СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВОГО НАПИТКА В КАПСУЛЕ ПУТЕМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ И СИСТЕМА, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ТАКОЙ СПОСОБ
METHOD OF PREPARING FOOD BEVERAGE IN CAPSULE BY CENTRIFUGATION AND SYSTEM USING THIS METHOD

Настоящее изобретение относится к аппарату и системе для приготовления пищевого напитка из пищевого вещества, находящегося в капсуле, путем пропускания воды через вещество под действием центробежных сил.
Известен способ приготовления напитков, в котором смесь, состоящая из заваренного кофе и кофейного порошка, разделяется под действием центробежных сил. Подобную смесь получают путем добавления в кофейный порошок горячей воды на определенное время. Затем вода удаляется через сито, на котором остается порошок.
В существующих системах кофейный порошок помещается в контейнер, который обычно является несъемной частью установки, как, например, это описано в EP 0367600 B1. Подобные устройства обладают множеством недостатков. Во-первых, кофейный порошок, помещаемый в контейнер, должен быть тщательно отмерен вручную. Во-вторых, центрифугируемые кофейные отходы засыхают и их приходится соскребать с поверхности контейнера. В результате многие операции по приготовлению кофе выполняются вручную и занимают много времени. Как правило, свежесть кофе также может существенно отличаться, что сказывается на качестве готового напитка, поскольку кофе обычно поставляется либо в оптовой таре, либо зерна перемалываются непосредственно в контейнере.
Также, в зависимости от ручной дозировки кофе и условий заваривания (например, скорость вращения центрифуги, размер контейнера) качество готового напитка может существенно отличаться.
Поэтому подобные системы никогда не пользовались особым коммерческим успехом.
В немецкой DE 102005007852, установка содержит съемный держатель, в который помещается открытая чашеобразная часть контейнера, другая часть или крышка крепится на приводной оси установки. Между тем, одним из недостатков системы является большое количество операций, выполняемых вручную. Другой недостаток заключается в том, что сложно контролировать качество кофе из-за отсутствия контроля за дозировкой порошка, а также отсутствия контроля за свежестью кофейного порошка.
Другие устройства для приготовления кофе при помощи центробежных сил были описаны в WO 2006/112691; FR 2624364; EP 0367600; GB 2253336; FR 2686007; EP 0749713; DE 4240429; EP 0651963; FR 2726988; DE 4439252; EP 0367600; FR 2132310; FR 2513106; FR 2487661; DE 3529053; FR 2535597; WO 2007/041954; DE 3529204; DE 3719962; FR 2685186; DE 3241606, а также в US 4545296.
В частности, EP 0651963 относится к центрифужной камере, содержащей упругое сочленение в месте соединения между барабаном и крышкой камеры. Упругое сочленение используется для фильтрации и контроля за рабочим давлением в камере, тем самым улучшая качество кофейной пенки. Камера является воздухопроницаемым контейнером, а использованное кофе необходимо выгружать и заполнять камеру новой порцией кофе перед каждым новым циклом заваривания. Давление при помощи подобных упругих средств сложно контролировать, поэтому давление вполне может колебаться в зависимости от типа приготовляемого напитка.
ВЕ 894031 относится к центрифужной системе заваривания, содержащей фильтрующую капсулу, которая не укупорена, а лишь закрыта фильтровальной бумагой.
Таким образом, существует потребность в решении, которое позволяло бы лучше управлять параметрами экстракции (например, давлением, расходом потока, временем экстракции и т.п.), и, в конечном счете, позволило бы улучшить качество получаемого пищевого напитка.
В то же время существует потребность в способе приготовления пищевого напитка, который был бы более удобным и простым по сравнению со способами центрифужного приготовления кофе из предшествующего уровня техники и который обеспечивал бы при этом более высокое качество готового кофе за счет управления важными параметрами, такими как свежесть и точность дозировки вещества.
В частности, существует потребность в системе, которая позволила бы обеспечивать достаточное время взаимодействия между горячей водой и завариваемым веществом, а также управлять раздачей заваренной жидкости, соответственно улучшая такие важные для кофейных напитков параметры качества, как концентрация и пенка или крема.
Таким образом, изобретение относится к системе для приготовления жидкой пищи из пищевого вещества, содержащей аппарат и капсулу, съемно устанавливаемую в нем, за счет пропускания воды через вещество внутри капсулы, насадку для впрыскивания в капсулу воды и держатель капсулы для удерживания капсулы в аппарате,
отличающейся тем, что она содержит:
средство для впрыскивания воды, являющееся частью насадки для впрыскивания воды, выполненное с возможностью подачи в капсулу воды,
средства для центрифугирования держателя капсулы вокруг оси вращения,
средства раскрытия, выполненные с возможностью создания, по меньшей мере, одного выпускного отверстия для выхода жидкости из капсулы, по меньшей мере, частично под действием центробежных сил жидкости, воздействующих на капсулу.
Предпочтительно аппарат содержит, по меньшей мере, одни средства раскрытия, расположенные со смещением относительно упомянутой центральной оси держателя капсулы, для проделывания в капсуле, по меньшей мере, одного выпускного отверстия для жидкости. Средства раскрытия предпочтительно расположены на поверхности насадки для впрыскивания.
