BRPI0918240B1 - sistema para produzir líquido comestível para preparar uma bebida comestível, e processo para preparar um líquido comestível - Google Patents

Abstract

"sistema para produzir líquido comestí- vel para preparar uma bebida comestível, e processo para preparar um líquido comestível". a presente invenção refere-se a um método 5 para preparar um alimento líquido a partir de uma substância alimentícia contida em uma cápsula de uso único, passando água através da substância compreendendo: acionar a cápsula em rotação centrífuga enquanto introduz água no centro da cápsula, passar água através da substância para formar um alimento lí10 quido, perfurar pelo menos uma saída de distribuição de líquido na cápsula, em que a perfuração é obtida, pelo menos parcialmente, pelo efeito das forças centrífugas de líquido que exercem na cápsula como um resultado da centrifugação.

Description

A presente invenção refere-se a um dispositivo e sistema de cápsulas para preparar um alimento líquido a partir de uma substância alimentícia contida em um receptáculo passando água através da substância usando forças centrífugas.

É conhecido preparar bebidas em que uma mistura, consistindo em café preparado por infusão e pó de café, é separada com forças centrífugas. Tal mistura é obtida colocando água quente e pó de café juntos por um tempo definido. A água é então forçada através de uma peneira, em cuja peneira o material em pó está presente.

Sistemas existentes consistem em colocar pó de café em um receptáculo, que é normalmente uma parte não removível de uma máquina, tal como em EP 0367 600 B1. Tais dispositivos têm muitas desvantagens. Primeiramente, o pó de café deve ser apropriadamente dosado manualmente no receptáculo. Em segundo lugar, os resíduos de café centrifugado secam e devem ser removido raspando a superfície do receptáculo. Como resultado, a preparação de café exige muita manipulação e assim bastante demorada. Normalmente o frescor do café também pode variar muito e isto pode ter impacto na qualidade da xícara de café porque o café em geral vem de embalagem a granel ou o café é moído a partir de grãos no próprio receptáculo.

Também, dependendo da dosagem manual de café e as condições de infusão (por exemplo, velocidade centrífuga, tamanho do receptáculo) a qualidade da xícara de café pode variar bastante.

Portanto, estes sistemas nunca alcançaram um sucesso comercial importante.

No pedido de patente Alemão DE 102005007852, a Máquina compreende um suporte removível no qual uma parte em formato de xícara aberta do receptáculo é colocada; outra parte ou tampa sendo fixada e4m um eixo de acionamento da máquina. No entanto, uma desvantagem é a manipulação intensa. Outra desvantagem é a dificuldade de controlar a quaPetição 870190040189, de 29/04/2019, pág. 4/11

2/21 lidade do café devido a uma falta de controle para a dosagem do pó e uma falta de controle do frescor do pó de café.

Outros dispositivos para infusão de café por forças centrífugas são descritos em W02006/112691; FR2624364; EP0367600; GB2253336; FR2686007; EP0749713; DE4240429; EP0651963; FR2726988; DE4439252; EP0367600; FR2132310; FR2513106; FR2487661; DE3529053; FR2535597; W02007/041954; DE3529204; DE3719962; FR2685186; DE3241606 e USA-4545296.

Em particular, EP0651963 se refere a uma célula centrífuga compreendendo uma junta elástica colocada na junção entre o tambor e a tampa da célula. A junta elástica fornece filtragem e controle de uma pressão de operação na célula, desse modo aperfeiçoando o creme de café. A célula não é um recipiente hermético e o café usado deve ser removido e um novo café deve ser reabastecido na célula para cada novo ciclo de infusão. A pressão é difícil de controlar por tal meio elástico e a pressão não pode ser facilmente variada dependendo do tipo de bebida a ser produzida.

BE894031 se refere a um sistema de infusão centrífuga compreendendo uma cápsula de filtro que não é vedado, mas é coberto pelo papel de filtro.

Portanto, existe uma necessidade de propor uma solução que fornece um melhor controle dos parâmetros de extração (por exemplo, pressão, taxa de fluxo, tempo de extração, etc.) e, consequentemente, que aperfeiçoa a qualidade do alimento líquido distribuído.

Ao mesmo tempo, existe uma necessidade de uma forma de preparar um alimento líquido que é mais conveniente e mais simples comparado com os métodos de preparação de café centrífugo da técnica anterior e que fornece, ao mesmo tempo, uma qualidade melhor de xícara de café controlando atributos importantes tal como frescor e dosagem precisa da substância.

Em particular, existe uma necessidade de um sistema que permite fornecer um tempo de interação suficiente entre água quente e a substância a ser preparada por infusão e controlar a liberação do líquido prepa

3/21 rado por infusão, portanto aperfeiçoando atributos importantes de qualidade tais como, para bebidas de café, a concentração de café e creme ou espuma.

Portanto, a invenção se refere a um sistema de preparação de alimento líquido para preparar um alimento líquido a partir de uma substância alimentícia compreendendo um dispositivo de preparação e uma cápsula removivelmente inserida no dispositivo, passando água através da substância na cápsula, compreendendo uma cabeça de injeção de água na cápsula e um suporte de cápsula para prender a cápsula no dispositivo, caracterizado pelo fato de que compreende:

um injetor de água, como parte da cabeça de injeção de água,m disposto para introduzir água na cápsula, meios para acionar o suporte de cápsula em centrifugação em torno de um eixo de rotação e, em que os meios de abertura são configurados para criar pelo menos uma saída de distribuição de líquido na cápsula pelo menos parcialmente em resposta às forças centrífugas de líquido que exercem na cápsula.

