專利名稱：用于制備咖啡飲料的具有過濾嵌入物的膠囊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在飲料制備機器內(nèi)制備咖啡的膠囊。此外還涉及包括這種膠囊的 咖啡膠囊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
因為其能快捷、方便并且以清潔的方式提供新鮮味道的飲料，單份供應(yīng)的飲料膠 囊很受歡迎。因此，一些飲料膠囊系統(tǒng)用來從容納在膠囊中的烘焙和研磨的咖啡成分中提 取/萃取咖啡液體，當(dāng)有足夠量的水充滿該膠囊時該膠囊在壓力下打開/形成開口。更具 體地，在膠囊的輸送面打開之前膠囊中的液體壓力增加，從而提供優(yōu)質(zhì)的提取。特別是，Nespresso ,膠囊系統(tǒng)，如在EP0512470B1中描述的，是基于如下原理， 即，膠囊的提取面抵靠著飲料制備機器內(nèi)膠囊保持器的凸起和凹入元件被撕裂。當(dāng)達(dá)到斷 裂應(yīng)力時，提取面在這些凸起元件和/或凹入元件的位置處撕裂以使得液體一如咖啡提 取物一在一定正壓力下進(jìn)行咖啡提取后被排出。EP0512468B1還描述了一種適用于這種 提取方法和設(shè)備的膠囊。雖然由于膠囊提取面的這種延遲打開，這種方法能得到出色的咖啡品質(zhì)，但是該 面的打開可能難以被重復(fù)控制，因為它取決于很多不同的因素。所以，提取面一般由具有非 常精確厚度控制的鋁、特別是大約30微米的膜形成。即使所有心思用于設(shè)計這種膠囊，膜 的打開可能會或多或少延遲并且流動的一致性也會被以某些方式影響，這些方式取決于研 磨咖啡的特性、通過膜的穿孔的尺寸等。很多專利中描述的膠囊不適應(yīng)于包括具有如EP0512470B1所述的凸起和凹入元 件的膠囊保持器的飲料制備機器。EP1273528B1涉及用來在壓力下被提取的封閉柔性膠囊，該膠囊包括通過用刺穿 工具刺穿從而允許水在大氣壓力下通過的第一箔，以及僅允許水在提取過程中獲得的過壓 力在0. 1到3bar時通過的第二箔；該箔由具有足夠緊密的網(wǎng)眼的過濾紙或無紡織物制成。 可是，這樣的膠囊被設(shè)置用于插入如EP0242556中所述的在膠囊的輸出側(cè)具有大開口的咖 啡機中。如EP0512470B1所述，這樣的膠囊的輸出箔會在提取開始時靠著咖啡機的膠囊保 持器而穿孔。US3292527涉及一種裝置和料盒，其中料盒包括由上箔片封閉的截頂杯，該杯底部 是由小穿孔以濾網(wǎng)形式構(gòu)成的圓片。更具體地，這個圓片是為了用于泡制，浸濾和煎煮(咖 啡、茶、菩提花等)。該裝置具有帶有大孔的膠囊保持器，從而可從膠囊提供直流(direct flow)而減少與機器的接觸。W002/058522A2涉及一種用于制造液體食物的料盒和方法，其包括具有一個或多 個用于飲料成分的隔室的類球狀或杯狀主體、過濾器和可能地形成有小的孔口的壁，以提 供對飲料流動的限制，使得能夠形成泡沫或咖啡脂(克麗瑪，crema) 0然而，該膠囊沒有設(shè) 計來與包括凸起和凹入元件的膠囊保持器匹配。EP1579792B1涉及一種用于從顆粒物料中提取飲料的整體料盒，其包括內(nèi)部容積，
5該內(nèi)部容積又包括閥裝置，特別是，包括至少一個貫穿的裂縫或孔口的由彈性材料制成的 襯墊或墊片，該裂縫或孔口常閉以用于隔離料盒的內(nèi)部容積并且在飲料提取已經(jīng)終止時用 于保持內(nèi)部容積內(nèi)的液體殘留物。然而，這樣的料盒在其構(gòu)思上相當(dāng)復(fù)雜，并且不能與包括 凸起和凹入元件的膠囊保持器協(xié)同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種用于適應(yīng)包括膠囊保持器的咖啡制備機器的膠囊解決方案， 該膠囊保持器具有通常用來撕裂膠囊的提取面的凸起和凹入元件，所述膠囊以不同的原理 工作，該原理特別是提供壓力的適當(dāng)建立以在咖啡顆粒和水之間產(chǎn)生緊密的相互作用，以 及通過膠囊輸送的一致的咖啡流。為此，本發(fā)明涉及一種用于在咖啡制備機器中制備咖啡的膠囊，該機器包括具有 凸起和凹入元件的膠囊保持器；所述膠囊包括-倒置的杯形主體，該主體形成容納研磨咖啡的腔室，底部注入壁，側(cè)壁和法蘭狀 邊緣；-輸送壁，其密封在主體上并且包括從膠囊的中心軸線延伸到主體的法蘭狀邊緣 的相對平的外表面；其特征在于，該輸送壁包括至少一個能夠提供大于腔室內(nèi)研磨咖啡背壓的背壓的 多孔(能滲透的)材料部分。關(guān)于術(shù)語“相對平的外表面”，其意指輸送壁的外表面或者完全是平坦的一一這是 優(yōu)選的，或者稍微凸起或凹入，只要相對于垂直于中心軸線的平的橫向平面測得的最大向 內(nèi)或向外偏斜的距離在大約1. 5mm以下。