 13, имеющих более заостренную конструкцию по сравнению с зацепляющими средствами, используемыми применительно к контейнеру S. Следовательно, имеется реальная возможность предусмотреть применение таких зацепляющих средств 13, которые можно было бы снимать и заменять другими, при подготовке к экстрагированию содержимого контейнера L соответствующими зацепляющими средствами, имеющими более заостренную конструкцию. Такая замена зацепляющих средств может производиться вручную или же осуществляться автоматически самим устройством, к примеру, благодаря тому, что это устройство наделяется способностью считывать соответствующий код, имеющийся на контейнере, и оставить внутри себя то же самое зацепляющее устройство, либо заменить его другим зацепляющим устройством, в зависимости от считываемого кода. Кроме того, зацепляющие средства могут быть также встроены и в сам контейнер, причем для разных видов контейнеров предусматриваются свои зацепляющие средства для каждого вида (т.е. более заостренные зацепляющие средства встраиваются в контейнер L).
Кроме того, гранулометрия молотого кофе, находящегося внутри контейнера, как оказалось, также играет важную роль в том отношении, что позволяет задавать более высокую скорость потока через контейнер L по сравнению со скоростью потока, проходящего через контейнер S. При этом более высокие скорости потока получают в том случае, когда гранулометрия кофе, содержащегося в контейнере L, находится в пределах от 300 до 600 мкм, а гранулометрия кофе, содержащегося в контейнере S, находится в пределах от 200 до 400 мкм. Частицы более крупного размера способствуют возникновению меньшего перепада давлений, и поэтому насос может в этом случае обеспечивать подачу жидкости с повышенной скоростью потока.
Насыпной объем утряски также оказывает соответствующее влияние на скорость потока. В частности, такой показатель, как насыпной объем утряски, для контейнера L поддерживается на более высоком уровне, чем насыпной объем утряски для контейнера S. Таким образом, насыпной объем утряски для контейнера L должен находиться в пределах от 390 до 500 г/л, а насыпной объем утряски для первого контейнера должен находиться в пределах от 300 до 430 г/л. Не углубляясь при этом в теорию, выдвинем предположение, что частицы молотого кофе, которые прошли соответствующую обработку способом, называемым «нормализацией» или «уплотнением», как известно специалистам в области технологии размола кофе, становятся менее сжимаемыми, и поэтому каналы в слое кофе, по которым может проходить поток жидкости, легче сохраняются открытыми, что способствует большей интенсивности потока.
На фигурах 8 и 9 представлен вариант исполнения системы в соответствии с настоящим изобретением, в котором вскрывающие средства выполнены таким образом, что они представляют собой неотъемлемую часть контейнеров, и в котором экстрагирующее устройство просто имеет всего лишь только инжекционное средство и приемник для контейнера, но не имеет каких-либо зацепляющих средств. Более конкретно, данная система содержит, по меньшей мере, первый контейнер, или контейнер S, предназначенный для приготовления экстракта крепкого кофе, и, по меньшей мере, второй контейнер L, предназначенный для приготовления экстракта разбавленного кофе, причем контейнеры S и L выполнены за одно целое со своими собственными вскрывающими средствами, которые обеспечивают вскрывание контейнеров под воздействием давления жидкости, поступающей в контейнеры, как только это давление достигнет своего точно установленного заранее уровня. Контейнеры S и L содержат часть 30 контейнера, верхнюю крышку 31, запечатывающую указанную часть контейнера по ее периферийной кромке 37, нижнее выпускное отверстие 32 с коллектором для подачи жидкости и вскрывающее устройство 33. Указанное вскрывающее устройство выполнено в виде мембраны 34, снабженной протыкающей, прорезающей или разрывающей пластиной 35. Указанная часть контейнера, ее крышка, а также мембрана определяют собой все вместе воздухонепроницаемую камеру 36 для молотого кофе. Экстрагирующее устройство D имеет приемный узел 100 с держателем 110 контейнера и инжекционной деталью 120. Держатель контейнера имеет такую форму, при которой указанная часть контейнера вставляется внутрь держателя таким образом, чтобы оставался достаточно большой проход для жидкости, которая вытекала бы сквозь этот проход, не соприкасаясь при этом с устройством, благодаря чему исключена была бы возможность взаимного их загрязнения, как показано на фигуре 9. Вода забирается из водяного бачка 740, подается под давлением водяным насосом 730, а затем подогревается при помощи нагревателя 750, откуда по трубопроводу 720 для жидкости поступает к инжекционному средству 700, выполненному, к примеру, в виде игл или же каких-либо иных аналогичных элементов, и впрыскивается внутрь контейнера. После замыкания устройства, охватывающего собой контейнер, производится подтягивание устройства при помощи соответствующего натяжного средства 111, расположенного на периферии камеры держателя 110, чтобы сохранить водонепроницаемость в зоне верхней поверхности и обеспечить возможность надлежащего повышения давления внутри камеры 36 контейнера. Принцип экстрагирования один и тот же, независимо от вида контейнера, т.е. это может быть как контейнер, предназначенный для приготовления крепкого кофе, так и контейнер, предназначенный для приготовления разбавленного кофе, хотя характеристики процесса экстрагирования и (или) условия его проведения при этом различны. По мере поступления воды в контейнер, давление в камере 36 возрастает, в результате чего удерживающее средство, или мембрана, 34 плотно прижимается к зацепляющим средствам 35, и, в конечном итоге, мембрана протыкается, проламывается или прорывается, что происходит по достижении предварительно заданной величины давления вскрывания. После того как жидкий экстракт начнет сливаться через выпускное отверстие 32 контейнера, давление будет продолжать расти дальше до тех пор, пока оно не достигнет своего, по существу, постоянного уровня, соответствующего давлению экстрагирования. Когда насос выключают, происходит падение давления, и слив жидкости через выпускное отверстие прекращается.
