ЕМКОСТИ И СПОСОБЫ ВЫДАЧИ ДОЗ ЖИДКОГО КОНЦЕНТРАТА, И ЖИДКИЕ КОНЦЕНТРАТЫ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ
CONTAINERS AND METHODS OF DISPENSING DOSES OF LIQUID CONCENTRATE AND LIQUID CONCENTRATES OF LONG STORAGE LIFE

В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявкам: US 61/241,584, поданной 11 сентября 2009 г., US 61/320,155, поданной 1 апреля 2010 г., US 61/320,218, поданной 1 апреля 2010 г., и US 61/374,178, поданной 16 августа 2010 г., полное содержание которых вводится здесь ссылкой.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
В настоящей заявке раскрываются емкости и способы дозированной выдачи жидкости и, в частности, емкости и способы выдачи доз жидкого концентрата, а также жидкий концентрат для использования в таких емкостях или отдельно от них.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Жидкие концентраты могут использоваться для уменьшения размеров упаковки, необходимой для обеспечения требуемого количества конечного продукта. Однако жидкие концентраты могут содержать концентрированные красители, так чтобы после перемешивания готовый продукт имел нужный цвет. Эти красители могут пачкать поверхности, такие как одежда, кожа и т.п., если они попадают на эти поверхности. Таким образом, емкость с концентрированной жидкостью будет неприемлемой, если при пользовании такой емкостью жидкий концентрат будет капать или будет подаваться из упаковки иным неконтролируемым образом. В некоторых емкостях жидкость подается из отверстия, когда пользователь сдавливает емкость. Когда такие емкости используются для хранения жидких концентратов, возникают по меньшей мере две проблемы. Во-первых, вышеуказанная проблема пятен: если концентрированную жидкость подавать из первого сосуда во второй сосуд, в котором уже имеется жидкость, то происходит расплескивание, когда струя концентрированной жидкости ударяется в жидкость во втором сосуде. Этот расплескивающийся материал может пачкать окружающие поверхности, а также одежду и кожу пользователя. Кроме того, в отличие от использования упаковок, таких как бутылочка кетчупа или горчицы, из которых можно выдавливать их содержимое и оценивать визуально количество выжимаемого содержимого, при подаче жидкого концентрата из упаковки в другую жидкость пользователю трудно оценить, как много концентрата уже выдано, чтобы получить необходимую конечную смесь. Еще одна проблема может возникать, когда уровень концентрированной жидкости, остающейся в упаковке, снижается после нескольких использований. В этой ситуации количество концентрированной жидкости, выдавливаемой при использовании одного и того же усилия выдавливания, может существенно изменяться при изменении уровня жидкого концентрата внутри упаковки.
Жидкости, включая концентрированные жидкости, могут быть также подвержены порче различными микробами, в особенности, если эти жидкости помещают в емкости, предназначенные для длительного хранения. Известные способы снижения вероятности порчи продукта и увеличения срока хранения упакованного продукта включают применение в различных сочетаниях тепла, давления, излучения, ультразвука, охлаждения, натуральных и искусственных противомикробных и консервирующих композиций и т.п. Любой полезный противомикробный процесс или противомикробная композиция может воздействовать на конкретные агенты, вызывающие порчу продукта, и при этом их воздействие на сам продукт минимально. В известных способах обычно используются в различных комбинациях консервирующие средства и пастеризация. В настоящее время наметилась тенденция к снижению количества консервирующих агентов, добавляемых в пищевые продукты. Пастеризация усложняет и удорожает производственный процесс, что связано с использованием энергии для нагрева композиций до температуры пастеризации.
Известно несколько попыток использовать кислотные средства, поскольку низкий уровень рН обеспечивает противомикробное действие. Тем не менее, для многих напитков трудно найти приемлемый баланс между высокой кислотностью для обеспечения требуемого противомикробного действия и оптимальной кислотностью, которая необходима для обеспечения вкуса напитка и стабильности состава. См., например, патент US 6703056, выданный Mehansho. Некоторые решения включали обеспечение баланса между уровнем рН и содержанием спирта, как это раскрывается в патенте JP 2000295976, выданном Nakamura. В этом документе раскрываются противомикробные композиции для кислых напитков, содержащих этиловый спирт. Однако композиции Nakamura также включают эмульгаторы и пропиленгликоль. В указанном документе раскрываются композиции кислых напитков, которые подавляют кристаллизацию сложного эфира жирной кислоты сахарозы. В этом документа не раскрываются композиции с уровнем рН ниже 3,5, и в нем ничего не говорится о концентратах с длительным сроком хранения для кислых напитков.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предлагаются емкости и способы дозированной выдачи жидкого концентрата с использованием одного или нескольких необходимых свойств, включая: практически постоянную выдачу в некотором диапазоне сил надавливания; практически постоянную выдачу при одной силе надавливания, не зависящую существенно от количества жидкого концентрата в емкости; выпускное отверстие, которое практически не дает брызг и не подтекает; струю, дающую минимальное разбрызгивание, когда жидкий концентрат ударяется в заданную жидкость; и струю, которая содействует перемешиванию жидкого концентрата с заданной жидкостью для получения в целом однородной смеси без использования дополнительных приспособлений или взбалтывания. Емкость, раскрытая в настоящей заявке, содержит корпус с шарнирно прикрепленной крышкой, имеющей прикрепленное к ней выпускное горлышко. Емкость содержит выпускной тракт для потока текучей среды, поперек которого расположена форсунка для выдачи из емкости струи жидкого концентрата, имеющего одно или несколько требуемых свойств. Емкость дает возможность пользователю иметь сравнительно небольшую упаковку с жидким концентратом, который может выдаваться многократно небольшими дозами в гораздо большее количество жидкости, например воды, для приготовления напитка.
В одном из вариантов упакованный жидкий концентрат напитка содержит емкость с крышкой, в которой может помещаться много доз жидкого концентрата напитка. В этом варианте емкость с крышкой представляет собой корпус, закрывающуюся крышку и форсунку. Корпус емкости имеет закрытый нижний конец и верхний конец, имеющий выступ, который суживается в горлышко с выпускным отверстием. Между верхним и нижним концами проходит боковая предпочтительно упругая стенка, формирующая внутренний объем корпуса емкости, в который имеется доступ через выпускное отверстие. Боковая стенка обладает упругостью, так что ее можно сдавливать (сжимать) для выталкивания жидкого концентрата напитка через выпускное отверстие горлышка. Кроме того, боковая стенка может дополнительно содержать указательную зону, которая представляет собой углубление. Такая зона (если она используется) предпочтительно расположена ближе к выступу, чем к нижнему концу корпуса емкости. Она обеспечивает осязательную индикацию места приложения силы надавливания на боковую стенку для выталкивания жидкого концентрата напитка из внутреннего объема корпуса емкости и далее через выпускное отверстие горлышка, в результате чего улучшается равномерность подачи концентрата. Закрывающаяся крышка содержит основание, которое может быть прикреплено к горлышку корпуса емкости. Основание содержит горлышко с выпускным отверстием, совпадающим с выпускным отверстием горлышка корпуса емкости, так что жидкий концентрат напитка выходит из внутреннего объема корпуса емкости через выпускное отверстие горлышка основания. Крышка также содержит закрывающую часть, которая прикреплена к основанию с помощью шарнира и обеспечивает закрытие выпускного отверстия горлышка основания.
В другом варианте упакованный жидкий концентрат напитка содержит емкость с крышкой, состоящую из корпуса емкости, закрывающейся крышки и форсунки, причем в емкости может помещаться много доз жидкого концентрата напитка. Корпус емкости имеет внутренний объем для хранения там жидкого концентрата. Внутренний объем формируется боковой стенкой, проходящей между закрытым первым концом и по меньшей мере частично открытым вторым концом. Боковая стенка содержит по меньшей мере одну гибкую часть, которая может отклоняться при надавливании для выталкивания жидкого концентрата из внутреннего объема корпуса емкости и далее через по меньшей мере частично открытый второй конец Боковая стенка также может иметь дополнительно область захвата, утопленную относительно прилегающих частей боковой стенки и расположенную ближе ко второму концу, чем к первому концу, для указания того, что сдавливающая сила должна прикладываться ближе ко второму концу, чем к первому концу. Закрывающаяся крышка прикреплена к по меньшей мере частично открытому второму концу корпуса емкости и содержит основание и закрывающую часть, прикрепленную к основанию с возможность поворота относительно него. Основание имеет отходящее наружу горлышко с выпускным отверстием. Горлышко сообщается с внутренним объемом корпуса емкости для формирования тракта для потока текучей среды между внутренним объемом емкости и выпускным отверстием, так что давление, выталкивающее жидкий концентрат напитка из внутреннего объема корпуса емкости, выталкивает его через выпускное отверстие горлышка. Форсунка расположена в выпускном тракте и имеет отверстие (просвет), предназначенное для формирования струи жидкого концентрата, имеющего показатель рабочей характеристики жидкого концентрата меньше 4, при воздействии на эластичную часть боковой стенки силы, создающей массовый расход от примерно 1,0 г/сек до примерно 1,5 г/сек.
В настоящем изобретении также предлагается способ получения смеси, используя струю жидкого концентрата из емкости. Способ начинается приложением давления к гибкой части боковой стенки емкости, в которой может помещаться для хранения много доз жидкого концентрата. Емкость содержит также выпускное отверстие с форсункой, расположенной поперек отверстия. В форсунке имеется отверстие (просвет). Затем из емкости через форсунку подают струю жидкого концентрата с массовым расходом в диапазоне от 1,0 г/сек до 3,0 г/сек или от 1,0 г/сек до 1,5 г/сек. После этого осуществляется воздействие струей на заданную жидкость внутри заданного сосуда так, что при воздействии не вытесняется заметное количество текучей среды из заданного сосуда. Затем осуществляется перемешивание заданной жидкости с жидким концентратом посредством струи с получением в целом однородной смеси. Давление, которое необходимо для получения требуемого истекающего потока, может зависеть от вязкости текучей среды. Вязкость жидкого концентрата внутри емкости может быть меньше, чем примерно 75 сП, или меньше, чем примерно 500 сП, и предпочтительно находится в диапазоне от примерно 1 сП до примерно 25 сП.
В настоящем изобретении предлагаются композиции жидких концентратов напитков и способы их получения, которые могут быть упакованы способом холодного розлива для обеспечения срока хранения по меньшей мере двенадцать месяцев при обычных температурах хранения, причем эти композиции подходят для независимого использования, или же могут использоваться вместе с емкостями, раскрытыми в настоящей заявке. Указанный срок хранения может быть получен за счет сочетания низкого уровня рН и высокого содержания спирта для обеспечения стабильности ингредиентов, которые сами по себе не являются стабильными. Таким образом, может быть получен концентрат кислого напитка, который имеет срок хранения при обычных температурах по меньшей мере двенадцать месяцев, и не требует использования пастеризации или добавления консервирующих веществ.
В одном из вариантов уровень рН концентрата может быть меньше, чем примерно 3 или 3,5, и содержание спирта может быть по меньшей мере 1 вес.%. В некоторых вариантах композиции и способы их получения могут содержать концентрат напитка для холодного розлива, в котором используется сочетание низкого уровня рН (ниже, чем примерно 3) и спирта (предпочтительно от примерно 5 вес.% до примерно 35 вес.%). В концентрат могут быть добавлены различные сочетания солей (таких как электролиты) в количестве от примерно 0,01 вес.% до примерно 35 вес.%. Такие соли могут снижать активность воды в композициях для улучшения противомикробного действия. В результате может быть получена композиция жидкого концентрата напитка, которая: может храниться по меньшей мере в течение 12 месяцев; может иметь степень концентрации 75 раз или более, предпочтительно до 100 раз, то есть, концентрат составляет 1/100 готового напитка); и может иметь активность воды в диапазоне от примерно 0,6 до примерно 1,0, предпочтительно в диапазоне от примерно 0,75 до примерно 1,0.