本發(fā)明基于以下原理，S卩，用包括多孔部分的膜——例如相對平的、耐壓和耐熱結(jié) 構(gòu)的過濾嵌入物/插入物/插入件(insert)——替代現(xiàn)有技術(shù)膠囊中的撕裂膜，即，用以適 應(yīng)于一般的穿孔膠囊保持器；這樣的嵌入物能通過其自有的抵靠咖啡飲料提供的背壓特征 提供咖啡飲料的延遲釋放，從而使得在膠囊中咖啡顆粒和熱水之間有強的相互作用。多孔 部分還能在咖啡飲料之上提供大量的咖啡脂，這主要是由于通過嵌入物和由產(chǎn)生相對高的 剪切力和拉伸力的多孔材料形成的精細(xì)過濾網(wǎng)格的壓力釋放。輸送壁提供至少2bar的背壓，優(yōu)選為至少3bar。更優(yōu)選地，背壓至少為5bar，最 優(yōu)選為至少6bar。在一種方式中，輸送壁包括嵌入物，該嵌入物包括三維多孔材料部分。更具體地， 該嵌入物被設(shè)置為在提取過程中抵抗任何倚靠膠囊保持器的凸起和凹入元件的穿孔。更特 別地，所述嵌入物的多孔材料部分具有在100 1到1 30范圍中變化的橫向?qū)挾扰c深度 的比率?！皩挾取痹谶@里被定義為咖啡飲料必須在此處通過以從膠囊中流出并且基本上垂直 于膠囊的中心軸線的多孔部分的最小橫向尺寸?！吧疃取痹谶@里被定義為與膠囊的中心軸線 方向基本上對齊的多孔部分的最大縱向或軸向尺寸。多孔部分的給定比率使得能夠提供給 咖啡飲料相對長的過濾流徑，同時還使嵌入物獲得一定的硬度/剛性以便其不會抵靠膠囊 保持器的凸起和凹入元件而撕裂。更優(yōu)選地，所述嵌入物的多孔材料部分的橫向?qū)挾扰c深 度的比率在30 1到1 20范圍內(nèi)變化。嵌入物的最小厚度在0. 2mm和5mm之間，優(yōu)選地在0. 4mm和3mm之間，最優(yōu)選地在0.6mm和1.5mm之間。嵌入物的一定厚度對于減少輸送壁由于內(nèi)部壓力的建立而抵靠在膠 囊保持器上的變形而言是必需的。如果變形嚴(yán)重，該壁可抵靠膠囊保持器的凸起元件撕裂， 和/或提供在膠囊保持器上的孔口可部分或全部被阻塞以致于阻礙咖啡流動。因此，優(yōu)選 地使輸送壁，即嵌入物，的變形最小化。在第一方式中，多孔材料部分延伸越過腔室的整個寬度。此外，多孔部分的橫截面可沿軸向改變。例如，多孔部分可具有沿膠囊的中心軸線 的方向增加的橫截面，或者相反，具有沿膠囊的中心軸線的方向減小的橫截面。多孔部分可 形成限制性的橫截面，即在橫向上的橫截面減小的區(qū)域。這個區(qū)域或減小的橫截面可以是 例如大約0. 5mm到10mm。因此，多孔材料部分可具有一大橫截面的區(qū)域，其后跟隨有橫截面 減小的區(qū)域，其中大橫截面的區(qū)域與橫截面減小的區(qū)域的比率在500 1和5 1之間。在第一實施例中，嵌入物專門由多孔材料形成。該嵌入物可形成為多孔材料的剛 性圓盤。于是多孔圓盤被插入到杯形主體中，并且優(yōu)選地密封在主體的內(nèi)表面上。多孔圓 盤優(yōu)選具有與主體的內(nèi)徑匹配的直徑。插入可通過壓配合并最終焊接(例如，通過熱或超 聲波焊接)完成。一密封層例如熱熔材料可被插入在圓盤和主體之間以確保嵌入物和膠囊 主體之間的正確連接或者圓盤自身由熱熔材料制成。在本發(fā)明的其他實施例中，嵌入物包括至少一個多孔材料部分和至少一個不可滲 透材料部分。關(guān)于“不可滲透”材料，我們這里指的是液體不能透過的性質(zhì)/不滲透性，特 別是咖啡液體的不滲透性。因此，嵌入物可包括可滲透部分和用于引導(dǎo)咖啡液體流動穿過 嵌入物的該可滲透部分的不可滲透部分。從而可以確?？Х葘又械膲毫μ荻?，該壓力梯度 在咖啡層的橫向方向上變化。也可以促使咖啡流在膠囊的腔室內(nèi)的不同深度處通過多孔部 分。特別地，當(dāng)在嵌入物的橫向方向觀察時，多孔材料部分可設(shè)置在不可滲透材料部 分的周邊/外圍。因此，咖啡液體被迫沿膠囊的內(nèi)側(cè)從膠囊流出。當(dāng)接近膠囊的中心軸線 注入水時，這可有利于使液體在咖啡層中沿軸向和橫向方向上橫貫咖啡。在另一構(gòu)型中，當(dāng)沿膠囊的橫向方向觀察時，多孔材料部分被置于嵌入物的中心， 不可滲透材料部分被置于多孔材料部分的周邊。當(dāng)然，環(huán)形的不可滲透材料部分也可分隔多孔材料的第一中心部分和多孔材料的 第二環(huán)形部分以迫使咖啡液體通過中心和靠近膠囊的內(nèi)側(cè)流動。在某些實施例中，多孔材料部分從不可滲透材料部分在腔室內(nèi)向內(nèi)突出。因而，可 在橫向方向以及軸向促進(jìn)咖啡的過濾。這意味著穿過咖啡顆粒的一定量的液體可在沒有沿 軸向橫過整個咖啡層的情況下穿過過濾部分流出。這樣的結(jié)構(gòu)可有利于阻止被注入的水的 全部量通過整個咖啡層。因此，對某些咖啡可得到較少的苦味，例如對大的咖啡體積，例如 lungo咖啡。按照本發(fā)明的一方面，多孔材料部分可形成為聚集固體顆粒的開孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu) 在軸向和橫向上均保持有大量的氣孔。例如，氣孔直徑中值在5到60微米之間，孔隙率在 20%到70%之間(通過水銀孔隙率計測量)。例如，該部分為燒結(jié)材料塊。燒結(jié)部件提供 形成在提取壓力下具有一定硬度和高強度的三維多孔嵌入物的能力。該嵌入物變形可小于 其他過濾器類型。該嵌入物還可以大工業(yè)規(guī)模和較低成本形成。燒結(jié)過程可在加壓或不加 壓的情況下進(jìn)行。
