КАРТРИДЖ НАПИТКА И ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ
BEVERAGE CARTRIDGE AND FILTER ELEMENT

Ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка является продолжением заявки на выдачу патента США №13/073647, поданной 28 марта 2011 года, которая полностью включена ссылкой в настоящий документ.
Область техники
Настоящее изобретение относится к фильтрующему элементу, используемому для заваривания напитков. В частности, фильтрующий элемент облегчает заваривание напитка за счет повышенной проницаемости фильтрующего элемента для напитков, приготавливаемых из частиц, пригодных для заваривания. Кроме того, фильтрующий элемент может быть использован для уменьшения скапливания газа в закрытом устройстве для заваривания напитков во время заваривания. Фильтрующий элемент может быть использован в открытой системе или в жесткой, полужесткой или мягкой капсуле, вставляемой в закрытую систему для заваривания.
Уровень техники
Умение заваривать напитки для их последующего потребления представляет собой обычай, которому сотни лет. Ранее для заваривания напитков были созданы самые разные устройства для заваривания. В наше время созданы много типов и видов электромеханических бытовых и промышленных машин для заваривания, позволяющих быстро и эффективно приготавливать все виды потребляемых напитков, включая без ограничения самые разные виды чая, кофе и кофейных продуктов.
Фильтровальная бумага для использования при заваривании мало изменилась со времени ее первого создания в древних обществах. Она осталась тонкой подложкой, которая, удерживая частицы для заваривания, допускает проход текучей среды из этих частиц, когда через них проходит вода. Жидкость из этой текучей среды при последующем улавливании становится потребляемым напитком. Технология для такой фильтровальной бумаги, широкодоступной сегодня, мало отличается от той, что была впервые создана древними культурами. Для современных машин для заваривания, будь то в открытой или закрытой системе, необходима подходящая фильтровальная бумага, соответствующая достижениям в технологии заваривания напитков и усиливающая их.
Идея, лежащая в основе такой новой и инновационной фильтровальной бумаги или фильтрующего элемента, заключается в повышении степени проницаемости для текучих сред (т.е. жидкостей и газов) с одновременным сохранением прочности, которой должен характеризоваться фильтрующий элемент, особенно когда намочен при заваривании напитка. Эта повышенная проницаемость принесет много выгод в процессе заваривания напитка и, в конечном итоге, самому заваренному напитку.
Например, хорошо известно, что при обжаривании зеленых кофейных зерен возникают газы, которые диффундируют из кофейных зерен и/или частиц молотого кофе сразу же после обжарки и в течение продолжительного времени до использования и потребления. Хотя после помола кофейных зерен эта диффузия часто происходит с намного большей скоростью, на то, чтобы основная часть газа диффундировала из кофе, по-прежнему может уходить много часов или дней. Кофейные продукты обычно держат в течение подходящего периода времени, чтобы позволить им достаточно дегазироваться. Важно обеспечить эти периоды удерживания перед упаковкой жареного кофе для дистрибуции и продажи. Однако известно, что некоторые продукты из обжаренного кофе, особенно из зерен очень сильного (темного) обжаривания, с низким содержанием влаги и/или декофеинированных зерен, дегазируются очень медленно и могут не дегазироваться до степени, позволяющей использовать их в некоторых упаковках или случаях применениях без необходимости в специальной обработке.
Упаковка недостаточно дегазированного кофе в мягких капсулах или жестких капсулах или картриджах, предназначенных для использования в машинах для заваривания по требованию с повышенным давлением, таких как картриджи Т-диски, используемые в системе TASSIMO, может привести к проблемам при заваривании, связанным с высвобождением больших объемов газа при заваривании напитка. Чрезмерное высвобождение газов может повысить давление внутри картриджа до нежелательных уровней, ограничить поток воды через фильтрующий элемент, замедлить или вообще остановить заваривание, создать шум, создать нежелательную пену на напитке или вызвать другие проблемы, связанные с обработкой картриджа, такого как картридж Т-диск, описанного ниже типа, или при заваривании напитка из картриджа.
При заваривании важно улучшить способность заваривания за счет использования фильтра, обеспечивающего более высокую проницаемость через фильтрующий элемент, когда частицы, пригодные для заваривания, взаимодействуют с жидкостью. Нынешние фильтры главным образом обеспечивают проницаемость для жидкости или газа путем выбора материалов, используемых в самой фильтровальной бумаге, например целлюлозных материалов и/или волокнистых материалов. Структура этих фильтров имеет второстепенное значение, хотя и является фактором, способствующим проницаемости.
Кроме того, при заваривании большое высвобождение или выделение содержания газа является нежелательным и может создать впечатление некачественного исполнения машины для заваривания кофе или ее кофейного картриджа и/или вызвать озабоченность относительно правильной работы машины для заваривания и/или картриджа. Часто, когда происходят большие выделения содержания газа, потребитель слышит и замечает это. Это слышимое и заметное проявление выделений газа может быть весьма нежелательным и привести к негативному восприятию работы машины для заваривания. Нежелательным также, будь то в открытой или закрытой системе для заваривания, является присутствие избыточной влаги или лужиц воды, собравшейся в фильтровальной бумаге или вокруг нее, из-за непроницаемости фильтрующего элемента в смоченном состоянии.
Следовательно, желательно создать фильтрующий элемент для заваривания напитков, которые можно заваривать, в закрытой или открытой системе для заваривания. В приведенном ниже более подробном описании предлагается фильтровальная бумага для использования в закрытой или открытой системе для заваривания.
