КАПСУЛА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ В УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к капсуле для приготовления пищевых продуктов, например, напитков кофейного типа, требующей использования высокого давления жидкости, впрыскиваемой в капсулу, для экстракции и/или растворения продукта.

Уровень техники

В остальной части настоящего описания изобретение будет рассмотрено со ссылкой на приготовление напитков, в частности кофе. Между тем, это не следует рассматривать в качестве ограничения объема настоящего описания изобретения и формулы изобретения. Настоящее изобретение, в целом, направлено на приготовление любых пищевых или питательных продуктов, которые можно приготовить путем впрыскивания жидкости в капсулу или контейнер, находящиеся в устройстве для приготовления пищевых продуктов, связанное с впрыскиванием жидкости под высоким давлением внутрь капсулы для экстракции или растворения находящихся в ней ингредиентов. К числу подобных пищевых или питательных продуктов могут, например, относиться растворимый кофе и/или порошковые обжаренные и молотые кофейные зерна, молочные продукты, такие как восстановленное молоко, детское молочное питание, супы, мороженое, шоколадные изделия, чай или настои из трав, полужидкие или жидкие десерты.

Капсулы, содержащие вещество для приготовления напитков, таких как кофе, путем экстракции или смешивания под высоким давлением, хорошо известны, в частности из области приготовления кофе эспрессо или приготовления растворимого кофе, и представляют особый интерес с гигиенической точки зрения, а также с точки зрения обеспечения свежести продукта. Еще одним преимуществом подобных систем являются удобство в использовании и простота приготовления.

Капсулы могут быть закрытыми капсулами, выступающими в качестве камеры для впрыскивания воды и открывающимися для выпуска жидкости при определенном пороговом давлении за счет разрывания поверхности капсулы, соприкасающейся с убираемыми элементами. Как вариант, могут использоваться капсулы, содержащие впускное отверстие для жидкости и/или выпускные отверстия для продукта, которые предварительно выполняются в момент помещения пользователем указанной капсулы в устройство для приготовления пищевого продукта.

Вода обычно впрыскивается через перфорированные отверстия, проделываемые в капсуле при помощи игл или шипов. Пример экстракционной системы подобного типа описан в документе ЕР 0512470 В1 или, как вариант, в ЕР 0870457. В качестве другого альтернативного решения у капсулы могут быть собственные откупоривающие средства для разрывания пленки капсулы или мембраны и, таким образом, выпуска жидкого экстракта при достижении порогового давления внутри капсулы.

Капсулы также могут быть водопроницаемыми камерами фильтрационного типа либо, как вариант, полуводонепроницаемыми камерами, содержащими фильтрующий элемент.

В любом случае давление внутри камеры является основным источником для создания пенки в растворимых продуктах и для создания крема или кремы для порошкового обжаренного и молотого кофе. Оно также является основным источником для создания кремы в экстракте молотого кофе. Крема имеет очень важное значение для потребителей, поскольку она обеспечивает управляемый выход аромата, а также индивидуальные вкусовые качества.

Известно использование смешиваемых веществ (растворимых или диспергируемых веществ) и веществ, извлекаемых под давлением, в одном и том же устройстве для получения более широкого ассортимента напитков. Например, в одном и том же устройстве из капсулы с молотым кофе можно приготовить кофе «эспрессо» и капучино.

Условия впрыскивания, смешивания или смачивания оказывают существенное влияние на качество приготовляемого напитка. В зависимости от того, используется ли вещество, сжимаемое в капсуле после помола, либо, наоборот, вещество, растворимое или диспергируемое в жидкости, например, растворимое кофейное вещество или вещество на молочной основе, такое как капучино или ему подобное, способ циркуляции воды в капсуле влияет на условия экстракции или смешивания, а следовательно, на конечное качество напитка.

Поэтому такой продукт, как кофе, должен растворяться или диспергироваться быстро и полностью, предпочтительно образуя пенку определенной консистенции. Для извлекаемых продуктов, таких как молотый кофе, оптимальные условия смачивания отличаются. Продукт должен быть тщательно смочен, что позволяет оптимизировать площадь соприкосновения воды/кофе без создания предпочтительных путей для прохода воды через кофейную массу. Создание предпочтительных путей прохода через кофейную массу может привести к резкому увеличению давления, а следовательно, к слишком быстрому выходу экстракта, несмотря на недостаточное время экстракции, в результате чего часть кофе должным образом не смачивается.

