24.05.2019
219.017.6088

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОФЕЙНОГО ЭКСТРАКТА ДЛЯ БОЛЬШОЙ ЧАШКИ ИЗ КАПСУЛЫ ПРИ СОКРАЩЕНИИ ВРЕМЕНИ ВЫТЕКАНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002430670
Дата охранного документа
10.10.2011
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области приготовления напитков. Способ приготовления кофейного экстракта для большой чашки из капсулы, содержащей молотый кофе, за время вытекания 50 секунд или менее путем впрыска воды под давлением внутрь капсулы. Капсула заполняется молотым кофе и имеет мембрану для выдачи напитка. Капсула подвергается экстракции в устройстве для экстрагирования кофе, и вода впрыскивается в капсулу под давлением. Кофейный напиток вытекает через мембрану капсулы, снабженной средством сцепления, соединяющим и/или разъединяющим капсулу с мембраной. Падение давления в слое молотого кофе уменьшается при заполнении капсулы молотым кофе с процентным содержанием пыли (F), регулируемым в зависимости от среднего размера частиц D кофе. Время вытекания может сократиться до 40 с или даже менее при одновременном поддержании выхода кофе при экстракции в широких пределах - от 15% до 30%. Изобретение позволяет сократить время вытекания из капсул кофейного экстракта при одновременном улучшении качественных показателей кофе, в частности его крепости, а также плотности и текстуры кофейной пенки. 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Настоящее изобретение относится к способу приготовления кофейных напитков из капсул, предназначенных для экстракции под давлением и содержащих вещество для получения кофейного напитка.

Кофе в чашках можно приготовить в кофемашинах с фильтрующей системой. Однако из-за «слабой» экстракции кофе готовый экстракт обычно имеет низкую концентрацию сухих веществ кофе, слабо выраженный ароматический профиль и незначительное количество или отсутствие кофейной пенки (крема) на поверхности напитка.

Капсулы, предназначенные для экстракции по давлением и содержащие вещество для приготовления напитка, имеются на рынке. Они обеспечивают улучшенную экстракцию кофе, т.е. повышенный «выход при экстракции», более выраженный аромат и улучшенное качество кофейной пенки, более удобны в употреблении и сохраняют свежесть содержащегося в них вещества. Благодаря этому гарантируется получение свежеэкстрагированных напитков постоянного качества.

Например, действующая система, реализуемая на рынке под торговой маркой "Nespresso®" ("Неспрессо"), признана как наиболее пригодная для приготовления маленьких и больших чашек кофе хорошего качества. Под маленькой чашкой кофе имеется в виду чашка, содержащая менее 50 г жидкого кофейного экстракта, более конкретно - около 40 г в случае кофе типа эспрессо и около 25 г в случае кофе типа ристретто (итал. крепкий кофе). Благодаря высокому давлению экстракции, поддерживаемому в капсуле и составляющему от 10 до 20 бар, жидкий экстракт может обеспечивать требуемые качественные показатели в рамках выхода кофе, содержания сухих веществ кофе и кофейной пенки и выдаваться за приемлемое для потребителя время. Однако некоторые потребители предпочитают иметь возможность приготовления и большой (высокой, «долгой») чашки кофе из имеющихся капсул. Под большой чашкой кофе имеется в виду чашка, содержащая около 110 (±10) г жидкого кофейного экстракта. Для приготовления большой чашки кофе требуется пропустить большее количество воды через капсулу. Следовательно, в типичных случаях "большой/долгий кофе" требует длительного времени приготовления, т.е. одной минуты или более, а готовый напиток может обладать слишком горьким и острым вкусом и может ощущаться как слабо разбавленный или водянистый. Время его вытекания, превышающее одну минуту, также неприемлемо с коммерческой точки зрения и неудобно для тех потребителей, кто хочет приготовить сразу несколько чашек кофе.

ЕР 1566127 А2 предлагает техническое решение для системы, предназначенной для приготовления маленьких или больших чашек кофе с использованием одного и того устройства для экстракции кофе и капсул одного и того же формата. Капсулы для "долгого кофе" имеют удерживающую их мембрану с сопротивлением проколу от 0,6 до 1,1 миллиджоулей (мДж) и гранулометрию кофе от 300 до 600 микрон.