Сущность изобретения
Соответственно, настоящее изобретение предоставляет картридж напитка, предназначенный для использования в машине для приготовления напитков, содержащий:
a) камеру, причем камера содержит по меньшей мере одну по существу замкнутую часть, причем указанная по меньшей мере одна по существу замкнутая часть содержит основание с периметром и стенку, соединенную с периметром основания;
b) среду напитка, расположенную в указанной камере;
с) устройство для фильтрования напитка, содержащее:
i) устройство держателя фильтра, функционально соединенное с указанной камерой, причем держатель фильтра расположен в камере;
ii) фильтрующий элемент, содержащий первую поверхность и вторую поверхность, расположенную противоположно первой поверхности, причем вторая поверхность, по меньшей мере, частично прикреплена к держателю фильтра, причем фильтрующий элемент содержит несколько микроотверстий, проходящих через фильтрующий элемент, причем указанные несколько микроотверстий проходят от первой поверхности ко второй поверхности фильтрующего элемента; и
d) уплотнительный элемент, расположенный на стенке камеры, посредством которого картридж напитка уплотнен и закрыт.
Устройство для фильтрования напитка повышает проницаемость для текучей среды, будь то жидкость или газ, протекающей через картридж напитка во время заваривания. Количество микроотверстий в фильтрующем элементе находится в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 1000 микроотверстий. Предпочтительно, количество микроотверстий в фильтрующем элементе находится в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 500 микроотверстий.
Раскрытый в настоящем документе картридж напитка предпочтительно содержит среды напитка, представляющие собой частицы свежемолотых кофейных зерен. В этом случае частицы свежемолотого кофе герметично упакованы в картридже напитка сразу же после помола обжаренного кофе. При упаковке частиц молотого кофе частицы молотого кофе характеризуются почти максимальным содержанием газа. Согласно одному варианту осуществления, раскрытому в настоящем документе, свежемолотый кофе представляет собой кофе сильного (темного) способа обжаривания, характеризующийся максимальным содержанием газа при заваривании.
Фильтрующий элемент может быть выполнен из целлюлозного материала, нетканого материала, из одного или нескольких типов синтетических волокон или сочетания по меньшей мере двух типов материалов. Раскрытый в настоящем документе фильтрующий элемент содержит открытые зоны, расположенные на его первой поверхности и его второй поверхности. В сумме открытые зоны составляют более приблизительно 2% общей площади поверхности фильтрующего элемента. Предпочтительно, открытые зоны на первой и второй поверхностях фильтрующего элемента составляют более приблизительно 10% общей площади поверхности фильтрующего элемента. Наиболее предпочтительно, открытые зоны на первой и второй поверхностях фильтрующего элемента составляют более приблизительно 15% общей площади поверхности фильтрующего элемента.
Каждое из микроотверстий, используемых в настоящем документе, характеризуется средним диаметром в диапазоне от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 0,8 мм. Предпочтительно, каждое микроотверстие характеризуется диаметром в диапазоне от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 0,7 мм. Наиболее предпочтительно, микроотверстия характеризуются диаметром в диапазоне от приблизительно 0,3 мм до приблизительно 0,6 мм.
Предпочтительными средами напитка, раскрытыми в настоящем документе, являются частицы свежемолотого кофе. Согласно настоящему документу частицы свежемолотого кофе могут быть герметично упакованы в картридже напитка сразу же после обжарки частиц свежемолотого кофе. Частицы молотого кофе могут характеризоваться почти максимальным содержанием газа при упаковке частиц молотого кофе.
Важно отметить, что выбранным механизмом доставки напитка в настоящем документе может быть жесткий картридж, нежесткая или полужесткая капсула, которая содержит среды напитка или сам фильтрующий элемент для использования в машине для заваривания. Фильтрующий элемент обеспечивает повышенную и усиленную проницаемость для текучей среды, проходящей через него.
Кроме того, настоящее изобретение предоставляет фильтрующий элемент для использования при заваривании напитков, например, в машинах для заваривания напитков на основе открытых систем. Фильтрующий элемент содержит первую поверхность, вторую поверхность, расположенную противоположно первой поверхности, и несколько микроотверстий, проходящих через фильтрующий элемент. Указанные несколько микроотверстий проходят от первой поверхности ко второй поверхности фильтрующего элемента. Кроме того, на первой и второй поверхностях фильтрующего элемента находится открытая поверхность, составляющая по меньшей мере 5% от общей площади поверхности от каждой из первой и второй поверхностей фильтрующего элемента.
Краткое описание чертежей
Хотя после описания следует формула изобретения, конкретно отмечающая и четко заявляющая настоящее изобретение, варианты осуществления, описанные в настоящем документе, будут лучше понятны из последующего описания со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями и на которых:
на фиг.1 представлено изображение поперечного сечения картриджа в соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2а представлен вид сверху в собранном состоянии предпочтительного варианта осуществления картриджа напитка, раскрытого в настоящем документе;
на фиг.2b представлен вид снизу в собранном состоянии предпочтительного варианта осуществления, представленного на фиг.2а;
на фиг.3 представлен покомпонентный вид предпочтительного варианта осуществления картриджа напитка, раскрытого в настоящем документе; и
на фиг.4 представлен частичный вид спереди фильтрующего элемента, раскрытого в настоящем документе, на котором показаны микроотверстия, проходящие через него.
Термины и определения
Приведенные ниже определения терминов призваны служить в качестве руководства и для помощи в понимании, но не предназначены ограничивать значения этих терминов приведенными определениями.
Под термином «закрытая система для заваривания» в настоящем документе подразумевают устройство для заваривания, в котором используют замкнутую капсулу для заваривания, содержащую, по меньшей мере, субстрат для заваривания и фильтрующий элемент, расположенные в замкнутой капсуле для заваривания.
Под термином «открытая система для заваривания» в настоящем документе подразумевают устройство для заваривания, в котором используют камеру для заваривания, на которую действуют условия атмосферного давления.