De preferência, o dispositivo compreende pelo menos um meio de abertura para fornecer pelo menos uma saída de distribuição de líquido na cápsula que é colocada em uma posição relativamente deslocada para o dito eixo central do suporte de cápsula. Os meios de abertura são de preferência na superfície da cabeça de injeção.

De preferência, o dito meio de abertura compreende uma série de elementos de perfuração distribuídos ao longo de uma trajetória substancialmente circular em torno do eixo central. Por exemplo, os elementos de abertura podem formar pirâmides truncadas, agulhas e/ou lâminas.

Mais particularmente, a cabeça de injeção de água compreende um injetor de água e um elemento de engate rotativo para engatar a cápsula em encerramento no suporte de cápsula. De preferência, o elemento de engate rotativo aplica uma força de pressão em uma borda periférica da cápsula que em si mesma é suportada pelo suporte de cápsula. Portanto, o elemento de engate e o suporte de cápsula rodam juntos enquanto mantêm

4/21 firmemente a cápsula no lugar no suporte de cápsula durante a centrifugação. O injetor de água pode ser móvel, ou não, com o elemento de engate rotativo.

Em um modo, os meios de abertura da saída(s) de distribuição de líquido são elementos de perfuração, que podem ser parte do elemento de engate rotativo da cabeça de injeção de água.

De preferência, os elementos de perfuração podem ser distribuídos em intervalos regulares ao longo de uma trajetória substancialmente circular, portanto fornecendo uma distribuição de líquido homogênea na periferia da cápsula. Por exemplo, o número de elementos de perfuração pode ser de 10 a 200, mais preferivelmente, entre 50 e 100.

Os elementos de perfuração podem engatar na cápsula e assim também participam da transferência do momento rotacional pára a cápsula durante a rotação.

De acordo com um aspecto da invenção, os elementos de abertura são assim configurados para fornecer a saída(s) de distribuição de líquido da cápsula quando a pressão interna do líquido contra uma parede periférica da cápsula excede uma pressão limite quando o líquido é centrifugado na cápsula através da substância.

Para isto, os elementos de abertura podem ser elementos que são distantes ou em contato com a cápsula quando a cabeça de injeção de água e o suporte de cápsula são fechados em torno da cápsula. Assim, quando a pressão do líquido aumenta na parede periférica da cápsula, as saídas são criadas por deformação da parede, por exemplo, uma membrana de tampa, da cápsula contra os elementos de abertura. As saídas são assim criadas completamente quando um limite de pressão de operação foi alcançado na parede periférica da cápsula. Como resultado, a interação entre os ingredientes na cápsula e a água pode ser prolongada. Dependendo da resistência de perfuração da parede de distribuição da cápsula, a liberação da bebida através da saída(s) pode ser controlada com sucesso.

Com relação à cápsula, a parede periférica da cápsula pode ser uma parte de uma membrana perfurável. Por exemplo, a parede periférica

5/21 pode ser uma parte periférica de uma membrana que é transversal ao eixo de rotação da cápsula no suporte de cápsula. De preferência, a cápsula tem uma parede lateral que alarga na direção da pare periférica da membrana perfurável. Portanto, o líquido preparado por infusão na cápsula é forçado pelas forças centrífugas a convergir na direção da parte periférica da membrana perfurável. Em tal caso, a membrana perfurável pode ser vedada em um aro do tipo flange do corpo em formato de taça da cápsula. Em uma alternativa, a parede de perfuração pode ser uma parte da parede lateral do corpo em formato de taça da cápsula.

A cápsula pode compreender uma membrana perfurável feita de um material de alumínio e/ou um polímero. Em particular, a membrana perfurável pode ter uma espessura entre 5 e 150 mícrons, de preferência 10 e 100 mícrons. A espessura da membrana pode ser designada de tal maneira que a abertura pode ser prevista a uma pressão de operação definida e/ou depois de um tempo de centrifugação definido. Assim, a espessura da membrana pode variar de acordo com a substância na cápsula e/ou a bebida a ser distribuída.

Em um modo, durante o fechamento do dispositivo em torno da cápsula, um pré-enfraquecimento da parede periférica da cápsula pode ser criado pelos elementos de abertura estando em contato com a parede, por exemplo, durante o engate relativo do dispositivo na cápsula antes da operação de centrifugação. Um pré-enfraquecimento da parede pode ser uma grande quantidade de furos diretos de seção menor que as saídas perfuradas finais ou pode ser um enfraquecimento de material por redução da espessura da parede. A parede periférica da cápsula pode ser suficientemente elástica para deformar e alongar sem romper imediatamente contra os elementos de perfuração. Consequentemente, fornece um certo atraso da liberação da bebida até que uma passagem suficiente da saída é criada para o líquido fluir através da mesma.

O formato dos elementos de perfuração para as saídas é também importante para controlar apropriadamente a perfuração das saídas na cápsula. Os formatos de perfuração cega fornecerão uma resistência mais

6/21 longa da cápsula para perfurar e assim um retardo mais longo da liberação da bebida líquida. Ao contrário, formatos de perfuração mais afiados fornecerão uma distribuição mais rápida e, portanto um tempo de residência mais curto do líquido na cápsula.

O tempo de residência de líquido na cápsula também depende da velocidade centrífuga desde que quanto maior a velocidade, maior a pressão e potencialmente, mais rápido o líquido centrifugado passa através dos ingredientes na cápsula e é assim liberado da cápsula.

Em um aspecto possível da invenção, o injetor de água também compreende um meio de abertura tal como um elemento de perfuração. O meio de abertura pode ser um elemento de perfuração disposto como um tubo de perfuração oco para injetar água na cápsula, de preferência ao longo do eixo de rotação central da cápsula, de modo que o tubo pode ser mantido em uma posição estática. Pode ser notado que o elemento de perfuração poderia também ser rotativo com o elemento de engate da cabeça de injeção.

