CN104603027B - 具有防滴落膜的饮料胶囊 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种饮料胶囊(11)，其包括胶囊侧壁(20)、胶囊顶部和具有分配出口(22)的胶囊底部(21)，所述胶囊侧壁、胶囊顶部和胶囊底部限定了用于容纳食品或饮料前体配料的腔室，所述前体配料在当流体在压力下注入到所述腔室内时能溶解和/或能提取，所述胶囊(11)还包括压敏膜(25)，其特征在于，所述压敏膜(25)包括至少一个限定不能重新关闭的开口(26)的弱化或预切区域，所述开口：(i)在所述胶囊内的流体压力达到0.5‑20巴的相对压力的预定值时弹性地和塑性地打开或扩宽，且然后，(ii)在腔室内的流体压力释放至大气压力值之后维持扩宽的构型，使得所述至少一个开口(26)的宽度不超过1mm。

Description

具有防滴落膜的饮料胶囊
技术领域
本发明涉及一种用于食品制备机器中、例如液态食品制备机器中的配料胶囊。
背景技术
饮料制备机器在食品科学和消费品领域是众所周知的。这类机器允许用户在家中制备给定类型的饮料，例如咖啡饮料，如意式浓缩咖啡或冲煮式咖啡。
如今，大部分用于家用饮料制备的饮料制备机器包括由一机器构成的系统，该机器可容纳用于饮料制备的分成份的配料。这样的分份配料可以是软的易理包或垫包，或包袋，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，本发明的饮料机将认为是使用刚性或半刚性胶囊的饮料制备机器。
机器包括用于容纳所述胶囊的容座(容器，receptacle)或腔体和用于在压力下将流体(优选水)注入所述胶囊中的流体注入系统。对于根据本发明的咖啡饮料的制备而言，在压力下注入胶囊的水优选是热的，即处于高于70℃的温度。然而，在一些特殊的情况下，也可以处于环境温度，或甚至冷却温度。在对胶囊内容物的提取和/或溶解期间，胶囊腔室内的压力通常对于溶解产品而言为约1巴至约8巴，对于提取烘焙和研磨咖啡而言为约2至约12巴。这种制备过程与饮料制备的所谓的“冲煮”过程(特别针对茶和咖啡)大有不同，其中冲煮需要用流体(例如热水)浸泡配料很长的时间，然而饮料制备过程允许用户在几秒钟内制备饮料，例如咖啡。
在压力下提取和/或溶解封闭胶囊的内容物的原理是已知的，该原理通常包括将胶囊插入到机器的容座或腔体中，通常在使用刺穿注入件诸如安装在机器上的流体注入针刺穿胶囊表面之后，将一定量的加压水注入胶囊中，从而在胶囊内产生加压的环境，以提取该物质或溶解该物质，然后穿过胶囊释放提取物或溶解物。允许应用该原理的胶囊已经例如在申请人的欧洲专利EP 1472156 B1和EP 1784344 B1中有所描述。
允许应用这种原理的机器已经例如在专利CH 605 293和EP 242 556中有所描述。根据这些文献，机器包括用于胶囊的容座或腔体和以空心针形式制成的穿孔-注入件，穿孔-注入件在其远端区域包括一个或多个液体注入孔。该针具有双重作用，一方面，该针用于打开胶囊的顶部部分，另一方面，该针构成了水进入胶囊的入口通道。
机器还包括用于储存流体(在大多数情况下，该流体是水)的流体储槽，该流体用于在压力下溶解和/或浸泡和/或提取胶囊中所含的配料。机器包括诸如煮器或热交换器的加热元件，该加热装置能够将其中所使用的水加热至工作温度(传统地高达80-90℃的温度)。最后，机器包括用于使水(可选择地通过加热元件)从储槽流通至胶囊的泵元件。水在机器中流通的方式例如通过选择阀装置，如在申请人的欧洲专利申请EP 2162653 A1中所述类型的蠕动阀来选择。
当要制备的饮料是咖啡时，制备咖啡的一种引人关注的方式是向用户提供含有烘焙和研磨咖啡粉的胶囊，用注入胶囊中的热水来提取烘焙和研磨咖啡粉。
在许多情形中，该机器包括用于保持胶囊的胶囊保持器，所述胶囊设计成插入机器的对应腔体或容座中和从所述腔体或容座中移除。当胶囊保持器装有胶囊并以可工作/起作用的方式插入机器内时，机器的注水装置可以与胶囊流体连接以将水注入到该胶囊中用于食品制备，如上所述。胶囊保持器例如在申请人的欧洲专利EP 1967100 B1中有所描述。