Задачей настоящего изобретения является значительное улучшение капсульной системы предшествующего уровня техники. В частности, основной задачей является сокращение времени вытекания из капсул кофейного экстракта для большой чашки при одновременном сохранении или даже улучшении качественных показателей кофе, в частности его желательной крепости (например, выраженной "выходом при экстракции"), а также достаточной плотности и текстуры кофейной пенки.

Основу изобретения составляют полученные обобщенные данные, свидетельствующие о том, что падение давления в слое молотого кофе в капсуле уменьшается по сравнению с предшествующим уровнем техники. В то же время падение давления на границе раздела мембрана/открывающая капсулу пластина может возрастать по сравнению с предшествующим уровнем техники. Фактически удалось удивительным образом установить, что качество кофейной пенки может значительно улучшиться при возрастании падения давления на границе раздела мембрана/открывающая капсулу пластина. Уменьшение падения давления в самом слое молотого кофе может сокращать или, по меньшей мере, поддерживать в требуемых пределах время вытекания для большой чашки кофе. Однако уменьшение падения давления в слое кофе не может происходить без снижения выхода кофе при экстракции, что может привести к недостаточной крепости и/или аромату кофе. Таким образом, изобретение предлагает техническое решение, направленное на поддержание высокого уровня экстракции кофе, обеспечивающего относительно меньшее сопротивление слоя кофе вытекающему потоку, чем в капсульных системах предшествующего уровня техники, с целью сокращения общего времени приготовления кофе.

Таким образом, изобретение основывается на вновь открытом факте, что гранулометрия слоя молотого кофе, наряду с контролем уровня пыли в указанном слое, играет ключевую роль в уменьшении падения давления в слое кофе при одновременном поддержании требуемого уровня экстракции кофе. Изобретение также основывается на принципе снижения уровня пыли в молотом кофе; пониженный уровень пыли обеспечивает более быстрое вытекание кофейного экстракта и в то же время не оказывает существенного влияния на выход при экстракции готового кофейного экстракта.

Следовательно, настоящее изобретение относится к способу приготовления кофейного экстракта для большой чашки из капсулы, содержащей молотый кофе, за время вытекания 50 секунд или менее/110 мл экстракта путем впрыска воды под давлением внутрь капсулы,

в котором капсула заполняется молотым кофе и имеет мембрану для выдачи продукта;

в котором капсула подвергается экстракции в устройстве для экстракции кофе и вода впрыскивается под давлением внутрь капсулы;

в котором кофейный напиток вытекает через мембрану капсулы, оснащенную средством сцепления, служащим для соединения и/или разъединения капсулы с мембраной;

в котором падение давления в слое молотого кофе уменьшается за счет заполнения капсулы молотым кофе с процентным содержанием пыли (F), регулируемым в зависимости от среднего размера частиц (D4,3) кофе в следующих пределах:

F составляет менее или равно 14%, если измеряемый D4,3 составляет от 350 до 400 мкм,

F составляет менее или равно 16%, если измеряемый D4,3 составляет от 300 до 349 мкм,

F составляет менее или равно 18%, если измеряемый D4,3 составляет от 250 до 299 мкм.

Если говорить более конкретно, то способ включает заполнение капсулы молотым кофе с процентным содержанием пыли (F), регулируемым в зависимости от размера частиц кофе в следующих пределах:

F составляет от 10% до 14%, если измеряемый D4,3 составляет от 350 до 400 мкм,

F составляет от 12% до 16%, если измеряемый D4,3 составляет от 300 до 349 мкм,

F составляет от 14% до 18%, если измеряемый D4,3 составляет от 250 до 299 мкм.

Даже более предпочтительно, если капсула содержит молотый кофе с процентным содержанием пыли (F), регулируемым в зависимости от размеров частиц кофе в следующих пределах:

F составляет от 12% до 14%, если измеряемый D4,3 составляет от 300 до 350 мкм.

Контроль уровня пыли, который определяется как функция среднего размера частиц молотого кофе, позволяет уменьшить падение давления в слое молотого кофе и соответственно значительно сократить время вытекания.

Предпочтительно для осуществления способа по изобретению в капсулу дозируется или она заполняется кофе из одной партии помола с D4,3 в вышеуказанных конкретных пределах.

Согласно способу изобретения кофейный экстракт для большой чашки предпочтительно приготавливается за время вытекания от 27 до 45 с. Время вытекания может даже сократиться до менее 35 с. Время вытекания сокращается при одновременном поддержании выхода при экстракции в процессе приготовления кофейного экстракта на уровне от 15% до 30%. Более предпочтительно выход при экстракции в процессе приготовления кофейного экстракта поддерживается на уровне от 20% до 26%.