O elemento de perfuração do injetor de água tem um diâmetro de menos que 5 mm, de preferência entre 0,9 e 2,9 mm. De fato, a pressão na cápsula aumenta a partir do centro para a periferia. A pressão de água no centro pode estar perto de zero, mas aumenta gradualmente para fora. Portanto, um diâmetro pequeno do injetor fornece uma pequena entrada na cápsula para manter assim uma pressão de líquido relativamente baixa no lado de entrada da cápsula e consequentemente, reduzir o excesso de líquido através da entrada perfurada. Outra vantagem é também que um meio de vedação de líquido poderia não ser necessário em torno do lado de entrada e a cápsula pode ventilar apropriadamente quando o líquido substitui o gás na cápsula.

O meio de acionamento do suporte de cápsula pode ser diretamente conectado ao suporte de cápsula ou indiretamente conectado ao suporte de cápsula. Uma conexão direta com o suporte de cápsula pode ser obtida por uma montagem de acionamento rotacional compreendendo um motor rotativo e uma transmissão de acionamento conectando o motor no

7/21 fundo do suporte de cápsula. A transmissão de acionamento pode compreender uma redução ou amplificação de engrenagem adequada para fornecer a taxa de transmissão correta para o suporte de cápsula em função da velocidade do motor. Uma conexão indireta com o suporte de cápsula pode ser obtida pela transmissão do momento rotacional da cabeça de injeção de água para o suporte de cápsula por meio da cápsula e/ou diretamente. Neste caso, a transmissão de acionamento da montagem de acionamento rotacional é conectada diretamente no lado superior da cabeça de injeção de água, em particular no elemento de engate rotativo da cabeça.

O dispositivo da invenção pode receber as cápsulas feitas de materiais rígidos, semirrígidos e/ou macios. A cápsula pode ser feita de materiais tais como plástico, alumínio, materiais a base de celulose ou outros materiais biodegradáveis, e combinações. De preferência, a cápsula tem uma parede perfurável fechada, por exemplo, uma membrana fina, que compreende pelo menos uma parte anular pretendida para ser perfurada que é periférica com relação ao eixo de rotação da cápsula quando a cápsula está em posição no dispositivo, a parede pode formar uma membrana de vedação cobrindo um corpo em formato de taça que recebe a substância alimentícia a ser preparada. A cápsula pode ser formada por um corpo que é mais rígido que a membrana a ser perfurada. A cápsula é de preferência fechada em uma maneira estanque. Seu volume interno que não é ocupado pela substância pode ser vantajosamente enchido com um gás protetor (por exemplo, nitrogênio). A cápsula tem camadas de materiais tendo propriedades de barreira de gás tal como camadas de alumínio ou EVOH.

Em um modo, o sistema pode compreender num meio de válvula que está disposto à jusante do meio de abertura da pelo menos uma saída de distribuição de líquido. A válvula permite controlar a pressão dentro da cápsula abrindo em um limite definido de pressão do líquido que exerce nela. O meio de válvula pode compreender um anel de fechamento anular e um meio elástico para engatar elasticamente o anel no fechamento em uma parte periférica, por exemplo, uma borda, da cápsula. A válvula pode ser desenhada para fornecer um valor ajustável de sua carga de fechamento.

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Um meio de válvula pode ser útil para controlar a pressão na cápsula e, portanto a liberação do líquido centrifugado da cápsula. Em particular, o meio de válvula pode também impedir o acúmulo de pequenas partículas (por exemplo, pó de café) nas saídas da cápsula e consequentemente evitam o bloqueio, ou pelo menos evitar uma redução significante do fluxo. É também notado que a válvula fornece mais creme ou espuma no líquido. Em particular, quanto mais a carga da válvula, mais creme ou espuma é criado.

A invenção também se refere a um método para preparar um alimento líquido de uma substância alimentícia contida em uma cápsula de uso único passando água através da substância compreendendo:

acionar a cápsula em rotação centrífuga enquanto introduz água na cápsula, passar água através da substância para formar um alimento líquido, perfurar pelo menos uma saída de distribuição de líquido na cápsula, em que a perfuração é obtida, pelo menos parcialmente, pelo efeito das forças centrífugas de líquido que exercem na cápsula como um resultado da centrifugação.

A cápsula pode ser uma cápsula vedada estanque compreendendo ingredientes tais como café moído, café instantâneo, chá em folha, chá instantâneo, cacau, chocolate, uma cremeira, adoçante, e quaisquer combinações dos mesmos que podem ser preservados em condições de atmosfera protegida por um período de tempo estendido. A cápsula é assim aberta no momento de uso no dispositivo.

De acordo com um aspecto do método, pelo menos uma saída de distribuição de líquido é obtida perfurando pelo menos uma parte periférica da cápsula. Em particular, a perfuração da cápsula é realizada por deformação para fora da parte periférica da cápsula contra os elementos de perfuração. Os elementos de perfuração podem ser parte do dispositivo da invenção. Mais particularmente, a parte periférica é parte de uma membrana de vedação da cápsula. A membrana pode ser formada de material de piás9/21 tico fino e/ou alumínio.

No modo preferido da invenção, a pelo menos uma abertura de saída é realizada pelo menos parcialmente, quando a parte periférica da cápsula deforma para fora como um resultado da pressão interna do líquido centrifugado na parte periférica da cápsula. A pelo menos uma saída de distribuição de líquido pode assim ser obtido perfurando uma parte periférica da membrana da cápsula. Mais preferivelmente, várias aberturas de saída são abertas em uma parte periférica da membrana da cápsula. Assim, a parte da membrana pode perfurar contra uma série de elementos de perfuração tais como agulhas, pirâmides e/ou lâminas. O líquido pode também ser formado na direção da parte periférica por uma parede lateral da cápsula que alarga na direção da parte periférica da membrana perfurável.