已经开发了用于上述食品制备且尤其饮料制备应用的胶囊，在申请人的欧洲专利EP 1784344 B1或欧洲专利申请EP 2062831中描述了并要求保护该胶囊。
总之，该胶囊典型地包括：
-中空主体和注入壁，该注入壁是不透液体和空气的，并附接至主体且适于例如通过机器的注入针刺穿，
-容纳有待提取的烘焙和研磨咖啡层、或可溶配料或可溶配料的混合物的腔室，
-设置在胶囊底部的铝膜，该铝膜封闭胶囊，以保持腔室中的内部压力。
该铝膜设计成使用与胶囊成一体的或位于所述胶囊的外部、例如机器的胶囊保持器内的穿刺装置刺穿。
所述穿刺装置适用于在腔室内的内部压力达到某一预定值时刺穿铝膜形成分配孔。
此外，可选地，所述胶囊还包括配置成用于打断流体射流从而降低注入胶囊中的流体射流的速度并且以降低的速度横穿物质层分配流体的装置。
现有技术的胶囊特征在于具有注入壁或膜(称为顶膜)，该注入壁或膜将由饮料制备机器的作为流体系统的一部分的流体注入元件(例如针)刺穿。当流体被注入到胶囊隔室中时，逐渐形成压力，该压力用作如上所述的用于提取和/或溶解容纳在胶囊内的配料的提取手段。这种配料可例如为烘焙和研磨咖啡层。替换性地或与烘焙和研磨咖啡相结合，所述配料可包括可溶配料，例如饮料预混合物。
在饮料生产过程结束时，在入口侧和出口侧这两侧打开胶囊。尽管引入到胶囊内部的液体的绝大部分将从水中被排出，但在饮料生产过程后总会存在一些剩余在胶囊中的残余液体。
特别是，当胶囊随后从饮料制备机器中被取出时，存在水或饮料例如从胶囊的水入口侧滴落的问题。这种滴落迫使用户在完成分配之后留置一个杯子在胶囊分配出口下方数秒，这是不期望的。在一些情形中，当用户已经将杯子从分配出口下方移走时，滴落还可引起机器内部或机器周围的脏乱，这也是不期望的。这种滴落被认为是特别由从饮料出口侧进入到胶囊中的空气所促使的。
本发明因而具有的目标是：减小在完成饮料生产过程之后残余液体从胶囊中滴落的风险。
发明内容
上述目的通过一种饮料胶囊来实现，所述胶囊包括胶囊侧壁、胶囊顶部和具有分配出口的胶囊底部，所述胶囊侧壁、胶囊顶部和胶囊底部限定了用于容纳食品或饮料前体配料的腔室，所述前体配料在当流体在压力下注入到所述腔室内时能溶解和/或能提取，所述胶囊还包括位于所述配料和所述分配出口之间的压敏膜，其特征在于，所述压敏膜包括至少一个限定不能重新关闭的开口的弱化或预切区域，所述开口：
(i)在所述胶囊内的流体压力达到0.5-20巴、优选1.0-15巴的相对压力的预定值时弹性地和塑性地打开或扩宽，且然后，
(ii)在腔室内的流体压力释放至大气压力值之后维持扩宽的构型，使得所述至少一个开口的宽度不超过1mm、优选不超过0.5mm。
在本发明的一个高度优选的实施例中，所述至少一个预切的开口为具有在1:1到1000:1之间、优选在1:1到50:1之间、更优选在5:1到20:1之间的长宽比的狭缝。
可替代地，预切的开口可呈十字形、弓形区段、Z字形、或任何其他适于提供上述机械特性——即能够在饮料分配期间在压力下充分打开，然后在胶囊内压力降至基本等于大气压力的值时部分地重新关闭、或者维持扩宽的构型的特性——的形状。这种替代形状可有利地允许产品流动且分配到饮用杯/消费杯，所述产品具有不同的粘度并且可选地包含小的可食颗粒，例如烤碎面包块、小的香草或水果块等，同时为胶囊提供在饮料分配后的良好的防滴落特性。
在本发明的一个高度优选的实施例中，且为了获得上述打开、扩宽和重新关闭特性，用于压敏膜的材料具有如下物理特性：800MPa-5000MPa的杨氏模量、10MPa-50MPa的屈服点，以及100℃-200℃、优选140℃-180℃的熔点、50μm-800μm、优选100μm-600μm的厚度。
有利地，压敏膜由至少一层选自以下列表中的热塑性材料制成：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚苯乙烯(PS)、或它们的组合。