В дополнение к этому падение давления на границе раздела мембрана/средство сцепления может возрастать, что обеспечит улучшенные качественные показатели, в частности улучшит образование кофейной пенки. Время вытекания может поддерживаться или, что более предпочтительно, сокращаться в том случае, если повышение давления у мембраны компенсируется снижением количества пыли. Предпочтительно сверху кофейного экстракта образуется кофейная пенка, стабильность которой по результатам теста с сахаром составляет более 10 с. Более предпочтительно стабильность кофейной пенки по результатам теста с сахаром составляет примерно от 11 до 15 с.

Падение давления на границе раздела мембрана/средство сцепления может возрастать при использовании мембраны с более высоким сопротивлением проколу по сравнению с мембраной, традиционно использующейся для приготовления кофейного экстракта для большой чашки. Предпочтительно мембрана обладает сопротивлением проколу, по меньшей мере, 1,1 мДж. Более предпочтительно, чтобы мембрана обладала сопротивлением проколу от 1,1 мДж до 3,5 мДж. Наиболее предпочтительно, чтобы мембрана обладала сопротивлением проколу от 1,35 мДж до 3,2 мДж.

Другим преимуществом мембран с относительно высоким сопротивлением проколу является то, что такая мембрана способна более надежно запечатывать корпус капсулы. В частности, снижается риск неправильного запечатывания, что может повлечь за собой случайный разрыв мембраны в ходе экстракции под давлением жидкости и стать причиной засорения молотым кофе устройства для экстракции.

Падение давления может регулироваться также другими средствами, например путем подбора особой конфигурации пластины, служащей для открывания капсулы (например, с большим числом отверстий или степенью перфорации).

Мембрана может быть изготовлена из различных материалов, таких как алюминий, сплав алюминия и/или пластик.

В предпочтительном примере мембрана, изготовленная из алюминия или сплава алюминия, имеет толщину от 26 до 40 мкм, в более предпочтительном - около 30 мкм.

Один из возможных способов для достижения пониженного содержания пыли в капсулах может предусматривать измельчение кофейных зерен (перед заполнением капсул) в мельнице или кофемолке, содержащей в секции тонкого помола, по меньшей мере, одну пару вальцов с радиальным рифлением в отличие от продольного рифления. Хорошие результаты были получены при помоле кофейных зерен, по меньшей мере, в 3 стадии, предпочтительно - в 4 стадии, с использованием, по меньшей мере, одной пары мелющих вальцов с радиальным рифлением. Наилучшие результаты были достигнуты при помоле, по меньшей мере, в 4 стадии, наиболее предпочтительно - в 6 стадий, с использованием мелющих вальцов только с радиальным рифлением.

Капсулы заполняются молотым кофе в рыхлом состоянии, т.е. без стадии уплотнения до или после заполнения капсулы. Альтернативно кофе может уплотняться еще до стадии заполнения капсул с применением уплотнительного устройства. Однако кофе не следует уплотнять в капсуле до образования твердого блока: кофе должен оставаться в капсуле в сыпучем состоянии.

В еще одном предпочтительном примере пластина для открывания мембраны сформирована множеством выступов, число которых предпочтительно составляет от 20 до 50, причем каждый выступ имеет плоскую верхнюю поверхность площадью примерно от 0,5 до 5 мм2. Более предпочтительно площадь плоской верхней поверхности каждого выступа составляет от 0,8 до 3 мм2. Такое открывающее мембрану приспособление также может вносить свой вклад в падение давления до уровня, достаточного для образования кофейной пенки улучшенного качества.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой график, показывающий зависимость между средним размером частиц молотого кофе и уровнем пыли при различных технологиях помола.

Фиг.2 представляет собой график, показывающий зависимость между средним размером частиц и выходом при экстракции в процессе приготовления кофейного экстракта для большой чашки.

Фиг.3 представляет собой график, показывающий зависимость между временем вытекания и качеством кофейной пенки в процессе приготовления кофейного экстракта для большой чашки.

Фиг.4 представляет собой график, показывающий зависимость между средним размером частиц (D4,3) и временем вытекания в процессе приготовления кофейного экстракта для большой чашки.