多孔材料部分還可通過其他技術(shù)得到，例如將幾層多孔材料層疊(layer)在一起 直到獲得對于硬度而言具有足夠厚度的三維過濾結(jié)構(gòu)。因此三維過濾結(jié)構(gòu)通過在嵌入物的 橫向和軸向尺度中的過濾網(wǎng)格設(shè)置。例如，可將多層塑料無紡織物和金屬網(wǎng)格堆疊在一起， 其中金屬(例如鋁)為嵌入物提供硬度。多孔材料的多層過濾層疊可通過熱層壓、共同擠 出和/或熱壓成形獲得。多孔材料部分還可包括堆疊和粘合在一起的至少一層燒結(jié)材料和至少一層無紡 織物或金屬網(wǎng)格。多孔材料部分還可通過將金屬電鍍/電沉積到聚合物泡沫材料的間隙中，隨后溶 解該泡沫材料以形成多孔金屬結(jié)構(gòu)而獲得，如在US4053371或US7393446中所述。多孔材料的另一可能形式是具有三維開孔結(jié)構(gòu)的泡沫。形成在泡沫結(jié)構(gòu)內(nèi)的微孔 能夠為咖啡液體提供過濾效果。該泡沫可由足夠剛性的、耐熱的聚合物材料形成，強度高并 且在提取壓力下可能輕微變形。多孔材料部分還可為二維元件，該元件僅包括通過它的壁提供的軸向定向的開優(yōu)選地，多孔材料部分由陶瓷、金屬、碳或聚合物形成，該聚合物例如為PTFE(聚 四氟乙烯)、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯和它們的組合。多孔部分例如還可為金屬和陶 瓷(CMC，IMC)的復(fù)合部分。多孔材料可進(jìn)一步包括例如碳、玻璃、陶瓷等的纖維。在另一可能的方式中，多孔材料部分由生物可降解材料形成，該生物可降解材料 選自包括以下材料的組聚乳酸(例如，CPLA)，生物基聚丙烯，蓖麻油基聚酰胺，淀粉基聚 合物，PV0H以及它們的組合。應(yīng)該注意到由于回收利用的原因，輸送壁和主體基本上由共同的材料構(gòu)成。多孔材料部分還可由織物和/或無紡織物形成。特別地，多孔材料部分是或包括選自以下組的織物含氟聚合物(PTFE，例如 Gore Tex )、聚氨酯、聚酯、聚酰胺和它們的組合。輸送壁可包括附加的可撕裂或可剝離的膜以用于封閉多孔材料部分。如果是可撕 裂的，該膜應(yīng)當(dāng)例如在飲料制備裝置于膠囊上閉合的過程中通過膠囊保持器的凸起和凹入 元件上的機械壓力容易地破裂。例如，該可撕裂的密封件可為小于10微米的鋁膜，其層壓 或焊接在輸送壁的多孔部分上。本發(fā)明的膠囊還優(yōu)選包括用于提供與飲料制備裝置的注入罩蓋(cage)的液密接 合的專用密封裝置。從而該密封裝置確保流體壓力通過由輸送壁形成的背壓可在膠囊中適 當(dāng)?shù)卦黾硬⑶以谀z囊和注入罩蓋的擠壓表面之間不存在明顯的液體泄漏。特別地，密封裝 置設(shè)置在膠囊的法蘭狀邊緣處。在一方式中，密封裝置是厚度可壓縮的材料，以在提取液體的壓力下與該裝置的 注入罩蓋的擠壓表面一起提供液密性。在可選擇的方式中，該密封件為法蘭狀邊緣的可折疊部分。該可折疊部分可為薄 的塑料卷曲唇緣或環(huán)形臺階部。該環(huán)形部分可形成為主體的側(cè)壁和法蘭狀邊緣相交處的主 體直徑的增加。于是，當(dāng)裝置的注入罩蓋閉合到膠囊保持器上時，可折疊部分被裝置的注入 罩蓋的擠壓表面擠壓，以便補償在擠壓表面和膠囊的主體之間存在的空隙。因而，液體被迫 穿過膠囊內(nèi)的物質(zhì)并通過輸送壁的多孔部分。
密封裝置可制成為與主體成一體。換句話說，該密封裝置與主體材料一起形成，例 如，如塑料(例如，PP，可生物降解的聚合物，...)材料。密封裝置優(yōu)選地存在于法蘭狀邊緣和主體側(cè)壁之間的相交線處，或者以附加部分 (例如，橡膠密封件)存在或者以成一體的部分(例如，足夠的塑料厚度)存在。密封裝置可在法蘭狀邊緣和側(cè)壁基部相交處形成局部增加的厚度。該局部增加的 厚度可在側(cè)壁和法蘭狀邊緣的相交處形成基本L形的材料區(qū)段。為了達(dá)到最佳的密封效 果，該局部增加(的厚度)可包括凹的表面，其中在側(cè)壁和邊緣之間的相交線處具有最大厚 度，而從該相交線到端部厚度逐漸減小。在相交處包括密封裝置的主體厚度可具有主體平 均厚度的至少20%，最優(yōu)選至少30%的增加。密封裝置可被添加在主體的外表面上。特別地，密封裝置可被添加在側(cè)壁和法蘭 狀邊緣的相交處，同時部分地或全部地沿邊緣的表面延伸。