CN104271469B - 用于饮料制备的配料胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于饮料制备机器(1)的胶囊(9)，所述胶囊包括限定封闭的腔室的侧壁(10)、底壁(12)和顶壁(11)，所述腔室容纳有配料，所述胶囊还包括能够打开以释放由所述配料和所述流体制备的饮料的饮料分配壁，所述胶囊还包括邻近所述胶囊的注入壁的内侧设置的、由弹性材料制成的可刺穿的插塞(14)，所述插塞的厚度在0.5mm到10mm之间，并且所述插塞的形状和尺寸设计成使得：当所述胶囊被操作性地插入所述机器中时，所述插塞被流体注射元件(20)刺穿通过，其特征在于，所述插塞(14)由插塞支承构件(16)支承。

Description

用于饮料制备的配料胶囊

技术领域

本发明涉及用于饮料制备机的胶囊；更具体地，本发明涉及具有抗回流特征的胶囊。

背景技术

饮料制备机在食品科学和消费品领域中是众所周知的。该机器允许消费者在家制备特定类型的饮料例如基于咖啡的饮料，如意式浓咖啡或冲煮类杯装咖啡。

现今，用于在家制备饮料的大部分饮料制备机包括由以下机器组成的系统，即，该机器可容纳用于饮料制备的分份配料。这些分份配料可为软质的易理包或垫包，或者包袋，但是越来越多的系统使用半刚性或刚性的分份配料，诸如刚性易理包或胶囊。在下文中，应认为本发明的饮料机器是与刚性或半刚性的胶囊一同工作的饮料制备机器。

该机器包括用于容纳所述胶囊的接收器和流体注入系统，所述流体注入系统用于使流体(优选为水)在压力下注入到所述胶囊中。在压力下被注入到胶囊中以用于根据本发明制备咖啡饮料的水优选为热的，即，温度高于70℃。然而，在一些特定情形下，也可处于室温。在胶囊中的容纳物的提取和/或溶解期间，胶囊的腔室内部的压力在用于溶解产品时通常为大约1巴到大约8巴，在用于提取烘焙研磨咖啡时为大约2巴到大约12巴。这一制备过程与饮料制备的所谓“冲煮”过程大不相同——特别是对于茶和咖啡而言，在该“冲煮”过程中，冲煮需要通过流体(如，热水)对配料进行长时间的浸泡，然而，该饮料制备过程允许消费者在几秒的时间里制备好饮料，例如咖啡。

在压力下提取和/或溶解封闭胶囊中的容纳物的原理是已知的，并且(该原理)通常包括将胶囊限制在机器的接收器内，一般在采用穿刺注射元件(诸如安装在机器上的流体注射针)刺穿胶囊的面之后将一定量的加压水注入到胶囊中，使得在胶囊内部产生加压环境以提取物质或溶解物质，然后通过胶囊释放所提取的物质或溶解的物质。允许应用上述原理的胶囊已经在例如申请人的欧洲专利EP 1472156B1和EP 1784344B1中有所描述。

允许应用上述原理的机器已经在例如专利CH 605293和EP 242556中有所描述。根据这些文献，所述机器包括用于胶囊的接收器和穿刺注射元件，该穿刺注射元件制成空心针的形式，该空心针包括位于它的远端区域中的一个或多个液体注射孔口。所述针具有两个功能，一方面所述针打开胶囊的顶部，并且另一方面形成进入到胶囊的水进入通道。

所述机器还包括流体箱，在大部分情况下该流体为水，所述流体箱用于存储在压力下溶解和/或浸泡和/或提取包含在胶囊内的配料的流体。所述机器包括加热元件诸如锅炉或热交换器，所述加热元件能够将其中使用的水加热至工作温度(通常为达到80-90℃的温度)。最后，所述机器包括用于使水从流体箱可选择地通过加热元件流通到胶囊的泵元件。水在机器内流通的方式可例如通过选择阀装置进行选择，所述选择阀装置诸如为申请人的欧洲专利申请EP 2162653A1中所述的蠕动阀类型。