Фиг.5 схематически показывает систему изобретения до размещения в ней капсулы.

Фиг.6 схематически показывает систему в закрытом состоянии, в котором капсула подвергается экстракции.

Раскрытие изобретения

В настоящей заявке термины употребляются в значениях, раскрываемых ниже.

«Выход при экстракции» определяется как общая масса сухих веществ в жидком экстракте, деленная на общую массу начальных ингредиентов кофе в капсуле (например, обжаренного и молотого кофе). Эта величина обычно выражается в процентах. Выход при экстракции является показателем крепости кофейного экстракта.

«Общее содержание сухих веществ» определяется как масса экстрагированных сухих веществ, содержащихся в экстракте, деленная на общую массу экстракта. Эта величина обычно выражается в процентах.

«Давление впрыска» определяется как максимальное давление, выраженное в барах и измеренное в точке (точках) впрыска воды в капсулу в процессе экстракции.

«Время вытекания» определяется как время от момента начала капания жидкости в кофейную чашку до момента полного вытекания в чашку требуемой массы экстракта с требуемой крепостью и ароматом.

«Кофейный экстракт для большой чашки» определяется как жидкий экстракт, полученный из капсулы с массой кофе примерно 110 г (+/-10 г).

Средний размер частиц "D4,3" означает среднеобъемный диаметр частиц молотого кофе, измеренный методом лазерной дифракции с использованием оптического прибора Malvem® и бутанола в качестве диспергирующего агента для частиц.

"Пыль" означает частицы кофе диаметром менее 88,91 микрон, измеренным методом лазерной дифракции Malvem®.

"Стадия" помола кофе в мельнице или кофемолке означает пару вальцов.

"Мембрана для выдачи экстракта" означает стенку капсулы, из которой вытекает кофе и которая содержит, по меньшей мере, одно выходное отверстие для напитка, образуемое после вскрытия мембраны любым, пригодным для данной цели, способом, включающим разрезание, прокалывание и/или разрывание, либо предварительно сформованное выходное отверстие для напитка.

"Сопротивление проколу", выражаемое в миллиджоулях (мДж), определяется как энергия, необходимая для прокалывания мембраны капсулы с помощью натяжного устройства MTS Synergic 400, поставляемого Fuch Industrievertretungen (Швейцария), как описано ранее в ЕР 1566127 А2, содержание которого включено в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки.

"Гранулометрия" молотого кофе определяется как диаметр частиц кофе, образующихся в результате помола, как объясняется в примерах.

"Кофейная пенка" определяется как слой пенки, образующийся на кофейном экстракте и имеющий текстуру, состоящую, в основном, из мелких пузырьков. Качество пенки можно определить эмпирическим тестом с сахаром, который заключается в размещении строго определенного слоя сахара-песка, т.е. сахара со средним размером частиц (D4,3) 660 мкм, на поверхности свежеприготовленной чашки кофе и в измерении времени от начала размещения слоя сахара-песка до момента погружения большей части сахара в кофе. Поэтому "результат теста с сахаром" выражается количеством секунд.

"Средство сцепления" представляет собой элемент устройства для экстракции или капсулы, выполняющий функцию соединения или разъединения капсулы с мембраной, чтобы обеспечить определенное падение давления, позволяющее отсрочить по времени вытекание кофе из капсулы. Средство сцепления может иметь различную форму, способную обеспечить при зацеплении с мембраной определенное падение давления, например форму размещенной по центру иглы или множества игл либо пластины с множественными выступами и/или выпуклостями, либо фильтрующей пластины.

Настоящее изобретение относится к системе, которая использует запечатанные капсулы со всеми их преимуществами, упоминавшимися выше, для приготовления напитков большого объема.