密封裝置可由可壓縮的塑料或橡膠(例如，硅樹脂)制成。優(yōu)選地，不論是添加在膠囊上或與膠囊成一體，用于密封裝置的材料是相對柔軟 的以確保在機器的閉合過程中正確地填充空隙，例如進(jìn)氣口，以及避免飲料制備機器的閉 合機構(gòu)(例如，肘接桿或凸輪系統(tǒng))上的大量的和重復(fù)的機械約束。為此，用于密封裝置 的材料(的硬度)優(yōu)選低于70肖式硬度A(sh0re A)，更優(yōu)選地等于或低于60肖式硬度 A (shore A)。在另一可能的實施例中，嵌入物的多孔材料部分還可包括壓實顆?；蛴蓧簩嶎w粒 形成，例如壓實的咖啡顆粒。因此，咖啡液體實際上由壓實的咖啡層自身過濾。在這種情況 下，在壓實的咖啡層的下游設(shè)置有過濾壁以確保從嵌入物分散開的咖啡顆粒也保留在膠囊 中。過濾壁可為簡單的多孔膜或由紙、塑料和/或鋁制成的薄層。該過濾壁可被密封在膠 囊主體的法蘭狀邊緣上。壓實的咖啡通過擠壓咖啡顆粒層直到得到堅實的、自支承的咖啡 層而獲得?？Х鹊膲簩嵖稍跐L筒作用下或者借助于壓機獲得。壓力、溫度和濕度是由所屬 技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員確定的獲得充分壓實的堅固咖啡層的因素。壓實咖啡層(的厚度)可在 0.5mm和大約10mm之間。它的寬度優(yōu)選沿膠囊腔室的整個橫截面延伸。然而，提供用于封 閉腔室并由不可滲透部分和壓實咖啡部分形成的嵌入物是可能的。例如，不可滲透橫截面 可為包括用于接納壓實咖啡部分例如塞子(Plug)的凹陷的金屬或塑料元件。還可以將嵌 入物制成為多孔塑料、金屬和/或陶瓷材料部分和壓實咖啡部分的組合。在這種情況下，兩 個部分對于咖啡液體都是可滲透的。這兩個部分可穿過咖啡液體流徑并排或串聯(lián)布置。本發(fā)明的膠囊優(yōu)選容納平均粒度(D4,3)在250微米和600微米之間的烘焙和研磨 咖啡。該膠囊可裝填大約4. 5克和7克之間的咖啡劑量。咖啡腔室優(yōu)選具有在25mm和30mm 之間的高度以及在25mm和32mm之間的較大的寬度。應(yīng)該注意到，膠囊可以是可再充填膠囊。特別是，該膠囊可包括可拆卸和可再封閉 的輸送壁，例如多孔嵌入物。該輸送壁可相對于主體的法蘭狀邊緣部分或完全拆卸。通過 可部分拆卸，其意味著輸送壁可從法蘭狀邊緣部分地分離以打開膠囊用于再填充物料(例 如，咖啡粉末)，但是通過短的連接件例如通過可彎折的塑料部分保持附裝在主體上。特別 是，輸送壁形成可通過主體的主要開口壓入配合的嵌入物?？尚纬汕度胛锖椭黧w的互補夾 緊結(jié)構(gòu)以確保封閉并由此阻止膠囊在插入機器或從機械上移除時意外打開。本發(fā)明還涉及如上所述的膠囊和飲料制備機器的組合，S卩，用于制備飲料的系統(tǒng)，
9該系統(tǒng)包括膠囊保持器，其中所述膠囊保持器具有用于保持膠囊的飲料輸送壁的凸起和凹 入元件。如上所述，本發(fā)明的膠囊包括嵌入物，該嵌入物布置用于抵抗在提取壓力條件下抵 靠膠囊保持器的凸起和凹入元件的穿孔，并且該嵌入物能提供阻止咖啡液體穿過該嵌入物 的一定背壓，該背壓優(yōu)選為至少2bar，更優(yōu)選地至少3bar。更特別的是，本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于將液體注入膠囊中的注入罩蓋，該注入罩蓋 具有設(shè)計用于擠壓到膠囊表面上、特別是擠壓在法蘭狀邊緣上的擠壓邊緣或表面。注入罩 蓋的擠壓邊緣形成有徑向取向的狹槽，該狹槽被膠囊的密封裝置填充以提供足夠的密封性 /緊密性，使得由于由咖啡和多孔部分產(chǎn)生的背壓而導(dǎo)致膠囊內(nèi)的壓力升高，并因此能夠在 飲料頂部形成咖啡脂。徑向取向的狹槽允許當(dāng)注入罩蓋的擠壓力被釋放時空氣進(jìn)入膠囊罩蓋和膠囊之 間，從而允許膠囊更容易地從罩蓋移除。盡管膠囊已被描述為優(yōu)選地適合如在EP0512470B1中所述的咖啡制備機器，但是 本發(fā)明的膠囊還可在其他機器中使用。


本發(fā)明其他的特征和優(yōu)點將在下面附圖的描述中顯見。圖1顯示本發(fā)明膠囊的透視圖；圖2顯示按照第一實施例的圖1中的膠囊的橫截面透視圖；圖3是圖2中的膠囊在嵌入物接合在膠囊其余部分之前的視圖；圖4顯示按照第二實施例的圖1中的膠囊的橫截面透視圖；圖5是圖4中的膠囊在嵌入物接合在膠囊其余部分之前的視圖；圖6顯示按照第三實施例的圖1中的膠囊的橫截面透視圖；圖7是圖6中的膠囊在嵌入物接合在膠囊其余部分之前的視圖；圖8是圖7的嵌入物的視圖；圖9以橫截面視圖顯示在咖啡制備機器內(nèi)從圖2的膠囊提取咖啡；圖10顯示咖啡制備機器的膠囊保持器的支承板的頂視圖；圖11顯示圖1至3的第一實施例的可能變型；圖12以橫截面視圖顯示在咖啡制備機器內(nèi)從圖4的膠囊提取咖啡；圖13以橫截面視圖顯示在咖啡制備機器內(nèi)從圖6的膠囊提取咖啡；圖14顯示按照第四實施例的圖1中的膠囊的橫截面透視圖；圖15是圖14中的膠囊在嵌入物接合在膠囊其余部分之前的視圖；圖16以橫截面透視圖顯示按照本發(fā)明的另一變型的膠囊；圖17以橫截面視圖顯示在咖啡制備機器內(nèi)從圖16的膠囊提取咖啡；圖18顯示在飲料制備機器閉合前該飲料制備機器內(nèi)的膠囊的細(xì)節(jié)的放大視圖。