Предпочтительно упомянутые средства раскрытия содержат несколько разрывающих элементов, распределенных вдоль, по существу, кольцевой траектории вокруг центральной оси. Например, раскрывающие элементы могут иметь форму усеченных пирамидок, игл и/или лезвий.
В частности, насадка для впрыскивания воды содержит средство для впрыскивания воды и вращающийся зацепляющий элемент для зацепления капсулы, замкнутой в держателе капсулы. Предпочтительно вращающийся зацепляющий элемент прикладывает прижимное усилие к периферийной кромке капсулы, удерживаемой в держателе капсулы. Таким образом, зацепляющий элемент и держатель капсулы поворачиваются вместе, при этом капсула прочно удерживается в неподвижном положении в держателе капсулы во время центрифугирования. Средство для впрыскивания воды может быть неподвижным или перемещаться вместе с зацепляющим элементом.
По одному из способов, средствами раскрытия выпускных отверстий для жидкости являются разрывающие элементы, которые могут быть частью вращающегося зацепляющего элемента насадки для впрыскивания воды.
Предпочтительно разрывающие элементы могут быть установлены через равные промежутки вдоль, по существу, кольцевой траектории, обеспечивая, таким образом, равномерную подачу жидкости по окружности капсулы. Например, количество разрывающих элементов может быть от 10 до 200, наиболее предпочтительно от 50 до 100.
Разрывающие элементы могут входить в зацепление с капсулой и таким образом также участвовать в передаче крутящего момента капсуле во время вращения.
По одному из аспектов изобретения раскрывающие элементы расположены таким образом, чтобы выпускные отверстия для выхода жидкости из капсулы проделывались, когда внутреннее давление жидкости на окружные стенки капсулы превышает пороговое давление, по мере того как жидкость проходит через вещество во время центрифугирования.
Для этого раскрывающие элементы могут быть удалены или соприкасаться с капсулой, когда насадка для впрыскивания воды и держатель капсулы смыкаются вокруг капсулы. Таким образом, по мере увеличения давления жидкости на периферийные стенки капсулы раскрывающими элементами создаются выпускные отверстия за счет деформации стенок, например, мембранной крышки капсулы. Подобная конструкция позволяет задержать выход напитка из капсулы. Выпускные отверстия, таким образом, полностью образуются при достижении порогового рабочего давления у периферийной стенки капсулы. В результате этого взаимодействие между ингредиентами, находящимися в капсуле, и водой может быть увеличено. В зависимости от прочности на прокол разгрузочной стенки капсулы выход напитка через выпускные отверстия можно успешно контролировать.
Что касается самой капсулы, то периферийные стенки капсулы могут быть частью перфорируемой мембраны. Например, периферийная стенка может быть периферийной частью мембраны, расположенной поперечно оси вращения капсулы, находящейся в держателе капсулы. Предпочтительно у капсулы имеется боковая стенка, которая расширяется в направлении периферийной части перфорируемой мембраны. Таким образом, завариваемая жидкость в капсуле выталкивается центробежными силами в направлении периферийной части перфорируемой мембраны. В данном случае перфорируемая мембрана может быть герметично соединена с фланцеобразным ободком чашеобразного корпуса капсулы. Как вариант, разрываемая стенка может быть частью боковой стенки чашеобразного корпуса капсулы.
Капсула может содержать перфорируемую мембрану, изготовленную из алюминия и/или полимерного материала. В частности, толщина прокалываемой мембраны может быть от 5 до 150 микрон, предпочтительно от 10 до 100 микрон. Толщина мембраны может подбираться таким образом, чтобы отверстие могло открываться при определенном рабочем давлении и/или после определенного времени центрифугирования. Таким образом, толщина мембраны может изменяться в зависимости от вещества, находящегося внутри капсулы и/или приготовляемого напитка.
По одному из способов, при смыкании аппарата вокруг капсулы периферийные стенки капсулы могут быть предварительно ослаблены раскрывающими элементами, соприкасающимися со стенками, например, во время относительного зацепления с капсулой перед центрифугированием. Предварительное ослабление стенок может быть осуществлено путем проделывания множества сквозных отверстий меньшего сечения, чем окончательно проколотые выпускные отверстия или ослабления прочности материала за счет уменьшения толщины стенок. Периферийная стенка капсулы может быть достаточно упругой, таким образом, чтобы она могла деформироваться и растягиваться, при этом не повреждаясь одномоментно под действием разрывающих элементов. В конечном счете, это позволяет на некоторое время задерживать выход напитка, до тех пор, пока не будет создано выпускное отверстие достаточного размера для прохода через него жидкости.
Форма разрывающих элементов для проделывания выпускных отверстий также имеет важное значение для соответствующего управления проделыванием выпускных отверстий в капсуле. Затупленная форма разрывающих элементов обеспечивает более длительное сопротивление капсулы разрыванию и соответственно бόльшую задержку перед выходом жидкого напитка. С другой стороны, острая форма разрывающих элементов обеспечивает более быструю разгрузку и соответственно более короткое время нахождения жидкости в капсуле.