Под термином «сильный (темный) способ обжаривания» в настоящем документе подразумевают полученный результат обжаривания кофейных зерен, которые обжарены дольше и при высоких температурах, в результате чего кофейные зерна характеризуются очень темным цветом.
Под термином «свежемолотые» в настоящем документе подразумевают кофейные зерна, размолотые в различимые частицы, но не в порошок, т.е. не преобразованные в порошкообразную форму.
Под термином «почти максимальное содержание газа» или «максимальное содержание газа» подразумевают наивысшее измеримое содержание газа в кофейных зернах, обычно сразу же после обжаривания и помола кофейных зерен.
Под термином «нетканый материал» или «нетканые материалы» в настоящем документе подразумевают волокна, используемые для изготовления волокнистого материала или материала, при изготовлении которого не используется тканье.
Под термином «синтетика» или «синтетические волокна» подразумевают волокна для использования в настоящем документе, являющиеся, по существу, искусственными и не встречающимися естественным образом или из естественных источников.
Под термином «картридж напитка» или «картридж» в настоящем документе подразумевают устройство, удерживающее в себе среды для заваривания. Картридж, раскрытый в настоящем документе, вставляют в соответствующим образом конструктивно исполненную машину для заваривания напитков, предназначенную для заваривания или создания напитка с использованием качеств и характеристик, заключающихся в средах напитка.
Под терминами «среды напитка», «среда напитка» или «частицы напитка» в настоящем документе подразумевают частицы конкретного вида и характера, содержащие букет и качества напитка, подлежащего завариванию или созданию из них иным образом. Следует отметить, что термин «среды» в настоящем документе используют как множественное число термина «среда».
Под термином «открытая зона» в настоящем документе подразумевают те части фильтрующего элемента, которые содержат микроотверстия, в совокупности образующие суммарную открытую зону на фильтрующем элементе, раскрытом в настоящем документе.
Под термином «закрытая зона» в настоящем документе подразумевают те части фильтрующего элемента, которые не содержат микроотверстий, в совокупности образующие суммарную закрытую зону на фильтрующем элементе, раскрытом в настоящем документе.
Под термином «фильтрующий элемент» или «фильтровальная бумага» в настоящем документе подразумевают подложку, через которую осуществляют заваривание напитка из частиц напитка.
Под термином «фильтр напитка» в настоящем документе подразумевают конкретную конструкцию, которая вмещает среды напитка, раскрытые в настоящем документе, и сама расположена в картридже напитка.
Под термином «частицы, пригодные для заваривания» или «субстрат для заваривания» в настоящем документе подразумевают частицы или среды напитка, проходящая через которые или по которым жидкость смешивается с составляющими частиц для получения напитка, содержащего составляющие частиц как часть заваренного напитка.
Подробное описание изобретения
В соответствии с одним вариантом осуществления, раскрытым в настоящем описании, раскрывает картридж напитка, предназначенный для использования в машине для приготовления напитков. Картридж напитка содержит:
a) камеру, содержащую по меньшей мере одну по существу замкнутую часть, причем указанная по меньшей мере одна по существу замкнутая часть содержит основание с периметром и стенку, соединенную с периметром основания;
b) среду напитка, расположенную в указанной камере;
c) устройство для фильтрования напитка, содержащее:
i) устройство держателя фильтра, функционально соединенное с указанной камерой, причем держатель фильтра расположен в камере;
ii) фильтрующий элемент, содержащий первую поверхность и вторую поверхность, расположенную противоположно первой поверхности, причем вторая поверхность, по меньшей мере, частично прикреплена к держателю фильтра, причем фильтрующий элемент содержит несколько микроотверстий, проходящих через фильтрующий элемент, причем указанные несколько микроотверстий проходят от первой поверхности ко второй поверхности фильтрующего элемента; и
d) уплотнительный элемент, расположенный на стенке камеры, посредством которого картридж напитка уплотнен и закрыт.
На практике устройство для фильтрования напитка повышает проницаемость для текучей среды, будь то жидкость или газ, протекающей через картридж напитка во время заваривания. Количество микроотверстий в фильтрующем элементе находится в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 1000 микроотверстий. Предпочтительно, количество микроотверстий в фильтрующем элементе находится в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 500 микроотверстий.
Раскрытый в настоящем документе картридж напитка предпочтительно содержит среды напитка, представляющие собой частицы свежемолотых кофейных зерен. В этом случае частицы свежемолотого кофе герметично упакованы в картридже напитка сразу же после обжарки частиц свежемолотого кофе. Во время упаковке частиц молотого кофе частицы молотого кофе характеризуются почти максимальным содержанием газа. Согласно одному варианту осуществления, раскрытому в настоящем документе, свежемолотый кофе представляет собой кофе сильного (темного) способа обжаривания, характеризующийся максимальным содержанием газа при заваривании.
Фильтрующий элемент может выполняться из целлюлозного материала, нетканого материала, из одного или нескольких типов синтетических волокон или сочетания по меньшей мере двух типов материалов. Раскрытый в настоящем документе фильтрующий элемент содержит открытые зоны, расположенные на первой поверхности и второй поверхности фильтрующего элемента, составляющие более приблизительно 2% общей площади поверхности фильтрующего элемента. Предпочтительно, открытые зоны на первой и второй поверхностях фильтрующего элемента составляют более приблизительно 10% общей площади поверхности фильтрующего элемента. Наиболее предпочтительно, открытые зоны на первой и второй поверхностях фильтрующего элемента составляют более приблизительно 15% общей площади поверхности фильтрующего элемента.
Микроотверстия, используемые в настоящем документе, характеризуются средним диаметром в диапазоне от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 0,8 мм. Предпочтительно, каждое микроотверстие характеризуется диаметром в диапазоне от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 0,7 мм. Наиболее предпочтительно, микроотверстия характеризуются диаметром в диапазоне от приблизительно 0,3 мм до приблизительно 0,6 мм.