具體實施例方式本發(fā)明的膠囊1A的第一實施例在圖1-3中說明。膠囊1A包括自支承的杯狀主體 2，該主體2具有用于將水注入膠囊的底壁3、截頂?shù)膫?cè)壁4、向外延伸并且終止于卷曲端部 6的邊緣5。如前所述，該主體可以采用鋁和/或塑料制成并且可比較硬以便在它被飲料制備機器的刀片穿孔時不會塌陷；該刀片提供穿過膠囊的開口以將水注入。杯狀主體限定容 納飲料成分、優(yōu)選為烘焙和研磨咖啡的腔室8。烘焙和研磨咖啡的劑量可根據(jù)咖啡的類型 (芮斯崔朵(ristretto)、意式特濃(espresso)或lungo)而變化。通常地，容納在腔室里 的咖啡的量在4. 5到7克之間?？Х确垡话銥椴煌脑醋杂诎⒗瓤?Arabica)和/或羅 巴斯塔(Robusta)研磨咖啡的混合物。主體的腔室由嵌入物9封閉，該嵌入物沿主體基部的整個截面延伸。嵌入物9優(yōu) 選地密封在主體的內(nèi)表面10上。該嵌入物可被壓配合到主體內(nèi)并且進(jìn)一步通過焊接或粘 合劑連接。例如，主體具有由諸如聚乙烯的熱熔材料制成的內(nèi)層，其可通過在截頂側(cè)壁的下 側(cè)施加熱和壓力而熔化，以便嵌入物一旦就位就被以持久方式密封在主體上。當(dāng)然，嵌入物 的邊緣也可具有熱熔材料如PE以便密封到主體的內(nèi)表面上。主體還可以形成有尺寸設(shè)計為可接納嵌入物的小臺階(未示出)以進(jìn)一步改善嵌 入物在膠囊中的集成。按照圖2和3的第一實施例，該嵌入物整體由諸如燒結(jié)或泡沫材料的三維開孔結(jié) 構(gòu)形成。該嵌入物形成咖啡液體可透過而一定尺寸(例如，50微米及以上)的咖啡固體顆 粒不能透過的三維過濾格柵。嵌入物的厚度這樣設(shè)置以致于咖啡流在嵌入物的軸向(中 心軸線0的方向)上被顯著阻礙。這導(dǎo)致高于咖啡層自身背壓的背壓的產(chǎn)生。由嵌入物 自身導(dǎo)致的壓力損失可高達(dá)至少2bar，優(yōu)選地為至少3bar，最優(yōu)選地為至少5bar。嵌入物 上的最佳壓力損失在7bar和20bar之間，這取決于待制備的咖啡類型。例如，對于lungo 咖啡(如，8_9bar)，嵌入物上的壓力損失被設(shè)定為低于對于espresso (如，10_15bar)和 ristretto (如在15_18bar之間)的設(shè)定?？倝毫勺鳛樵谀z囊的注入點的水壓力而測量 得到，并且一般反映咖啡層內(nèi)的壓力損失(通常在0.5和lbar之間)、嵌入物中的壓力損失 和咖啡制備機器的膠囊保持器內(nèi)的壓力損失(通常接近于大氣壓力)的總和。圖2和3中的嵌入物9的寬和厚度的比率可在大約50 1和10 1之間。嵌入 物的厚度優(yōu)選地在0. 5和5mm之間，最優(yōu)選地在0. 8和2mm之間。嵌入物9可由陶瓷多孔元件形成。該嵌入物還可由金屬或塑料三維開孔結(jié)構(gòu)形 成，如鋁、PTFE、PE、PA、PE、PU 或 PP。嵌入物9可進(jìn)一步由諸如薄聚合物或紙膜的外部膜(未示出)保護(hù)。該膜可進(jìn)一 步設(shè)有氣密層(如，鋁、EV0H、Alox、Si02，...)并且在膠囊插入咖啡制備機器之前被移除。在圖4和5中的實施例中，本發(fā)明的膠囊1B也包括具有腔室8的杯形主體2，該腔 室由過濾嵌入物9封閉，該嵌入物包括可滲透部分90和不可滲透部分91。這兩個部分90， 91在橫向方向(即，垂直于軸線0的方向)并排設(shè)置。特別地，嵌入物的中心部分91為不 可滲透部分并且形成環(huán)形部分的部分90是可滲透部分。例如，部分90可由多孔陶瓷、金屬、 塑料或它們的組合制成。優(yōu)選地，部分91由適合于與部分90密封的材料制成。例如，部分 90，91 二者可由聚丙烯或PE制成。這兩個部分可具有促進(jìn)它們的連接的重疊區(qū)域。這兩個 部分可通過機械錨固、包覆成型(overmoulding)、熔焊、超聲熱合密封或它們的組合連接。 如圖5所說明的，嵌入物9還可以與圖2和3的實施例同樣的方式連接到膠囊的主體上。在圖6到8的實施例中，本發(fā)明的膠囊1C也包括杯形主體2，該杯形主體與嵌入 物9 一起限定用于咖啡成分的腔室8。嵌入物9也具有通過任何合適的連接方法例如密封、 壓配合、包覆成型或它們的組合連接在一起的可滲透部分92和非滲透部分/不可滲透部分93。在這個實施例中，可滲透部分92定位于中心而非滲透部分圍繞可滲透部分以構(gòu)成輸送 壁的其余部分，并由此封閉腔室8的其余部分。