Концентраты по настоящему изобретению могут содержать любое сочетание добавок или ингредиентов, таких как вода, ароматизаторы, питательные добавки, красители, подсластители, соли, буферы, камеди, кофеин, стабилизирующие добавки и т.п.Могут вводиться дополнительные консервирующие вещества, такие как сорбат или бензоат, однако они необязательны для обеспечения необходимого срока хранения. Степень концентрации концентрата может быть от примерно 25 раз до примерно 500 раз, от примерно 75 раз до примерно 160 раз, или от примерно 40 раз до примерно 500 раз, и уровень рН концентрата может быть от примерно 1,4 до примерно 3,0 или 3,5. Уровень рН может быть установлен с использованием пищевой кислоты, такой как адипиновая кислота, лимонная кислота, яблочная кислота, фумаровая кислота, виннокаменная кислота, ортофосфорная кислота, молочная кислота или любая другая пищевая органическая или неорганическая кислота. Кислоту выбирают в зависимости от необходимого уровня рН концентрата и желаемого вкуса разбавленного продукта, готового к употреблению. Для регулирования уровня рН концентрата также могут использоваться буферные растворы, такие как сопряженные основания любой кислоты, например цитрат натрия, цитрат калия, ацетаты и фосфаты. Концентраты могут содержать буфер с весовым отношением кислота/буфер примерно 1:1 или более, например, от 1:1 до 4000:1, предпочтительно от примерно 1:1 до примерно 40:1 и более предпочтительно от примерно 7:1 до примерно 15:1. Напиток, пригодный для питья, может быть разбавленным концентратом, объемное содержание спирта в котором может быть меньше, чем примерно 0,5%.
Способы изготовления концентратов могут включать: обеспечение воды и добавок; обеспечение спирта в количестве по меньшей мере 5 вес.%; регулирование уровня рН, чтобы он был меньше, чем примерно 3 и предпочтительно был равен примерно 2,5 или меньше. Как это уже указывалось, добавками могут быть ароматизаторы, питательные добавки, подсластители, соли, буферы, камеди и стабилизирующие агенты. Концентраты могут быть упакованы в герметичную емкость без использования пастеризации. Способ изготовления концентрата может включать: обеспечение заданного количества воды; обеспечение цитрата калия; обеспечение подсластителя; обеспечение кислот в количестве, необходимом для получения уровня рН, не превышающего примерно 3; обеспечение красителя; обеспечение по меньшей мере 5 вес.% спирта; и обеспечение ароматизатора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - вид в перспективе емкости с крышкой в закрытом положении.
Фигура 2 - схематический вид в перспективе емкости, показанной на фигуре 1, которую сдавливают для подачи из нее струи жидкости в сосуд, в котором имеется вторая жидкость.
Фигура 3 - увеличенный вид сверху в плане горлышка и форсунки крышки, показанной на фигуре 1.
Фигура 4 - увеличенный вид сверху в плане горлышка и форсунки крышки, показанной на фигуре 1.
Фигура 5 - вид в перспективе другого варианта емкости с крышкой в закрытом положении.
Фигура 6 - вид в перспективе другого варианта емкости с крышкой в закрытом положении.
Фигура 7 - вид снизу в перспективе, иллюстрирующий результаты испытаний на способность смешивания для испытываемых форсунок (показаны стаканы с разными уровнями смеси).
Фигура 8 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 9 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 10 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 11 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 12 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 13 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 14 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 15 - графическое представление показателя способности смешивания и показателя разбрызгивания при ударе струи для испытываемых форсунок.
Фигура 16 - графическое представление разницы массового расхода для слабого и сильного сдавливания для испытываемых форсунок.
Фигура 17 - графическое представление разницы величины момент-секунда для слабого и сильного надавливания для испытываемых форсунок.
Фигура 18 - графическое представление максимальной разницы между двумя точками полученных данных для линейности потока для испытываемых форсунок.
Фигура 19 - вид в перспективе разобранной емкости в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Фигура 20 - вид в перспективе нижней части крышки, показанной на фигуре 19.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для выдачи жидкого концентрата нужным образом предлагается емкость 10 и соответствующие способы. Свойства выдачи нужным образом включают, например: практически постоянную выдачу в некотором диапазоне сил надавливания; практически постоянную выдачу при одной силе надавливания, не зависящую существенно от количества жидкого концентрата в емкости; выпускное отверстие, которое практически не дает брызг и не подтекает; струю с минимальным разбрызгиванием, когда жидкий концентрат поступает в другую жидкость; и струю, которая содействует перемешиванию жидкого концентрата с другой жидкостью.
Емкости 10 присущи некоторые или все из вышеуказанных свойств при дозированной подаче струи жидкого концентрата в заданный сосуд, в котором имеется заданная жидкость. Вышеописанная емкость 10 обеспечивает подачу жидкого концентрата таким образом, чтобы он поступал в заданную жидкость без существенного расплескивания и разбрызгивания, и при этом создается достаточная турбулентность или достаточное перемешивание внутри заданного сосуда жидкого концентрата и заданной жидкости для формирования в целом однородной конечной смеси без использования дополнительных приспособлений или взбалтывания.
3
3
3
3
На фигурах 1-6 показаны варианты емкости 10, обладающей по меньшей мере некоторыми, и предпочтительно всеми, из вышеуказанных свойств. Емкость имеет закрытый первый конец 12 и по меньшей мере частично открытый второй конец 14, выполненный с возможностью прикрепления к нему крышки 16. Первый и второй концы 12, 14 соединены боковой стенкой 18, имеющей в целом трубчатую форму, которая может иметь любое подходящее поперечное сечение, включая многоугольную или криволинейную форму, или их сочетания, причем стенка формирует внутренний объем емкости. В предпочтительном варианте емкость 10 имеет такие размеры, которые позволяют разместить в ней много доз (порций) жидкого концентрата 20. В одном из вариантов объем дозы жидкого концентрата 20 равен примерно 2 см на 240 см напитка, и емкость 10 рассчитана на примерно 60 см жидкого концентрата 20. В другом варианте емкость 10 может содержать примерно 48 см жидкого концентрата 20.
Варианты формы емкости 10 иллюстрируются на фигурах 1, 3 и 4. Как показано на фигурах 1 и 5, емкость 10 имеет первый конец 12, который служит в качестве основания, на котором может стоять емкость 10. Боковая стенка 18 проходит в целом вверх от основания до второго конца 14. Как уже указывалось, крышка 16 прикрепляется ко второму концу 14 с помощью любого подходящего средства, включая, например, резьбовое соединение с горлышком, соединение с фиксацией защелкиванием, клеевое соединение, ультразвуковую сварку и т.п.В предпочтительном варианте второй конец 14 включает обращенный вверх выступ, который суживается с формированием горлышка, обеспечивающего соединение с крышкой 16 с фиксацией защелкиванием. В одном из вариантов, представленном на фигуре 1, емкость 10 может иметь в целом яйцеобразную форму, в которой передняя и задняя поверхности 21 выгибаются наружу, обеспечивая эргономическое решение формы емкости. В другом варианте, представленном на фигуре 6, боковая стенка содержит переднюю и заднюю поверхности 23, которые имеют в целом каплевидную форму, так что емкость 10 имеет вытянутое поперечное сечение.
В альтернативном варианте, представленном на фигуре 5, емкость 10 может быть выполнена таким образом, что она устанавливается на крышку 16, прикрепленную ко второму концу 14. В этом варианте крышка 16 имеет в целом плоскую верхнюю поверхность, так что емкость 10 может устойчиво стоять на крышке 16. Кроме того, поскольку первый конец 12 не должен в этом случае служить основанием для емкости 10, то боковая стенка 18 может суживаться, по мере того как она переходит от второго конца 14 к первому концу 12 для формирования узкого первого конца 12, как это показано на фигуре 5. Боковая стенка 18 может также содержать заглубленную часть 25, которая может сопрягаться с боковой стенкой 18 на виде спереди и иметь инвертированную каплевидную форму, как показано на фигуре 5. Кроме того, как показано на фигурах 5 и 6, боковая стенка 18 может также иметь углубление 22, служащее в качестве площадки для захвата. В одном из вариантов углубление 22 расположено по горизонтали по центру боковой поверхности 18 емкости 10. Предпочтительно углубление 22 располагают ближе ко второму концу 14 емкости 10. Такое расположение углубления 22 является предпочтительным, поскольку по мере расходования жидкого концентрата 20 из емкости 10 свободное пространство в ней заполняется воздухом. Жидкий концентрат 20 подается более равномерно, если сила давления приложена к тем местам емкости 10, в которых имеется жидкий концентрат 20, а не в тех местах, где находится воздушный пузырь. При подаче жидкого концентрата 20 емкость 10 переворачивают, так чтобы второй конец 14 с крышкой 16 был ниже первого конца 12, чтобы в процессе дозированной подачи жидкого концентрата первый конец 12 содержал воздух, находящийся в емкости 10. В таком варианте углубление 22 может служить в качестве указателя для пальца пользователя, выдавливающего жидкий концентрат 20 из емкости 10. Как показано на фигурах, углубление 22 может иметь в целом круглую форму, однако возможны и другие формы, такие как многоугольная, криволинейная или их сочетания.
На фигурах 1-6 иллюстрируются различные варианты крышки 16. В этих вариантах крышка 16 представляет собой откидывающуюся верхнюю часть с основанием 24 и закрывающую часть 26. В нижней части основания 24 сформирован проем, который соединяется со вторым концом 14 емкости 10 и сообщается с внутренним объемом емкости 10. Верхняя поверхность 28 основания 24 содержит горлышко 30, формирующее выпускное отверстие 31, открывающееся наружу. Горлышко 30 продолжает проем, сформированный в нижней части основания 24, для обеспечения выходного или выпускного тракта для потока жидкого концентрата 20, имеющегося внутри емкости 10.
В одном из аспектов горлышко 30 содержит расположенную внутри него форсунку 32, размещенную поперек выпускного тракта, которая обеспечивает ограничение потока жидкости из емкости 10 для формирования струи 34 жидкого концентрата 20. На фигурах 3 и 4 иллюстрируются варианты форм форсунки 32 для использования в емкости 10. Как показано на фигуре 3, форсунка 32 представляет собой в целом плоскую пластину 36, имеющую сквозное отверстие, сквозной канал или проход 38. Сквозной канал 38 может иметь прямые кромки или суживающиеся стенки. В альтернативном варианте, представленном на фигуре 4, форсунка 32 представляет собой в целом плоскую гибкую пластину 40, которая может быть выполнена из силикона или из аналогичного материала и в которой имеются прорези 42, предпочтительно две пересекающиеся прорези 42, формирующие четыре створки 44, имеющие в целом треугольную форму. При таком устройстве, когда емкость 10 сдавливают, например, путем нажатия на боковую стенку в месте углубления 22, жидкий концентрат 20 выталкивается к форсунке 32, створки 44 которой отходят наружу, обеспечивая проход потока жидкого концентрата 20. Струя 34 жидкого концентрата, формируемая форсункой 32, ударяет с силой, определяемой скоростью и массовым расходом струи, в заданную жидкость 43 в заданном сосуде 45 для создания турбулентности в заданной жидкости 43 и формирования практически однородно перемешанного конечного продукта без использования каких-либо приспособлений или встряхивания.
Закрывающая часть 26 крышки 16 имеет в целом куполообразную форму и предназначена для сопряжения с горлышком 30, отходящим от основания 24. Как показано на фигуре 2, закрывающая часть 26 присоединена к основанию 24 с использованием шарнира 46. Закрывающая часть 26 может также содержать закупоривающую часть (пробку) 48, отходящую от внутренней поверхности 50 закрывающей части крышки. В предпочтительном варианте закупоривающая часть 48 имеет такие размеры и форму, чтобы она плотно входила в горлышко 30 для обеспечения дополнительной защиты от случайного выпуска жидкого концентрата 20 или от другой утечки. Кроме того, в одном из вариантов закрывающая часть 26 может быть сформирована с возможностью защелкивания на основании 24 для перекрытия доступа во внутреннее пространство 19 емкости 10. В этом случае на основании 52 может быть сформирована углубленная часть 52, расположенная рядом с закрывающей частью 26, когда она повернута в закрытое положение. Углубленная часть 52 может обеспечивать доступ к кромке 54 закрывающей части 26, так чтобы пользователь мог нажимать на кромку 54 для открытия закрывающей части 26.