И в документе ЕР 1500358 А1, и в ЕР 1510159 А1 описаны капсулы для раздачи пищевого продукта за счет впрыскивания жидкости под давлением в капсулу после помещения указанной капсулы в емкость устройства для приготовления пищевого продукта. Ни одна из подобных капсул не позволяет управлять потоком раздаваемого напитка, равно как не позволяет управлять давлением внутри отсека капсулы после вскрытия капсулы.

Существует потребность в капсуле, в которой потоком продукта, выходящего через выпускное отверстие капсулы после вскрытия указанной капсулы, можно управлять таким образом, чтобы давление внутри капсулы оставалось на неизменном уровне на протяжении всего цикла экстракции и/или растворения, обеспечивая при этом надлежащую раздачу продукта.

Раскрытие изобретения

Поставленные выше задачи решены в настоящем изобретении при помощи капсулы для раздачи пищевого продукта путем впрыскивания текучей среды под давлением в капсулу, когда она помещена в емкость устройства для приготовления пищевого продукта, при этом капсула содержит камеру, образованную боковыми стенками капсулы, гибкой нижней стенкой и необязательной верхней стенкой, причем в камере находится, по меньшей мере, один ингредиент, растворяемый и/или извлекаемый впрыскиваемой текучей средой, и приспособление для раздачи напитка, имеющее, по меньшей мере, одно раздаточное отверстие, проходящее через нижнюю стенку, отличающееся тем, что приспособление для раздачи напитка дополнительно содержит элемент поддержания давления, позволяющий поддерживать определенное заданное давление для растворения и/или экстракции в камере для смешивания впрыскиваемой текучей среды с ингредиентом, причем элемент поддержания давления содержит, по меньшей мере, один выступ, выровненный с, по меньшей мере, одним раздаточным отверстием таким образом, чтобы выступ находился в выровненном отверстии и ограничивал его сечение, по меньшей мере, в тот момент, когда текучая среда, впрыскиваемая в камеру капсулы, прижимает нижнюю мембрану и перемещает мембрану в направлении средств поддержания давления.

Под выражением «выровненный» понимается, что ось симметрии выступа, по существу, выровнена с центром раздаточного отверстия.

За счет ограничения, а не полного перекрытия выпускного отверстия капсулы обеспечивается выход продукта, одновременно с этим внутри камеры поддерживается достаточно высокое давление, позволяющее осуществлять надлежащее смачивание, растворение, вспенивание и/или экстракцию вещества, находящегося внутри капсулы.

Предпочтительно элемент поддержания давления является неотъемлемым продолжением нижней стенки капсулы. Под продолжением понимается, что, несмотря на то, что оно является отдельным функциональным элементом капсулы, продолжение может быть неразъемно формовано вместе со стенками капсулы, в особенности с нижней стенкой капсулы, а следовательно, является конструктивно связанным с последней.

По одному из конкретных вариантов осуществления изобретения форма радиального сечения, по меньшей мере, одного выступа на элементе поддержания давления отличается от формы соответствующего ему отверстия. Как вариант или как дополнение, по меньшей мере, один выступ на элементе поддержания давления имеет, в целом, продольный профиль, таким образом, что его радиальное сечение, в целом, увеличивается от вершины к основанию.

В последнем случае, если радиальное сечение выступа, в целом, увеличивается от вершины к основанию, указанный выступ предпочтительно, в целом, может иметь одну из следующих форм: полусферическую, усеченную полусферическую, эллиптически-параболическую, конусную в виде шипа, многогранную, например четырехгранную, усеченную четырехгранную, конусную, усеченную конусную, пирамидальную, усеченную пирамидальную либо комбинацию из них. Разумеется, допустимы и другие аналогичные формы при условии соблюдения принципа увеличения радиального сечения от вершины к основанию.

Подобная форма обеспечивает, что продукт, например, кофе, извлекаемый и/или растворяемый внутри кофейной камеры, может выходить из капсулы через раздаточные отверстия в нижней стенке капсулы, а также, что раздаточные отверстия не будут полностью блокироваться соответствующими выступами.