Em um modo possível, a série de elementos de perfuração é distribuída ao longo de uma trajetória substancialmente circular para assim formar uma coroa de perfuração se projetando na periferia da cabeça de injeção. A coroa de perfuração é colocada de tal maneira que engata uma área periférica da membrana perfurável. Mais particularmente, a coroa de perfuração é parte do elemento de engate rotativo da cabeça. A coroa pode ser uma parte integral do elemento, por exemplo, pode ser moldada em uma única peça com o elemento.

A cápsula pode ser mantida durante a centrifugação por sua borda periférica sendo apertada pelo fechamento da cabeça de injeção e o suporte de cápsula em torno da cápsula. Durante o fechamento do dispositivo em torno da cápsula, os elementos de perfuração podem entrar em contato com a membrana de vedação ou podem estar ligeiramente distante da membrana de vedação. O contato com a membrana de vedação pode, por exemplo, criar um pré-enfraquecimento, por exemplo, impressões ou pequenas perfurações, da membrana de vedação. Quando o líquido é centrifugado na cápsula, uma pressão de líquido é exercida na periferia da superfície interna da membrana de vedação que assim sopra ou deforma na direção dos elementos de perfuração e assim perfura contra os elementos de perfuração, por exemplo, contra a coroa de perfuração. É claro, um pré-enfraquecimento

10/21 da membrana perfurável pode ser evitado pelo elemento de perfuração apenas entrando em contato com a membrana ou sendo mantido a distância controlada antes da cápsula ser centrifugada no dispositivo.

A membrana de vedação pode ser flexível ou ligeiramente rígida dependendo dos materiais. A membrana pode ter um formato côncavo em sua posição de repouso inicial e pode deformar para formar um formato convexo em resposta à pressão centrífuga. Em tal caso, o material pode, por exemplo, ser feito de plástico termoformado ou injetado. De preferência, a membrana é fina e flexível para deformar de modo ajustado contra os elementos de perfuração. Poderia não existir mais uma necessidade de um filtro no sistema à medida que as partículas sólidas da substância podem ser impedidas de deixar a cápsula na interface entre as bordas das saídas perfuradas e a superfície dos elementos de perfuração. Uma vantagem e que a estrutura da cápsula pode ser enormemente simplificada com poucas peças (nenhum filtro é necessário na cápsula) e os custos de produção pode ser significantemente reduzidos.

De acordo com um aspecto possível do método da invenção, água é introduzida na cápsula através de uma abertura de menos que 5 mm, de preferência entre 0,9 e 2,9 mm.como acima mencionado, uma entrada de água suficientemente pequena é preferida na cápsula a fim de reduzir a pressão interna de líquido no lado de entrada da cápsula e, portanto evitar problemas de vazamento de líquido.

De preferência, água é introduzida no centro da cápsula depois de ter perfurado uma entrada de água no centro da cápsula.

Em um modo particular, o líquido distribuído da cápsula abre uma válvula quando uma certa pressão do líquido liberado é exercida na válvula pelo líquido centrifugado. A válvula também regula o fluxo de líquido e reduz o risco de bloquear as pequenas saídas fornecidas na cápsula por partículas de tamanho pequeno, por exemplo, pó de café, em particular, em valores de pressão relativamente baixos.

A válvula pode de preferência ser composta de pelo menos uma parte do dispositivo. O meio de válvula pode ser formado por pelo menos

11/21 uma parte de engate do dispositivo que se move relativamente a uma parte de engate da cápsula ou dispositivo sob o efeito do líquido pressurizado para fazer uma passagem laminada anular para o líquido. A passagem laminada também permite criar um jato de líquido de velocidade relativamente alta que impacta em uma parede do dispositivo. Como resultado, uma quantidade relativamente alta de espuma pode ser criada devido à restrição que é criada pelo meio de válvula e pelo impacto do líquido na superfície de impacto do dispositivo a uma velocidade relativamente alta durante a centrifugação. Dependendo da quantidade de pressão exercida no meio de válvula pelo líquido centrifugado, a restrição causada pelo meio de válvula pode diferir em amplitude. Em um modo possível, o meio de válvula pode ser calibrado ou ajustado para abrir seletivamente uma passagem de líquido através do dispositivo em um limite de pressão na cápsula.

Como um resultado, o sistema da invenção fornece uma solução para preparar um alimento líquido em que uma liberação controlada de alimento líquido pode ser realizada. Por exemplo, a liberação de líquido pode ser atrasada até que certa pressão é exercida em uma parte periférica da cápsula que então perfura contra elementos projetados externos do dispositivo. Uma abertura retardada da cápsula permite aperfeiçoar a interação entre água e a substância contida na cápsula e uma filtragem do líquido pode também ser obtida pelas restrições criadas entre as saídas de perfuração e os elementos de perfuração do dispositivo. Neste caso, a cápsula pode ser de uma construção muito simples e pode ser descartado depois do uso, por exemplo, para destruição ou reciclagem.

Para café, por exemplo, pode ser vantajoso otimizar a interação de água e partículas de café moído para obter uma boa extração do café e compostos de aroma. Além disso, a espuma ou creme do café pode ser aperfeiçoada devido à liberação de pressão e à tensão de cisalhamento criada através das restrições formando uma maneira dinâmica entre as saídas da cápsula e os elementos de perfuração durante a operação centrífuga.

O líquido distribuído da cápsula pode também ser filtrado por meio de filtragem dedicado fornecido na cápsula. Tal configuração tem van

12/21 tagens porque o dispositivo é simplificado, o filtro não exige limpeza à medida que é descartado depois de um único uso com a cápsula.