Хотя ключевые качественные показатели кофе типа эспрессо общеизвестны, очень мало проводилось исследований, позволяющих точно определить такое понятие, как "большая чашка" кофе, которая соответствует предпочтениям потребителей. Ключевые качественные показатели "большой чашки" кофе можно определить различными средствами, например тесты на потребителях и отобранных группах потребителей. Ключевые качественные показатели включают, в основном, выход при экстракции, общее содержание сухих веществ и наличие кофейной пенки. Установлено, что выход при экстракции должен предпочтительно поддерживаться в определенных пределах. Если выход при экстракции слишком высокий, то кофе обычно имеет горький и острый вкус из-за присутствия нежелательных соединений, которые могут экстрагироваться при слишком длительном времени экстракции. Следовательно, важно сократить время вытекания кофейного экстракта для большой чашки не только по очевидной причине желательного сокращения времени ожидания готового кофе, но и по причине того, что сокращение времени вытекания позволяет избежать проблем, связанных с чрезмерным экстрагированием кофе. И, наоборот, если выход при экстракции слишком низкий, то кофе на вкус кажется водянистым и вряд ли приемлемым с точки зрения среднестатистического потребителя. Поэтому был определен приемлемый диапазон значений выхода при экстракции - обычно от 15% до 30%, более предпочтительно - от 18% до 28%, наиболее предпочтительно - от 20% до 26%. Равным образом, общее количество сухих веществ в чашке должно быть достаточным для обеспечения требуемых консистенции и текстуры напитка; в противном случае вкус кофе будет водянистым и неприемлемым для потребителя. По той же причине (хотя это также может быть делом вкуса) был определен оптимальный диапазон концентраций сухих веществ в напитке для большой чашки, а именно: от 1,0% до 1,9 масс.%, более предпочтительно - от 1,1% до 1,7 масс.%, наиболее предпочтительно - от 1,1% до 1,5 масс.%. Надлежащие показатели выхода при экстракции и общего содержания сухих веществ могут быть достигнуты в случае использования капсул, содержащих примерно от 5,5 до 7 г кофе, предпочтительно - от 5,8 до 6,8 г кофе.

И, наконец, наличие кофейной пенки также считается важной качественной характеристикой, и большие чашки кофе должны давать достаточно плотную и стабильную пенку. Пенка должна покрывать всю поверхность напитка в чашке, не оставляя черных дыр. Это в особенности требует усилий, поскольку поверхность кофейного экстракта для большой чашки обычно намного больше, чем поверхность кофейного экстракта для маленькой чашки (например, принимая во внимание различия между кружкой кофе и кофе эспрессо). Пенка должна иметь сливочную или бархатистую текстуру, а не напоминающую мыло или пузырчатую. Цвет ее должен быть от коричневатого до красноватого, а не белым. Поэтому тест с сахаром должен показать значение более 7 с, предпочтительно - более 10 с.

На фиг.5 и 6 схематически изображена показательная система изобретения. Устройство D изобретения содержит модуль экстракции 10 для экстрагирования кофе из одной капсулы одномоментно. Модуль экстракции включает приемник в форме опорного основания или коллектора 11 и участок впрыска 12. Опорное основание и участок впрыска ограничивают внутренний объем при смыкании двух частей для приема капсулы. На опорном основании размещается средство сцепления 13, предназначенное для зацепления с удерживающей частью капсулы в тот момент, когда внутри капсулы создается давление жидкости. Средство сцепления 13 может представлять собой средство для пробивания отверстий, состоящее, например, из серии выпуклых элементов, например, в форме пирамиды, или продольных ребер либо игл, предусмотренных на поверхности пластины. Кофейный экстракт сначала фильтруется в очень узком промежутке между выпуклыми элементами и кромками отверстий мембраны. Пластина содержит ряд отверстий для стекания экстракта и в итоге удерживает твердые частицы кофе. Отверстия могут быть выполнены в каналах через пластину, образующихся между выпуклыми элементами, или, альтернативно, в самих выпуклых элементах.

Устройство содержит также, по меньшей мере, один трубопровод для жидкости 72, по которому жидкость может поступать в капсулу, по меньшей мере, через одно приспособление для впрыска 70. Указанное приспособление 70 может содержать одну или более игл или лопастей, которые создают один или более проходов для воды, подаваемой в капсулу. Жидкость подается под давлением по трубопроводу с помощью насоса 73. Насос может представлять собой электромагнитный поршневой насос или любой пригодный для перекачки воды механизм, такой как диафрагменный насос или системы с работающей под избыточным давлением насадкой. На напорной стороне насоса 73 может быть установлен резервуар для воды 74 для обеспечения достаточного количества жидкости для подачи в экстракт, рассчитанного более чем на одну капсулу. Предпочтительно резервуар вмещает свыше 750 мл воды во избежание неудобств, связанных с повторным наполнением его после нескольких циклов экстракции. На линии между резервуаром и модулем экстракции 10 может быть установлена нагревательная система 75 для нагрева жидкости до требуемой температуры. Указанная система должна иметь такую конфигурацию, которая позволит нагревать воду до температуры экстракции от 70°С до 100°С. Это может быть термоблок или устройство для мгновенного нагрева, например керамические патронные нагреватели. Резервуар может быть выполнен также как бойлер, способный поддерживать жидкость теплой или горячей. Система обычно комплектуется щитом управления с переключателями для автоматического запуска цикла экстракции. Могут быть предусмотрены также различные контрольные приборы, такие как датчики температуры, таймеры, расходомеры, датчики давления, перемешивающие лопасти, пробники и т.п. для контроля и управления операциями экстракции.