В альтернативном варианте емкость 110 аналогична емкости 10, представленной на фигурах 1-6, но она содержит модифицированную крышку 116 и модифицированный второй конец 114 емкости 110, как показано на фигурах 19 и 20. Аналогично предыдущему варианту крышка по такому альтернативному варианту емкости представляет собой верхний колпачок с закрывающей частью 126 и основанием 124. В нижней части основания 124 сформирован проем, который соединяется со вторым концом 114 емкости 110 и сообщается с внутренним объемом емкости 110. Верхняя поверхность 128 основания содержит горлышко 130, формирующее выпускное отверстие 131, открывающееся наружу. Горлышко 130 продолжает проем, сформированный в нижней части основания 124, для обеспечения выходного или выпускного тракта для потока жидкого концентрата 20, имеющегося внутри емкости 110. Горлышко 130 содержит расположенную внутри него форсунку 132, размещенную поперек выпускного тракта, которая обеспечивает ограничение потока жидкости из емкости 110 для формирования струи жидкого концентрата. Форсунка 132 может быть одной из форсунок, показанных на фигурах 3 и 4 и рассмотренных в настоящем описании.
Как и в предыдущем варианте, закрывающая часть 126 крышки 116 имеет в целом куполообразную форму и приспособлена для сопряжения с горлышком 130, отходящим от основания 124. Закрывающая часть 126 может также содержать закупоривающую часть 148, отходящую от внутренней поверхности 150 закрывающей части. В предпочтительном варианте закупоривающая часть 148 имеет такие размеры и форму, чтобы она плотно входила в горлышко 130 для обеспечения дополнительной защиты от случайного выпуска жидкого концентрата или от другой утечки. Закупоривающая часть 148 может быть полым цилиндрическим выступом, показанным на фигурах 19 и 20. Внутри закупоривающей части 148 может быть расположена дополнительно выступающая из нее внутренняя пробка 149. Эта пробка 149 может взаимодействовать с гибкой пластиной 40 форсунки 32 для ограничения перемещения пластины 40 из вогнутого положения, в котором створки закрыты, в выпуклое положение, в котором створки по меньшей мере частично открыты для выпуска жидкого концентрата. Внутренняя пробка 149 дополнительно предотвращает утечку или подтекание жидкости из емкости 110. Закупоривающая часть 148 и/или пробка 149 взаимодействуют с форсункой 132 и/или горлышком 130, чтобы по меньшей мере частично перекрыть поток текучей среды.
Закупоривающая часть 148 может иметь такую форму и такие размеры, чтобы при закрытии ею горлышка 130 пользователь слышал и/или ощущал рукой один, два или более щелчков. Например, скольжение заднего участка закупоривающей части 148 по задней части горлышка 130 (ближе к шарниру) может вызывать слышимый или ощутимый щелчок, когда закрывающая часть 126 перемещается в направлении закрытого положения. Дальнейшее перемещение закрывающей части 126 в направлении ее закрытого положения может вызывать второй слышимый и ощутимый щелчок, по мере того передний участок закупоривающей части скользит по передней части горлышка 130 (с противоположной стороны от шарнира). В предпочтительном варианте второй слышимый и ощутимый щелчок происходит сразу же после полного закрытия закрывающей части 126. Таким образом, может обеспечиваться звуковые и/или тактильные сигналы обратной связи закрытия закрывающей части 126.
Закрывающая часть 126 может быть выполнена с возможностью защелкивания на основании 124 для перекрытия доступа во внутреннее пространство емкости 110. В этом случае на основании 124 может быть сформирована углубленная часть 152, расположенная рядом с закрывающей частью 126, когда она повернута в закрытое положение. Углубленная часть 152 может затем обеспечивать доступ к кромке 154 закрывающей части 126, так чтобы пользователь мог нажимать на кромку 154 для открытия закрывающей части 126.
Для прикрепления крышки 116 к горлышку 114 емкости 110 оно снабжено кольцевым наклонным выступом 115, отходящим в радиальном направлении. Юбка 117, отходящая от нижней поверхности основания 124 крышки 116, имеет отходящий внутрь край 119. Этот край 119 расположен на юбке 117 таким образом, что он может скользить по выступу 115 и затем занимать положение за этим выступом для прикрепления крышки 116 к горлышку 114. В предпочтительном варианте наклонный выступ 115 имеет такую конструкцию, что для прикрепления крышки 116 необходимо меньшее усилие по сравнению с усилием, необходимым для ее снятия. Для ограничения поворота крышки 116 после ее установки на емкости 110 на горлышке 114 сформирован один или несколько отходящих наружу продольных выступов 121. Каждый такой выступ 121 входит в вырез 123, сформированный в юбке 117 крышки 116. Взаимодействие между боковыми кромками выступа 121 и боковыми кромками выреза 123 ограничивает поворот крышки 116 и удерживает ее в предпочтительном положении, особенно в том случае, когда части крышки 116 должны быть вровень с боковой стенкой 118 емкости 110. В варианте, представленном на фигурах 19 и 20, используются два выступа 121 и два выреза 123, которые отстоят друг от друга по окружности на 180 градусов.
Емкости, раскрытые в настоящем описании, могут иметь упругие боковые стенки, которые можно сдавливать для дозированной выдачи жидкого концентрата или другого содержимого из емкости. Под упругостью понимается свойство стенок полностью или по меньшей мере в целом возвращаться к первоначальной форме, когда сдавливание прекращается. Емкости могут быть снабжены конструктивными элементами-ограничителями смещения боковой стенки, то есть, степени сдавливания боковых стенок. Это может способствовать равномерности выпуска содержимого из емкости. Например, в качестве ограничителя может действовать вышеупомянутое углубление, когда оно может упираться в противоположную сторону боковой стенки для ограничения дальнейшего сдавливания противоположных частей боковой стенки. Глубина и/или толщина углубления может варьироваться для обеспечения нужной степени ограничения. В качестве таких ограничителей могут использоваться и другие выступы на одной или на обеих боковых стенках (такие как противолежащие углубления или выступы).
Раскрытые в настоящем описании варианты емкостей и их достоинства иллюстрируются нижеприведенными примерами, однако конкретные условия, технологические схемы, материалы и их количества, указанные в этих примерах, а также и другие условия и конкретные детали, не должны рассматриваться как ограничения способа и устройства.
ПРИМЕРЫ
3
Проводились испытания различных форсунок, используемых в качестве выпускного отверстия в емкости, изготовленной из полиэтилена высокой плотности и этилен-винилового спирта и вмещающей примерно 60 см жидкости. В нижеприведенной Таблице 1 указаны испытываемые форсунки и их сокращенные обозначения.
Таблица 1
испытываемые форсунки
Наименование
Сокращение
SLA, прямая кромка, 0,015 дюйма
O_015
SLA, прямая кромка, 0,020 дюйма
O_020
SLA, прямая кромка, 0,025 дюйма
O_025
LMS V21 Engine, 0,070 дюйма, крестообразный разрез
V21_070
LMS V21 Engine, 0,100 дюйма, крестообразный разрез
V21_100
LMS V21 Engine, 0,145 дюйма, крестообразный разрез
V21_145
LMS V21 Engine, 0,200 дюйма, крестообразный разрез
V21_200
Форсунки SLA, прямая кромка, имеют переднюю пластину со сквозным круговым отверстием, имеющим прямые кромки; способ изготовления - стереолитография. Число после идентификатора отверстия указывает его примерный диаметр. Обозначение LMS относится к силиконовому клапану, расположенному в форсунке, имеющей крестообразную прорезь, производства компании Liquid Molding Systems, Inc. (LMS), г.Мидленд, штат Мичиган. Створки крестообразной форсунки гибко отгибаются для пропускания продукта из емкости и по меньшей мере частично возвращаются в первоначальное положение для предотвращения нежелательного вытекания жидкости через клапан. При этом предотвращается просачивание жидкости из емкости, что, как это уже указывалось, важно для жидких концентратов. Число после идентификатора указывает длину каждого сегмента крестообразной прорези. Предполагается, что при использовании вместе емкостями, раскрытыми в настоящем описании, клапан обеспечивает прохождение наружного воздуха внутрь емкости на стадии очистки, когда сдавливание стенок емкости прекращается, для очистки клапана и частей выпускного тракта, проходящего через емкость и/или крышку. Кроме того, предполагается, что такое сочетание обеспечивает регулируемое истечение концентрата, когда клапан направлен вниз, так что воздух, который вошел внутрь на стадии очистки, удаляется из выпускного тракта. Другим подходящим клапаном является LMS V25 Engine, 0,070 дюйма, крестообразная прорезь.
3
3
Важной особенностью форсунки является ее способность перемешивания выталкиваемого жидкого концентрата с заданной жидкостью, обычно водой, с использованием только силы, создаваемой струей жидкого концентрата, ударяющей в воду. Для оценки степени перемешивания двух жидкостей может использоваться уровень кислотности (рН). Например, жидкий концентрат, наливаемый из чашки, оставляет отчетливые темные и светлые полосы. Однако струя жидкого концентрата может доставать до дна заданного сосуда и затем завихряется назад к поверхности заданной жидкости, в результате чего разница цветов полос существенно снижается. Для определения состава смеси уровень рН может измеряться в режиме реального времени. Испытания включали выпуск 4 см жидкого концентрата в 500 мл воды при комнатной температуре 25°С. Жидкий концентрат наливали из небольшой чашки, а струю получали с помощью шприца объемом 6 см с выходным отверстием примерно 0,050 дюйма. Перемешивание (последняя строка Таблицы 2) до получения однородной смеси осуществлялось с использованием мешалки Magnastir.
Таблица 2
величины рН, характеризующие смешивание
Поток из чашки
Струя из шприца
Попытка 1
Попытка 2
Медл. (1,5 с)
Средн. (1 с)
Быстр. (0,5 с)
Время
Внизу
Вверху
Внизу
Вверху
Внизу
Вверху
Внизу
Вверху
Внизу
Вверху
0
5,42
5,34
5,40
5,64
5,50
5,54
5,54
5,48
5,56
5,59
5
3,57
4,90
3,52
5,00
3,19
4,10
3,30
3,70
2,81
2,90
10
3,37
4,70
3,33
4,80
2,97
3,20
3,25
3,45
2,78
2,80
15
3,33
4,70
3,22
4,70
3,00
3,10
3,27
3,40
2,77
2,78
20
3,32
4,60
3,16
4,70
3,01
3,10
3,13
3,30
2,75
2,80
25
3,31
4,60
3,12
4,70
3,01
3,08
3,08
3,20
2,74
2,80
30
3,31
4,50
3,10
4,70
3,01
3,07
3,06
3,18
2,73
2,75
35
3,30
4,30
3,09
4,70
3,00
3,06
3,05
3,17
2,72
2,75
40
3,28
4,25
3,10
4,70
3,00
3,07
3,06
3,17
2,71
2,70
Смесь
2,78
2,70
2,67
2,70
2,65
Через 40 секунд после наливания концентрата из чашки уровень рН составил 3,28 внизу и 4,25 вверху в первой попытке и 3,10 внизу и 4,70 внизу во второй попытке.