部分92優(yōu)選從非滲透部分93的平面向內(nèi) 突入腔室。該(可滲透)部分可包括大的入口區(qū)段94和縮小的出口區(qū)段95。例如入口區(qū) 段可形成圓錐或圓柱形區(qū)段。因此，咖啡液體理論上可從部分93的上基部在區(qū)段94的表 面的任意位置通過該區(qū)段。出口區(qū)段95被插入到非滲透部分或盤93的開口 96中。該縮 小的出口區(qū)段的直徑可例如在0. 5到10mm之間。例如，可滲透部分92在腔室內(nèi)延伸的深度在5到20mm之間?？蓾B透部分92的寬 度“W”和深度“H”的比率可在大約1 30和1 5之間?？蓾B透部分92可進(jìn)一步由多孔材料制成，該多孔材料在以下中選取陶瓷、金屬、 塑料和它們的組合。按照圖1到3的第一實施例的膠囊1A可插入圖9和10中所示的咖啡制備機器11 中。如本身通常已知的，這樣的機器11包括膠囊輸送壁被擠壓在其上的膠囊保持器12，以 及具有擠壓邊緣14的注水罩蓋(cage) 13，該擠壓邊緣14施加液密閉合的壓力在膠囊的法 蘭狀邊緣5的上表面上。膠囊罩蓋因此具有刀片7(圖1)，該刀片穿透杯形主體2的底壁3 以使得在壓力下的熱水能夠進(jìn)入膠囊的腔室內(nèi)。熱水橫穿腔室內(nèi)的咖啡層以在高壓下產(chǎn)生 咖啡液體提取物。由于嵌入物9具有相對均勻的厚度，咖啡液體在克服貫穿嵌入物的處處 相同的壓降后穿過嵌入物。隨后咖啡液體被收集在諸如溝槽16的凹入元件中，該凹入元件 形成于提供在膠囊保持器中的諸如棱錐15的凸起元件之間。由于凹入元件共同連接形成 溝槽網(wǎng)格，咖啡流能相對均勻地填滿這些溝槽。然后咖啡液體通過形成在溝槽16中的小孔 口 17被排出并進(jìn)一步由咖啡導(dǎo)管(未示出)收集。穿過膠囊的橫向流動模式可通過改變嵌入物的厚度修正，如圖11中所示。膠囊 1D(部分顯示出)包括具有在橫向上改變的厚度的嵌入物9。因此，在過濾嵌入物上的背壓 也改變，從而隨所考慮的橫向位置影響通過嵌入物的咖啡流動。在圖11中，嵌入物具有朝 向膠囊的中心軸線0逐漸地增加或者階梯式增加的厚度。結(jié)果，在膠囊中心產(chǎn)生較大的壓 力損失，而沿側(cè)壁的內(nèi)表面產(chǎn)生較低的壓力損失。相應(yīng)地，這樣的設(shè)計可補償一般沿膠囊側(cè) 壁流動的低水量，并因此提供通過咖啡層的更均勻的液體流動。在圖12中示出了從膠囊1B提取咖啡液體。在圖1B的情況下，通過輸送壁的咖啡 流被沿膠囊的側(cè)壁4推進(jìn)，因為僅嵌入物的周邊90被制成為可滲透的。在圖13中示出了從膠囊1C提取咖啡液體。在這種情況下，通過輸送壁的咖啡流在 膠囊的中心推進(jìn)。此外，由于可滲透部分的入口區(qū)段沿一定距離在咖啡層內(nèi)部延伸，咖啡液 體可在其橫穿整個咖啡層厚度之前進(jìn)入多孔構(gòu)件。非滲透部分93為輸送壁提供硬度。它 的厚度使得在腔室8內(nèi)存在的提取壓力下它僅抵靠凸起元件15稍微偏斜。板93的偏斜程 度應(yīng)該是這樣的，即它不阻塞設(shè)置在收集溝槽16中的孔口 17。在圖14和15的實施例中，膠囊1E具有帶腔室8的主體2，該腔室由咖啡輸送嵌入 物8封閉，該嵌入物由壓實的咖啡層96和過濾膜97形成。該壓實的咖啡層或塊96足夠堅 硬并且能夠被處理以被通過腔室的開口插入?？Х瓤捎善骄睆?D4,3)在250和1500微米 之間的咖啡顆粒在大約200Kg/cm2到2噸/cm2的壓力下使用壓機或輥子壓實得到。過濾膜 97可為紙、鋁膜或塑料無紡織物、塑料薄膜，其被穿孔有很多小的孔口，用以允許咖啡(液 體)橫穿但仍將咖啡顆粒保持在內(nèi)部。因此，在提取過程中破裂的壓實層的咖啡顆粒不能橫穿壁97。圖16到18表示本發(fā)明的另一實施例，其中膠囊1F包括由如前面任一實施例中描 述的多孔嵌入物9封閉的主體2。膠囊進(jìn)一步包括位于法蘭狀邊緣5和膠囊側(cè)壁4之間相 交處的密封裝置60。如圖17所示，密封裝置60設(shè)計用于提供機器的注入罩蓋13和在法 蘭狀邊緣處的膠囊表面之間的液密性。注入罩蓋的擠壓表面優(yōu)選包括多個徑向狹槽或凹 槽61，這些狹槽或凹槽在注入罩蓋施加于膠囊和膠囊保持器上的壓縮力被去除時形成進(jìn)氣 口。狹槽或凹槽因此促進(jìn)空氣沿形成在膠囊和罩蓋內(nèi)表面之間的小間隙62的引入。從而， 通過注入作用獲得的輕微真空被破壞，并且膠囊能夠更容易地從注入罩蓋移除。密封裝置是這樣設(shè)置的，即注入罩蓋的擠壓表面強制密封裝置60處于壓縮中。由 膠囊上的密封裝置和注入罩蓋的連接獲得的液密性使得能夠在膠囊內(nèi)、特別是在多孔輸送 壁(即，嵌入物9)的緊上游建立壓力。密封裝置應(yīng)當(dāng)被設(shè)置成，當(dāng)在罩蓋的注入側(cè)測量時， 產(chǎn)生至少5bar，優(yōu)選地至少6bar，最優(yōu)選地至少8bar的壓力。