Аналогично, как и в рассмотренном выше варианте осуществления настоящего изобретения, контейнеры S и L выполнены таким образом, что они имеют одинаковую внешнюю конфигурацию, но при этом обеспечивают получение разных характеристик процесса экстрагирования, благодаря чему экстракты как крепкого, так и разбавленного кофе могут быть приготовлены менее чем за 60 сек, причем приготовление экстракта разбавленного кофе осуществляется в этом случае при сравнительно более высокой скорости потока. В частности, контейнер, предназначенный для приготовления разбавленного кофе, заправляется таким дозированным количеством молотого кофе, которое, по меньшей мере, в 0,2 раза больше, чем доза, содержащаяся в контейнере, предназначенном для приготовления крепкого кофе. Предпочтительно, чтобы вскрывающие средства конструкции, входящей в состав контейнера и предназначенной для разлива соответствующего напитка, также предусматривали чтобы:
(а) мембрана для контейнера L имела меньшую толщину по сравнению с мембраной для контейнера S; и (или)
(б) мембрана для контейнера L была выполнена из материала, имеющего меньшее сопротивление прокалыванию, чем материал мембраны для контейнера S; и (или)
(в) протыкающая, проламывающая или разрывающая пластина для контейнера L выполнена была таким образом, чтобы иметь более заостренную конструкцию, чем протыкающая, проламывающая или разрывающая пластина для контейнера S.
Примеры:

Во всех приведенных здесь ниже примерах использовался один и тот же экстрагирующий автомат, в конструкцию насоса, нагревателя, водо-инжекционных или каких-либо иных элементов которого не было внесено никаких изменений. Это автомат Nespresso модели С300 (имеющийся в общей продаже).
Пояснения, касающиеся порядка проведения процедур замера сопротивления прокалыванию, гранулометрии и насыпного объема утряски, приводятся здесь ниже.
Сопротивление прокалыванию:
Испытания были проведены на 10 образцах для каждого типа мембраны:
Для проведения испытаний были вырезаны из соответствующего материала, по меньшей мере, 10 испытательных образцов. Для вырезания образцов взяли рулон материала, из которого получили по 5 образцов в два ряда по ширине рулона.
Испытательные образцы были нарезаны с помощью кольцевого вырубного штампа диаметром 22 мм.
Держатель для пробного образца изображен на фигурах 4-6. Он состоит из двух резьбовых деталей: детали 40 с внутренней резьбой и детали 41 с наружной резьбой. Образец вставляется лакированной поверхностью вверх в деталь 40, имеющую внутреннюю резьбу (испытание проводится со стороны алюминия).
Деталь с наружной резьбой, имеющая диаметр d2, равный 22 мм, вворачивается в деталь с внутренней резьбой и туго затягивается.
В качестве проникающего щупа использовался цилиндр длиной 10 мм и диаметром 1 мм, конец которого имеет полусферическую форму (радиусом 0,5 мм), как показано на фигуре 7. Щуп был закреплен на динамометрическом датчике, установленном на ползуне прибора для испытаний на растяжение. В качестве испытательного оборудования послужил прибор для испытаний на растяжение, способный осуществлять перемещение ползуна со скоростью 10 мм/мин и оснащенный динамометрическим датчиком с пределом измерения, равным 10 Н. На нижнем неподвижном зажимном приспособлении испытательной установки была закреплена плоская горизонтальная пластина.
Держатель для пробного образца с вставленным в него испытательным образцом установили на пластине, после чего ползун опустили в положение, в котором щуп вошел в 5-миллиметровое отверстие (диаметр d1), предусмотренное в держателе для пробного образца, но еще не коснулся испытательного образца. Держатель для пробного образца отцентрировали по отношению к щупу.