还优选地，所述胶囊侧壁和胶囊顶部不能透过水分和氧气，并且其中，所述胶囊还包括能刺穿的或能撕破的水分和氧气阻隔底膜，以便封闭胶囊腔室。
所述底膜优选能通过由位于胶囊内部或外部附近区域的穿刺元件的动作导致的刺穿而打开。
在一个优选实施例中，在所述胶囊中制备的饮料具有0.1-100mPa.s的粘度。
本发明的胶囊优选包括用于制作包含在如下列表中的饮料的前体配料：汤、果汁、蔬菜汁、肉汁、咖啡、巧克力、茶、牛奶或乳脂物，或它们的组合。
附图说明
本发明的附加的特征和优点将在下文参考附图给出的对当前优选实施例的说明中描述和显见，其中：
图1是适合与根据本发明的胶囊联用的饮料制备机器的透视侧视图；
图2为图1中所示的机器的冲煮头的内部的示意性放大视图；
图3是示出根据本发明的胶囊的内部的示意性透视剖视图；
图4是与图3类似的示意性拆分视图；
图5是根据本发明的具有狭缝的分配膜的顶视图；
图6是根据本发明的胶囊的底部部分的放大透视图，其中底部分配膜的狭缝关闭；
图7是与图6类似的视图，其中底部分配膜的狭缝打开；
图8是根据本发明的胶囊的底部部分的放大的顶部透视图，其中一狭缝示出处于其打开构型；
图9是根据本发明的胶囊的一个替代实施例的示意性部分剖视图。
具体实施方式
根据本发明的胶囊旨在供图1所示的饮料制备机器使用，从而形成饮料制备系统。
如图1所示，机器1包括机器主体2、可从机器主体2移除以重新充注的储水器3。主体2包括开/关按钮4。机器1还包括提取头5。该头5包括针对热水或冷水的、采用两个按钮6(一个用于选择热饮料，另一个用于选择冷饮料)形式的水温选择器、锁定杆7和供胶囊保持器8插入的开口。机器1还包括用于将杯子保持在提取头下方的杯托9。所述机器还包括控制面板10，所述控制面板包括用于选择例如待分配的饮料的体积的选择器轮、以及屏幕，在该屏幕中显示关于饮料制备设定的数据。
胶囊保持器8适于接纳胶囊11。在图2中示出胶囊保持器8的一个视图，在胶囊保持器中配置有胶囊11，所述保持器8和胶囊11插入提取头的对应容座内，如图1所示。胶囊保持器8包括设计成用作胶囊11的容座的主体部分12，并且还包括手柄13。
图2示出机器的带有容座14的提取头5的内部，所述容座具有用于将胶囊保持器8导入到容座内的引导斜面15。一旦胶囊保持器和胶囊11插入到容座14中，则机器的提取头通过用户向下致动锁定杆7而手动地关闭，这使得针板16向下且朝向胶囊保持器8和胶囊11的上表面移动。在此过程中，水注入针17刺穿胶囊的顶膜18。此时，胶囊被功能性地封闭在提取头中，且它的外周上边缘19被紧密地保持在胶囊保持器的上表面和针板的下表面之间。可以开始将水从储器通过泵、可选地通过加热元件、且经由机器的针注入到胶囊中。
如图3所示，胶囊11包括胶囊侧壁20，该胶囊侧壁限定了大体呈截头圆锥形的主体，该主体在其底部由底壁21封闭，该底壁与主体侧壁20一体形成。底壁21的中央包括一分配开口(或出口)22，以使在胶囊中制备的饮料从所述胶囊流出并流入放置在该胶囊下方的杯子中。胶囊还包括在靠近底壁21处的被密封在胶囊中的可刺穿的铝膜23，并包括用于在胶囊内的压力增加时刺穿所述铝膜的穿刺板24。铝膜23具有阻隔功能，以保护胶囊内容物在储存期间免受水分和氧气的影响。
穿刺板定位在胶囊的铝膜和底壁之间。最后，胶囊在其顶部通过可刺穿的膜18封闭。所有的壁和膜限定一腔室，在该腔室中放置有饮料前体配料，所述饮料前体配料用于与通过机器的水注入针注入的水混合，如上所述。利用机器进行的配料的混合产生了加压饮料，在胶囊打开时分配该加压饮料。在胶囊内的压力足够高以致使铝膜朝向穿刺板24挠曲或者足够高以致使铝膜简单地撕破时导致打开胶囊。在储存期间，胶囊由阻隔水分和氧气的材料制成。
现在将参照图4至9详细地描述本发明。
在图4至8中所示的本发明的第一实施例中，胶囊11还包括具有四个不能重新关闭的预切狭缝26的压敏性预切膜25，所述预切狭缝：