当所要制备的饮料为咖啡时，一种令人感兴趣的制备咖啡的方法是提供给消费者包含有烘焙研磨咖啡粉的胶囊，该烘焙研磨咖啡粉通过注入到其中的热水而被提取。

已经研发了针对这种应用的胶囊，其在申请人的欧洲专利EP 1784344B1或在欧洲专利申请EP 2062831中被描述并要求保护。

简而言之，这种胶囊通常包括：

-空心体部和注入壁，该注入壁不透液体和空气并且附接到所述空心体部且适于被例如机器的注射针刺穿，

-容纳待提取的烘焙研磨咖啡床层的腔室，

-设置在胶囊的底端处的铝膜，所述铝膜封闭胶囊，用于保持所述腔室的内部压力，所述铝膜与穿刺装置相关联，用以当腔室的内部压力达到特定的预定值时在铝膜中刺出分配孔，

-可选择地，构造成打断流体射流的装置，以减小注入到胶囊内的流体射流的速度并且使流体以减小的速度分布在物质床层上。

现有技术中的胶囊具有注入壁或膜(称作顶膜)，该注入壁或膜被作为流体系统的一部分的饮料制备机的流体注射元件(如，针)刺穿。当流体注入到胶囊隔室中时，压力得以建立，用作提取和/或溶解包含在胶囊内的配料的提取装置，如上文所述。这些配料可为例如图1中所示的烘焙研磨咖啡床层“RG”。

在现有技术的胶囊中，在饮料完成制备和分配后，当注射针从胶囊注入壁上移走时，胶囊顶膜被刺穿并且留下如图1所示的孔。然而，内部提取流体压力“P”至少部分地保留在胶囊隔室内。

用户可能在任意给定的时刻停止提取并且打开机器头部，这将会使顶膜上形成孔“H”同时胶囊仍处于所述机器内。这导致产品从顶部的孔中流出(这种现象称作“回流(backflow)”)并且引起机器的清洁问题。我们的试验显示，即使0.05巴也足够产生从胶囊上的顶部孔的产品回流。

在一些例外情形中，所述回流非常重要，这是由于胶囊内的非常高的残余内部压力使得液体射流从胶囊中喷射出来，这称作“鲸鱼效应(whale effect)”。这种“鲸鱼效应”被表示为图1中向上定向的射流。尽管这种现象很少发生，但它是不期望发生的，因为热的液体喷射出来造成一片狼藉。此外，对于液体为与配料混合的水的情形而言，从清洁的角度考虑这种在胶囊顶膜处的液体泄露也是不期望的，这迫使消费者在使用完后花费时间清洁机器及其周边环境。

在现有的机器中开发了一种方案用以防止过早地打开机器的冲煮头部，特别是直到胶囊内部的流体压力足够低时才打开。这一方案为机器上的五秒灯光闪烁，用以示意消费者不要打开机器头部直到该闪烁停止。然而，在停止向胶囊内部的流体注入之后需要超过5秒的时间来释放胶囊内部的压力的配方的提取期间，该方案并不奏效。

因此，本发明的一个目的是提供一种防止上述所谓的“回流”或“鲸鱼效应”现象的饮料制备系统和胶囊，而不论饮料制备条件或配料性能如何。

发明内容

上述主要目的通过一种用于饮料制备机器中的胶囊实现，所述胶囊包括限定封闭的腔室的侧壁、底壁和顶壁，所述腔室容纳将通过在压力下注入到所述胶囊中的流体进行溶解和/或提取的配料，所述流体通过能够刺穿所述胶囊的注入壁的所述机器的注射元件提供，所述胶囊还包括能够打开以释放由所述配料和所述流体制备的饮料的饮料分配壁，所述胶囊还包括邻近所述胶囊的注入壁的内侧设置的、由弹性材料制成的可刺穿的插塞，所述插塞具有在0.5mm到10mm、优选地大于1mm且小于10mm、更优选地在1.5mm和5mm之间的厚度，并且所述插塞的形状和尺寸设计成使得：当所述胶囊被操作性地插入到所述机器中时，所述插塞被流体注射元件刺穿通过。

