Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА ИЗ РАСТВОРИТЕЛЯ И ИНГРЕДИЕНТОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к способу и устройству для приготовления напитка из растворителя и ингредиентов.

Данное изобретение может использоваться, например, в области приготовления напитков.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Приготовление напитков посредством заваривания ингредиентов в растворителе является очень популярным. Например, если чай используется в качестве ингредиента, то горячая/кипящая вода традиционно используется в качестве растворителя для этого заваривания (т.е. настаивания). После заданного периода времени ингредиенты извлекаются из этого растворителя, и этот результирующий растворитель соответствует готовому напитку. Подобный подход используется, когда напитки приготавливаются из различных ингредиентов, таких как различные травы, листья растений или корни растений. Такие типы напитков обеспечивают положительное воздействие на здоровье, которое высоко ценится потребителями. Одно из этих положительных воздействий на здоровье исходит от антиоксидантов, которые содержатся в этом напитке, который получается после заваривания. Например, катехины являются основным типом антиоксидантов в чае. Такие напитки обычно приготавливаются посредством использования специальных домашних приспособлений, таких как устройство для приготовления чая или чайник. Однако, при заваривании ингредиентов посредством использования традиционных способов или приспособлений, извлекаются не только антиоксиданты, но и кофеин, который не является полезным для здоровья соединением. Следовательно, извлечение большего количества антиоксидантов будет, к сожалению, также приводить к извлечению большего количества кофеина.

ЗАДАЧА И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей данного изобретения является обеспечение улучшенного способа и устройства для приготовления напитка из растворителя и ингредиентов. Данное изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты осуществления.

С этой целью, способ согласно данному изобретению содержит:

- первый этап установки температуры указанного растворителя на первую заданную температуру,

- первый этап заваривания указанных ингредиентов в указанном растворителе, находящемся при указанной первой заданной температуре, в течение первого периода времени,

- второй этап установки температуры указанного растворителя на вторую заданную температуру,

- второй этап заваривания указанных ингредиентов в указанном растворителе, находящемся при указанной второй заданной температуре, в течение второго периода времени.

Посредством последовательного настаивания ингредиентов в растворителе при различных температурах скорость диффузии этих соединений, которые содержатся в ингредиентах, контролируется, что приводит к извлечению некоторого количества антиоксидантов, которое является большим, чем количество кофеина.

Данное изобретение также относится к устройству, содержащему техническое средство для выполнения различных этапов способа согласно данному изобретению.

Подробные разъяснения и другие аспекты данного изобретения будут даны ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Конкретные аспекты данного изобретения будут теперь разъясняться со ссылкой на варианты осуществления, описанные здесь и далее в данном документе, и, как предполагается, в связи с сопутствующими чертежами, в которых одинаковые части или подэтапы обозначаются одним и тем же образом:

фиг. 1 изображает последовательность операций способа согласно данному изобретению,

фиг. 2 иллюстрирует изменения температуры растворителя по оси времени, что дает время, необходимое для различных последовательных этапов заваривания напитка согласно данному изобретению,

фиг. 3 изображает первый режим осуществления устройства согласно данному изобретению,

фиг. 4 изображает второй режим осуществления устройства согласно данному изобретению,

фиг. 5 изображает механизм нагнетания, осуществленный в устройстве согласно данному изобретению,

фиг. 6 изображает первый вариант осуществления камеры в устройстве согласно данному изобретению,

фиг. 7 изображает второй вариант осуществления камеры в устройстве согласно данному изобретению,

фиг. 8 иллюстрирует кривые диффузии антиоксидантов и кофеина для данного ингредиента по оси времени.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 изображает последовательность операций способа согласно данному изобретению для приготовления напитка из растворителя и ингредиентов. Способ содержит:

- первый этап установки 101 температуры указанного растворителя на первую заданную температуру Т1;

- первый этап заваривания 102 указанных ингредиентов в указанном растворителе, находящемся при указанной первой заданной температуре Т1, во время первого периода DT1 времени;

- второй этап установки 103 температуры указанного растворителя на вторую заданную температуру Т2,

- второй этап заваривания 104 указанных ингредиентов в указанном растворителе, находящемся при указанной второй заданной температуре Т2, во время второго периода DT2 времени.