(i)在所述胶囊内的流体压力达到1-20巴的相对压力的预定值时弹性地和塑性地扩宽，如图7所示，且然后，
(ii)在腔室内的流体压力释放至大气压力值之后维持扩宽的构型，使得所述狭缝26中的每一个的宽度不超过1mm。
如图4中的胶囊的分解的示意性部分剖视图所示，预切膜25相邻于铝膜或距铝膜一较近的距离(即小于5mm、优选小于2mm、更优选小于1mm)而密封且设置在所述铝膜23和容纳在胶囊中的配料之间。
预切膜具有如图5所示的热塑性膜构成的盘的形状，以便遵循胶囊的大体截头圆锥形状。所述预切膜包括四个彼此间隔开的且优选(但并非一定)彼此以相等的距离分布在膜的表面上的预切狭缝26。所述狭缝具有在5:1至20:1之间的长宽比。狭缝的长度大约3-5mm，并且它们位于距膜的外边缘大约10mm的距离处。
所述狭缝可预切成穿过膜25的整个厚度，或可替代地，它们可预切成仅穿过所述膜的一部分。
在后一种情形中，狭缝例如通过使用激光切割技术切割穿过例如膜25的厚度的一半预切而成，以便形成预定的预切的弱化线，所述膜在胶囊内的流体压力上升时将优选沿该弱化线使自身撕破。这种构型具有这样的优点：预切膜可由多层层压的热塑性材料制成，所述多层层压的热塑性材料包括至少一层能容易地密封在胶囊侧壁或底壁的内表面上的热塑性塑料、和至少一种阻隔水分和氧气的材料，以确保胶囊及其内容物的长的货架期(保存期)。当然，在此情况下，执行激光切割使得膜25的阻隔层不被切割，且仅预切穿过不具有阻隔功能的层。这消除了对额外的铝阻隔膜的需求。
重要的是，选择用来制造膜25的材料为具有200-300μm厚度、具有大约1600MPa的杨氏模量和大约30MPa的屈服极限的聚丙烯。该材料的熔点为大约160℃。这些特性确保预切狭缝在压力下打开和扩宽，并且然后充分地重新关闭以确保根据本发明的原理获得防滴落效果。
在胶囊的储存期间，且直到所述胶囊被在压力下注入的水充注之前，预切膜25和狭缝26处于如图6所示的构型。在这种构型中，预切膜25相邻于铝膜23而设置，且狭缝26处于关闭构型。
在胶囊11已经插入胶囊保持器中且胶囊保持器功能性地插入到机器的提取头中后，如上所述，用户可如上所述启动饮料制备循环。如上所述，通过在压力下将加热的或未加热的流体(通常为水)经由注入针注入到胶囊中而进行饮料制备，所述注入针穿过顶膜18而突出进入到胶囊腔室中。随着流体注入到胶囊腔室中，胶囊内部的流体压力增大并且施压在胶囊壁和膜上、特别是预切膜25上。由加压流体施加的力推压在扩宽的(或者在如上所述的膜25未被切割穿过该膜的整个厚度的情况下撕开的)狭缝的唇部上，如图7和8所示。在此阶段，铝膜23(如果存在的话)如图8所示远离预切膜25移动。然后，流体压在铝膜(如果存在的话)上，所述铝膜(通过撕裂，或通过穿刺板24的作用)被打开。胶囊然后被打开且饮料由于重力而分配到放置在胶囊11下方的杯子(未在图中示出)中。
在图9中所示的本发明的第二实施例中，压敏性预切膜25不像上述第一实施例的情形一样相邻于铝膜23而密封。铝膜23具有减小的表面并且在所述胶囊11的外部密封在所述胶囊的底壁21的外表面上，以便紧密地覆盖且密封地关闭胶囊的分配开口22。此外，胶囊不像上述第一实施例的情形一样包括穿刺板。在此情况下，当胶囊内的流体压力达到特定的预定水平时铝膜被撕破。压敏性预切膜25和狭缝26的工作原理与之前参照本发明的第一实施例所述的相同。
根据本发明的胶囊提供了在胶囊中制备饮料期间和制备完饮料之后的两个有益效果。
首先，具有狭缝的膜提供了阻止不能溶解的大颗粒配料流入饮用杯——这是由于狭缝的宽度的打开程度不足以使这些大颗粒物流出——的过滤效果。本发明特别有益的是，在足以确保在几秒内分配大体积饮料的分配流率的同时获得上述过滤效果。通常，250ml的高咖啡杯可在小于10秒内分配完，且大约60ml的意式浓缩咖啡杯可在小于5秒内分配完。这意味着可获得10ml/s、优选20ml/s、更优选25ml/s的最小的分配流率，且同时在饮料分配阶段获得过滤效果，该过滤效果允许保留大于2mm、优选大于1mm、更优选大于500μm的颗粒。