根据本发明的一个基本方面，所述插塞通过插塞支承构件支承。

所述支承构件有利地具有板的形状，该板密封或机械地组装在胶囊的所述侧壁上和/或顶部周缘上。

优选地，胶囊的流体注入壁为所述顶壁，并且所述饮料分配壁为所述底壁。

所述插塞支承构件可由柔性的、半刚性的或刚性的热塑材料制成。例如，该构件可为密封在胶囊壁上的柔性膜，或者该构件可为组装到胶囊壁上的半刚性的或刚性的元件，如将参照附图在下文中更加详细描述的。

所述插塞支承构件优选地具有小于1mm、优选小于0.5mm的厚度，以便可被机器的注射元件刺穿。

在本发明的一个优选实施例中，所述插塞由选自以下列表的泡沫或橡胶类材料制成：苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚烯烃弹性体。

流体通过机器以0.1到20巴之间、优选地1到15巴之间、更优选地2到12巴之间的压力注入到所述胶囊中。

有利地，机器的流体注射元件包括至少一个流体注射针。

此外，饮料分配壁优选地包括：

-用以在所述腔室内部的流体压力增大至高于第一预定水平时打开所述壁的打开装置，以及

-用以在已经从所述腔室分配所述饮料并且所述腔室内的流体压力已经降低至低于第二预定水平之后闭合所述胶囊的重新闭合装置。

容纳在胶囊中的配料可为烘焙研磨咖啡，和/或选自以下水溶性配料列表，诸如：咖啡、茶、可乐、牛奶、汤、水果汁、蔬菜汁、苏打混合饮料或婴儿营养品，这些配料为粉末状、胶状、压实粉体/粉饼状或液体浓缩物形式或者它们组合的形式。

在任何情形下，侧壁和底壁优选地不可透过水分和氧气，并且顶膜和/或由插塞支承构件和可刺穿的插塞组成的组件中的至少一个也不可透过水分和氧气。

附图说明

在下文参照附图给出的对优选实施例的说明中描述了本发明的其它特征和优点，并且这些特征和优点将从该说明中显见，其中：

图1为现有技术中的胶囊的示意图，其中，出现了“鲸鱼效应”流体再次涌出；

图2为适于与根据本发明的胶囊一起使用的饮料制备机器的示意性透视图；

图3A为根据本发明的胶囊的第一实施例的分解透视图；

图3B为与图3A类似的胶囊的剖面透视图；

图3C为与图3B类似的胶囊的放大剖面视图，其中，流体注射针刺穿通过胶囊的注入壁和插塞元件；

图4A为根据本发明的胶囊的第二实施例的分解透视图；

图4B为与图4A类似的胶囊的剖面透视图；

图5A为根据本发明的胶囊的第三实施例的分解透视图；

图5B为与图5A类似的胶囊的剖面透视图。

具体实施方式

根据本发明的胶囊用于如图2中所示的饮料制备机器中。

这种饮料制备机器包括具有贮箱2的基部、冲煮头部3、用于保持位于冲煮头部3下方的杯子的杯子托盘4，制备好的饮料流入该杯子中。饮料制备机器还包括用于设定机器的工作参数(如，待分配的饮料的体积、待注入到胶囊内的流体的压力、饮料的温度等)的控制面板5。

饮料制备机器还包括用于分别在用于接纳胶囊的构型和用于制备饮料的构型(处于工作构型的关闭的冲煮头部)打开和关闭冲煮头部的手柄6。该机器还包括用于向用户显示关于机器设置、饮料制备进程等信息的显示器7。而且，机器1包括用于保持胶囊9的胶囊保持器8。所述胶囊保持器适于可移除地被引入到冲煮头部3的特定凹部内。在图2中，示出胶囊保持器在冲煮头部内就位。

在图2中还示出了用于饮料制备机器1中的胶囊9。该胶囊9包括具有侧壁10的体部以及顶膜11。胶囊的侧壁10为刚性或半刚性的热塑材料，并且顶膜11由单层或多层热塑材料制成，该顶膜足够薄以致可被位于机器1的冲煮头部中的流体注射针刺穿。