Ингредиенты IG могут соответствовать, например, любому типу чайных листьев, кофе, трав, корней, фруктов или смеси этих ингредиентов.

Растворитель может соответствовать, например, воде, минеральной воде, водопроводной воде, соленой воде, спирту или смеси этих растворителей.

Способ согласно данному изобретению предусматривает многоэтапный подход в том смысле, что заваривание ингредиентов в растворителе выполняется последовательно в ряде многочисленных этапов. Растворитель, который используется во время данного этапа заваривания, является растворителем, полученным после заваривания предшествующего этапа заваривания. Другими словами, свежий и новый растворитель не добавляется во время цикла заваривания, и этот растворитель также не меняется во время цикла заваривания.

Количество последовательных этапов заваривания равняется по меньшей мере двум, как показано на фиг. 1, но не ограничено двумя последовательными этапами. Таким образом, могли бы предполагаться третий, четвертый, пятый и т.д. этапы заваривания. Для каждого этапа заваривания на характеристики заваривания воздействуют и управляют ими для формирования определенных состояний или значений. Это является, в частности, предпочтительным, так как каждый этап заваривания выполняется таким образом, что растворитель имеет различные температуры для ускорения извлечения антиоксидантов, которые содержатся в ингредиентах.

Фиг. 2 иллюстрирует изменения температуры Т растворителя по оси времени t, который выдерживается в течение различных последовательных этапов заваривания:

- первый период времени DT1=[t0;t1] является интервалом времени, во время которого выполняется первый этап установки 101 температуры этого растворителя до первой заданной температуры Т1, также как и первый этап заваривания 102 ингредиентов в растворителе;

- второй период времени DT2=[t1;t2] является интервалом времени, во время которого выполняется второй этап установки 103 температуры растворителя до второй заданной температуры Т2, также как и второй этап заваривания 104 ингредиентов в растворителе.

Таблица 1 ниже показывает измеренные результаты отношения катехина и кофеина, когда зеленый чай используется в качестве ингредиента и заваривается в течение 5 минут при 90°C и для зеленого чая, завариваемого в течение 5 минут при 100°C, согласно традиционному способу заваривания. Отношение катехина к кофеину составляет 4,5 и 4,42 соответственно. Эти значения используются в качестве ссылки для сравнения с измеренными результатами из многоэтапного цикла заваривания согласно данному изобретению.

Таблица 2 ниже показывает измеренные результаты этого отношения катехина и кофеина, когда зеленый чай используется в качестве ингредиента и заваривается согласно данному изобретению. В первом случае зеленый чай заваривается при 30°C в течение 3 минут, затем при 90°C в течение 2 минут. Во втором случае зеленый чай заваривается при 40°C в течение 3 минут, затем при 90°C в течение 2 минут.

По сравнению со ссылкой, в которой заваривание выполнялось при 90°C в течение 5 минут (т.е. одним единственным этапом заваривания), результаты таблицы 2 показывают, что для одинаковой длительности заваривания, равной 5 минутам, многоэтапный способ согласно данному изобретению приводит к увеличению количества катехинов и уменьшению количества кофеина. Количество катехинов увеличивается на 7% в обоих случаях, количество кофеина уменьшается на 11% в обоих случаях, так что отношение катехинов к кофеину увеличивается на 20% в обоих случаях.

Таблица 3 ниже показывает измеренные результаты отношения катехина и кофеина, когда зеленый чай используется в качестве ингредиента и заваривается согласно данному изобретению. В первом случае зеленый чай заваривается при 20°C в течение 2 минут и впоследствии при 100°C в течение 3 минут. Во втором случае зеленый чай заваривается при 40°C в течение 2,5 минут и впоследствии при 100°C в течение 2,5 минут.