Капсула с кофе L имеет корпус 20 и мембрану 21, изготовленную из такого материала, как алюминий и/или пластик. Капсула может иметь самую различную форму, не выходящую за масштаб изобретения. Мембрана может быть выполнена также как дно корпуса самой капсулы. Мембрана может иметь заранее выбранную форму (например, выпуклую или вогнутую) и деформироваться в процессе экстракции относительно средства сцепления 13.

В соответствии с одним из наиболее важных аспектов изобретения капсула заполняется молотым кофе с контролируемым размером частиц и пониженным уровнем пыли.

Капсула может омываться струей инертного газа под слабым избыточным давлением с целью увеличения срока хранения кофе. Мембрана может принимать слегка выпуклую форму под действием внутреннего давления газа. В типичных случаях в качестве инертного газа применяется азот, но может использоваться и другой инертный газ. В создании давления внутри капсулы участвует также газообразный диоксид углерода, выделяющийся при дегазации молотого кофе внутри капсулы после ее заполнения и запечатывания. Следовательно, мембрана должна обладать достаточной стойкостью, чтобы противостоять внутреннему давлению газа, включая газ, выделяющийся при дегазации кофе.

Когда модуль экстракции 10 смыкается вокруг капсулы 2 и капсула занимает заданное положение внутри указанного модуля, как показано на фиг.6, удерживающая мембрана, т.е. называемая в описании просто "мембраной", позиционируется таким образом, что она либо примыкает к средству сцепления 13 устройства, либо отстоит от него на небольшом расстоянии. Мембрана капсулы не открывается до тех пор, пока внутри капсулы не создастся определенное давление под действием поступающей в капсулу воды. Мембрана и средство сцепления занимают такое положение, которое исключает случайное открытие капсулы до начала экстракции. Таким образом, по мере подачи воды в капсулу с помощью насосного средства 75 внутри капсулы создается внутреннее давление, которое принудительно заставляет мембрану 21 деформироваться и прижиматься к средству сцепления 13 до тех пор, пока не произойдет прокол или разрыв мембраны. Капсула начинает открываться при определенном давлении открывания, но это давление обычно продолжает расти вследствие уплотнения слоя молотого кофе внутри капсулы, а также вследствие падения давления, обусловленного узкими отверстиями, образовавшимися путем прокола или разрыва в мембране капсулы. Затем уровень давления обычно выравнивается до давления экстракции, которое в типичных случаях составляет несколько бар, после чего падает, как только насос отключается. Общее падение давления обычно дополняется падением давления, создаваемым уплотнением слоя молотого кофе, и падением давления, создаваемым зацеплением мелких отверстий в мембране со средством (пластиной) сцепления 13 устройства. Давление воды для экстракции достигает значения выше 11 бар на стороне впрыска в капсулу. Следует заметить, что средство (пластина) сцепления может быть частью самой капсулы. Следует заметить также, что мембрана капсулы может приоткрываться перед впрыском воды с помощью одной или более игл средства (пластины) сцепления.

Насос имеет фиксированные эксплуатационные характеристики, что означает, что он обеспечивает определенный расход воды, и если он располагается ниже по течению, то ему приходится преодолевать определенное давление в зависимости от характеристик капсулы (гранулометрия, мембрана и др.).

Изобретение основано на принципе значительного уменьшения падения давления в слое кофе по сравнению с падением давления в слое кофе в капсулах существующих систем при одновременном, в основном, поддержании характеристик процесса экстрагирования кофе (т.е. выхода при экстракции).