密封裝置60可一體形成在主體2的壁上。例如，密封裝置通過熱成型或注射成型 操作與膠囊的主體一起形成。可選地，密封裝置60由添加在主體表面上的密封裝置形成。 例如密封裝置可為塑料或橡膠(如，硅橡膠)軟環(huán)。為了提供更有效的密封，密封裝置60優(yōu)選設(shè)置為在膠囊的側(cè)壁4和法蘭狀邊緣5 之間相交處的三角形的增厚的材料。因而，該密封裝置通過由注入罩蓋施加在膠囊上的壓 力形成一種楔形物。密封裝置60的外表面優(yōu)選為平坦的或如圖所示稍微凹入。本發(fā)明的膠囊可進(jìn)一步被包裝在內(nèi)含惰性氣體的包裝內(nèi)，例如三面封包裝(枕式 包裝，flow wrap package)，或者每個膠囊分別用阻擋氧氣的薄膜包裝。
1權(quán)利要求
一種用于在飲料制備機器中制備咖啡的膠囊，所述飲料制備機器包括具有凸起和凹入元件的膠囊保持器；所述膠囊包括-倒置的杯形主體，該主體形成容納研磨咖啡的腔室、底部注入壁、側(cè)壁和法蘭狀邊緣；-輸送壁，該輸送壁密封在主體上并且包括從膠囊的中心軸線延伸到主體的法蘭狀邊緣的相對平的外表面；其特征在于，所述輸送壁包括至少一個多孔材料部分，所述多孔材料部分能夠提供大于腔室內(nèi)研磨咖啡的背壓的背壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分提供至少為2bar，優(yōu)選 地至少為3bar的背壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膠囊，其特征在于，所述輸送壁形成包括三維多孔材料部 分的嵌入物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膠囊，其特征在于，所述嵌入物的多孔材料部分的橫向?qū)挾?與深度的比率在30 1到1 30之間變化。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分延伸越過 腔室的整個寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分的厚度在膠囊的橫向 上變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膠囊，其特征在于，所述嵌入物包括至少一個多孔材料部分 和至少一個不可滲透材料部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膠囊，其特征在于，當(dāng)在嵌入物的橫向方向上觀察時，所述多 孔材料部分設(shè)置在所述不可滲透材料部分的周邊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膠囊，其特征在于，當(dāng)沿膠囊的橫向方向觀察時，所述多孔材 料部分設(shè)置于所述嵌入物的中心，并且所述不可滲透材料部分設(shè)置于所述多孔材料部分的 周邊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分從所述不可滲透材料 部分向內(nèi)伸入腔室。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分由聚集的 固體顆粒的開孔結(jié)構(gòu)形成。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分由陶瓷、 金屬、碳或聚合物諸如PTFE、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯及其組合形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分由生物 可降解材料形成，該生物可降解材料選自包括以下材料的組聚乳酸(例如，CPLA)，生物基 聚丙烯，蓖麻油基聚酰胺，淀粉基聚合物，PV0H及其組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的膠囊，其特征在于，膠囊的輸送壁和主體由共同的材 料形成。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分由織物和 /或無紡織物形成。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料是包括含氟聚合物(ptfe，例如Gore Tex )、聚氨酯、聚酯、聚酰胺及其組合的織物。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述輸送壁包括用于封閉所 述多孔材料部分的不透氣的可破裂或可剝離的膜。