По сравнению со ссылкой, в которой это заваривание выполнялось при 100°C в течение 5 минут (т.е. одним единственным этапом заваривания), результаты таблицы 3 показывают, что для одинаковых длительностей заваривания, равных 5 минутам, многоэтапный способ согласно данному изобретению приводит к увеличению количества катехинов и уменьшению количества кофеина. В первом случае количество катехинов увеличивается на 27% при соответствующем увеличении кофеина только на 4%, что приводит к увеличению отношения катехинов к кофеину на 22%. Во втором случае количество катехинов увеличивается на 26% при соответствующем увеличении кофеина только на 5%, что приводит к увеличению отношения катехинов к кофеину на 20%.

Как показано в таблицах выше, параметры, такие как количество последовательных этапов заваривания, температура на каждом этапе и длительность заваривания каждого этапа заваривания, влияют на результаты относительно количества антиоксидантов, которое извлекается, или относительно отношения между общим количеством катехинов и кофеина. Выбор параметров может быть оптимизирован для извлечения большего количества антиоксидантов в данном ингредиенте (или смеси ингредиентов) или для увеличения отношения между этим общим количеством катехинов и кофеина.

Оптимизация параметров предпочтительно выполняется на основе кривых диффузии антиоксидантов и кофеина, содержащихся в данном ингредиенте. Кривые могут быть получены из предварительных измерений. Фиг. 8 иллюстрирует кривые диффузии антиоксидантов и кофеина для данного ингредиента по оси времени t при различных температурах Т1 и Т2. Только две температуры предполагаются здесь для упрощения разъяснения, но, предпочтительно, могло бы быть измерено и могло бы предполагаться большее количество кривых, измеренных при других температурах. Вертикальная ось соответствует количеству АМ соединений (т.е. антиоксидантов, кофеина), например, относительно среднего весового процента. Количество диффундирующего кофеина по времени показано с использованием обычных линий, тогда как количество диффундирующих антиоксидантов по оси времени показано с использованием пунктирных линий.

Эти кривые обеспечивают возможность идентификации, при какой температуре общее отношение антиоксиданты/кофеин является наибольшим; что, в данном примере, обеспечивается при температуре Т1, как показано посредством большой разности D_AM. Эти кривые также обеспечивают возможность идентификации, при какой температуре диффузия антиоксидантов является наибольшей; что, в данном примере, обеспечивается при температуре Т2, как показано посредством максимума AM_max. На основе этих указаний первый этап заваривания может предпочтительно быть выполнен при температуре, равной Т1, за ним следует второй этап заваривания, который предпочтительно выполняется при температуре, равной Т2.

Кривые также обеспечивают возможность идентификации, в какой момент времени происходят ключевые изменения в диффузии. В данном примере, для температуры Т1, отношение антиоксиданты/кофеин достигает максимума в момент времени t2. Это указание используется для установки длительности первого этапа заваривания около значения, равного разности (t2-t0). Также, для температуры Т2, максимальная скорость диффузии достигается в момент времени t1. Это указание используется для установки длительности второго этапа заваривания около значения, равного разности (t1-t0).

Количество последовательных этапов заваривания может предпочтительно определяться на основе заданного целевого количества антиоксидантов, которое нужно извлечь из ингредиентов; или, альтернативно, на основе заданного целевого отношения антиоксиданты/кофеин, которого нужно достичь. С этой целью, количество последовательных этапов заваривания является таким, что пока целевое количество не будет достигнуто, будут выполняться дополнительные последовательные этапы заваривания.

Предпочтительно, первая заданная температура Т1 ниже указанной второй заданной температуры Т2, как показано посредством примеров в таблице 2 и таблице 3. Это является предпочтительным для упрощения осуществления. Действительно, поскольку растворитель после заданного этапа заваривания используется для последующего этапа заваривания, без удаления этих ингредиентов из растворителя, установка температуры растворителя около второй заданной температуры Т2 может быть легко получена посредством нагрева растворителя от температуры Т1 до Т2.