Во время экстракции и/или растворения, по мере того как впрыскиваемая текучая среда впрыскивается в камеру капсулы, давление внутри указанной камеры увеличивается, прижимая нижнюю стенку капсулы в направлении средств поддержания давления таким образом, чтобы раздаточные отверстия нижней стенки частично закрывались выступами. Расстояние между нижней мембраной и средствами поддержания давления, в особенности у основания выступов, выбирается таким образом, чтобы при достижении максимального давления внутри капсулы деформация нижней мембраны не достигала точки, в которой происходит блокирование раздаточных отверстий.

Предпочтительно радиальное сечение у основания выступов не превышает диаметра соответствующих раздаточных отверстий, а расстояние между указанным основанием выступа и нижней мембраной капсулы, при максимальной деформации указанной нижней мембраны, составляет свыше 0.1 мм, более предпочтительно свыше 0.2 мм. Открытую область для выхода продукта можно регулировать с учетом вязкости продукта, а также в зависимости от давления, необходимого для данного вида продукта. Например, давление можно предварительно регулировать для создания такого типа пенки, который предпочитают потребители конкретного продукта на основе молока. Например, пенку/эмульсию с гладкой кремовой консистенцией, состоящую из мелких пузырьков в молочной пенке, можно получать за счет уменьшения открытой площади до расстояния предпочтительно менее 1.0 мм.

В любом случае, если радиальное сечение у основания выступов будет больше диаметра соответствующих им раздаточных отверстий, то тогда точку максимальной деформации нижней мембраны капсулы необходимо выбирать таким образом, чтобы ни одно из раздаточных отверстий мембраны не блокировалось соответствующим выступом при достижении максимальной величины давления внутри капсулы.

По предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения элемент поддержания давления содержит, по меньшей мере, одну подушечку, расположенную вблизи указанного, по меньшей мере, одного выступа, высота указанной подушечки меньше либо равна высоте указанного выступа таким образом, чтобы в случае перемещения нижней стенки под действием давления текучей среды внутрь капсулы нижняя стенка капсулы удерживалась на некотором расстоянии от основания выступа, а диаметр указанного отверстия был больше радиального сечения соответствующего ему выступа.

По первому альтернативному варианту осуществления изобретения указанное, по меньшей мере, одно раздаточное отверстие предварительно выполняется в нижней стенке капсулы в момент помещения капсулы в устройство для использования.

По второму альтернативному варианту осуществления изобретения указанное, по меньшей мере, одно отверстие создается в нижней стенке капсулы за счет:

- локального растворения нижней стенки капсулы под действием температуры впрыскиваемой текучей среды, когда указанная текучая среда взаимодействует с внутренней поверхностью нижней стенки, и/или в результате химической реакции между материалом нижней стенки и впрыскиваемой жидкостью, и/или

- воздействия давления текучей среды, находящейся внутри камеры капсулы, на заданную область нижней стенки, которая была предварительно разорвана, но находится в сомкнутом положении и открывается после локальной деформации нижней стенки, либо которая является ослабленной областью нижней стенки, и/или

- действия механических средств, находящихся снаружи капсулы, на нижнюю стенку капсулы.

Краткое описание чертежей

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут рассмотрены и станут понятны из описания предпочтительных на данный момент вариантов осуществления изобретения, представленных ниже со ссылкой на чертежи.

На фиг.1 показан схематический вид сбоку частично в разрезе капсулы по изобретению, помещенной в держатель капсулы;

на фиг.2 - схематический вид сбоку в разрезе альтернативного варианта осуществления капсулы по фиг.1;

на фиг.3 - схематический укрупненный вид сбоку средств поддержания давления по изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 изображен первый вариант осуществления изобретения, в котором используется капсула 1, пригодная для раздачи пищевого продукта за счет впрыскивания текучей среды под давлением через иглу 2 в капсулу после помещения указанной капсулы в емкость устройства приготовления пищевого продукта (на чертеже не показано). Капсула 1 содержит камеру 3, образованную боковыми стенками 4 капсулы, гибкой нижней стенкой 5 и верхней стенкой 6.