A invenção também se refere ao dispositivo propriamente dito como definido na presente aplicação.

O termo alimento líquido tem aqui um amplo significado e abrange: um líquido culinário tal como sopa ou molho, um líquido de bebida tal como extrato de café (obtido do pó de café moído e/ou instantâneo), chocolate líquido, leite (obtido a partir de concentrado de pó e/ou líquido), extrato de chá (obtido a partir de instantâneo e/ou folha), etc., ou um líquido nutricional tal como uma formula infantil e combinações dos mesmos.

Os termos preparar por infusão ou preparado por infusão não deve ser tomado no sentido estreito de extrair sob pressão um líquido de uma substância não inteiramente solúvel (tal como café moído ou chá em folhas), mas deve ser tomado em um sentido mais amplo à medida que abrange os processos de interação de uma substância alimentícia e um líquido, de preferência água, incluindo o processo de extração, infusão, dissolução, diluição, dispersão, misturação, emulsificação, espumação e similar.

O termo perfuração deve ser tomado em seu sentido amplo e inclui o processo mecânico tal como perfurar, cortar, romper e/ou rasgar para fornecer uma abertura direta em uma parede da cápsula.

Aspectos adicionais da invenção aparecerão na descrição detalhada das figuras que seguem.

A figura 1 é uma vista em perspectiva de topo da cápsula vedada do sistema de acordo com a invenção;

a figura 2 é uma vista em perspectiva de fundo da cápsula da figura 1;

a figura 3 é uma vista em perspectiva do dispositivo de produção de bebida da invenção;

a figura 4 é uma vista em seção transversal de um dispositivo de produção de bebida com uma cápsula dentro;

a figura 5 é uma vista em seção transversal detalhada do dispositivo com uma cápsula dentro antes da abertura da cápsula pelo dispositivo;

13/21 a figura 6 é uma vista em seção transversal detalhada do dispositivo com uma cápsula dentro depois de perfuração da cápsula;

a figura 7 é uma vista em perspectiva da parte de engate da cabeça de injeção de água do dispositivo.

Como mostrado nas figuras 1 e 2, uma cápsula preferida de uso único 1 da invenção em geral compreende um corpo abaulado 2 no qual é vedada uma chapa de vedação ou membrana 3. A chapa de vedação 3 é vedada em um aro periférico 4 do corpo e uma parte anular de vedação 5. O aro 4 pode se estender para fora formando uma arte pequena de vedação anular de cerca de 2-5 mm. O corpo abaulado compreende uma parede de fundo 6 e uma parede lateral 7 que de preferência alarga na direção da extremidade aberta grande do corpo oposta à parede de fundo, O corpo abaulado é de preferência rígido ou semirrígido. Ele pode ser formado de um plástico de qualidade alimentar, por exemplo, polipropileno, com uma camada de barreira de gás tal como EVOH e similar ou liga de alumínio ou um complexo de plástico e liga de alumínio. A chapa vedante 3 pode ser feita de um material mais fino tal como um laminado plástico também incluindo uma camada de barreira ou liga de alumínio ou uma combinação de plástico e liga de alumínio. A chapa de vedação é normalmente de uma espessura entre 50 e 250 mícrons, por exemplo. O elemento de chapa de vedação pode ser perfurado para criar a entrada de água e a saída de bebida como será descrito posteriormente na descrição.

De preferência, a cápsula forma uma simetria de revolução em torno de um eixo central A. No entanto, deve ser notado que a cápsula pode não necessariamente ter uma seção circular em torno do eixo A, mas pode assumir outra forma tal como um quadrado, um retângulo ou outra forma poligonal.

O sistema incluindo uma cápsula da invenção e um dispositivo de preparação de bebida é ilustrado nas figuras 3 a 7 e descrito abaixo.

O sistema compreende uma cápsula 1, como mencionado acima, e um dispositivo de preparação de bebida 23. O dispositivo tem um módulo 24 dentro do qual uma cápsula pode ser inserida. A cápsula contém

14/21 uma substância alimentícia para ser preparada por infusão e a cápsula é removida do módulo depois do uso para ser descartada (por exemplo, para refugo ou reciclagem de matérias-primas orgânicas e inorgânicas). O módulo 24 está em comunicação fluida com um suprimento de água tal como um reservatório de água 25. Um meio de transporte de fluido, tal como uma bomba 26, é fornecido no circuito de fluido 27 entre o módulo e o suprimento de água. Um aquecedor de água 28 é ainda fornecido ara aquecer a água no circuito de fluido antes que a água entre no módulo. O aquecedor de água pode ser inserido no circuito de fluido para aquecer água fresca vida do reservatório. Alternativamente, o aquecedor de água pode ser colocado no reservatório de água propriamente dito que se torna uma caldeira de água em tal caso. É claro, a água pode também ser captada diretamente de um suprimento de água doméstico por meio de uma conexão de tomada de água. O dispositivo pode ainda compreender meios de controle e meios de ativação para ativar o método de preparação de bebida (não ilustrado).

A água pode ser alimentada no módulo 24 à baixa pressão ou mesmo em pressão de gravidade. Por exemplo, uma pressão entre 0 e 0,2 MPa (0 e 2 bar) acima da pressão atmosférica pode ser considerada na entrada de água do módulo. A água a pressão maior que 0,2 MPa (2 bar) podería também ser distribuída se uma bomba de pressão é utilizada tal como uma bomba de pistão.