Затем начали перемещать ползун вниз со скоростью 5 мм/мин, продолжая опускать его до тех пор, пока не обеспечена была предварительная нагрузка, равная 0,1 Н.
В начале испытания была задана скорость проникновения, равная 10 мм/мин. Испытание началось, когда достигнута была соответствующая предварительная нагрузка, и было прекращено, как только произошло протыкание испытательного образца. При этом велась запись нагрузки и величины перемещения. Момент протыкания был определен по точке максимальной нагрузки. Сопротивлению протыканию определяли как количество энергии, затрачиваемой на протыкание, например, как площадь, ограниченную кривой зависимости между усилием и величиной перемещения на участке между точками, соответствующими приложению предварительной нагрузки и моменту протыкания. Большинство версий программного обеспечения, применяемых в современных приборах для испытаний на растяжение, к примеру, такие как TestWork 4 и Version 4.06 корпорации MTS Systems, способны провести автоматический расчет этого показателя.
Гранулометрия

Распределение частиц по размерам определялось по методу лазерной дифракции с помощью прибора "Mastersizer S" фирмы Malvern, оборудованного 1000-миллиметровой оптической линзой. Порошок в количестве 1-2 г был диспергирован в 1 л бутанола, после чего осуществлена была циркуляция полученной дисперсии в замкнутом цикле перед лазерным лучом с тем, чтобы обеспечить получение величины матирования в пределах от 15 до 20%. Величина распределения частиц по размерам получена посредством приближения Фраунхофера для дифракционной картины. Весь эксперимент полностью повторялся 3 раза (или до тех пор, пока не было получено среднее квадратичное отклонение StDev <5%), а полученные результаты усреднялись.
Степень плотности

Такой показатель, как степень плотности, определяли с помощью прибора Geopyc фирмы Micromeritics. Пробный образец кофе марки R&G в количестве пяти граммов засыпали в испытательную камеру диаметром 25,4 мм для пробных образцов и подвергли сжатию с усилием, равным 10 Н. После этого полученное значение массы кофе поделили на объем испытательной камеры, который определили с помощью прибора Geopyc, и в результате получили степень плотности.
Пример №1 - Крепкий кофе с пенообразованием

Молотый кофе в количестве 5 г поместили в алюминиевый контейнер (контейнер типа "Cosi" торговой марки Nespresso). При размалывании получен кофе, имеющий средний размер частиц, равный 350 мкм. Указанный контейнер представляет собой толстую алюминиевую чашу усеченной формы, которая выполнена гофрированной и запечатана по своим кромкам алюминиевой мембраной, имеющей толщину 30 мкм. Сопротивление мембраны прокалыванию составило, по результатам замеров, 1,3 мДж. Молотый кофе был нормализован во время размалывания с получением при этом величины насыпного объема утруски, равной 405 г/л. Содержимое контейнера подвергли экстрагированию в системе, показанной на фигурах 1 и 2, с применением автомата Nespresso модели "Concept" C300. (Тот же самый автомат использовался также и при проведении всех остальных испытаний, результаты которых указаны в примерах, приведенных в настоящем документе.) Скорость потока жидкости сквозь данный контейнер составила 122 г/мин. Насос был остановлен спустя 20 секунд. В результате получена чашка крепкого кофе весом 40 г, имеющего следующие показатели качества:
Выход при экстрагировании: 20,8%
Содержание твердых частиц: 2,6% по весу
Пенообразование (проба на сахар): 14 сек.
Пример №2 - Разбавленный кофе с пенообразованием - темная жареная смесь
Темный жареный молотый кофе в количестве 6,5 г поместили в такой же алюминиевый контейнер, как и в Примере №1. При размалывании получен кофе, имеющий средний размер частиц, равный 325 мкм. Указанный контейнер представляет собой алюминиевую чашу усеченной формы, которая выполнена гофрированной и запечатана по своим кромкам алюминиевой мембраной, имеющей толщину 20 мкм. Сопротивление мембраны прокалыванию составило, по результатам замеров, 0,8 мДж. Молотый кофе был нормализован во время размалывания с получением при этом степени плотности, равной 410 г/л. Содержимое контейнера подвергли экстрагированию в такой же системе, как и в Примере №1. Скорость потока жидкости составила 187 г/мин. Насос был остановлен спустя 35 секунд. В результате получена чашка разбавленного кофе весом 110 г, имеющего следующие показатели качества:
Выход при экстрагировании: 25,8%
Содержание твердых частиц: 1,47% по весу
Пенообразование (проба на сахар): 17 сек.