В камере 3 находится масса порошкового обжаренного и молотого кофе 7, извлекаемого при помощи впрыскиваемой под давлением текучей среды. Масса кофе 7 заключена в камере 3 между нижней стенкой 5 капсулы и фильтрующей стенкой 8, которая расположена параллельно, но на некотором расстоянии снизу верхней стенки 6 капсулы. Подобная фильтрующая стенка 8 обладает, по меньшей мере, двумя преимуществами: она разбивает струю воды, выходящую из впрыскивающей иглы 2, замедляя скорость воды, а также поддерживает порошковый кофе 7 в определенном спрессованном состоянии таким образом, чтобы кофейная масса удерживалась вместе и так, чтобы вода, впрыскиваемая в камеру капсулы, не разбрасывала порошок внутри камеры капсулы, что крайне нежелательно.

Как показано на фиг.1, капсула 1 дополнительно содержит приспособление для раздачи напитка с множеством раздаточных отверстий 9, выполненных в нижней стенке 5.

Капсула дополнительно содержит элемент 10 поддержания давления, являющийся частью нижней стенки 5, но расположенный снаружи камеры 3.

Указанный элемент 10 поддержания давления содержит множество выступов 11, выровненных с раздаточными отверстиями 9 таким образом, чтобы каждый выступ 11 заходил в соответствующее отверстие 9 и ограничивал его сечение, по меньшей мере, в тот момент, когда впрыскиваемая текучая среда внутри камеры 3 капсулы прижимает нижнюю мембрану 5 и перемещает указанную мембрану в направлении средств 10 поддержания давления.

Как изображено на фиг.1, средства поддержания давления являются продолжением стенок капсулы, находящихся снизу нижней стенки 5 капсулы.

Как показано на фиг.1, капсула находится в держателе 12 капсулы. Подобные держатели хорошо известны в данной области техники и поэтому в настоящей заявке более подробно рассматриваться не будут.

Элемент 10 поддержания давления дополнительно содержит раздаточное отверстие в виде воронки 13, через которое может проходить продукт, приготовляемый внутри камеры капсулы и раздаваемый через раздаточные отверстия 9.

Далее на фиг.2 показан схематический вид капсулы в разрезе. Капсула в представленном виде содержит чашеобразный корпус с боковыми стенками 4 и верхним фланцем 14. На чертеже верхняя сторона капсулы оставлена открытой, однако она может быть закрыта мембраной или аналогичной стенкой, например, подобно той, что была описана выше со ссылкой на фиг.1.

Согласно данному конкретному варианту осуществления изобретения элемент 10 поддержания давления содержит множество выступов в виде штырей 15, выступающих из нижней стенки 16 средств 10 поддержания давления. Указанная стенка 16 является частью, отходящей от боковых стенок 4 капсулы, и неразъемно формована с ними. Между тем, элемент 10 поддержания давления может быть отдельным элементом, соединенным с капсулой.

Как показано на фиг.2, нижняя стенка 5 капсулы является гибкой мембраной, в которой выполнено множество раздаточных отверстий 9, аналогично варианту, что уже был рассмотрен со ссылкой на фиг.1. Подобная мембрана может быть разрывной пленкой, сеткой, бумажным фильтром, либо она может быть изготовлена из аналогичного воздухо- или водопроницаемого материала.

Как отмечалось выше со ссылкой на фиг.1, выступы 15 имеют такую форму и размер, чтобы они могли входить в отверстия 9 в нижней стенке 5 таким образом, чтобы каждый выступ 15 находился в соответствующем отверстии 9 и ограничивал его сечение, по меньшей мере, в тот момент, когда текучая среда, впрыскиваемая внутрь камеры 3 капсулы, прижимает нижнюю мембрану 5 и перемещает указанную мембрану в направлении средств 10 поддержания давления.

В стенке 16 средств 10 поддержания давления имеются раздаточные отверстия 17 для выхода продукта, приготовляемого внутри капсулы, например, в чашку.

Как показано на фиг.2, в капсуле по изобретению не обязательно все раздаточные отверстия 9 частично закрыты соответствующими выступами. Некоторые из них могут продолжать оставаться полностью открытыми при условии соблюдения принципа изобретения, предусматривающего, по меньшей мере, частичное ограничение прохода продукта через нижнюю мембрану 5. Между тем, крайне предпочтительно, чтобы регулирование потока осуществлялось в отношении всех раздаточных отверстий 9, имеющихся в нижней мембране 5.

На фиг.3 представлен укрупненный, частично схематический вид, на котором показано конструктивное соотношение между нижней, гибкой мембраной 5 капсулы 1 и элементом 10 поддержания давления.