O módulo de preparação de infusão 24 pode compreender duas submontagens de encerramento de cápsula principais 29, 30; compreendendo principalmente uma submontagem de injeção de água ou cabeça de injeção de água e uma submontagem de recepção de líquido incluindo um suporte de cápsula. As duas submontagens formam meios de posicionamento e centralização para a cápsula no dispositivo. As duas submontagens fecham junto para encerrar uma cápsula, por exemplo, por um sistema de conexão do tipo baioneta 31. A submontagem de recepção de líquido 30 compreende um conduto de líquido 32, por exemplo, se projetando em um lado da submontagem para guiar o líquido centrifugado que sai da cápsula para um receptáculo de serviço tal como uma xícara ou copo. O conduto de líqui

15/21 do está em comunicação com um receptor de líquido 33 formando uma seção anular em formato de U ou V que circunda um suporte de cápsula formado por um tambor rotativo 34 no qual a cápsula é inserida como ilustrado na figura 4. O receptor de líquido 33 define uma cavidade de coleta 63 para coletar o líquido como será explicado posteriormente na descrição. Abaixo da submontagem de recepção de líquido 30, são colocados meios para acionar o tambor de recepção de cápsula 34 em rotação dentro da submontagem.

O meio de acionamento compreende de preferência um motor rotativo 40 que pode ser suprido por eletricidade ou gás.

A submontagem de injeção de água compreende um lado de entrada de água compreendendo uma entrada de água 35 se comunicando à montante com o circuito de fluido de água 27.

O tambor rotativo 34 é formatado como um suporte de cápsula oco com uma cavidade interna 36 em formato complementar para receber a cápsula. O tambor rotativo 34 se prolonga axialmente por um eixo rotativo 376 que é mantido em relação rotacional com respeito a uma base externa 38 do receptor de líquido 33 por um meio de guia rotacional 39 como um mancai esférico ou mancai de agulha. Portanto, o tambor rotativo é desenhado para rodar em torno de um eixo mediano I enquanto a base externa 38 do receptor é fixa com relação ao dispositivo. Um acoplamento mecânico pode ser colocado na interface entre o eixo rotativo 37 do tambor e o eixo 42 do motor 40.

Considerando a submontagem de injeção de água 29, compreende um injetor de água disposto centralmente 45 que é fixo com relação ao eixo longitudinal I do dispositivo. O injetor de água compreende um elemento tubular central 46 para transportar água da entrada 35 para uma saída de água 47 que é pretendida para se projetar dentro do recinto 14 da cápsula. A saída de água é formada de um meio de perfuração 48 tal como uma ponta tubular afiada que é capaz de criar um furo de perfuração através da chapa de fechamento da cápsula. Em torno do injetor de água é montada uma parte de engate rotativo 49. A parte de engate 49 tem um furo central para re

16/21 ceber o injetor de água e meio de guia rotacional tal como um mancal esférico ou de agulha 50 inserido entre a parte 49 e o injetor 45. A submontagem de engate de cápsula 29 pode ainda compreender uma parte tubular da saia 62, que se projeta na câmara anular interna 63 da submontagem de recepção de líquido 30, quando as duas submontagens estão fechadas uma com relação à outra em torno de uma cápsula. Esta parte tubular da saia 62 forma uma parede de impacto para o líquido centrifugado que sai da cápsula centrifugada. Esta parte 62 é de preferência fixada na submontagem 29. A submontagem ainda compreende uma parte de manipulação 64 para facilitar a conexão na submontagem de recepção de líquido 30. Esta parte de manipulação 64 pode ter uma superfície periférica serrilhada para manipulação. A parte de manipulação pode ser fixada na base fixa da submontagem 29 por parafusos 67.

Esta parte poderia ser substituída por um mecanismo de alavanca ou um meio de manipulação similar.

De acordo com um aspecto importante da invenção, a parte de engate rotativa compreende elementos de perfuração 53 localizados na periferia da parte. Mais particularmente, os elementos de perfuração são formados de pequenos elementos se projetando da superfície inferior da parte de engate. Os elementos de perfuração são de preferência distribuídos ao longo de uma trajetória circular formando assim uma coroa de perfuração na superfície da parte de engate.

Em um modo preferido, os elementos de perfuração são sólidos (isto é, não ocos) tendo uma base maior e uma ponta estreitada. Por exemplo, os elementos são pequenas pirâmides truncadas. Quando uma quantidade suficiente de pressão de líquido se acumula na periferia da membrana como ilustrado na figura 6, a membrana 3 deforma para fora em direção dos elementos de perfuração 53. Devido ao formato alargado da parede lateral 7 da cápsula, o líquido é formado a subir (direção F) através da substância na cápsula e pressionar na parte periférica da membrana 3 fazendo assim a membrana perfurar contra os elementos 53. O elemento sendo sólido, as saídas são formadas pelos pequenos interstícios compreendidos entre a

17/21 borda dos furos perfurados na membrana e a superfície dos elementos de perfuração encaixando nos furos. Portanto, a filtragem do líquido pode ser realizada entre os elementos e a membrana. Um filtro específico na cápsula podería não ser necessário.

Portanto, os elementos de perfuração são dispostos na periferia da parede 55, de preferência distribuídos uniformemente para fornecer várias aberturas de saída na cápsula para o líquido centrifugado deixar a cápsula formandos vários fluxos de líquido.

Como na figura 7, pequenas fendas de distribuição de fluxo 71 podem ser fornecidas à jusante da cabeça de invenção. Um recesso de coleta anular 57 pode ser fornecido entre os elementos 53 e as fendas 71 para fornecer uma distribuição mais uniforme do volume de líquido. As fendas podem ser fornecidas através de uma borda periférica de fixação 52 da parte de engate cuja borda fornece uma força de fixação na borda de vedação 4 da cápsula. As fendas podem ser dimensionadas de modo que são produzidos muitos jatos de bebida que impactam de modo centrífugo em velocidade relativamente alta na parede de impacto 62 do dispositivo. Por exemplo, cada fenda pode ter uma dimensão de 0,05 e 1,0 mm. O número de fendas pode ser variável. Por exemplo, entre 4 e 200 fendas, de preferência entre 30 e 100 fendas, podem ser fornecidas.