Альтернативно, первая заданная температура Т1 выше указанной второй заданной температуры Т2. В этом случае второй этап установки 103 может предпочтительно содержать этап охлаждения растворителя от указанной первой заданной температуры Т1 до указанной второй заданной температуры Т2.

Предпочтительно, первый этап заваривания 102 содержит этап распространения растворителя на ингредиенты при первой заданной скорости R1 потока, а второй этап заваривания 104 содержит этап распространения растворителя на ингредиенты при второй заданной скорости R2 потока.

Предполагая, что каждый последовательный этап заваривания извлекает относительно большее или меньшее количество специфических соединений из ингредиентов, настройка этой скорости потока помогает усилить или уменьшить этот эффект. Различные скорости потока растворителя во время этапов заваривания являются выгодными, поскольку более высокая скорость потока способствует извлечению большего количества антиоксидантов из ингредиентов, в частности, извлечению большего количества катехинов из зеленого чая. Предпочтительно, скорость потока растворителя во время данного этапа заваривания согласно данному изобретению может быть установлена между 0 и 5 литрами в минуту.

Предпочтительно, способ согласно данному изобретению дополнительно содержит первый этап установки давления на первый заданный уровень P1 давления во время указанного первого этапа заваривания 102 и второй этап установки давления на второй заданный уровень P2 давления во время указанного второго этапа заваривания 104. Другими словами, различные давления используются на каждом этапе заваривания.

Например, давление P1 ниже нормального атмосферного давления может использоваться для кипячения растворителя при более низкой температуре. Понижение давления будет, таким образом, понижать точку кипения, следовательно, можно кипятить растворитель на каждом этапе даже при относительно низкой температуре. Кипячение растворителя имеет преимущество образования некоторого количества пузырьков в растворителе, которые вызывают ток растворителя вокруг ингредиентов для улучшения извлечения антиоксидантов.

Например, давление P2 выше нормального атмосферного давления может использоваться для кипячения растворителя при более высокой температуре; например, более высокой, чем 100°C, если растворителем является вода.

Предпочтительно, способ согласно данному изобретению дополнительно содержит этап модификации химического свойства растворителя до начала второго этапа заваривания 104. Другими словами, свойство растворителя может быть модифицировано до начала этапа заваривания для оптимизации извлечения антиоксидантов из ингредиентов.

Предпочтительно, химическим свойством растворителя, который модифицируется, является pH.

Предпочтительно, химическим свойством растворителя, который модифицируется, является жесткость. Может быть показано, что при увеличении жесткости в растворителе (т.е. увеличении концентрации ионов Ca²⁺ и Mg²⁺) концентрация антиоксидантов существенно уменьшается. Соответственно, для извлечения большего количества антиоксидантов (т.е. катехинов из чая) выполняется этап умягчения растворителя для достижения более низкой жесткости растворителя. С этой целью, растворитель может пройти через ионообменный смоляной материал, в котором ионы Ca²⁺ и Mg²⁺, содержащиеся в растворителе, заменяются ионами Na⁺, содержащимися в смоле, таким образом уменьшая концентрацию ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ в растворителе.

Данное изобретение также относится к устройству для приготовления напитка из растворителя и ингредиентов и устройству, которое содержит средство для выполнения различных этапов способа согласно данному изобретению, описанному выше.

Фиг. 3 изображает первый режим осуществления устройства APP согласно данному изобретению. Устройство содержит:

- емкость CO для содержания указанного растворителя;

- настойник IF для содержания указанных ингредиентов;

- первую систему SYS1 для доставки указанного растворителя из указанной емкости CO в указанный настойник IF;

- вторую систему SYS2 для установки температуры растворителя на первую заданную температуру Т1 во время первого периода времени DT1 и для установки температуры растворителя на вторую заданную температуру Т2 во время второго периода времени DT2.