Время нахождения жидкости в капсуле также зависит от скорости центрифугирования, поскольку, чем выше скорость, тем больше будет давление и соответственно тем быстрее центрифугированная жидкость будет проходить через ингредиенты в капсуле и выходить из капсулы.
По одному из возможных аспектов изобретения средство для впрыскивания воды также содержит средства раскрытия, такие как разрывающий элемент. Средства раскрытия могут быть разрывающим элементом, выполненным в виде полой разрывающей трубки для впрыскивания воды в капсулу, предпочтительно проходящей вдоль центральной оси вращения капсулы таким образом, чтобы трубка могла находиться в неподвижном положении. Следует заметить, что разрывающий элемент также может поворачиваться вместе с зацепляющим элементом насадки для впрыскивания.
Разрывающий элемент средства для впрыскивания воды имеет диаметр менее 5 мм, предпочтительно от 0.9 до 2.9 мм. На самом деле давление в капсуле увеличивается от центра к периферии. Давление воды в центре может быть около нуля и постепенно увеличиваться в наружном направлении. Таким образом, впрыскивающее средство небольшого диаметра проделывает небольшое впускное отверстие в капсуле для поддержания относительно низкого давления жидкости с впускной стороны капсулы и соответственно уменьшения перелива жидкости через проделанное впускное отверстие. Другим преимуществом является то, что средства уплотнения могут не использоваться со стороны впускного отверстия, а капсула может надлежащим образом вентилироваться при вытеснении жидкостью газа из капсулы.
Приводные средства держателя капсулы могут быть соединены с держателем капсулы непосредственно или могут быть соединены с держателем капсулы опосредованно. Непосредственное соединение с держателем капсулы может быть осуществлено при помощи вращающегося узла привода, содержащего двигатель и приводную трансмиссию, соединяющую двигатель с нижней частью держателя капсулы. Приводная трансмиссия может содержать соответствующий зубчатый редуктор или мультипликатор, обеспечивающий передачу вращения от двигателя к держателю капсулы во время его использования. Непрямое соединение с держателем капсулы может быть осуществлено путем передачи крутящего момента с насадки для впрыскивания воды на держатель капсулы через капсулу и/или непосредственно. В данном случае приводная трансмиссия вращающегося узла привода соединяется непосредственно с верхней частью насадки для впрыскивания воды, в частности с вращающимся зацепляющим элементом насадки.
В аппарат по изобретению могут вставляться капсулы, изготовленные из жестких, полужестких и/или мягких материалов. Капсулы могут изготавливаться из таких материалов как пластик, алюминий, материалы на основе целлюлозы или из других биоразлагаемых материалов, а также их сочетаний. Предпочтительно у капсулы имеется смыкаемая разрывная стенка, например, тонкая мембрана, содержащая, по меньшей мере, одну кольцеобразную разрывную часть, которая расположена периферийно относительно оси вращения капсулы, после того как капсула установлена в аппарате. Стенка может образовывать укупорочную мембрану, закрывающую чашеобразный корпус, в который помещается завариваемое вещество. Капсула может состоять из корпуса, который является более жестким, чем разрывная мембрана. Капсула предпочтительно газонепроницаемо закрыта. Ее внутренний объем, не заполненный веществом, предпочтительно может быть заполнен защитным газом (например, азотом). Слои капсулы изготовлены из барьерного материала, не пропускающего газ, такого как алюминий или слоев сополимера этилена с виниловым спиртом.
По одному из способов система может содержать клапанные средства, расположенные по ходу после средств, раскрывающих, по меньшей мере, одно разгрузочное выпускное отверстие для жидкости. Клапан позволяет управлять давлением внутри капсулы, открываясь при воздействующем на него определенном пороговом давлении жидкости. Клапанные средства могут содержать кольцеобразное уплотнительное кольцо и упругие средства, входящие при смыкании в упругое зацепление с периферийной частью, например кромкой капсулы. Клапан может быть сконструирован таким образом, чтобы допускать регулирование давления его закрытия. Клапанные средства могут использоваться для управления давлением в капсуле и, соответственно, выпуска центрифугируемой жидкости из капсулы. В частности, клапанные средства также позволяют предотвращать накопление мелких частиц (например, дисперсионных фракций кофе) на выпускных отверстиях капсулы и за счет этого предотвращать засорение или, по меньшей мере, предотвращать существенное ослабление потока. Также было замечено, что клапан позволяет получать больше пенки или кремы в жидкости. В частности, чем больше нагрузка на клапан, тем больше создается пенки.
Изобретение также относится к способу приготовления пищевого напитка из пищевого вещества, находящегося в одноразовой капсуле, путем пропускания воды через вещество, содержащему этапы:
приведения капсулы во вращение при одновременной подаче воды в капсулу,
пропускания воды через вещество для образования пищевого напитка,
разрывания, по меньшей мере, одного разгрузочного выпускного отверстия в капсуле,
причем разрыв осуществляют, по меньшей мере, частично под действием центробежных сил, жидкости, воздействующих на капсулу в результате центрифугирования.