Важно отметить, что выбранным механизмом доставки напитка в настоящем документе может быть жесткий картридж, нежесткая или полужесткая капсула, которая содержит среды напитка или сам фильтрующий элемент для использования в машине для заваривания, причем этот фильтрующий элемент обеспечивает повышенную и усиленную проницаемость для текучей среды, проходящей через него.
Кроме того, настоящее изобретение предоставляет фильтрующий элемент для использования при заваривании напитков. Фильтрующий элемент содержит первую поверхность, вторую поверхность, расположенную противоположно первой поверхности, и несколько микроотверстий, проходящих через фильтрующий элемент. Указанные несколько микроотверстий проходят от первой поверхности ко второй поверхности фильтрующего элемента. Кроме того, на первой и второй поверхностях фильтрующего элемента находится открытая поверхность, составляющая по меньшей мере 5% от общей площади поверхности от каждой из первой и второй поверхностей фильтрующего элемента. Раскрытый в настоящем документе картридж может содержать среду напитка, такую как свежемолотый кофе. В этом случае частицы свежемолотого кофе герметично упакованы в картридже напитка сразу же после обжарки и помола кофейных зерен. При упаковке частиц молотого кофе частицы молотого кофе характеризуются почти максимальным содержанием газа. Согласно одному варианту осуществления, раскрытому в настоящем документе, свежемолотый кофе представляет собой кофе сильного (темного) способа обжаривания, характеризующийся максимальным содержанием газа при заваривании. Фильтрующий элемент может быть выполнен из целлюлозного материала, нетканого материала, из одного или нескольких типов синтетических волокон или сочетания по меньшей мере двух типов материалов.
Общая форма картриджа 1, как показано на фиг.1, является по существу кольцевой или дискообразной. Диаметр картриджа 1 больше его высоты. Обычно общий диаметр наружного элемента 2 составляет 74,5 мм±6 мм, а общая высота составляет 16 мм±3 мм. Кроме того, обычно объем картриджа 1 в собранном состоянии составляет 30,2 мл±20%.
Наружный элемент 2 обычно содержит чашеобразную оболочку 10, содержащую криволинейную кольцевую стенку 13, закрытую верхнюю часть 11 и открытую нижнюю часть 12. Диаметр наружного элемента 2 в верхней части 11 меньше по сравнению с диаметром в нижней части 12. Это является результатом расширения кольцевой стенки 13 от закрытой верхней части 11 к открытой нижней части 12. Кольцевая стенка 13 и закрытая верхняя часть 11 вместе образуют приемник, содержащий внутреннюю часть 34.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления, раскрытым в настоящем документе, наружный элемент 2 выполнен как одна цельная деталь из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, полистирола, полиэфира или слоистого материала, состоящего из двух или более подобных материалов или смесей подобных материалов. Подходящий полипропилен для использования в настоящем документе включают в себя ряд полимеров, выпускаемых компанией DSM UK Limited (г. Реддич, Соединенное Королевство). Наружный элемент 2 может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Технологическим процессом изготовления может литье под давлением. Подходящие картриджи типа, предусмотренного в настоящем документе, подробнее описаны в патенте США №7287481, причем указанный патент ссылкой полностью включается в настоящий документ.
На фиг.2а и 2b представлен собранный и предпочтительный вариант осуществления картриджа 1 напитка, раскрытого в настоящем документе. Наиболее предпочтительно, картридж 1 напитка вмещает молотый кофе. Следует, однако, отметить, что картридж 1 напитка характеризуется подходящим типом и конструкцией, как отмечено выше, для частиц напитка вида, известного как выделяющего газы при заваривании, и, в частности, для частиц кофе.
На фиг.2b представлена нижняя сторона картриджа 1, представленного на фиг.2а. Картридж 1 напитка, показанный на фиг.2а и 2b, представляет собой предпочтительное исполнение картриджа 1 напитка, но важно отметить, что в числе возможных картриджей 1 напитка для использования в настоящем документе остаются и другие подходящие конструкции.
На фиг.3 представлен покомпонентный вид предпочтительного варианта картриджа 1 напитка, раскрытого в настоящем документе. Как показано, картридж 1 напитка содержит четыре основных компонента: камеру 20 для частиц, держатель 25 фильтра, фильтрующий элемент 30 и слоистый уплотнительный материал 35. Хотя на фиг.3 среды напитка не показаны, специалисты поймут, что эти среды напитка находятся в камере 25 для частиц и удерживаются в ней держателем 25 фильтра и фильтрующим элементом 30.
Фильтрующий элемент 30 прикреплен к держателю 25 фильтра, предпочтительно, посредством адгезива. Использование подходящего адгезива или клея для крепления фильтрующего элемента 30 к держателю 25 фильтра хорошо известно и само по себе не образует часть раскрытого в настоящем документе изобретения. Когда фильтрующий элемент 30 прикреплен к держателю 25 фильтра, частицы напитка, находящиеся в камере 20 для частиц, являются по существу неподвижными и по существу не будут проникать через фильтрующий элемент 30, хотя и возможна некоторая миграция сред напитка из камеры 20 для частиц через фильтрующий элемент 30. Величина этой миграции крайне незначительна.
Что касается фильтрующего элемента 30, установлено, что обдуманное введение очень мелких микроотверстий подходящего размера и числа в фильтрующий элемент 30 может эффективно уменьшить или устранить проблемы выделения газа при заваривании, вызванные использованием не полностью дегазированного кофе перед его упаковкой.