С этой целью гранулометрия молотого кофе в капсуле была модифицирована таким образом, чтобы обеспечить пониженный уровень пыли. Предпочтительно процентное содержание пыли (F) соотносится с измеряемым диапазоном размера частиц (D4,3). Если размер частиц увеличивается, то количество пыли, наоборот, снижается. Чем тоньше мелется кофе, тем больше образуется пыли. Согласно одному из предпочтительных аспектов изобретения процентное содержание пыли F определяется как функция D4,3 в следующих предпочтительных пределах:

F составляет от 10% до 14%, когда измеряемый D4,3 составляет от 350 до 400 мкм,

F составляет от 12% до 16%, когда измеряемый D4,3 составляет от 300 до 349 мкм,

F составляет от 14% до 18%, когда измеряемый D4,3 составляет от 299 до 250 мкм.

Предпочтительно капсула заполняется кофе из одной, заранее выбранной, партии помола с выбранным размером частиц D4,3. Другими словами, для заполнения капсулы не используются смеси двух или более помольных партий с различными размерами частиц (D4,3).

Еще более предпочтительно, чтобы процентное содержание пыли (F) в капсуле для приготовления кофейного экстракта для большой чашки составляло от 12% до 14%, когда измеряемый D4,3 составляет от 300 до 350 мкм, что позволяет приготовить большую чашку кофейного экстракта менее чем за 45 с, предпочтительно - примерно за 35 с. Установлено, что при D4,3 выше 350 мкм, экстрагирование кофейной массы становится менее эффективным. Предполагается, что поверхность контакта между жидкостью для экстракции и частицами кофе сокращается, что отрицательно сказывается на процессе экстракции. Слишком крупные частицы кофе требуют также более длительного времени дегазации после помола в ходе производства. При D4,3 ниже 300 мкм время вытекания может также сократиться, но экстрагирование кофе может быть менее эффективным из-за неравномерного распределения воды в слое молотого кофе, называемого образованием сквозных каналов.

Гранулометрия с пониженным уровнем пыли позволяет регулировать время вытекания при приготовлении "долгого" (большой чашки) кофейного экстракта. В частности, может легко достигаться время вытекания от 30 до 45 с.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют изобретение, не ограничивая его масштаб.

Примеры

1. Технология помола

График на фиг.1 показывает зависимость между средним диаметром D4,3 и процентным содержанием пыли при разных технологиях помола. Технология помола, использующая шесть стадий, т.е. 6 пар вальцов с радиальным рифлением, приводит к снижению уровня пыли по сравнению с технологией помола, использующей вальцы только с радиальным рифлением или вальцы со смешанным рисунком рифления (т.е. вальцы и с радиальным, и с аксиальным рифлением на одной или двух стадиях секции тонкого помола). График показывает также, что использование мельницы (кофемолки) с вальцами со смешанным рисунком рифления обеспечивает более низкий уровень пыли по сравнению с вариантом использования вальцов только с аксиальным рифлением.

2. Влияние размера частиц кофе (D4,3) и толщины мембраны на выход при экстракции

График на фиг.2 показывает влияние среднего размера частиц кофе на выход при экстракции в случае экстрагирования "долгих" кофейных экстрактов из алюминиевых капсул различной толщины. Были проведены испытания алюминиевых капсул толщиной соответственно 20 мкм и 30 мкм. Средний показатель сопротивляемости 20-микронной капсулы проколу составил в измерениях примерно 0,7 мДж, а ее максимальная сопротивляемость проколу - около 0,81 мДж. Средний показатель сопротивляемости 30-микронной капсулы проколу составил в измерениях примерно 1,45 мДж, а ее минимальная сопротивляемость проколу - около 1,1 мДж. Испытания охватывали также различные технологии помола кофе с использованием соответственно мелющих вальцов с полностью радиальным рифлением (6 стадий, как указано в примере 1) или, альтернативно, с полностью аксиальным рифлением. Радиальное рифление приводило к значительному снижению уровня пыли по сравнению с аксиальным рифлением, что показано на фиг.1. Результаты экстракции капсулы с различным уровнем пыли показали, что он, в конечном счете, существенно не влиял на выход при экстракции. Указанные результаты показали также, что более тонкий помол, т.е. до частиц от 200 до 300 мкм, дает несколько более высокий выход при экстракции по сравнению с грубым помолом (т.е. до частиц более 300 мкм).