Капсула может быть газонепроницаемой герметичной капсулой, содержащей такие ингредиенты как молотый кофе, растворимый кофе, листовой чай, быстрорастворимый чай, какао, шоколад, забеливатель для кофе, подсластитель или любое их сочетание, которые могут храниться в защитной атмосфере продолжительное времени. Капсула, таким образом, вскрывается перед использованием аппарата.
По одному из аспектов способа создается, по меньшей мере, одно выпускное разгрузочное отверстие для выхода жидкости путем разрывания, по меньшей мере, периферийной чисти капсулы. В частности, разрывание капсулы осуществляется путем деформирования периферийной части капсулы в наружном направлении о разрывающие элементы. Разрывающие элементы могут быть частью аппарата по изобретению. А именно периферийная часть является частью укупоривающей мембраны капсулы. Мембрана может быть изготовлена из тонкого пластика и/или алюминия.
По предпочтительному способу осуществления изобретения при деформировании периферийной части капсулы в наружном направлении под действием внутреннего давления, создаваемого центрифугируемой жидкостью, у периферийной части капсулы проделывается, по меньшей мере, одно выпускное отверстие. По меньшей мере, одно выпускное разгрузочное отверстие для жидкости может быть получено подобным образом за счет разрывания периферийной части мембраны капсулы. Более предпочтительно в периферийной части мембраны капсулы раскрывается несколько выпускных отверстий. Таким образом, часть мембраны может разрываться о множество прокалывающих элементов, таких как иглы, пирамидки и/или лезвия. Жидкость также может нагнетаться в направлении периферийной части боковой стенкой капсулы, которая расширяется в направлении периферийной части перфорируемой мембраны.
По одному из возможных способов множество прокалывающих элементов распределены, по существу, вдоль кольцевой траектории, образуя, таким образом, прокалывающий венец, выступающий у периферийной части впрыскивающей насадки. Прокалывающий венец расположен таким образом, чтобы он входил в зацепление с периферийной областью перфорируемой мембраны. А именно, прокалывающий венец является частью вращающегося зацепляющего элемента насадки. Венец может быть составной частью элемента, например он может быть отлит с элементом как единая деталь.
Капсула может удерживаться во время центрифугирования за ее периферийную кромку, зажимаемую при смыкании впрыскивающей насадки и держателя капсулы вокруг капсулы. При смыкании аппарата вокруг капсулы разрывающие элементы могут соприкасаться с укупоривающей мембраной или могут быть слегка удалены от укупоривающей мембраны. Соприкосновение с укупоривающей мембраной может, например, приводить к предварительному ослаблению, например создавать углубления или небольшие отверстия на укупоривающей мембране. По мере центрифугирования жидкости в капсуле давление жидкости на периферийные участки внутренней поверхности укупоривающей мембраны увеличивается, что приводит к ее разрыву или деформированию в направлении разрывающих элементов и разрыванию о разрывающие элементы, например о прокалывающий венец. Разумеется, предварительного ослабления перфорируемой мембраны можно избежать в том случае если разрывающий элемент не будет предварительно соприкасаться с мембраной или будет находиться на заданном расстоянии от мембраны до центрифугирования капсулы.
Укупоривающая мембрана может быть гибкой или немного жесткой, в зависимости от используемого материала. В исходном состоянии покоя мембрана может быть вогнутой формы и может деформироваться, приобретая выгнутую форму под действием центробежного давления. Таким образом, используемым материалом может быть, например, термоформуемый или литой пластик. Предпочтительно мембрана сделана тонкой и гибкой для того, чтобы при деформировании она плотно прилегала к разрывающим элементам. Необходимость использования в системе фильтра отпадает, поскольку твердые частицы вещества могут задерживаться внутри капсулы в месте соприкосновения между кромками разрываемых выпускных отверстий и поверхностью разрывающих элементов. Одним из преимуществ является то, что конструкции капсулы, состоящей из меньшего количества элементов, значительно упрощается (поскольку фильтр в капсуле отсутствует), а производственные затраты могут быть существенно уменьшены.
По одному из возможных аспектов способа по изобретению вода подается в капсулу через отверстие диаметром менее 5 мм, предпочтительно от 0.9 до 2.9 мм. Как отмечалось ранее, во избежание проблем с протечками желательно проделывать в капсуле достаточно небольшое впускное отверстие для воды с целью уменьшения внутреннего давления жидкости со стороны впускного отверстия капсулы.
Предпочтительно вода подается в центр капсулы после пробивания впускного отверстия для воды в центре капсулы.
По одному из особых способов, жидкость, выходящая из капсулы, открывает клапан при достижении определенного давления центрифугируемой жидкости. Клапан также регулирует поток жидкости и уменьшает вероятность засорения небольших выпускных отверстий, имеющихся в капсуле, мелкими частицами, например дисперсионными фракциями кофе, в частности, при относительно небольшом давлении.