Испытания для струи проводились в условиях низкой, средней и высокой скорости подачи. Через 40 секунд уровень рН составил 3,07 внизу и 3,17 вверху при малой скорости, 3,06 внизу и 3,17 вверху при средней скорости и 2,71 внизу и 2,70 вверху при высокой скорости. Вышеуказанные результаты показывают эффективность использования струи жидкого концентрата для его перемешивания с заданной жидкостью. Поэтому для получения смеси с разницей уровней рН в верхней и нижней частях сосуда примерно 0,3 может эффективно использоваться струя жидкого концентрата. В действительности, этот результат был получен уже через 10
секунда после начала подачи струи.
Проводились испытания каждой из вышеуказанных форсунок для определения показателя способности смешивания. Показатель способности смешивания - это величина, оцениваемая визуально по шкале 1-4, где 1 - отлично, 2 - хорошо, 3 - удовлетворительно, 4 - плохо. Оценка "плохо" соответствует ситуации, когда слои жидкости не перемешаны, то есть, слой воды находится на слое жидкого концентрата (форсунка не оказывает действия). Оценка "удовлетворительно" соответствует ситуации с невысокой степенью смешивания жидкого концентрата с водой, причем четко различаются слои жидкого концентрата и воды (форсунка по какой-то причине действует плохо). Оценка "хорошо" соответствует ситуации, когда более чем в половине сосуда произошло нужное перемешивание, и в то же время имеются небольшие слои воды и жидкого концентрата с каждой стороны перемешанной жидкости. Оценка "отлично" соответствует ситуации, когда произошло требуемое эффективное перемешивание без заметного разделения слоев жидкого концентрата и воды.
3
3
В испытаниях подавали 4 см жидкого концентрата, который представлял собой 125 г лимонной кислоты в 500 г воды, с 5% SN 949603 (ароматизатор) и 1,09 г/см красителя Blue #2, в стеклянный стакан объемом 250 мл, содержащий 240 мл воды. Вязкость жидкого концентрата составляла примерно 4 сП. В таблице 3A представлены результаты испытаний на смешивание (показатель способности смешивания для каждой форсунки).
Таблица 3A
показатель способности смешивания для каждой форсунки
Форсунка
Показатель способности смешивания
0015
3
0020
2
0025
1
V21_070
1
V21_100
1
V21_145
2
V21_200
2
3
3
На фигуре 7 представлены результаты перемешивания жидкого концентрата и воды для каждой испытываемой форсунки. На изображениях стакана с жидкостью добавлены пунктирные линии для указания примерных границ между четко различимыми слоями. Вышеприведенная Таблица 3A и изображения на фигуре 7 показывают, что отверстие с прямыми кромками диаметром 0,025 дюйма, крестообразный разрез размером 0,070 дюйма и крестообразный разрез размером 0,100 дюйма обеспечивают получение перемешанных жидкостей с отличным показателем способности смешивания (однородная смесь в стакане с практически ровным цветом по всему объему). Отверстие с прямыми кромками диаметром 0,020 дюйма, крестообразный разрез размером 0,145 дюйма и крестообразный разрез размером 0,200 дюйма обеспечивают получение перемешанных жидкостей с хорошим показателем способности смешивания (после подачи 4 см жидкого концентрата видны небольшие слои воды и жидкого концентрата). Отверстие с прямыми кромками диаметром 0,015 дюйма обеспечило перемешанную жидкость, показатель способности смешивания которой можно было бы оценить как "хорошо", однако в этом случае была поставлена оценка "удовлетворительно" из-за большого времени подачи 4 см жидкого концентрата, что следует рассматривать как недопустимое неудобство для потенциального пользователя.
3
3
3
В других испытаниях показатель способности смешивания определялся в зависимости от давления, создаваемого воздухом, подаваемым в емкость, для разных конфигураций клапанов. Более конкретно, испытания проводились для имитируемой силы надавливания с градациями "слабое надавливание", "среднее надавливание" и "сильное надавливание". Воздух, подаваемый под давлением в емкость, имитировал силу надавливания (хотя в действительности в испытаниях надавливание на боковые стенки не осуществлялось). В начале каждого испытания с помощью регулятора задавали требуемое давление воздуха. Воздух с выхода регулятора давления подавался по трубке в герметичный узел, соединенный с впускным отверстием в центре нижней части емкости. Емкость может быть ориентирована под углом примерно 0-10 градусов относительно вертикали. После регулятора давления воздуха была установлена нажимная кнопка, которая соединяется трубкой длиной 2 фута 5/32 дюйма с герметичным соединительным узлом. Для каждого испытания емкость заполняли содержимым до его предпочтительного максимального объема (может быть меньше полного объема емкости). Нажимали на кнопку в течение расчетного времени, обеспечивающего выдачу заданной дозы. Форсунка емкости находилась на высоте 2-4 дюйма от поверхности заданной жидкости. Такая же методика использовалась для определения и других параметров, связанных с имитируемым надавливанием. Результаты соответствуют результатам, полученным в испытаниях с реальным надавливанием, и показывают, что чем больше размеры форсунок с крестообразным разрезом, тем больше возникает брызг. В испытаниях с имитируемым надавливанием фиксировалось время, которое требовалось для выдачи 4 см жидкого концентрата из емкости, содержащей примерно 49 см концентрата в общем объеме 65 см. Емкость имела форму, сходную с формой, показанной на фигуре 6, и содержала навинчивающуюся крышку 24-410 с форсункой, стенку толщиной примерно 0,03 дюйма из полиэтилена высокой плотности, причем расстояние от дна емкости до клапана было равно примерно 3 дюйма, толщина емкости составляла примерно 1,1 дюйма, максимальная ширина составляла примерно 2,25 дюйма, и диаметр горлышка был равен примерно 1 дюйму. Плотность концентрата была равна примерно 1,1 г/см, вязкость - 4 сП, и цвет концентрата был достаточен для индикации цвета конечного напитка. Результаты испытаний с имитируемым надавливанием представлены в Таблице 3B.
Таблица 3B
показатель способности смешивания для каждой форсунки (имитируемое надавливание)
Форсунка
Слабое нажатие (40) (дюймы в.ст.)
Среднее нажатие (60) (дюймы в.ст.)
Сильное нажатие (100) (дюймы в.ст.)
Средний показатель способности смешивания
O_015
1
2
2
1,67
O_020
2
2
1,67
O_025
2
1
1,33
V21_070
3
2
2,00
V21_100
2
1
1,33
V21_145
3
1
1,67
V21_200
I
1
1,00
Как это уже указывалось, другой важной характеристикой форсунки, используемой для дозированной подачи жидкого концентрата, является степень разбрызгивания или расплескивания, происходящего, когда струя жидкого концентрата падает в сосуд с жидкостью. Концентрированные красители жидкого концентрата могут пачкать окружающие поверхности, а также одежду и кожу пользователя. В связи с этим каждая форсунка испытывалась для определения показателя ударного разбрызгивания. Испытания для определения показателя ударного разбрызгивания проводились с использованием стакана объемом 400 мл, заполненного водой, подкрашенной синим красителем, до уровня 1 дюйм от края стакана. Затем с помощью резиновой ленты на стакане закрепляли круглый фильтр для кофе, так чтобы плоская поверхность фильтра находилась выше края стакана примерно на 1 дюйм. Поскольку верхняя поверхность фильтра находилась на 1 дюйм выше края стакана, то фильтр имеет боковую стенку, на которой оставались следы жидкости, расплескивающейся по сторонам, что нежелательно из-за возникновения грязных пятен. В фильтре для кофе был сделан вырез, заходящий немного на верхнюю поверхность, для подачи в сосуд жидкого концентрата. Затем выше края стакана удерживали бутылочку с прикрепленными к ней форсунками, и пять раз подавали из нее жидкость по центру стакана. После этого фильтр снимали и определяли по нему показатель ударного разбрызгивания для каждой форсунки. Показатель ударного разбрызгивания - это величина, оцениваемая визуально по шкале 1-4, где 1 - отлично, 2 - хорошо, 3 - удовлетворительно, 4 - плохо. Оценка "отлично" соответствует ситуации, когда в центральной зоне фильтра, расположенного над стаканом нет брызг, или имеются мелкие брызги, и за пределами центральной зоны (периферийная зона) количество брызг минимально, или их нет вообще. Оценка "хорошо" соответствует ситуации, когда есть брызги в центральной зоне, и мелкие брызги в периферийной зоне. Оценка "удовлетворительно" соответствует ситуации, когда есть брызги в центральной зоне, и брызги среднего размера в периферийной зоне. Оценка "плохо" соответствует ситуации, когда есть брызги в центральной зоне, и большие брызги в периферийной зоне.
Таблица 4A
показатель ударного разбрызгивания для каждой форсунки
Форсунка
Показатель ударного разбрызгивания
O_015
1
O_020
1
O_025
2
V21_070
1
V21_100
3
V21_145
3
V21_200
4
На фигурах 8-14 и в Таблице 4A представлены результаты определения показателя ударного разбрызгивания для каждой испытываемой форсунки. Форсунки диаметром 0,015 и 0,020 дюйма с прямыми кромками отверстий, а также форсунка с крестообразным разрезом размером 0,070 дюйма получили оценку "отлично" для показателя ударного разбрызгивания, поскольку разбрызгивание, создаваемое струей жидкости, не приводило к появлению значительных отметок брызг на фильтре для кофе, как это показано на фигурах 8, 9 и 11, соответственно. Форсунка диаметром 0,025 дюйма с прямыми кромками отверстия вызывала небольшие отметки брызг на боковой стенке фильтра для кофе, как это показано на фигуре 10, поэтому ей была выставлена оценка "2" показателя ударного разбрызгивания. Форсунки с крестообразным разрезом размерами 0,100 и 0,145 дюйма вызывали большие отметки брызг на боковой стенке фильтра, как показано на фигурах 12 и 13 и, соответственно, получили оценку "3" показателя ударного разбрызгивания. Наконец, форсунка с крестообразным разрезом размером 0,200 дюйма вызывала значительные отметки брызг на боковой стенке фильтра, что указывало на выплескивание большого количества жидкости из стакана. В связи с этим форсунка с крестообразным разрезом размером 0,200 дюйма получила оценку "4" показателя ударного разбрызгивания.
3
3
3
Также проводились аналогичные испытания для определения показателя ударного разбрызгивания, но с регулируемым параметром надавливания на стенки ("слабое надавливание", "среднее надавливание", "сильное надавливание"), причем степень надавливания имитировалась давлением воздуха, подаваемого в емкость. В начале каждого испытания с помощью регулятора задавали требуемое давление воздуха. Воздух с выхода регулятора давления подавался по трубке в герметичный узел, соединенный с впускным отверстием в центре нижней части емкости. Емкость может быть ориентирована под углом примерно 0-10 градусов относительно вертикали. После регулятора давления воздуха была установлена нажимная кнопка, которая соединялась трубкой длиной 2 фута 5/32 дюйма с герметичным соединительным узлом. Для каждого испытания емкость заполняли содержимым до его предпочтительного максимального объема (может быть меньше полного объема емкости). Нажимали на кнопку в течение расчетного времени, обеспечивающего подачу заданной дозы. Форсунка емкости находилась на высоте 2-4 дюйма от поверхности заданной жидкости. Испытания выполнялись с имитацией надавливания на боковые стенки емкости. Результаты соответствуют результатам, полученным в испытаниях с реальным надавливанием, и показывают, что чем больше размеры форсунок с крестообразным разрезом, тем больше возникает брызг. В испытаниях с имитируемым надавливанием фиксировалось время, которое требовалось для выдачи 4 см жидкого концентрата из емкости, содержащей примерно 49 см концентрата в общем объеме 65 см. Емкость имела форму, сходную с формой, показанной на фигуре 6, и содержала стенку толщиной примерно 0,03 дюйма из полиэтилена высокой плотности, причем расстояние от дна емкости до клапана составляло примерно 3 дюйма, толщина емкости составляла примерно 1,1 дюйма, максимальная ширина составляла примерно 2,25 дюйма, и диаметр горлышка был примерно 1 дюйм. Плотность концентрата была равна примерно 1,1 г/см3, вязкость - 4 сП, и цвет концентрата был достаточен для индикации цвета конечного напитка.