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述法蘭狀邊緣包括密封裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的膠囊，其特征在于，所述法蘭狀邊緣在所述機器中可壓縮， 以在提取液體的壓力下與所述機器的擠壓表面一起提供液密性。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的膠囊，其特征在于，所述法蘭狀邊緣在所述機器內(nèi)可折疊， 以在提取液體的壓力下與所述機器的擠壓表面一起提供液密性。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的膠囊，其特征在于，所述法蘭狀邊緣是主體的薄的塑料卷 曲唇緣或環(huán)形臺階部。
22.根據(jù)權(quán)利要求18到21中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述密封裝置與主體一 體形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求18、19或22中任一項所述的膠囊，其特征在于，所述密封裝置在所述 邊緣和側(cè)壁基部的相交處形成相對于側(cè)壁和/或邊緣其余部分的局部增加的厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求18到23所述的膠囊，其特征在于，密封裝置被添加在主體的外表面上。
25.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的膠囊，其特征在于，密封裝置由可壓縮的塑料或橡膠 制成。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的膠囊，其特征在于，密封裝置的硬度低于70shoreA，優(yōu)選 地低于60shore A。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠囊，其特征在于，所述多孔材料部分包括壓實的咖啡層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的膠囊，其特征在于，在所述壓實的咖啡層的下游設(shè)置有過濾壁。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，它容納有平均粒度(D4,3)在 250微米和600微米之間的烘焙和研磨咖啡。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的膠囊，其特征在于，輸送壁可至少部分地從所述 法蘭狀邊緣拆卸或可再封閉，以使得能夠向膠囊內(nèi)填充飲料成分(例如，咖啡粉末)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的膠囊，其特征在于，輸送壁形成可通過主體的開口壓入配 合的嵌入物。
32.—種制備飲料的系統(tǒng)，包括-飲料制備機器，該飲料制備機器包括具有凸起和凹入元件的膠囊保持器和具有擠壓 邊緣(14)的注水罩蓋(13)；-根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)含有研磨咖啡的膠囊。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，注水罩蓋的擠壓邊緣(14)形成有徑向 取向的狹槽，該狹槽被膠囊的密封裝置填充以提供足夠的密封性，使得由于由成分層和多 孔部分產(chǎn)生的背壓而導(dǎo)致膠囊內(nèi)的壓力升高，并因此能夠在飲料頂部形成咖啡脂。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述狹槽的深度在0.2和0. 8mm之間。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，在注水罩蓋的噴射出口處壓力升高至少5bar，優(yōu)選地至少8bar。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制備咖啡飲料的具有過濾嵌入物的膠囊。該膠囊用于在包括帶有凸起和凹入元件的膠囊保持器的飲料制備機器中制備咖啡；所述膠囊包括-倒置的杯形主體，該主體形成容納研磨咖啡的腔室，底部注入壁，側(cè)壁；-密封在主體上的輸送壁；其中，該輸送壁包括過濾嵌入物，該過濾嵌入物包括至少一個能提供大于腔室內(nèi)研磨咖啡背壓的背壓的多孔材料部分。
文檔編號A47J31/06GK101849775SQ20101018738
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者A·佩雷特斯, A·熱爾博萊, A·約阿基姆 申請人:雀巢產(chǎn)品技術(shù)援助有限公司