Клапан предпочтительно может являться, по меньшей мере, частью аппарата. Клапанные средства могут быть образованы, по меньшей мере, одной зацепляющей частью, перемещающейся относительно зацепляемой части капсулы под воздействием давления жидкости, для проделывания небольшого узкого прохода. Узкий проход также позволяет создавать напорную струю жидкости, подаваемую с относительно высокой скоростью, которая ударяет в стенку аппарата. В результате этого может образовываться относительно большое количество пенки, как за счет ограничения, создаваемого клапанными средствами, так и за счет удара жидкости об ударяемую поверхность с относительно высокой скоростью во время центрифугирования. В зависимости от величины давления, создаваемого центрифугируемой жидкостью и воздействующего на клапанные средства, ограничение, создаваемое клапанными средствами, может быть разным. По одному из возможных способов клапанные средства могут быть откалиброваны или отрегулированы таким образом, чтобы они выборочно открывали проход для жидкости при достижении порогового давления в капсуле.
В результате система по изобретению предлагает решение для приготовления пищевых напитков, отличающееся тем, что оно позволяет обеспечивать управляемый выход пищевого напитка. Например, выход жидкости может быть задержан до создания определенного давления у периферийной части капсулы, которая затем разрывается о внешние выступающие элементы аппарата. Задержка раскрытия капсулы позволяет улучшить взаимодействие между водой и веществом, находящимся в капсуле, а фильтрование жидкости может быть обеспечено за счет ограничений, создаваемых между разрываемыми выпускными отверстиями и разрывающими элементами. В данном случае капсула может иметь очень простую конструкцию и может быть утилизирована после использования, например выброшена или отправлена на переработку.
Для кофе, например, может быть предпочтительно оптимизировать взаимодействие между водой и частицами молотого кофе для обеспечения высокой степени экстракции кофе и ароматных веществ. Кроме этого, качество пенки или кофейной кремы может быть улучшено за счет перепада давления и разрывного усилия, динамически создаваемых в местах ограничения между выпускными отверстиями капсулы и разрывающими элементами во время центрифугирования.
Жидкость, выходящая из капсулы, также может фильтроваться при помощи специально выделенных средств фильтрования, имеющихся в капсуле. Преимущество подобной компоновки заключается в том, что конструкция аппарата упрощается, а фильтр не требует очистки, поскольку он выбрасывается после однократного использования вместе с капсулой.
Изобретение также относится непосредственно к аппарату, описанному в настоящей заявке.
Термин «пищевой напиток» используется в широком смысле и включает в себя: кулинарные жидкости, такие как супы или соусы, питьевые жидкости, такие как экстракт кофе (получаемый из молотого и/или растворимого кофейного порошка), жидкий шоколад, молоко (получаемое из порошка и/или жидкого концентрата), экстракт чая (получаемый из быстрорастворимого и/или листового чая) и т.п., или питательные жидкости, такие как детское питание или их сочетания.
Термин «заваривание» или «заваренный» следует понимать не в узком смысле извлечения под давлением жидкости из не полностью растворимого вещества (такого как молотый кофе или листовой чай), а в широком смысле, как включающего в себя процесс взаимодействия между пищевым веществом и жидкостью, предпочтительно водой, в том числе, процесс экстракции, настаивания, адсорбции, растворения, разжижения, распыления, смешивания, эмульгирования, вспенивания и т.п.
Термин «разрывание» следует понимать в широком смысле, включая механическую обработку, такую как протыкание, разрезание, разламывание и/или разрывание для создания сквозного отверстия в стенке капсулы.
Дополнительные признаки изобретения изложены в подробном описании фигур ниже.
На фиг.1 показан вид в перспективе сверху укупоренной капсулы, используемой в системе по настоящему изобретению.
На фиг. 2 показан вид в перспективе снизу капсулы по фиг.1.
На фиг.3 показан вид в перспективе аппарата приготовления напитков по настоящему изобретению.
На фиг.4 показан вид в сечении аппарата приготовления напитков с находящейся внутри в него капсулой.
На фиг.5 показан детализированный вид в сечении аппарата с находящейся внутри в него капсулой перед раскрытием капсулы.
На фиг.6 показан детализированный вид в сечении аппарата с находящейся внутри него капсулой после разрывания капсулы.
На фиг.7 показан вид в перспективе зацепляющей части насадки для впрыскивания воды.
Как показано на фиг. 1 и 2 одноразовая капсула 1 содержит чашеобразный корпус 2, к которому герметично прикреплена укупоривающая фольга или мембрана 3. Укупоривающая фольга 3 герметично прикреплена к периферийному ободку 4 корпуса на укупоривающую кольцеобразную часть 5. Ободок 4 может выступать наружу, образуя небольшой кольцеобразный выступ размером примерно 2-5 мм. Чашеобразный корпус содержит нижнюю стенку 6 и боковую стенку 7, которая предпочтительно расширяется в направлении широкого открытого торца корпуса, расположенного оппозитно нижней стенке. Чашеобразный корпус предпочтительно является жестким или полужестким. Он может быть изготовлен из пищевого пластика, например полипропилена, с барьерным слоем, например, из сополимера этилена с виниловым спиртом или подобного материала, либо из алюминиевого сплава или сочетания пластика и алюминиевого сплава. Укупоривающая фольга 3 может быть выполнена из более тонкого материала, такого как слоистый пластик, также со слоем барьерного материала или алюминиевого сплава, либо из сочетания пластика и алюминиевого сплава. Укупоривающая фольга, например, обычно имеет толщину от 50 до 250 микрон. Элемент из укупоривающей фольги может быть проколот для образования впускного отверстия для воды и выпускных отверстий для напитка, как это будет описано далее.