Таблица 4B
показатель ударного разбрызгивания для каждой форсунки (имитируемое надавливание)
Форсунка
Слабое нажатие (40) (дюймы в.ст.)
Среднее нажатие (60) (дюймы в.ст.)
Сильное нажатие (100) (дюймы в.ст.)
Средний показатель ударного разбрызгивания
O_015
1
1
1
1,00
O_020
1
1
1
1,00
O_025
1
1
1
1,00
V21_070
1
1
1
1,00
V21_100
1
1
1
1,00
V21_145
3
1
2
2,00
V21_200
3
4
2
3,00
На фигуре 15 представлены показатели способности смешивания и ударного разбрызгивания, полученные для каждой форсунки в испытаниях с использованием реального надавливания на боковые стенки емкости. Эти результаты испытаний можно объединить, например сложить, для формирования показателя рабочей характеристики жидкого концентрата для каждой форсунки. В результате испытаний было получено, что форсунка с крестообразным разрезом размером 0,070 дюйма обеспечивает показатель рабочей характеристики концентрата, равный 2, поскольку она обеспечивает отличное перемешивание концентрата с жидкостью, а также ее работа характеризуется минимальным разбрызгиванием. Для форсунок диаметром 0,020 и 0,025 дюйма с прямыми кромками отверстий были получены оценки "3", то есть, они обеспечивают получение достаточно хорошего конечного продукта. Форсунка диаметром 0,015 дюйма с прямыми кромками отверстия и форсунка с крестообразным разрезом размером 0,100 дюйма получили оценку "4", а форсунки с крестообразным разрезом размерами 0,145 и 0,200 дюйма получили оценки "5" и "6", соответственно. Принимая во внимание полученные результаты, можно сказать, что показатель рабочей характеристики жидкого концентрата для форсунки, используемой с емкостью, раскрытой в настоящей заявке, должен быть в диапазоне 1-4, чтобы можно было получить хороший продукт, и предпочтительно в диапазоне 2-3.
Затем для каждой форсунки вычислялась средняя скорость струи для слабого и сильного надавливания. Для каждой форсунки на высоте 7 дюймов от поверхности была установлена горизонтально бутылочка с водой. Затем прикладывали заданную силу, и измеряли расстояние до центра полученной отметки воды (в пределах 0,25 фута). Сопротивление воздуха при этом не учитывалось. Указанные действия выполнялись три раза для каждой форсунки с использованием обеих сил надавливания. Средние величины приведены в Таблице 5.
Таблица 5
средняя скорость, рассчитанная для каждой форсунки, с использованием слабого и сильного надавливаний
Форсунка
Скорость (мм/с) (слабое)
Скорость (мм/с) (сильное)
O_015
5734
7867
O_020
6000
8134
O_025
6400
7467
V21_070
6400
7467
V21_100
5600
8134
V21_145
4934
6134
V21_200
4000
5334
Затем проводились испытания для каждой форсунки для определения количества жидкости (г/сек), проходящей через форсунку, как для слабого, так и для сильного надавливания). Воздействие осуществляли в течение 3 секунд, и после этого взвешивали выброшенную жидкость. Для определения расхода полученную величину надо было разделить на три. Полученные результаты представлены в Таблице 6.
Таблица 6
массовый расход для слабого и сильного надавливаний для каждой форсунки
Форсунка
Массовый расход (г/сек) (слабое надавливание)
Массовый расход (г/сек) (сильное надавливание)
O_015
0,66
0,83
O_020
1,24
1,44
O_025
1,38
1,78
V21_070
1,39
2.11
V21_100
2,47
3,75
V21_145
2,36
4,16
V21_200
2,49
4,70
График, приведенный на фигуре 16, демонстрирует разницу массового расхода для слабого и сильного надавливаний для каждой форсунки. Желательной является сравнительно небольшая разница для массового расхода жидкого концентрата, поскольку это означает, что пользователь будет выдавливать практически одинаковое количество концентрата, даже если будут использоваться различающиеся усилия надавливания. В этом случае обеспечивается подача практически одинакового количества смеси, которое в отношении приготавливаемого напитка непосредственно влияет на его вкус, для одинакового времени выдавливания с разными усилиями. Как можно видеть на фигуре 16, форсунки с крестообразным разрезом размерами 0,100, 0,145 и 0,200 дюйма обеспечивают гораздо более высокий расход концентрата, а также имеют более высокое различие для слабого и сильного надавливаний, то есть, в этих случаях поддержание постоянного усилия надавливания является более важным при выдаче концентрата для получения однородных смесей.
3
3
3
Затем массовый расход для каждой форсунки может использоваться для расчета времени, которое необходимо для выдачи 1 см жидкости. Испытания проводились с водой, для которой 1 г эквивалентен 1 см. Соответственно, разделив 1 на вышеприведенные массовые расходы, можно получить время, необходимое для выдачи через каждую форсунку 1 см жидкости. Эти величины приведены в Таблице 7A.
Таблица 7A
время выдачи 1 см<sup>3</sup> жидкости для слабого и сильного надавливания для каждой форсунки
Форсунка
Время выдачи 1 см<sup>3</sup> (сек) (слабое надавливание)
Время выдачи 1 см<sup>3</sup> (сек) (сильное надавливание)
O_015
1,52
1,20
O_020
0,81
0,69
O_025
0,72
0,56
V21_070
0,72
0,47
V21_100
0,40
0,27
V21_145
0,42
0,24
V21_200
0,40
0,21
3
3
3
3
3
3
3
3
Испытания на удобство пользования показали, что приемлемый диапазон времени выдачи дозы жидкого концентрата составляет 0,3-3,0 сек, что включает времена выдачи, при которых пользователь может контролировать процесс выдавливания жидкого концентрата, или которые он мог бы допускать для получения обоснованно заданного количества жидкого концентрата. Диапазон от примерно 0,5 сек/см до примерно 0,8 сек/см обеспечивает достаточное время с точки зрения реакции пользователя для стандартной дозы примерно 2 см на 240 мл или примерно 4 см на стандартную бутылку воды, и в то же время также не будет обременительным для потребителя, поскольку не потребует слишком большого времени для выдачи стандартной дозы. Форсунки диаметром 0,020 и 0,025 дюйма с прямыми кромками отверстий, а также форсунка с крестообразным разрезом размером 0,070 дюйма обеспечивают указанные величины вне зависимости от силы надавливания (слабое или сильное). Испытания и расчеты для определения характеристик потока концентрата проводились с подачей сжатого воздуха, давление которого соответствовало слабому, среднему и сильному надавливаниям, для расчета времени, необходимого для выдачи 4 см концентрата напитка из емкости, содержащей примерно 49 см концентра в общем объеме 65 см. Сначала определяли массовый расход, располагая перевернутую емкость на высоте примерно 6 дюймов над дренажным лотком, расположенным на датчике веса компании Instron. Затем вышеупомянутая система обеспечения давления имитировала слабое, среднее и сильное усилия надавливания. Выходная информация датчика Instron анализировалась для определения массового расхода. Затем полученная величина массового расхода может быть использована для расчета времени, необходимого для выдачи заданного количества концентрата, например, 2 см, 4 см т.д.
3
3
3
Обычно время подачи дозы концентрата не должно быть слишком большим (поскольку это может увеличивать разброс по времени и, соответственно, по количеству подаваемого концентрата) или слишком малым (поскольку это может приводить к невозможности регулировать количество выдаваемого концентрата в пределах разумного диапазона). Время (продолжительность) выдачи жидкого концентрата может быть измерено по шкале от 1 до 4, где 1 соответствует легко контролируемому количеству или дозе, то есть, время выдачи достаточно для обеспечения некоторого регулирования без слишком большого изменения (например, в среднем в диапазоне 1-3 сек для 4 см); 2 соответствует дозе, которая выдается в течение немного более продолжительного или более короткого времени, но при этом дозу все еще можно контролировать (например, в среднем в диапазоне от 0,3-1 сек или в диапазоне 3-4 сек для 4 см); 3 соответствует дозе, которую трудно контролировать, поскольку время слишком коротко или слишком продолжительно, и в этом обеспечивается либо минимальная, либо слишком большая возможность регулирования (например, в среднем примерно 0,3 сек (причем некоторые точки могут быть менее 0,3 сек) или в диапазоне 4-10 сек для 4 см); и 4 соответствует дозе, которую еще более трудно регулировать по тем же причинам, которые указаны для оценки "3" (в среднем меньше 0,3 сек (все точки меньше 0,3 сек) или больше 10 сек для 4 см) Затем определяли оценку времени выдачи для среднего усилия надавливания, определяемого по слабому, среднему и сильному имитируемым надавливаниям. Полученные результаты представлены в Таблице 7B.
Таблица 7B
Время дозированной выдачи 4 см<sup>3</sup> концентрата напитка (имитируемое надавливание)
Форсунка
Слабое нажатие (40) (дюймы в.ст.)
Среднее нажатие (60) (дюймы в.ст.)
Сильное нажатие (100) (дюймы в.ст.)
Среднее время
Оценка
O_015
13,3
13,3
6,7
11,1
4
O_020
4,0
3,3
2,9
3,4
2
O_025
2,S
2,5
2,0
2,3
1
V21_070
3,3
2,0
1.3
2,2
1
V21_100
0,5
0,4
,2
0,3
2
V21_145
0,3
<0,3
<0,3
0,3
3
V21_200
<0,3
<0,3
<0,3
<0,3
4
Показатель способности смешивания, показатель ударного разбрызгивания и оценка времени выдачи (независимо от того, является ли надавливание действительным или имитируемым) могут быть перемножены для определения функционального показателя дозированной выдачи жидкого концентрата (LCDFV). Предпочтительным является низкая величина показателя LCDFV. Например, предпочтительные величины показателя LCDFV находятся в диапазоне 1-4. Примеры показателей LCDFV для вышеуказанных показателей (показатель способности смешивания, показатель ударного разбрызгивания и оценка времени дозированной выдачи) при имитируемом надавливании приведены в Таблице 7C. Как можно видеть, клапан V21_070 и форсунка О_025 имеют наименьшие величины показателя LCDFV. Хотя форсунка O_025 имеет более низкую величину показателя LCDFV по сравнению с клапаном V21_070, однако форсунка имеет очень плохие показатели по результатам испытаний на разбрызгивание.
Таблица 7C
Величина LCDFV для каждой форсунки
Форсунка
LCDFV
O_015
6,7
O_020
3,3
O_025
1,3
V21_070
2,0
V21_100
2,7
V21_145
10,0
V21_200
12,0
Площади отверстий каждой из форсунок приведены в Таблице 8.
Таблица 8
площади отверстий форсунок для слабого и сильного надавливаний
Форсунка
Площадь отверстия (мм<sup>2</sup>) (слабое надавливание)
Площадь отверстия (мм<sup>2</sup>) (сильное надавливание)
O,015
0,114
0,114
O_020
0,203
0,203
O_025
0,317
0,317
V21_070
0,217
0,283
V21_100
0,442
0,461
V21_145
0,479
0,678
V21_200
0,622
0,881
2
Площадь круглых отверстий форсунок SLA определялась по формуле πr. Площади крестообразных прорезей вычислялись путем умножения вычисленного количества выдаваемого материала на тысячу и деления на вычисленную скорость, как для слабого, так и для сильного надавливаний.
Наконец, вычислялась величина момент-секунда для каждой форсунки с использованием слабого и сильного надавливаний. Эта величина вычисляется умножением расчетного массового расхода на расчетную скорость. Полученные результаты приведены в Таблице 9A.