Настойник расположен внутри емкости CO, и первая система SYS1 содержит канал CH сообщения для связи внутренней части емкости CO и внутренней части настойника IF. Например, канал CH сообщения соответствует коротким трубкам (не показаны), проходящим через стенки настойника, или множеству отверстий в стенках настойника, как показано точками на стенке настойника IF. С использованием такого расположения растворитель в емкости CO может сообщаться с внутренней частью настойника IF. Настойник поддерживается в своем положении относительно стенок емкости CO посредством ножек (не показаны).

Вторая система SYS2 для установки температуры растворителя может соответствовать системе HS нагрева, расположенной у донной части емкости. Блок CU управления используется для управления системой HS нагрева, например, посредством регулирования электрической мощности, которая поставляется системе нагрева в течение первого периода времени DT1 и второго периода времени DT2; чем выше величина электрической мощности, которая поставляется, тем выше будет температура.

Фиг. 4 изображает второй режим осуществления устройства APP согласно данному изобретению. Устройство содержит:

- емкость CO для содержания указанного растворителя,

- настойник IF для содержания указанных ингредиентов,

- первую систему SYS1 для доставки указанного растворителя из указанной емкости CO в указанный настойник IF,

- вторую систему SYS2 для установки температуры растворителя на первую заданную температуру Т1 во время первого периода времени DT1 и для установки температуры растворителя на вторую заданную температуру Т2 во время второго периода времени DT2.

Настойник расположен за пределами емкости CO, предпочтительно, выше емкости CO. Первая система SYS1 содержит механизм нагнетания для доставки растворителя из указанной емкости CO в указанный настойник IF. Также, устройство APP дополнительно содержит канал возврата для доставки растворителя из настойника IF обратно в емкость CO, например, сифонную трубку ST.

Настойник IF, например, фиксируется выше емкости CO посредством ножек или эквивалента (не показаны), которые продолжаются из стенки емкости к настойнику.

Первая система SYS1 используется для циркуляции растворителя S из нижней части емкости CO в верхнюю часть настойника IF через трубку PP.

Система SYS1 соответствует, например, электрическому жидкостному насосу.

Альтернативно, как изображено на фиг. 5, система SYS1 соответствует механизму нагнетания на основе эффекта перколяции и содержит:

- трубку ТТ, которая расположена в емкости CO, причем трубка ТТ имеет первую концевую часть EX1, расположенную вблизи донной части BP емкости CO, и вторую концевую часть EX2, достигающую настойника IF, и

- воздушный насос AP для генерации воздушного потока, который выходит около указанной донной части BP и входит в трубку у первой концевой части EX1, и доставки растворителя в трубку ТТ из первой концевой части EX1 во вторую концевую часть EX2.

Воздушный поток иллюстрируется посредством белых кругов в растворителе S, под первой концевой частью EX1. Воздушный насос AP может быть любого типа, но предпочтительно является диафрагменным воздушным насосом. Воздух нагнетается из внешней части емкости. Следует обратить внимание, что трубка ТТ предпочтительно проходит вертикально, чтобы способствовать движению воздушного потока и растворителя в нем. Однако трубка ТТ может также быть такой, что ее основная ось отклоняется от вертикального направления, например, на угол между 0 и 45 градусами. Также, трубка ТТ имеет, предпочтительно, цилиндрическую форму, но может также иметь различную форму, такую как спиральная форма или изогнутая форма. Трубка ТТ предпочтительно имеет диаметр в среднем между 5 и 7 миллиметрами или среднюю площадь поперечного сечения между 19,6 и 38,5 квадратных миллиметров. Предпочтительно, как показано на иллюстрации, первая концевая часть EX1 трубки ТТ имеет воронкообразный вход, так что воздушный поток, генерируемый воздушным насосом AP, легче входит в трубку ТТ. Если устройство согласно данному изобретению попадает в категорию бытовой техники, то воздушный насос AP предпочтительно генерирует воздушный поток между 1 и 2 литрами в минуту, и нагнетание в трубку является эффективным, если по меньшей 80% воздушного потока входит в трубку у первой концевой части EX1. Если устройство согласно данному изобретению попадает в категорию полупрофессионального или профессионального оборудования, то воздушный насос AP предпочтительно генерирует воздушный поток между 10 и 20 литрами в минуту, и нагнетание в трубку является эффективным, если по меньшей 80% воздушного потока входит в трубку у первой концевой части EX1. При генерации воздушного потока посредством воздушного насоса вместо пузырьков пара, которые естественно генерируются посредством локального кипячения воды, в случае с общепринятыми устройствами перколяции, растворитель может достигнуть верхней части трубки ТТ, при этом имея температуру значительно ниже температуры кипения растворителя; температуру, которая может быть, таким образом, приспособлена к ингредиентам, используемым при заваривании.