De acordo com uma alternativa não ilustrativa, os elementos de perfuração 53 podem ser ocos para deixar o líquido passar através dos mesmos. No entanto, à medida que os elementos ocos seriam muito mais inclinados ao bloqueio por pequenas partículas sólidas (por exemplo, partículas de café moído), um filtro separado na cápsula provavelmente seria recomendado para reduzir tal risco.

De acordo com um aspecto da invenção, a submontagem de injeção 29 ainda compreende um sistema de válvula para controlar o fluxo de líquido que é descarregado do dispositivo. O sistema de válvula pode estar disposto na parte de engate rotativa de cápsula na forma de uma parte de engate anular que é orientado sob a fora de meio de carga elástica tal como mola. A parte de engate anular inclui uma superfície periférica de pressão

18/21 que aplica uma força de fechamento no aro periférico 4 da cápsula para ser capaz de restringir o fluxo de líquido sob a força do meio de carga elástica. A superfície pode formar um cone ou V para aumentar a pressão de vedação em uma área localizada. A parte de engate ainda compreende uma parte de base interna. O meio de carga elástico é assim inserido em um espaço localizado entre a parte de base e uma parte de contraforça da parte de engate. Portanto, nem uma posição de repouso, a parte de engate do sistema continua fechando no aro da cápsula sob o efeito compressivo do meio resiliente.

Como já mencionado, os meios de conexão 31 são fornecidos para a conexão relativa das duas submontagens 29, 30. Por exemplo, pequenos pinos 65 são fornecidos no lado da superfície tubular da submontagem de injeção de água 29 que podem engatar aberturas de travamento laterais 66 na superfície tubular da submontagem de recepção de líquido 30.

Portanto, a conexão entre as duas submontagens pode ser realizada pro um movimento angular rotacional ou de fechamento helicoidal para permitir que os pinos engatem as aberturas oblongas 66. É claro, outros meios de conexão podem ser considerados para substituir este meio de conexão do tipo baioneta. Por exemplo, um meio de rosqueamento ou um meio de fechamento translacional podem ser considerados por qualquer pessoa versada na técnica.

O sistema de cápsula da invenção funciona basicamente de acordo com os princípios seguintes. O dispositivo de cápsula é aberto movendo as duas submontagens 29, 30 uma com relação à outra, por exemplo, desconectando a conexão do tipo baioneta e separando as duas montagens 29, 30. Como um resultado, uma cápsula vedada de uso único 1 contendo uma substância alimentícia pode ser inserida no dispositivo, isto é, colocada na cavidade do tambor rotativo 36. A cápsula pode ser colocada no dispositivo enquanto a cápsula é fechada de modo estanque pela chapa de vedação 3. O dispositivo é então fechado pela submontagem 29 sendo conectada de volta na submontagem 30 e travado pelo menos de conexão. Na posição travada, a cápsula é aberta pelo injetor de água que perfura através da chapa de vedação da cápsula e se introduzindo através da entrada de água 35

19/21 da cápsula. Ao mesmo tempo, durante o fechamento, a membrana pode ser enfraquecida na periferia da chapa de vedação pelos elementos de perfuração de saída 52. O enfraquecimento da membrana pode consistir em formar pequenas impressões na membrana ou pequenos furos diretos. A água pode assim ser introduzida na cápsula por meio do injetor de água central 45. Os furos de ventilação podem ser produzidos nas submontagens de injeção para permitir que o gás escape da cápsula enquanto a água é introduzida. A cápsula pode ser acionada em rotação ativando o motor rotativo 40. O início da operação centrífuga pode ser realizado ao mesmo tempo em que a injeção de água começa a ser introduzido na cápsula ou ligeiramente depois ou antes desta operação de injeção de água iniciar.

Por exemplo, podería ser vantajoso para café moído preparado, para permitir durante vários segundos que a água encha a cápsula antes de iniciar a operação centrífuga rodando a cápsula. Assim, a água pode infiltrar apropriadamente no café antes do líquido ser centrifugado desse modo evitando que as áreas de café permaneçam secas.

A centrifugação é realizada rodando a cápsula em torno do eixo central I de rotação do dispositivo que é de preferência alinhado ao eixo central A da cápsula. A velocidade rotacional que é de preferência alinhada ao eixo central A da cápsula. A velocidade rotacional é de preferência de 1000 a 16000 rpm, mais preferivelmente de 1500 a 10000 rpm. Uma unidade de controle pode ser fornecida no dispositivo para determinar a velocidade rotacional de acordo com na natureza do líquido a ser preparado e/ou a substância na cápsula. Quanto maior a velocidade rotacional maior a pressão é exercida na parede periférica da cápsula e mais substância é compactada na parede lateral e na membrana perfurável da cápsula. É importante notar que as velocidades rotacionais maiores promovem a infusão do extrato de café contendo um conteúdo sólido menor à medida que o tempo de permanência de líquido no leito de café é mais curto.

As velocidades rotacionais menores fornecem café de consistência maior (conteúdo sólido de café) à medida que o tempo de residência de líquido na cápsula é mais longo. A infusão ocorre na cápsula pela água

20/21 atravessando a substância desse modo fornecendo uma extração ou dispersão parcial ou total ou dissolução da substância. Em uma primeira fase de preparação, nenhum líquido e permitido deixar a cápsula à medida que as saídas estão insuficientemente abertas ou mesmo ainda não fornecidas na membrana.