3. Влияние времени вытекания, технологии помола и толщины мембраны на кофейную пенку

График на фиг.3 показывает влияние времени вытекания и толщины мембраны на качество кофейной пенки. Результаты показывают, что капсула с более толстой мембраной (т.е. 30 мкм) обеспечивает при экстрагировании более качественную пенку, чем капсула с более тонкой мембраной (т.е. 20 мкм) при одном и том же, в основном, времени вытекания. Результаты также показывают, что аксиальное рифление мелющих вальцов, генерирующее повышенный уровень пыли, создает более быстрый поток (с 20-микронной, а не с 30-микронной, мембраной), но с меньшим количеством пенки. И, наконец, помол с помощью вальцов с радиальным рифлением обеспечивает улучшенную пенку при времени вытекания 35 с в случае применения более толстой мембраны (т.е. 30-микронной).

4. Влияние гранулометрии (средний размер частиц/пыль) на время вытекания

График на фиг.4 показывает влияние среднего размера частиц (D4,3), технологии помола (относительно уровня пыли) и толщины мембраны на время вытекания.

Испытывались три различных смеси кофейных зерен для приготовления больших чашек - соответственно "смесь 1", "смесь 2" и "смесь 3". Кофейные зерна измельчались с применением технологии помола вальцами либо с аксиальным, либо радиальным рифлением. Капсулы заполнялись готовым молотым кофе и тестировались в зависимости от толщины мембран - соответственно 20 и 30 мкм.

Результаты показывают, что время вытекания может значительно сократиться в том случае, если молотый кофе содержит пониженный уровень пыли (т.е. при использовании мельницы (кофемолки) с мелющими вальцами с радиальным рифлением), по сравнению с молотым кофе с обычным уровнем пыли. Они также показывают, что время вытекания значительно сокращается, если уровень пыли снижен, а мембрана толще (т.е. 30 мкм). В некоторых случаях время вытекания может сократиться даже до менее 30 с при размере частиц от 260 до 320 мкм.

Следует также заметить, что происхождение кофе (смесь кофе разного происхождения) может также оказывать существенное влияние на время вытекания. Следовательно, при использовании смесей одинакового состава из кофе одного и того же происхождения настоящее изобретение способно обеспечить значительное сокращение времени вытекания.

5. Гранулометрия

Распределение частиц по размерам (D4,3) и уровень пыли (F) определялись методом лазерной дифракции с применением прибора "Mastersizer S" (от Malvern®), оборудованного оптическими линзами 1000 мм. 1-2 г порошка диспергировались в 1 л бутанола и рециркулировали перед лазерным лучом для получения затемнения порядка от 15% до 20%. Распределение частиц по размерам определяли по дифракционной картине с использованием приближения Фраунгофера. Весь эксперимент повторялся трижды (или до тех пор, пока стандартное отклонение (StDev) не составило <5%) с последующим усреднением результатов.

6. Тест с сахаром для измерения кофейной пенки

Механизированное устройство для проведения теста с сахаром состоит из небольшого бункера, содержащего сахар. Призматическая V-образная форма этого бункера, имеющего прорезь строго определенного размера (2 мм×40 мм) по нижней кромке, способна обеспечивать создание однородной завесы из сахара по мере открывания указанной прорези и при минимуме остаточного сахара в бункере. Указанный бункер может перемещаться по горизонтали с регулируемой скоростью (~40 мм/с) из точки "А" в точку "В" (расстояние между которыми составляет 20 см). В концевом положении в обеих точках высыпанию сахара при работе устройства в запасном режиме препятствует отражательная перегородка. В процессе перемещения бункера на всем его пути между двумя точками "А" и "В" создается завеса из сахара. Кофейная пенка в чашке, размещающейся на 60 мм ниже траектории перемещения бункера между двумя точками, покрывается однородным слоем сахара по мере перемещения бункера над ней. Хронограф запускается в момент размещения слоя сахара поверх слоя пенки. Количество сахара (т.е. толщина слоя, точно соответствующая массе сахара 5 г), осаждаемое в чашке, может регулироваться путем изменения скорости перемещения бункера или размеров прорези. Сахар представляет собой сахар-песок из частиц с D4,3, равным 660 мкм. Между окончанием экстракции и началом теста с сахаром следует соблюдать точный период выжидания (т.е. 10 с в случае больших чашек). Слой сахара остается некоторое время на поверхности пенки, а затем, когда большая часть сахара неожиданно сразу опустится в кофе, оператор должен отключить хронограф.

"Результат теста с сахаром" показывает количество секунд, зафиксированное хронографом.

Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 597
Всего документов: 3

Похожие РИД в системе