Таблица 9A
величина момент-секунда каждой форсунки для слабого и сильного надавливаний (действительные надавливания)
Форсунка
Момент-секунда (слабое надавливание)
Момент-секунда (сильное надавливание)
O_015
3803
6556
O_020
7420
11686
O_025
8854
15457
V21_070
8875
15781
V21_100
13852
30502
V21_145
11660
25496
V21_200
9961
25068
Величина момент-секунда для каждой форсунки также определялась с использованием вышеописанной методики для формирования слабого, среднего и сильного имитируемых надавливаний с помощью сжатого воздуха. Массовый расход (указан в Таблице 9B) умножали на скорость (указана в Таблице 9C) для получения величины момент-секунда для имитируемых надавливаний (указаны в Таблице 9D).
Таблица 9B
массовый расход (г/сек) каждой форсунки для имитируемых надавливаний
Форсунка
Слабое нажатие (40) (дюймы в.ст.)
Среднее нажатие (60) (дюймы в.ст.)
Сильное нажатие (100) (дюймы в.ст.)
Средний массовый расход (г/сек)
O_015
0,3
0,3
0,6
0,4
O_020
1,0
1,2
1,4
1,2
O_025
1.6
1,6
2,0
1,7
V21_070
1.2
2,0
3,0
2,1
V21_100
8,0
11,3
25
14,8
V21_145
14,0
X
X
X
V21_200
X
X
X
X
Таблица 9C
начальная скорость (мм/сек) для каждой форсунки (имитируемые надавливания)
Форсунка
Слабое нажатие (40) (дюймы в.ст.)
Среднее нажатие (60) (дюймы в.ст.)
Сильное нажатие (100) (дюймы в.ст.)
Средняя начальная скорость (мм/сек)
0015
2400
4000
5600
4000
0020
4000
5600
7200
5600
0025
4000
4800
6000
4934
V21070
4400
5200
7600
5734
V21_100
4400
4800
6400
5200
V21_145
4000
4800
6400
5067
V21_200
4000
4800
5600
4800
Таблица 9D
величина момент-секунда для каждой форсунки для слабого, среднего и сильного надавливаний (имитируемые надавливания)
Форсунка
Слабое нажатие (40) (дюймы в.ст.)
Среднее нажатие (60) (дюймы в.ст.)
Сильное нажатие (100) (дюймы в.ст.)
Средняя величина момент-секунда
O_015
720
1200
3360
1760
O_020
4000
6720
10081
6934
O_025
6400
7680
12001
8694
V21_070
5280
10401
22801
12827
V21_100
35202
54403
160010
83205
V21_145
56003
X
X
X
V21_200
X
X
X
X
Величины момент-секунда связаны со способностью смешивания струи жидкости, выходящей из форсунки, поскольку она зависит от массового расхода и скорости, то есть, от количества и скорости жидкости, подаваемой из емкости. Однако испытания показали, что потребитель будет выжимать примерно одинаковое количество жидкого концентрата, даже если будет прикладывать разные усилия надавливания. Таким образом, будет обеспечиваться практически однородная смесь для равных величин времени подачи с разными усилиями надавливания. Результаты, полученные для действительных и имитируемых надавливаний, хорошо согласуются. Как уже было показано, имитация работы отверстия с клапаном может обеспечить получение более сопоставимых величин момент-секунда для слабых и сильных надавливаний, а также для диапазона имитируемых надавливаний, и в то же время клапан предотвращает просачивание концентрата.
График, приведенный на фигуре 17, демонстрирует разницу величин момент-секунда для слабого и сильного надавливаний для каждой форсунки. Для жидкого концентрата желательно иметь сравнительно небольшую разницу величин момент-секунда, поскольку нулевая разница соответствует постоянной величине момент-секунда, не зависящей от усилия надавливания. Изменения величины момент-секунда, не превышающие примерно 10000 и предпочтительно 8000, будут сравнительно небольшими для слабого и сильного надавливаний, так что струя, выходящая из емкости и падающая в заданную жидкость, будет в этом случае иметь примерно одинаковую энергию, что обеспечивает получение практически одинаковой смеси. Как показано на фигуре 17, форсунки с круглым отверстием и форсунка с крестообразной прорезью размером 0,070 дюйма дают такую разницу величин момент-секунда, что обеспечивается получение вполне соизмеримых смесей для слабого и сильного надавливаний. Также приемлемыми разницами величин момент-секунда могут быть примерно 17000 или меньше, или примерно 12000 или меньше.
Еще одной важной характеристикой является способность емкости для жидкого концентрата выдавать его дозами практически линейно в широком диапазоне количеств жидкого концентрата в емкости, когда постоянное давление действует в течение заданного времени. Проводились испытания форсунок для определения веса жидкого концентрата, выталкиваемого под давлением, которое обеспечивает минимальную контролируемую скорость в течение заданного интервала времени, когда емкость заполнена жидким концентратом до низкого, среднего и высокого уровней. Результаты этих испытаний показаны в Таблице 10.
Таблица 10
количество концентрата, выдаваемого в зависимости от уровня заполнения им емкости
Форсунка
Высокий уровень (г)
Средний уровень (г)
Низкий уровень (г)
O_015
0,45
0,49
0,52
O_020
0,89
0,82
0,82
O_025
1,25
1,34
1,38
V21_070
0,78
0,89
0,90
V21_100
2,14
2,21
2,19
V21_145
4,20
3,46
4,37
V21_100
4,60
4,74
5,80
Как уже указывалось, хорошая линейность потока или малое изменение массы по мере опустошения емкости позволяет пользователю использовать один и тот же способ (прикладывать примерно одно и то же давление) в течение примерно одного и того же интервала времени при любой степени заполнения емкости, чтобы выжать примерно одно и то же количество жидкого концентрата. На фигуре 18 приведен график, иллюстрирующий максимальное изменение между двумя величинами в Таблице 10 для каждой форсунки. Как показано на фигуре 18 и в Таблице 10, максимальное изменение для всех форсунок с круглым отверстием и с прямыми кромками, а также для форсунок с крестообразным разрезом размерами 0,070 и 0,100 дюйма не превышает 0,15 грамм при изменении уровня заполнения емкости концентратом от высокого до низкого. Однако для форсунок с крестообразным разрезом размерами 0,145 и 0,200 дюйма максимальные изменения составили 0,91 и 1,2 грамм, соответственно. Скорее всего это связано с изменчивостью раскрытия отверстия для разных давлений в сочетании с увеличенным количеством жидкости, протекающей через форсунку. Соответственно, приемлемая форсунка имеет максимальное изменение линейности потока менее 0,5 грамм при изменении степени заполнения емкости, предпочтительно менее 0,3 грамм и более предпочтительно менее 0,15 грамм.
Как уже указывалось, конструкция емкости обеспечивает защиту от подтекания. В одном из вариантов такая защита обеспечивается за счет использования разреза, части которого гибко отгибаются для пропускания продукта из емкости и по меньшей мере частично возвращаются в первоначальное положение для предотвращения нежелательного вытекания жидкости через клапан. Защита от подтекания не означает, что емкость никогда не будет подтекать в любых условиях. Конструкция емкости обеспечивает защиту от подтекания в наиболее типичных условиях. Степень подтекания может быть оценена с использованием показателя образования капель. Способ определения показателя образования капель включает обеспечение пустой емкости, обеспечение в нижней части емкости пропускного тракта между атмосферой и внутренним объемом емкости, причем поперечное сечение пропускного тракта составляет по меньшей мере 20% максимального поперечного сечения емкости, заполнение емкости водой через пропускной тракт, переворачивание емкости, так что выход направлен вниз, удаление или открытие крышки, закрывающей выход, и подсчет капель воды, упавших из емкости, в течение 10 минут. Показатель образования капель равен количеству упавших капель. Испытания предпочтительной конструкции емкости, имеющей клапан с крестообразным разрезом V21_070 (иллюстрируется на фигуре 6, но без углубления) показали, что показатель образования капель равен нулю. Это свидетельствует об обеспечении в емкости по меньшей мере существенной защиты от подтекания. Конечно предпочтительной является величина показателя образования капель, равная нулю, однако другие подходящие величины включают любое количество в диапазоне 1-10 (чем меньше, тем лучше).
Емкости, раскрытые в настоящем описании, подходят для самых разных типов жидких концентратов. Предпочтительны жидкие концентраты, подходящие для холодного розлива, которые сохраняют пригодность для употребления по меньшей мере в течение 12 месяцев хранения при обычной температуре окружающей среды. Это может быть обеспечено за счет сочетания низкого уровня рН и содержания спирта для обеспечения стабильности ингредиентов, которые сами по себе не являются стабильными. Композиции и соответствующие способы могут также включать концентраты напитков, имеющие низкий уровень рН и пониженную активность воды, и содержащие спирт. Снижение активности воды может быть получено добавлением солей. Предпочтительно композиции не являются газированными (например, с использованием углекислого газа). В одном из вариантов степень разбавления концентрата для приготовления напитка может составлять по меньшей мере 25 раз. В предпочтительных вариантах концентрат может иметь уровень рН в диапазоне от примерно 1,4 до примерно 3,0-3,5 и спирт в количестве от примерно 3 вес.% до примерно 35 вес.%.
Некоторые напитки и концентраты напитков, такие как соки, для предотвращения размножения микробов разливают при упаковке горячими (например, при температуре 93°С) и затем запечатывают. Другие напитки, такие как диетические газированные напитки, могут содержать консервирующие вещества и могут разливаться холодными в процессе упаковки (то есть, без пастеризации). Для предпочтительных композиций, с учетом сочетания их уровня рН и содержания спирта, не нужна дополнительная тепловая или механическая обработка, например обработка давлением или ультразвуком, для снижения активности микробов, до упаковки или после нее. Хотя следует отметить, что для предпочтительных композиций такая дополнительная обработка не исключается. В предпочтительных вариантах упаковочный материал не требует дополнительной химической или радиационной обработки. Хотя производственная среда должна поддерживаться в чистоте, однако УФ-обработка или использование стерильных материалов необязательны. Короче говоря, производственное оборудование, среда производства и упаковки должны соответствовать обычным требованиям к производству пищевых продуктов, однако требования по стерилизации при упаковке не предъявляются. Таким образом, использование вышеуказанных композиций может обеспечивать снижение производственных расходов.
Обычно концентраты непригодны для питья и могут дополнительно содержать красители (искусственные и/или натуральные), вкусоароматические добавки (искусственные и/или натуральные), подсластители (искусственные и/или натуральные), кофеин, электролиты (включая соли) и другие им подобные добавки. В некоторых вариантах использование дополнительных консервирующих веществ, таких как сорбат или бензоат, для поддержания стабильности состава при хранении необязательно. Вкусоароматические добавки стабильны в кислотной среде. Для приготовления напитков используется холодное разбавление, и смешивание с водой происходит без дополнительного размешивания. Содержание спирта в готовом напитке не должно превышать 0,5 вес.%.
Для приготовления напитка степень разбавления концентрата может быть от 25 до 500 раз. Предпочтительный диапазон степени разбавления может быть от примерно 75 до примерно 200 раз и более предпочтительно от примерно 75 до примерно 160 раз. Концентрат может быть непригоден для питья до его разбавления и может быть разбавлен водой. Кроме воды для разбавления могут использоваться и другие жидкости, пригодные для питья, такие как соки, газированные напитки, чай, кофе и т.п. Для уточнения, разбавление в 75 раз означает 1 часть концентрата и 74 части воды (или другой жидкости, пригодной для питья).
При определении предпочтительной степени разбавления (и, соответственно, концентрации концентрата) для приготовления готового напитка кроме содержания спирта, может учитываться также сладость и кислотность напитка. Например, разбавление может представлять собой степень разбавления, необходимую для обеспечения готового напитка, уровень сладости которого эквивалентен сладости напитка, содержащего от примерно 5% до примерно 25% сахара. Например, необходимая степень разбавления может быть выражена, по аналогии, эквивалентом градуса плотности Брикса от 5 до 25, и предпочтительно в диапазоне примерно 8-14. Градус плотности Брикса можно определить как единицу содержания сахара водного раствора. 1 градус плотности Брикса может соответствовать 1 грамму сахарозы в 100 граммах раствора. Для целей рассматриваемых вариантов осуществления изобретения 1 градус плотности Брикса может, по аналогии, сравнивать количество подсластителя, натурального или искусственного, необходимое для обеспечения сладости, которую можно ожидать от эквивалентного количества сахарозы. В другом варианте разбавление может определяться получением готового напитка, содержащего кислотные компоненты в диапазоне от примерно 0,01 вес.% до примерно 0,8 вес.%. Разбавление может также определяться получением готового напитка, содержащего консервирующие вещества в количестве, не превышающем примерно 500 ppm, предпочтительно не более 100 ppm.