Предпочтительно капсула симметрична вокруг центральной оси А. Однако капсула не обязательно должна имеет круглую форму, но также может иметь и другую форму, например, квадратную, прямоугольную или другую многоугольную форму.
Система, включающая в себя капсулу по изобретению и аппарат для приготовления напитков, изображена на фиг. с 3 по 7 и рассматривается ниже.
Как отмечалось выше, система содержит капсулу 1 и аппарат 23 для приготовления напитков. В аппарате имеется модуль 24, в который может быть вставлена капсула. Капсула содержит пищевое вещество для заваривания, капсула вынимается из модуля после ее использования для утилизации (например, для выбрасывания или вторичной переработки как органическое или неорганическое сырье). Модуль 24 гидравлически связан с источником подачи воды, например баком 25 для воды. Средства подачи жидкости, такие как насос 26, расположены в гидролинии 27, между модулем и источником подачи воды. Также имеется водонагреватель 28 для подогрева воды в гидролинии, перед подачей воды в модуль. Водонагреватель может быть вмонтирован в гидролинию для подогрева питьевой воды, поступающей из бака. Как вариант, водонагреватель может находиться непосредственно в баке для воды, который в этом случае становится бойлером. Разумеется, вода также может забираться непосредственно из водопровода через водопроводный кран. Аппарат может дополнительно содержать средства управления и средства включения (не показаны) для осуществления способа приготовления напитков.
Вода может подаваться в модуль 24 под низким давлением или даже самотеком. Например, давление у впускного отверстия модуля может быть до 2 бар выше атмосферного давления. Вода также может подаваться и под давлением свыше 2 бар, если используется нагнетающий насос, например поршневой насос.
Варочный модуль 24 может содержать два основных капсулоприемных подузла 29, 30, которые состоят из подузла для впрыскивания воды или насадки для впрыскивания воды и водонакопительного подузла, включая держатель капсулы. Два подузла образуют средства позиционирования и центрирования капсулы.
Два подузла соединяются друг с другом для захвата капсулы, например, при помощи байонетного соединения 31. Накопительный подузел 30 содержит канал 32 для жидкости, например, выступающий со стороны подузла для направления центрифугируемой жидкости, выходящей из капсулы, в емкость, например чашку или стакан. Канал для жидкости сообщается с накопителем 33 для жидкости, образующим U-образный или V-образный участок, проходящий вокруг держателя капсулы, образованного вращающимся барабаном 34, в который вставляется капсула, как это показано на фиг. 4. Накопитель 33 для жидкости образует накопительную полость 63 для сбора жидкости. Снизу накопительного подузла 30 находятся средства для приведения капсулоприемного барабана 34 во вращение внутри подузла.
Приводные средства предпочтительно содержат двигатель 40, который может быть электрическим или пневматическим.
Впрыскивающий подузел содержит впускное отверстие 35 для воды, которое сообщается с расположенной выше по потоку гидролинией 27 для подачи воды.
Вращающийся барабан 34 используется в качестве полого держателя капсулы, а форма внутренней полости 36 позволяет вставлять в нее капсулу. Вал 37 является продолжением барабана 34 и вращается относительно внешнего основания 38 накопителя 33 для жидкости в опорах 39, таких как шариковые или игольчатые подшипники. Таким образом, вращающийся барабан выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси I, тогда как внешнее основание 38 накопителя закреплено. Связь вала 37 с валом 42 двигателя 40 может осуществляться посредством муфты.
Что касается впрыскивающего подузла 29, то он содержит расположенное в центре него средство 45 для впрыскивания воды, которое неподвижно закреплено относительно оси I. Средство для впрыскивания воды содержит центральный трубчатый элемент 46 для подачи воды через впускное отверстие 35 к выпускному отверстию 47, проходящему во внутреннюю полость 14 капсулы. Выпускное отверстие для воды образуется прокалывающими средствами 48, например острым трубчатым наконечником, способным прокалывать отверстие в закрывающей капсулу фольге.
Вокруг средства для впрыскивания воды установлена вращающаяся зацепляющая деталь 49. У вращающейся зацепляющей детали 49 имеется центральное отверстие, в которое вставляется средство для впрыскивания воды и опоры, такие как шариковые или игольчатые подшипники 50, расположенные между деталью 49 и впрыскивающим средством.