Пример №2 - Разбавленный кофе с пенообразованием - светлая жареная смесь
Светлый жареный молотый кофе в количестве 6,5 г поместили в такой же алюминиевый контейнер, как и в Примере №1. При размалывании получен кофе, имеющий средний размер частиц, равный 312 мкм. Указанный контейнер представляет собой толстую алюминиевую чашу усеченной формы, которая выполнена гофрированной и запечатана по своим кромкам алюминиевой мембраной, имеющей толщину 20 мкм. Сопротивление мембраны прокалыванию составило, по результатам замеров, 0,8 мДж. Молотый кофе был нормализован во время размалывания с получением при этом степени плотности, равной 450 г/л. Содержимое контейнера подвергли экстрагированию в такой же системе, как и в Примере №1. Скорость потока жидкости составила 179 г/мин. Насос был остановлен спустя 37 секунд. В результате получена чашка разбавленного кофе весом 110 г, имеющего следующие показатели качества:
Выход при экстрагировании: 26,0%
Содержание твердых частиц: 1,48% по весу
Пенообразование (проба на сахар): 14 сек.
Пример №4 - Высокое и низкое сопротивление прокалыванию
Первый контейнер с кофе подвергли испытанию при наличии на контейнере соответствующей мембраны, обладающей высоким сопротивлением прокалыванию. Контейнер был заполнен светлым жареным кофе в количестве 6,5 г, размолотым с получением при этом среднего размера частиц, равного 425 мкм. Молотый кофе был нормализован с получением при этом величины насыпного объема утруски, равной 430 г/л. Мембрана для контейнера была выполнена из алюминия и имела толщину 30 мкм. Сопротивление мембраны прокалыванию составило, по результатам замеров, 1,3 мДж. Скорость потока жидкости составила 112 г/мин. На то, чтобы приготовить экстракт разбавленного кофе в количестве 110 г, потребовалось 60 секунд.
Второй контейнер с кофе подвергли испытанию при наличии на контейнере соответствующей мембраны, обладающей более низким сопротивлением прокалыванию. Контейнер был заполнен таким же количеством кофе. Гранулометрия кофе имела показатель, равный 430 г/л. Степень плотности была такой же (430 г/л). Мембрана для контейнера была выполнена из алюминия толщиной 20 мкм и показала сопротивление прокалыванию, равное 0,8 мДж. Скорость потока жидкости была более высокой, чем для предыдущего контейнера, и составила 192 г/мин. На то, чтобы приготовить экстракт разбавленного кофе в количестве 110 г, потребовалось лишь 34 сек.
Пример №5 - Влияние массы и гранулометрии на продолжительность экстрагирования
Первый контейнер был заполнен молотым кофе в количестве 5 г. Кофе было размолото с получением при этом среднего размера частиц, равного 350 мкм. Мембрана имела толщину 30 мкм, а сопротивление ее прокалыванию составило 1,3 мДж. Степень плотности после нормализации составила 405 г/л. Скорость потока жидкости, по результатам замеров, составила 122 г/мин. На то, чтобы приготовить экстракт разбавленного кофе в количестве 110 г, потребовалось примерно 54 секунды.
Второй контейнер был заполнен молотым кофе в количестве 6,5 г. Гранулометрия и степень плотности были такими же, как и для кофе, находившемся в первом контейнере. Толщина мембраны также была равной 30 мкм, и сопротивление ее прокалыванию тоже составило 1,3 мДж. Скорость потока жидкости, по результатам замеров, составила 177 г/мин. На то, чтобы приготовить экстракт разбавленного кофе в количестве 110 г, потребовалось всего лишь 37 секунд.
Пример №6 - Влияние степени плотности на скорость потока
Первый контейнер был заполнен молотым кофе в количестве 6,5 г. Гранулометрия кофе имела показатель, равный 353 мкм. Мембрана имела толщину 30 мкм и показала сопротивление прокалыванию, равное 1,3 мДж. Степень плотности после нормализации составила 405 г/л. Скорость потока жидкости составила 177 г/мин. На то, чтобы приготовить кофе в количестве 110 г, потребовалось примерно 37 секунд.
Второй контейнер был заполнен таким же количеством молотого кофе, как и первый контейнер. Гранулометрия имела показатель, равный 353 мкм. Мембрана имела толщину 30 мкм и показала сопротивление прокалыванию, равное 1,3 мДж. Степень плотности составила 432 г/л. Скорость потока жидкости составила 290 г/мин. На то, чтобы приготовить кофе в количестве 110 г, потребовалось лишь 23 сек.
В еще одной серии экспериментов, проведенных с другой смесью сортов кофе, получены результаты, представленные на фигуре 10 в виде соответствующей кривой, определяющей собой изменение скорости потока жидкости в функции от степени плотности.