Кислотность концентратов может обеспечиваться любьми пищевьми органическими или неорганическими кислотами, такими как лимонная кислота, яблочная кислота, адипиновая кислота, виннокаменная кислота, фумаровая кислота, ортофосфорная кислота, молочная кислота и им подобные вещества. Уровень рН концентрата может находиться в диапазоне от примерно 3,0 до примерно 1,4, предпочтительно составляет примерно 2,3, и наиболее предпочтительно примерно 2,2.
рН концентрата, когда этот уровень ниже необходимого. Например, цитрат калия может использоваться для увеличения уровня рН от примерно 1,3 (без буфера) или 2,0 до примерно 2,3. См. Таблицу 11, в которой приведены 3 примера. В других случаях недиссоциированный ион соли кислоты может обеспечивать буферизацию для всего концентрата. В одном из вариантов рН концентрата обеспечивает необходимое противомикробное действие, в то время как кислотность недостаточно высока, чтобы разрушать вкусоароматический компонент. Дополнительная польза от буфера заключается в том, что он может улучшить органолептические характеристики конечного продукта в его разбавленной форме. Буферный раствор может улучшить (смягчить) кислый вкус разбавленного концентрата (готового напитка). Например, цитрат с лимонной кислотой может повысить кислотность лучше, чем в случае использования только лимонной кислоты. Предпочтительное отношение кислота/буфер может быть равно примерно 1:1 или выше, предпочтительно между 1:1 и 40:1 и более предпочтительно от примерно 7:1 до примерно 15:1. В любом случае заданное отношение кислота/буфер содействует обеспечению противомикробного действия и стабилизации вкусоароматических добавок.
Таблица 11
композиции для анализа действия буферного раствора
Вариант pH=1,5%
Вариант pH=2,0%
Вариант pH=2,5%
Вода
60,925
58,675
55,195
Лимонная кислота
24,5
24,5
24,5
Сорбат калия
0,050
0,050
0,050
Цитрат калия
0,000
2,250
5,730
Сок лайма
11,5
11,5
11,5
Сукралоза
2,0
2,0
2,0
AceK
1
1
1
Краситель
0,025
0,025
0,025
Всего
100,0000
100,0000
100,0000
В нижеприведенной Таблице 12 представлены результаты степени изменения вкуса испытываемых образцов в зависимости от уровня рН в течение 4 недель. Были приготовлены образцы жидкого концентрата с лимонным ароматизатором, имеющие уровни рН, равные 1,5, 2,0 и 2,5, которые хранили при трех разных температурах: 0°F, 70°F и 90°F. Образцы, которые хранились при температуре 0°F, были контрольными, для которых считалось, что их вкус за указанный период существенно не ухудшался. Через 2 и 4 недели образцы жидкого концентрата, хранимые при температурах 0°F и 70°F, вынимали из мест их хранения и разводили водой для получения готового напитка. Затем полученные готовые напитки выдерживали, пока их температура не станет равной комнатной температуре, после чего они оценивались группой дегустаторов (4-6 человек). Сначала дегустаторы пробовали образец с pH=1,5, который хранился при температуре 0°F, и сравнивали его с образцом с pH=1,5, который хранился при температуре 70°F. Затем дегустаторы оценивали степень различия вкуса образцов. Использовалась шкала оценок от 1 до 10: оценки 1-3 соответствовали незначительному различию, оценки 4-6 соответствовали достаточному различию, и оценки 7-10 соответствовали очень большому различию. Такая же методика использовалась для образцов с уровнями рН, равными 2,0 и 2,5. Перед дегустацией следующих образцов дегустаторов ели печенье и запивали водой. Образцы, хранившиеся при температуре 90°F, также оценивались через 1 неделю, через 3 недели, через 4 недели и через 5 недель и сравнивались с контрольными образцами, хранившимися при температуре 0°F, для оценки степени различия вкуса по методике, использовавшейся для образцов, которые хранились при температуре 70°F. Полученные результаты показывают, что при увеличении уровня рН стабильность вкусоароматических добавок повышается.
Таблица 12
степень различия вкуса
Концентрат, хранившийся при т-ре 70°F
Концентрат, хранившийся при т-ре 90°F
РН
1 неделя
2 недели
3 недели
4 недели
рН
1 неделя
2 недели
3 недели
4 недели
1,5
-
4,33
-
4,00
1,5
4,00
-
6,80
6,33
2,0
-
2,00
-
3,00
2,0
2,60
-
3,20
4,67
2,5
-
2,67
-
2,00
2,5
2,20
-
4,00
4,00
Шкала степени различия
Шкала степени различия
Очень близки
1-3
Очень близки
1-3
Различны
4-6
Различны
4-6
Очень различны
7-10
Очень различны
7-10
Пищевые противомикробные агенты, используемые в вариантах осуществления изобретения, могут включать различные спирты, такие как этиловый спирт, пропиленгликоль или их различные сочетания. Содержание спирта в концентрате может быть от примерно 5% до примерно 35%, предпочтительно от примерно 5% до примерно 15% и более предпочтительно примерно 10% от общего веса концентрата. В концентраты могут вводиться самые разные добавки. В качестве ароматизаторов могут использоваться фрукты, чай, кофе и т.п. и их сочетания. Концентрат также может содержать краситель, стабилизирующие добавки, камеди, соли или питательные добавки в любых сочетаниях, при которых сохраняется требуемый уровень рН и весовое содержание спирта. Предпочтительные композиции имеют стабильные характеристики аромата и цвета, которые не изменяются существенно в среде с высокой кислотностью. В некоторые композиции могут быть добавлены натуральные или искусственные консервирующие агенты для поддержания противомикробного действия, такие как ЭДТК, бензоат натрия, сорбат калия, гексаметафосфат натрия, низин, натамицин, полилизин и т.п.Консервирующие добавки, такие как сорбат калия или бензоат натрия, могут быть предпочтительными в композициях, содержащих, например, не более чем 20 вес.% пропиленгликоля и/или не более чем 10 вес.% этилового спирта. В качестве питательных добавок могут использоваться витамины, минералы, антиоксиданты и т.п. В некоторых вариантах концентрат содержит подсластитель. Подсластители, подходящие для целей настоящего изобретения, включают сукралозу, аспартам, сахарин, монатин, луо-хан-гуо, неотам, сахарозу, фруктозу, цикламаты, ацельсульфам калия или любые иные калорийные или некалорийные подсластители и их сочетания. В нижеприведенных Таблицах представлены конкретные варианты различных композиций концентратов.
Таблица 13
концентрат напитка холодного розлива (первый пример)
Заданная величина
Диапазон
Ингредиенты
Вес, в %
Мин.
Макс.
Вода
47,00
30,00
65,00
Лимонная кислота
20,00
15,00
40,00
Цитрат калия
0,75
0,00
4,00
Ароматизатор
17,45
10,00
30,00
Сукралоза
1,00
0,50
4,00
AceK
0,75
0,10
2,00
Этанол
13,00
5,00
30,00
Красители
0,05
0,005
5
Всего:
100,00
Таблица 14
концентрат напитка холодного розлива (второй приме
Заданная величина
Диапазон
Ингредиенты
Вес, в %
Мин.
Макс.
Вода
49,00
30,00
65,00
Лимонная кислота
16,00
5,00
35,00
Яблочная кислота
5,00
1,00
30,00
Цитрат калия
0,71
0,00
4,00
Ароматизатор
15,99
10,00
30,00
Сукралоза( сухая)
1,50
0,50
4,00
AceK
0,50
0,10
2,00
Этанол
11,00
5,00
30,00
Красители
0,30
0,03
5
Всего:
100,00
Таблица 15
концентрат напитка холодного розлива (третий пример)
Заданная величина (мало электролитов)
Заданная величина (много электролитов)
Диапазон
Ингредиенты
Вес, в %
Вес, в %
Мин.
Макс.
Вода
55,41
42,17
20,00
70,00
Лимонная кислота
17,9
17,9
5,00
30,00
Сорбат калия
0,05
0,05
0,00
0,10
Цитрат калия
1,5
2,9
0,00
5,00
Краситель/спирт
12,2
12,2
1,00
40,00
Сукралоза
2,01
2,01
0,00
20,00
Яблочная кислота
4,5
4,5
0,00
30,00
AceK
0,99
0,99
0,00
5,00
Краситель
0,17
0,20
0,00
2,00
Монофосфат калия
1,19
4,13
0,00
10,00
Соль (NaCl)
4,08
12,95
0,00
20,00
В сумме (без воды):
44,59
57,83
Всего:
100
100
Диапазон
Мало
Много
Активность воды в концентрате:
0,93
0,78
0.6
до 1,0
Натрий на 8 унций напитка (мг)
35,00
111,00
1,00
200,00
Калий на 8 унций напитка (мг)
20,00
50,00
1,00
100,00
Таблица 16
концентрат напитка холодного розлива (четвертый пример)
Заданная величина
Ингредиенты
Вес, в %
Вода
67,07
Лимонная кислота
11,8
Сорбат калия
0,05
Цитрат калия
1,08
Краситель/спирт
8,2
Сукралоза (жидкая)
4,9
Яблочная кислота
3,0
AceK
0,6
Монофосфат калия
0,4
NaCl
2,9
Всего:
100
Действит. рН
1,88
Действит. плотность
1,09
Таблица 17
концентрат напитка холодного розлива (пятый пример)
Заданная величина
Ингредиенты
Вес, в %
Вода
61,03
Лимонная кислота
11,2
Сорбат калия
0,05
Цитрат калия
1,02
Краситель/спирт
7,8
Сукралоза (жидкая)
4,7
Яблочная кислота
2,8
AceK
0,6
Монофосфат калия
2,0
NaCl
8,8
Всего:
100
Действит. рН
1,78
Действит. плотность
1,16
Примеры, представленные в Таблицах 13-17, включают композиции для холодного розлива концентратов напитков с низким уровнем рН, не превышающим примерно 3,5 и предпочтительно находящимся в диапазоне от примерно 1,7 до примерно 2,4. В качестве спирта может использоваться этанол, пропиленгликоль и т.п. и их сочетания. Содержание спирта может быть в диапазоне от примерно 1 вес.% до примерно 35 вес.% и предпочтительно в диапазоне от примерно 3 вес.% до примерно 35 вес.%. Спирт включен в вышеприведенные примеры композиций вместе с ароматизатором. Тем не менее, общее весовое содержание спирта должно быть в указанных диапазонах независимо от их сочетания с красителями. Кроме того, в примерах, приведенных в Таблицах 13 - 17, указаны различные сочетания солей, содержание которых находится в диапазоне до примерно 35 вес.% и предпочтительно в диапазоне от примерно 4 вес.% до примерно 15 вес.%. Красители могут быть искусственными или натуральными, и их содержание может быть в диапазоне от 0,005% до 5,0%, предпочтительно в диапазоне от примерно 0,005% до примерно 1%. В композициях, в которых используются натуральные красители, может потребоваться более высокое их содержание для получения необходимых цветовых характеристик.