其次，具有狭缝的膜提供了通过毛细管作用实现的防滴落效果：当停止注入水时，胶囊内的压力释放至基本等于大气压的值。此时，狭缝由于其在饮料分配步骤中的塑性变形而不能完全地重新关闭。然而，由于狭缝的构造材料的弹性特性，其宽度充分地减小以提供毛细管效应，使得胶囊内的残余液体不会由于重力滴落，且保留在胶囊内。
胶囊顶部可为密封到胶囊的上边缘的平面膜，该膜优选阻隔水分和氧气。作为替代，所述胶囊顶部可为穿孔膜或过滤膜。
应理解，对本文所述的目前优选的实施例的各种改变和修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。可作出这些改变和修改而不脱离本发明的精神和范围并且不削弱其附带的优点。因此，这些改变和修改旨在由所附权利要求涵盖。

Claims (13)

1.一种饮料胶囊(11)，其包括胶囊侧壁(20)、胶囊顶部和具有分配出口(22)的胶囊底部(21)，所述胶囊侧壁、胶囊顶部和胶囊底部限定了用于容纳食品或饮料的前体配料的腔室，所述前体配料在当流体在压力下注入到所述腔室内时能被溶解和/或提取，所述胶囊(11)还包括能刺穿的或能撕破的水分和氧气阻隔底膜(23)，和压敏膜(25)，其特征在于，所述压敏膜(25)包括至少一个限定不能重新关闭的开口的弱化区域或预切区域，所述开口在胶囊的储存期间处于关闭构型，所述开口被构造成：
(i)在所述胶囊内的流体压力达到0.5-20巴的相对压力的预定值时弹性地和塑性地打开或扩宽，且然后，
(ii)在腔室内的流体压力释放至大气压力值之后维持扩宽的构型，使得所述至少一个开口的宽度不超过1mm。
2.根据权利要求1所述的胶囊(11)，其中，所述至少一个不能重新关闭的开口被构造成在所述胶囊内的流体压力达到1.0-15巴的相对压力的预定值时弹性地和塑性地打开或扩宽。
3.根据权利要求1所述的胶囊(11)，其中，所述至少一个预切的开口为具有在1:1到1000:1之间的长宽比的狭缝(26)。
4.根据权利要求3所述的胶囊(11)，其中，所述至少一个预切的开口为具有在1:1到50:1之间的长宽比的狭缝(26)。
5.根据权利要求3所述的胶囊(11)，其中，所述至少一个预切的开口为具有在5:1到20:1之间的长宽比的狭缝(26)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的胶囊(11)，其中，所述压敏膜由具有如下物理特性的材料制成：800MPa-5000MPa的杨氏模量、10MPa-50MPa的屈服点，以及100℃-200℃的熔点、50μm-800μm的厚度。
7.根据权利要求6所述的胶囊(11)，其中，制成所述压敏膜的材料的熔点为140℃-180℃。
8.根据权利要求6所述的胶囊(11)，其中，制成所述压敏膜的材料的厚度为100μm-600μm。
9.根据权利要求1至5中的任一项所述的胶囊(11)，其中，所述压敏膜(25)由至少一层选自以下列表中的热塑性材料制成：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚苯乙烯(PS)、或它们的组合。
10.根据权利要求1至5中的任一项所述的胶囊(11)，其中，所述胶囊侧壁(20)和胶囊顶部(18)不能透过水分和氧气，以便封闭所述胶囊的腔室。
11.根据权利要求10所述的胶囊(11)，其中，所述底膜能通过由位于胶囊内部或外部附近区域的穿刺元件的动作导致的刺穿而打开。
12.根据权利要求1至5中的任一项所述的胶囊(11)，其中，在所述胶囊中制备的饮料具有0.1-100mPa.s的粘度。
13.根据权利要求1至5中的任一项所述的胶囊(11)，该胶囊包括用于制作包含在如下列表中的饮料的前体配料：汤、果汁、蔬菜汁、肉汁、咖啡、巧克力、茶、牛奶或乳脂物，或它们的组合。
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