Как можно заметить из фиг.3, нижняя мембрана 5 содержит множество раздаточных отверстий 9. Соответственно, элемент 10 поддержания давления содержит множество конусообразных выступов 11, направленных в сторону отверстий 9.

В варианте осуществления изобретения по фиг.3 выступы 11, в целом, имеют продольный профиль таким образом, чтобы их радиальное сечение, в целом, увеличивалось от вершины к основанию.

При впрыскивании текучей среды внутрь капсулы давление внутри камеры капсулы увеличивается, в результате чего гибкая нижняя мембрана 5 прижимается наружу, в направлении стенки 16 элемента 10 поддержания давления. Положение деформируемой в этот момент мембраны обозначено на фиг.3 пунктирной линией.

Положение гибкой нижней мембраны 5 в состоянии покоя должно быть таким, чтобы в зависимости от гибкости материала, используемого для производства мембраны, а также в зависимости от максимальной величины давления внутри капсулы во время приготовления продукта положение деформируемой мембраны 5' соответствовало положению, обозначенному пунктирной линией на фиг.3, т.е. чтобы выступы 11 частично заполняли пространство, образуемое отверстиями 9, не блокируя его полностью. В подобном положении поток выходящего продукта ограничивается, позволяя тем самым поддерживать давление внутри камеры капсулы на достаточном уровне для полноценной экстракции и/или растворения. При этом за счет замедления потока с выходящим продуктом также обеспечивается хорошее смачивание ингредиента или ингредиентов, находящихся внутри капсулы.

Положение мембраны 5' относительно стенки 16 средств поддержания давления также зависит от размера и формы выступов 11.

По особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения средства 10 поддержания давления дополнительно содержат, по меньшей мере, одну, а предпочтительно множество опорных подушечек 18, выступающих в том же самом направлении, что и выступы 11. Как показано на фиг.3, нижняя мембрана 5' капсулы в ее деформированном состоянии опирается на опорную подушечку, что не позволяет указанной мембране 5' выходить за определенное положение, при котором она будет полностью блокироваться выступами 11 на элементе 10 поддержания давления. В подобном крайнем положении мембрана 5' опирается на подушечки 18. Указанные подушечки предпочтительно находятся между выступами, а их высота не превышает высоты выступов 11. Как показано на фиг.3, подушечки могут иметь цилиндрическую форму, однако также допустимы и другие аналогичные формы, например грибовидная, усеченно-конусная, усеченно-пирамидальная, кубическая и т.п. либо комбинация из них. Подушечки расположены таким образом, чтобы они не были выровнены с раздаточными отверстиями 9 в нижней мембране 5, 5'.

В качестве альтернативы варианту осуществления изобретения по фиг.3 можно ограничить поток продукта, выходящего через раздаточные отверстия в нижней мембране, иным образом. В одном случае, не показанном на чертежах, у элемента поддержания давления рассмотренные ранее подушечки отсутствуют.В этом случае продольный профиль выступов будет аналогичен профилю, показанному на фиг.2: сечение выступов не меняется от вершины к основанию. В этом случае регулирование/ограничение потока продукта, проходящего через раздаточные отверстия в капсуле, достигается за счет разницы форм радиального сечения у раздаточных отверстий и у соответствующих им выступов. Например, если раздаточное отверстие имеет круговую форму, то соответствующий выступ может иметь в радиальном плане крестообразную или треугольную форму. Поскольку радиальные формы полностью не совпадают, образуются вертикальные каналы, по которым может проходить поток продукта, несмотря на то, что указанный поток ограничивается таким образом, чтобы в камере капсулы поддерживалось достаточное внутреннее давление.

В идеале ограничение потока по настоящему изобретению должно осуществляться таким образом, чтобы давление внутри камеры капсулы поддерживалось максимально постоянным на протяжении всего времени раздачи продукта.

Следует понимать, что специалистам в данной области техники будут очевидны различные изменения и модификации в рассмотренных здесь предпочтительных на данный момент вариантах осуществления. Подобные изменения и модификации могут быть осуществлены, не выходя за объем и сущность настоящего изобретения, а также без преуменьшения предполагаемых преимуществ. Поэтому подразумевается, что подобные изменения и модификации охватываются пунктами прилагаемой формулы изобретения.