在图3和4中详细示出根据本发明的胶囊。胶囊的底壁12和侧壁10制成一个整体部件。所述底壁包括底部分配开口并且胶囊底部的顶部部分由可刺穿的膜覆盖，该可刺穿的膜将胶囊配料腔室的内部相对于外界密封。最后，胶囊的底部部分包括穿刺元件，该穿刺元件能够在胶囊内的流体压力上升时依照申请人的早期专利公报EP 1472156B1(其以参考的形式并入本文)中所描述的原理，刺穿底部的可刺穿的膜。胶囊还包括顶膜11，该顶膜密封在胶囊的侧壁10的顶部周缘13上。

根据图3A、3B和3C中所示的本发明的第一实施例，胶囊还包括邻近胶囊的注入顶壁11的内侧设置的、由弹性材料制成的可刺穿的插塞14。

插塞14具有大约2mm的厚度，并且该插塞的形状和尺寸设计成使得：当所述胶囊被操作性地插入到所述机器中时，所述插塞被机器的流体注射针15刺穿通过，如图3C中所示。更具体地，该插塞呈如图3A中所示的冠状。

仍根据本发明，插塞14由插塞支承构件16支承。

如图3A中所示，支承构件16有利地具有板的形状，该板密封或机械地组装在胶囊9的侧壁上和/或顶部周缘13上。更具体地，该插塞支承板16具有适配于胶囊的杯形腔室的盘形状。该插塞支承板16在胶囊被操作性地插入到机器中时流体注射针将要刺穿的区域内开有孔口17。

在本发明的此第一实施例中，插塞14定位在胶囊的顶部注入壁11和插塞支承构件16之间，如图3A和3B中可见。插塞与顶膜11的内表面邻近，甚至是与顶膜11的内表面相接触。

在如图4A和4B所示的本发明的第二实施例中，胶囊可具有与如上参照图3A至3C所述的胶囊类似的结构。但是在此实施例中，插塞支承元件16定位在插塞14的上方，即，定位在胶囊的顶膜11和插塞14本身之间。在该实施例中，插塞14与顶膜11的内表面邻近，但并未直接接触。

在如上所述的本发明的第一和第二实施例中，胶囊9的顶膜11以及侧壁10和顶壁12隔绝水分和氧气，使得全部的胶囊壁限定了用于容纳配料的封闭的腔室，该封闭的腔室隔绝水分和氧气，并且因而为容纳在其中的配料提供了延长的货架寿命。

在本发明的一个替代的第三实施例中，该实施例与第三实施例非常类似，通过插塞14和支承元件16的材料而非通过顶膜11来实现对气体和水分的隔离。

在如图5A和5B所示的本发明的第四实施例中，胶囊与上文参照图3A至3C所述的发明非常类似。在本发明的第四实施例中，支承板是平面的，如图5A所示。在这种情形下，由于插塞支承板16不包括用以容纳机器的流体注射针的切出的孔口，因此板16的材料和厚度必须使得：当胶囊以操作构型被插入到饮料制备机器中时，该板16可被针刺穿。更具体地，板16的材料优选为软塑料，并且至少在所述板应被注射针刺穿的区域内，它的厚度不大于1mm、优选不大于0.5mm。

在本发明的所有实施例中，插塞14可通过不同的方法(诸如，热封、夹接、胶粘、超声封接)附接到插塞支承构件16，或者可选择地，插塞14可与插塞支承构件16一起共注成型。

制作插塞14的材料具有足够的弹性，以确保由机器的流体注射针刺穿所述插塞的厚度形成的孔在针从所述插塞移走之后至少部分地自闭合。这种重新闭合效应确保了当针从胶囊移走时将没有或仅有很少的容纳在胶囊中的液体穿过插塞的厚度回流。优选地，用于制作插塞的材料完全地自闭合以确保防漏，即使容纳在胶囊中的液体处于一定压力下(流体注射压力的范围已经在上文中有所描述)。用于制造根据本发明的胶囊中的插塞的适合的材料包括但不限于：与食品包装用途兼容的弹性体材料，例如，硅树脂、苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚烯烃弹性体等。插塞为橡胶或泡沫类材料元件的形式。插塞能以熔融物的形式(其随后固化)被注塑或共注塑或沉积在支承元件的表面上。

所述针的直径优选在0.5mm和3mm之间、更具体在1.0mm和1.6mm之间。例如，所述针可具有1.5mm的直径以及30°的顶切角(apex cut angle)。用于在胶囊内注射液体的针优选为不锈钢的。优选地，若所述孔以足够的程度自闭合而形成气密，则它还另外确保了“吸管/毛细(pipette)”效应并且防止从胶囊的底部滴落。