Как показано в Таблицах 13-17, в дополнение к цитрату калия композиции содержат также компоненты, обеспечивающие снижение активности воды в композициях, например соли, такие натрий хлор (NaCl) и монофосфат калия. Эти добавляемые соли могут снижать активность воды концентрата для повышения стабильности противомикробных свойств. Композиции с указанием "Мало электролитов" содержат немного NaCl и монофосфата калия, а композиции с указанием "Много электролитов" характеризуются более высоким содержанием NaCl и монофосфата калия. Хотя следует отметить, что в вышеприведенных примерах возможно использование более высокого и более низкого содержания солей. Добавляемые соли могут обеспечивать получение композиции жидкого концентрата напитка, который может разбавляться по меньшей мере 75 раз и предпочтительно вплоть до отношения 100 раз, и активность воды в такой композиции может быть в диапазоне от примерно 0,6 до примерно 1 (предпочтительно в диапазоне от примерно 0,75 до примерно 1).
+
+
-
При снижении активности воды повышается срок хранения продукта и улучшаются противомикробные свойства, что позволяет снизить содержание спирта и консервирующих добавок. Активность воды может быть определена как отношение давления паров воды в герметичной камере, содержащей пищевой продукт, к давлению насыщенных паров воды при той же температуре. Таким образом, активность воды может указывать на степень, с которой несвязанная вода может действовать в качестве растворителя или иным образом ухудшать свойства продукта или способствовать развитию микробиологических реакций. См., например, патент US 6,482,465, Cherukuri и др. В концентратах могут использоваться соли, содержащие Na (натрий); K (калий);  (кальций);  (магний); Cl (хлорид);  (кислый фосфат);  (гидрокарбонат) и им подобные вещества и их сочетания. Другие добавляемые соли могут включать электролиты, такие как, например: лимоннокислый натрий; монофосфат натрия; хлористый натрий; хлористый калий; хлористый магний; хлористый кальций и им подобные вещества и их сочетания. Как известно эти соли обеспечивают электролиты, которые используются в напитках для спортсменов. Предполагается, что эти композиции концентратов напитков с содержанием компонентов в указанных диапазонах могут иметь достаточные противомикробные свойства без использования консервирующих добавок, и стабильность компонентов будет обеспечиваться по меньшей мере в течение года при хранении при обычных температурах.
Для изучения противомикробных свойств рассматриваемых композиций концентратов напитков по настоящему изобретению проводились исследования с использованием разных уровней рН и содержания спирта для выявления сочетаний, которые оказывают негативное воздействие на размножение микробов или вообще не оказывают никакого воздействия. Как правило, при высоком уровне рН (а именно, 3 и выше) и низком содержании спирта (а именно, ниже примерно 5 вес.%) наблюдалось некоторое развитие плесени. Композиции, для которых наблюдалось негативное воздействие на размножение микробов, или же противомикробный эффект был нулевым, также проходили испытания для оценки их органолептических характеристик.
В частности, в Таблицах 18 и 19 представлены результаты определения противомикробных свойств для нескольких вариантов потенциальных концентратов напитков в зависимости от уровня рН и содержания спирта (Таблица 18 для EtOH, и Таблица 19 для пропиленгликоля) Определение противомикробных свойств EtOH осуществлялось для трех типов культур: микробы, дрожжевые грибки и плесневые грибки, причем испытания проводились по меньшей мере в течение 3 месяцев. В испытаниях использовались культуры следующих микробов: Gluconobacter oxydans, Gluconacetobacter diazotrophicus, Gluconacetobacter liquefaciens, and/or Gluconobacter sacchari. Культуры дрожжевых грибков содержали Zygosaccharomyces bailii, Saccharomyces cerevisiae, Candida tropicalis и/или Candida lypolytica. Культуры плесневых грибков содержали Penicillium spinulosum, Aspergillus niger и/или Paecilomyces variotii. Полученные результаты показывают, воздействие на какие культуры было негативным, или оно было нулевым, по сравнению с контрольными образцами, причем указание * соответствует отсутствию размножения микробов, и *** соответствует некоторому размножению. Испытания с использованием плесневых и дрожжевых грибков также выполнялись для образцов, в которых в качестве спирта использовался пропиленгликоль. Для этих образцов уровень рН был примерно 2,3, активность воды составляла от примерно 0,85 до примерно 0,95. В Таблице 19 видна положительная связь между повышением уровней пропиленгликоля и улучшением противомикробного действия.
Таблица 18
результаты исследования противомикробных свойств
Вариант
рН
EtOH, %
Микробы
Дрожжи
Плесень
Все
1
3,0
15
*
*
*
*
2
3,0
10
*
*
*
*
3
3,0
5
*
***
***
***
4
2,5
15
*
*
*
*
5
2,5
10
*
*
*
*
6
2,5
5
*
*
*
*
7
2,0
15
*
*
*
*
8
2.0
10
*
*
*
*
9
2,0
5
*
*
*
*
10
1,5
15
*
*
*
*
11
1,5
10
*
*
*
*
12
1,5
5
*
*
*
*
C1
3,0
0
*
***
***
***
C2
1,5
20
*
*
*
*
C3
1,5
0
*
*
***
***
C4
3,0
20
*
*
*
*
Таблица 19
результаты исследования противомикробных свойств
Результаты для плесени
Кол-во пропиленгликоля
Неделя - 4
0%
100
10%
1200
15%
300
20%
<1
25%
<1
Результаты для дрожжей
Кол-во пропиленгликоля
Неделя - 4
0%
<100
10%
<100
15%
<100
20%
<100
25%
<10
Испытания в отношении микробов дали аналогичное низкое или нулевое противомикробное действие. Также исследовалось снижение активности воды в композициях солями. В частности, активность воды в композиции, содержащей воду в количестве примерно 68 вес.%, лимонную кислоту - примерно 2 вес.%, цитрат калия - примерно 1,5 вес.%, ароматизатор/спирт - примерно 8,5 вес.%, сукралозу - примерно 1,9 вес.%, яблочную кислоту - примерно 17 вес.% и AceK - примерно 1,1 вес.%, составила примерно 0,94. Когда 7 вес.% и 13 вес.% воды заменяли солью (NaCl), активность воды падала до примерно 0,874 и 0,809, соответственно. Неожиданно оказалось, что такие уровни активности воды (например, около 0,8) в сочетании с низким уровнем рН и содержанием спирта обеспечивали противомикробное действие, которое обеспечивалось предыдущими композициями с активностью воды, не превышающей примерно 0,6. См. Таблицу 20. Таким образом, сочетание низкого уровня рН, спирта (например, пропиленгликоля, этанола и им подобных спиртов и их сочетаний) и пониженной активности воды создают среду, неблагоприятную для микроорганизмов. Такое сочетание уровня рН и активности воды в предпочтительных вариантах может оказывать противомикробное действие при содержании этанола в количестве примерно 10% и пропиленгликоля в количестве примерно 20% и бактериостатическое действие при содержании пропиленгликоля в количестве примерно 10%.
Таблица 20
композиции с противомикробным действием
Ингредиенты
Композиция 1
Композиция 2
Композиция 3
Активность воды - 0,940%
Активность воды - 0,874%
Активность воды - 0,809%
Вода
68
61
55
Лимонная кислота
2
2
2
Соль (NaCl)
0
7
13
Цитрат калия
1,5
1,5
1,5
Краситель/спирт
8,5
8,5
8,5
Сукралоза (сухая)
1,9
1,9
1,9
Яблочная кислота
17
17
17
AceK
1,1
1,1
1,1
Всего
100
100
100
Осуществление настоящего изобретения может включать любое количество изменений для получения концентрата напитка с требуемым уровнем рН и содержанием спирта. В общем случае способ может включать обеспечение воды и добавок с последующим обеспечением спирта в количестве по меньшей мере 5 вес.% и кислотного компонента для регулируемого изменения уровня рН, так чтобы он не превышал по меньшей мере примерно 3. Также могут добавляться буферные растворы.
Другие примеры подходящих жидких концентратов указаны в нижеприведенной Таблице 21. Эти концентраты могут быть использованы вместе с вышеописанными емкостями для обеспечения упаковок с концентратами напитков, которые имеют более длительный срок хранения. Эти концентраты также могут использоваться независимо от емкостей, раскрытых в настоящей заявке, то есть, отдельно или с другими типами емкостей. Следует отметить, что ароматизирующая часть композиции, как указано в Таблице 21, включает объединенный компонент ароматизатор/спирт. Содержание спирта в композиции в вес.% указано в скобках. В качестве спирта может использоваться этиловый спирт, пропиленгликоль и их сочетания, причем спирт используется в качестве растворителя для ароматизатора. Содержание спирта может составлять от примерно 75% до примерно 95% ароматизирующей части композиции и предпочтительно составляет примерно 90%.
Таблица 21
примеры концентратов напитков
Композиции:
1
2
3
4
5
6
7
8
Ингредиенты (вес.%)
%
%
%
%
%
%
%
%
Вода
60-65
52-58
60-65
60-65
60-65
70-75
55-60
58-63
Лимонная кислота
1-4
15-20
1-4
5-9
1-4
0-1
15-20
15-20
Цитрат калия
1-3
1-3
1-3
1-3
1-3
0-1
1-3
1-3
Сукралоза, 25%
5-10
5-10
5-10
5-10
5-10
5-10
5-10
5-10
Яблочная кислота
15-20
3-5
15-20
10-14
13-17
2-6
0-2
0-2
Ацесульфам К
0,5-1,5
0,5-1,5
0,5-1,5
0,5-1,5
0,5-1,5
0,5-1,5
0,5-1,5
0,5-1,5
Сорбат калия
0,01-0, 1
0,01-0,1
0,01-0,1
0,01-0,1
0,01-0,1
0,01-0,1
0,01-0,1
0,01-0,1
Ароматизатор (спирт)
7-12 (6-11)
10-14 (9-13)
7-12 (6-11)
7-12 (6-11)
10-14 (9-13)
12-16 (11-14)
10,5-16 (9-14)
6-10 (5-9)
Смесь кофеина с таурином
2-4
2-4
Тринатриевый цитрат
1-3
1-3
Краситель
0,05-0,2
0,051-0,21
0,065-0,28
0,1-0,9
0,021-0,104
0,201-1,004
0,101-0,504
0,101-0,509
Совместное использование форсунки 132 и закрывающей части 126 с закупоривающей частью 148 и внутренней пробкой 149, как показано на фигурах 19 и 20, обеспечивают несколько уровней защиты от подтекания, что особенно важно при использовании вместе с концентратами напитков, раскрытыми в настоящей заявке. Эта очень высокая степень защиты становится очевидной при сравнении с навинчивающимся колпачком, которые используется, например, в бутылочке с препаратом Visine, однако откидной крышкой легче пользоваться по сравнению с навинчивающимся колпачком. Как указано в Таблице 22, когда используется форсунка V21_070, количество кислорода, которое поступает со временем в закрытую емкость, сравнимо с количеством кислорода для навинчивающегося колпачка бутылочки с препаратом Visine.
Таблица 22
характеристики закупоривания (по количеству поступающего кислорода)
Сутки
1
2
4
10:30
11:15
12:00
10:00
4:00
10:30
Переменная
Образец, #
O<sub>2</sub>, %
O<sub>2</sub>, %
O<sub>2</sub>, %
O<sub>2</sub>, %
O<sub>2</sub>, %
O<sub>2</sub>, %
Емкость с V21_070
1
0,14
0,15
0,19
2,04
2,15
2,87
2
0,02
0,11
0,18
3,21
3,4
4,61
3
0,04
0,07
0,09
1,12
1,2
1,65
Visine
1
0,05
0,09
0,13
2,56
2,77
4,1
2
0,15
0,16
0,18
2,25
2,43
3,58
Чертежи и вышеприведенное описание не должны рассматриваться как единственные формы емкости и способов в отношении деталей конструкции. Необходимо понимать, что в зависимости от ситуации могут быть предложены различные изменения формы и соотношения частей, а также замена их эквивалентами. Аналогично, то время как концентраты напитков и способы были рассмотрены в настоящем описании на конкретных примерах осуществления изобретения, должно быть понятно, что специалистам в данной области техники после ознакомления с описанием будут очевидны различные альтернативы, модификации и изменения вариантов, рассмотренных в описании.