Предпочтительно, перфорации или микроотверстия 40 могут быть выполнены в фильтрующем элементе 30 с помощью одной или нескольких иголок для шприца со скошенным кончиком, характеризующихся значениями диаметра в субмиллиметровом диапазоне. Это лишь один способ, каким могут быть выполнены эти микроотверстия 40 в фильтрующем элементе 30. Могут быть использованы и другие подходящие способы, известные в данной области техники, обеспечивающие определенные характеристики микроотверстий 40.
Например, важно, чтобы микроотверстия 40 были диаметром менее одного микрона. Кроме того, важно, чтобы микроотверстия 40 проходили на всю глубину фильтрующего элемента 30. В большинстве случаев, раскрытых в настоящем документе, микроотверстия 40 будут характеризоваться по существу одинаковым диаметром по всей своей длине. На практике важно, чтобы диаметр каждого микроотверстия был достаточно большим, чтобы позволить проходить молекулам газа, но достаточно малым, чтобы оказывать сопротивление прохождению через них больших и/или визуально различимых количеств сред напитка.
Существует возможность выполнить одно или несколько микроотверстий 40, характеризующихся нецилиндрическими формами, например конической формой. В таких случаях диаметр одного или нескольких микроотверстий 40 изменяется по глубине фильтрующего элемента 30. Такое исполнение может использоваться в случае, когда достигается захватывание более крупной среды напитка, но одновременно по-прежнему обеспечивается подходящий поток текучей среды (жидкости или газа) через фильтрующий элемент 30 при заваривании напитка.
Вышеотмеченная конструкция фильтрующего элемента 30 в картридже для заваривания напитков является уникальной. Обычно заваривание напитков через фильтрующую среду происходит с использованием фильтровальной бумаги, которая за счет своей структуры обеспечивает некоторую степень проницаемости для текучих сред. Такая широко известная фильтрующая среда (например, фильтры для кофе компании MR. COFFEE) структурно не выполнена для повышения проницаемости для жидкости через нее иным образом, нежели путем использования конкретных материалов, используемых для изготовления такой фильтрующей среды, т.е. бумаги, которая в смоченном состоянии всасывает жидкость.
Напротив, раскрытый в настоящем документе фильтрующий элемент 30, который может быть изготовлен из известных материалов, используемых для фильтрования жидкостей и/или газов, физически выполнен с микроотверстиями 40 для повышения, в частности, проницаемости для жидкости напитка через него. Включение микроотверстий 40 происходит без жертвования конструктивной целостностью фильтрующего элемента 30. А именно прочность в мокром состоянии раскрытого в настоящем документе фильтрующего элемента 30 с микроотверстиями является достаточной для поддержания его конструктивной целостности в смоченном состоянии, а также во время использования и после него.
В дополнение к использованию микроотверстий 40 в фильтрующем элементе 30 было к удивлению установлено, что сочетание размера микроотверстий и количества микроотверстий 40, выполненных в фильтрующем элементе 30, может быть оптимизировано для того, чтобы позволить даже свежемолотый кофе сильного (темного) способа обжаривания с низким содержанием влаги, характеризующийся очень высоким содержанием газа, сразу же упаковывать в картриджи 1 и заваривать без необходимости вначале выдерживать кофе в течение продолжительного периода времени до упаковки с тем, чтобы позволить ему дегазироваться.
Эта немедленная упаковка представляет собой значительную выгоду предпочтительного варианта осуществления, описанного в настоящем документе. Благодаря этой немедленной или по существу немедленной упаковке время производства картриджей может быть резко сокращено, что обеспечивает более быстрое попадание картриджей 1 напитка на рынок. Не опасаясь проблем при эксплуатации в машине для приготовления напитков, использующей картриджи 1 напитка, изготовление этих картриджей 1 напитка можно ускорить за счет исключения значительного времени на дегазацию полученных сред напитка, например частиц свежемолотого кофе.
Кроме того, установлено, что использование фильтрующих микроотверстий 40, по существу большего размера, чем наименьшие частицы напитка, не приводит в оптимизированных конструктивных исполнениях к прохождению проблематичного количества среды напитка и утечке через фильтрующий элемент 30 при заваривании. Считается, что конструкция с направленным вверх потоком показательного и предпочтительного картриджа 1 напитка, раскрытого в настоящем документе (т.е. Т-диск для кофемашины TASSIMO), и относительно малая общая площадь микроотверстий, выполненных согласно предпочтительным вариантам осуществления, в совокупности способствуют ограничению числа частиц, проходящих через фильтрующий элемент 30.
Раскрытый в настоящем документе фильтрующий элемент 30 предпочтительно выполнен из целлюлозных (т.е. на основе бумаги) материалов. Эти целлюлозные материалы могут быть смешаны с неткаными и/или синтетическими волоконными материалами. Независимо от используемых материалов или их сочетаний, полученный в результате фильтрующий элемент 30 будет характеризоваться достаточной прочностью в мокром состоянии для того, чтобы оказывать сопротивление разрыву или любому разрушению фильтрующего элемента 30.
Согласно одному варианту осуществления, раскрытому в настоящем документе, фильтрующий элемент 30 содержит мат волокон в нетканой конфигурации. Под термином «нетканая конфигурация» в настоящем документе подразумевают помещение волокон в подложку, причем волокна не сотканы между собой в сетку или подобную сетке форму. В такой конструкции фильтр напитка не обладает дискретной пористостью. Под термином «дискретная пористость» в настоящем документе подразумевают, что фильтрующий элемент 30, не будучи дискретно пористым, не обеспечивает прямой маршрут для утечки текучих сред посредством втекания или истечения. Следовательно, жидкости проходят через этот фильтрующий элемент 30 извилистым путем через небольшие промежутки между перекрывающимися волокнами.