Sob o efeito de forças centrífugas, a substância, tal como pó de café, tende a compactar radialmente contra as paredes periféricas 7, 17 do recinto da cápsula enquanto a água é forçada a fluir através da substância. Isto resulta na substância sendo compactada e intimamente umedecida por água. Devido ao alto movimento rotacional da cápsula, as forças centrífugas são exercidas uniformemente na massa da substância. Consequentemente, a distribuição de água é também mais uniforme comparada a métodos usuais usando uma bomba de pressão para exercer a pressão na cápsula. Como um resultado, existe um risco menor de trajetória de fluxo preferencial através da substância que poderia levar às áreas que não são apropriadamente umedecidas e assim não apropriadamente preparadas, dispersadas ou dissolvidas. Com pó de café moído, o líquido que atinge a parede lateral interna da cápsula é um extrato líquido.

Quando a pressão de líquido na membrana da cápsula aumenta, o extrato líquido é forçado a fluir para cima ao longo da superfície interna da parede lateral da cápsula. Pó alargamento da parede lateral 7 da cápsula promove o fluxo ascendente do líquido na cápsula em direção das aberturas. Como resultado, a membrana 3 deforma e é perfurada consequentemente contra os elementos de perfuração 53. Como resultado, um líquido centrifugado é permitido passar através da pluralidade de aberturas de saída 18 fornecidas na cápsula, por exemplo, através da tampa 8. Isto resulta em uma segunda fase de distribuição que ocorre durante a qual o líquido é liberado através das saídas perfuradas.

Também como mencionado acima, as aberturas de saída também fornecem restrições de fluxo que impactam na interação de água com a substância e na criação de espuma ou creme no topo da bebida. As restrições de fluxo criam forças de cisalhamento e consequentemente geram es21/21 puma ou creme de café. Algum gás contido na cápsula pode ser tornar aprisionado no líquido é fornece devido à liberação de pressão depois da restrição de fluxo, várias pequenas bolhas no líquido.

A abertura retardada da membrana da cápsula depende de vá5 rios parâmetros tal como a velocidade centrífuga, a característica da membrana (resistência à ruptura, espessura), o formato dos elementos de perfuração, etc.

A cápsula de sistema da invenção fornece resultados de preparação notáveis com conteúdos sólidos que são maiores que com sistemas 10 normais. Os resultados são bastante reproduzíveis de cápsula para cápsula. Surpreendentemente, o creme é também notavelmente aperfeiçoado com uma textura mais cremosa, mais estável e mais espessa.

É claro, a invenção pode abranger muitas variantes que estão incluídas no escopo das reivindicações de patente que seguem.

Claims (13)

1. Sistema para produzir líquido comestível para preparar uma bebida comestível a partir de uma substância comestível compreendendo um dispositivo (23) e uma cápsula (1), passando água através da substância na cápsula, compreendendo uma cabeça de injeção para injetar água na cápsula, o dispositivo compreendendo:

um meio de acionamento da cápsula em centrifugação, a cápsula sendo inserível de forma removível no dispositivo, e o dispositivo compreendendo um suporte de cápsula (34) para suportar a cápsula no dispositivo e um injetor de água (45), como parte da cabeça de injeção de água (29), disposto para introduzir água na cápsula;

em que um meio de abertura é provido no dispositivo que é configurado em relação à cápsula no dispositivo para criar pelo menos uma saída de distribuição de líquido na cápsula em resposta às forças centrífugas do líquido que são exercidas na cápsula, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende pelo menos um meio de abertura para prover pelo menos uma saída de distribuição de líquido na cápsula, que é localizado em uma posição deslocada em relação ao eixo central do suporte de cápsula, e em que a cápsula (1) compreende uma membrana puncionável (3) para dentro da qual é formada a pelo menos uma saída de distribuição.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios de abertura compreendem uma série de elementos de perfuração (53) distribuídos ao longo de uma trajetória substancialmente circular ao redor do eixo central.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de abertura formam uma coroa de perfuração na periferia do membro de engate rotativo.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que os elementos de abertura formam pirâmides truncadas, agulhas e/ou lâminas.

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2/3

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os injetores de água (45) compreendem um membro de perfuração (48).

6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o membro de perfuração (48) é disposto como um tubo de perfuração oco para injetar água no centro da cápsula.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o membro de perfuração (48) possui um diâmetro de menos de 5 mm, preferivelmente entre 0,9 e 2,9 mm.

8. Processo para preparar um líquido comestível a partir de uma substância alimentícia contida em uma cápsula (1) de uso único passando água através da substância, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

- acionar a cápsula em rotação centrífuga enquanto água é introduzida no centro da cápsula,

- passar água pela substância, para formar um líquido comestível,

- perfurar pelo menos uma saída de distribuição de líquido na cápsula, em que a perfuração é obtida pelo menos parcialmente pelo efeito das forças centrífugas do líquido que exerce na cápsula como resultado da centrifugação.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que uma porção periférica da cápsula (1) é perfurada pelo efeito da pressão centrífuga.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a perfuração é realizada por deformação para fora da porção periférica da cápsula contra elementos de perfuração (53).

11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a porção periférica compreende uma porção de uma membrana perfurável (3) da cápsula.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pe

Petição 870190040189, de 29/04/2019, pág. 6/11

3/3 lo fato de que líquido é forçado em direção à porção periférica por uma parede lateral da cápsula, que se alarga em direção à porção periférica da membrada perfurável (3).

13. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pe-

5 lo fato de que membrana perfurável (3) é vedada sobre um aro em forma de flange (4) de um corpo em forma de copo (2) da cápsula contendo a substância.