Подузел 29 может дополнительно содержать трубчатую часть юбки 62, которая заходит во внутреннюю кольцеобразную камеру 63 накопительного узла 30, когда два подузла соединяются друг с другом вокруг капсулы. Подобная трубчатая часть юбки 62 образует опорную стенку для центрифугируемой жидкости, выходящей из капсулы. Подобная часть 62 предпочтительно неподвижно закреплена в подузле 29. Подузел дополнительно содержит захватную часть 64, помогающую устанавливать ее в накопительном подузле 30. Подобная захватная часть 64 может иметь ребристую поверхность, проходящую вдоль ее окружности для более удобного захвата рукой. Захватная часть может быть неподвижно закреплена на неподвижном основании подузла 29 при помощи винтов 67.
Разумеется, подобная часть может быть заменена рычажным механизмом или аналогичными приспособлениями.
По одному из аспектов изобретения вращающаяся зацепляющая часть содержит разрывающие элементы 53, расположенные по окружности части. Разрывающие элементы образованы небольшими выступами от нижней поверхности зацепляющей части. Разрывающие элементы предпочтительно расположены вдоль кольцевой траектории, образуя, таким образом, на поверхности зацепляющей части прокалывающий венец.
По предпочтительному способу разрывающие элементы являются цельнолитыми (т.е. неполыми) элементами, имеющими увеличенное основание и сужающийся наконечник. Например, разрывающие элементы могут быть небольшими усеченными пирамидами. После того как у периферийной части мембраны создается достаточное давление жидкости, как это показано на фиг.6, мембрана 3 деформируется наружу, в направлении разрывающих элементов 53. За счет расширяющейся формы боковой стенки 7 капсулы жидкость поднимается вверх (в направлении F), проходя через вещество, находящееся в капсуле, и давит на периферийную часть мембраны 3, заставляя, таким образом, мембрану разрываться об элементы 53. Поскольку элементы являются цельнолитыми, между краями проколотых отверстий в мембране и поверхностью разрывающих элементов имеются небольшие промежутки. Таким образом, фильтрование жидкости может осуществляться между элементами и мембраной. Использование дополнительного фильтра в капсуле может быть необязательным.
Таким образом, разрывающие элементы расположены у периферийной части стенки 55 и предпочтительно равномерно распределены для создания в капсуле нескольких выпускных отверстий для выхода через них из капсулы центрифугируемой жидкости несколькими потоками.
Как показано на фиг.7, небольшие пазы 71 для распределения жидкости могут быть расположены по ходу после впрыскивающей насадки. Кольцеобразное накопительное углубление 57 может быть расположено между элементами 53 и пазами 71 для более равномерного распределения объема жидкости. Пазы могут проходить через прижимную периферийную кромку 52 зацепляющей части, эта кромка с усилием прижимается к укупоривающей кромке 4 капсулы. Размер пазов может быть подобран таким образом, чтобы создавалось множество струй напитка, бьющих при центрифугировании с относительно высокой скоростью по опорной стенке 62. Например, размер каждого паза может быть от 0.05 до 1.0 мм. Количество пазов может быть разным. Например, может быть от 4 до 200 пазов, предпочтительно от 30 до 100 пазов.
По одному из непредставленных, альтернативных, вариантов разрывающие элементы 53 могут быть полыми, для того чтобы через них могла проходить жидкость. Однако поскольку полые элементы могут значительно быстрее забиваться мелкими твердыми частицами (например, молотого кофе), для снижения подобного риска в капсуле желательно использовать дополнительный фильтр.
По одному из аспектов изобретения впрыскивающий подузел 29 дополнительно содержит клапанную систему для управления потоком жидкости, выходящей из аппарата. Клапанная система может быть расположена на вращающейся части, входящей в зацепление с капсулой, в виде кольцеобразной зацепляющей части, которая отклоняется под действием упругих загрузочных средств, например пружин. Кольцеобразная зацепляющая часть включает в себя прижимную периферийную поверхность, которая под действием упругих нагружающих средств прикладывает смыкающее усилие к периферийному ободку 4 капсулы для ограничения потока жидкости. Поверхность может иметь конусную или V-образную форму для увеличения укупоривающего давления в ограниченной области. Зацепляющая часть также содержит внутреннее основание. Упругие нагружающие средства, таким образом, вставляются в пространство между основанием и противодействующим участком зацепляющей части. Таким образом, в состоянии покоя зацепляющий участок клапанной системы удерживает в сомкнутом положении ободок капсулы под действием сжимающего усилия от упругих средств.
Как уже упоминалось, соединительные средства 31 используются для соединения между собой двух подузлов 29, 30. Например, со стороны трубчатой поверхности впрыскивающего подузла 29 имеются небольшие штифты 65, которые могут входить в зацепление с боковыми фиксирующими отверстиями 66, находящимися на трубчатой поверхности накопительного подузла 30. Таким образом, соединение между двумя подузлами может осуществляться посредством вращательного углового или спирального смыкающего движения, позволяющего штифтам входить в продолговатые отверстия 66, Разумеется, могут использоваться и другие соединительные средства вместо байонетных. Например, специалисты в данной области техники могут использовать резьбовые средства или поступательные смыкающие средства.