Однако установлено, что введение даже малого количества микроотверстий диаметром менее одного миллиметра или микроотверстий, проходящих через фильтрующий элемент 30, может существенно повысить его проницаемость для текучей среды, по-прежнему эффективно ограничивая прохождение твердых частиц, из которых состоит среда напитка. Установлено также, что, преимущественно, эти микроотверстия 40 не ослабляют в сколь либо значительной степени конструктивную целостность или прочность в мокром состоянии фильтрующего элемента 30. Это важный признак, поскольку отсутствие ослабления конструктивной целостности фильтрующего элемента 30 предотвращает его разрыв или лопанье при заваривании напитка, особенно при заваривании в условиях повышенного давления. Таким образом, потенциальные эксплуатационные проблемы с фильтрующим элементом 30 предотвращены.
На практике фильтрующий элемент 30 обычно является намного более проницаемым для текучих сред, чем неперфорированная фильтровальная бумага. В неперфорированной фильтровальной бумаге жидкость, проходящая через нее, заполняет и затем блокирует промежутки, присутствующие в ее волокнах. При смачивании неперфорированной фильтровальной бумаги ее волокна расширяются, тем самым уменьшая любые большие поровые пространства, имеющиеся в фильтровальной бумаге до ее смачивания. Это снижает проницаемость неперфорированной фильтровальной бумаги при ее смачивании.
2
2
Считается, что при использовании микроотверстий в фильтрующем элементе 30 газ, выделяющийся из частиц напитка, находящихся в картридже, может при заваривании характеризоваться более высокой скоростью высвобождения СО из картриджа 1 напитка. Без использования микроотверстий 40, раскрытых в настоящем документе, фильтрующий элемент 30 намокает, и его способность обеспечивать прохождение через него газообразного СО значительно снижается.
Хотя известно, что неадекватно дегазированные частицы кофе обычно не позволяют добиться оптимального заваривания из картриджей напитка, к удивлению установлено также, что некоторые виды кофе, характеризующиеся очень высокими начальными значениями содержания газа, могут по-прежнему вызывать нежелательное повышение давления во время заваривания даже после выдерживания в течение продолжительных периодов для снижения содержания газа.
Подходящие частицы напитка типа и вида, предполагаемых в настоящем документе, включают в себя, кроме прочего, молотый кофе, чайные листья, прессованные частицы, используемые для создания чайных напитков, какао и другие частицы напитка, которые могут выделять один или несколько типов газов или пар во время заваривания, и/или могут уменьшить проницаемость для воды через слой этих сред напитка во время заваривания, и/или могут уменьшить проницаемость фильтрующего элемента 30, взаимодействующего с этими частицами во время заваривания.
Кроме того, могут быть использованы добавки, включающие, кроме прочего, подслащивающие вещества, камеди, вкусовые и ароматизирующие вещества, масла и порошки для сливок, и другие типы добавок, известные специалистам, для заваривания напитков. Следует отметить, что использование добавок, раскрытых в настоящем документе, представляет собой улучшение повышения проницаемости жидкости через фильтрующий элемент 30 для создания напитка.
Приготовление кофе для потребления хорошо известно. Далее приводится типичное описание этого процесса. Во-первых, в обжарочном аппарате зерна кофе обжаривают. Обжарочный аппарат устанавливают на температуру, зависящую от того, какой вид обжаренного кофе собираются получить (например, от слабого (светлого) до сильного (темного) способа обжаривания). Например, профиль температуры указанного обжарочного аппарата может быть в диапазоне от приблизительно 370°F до приблизительно 540°F (т.е., от приблизительно 188°C до приблизительно 282°С), причем зерна обжаривают в течение некоторого времени в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 30 минут.
Для получения кофе лучшего вкуса разработаны много разных механизмов. Почти во всех из этих способов обжаривания кофе используют одни и те же базовые процессы. Вначале зеленые кофейные зерна нагревают обжариванием. Это нагревание дает в результате высушивание кофейных зерен путем испарения воды, до этого содержащейся в них. При достижении кофейным зерном температуры приблизительно 320°F (160°С) происходят экзогенные химические реакции. Эти реакции достигают своего предельного потенциала при температуре приблизительно 428°F (220°С).
2
2
Дальнейшее повышение давления в жареных кофейных зернах вызывает высвобождение из них диоксида углерода (CO) и водяного пара и уменьшение плотности кофейных зерен. Высвобождение CO приводит к расширению кофейных зерен в размере и знакомому раскалыванию и взрыванию зерен. После достаточного длительного обжаривания зерна (обычно приблизительно от 8 (восьми) приблизительно до 12 (двенадцати) минут в зависимости от требуемого обжаривания) его быстро охлаждают с помощью воды и холодного воздуха в охладителе.
Процесс обжаривания кофе вызывает многочисленные изменения внешнего вида кофейных зерен. Например, кофейные зерна меняют свой цвет с зеленого на цвет от коричневого до почти черного в зависимости от количества тепла, давления и времени, использованных при обжаривании. Обычно чем при большей температуре и/или дольше обжариваются зеленые кофейные зерна, тем больше цвета они обретут (например, очень темный цвет, связанный с кофейными зернами сильного (темного) способа обжаривания). В результате обжаривания плотность кофейных зерен снижается приблизительно на 20-40%. Кроме того, обжаренные кофейные зерна претерпевают увеличение среднего объема (часто на 50% или более), претерпевая также значительное снижение содержания воды (до 85%).
При обжаривании кофейные зерна могут быть помещены в горизонтальный вращающийся барабан или вертикальный вращающийся барабан. Кофейные зерна в барабанах подвергают воздействию горячих газов, температура которых на входе в барабаны может достигать 450°С. При смешивании с кофейными зернами эти газы охлаждаются. Кофейные зерна обычно намного холоднее газов, что приводит к созданию в барабане температурного градиента. В большинстве обычных процессов охлаждения кофейные зерна остаются в барабане в течение от приблизительно 8 (восьми) до приблизительно 12 (двенадцати) минут, пока не достигнут заданных характеристик обжаривания (например, объем, цвет, прочность и т.п.).