Альтернативно, первая система SYS1 соответствует механизму нагнетания, который приводится в действие посредством пара (не показан), который генерируется после нагрева растворителя в емкости.

Растворитель, покидающий трубку PP, как показано посредством стрелок А1, капает в настойник IF. Растворитель в настойнике IF затем капает обратно в емкость CO через канал возврата; например, через сифонную трубку ST, как показано посредством стрелок А2. Последовательные этапы циркуляции растворителя из емкости CO в трубку PP, затем настаивания ингредиентов в настойнике IF в растворителе, который содержится в настойнике, и последующее капание растворителя из настойника обратно в емкость будут образовывать замкнутый цикл заваривания, который длится до тех пор, пока все последовательные этапы заваривания не завершатся.

Вторая система SYS2 для установки температуры растворителя может соответствовать системе HS нагрева, расположенной у донной части емкости. Блок CU управления используется для управления системой HS нагрева, например, посредством регулирования электрической мощности, которая поставляется системе нагрева в течение первого периода времени DT1 и второго периода времени DT2.

Предпочтительно, механизм нагнетания первой системы SYS1 выполнен с возможностью доставки растворителя с первой заданной скоростью R1 потока во время указанного первого периода времени DT1 и выполнен с возможностью доставки растворителя со второй заданной скоростью R2 потока во время указанного второго периода времени DT2.

Если для первой системы SYS1 используется электрический жидкостный насос, то это может быть достигнуто, например, посредством увеличения скорости вращения ротора. Если используется механизм нагнетания на основе эффекта перколяции, то это может быть достигнуто, например, посредством увеличения воздушного потока внутри трубки ТТ.

Предпочтительно, устройство APP согласно данному изобретению дополнительно содержит камеру CB для охвата настойника IF и третью систему SYS3 для установки давления внутри указанной камеры CB на первый заданный уровень P1 давления во время указанного первого периода времени DT1 и на второй заданный уровень P2 давления во время указанного второго периода времени DT2. Фиг. 6 изображает камеру CB, которая расположена вокруг емкости CO, для устройства, описанного вместе с фиг. 3. Фиг. 7 изображает камеру CB, которая расположена вокруг емкости CO, для устройства, описанного вместе с фиг. 4-5. Эта третья система SYS3 может соответствовать воздушному насосу, связанному со средством регулирования для обеспечения того, что во время первого периода времени DT1 и второго периода времени DT2 уровень давления внутри этой камеры CB останется отрегулированным около уровня P1 и P2 соответственно.

Предпочтительно, устройство APP согласно данному изобретению дополнительно содержит ионообменный смоляной материал, через который указанный растворитель (S), как предполагается, проходит для модификации химического свойства указанного растворителя. Например, ионообменная смола может помещаться через исполнительное устройство вдоль пути трубки ТТ, когда требуется умягчение растворителя (не показано), и удаляться посредством указанного исполнительного устройства, когда умягчение растворителя больше не требуется.

Другие вариации к этим раскрытым вариантам осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при применении на практике заявленного изобретения, из изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. В этой формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а неопределенный артикль «один» или «некоторый» не исключает множества. Единственный блок может выполнять функции нескольких пунктов, изложенных в этой формуле изобретения. Сам факт, что некоторые меры изложены в различных взаимно-зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может использоваться для получения выгоды. Любые ссылочные знаки в этой формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем данного изобретения.