应理解的是，对于本领域技术人员而言，对本文中所描述的优选实施例作出各种变型和改变将是显而易见的。可以在不偏离本发明的精神和范围并且不减少所伴随的优点的情况下作出这些变型和改变。

Claims (15)

1.一种用于饮料制备机器(1)的胶囊(9)，所述胶囊包括限定封闭的腔室的侧壁(10)、底壁(12)和顶壁(11)，所述腔室容纳配料，所述配料将由在压力下注入到所述胶囊中的流体进行溶解和/或提取，所述流体通过能够刺穿所述腔室的注入壁的所述机器的注射元件(15)提供，所述胶囊还包括能够打开以释放由所述配料和所述流体制备的饮料的饮料分配壁，所述胶囊还包括邻近所述胶囊的注入壁的内侧设置的、由弹性材料制成的可刺穿的插塞(14)，所述插塞(14)的厚度在0.5mm和10mm之间，并且所述插塞的形状和尺寸设计成使得：当所述胶囊(9)被操作性地插入到所述机器(1)中时，所述插塞被流体注射元件(15)刺穿通过，其特征在于，所述插塞(14)由插塞支承构件(16)支承，其中，所述插塞呈冠状，所述插塞支承构件是盘形的板，该盘形的板具有多个处于环形构型的孔口。

2.根据权利要求1所述的胶囊(9)，其中，所述流体注入壁为所述顶壁(11)，并且所述饮料分配壁为所述底壁(12)。

3.根据权利要求1或2所述的胶囊(9)，其中，所述插塞支承构件(16)由柔性的、半刚性的或刚性的热塑材料制成。

4.根据权利要求3所述的胶囊(9)，其中，所述插塞支承构件(16)具有小于1mm的厚度，以便能够被所述机器的所述注射元件(15)刺穿。

5.根据权利要求1或2所述的胶囊(9)，其中，所述插塞(14)由选自以下列表的泡沫或橡胶类材料制成：苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚烯烃弹性体。

6.根据权利要求1或2所述的胶囊(9)，其中，所述流体通过所述机器(1)以0.1巴到20巴的压力注入到所述胶囊(9)中。

7.根据权利要求1或2所述的胶囊(9)，其中，所述机器的流体注射元件(15)包括至少一个流体注射针。

8.根据权利要求1或2所述的胶囊(9)，其中，所述饮料分配壁包括：

-用以在所述腔室内部的流体压力增大至第一预定水平以上时打开所述饮料分配壁的打开装置，以及

-用以在已经从所述腔室分配所述饮料并且所述腔室内的流体压力已经降低至第二预定水平以下之后闭合所述胶囊的重新闭合装置。

9.根据权利要求1或2所述的胶囊(9)，其中，所述配料为烘焙研磨咖啡，和/或选自以下水溶性配料列表：咖啡、茶、可乐、牛奶、汤、水果汁、蔬菜汁、苏打混合饮料或婴儿营养品，所述水溶性配料为粉末状、胶状、压实粉体状或液体浓缩物形式、或者它们组合的形式。

10.根据权利要求1或2所述的胶囊(9)，其中，所述侧壁(10)和底壁(12)不可透过水分和氧气，并且所述顶壁(11)和/或由所述插塞支承构件(16)和可刺穿的插塞(14)组成的组件中的至少一个也不可透过水分和氧气。

11.根据权利要求1所述的胶囊(9)，其中，所述插塞(14)的厚度大于1mm且小于10mm。

12.根据权利要求1所述的胶囊(9)，其中，所述插塞(14)的厚度在1.5mm和5mm之间。

13.根据权利要求4所述的胶囊(9)，其中，所述插塞支承构件(16)具有小于0.5mm的厚度。

14.根据权利要求6所述的胶囊(9)，其中，所述流体通过所述机器(1)以1巴到15巴的压力注入到所述胶囊(9)中。

15.根据权利要求6所述的胶囊(9)，其中，所述流体通过所述机器(1)以2巴到12巴的压力注入到所述胶囊(9)中。