Одним из наиболее распространенных способов промышленного обжаривания кофе является обжаривание в псевдоожиженном слое. При обжаривании в псевдоожиженном слое кофейным зернам передаются взрывы высокоскоростных газов из нижней части. Это позволяет зернам перемещаться в псевдоожиженном слое управляемым образом и дает в результате конечный продукт высокого качества. Поскольку в процессе обжаривания кофейные зерна увеличиваются в размере, для обеспечения равномерно обжаривания важно изменять скорость, с которой газ протекает через псевдоожиженный слой. Подходящий способ обжаривания кофе раскрыт в патентах США №6207211 и №4737378, каждый из которых ссылкой включается в настоящий документ.
После обжаривания в псевдоожиженном слое зерна охлаждают. Этот процесс охлаждения называется тушением. Кроме того, обжаренные зерна можно выдерживать для дегазации после измельчения на мелкие частицы в процессе помола. Дегазация представляет собой процесс, предназначенный для высвобождения избытка газа из свежеобжаренных кофейных зерен перед упаковкой и потреблением. В типичном процессе после дегазации обжаренные зерна или частицы молотого кофе упаковывают. В настоящем изобретении эта стадия дегазации предпочтительно либо исключена, либо существенно сокращена, поскольку картриджи 1 напитка типа, предусмотренного и раскрытого в настоящем документе, допускают последующее эффективное высвобождение газа во время заваривания напитка благодаря наличию микроотверстий 40.
Пример
3
3
3
1-килограммовую загрузку зерен кофе Арабика (смесь 50/50 зерен из Центральной Америки и Бразилии) обжаривали в течение 13 минут в обжарочном аппарате «Probat Probatino» и гасили воздухом для получения кофе сильного (темного) способа обжаривания, характеризующегося цветом обжаривания 4,9 (по колориметру серии DR производства компании Hach-Lange, Германия) и влажностью 1,0%. Обжаренные зерна хранили три дня при комнатной температуре в вентилируемой пластиковой сумке и затем перемололи на жерновой мельнице для получения молотого кофе, характеризующегося средним размером частиц приблизительно 830 микрон (Х50) и содержанием газа 3,5 см/г. Для сравнения: упаковывать кофе в картриджи с конструкцией Т-диск, описанные в настоящем документе, желательно после дегазации до значений содержания газа менее приблизительно 1,5 см/г, предпочтительно менее приблизительно 1 см/г, чтобы минимизировать вероятность проблематичного заваривания.
Сразу же после помола отдельные образцы кофе по 14,5 г были запечатаны в промышленных Т-дисках, изготовленных с использованием фильтрующего элемента, характеризующегося площадью приблизительно 635 квадратных миллиметров. Фильтрующий элемент представляет собой бумагу, содержащую синтетические и натуральные волокна, и характеризуется плотностью приблизительно 40 грамм на квадратный метр. Хотя перед запечатыванием в Т-дисках молотый кофе для достаточной дегазации обычно выдерживают от нескольких часов до нескольких дней, в данном случае время выдерживания не использовалось, чтобы максимизировать содержание газа в кофе и его потенциал в части создания проблем при заваривании.
Фильтровальная бумага в контрольном Т-диске не содержала отверстий, а бумага в перфорированном Т-диске этого ПРИМЕРА характеризовалась 3% открытой площадью, обеспеченной путем выполнения 261 микроотверстий иглой для шприца размером 30G, характеризующейся диаметром 0,305 мм. Эти микроотверстия или перфорации были разнесены в бумаге неравномерно, но довольно равномерно разделены среди десяти сегментов, образованных лежащими внизу опорными элементами. Напитки из Т-дисков заваривали в машине для заваривания с повышенным давлением BOSCH Т-45 TASSIMO с использованием стандартной программы, запрограммированной на 20-секундную паузу после заваривания напитка. Камеру для заваривания открыли для извлечения израсходованного Т-диска сразу же после завершения программы.
Открытие камеры после заваривания напитка из контрольного Т-диска сопровождалось шумным сбросом давления. Кроме того, при извлечении контрольного Т-диска обнаружили большие количества жидкости для заваривания и кофейной гущи, оставшиеся на площадке для заваривания, - это является субоптимальным. В отличие от контрольного Т-диска, ни шум, ни сброс давления не наблюдали при открытии камеры после заваривания напитка из Т-диска согласно этому примеру (т.е. картриджа напитка), и после извлечения Т-диска площадка для заваривания оставалась чистой от жидкости для заваривания и частиц напитка.
Полученные напитки затем отфильтровали через фильтровальную бумагу WHATMAN в вакуумированный сосуд для сбора небольших частиц кофе, высвободившихся из Т-диска во время заваривания. Оба напитка содержали небольшие количества видимых частиц кофе, и при внимательном рассмотрении оказалось, что из отфильтрованного контрольного напитка собрали чуть больше осадка, чем из кофе, заваренного из Т-диска согласно этому примеру. Свежие кофейные напитки проверили на вкус и нашли их очень близкими по вкусу, аромату и общему качеству.
В заключение, оба напитка, как заваренный из контрольного картриджа напитка, так и заваренный из картриджа напитка согласно этому примеру, отвечали установленным целевым показателям качества, но характеристики процесса заваривания контрольного Т-диска были признаны не отвечающими техническим условиям. Кроме того, было установлено, что и другие сочетания открытой зоны перфорированной фильтровальной бумаги и размера микроотверстий были эффективными в части значительного улучшения характеристик процесса заваривания из Т-диска согласно этому примеру по сравнению с контрольным Т-диском.