Капсульная система по изобретению функционирует следующим образом. Капсулоприемное устройство открывается путем раздвижения двух подузлов 29, 30 в стороны друг от друга, т.е. путем разъединения байонетного соединения и разделения двух подузлов 29, 30. В результате этого одноразовая капсула 1, содержащая пищевое вещество, может быть помещена в полость вращающегося барабана 36. Капсула помещена в аппарат пока она еще газонепроницаемо закрыта укупоривающей фольгой 3. Затем аппарат закрывается путем соединения подузла 29 с подуздом 30 и фиксирования соединительными средствами. В сомкнутом положении капсула вскрывается средством для впрыскивания воды, которое разрывает укупоривающую фольгу капсулы и входит через впускное отверстие 35 для воды внутрь капсулы. Одновременно с этим при смыкании мембрана может быть ослаблена у периферийной части укупоривающей фольги разрывающими элементами 53. Ослабление мембраны может заключаться в осуществлении небольших углублений или небольших сквозных отверстий в мембране. Вода проникает в капсулу через центральную впрыскивающую насадку 45. Во впрыскивающих подузлах могут иметься вентиляционные отверстия для отвода из капсулы газа во время заполнения ее водой. Капсула приводится во вращение двигателем 40. Процесс центрифугирования может начинаться одновременно с введением в капсулу средства для впрыскивания воды или незадолго до или после подобной операции впрыскивания воды.
Например, при заваривании молотого кофе предпочтительно дать воде несколько секунд для того, чтобы заполнить капсулу до начала центрифугирования. Таким образом, вода может хорошо пропитать кофе до начала центрифугирования, не оставляя сухих областей с кофе.
Центрифугирование осуществляется путем вращения капсулы вокруг центральной оси I вращения, выровненной с центральной осью А капсулы. Скорость вращения предпочтительно составляет от 1000 до 16000 об/мин, более предпочтительно от 1500 до 10000 об/мин. В аппарате может иметься управляющее устройство для установки скорости вращения в зависимости от типа завариваемой жидкости и/или вещества, находящегося в капсуле. Чем выше скорость вращения, тем большее давление воздействует на периферийные стенки капсулы и тем сильнее вещество прижимается к боковой стенке и перфорируемой мембране капсулы. Важно заметить, что более высокая скорость вращения приводит к тому, что в завариваемом кофейном экстракте содержится меньшее количество твердых частиц, поскольку время нахождения жидкости в капсуле уменьшается. При более низкой скорости вращения получается более крепкий кофе (большее содержание твердых частиц кофе), поскольку время нахождения жидкости в капсуле увеличивается. Заваривание в капсуле происходит за счет того, что вода проходит через вещество, тем самым извлекая из него экстракт, либо частично или полностью рассеивая или растворяя вещество. Во время первого этапа заваривания жидкость не выходит из капсулы, поскольку отверстия еще не достаточно раскрыты или даже еще отсутствуют в мембране.
Под действием центробежных сил вещество, такое как кофейный порошок, прижимается радиально к периферийным стенкам 7, 17 внутренней части капсулы, когда вода стремится пройти через капсулу. В результате вещество одновременно спрессовывается и непосредственно смачивается водой. За счет высокой скорости вращения капсулы центробежные силы прикладываются равномерно ко всей массе вещества, В результате распределение воды становится более равномерным по сравнению с обычными способами, в которых для создания давления в капсуле используется насос. За счет этого уменьшается вероятность того, что вода пойдет через вещество по избранной траектории, что может привести к тому, что некоторые области будут недостаточно смочены и соответственно плохо заварены, рассеяны или растворены. При использовании порошка из молотого кофе жидкость, доходящая до внутренней боковой стенки капсулы, является жидким экстрактом.
По мере того, как давление у мембраны капсулы увеличивается, экстракт жидкости выталкивается вверх, вдоль внутренней поверхности боковой стенки капсулы. Расширение боковой стенки 7 капсулы способствует движению жидкости в капсуле вверх, в направлении отверстия. В результате этого мембрана 3 деформируется и в итоге прокалывается о разрывающие элементы 53. В результате центрифугируемая жидкость проходит через множество выпускных отверстий 18, создаваемых в капсуле, т.е. через крышку 8. Это является началом второго этапа, во время которого жидкость выходит через образованные отверстия.
Как отмечалось выше, выпускные отверстия ограничивают поток, что влияет на взаимодействие между водой и жидкостью, а также на образование пенки сверху напитка. Ограничение потока создает разрывное усилие и в итоге создает пенку или кофейную крему. Некоторое количество газа, находящегося в капсуле, может попадать в жидкость и создавать, в результате перепада давлений после ограничения потока, множество мелких пузырьков.
Задержка открытия мембраны капсулы зависит от различных параметров, таких как скорость центрифугирования, особенностей мембраны (прочность разрыва, толщина), формы разрывающих элементов и т.д.
Капсульная система по изобретению обеспечивает отличное заваривание твердого содержимого, лучше, чем у обычных систем. Результаты в значительной мере повторяются от капсулы к капсуле. Консистенция кремы также улучшается, она становится более густой, устойчивой и плотной.
Разумеется, изобретение допускает многочисленные варианты, которые входят в объем притязаний формулы изобретения ниже.