Помимо вышеприведенного примера, оценка и других недегазированных молотых видов кофе, характеризующихся различным цветом обжаривания, размером помола и влажностью, продемонстрировала возможность значительного улучшения характеристик процесса заваривания из Т-дисков. Было установлено, что Т-диски с фильтровальной бумагой, характеризующиеся микроотверстиями в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,8 мм для от 1 до 25% открытой зоны фильтрующего элемента, являются эффективными, в переменной степени, в уменьшении чрезмерного повышения давления во время заваривания напитка из недегазированного молотого кофе по сравнению с неперфорированными контрольными Т-дисками описанного выше типа.
Установлено, что описанная выше фильтровальная бумага, используемая для фильтрующего элемента 30 в картриджах 1 напитка, предпочтительно характеризуется открытыми зонами, составляющими более приблизительно 2% и, предпочтительно, более приблизительно 10% или 15%. Аналогичным образом, установлено, что использование микроотверстий 40, характеризующихся средними значениями диаметра, составляющими более приблизительно 0,4 мм предпочтительно, более приблизительно 0,6-0,8 мм, может заметно повысить мутность и осадок в завариваемом напитке до потенциально нежелательных уровней, особенно при использовании с относительно большими открытыми зонами. Однако в применениях для некоторых продуктов, таких как продукты типа «эспрессо», значительные количества мутности и осадка могут и не быть нежелательными.
Микроотверстия 40 в фильтрующем элементе 30 могут быть выполнены самыми разными подходящими способами. Согласно одному способу для выполнения микроотверстий 40 в фильтрующем элементе 30 предпочтительно используют лазер, предназначенный для образования отверстий на фильтрующем элементе 30. Идеальный лазер предпочтительно обеспечивает микросверление. Подходящие лазерные дрели типа, предусмотренного для использования в настоящем документе, выпускаются компанией OXFORD LASERS.
Согласно другому способу выполнения микроотверстий 40 для выполнения микроотверстий 40 в фильтрующем элементе 30 могут быть использованы перфорационные иглы или проволоки, характеризующиеся размерами диаметра менее приблизительно 0,3 мм, преимущественно менее 0,2 мм или 0,1 мм. Применение этих способов может стать причиной введения потенциально очень больших количеств микроотверстий для достижения требуемых открытых зон. Кроме того, при уменьшении диаметра иглы или проволоки она может стать более хрупкой и при использовании подверженной поломке или изгибу. Альтернативно, можно было бы создавать подходящие микроотверстия, используя технологии выполнения микроотверстий горячей иглой или лазером.
Для того чтобы существенно повысить проницаемость фильтрующего элемента 30, по-прежнему ограничивая количество частиц кофе, которые могут проходить через фильтрующий элемент 30 во время заваривания, общая площадь выполняемых субмиллиметровых микроотверстий должна быть, как правило, от приблизительно 0,1 до приблизительно 15%, предпочтительно от приблизительно 0,5 до приблизительно 10% и предпочтительнее от приблизительно 1,0 до приблизительно 5%, исходя из площади поверхности фильтрующего элемента, не блокированной нижележащими опорными элементами.
Установлено, что диаметр микроотверстий 40, выполненных в фильтрующем элементе 30, раскрытом в настоящем документе, находится в пределах от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,8 мм. Предпочтительно, диаметр микроотверстий 40 находится в пределах от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,7 мм. Предпочтительнее, диаметр микроотверстий 40 находится в пределах от приблизительно 0,3 до приблизительно 0,6 мм.
Микроотверстия 40 могут характеризоваться либо постоянными значениями диаметра (т.е. значениями диаметра, не изменяющимися по их соответствующим длинам), либо изменяющимися значениями диаметра (т.е. значениями диаметра, изменяющимися от одной стороны микроотверстия 40 до противоположной стороны микроотверстия 40). Для фильтров, характеризующихся изменяющимися размерами диаметра микроотверстий, на приведенных фигурах показаны либо наибольший диаметр микроотверстий, либо средний диаметр микроотверстий 40.
Важно отметить, что средний диаметр микроотверстий должен быть меньше среднеарифметического или среднего размера частиц кофе (или любых частиц напитка после его заваривания), заключенных в капсуле 1 напитка. Предпочтительно, средний размер микроотверстий 40 составляет менее приблизительно 0,8 среднего размера частиц напитка, предпочтительнее менее приблизительно 0,6 среднего размера частиц напитка и наиболее предпочтительно менее приблизительно 0,4 среднего размера частиц напитка. Данные о среднем размере частиц напитка можно получить с помощью общеизвестных способов в данной области техники, таких как использование стандартного набора сит или, предпочтительнее, использование анализатора размера частиц SYWPATEG или сравнимого устройства.
Соответствующие сочетания размера микроотверстий и открытой зоны фильтрующего элемента 30 можно легко определить опытным путем для любого подходящего картриджа напитка 1, содержащего частицы кофе, характеризующиеся данным составом, цветом обжаривания, крупностью помола, содержанием газа и массой, завариваемого с водой, характеризующейся данный объемом, расходом, давлением и температурой, через микроперфорированный фильтрующий элемент 30, характеризующийся данным составом, структурой, проницаемостью, размерами и исходной массой. Специалисты поймут, что микроотверстия, выполненные в фильтрующем элементе 30, раскрытом в настоящем документе, могут быть случайно ориентированными, созданными в соответствии с заданным образцом или выполненными сочетанием этих двух методов.
В этом описании использован по меньшей мере один пример для того, чтобы раскрыть настоящее изобретение, включая лучший вариант его осуществления, а также позволить специалисту изготовить и использовать настоящее изобретение. Патентуемый объем настоящего изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, очевидные специалистам. Эти другие примеры находятся в пределах объема формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от буквальной редакции формулы изобретения, или если они включают в себя эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквальной редакции формулы изобретения.