CN106604666B - 用于制备饮料和液态食物产品的机器的改进 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于制备饮料和食物产品的机器的改进，具体地涉及利用食物或饮料产品的压制片(16)的此类机器(1)，所述压制片(16)被插入到机器(1)的冲泡室(22)中，液体被引导到冲泡室(22)中以使片(16)散开或溶解。用于从至少一种成分的压制盘体(16)制备饮料或食物产品的机器(1)包括可密封冲泡室(22)，所述冲泡室包括用于安装所述盘体以使所述盘体能够围绕中心轴自由地旋转的装置(26)。冲泡室(22)进一步包括至少一个喷嘴(27)，喷嘴(27)具有在冲泡室中的被设置为将液体射流导向安装在冲泡室中的盘体的周边边缘的出口。

Description

用于制备饮料和液态食物产品的机器的改进
技术领域
本公开涉及用于制备饮料和食物产品的机器的改进，具体地涉及利用食物或饮料产品的压制片的此类机器，所述压制片被插入到机器的冲泡室中，液体被引导到冲泡室中以使片散开或溶解。
背景技术
自动冲泡机和其他用于冲泡饮料(比如咖啡和茶)或用于制备食物产品的应需饮料系统通常具有贮存器，在该贮存器中，冲泡液体(最常见的是水)被加热部件加热。加热的液体然后从贮存器被泵送到保存冲泡成分(比如咖啡磨粉或茶叶)的冲泡室。加热的液体流过冲泡成分以生成冲泡的饮料。饮料然后被引导出冲泡室进入到位于冲泡室出口下面的容器(比如罐子或杯子)中。
许多现代的家用饮料机被设计为将单独的各份饮料直接分发到饮用容器中，并且从散装供给的饮料成分或者从单独的各饮料成分包装(比如料荚、料包或料盒)取得饮料。使用此类单独的各包装的机器减少了对清洁的需要，并且可以使得使用者能够选择饮料，比如咖啡、茶、热巧克力等。
一种类型的此类料盒的实施例在EP-A-1440903中被描述。饮料是通过在水或另一液体中冲泡、混合、溶解或悬浮饮料成分而形成的。例如，对于咖啡饮料，加热的水在压力下被迫通过料盒以从料盒中所含有的压制咖啡磨粉提取芳香组成物。由于料盒的便利性以及所生成的饮料的质量，料盒在此类机器中的使用已经变得越来越流行。
然而，为了试图最小化此类单份应需机器中所使用的包装，已经提出了将料盒替换为压制的饮料或食物产品的片。此类片可以方便地以合装包的样式被销售。
对于在应需机器中使用压制粉末片，已经发现的问题之一是实现足够快的且均匀的溶解速率以使所有粉末都完全溶解。使片溶解的常规方法包括通过合并崩解剂或者通过压碎片以增大表面积来使片散开。一旦片被压碎，就可能的是，片的各部分被流过冲泡室的计量剂量的水绕过，结果是片可能不能被充分溶解并且所得的饮料或食物产品太淡。
众所周知的是，创建湍流帮助加速片的溶解速率。这可以通过比如机械搅动(搅拌)、超声能量的方法或者通过使用高速度水射流来实现。单个水射流的问题是，该射流的能量使它冲击的片部分溶解，所以必须使该射流遍经片表面移动以促进均匀溶解。多个射流作用于片上是实现更好覆盖的一种方式，但是必须使平均流率和压力成比例地提高来实现相同的射流速度。如果一些射流在其他射流之前冲破片，则它们只是浪费能量并且稀释所得的饮料流出物。
本公开的目的是提供一种用于制备饮料和食物产品的改进机器，该机器利用高能水射流来使压制成分的片散开，克服了这些缺点。
发明内容
本公开因此提供一种用于从至少一种成分的压制盘体制备饮料或食物产品的机器，所述机器包括可密封冲泡室，所述冲泡室包括：用于安装盘体以使它能够围绕中心轴自由地旋转的装置；以及至少一个喷嘴，所述喷嘴具有在冲泡室中的被设置为将液体射流导向安装在冲泡室中的盘体的周边边缘的出口。
本公开进一步提供了一种用于制备饮料或食物产品的系统，所述系统包括所述机器以及至少一种成分的压制盘体。
本公开进一步提供了一种分发饮料或食物产品的方法，所述方法包括以下步骤：安装至少一种成分的压制盘体以使它能够围绕中心轴自由地旋转；以及对盘体的周边边缘喷射至少一个液体射流。
使用水射流来使盘体形式的压制粉末片围绕中心轴旋转有利地给予了成分的快速的且均匀的散开或溶解。
水射流的单个撞击点非常高效地使可用能量聚焦在盘体的整个周边周围。这使得冲泡机可以具有其中只有一个移动零部件(盘体)的非常简单的冲泡室，该冲泡室不仅帮助使维护成本保持很低，而且还可以以低成本来实现。
附图说明
现在将参照附图仅以举例的方式来描述用于制备饮料和食物产品的机器的优选实施方案，其中：
图1是表示用于制备饮料和食物产品的机器的示意图；
图2和2a分别是用在图1的机器中的压制粉末盘体的图形表示和剖开正视图；
图3和3a分别是用在图1的机器中的可替换盘体的图形表示和剖开正视图；
图3b是用在图1的机器中的另一可替换盘体的剖开正视图；
图4是安装在图1的机器的冲泡头中的盘体的平面图，其中为清晰起见省略了零部件；
图5是用于将液体注入到冲泡头中的喷嘴的图形表示；以及
图6是用于将盘体安装在冲泡头中的可替换装置的平面图。
具体实施方式
本公开涉及一种用于从食物或饮料产品的压制片制备饮料和食物产品的机器。片为盘体的形式，该盘体被插入到机器的冲泡室中。正确的制备(冲泡)周期是在辨认出产品时要么手动地、要么自动地选择的，并且水或其他液体的射流被引导到盘体上以使盘体以受控的方式溶解或分解，并且使得食物或饮料产品能够被制备用于分发。可选地，所述机器或盘体还可以包括对产品进行调节、例如以增添泡沫、克丽玛(crema)或奶油层的装置。
盘体可以由粉末状或粒状颗粒成分(比如可溶咖啡、烘烤和研磨咖啡、奶粉、巧克力粉等)制成。成分本身可以是可溶的，在这种情况下，它们在液体射流的影响下逐渐地溶解以生成产品。可替换地，成分可以是完全地或部分地不可溶的。在后一种情况下，成分可以被与结合剂结合在一起，结合剂要么是可溶的，要么在液体射流的影响下将是容易瓦解的。在后一种情况下，不可溶颗粒在液体中形成悬浮物，该悬浮物需要冲泡或浸泡、随后需要过滤以制备最终产品。
颗粒大小将根据成分的性质而有所大小变化，通常从大约20μm到400μm。盘体的密度也将根据成分的性质而变化，其中一些成分可以在800kg/m3到1500kg/m3的范围内，但是这不是限制范围。单份咖啡或奶盘体的合适直径在50-60mm的范围内。如果盘体大得多，则液体射流的有效性将随着盘体直径减小而降低。盘体的最大厚度将仅由遍布其整个边缘形成均匀分布的射流喷射的能力限制。然而，从实用的角度来讲，盘体的合适厚度小于其直径的一半。
图1中示意性地图示说明了用于制备饮料或食物产品的机器1。机器1优选地包括用于液体的贮存器10，但是它可以直接连结到供水系统。虽然水有可能是用于制备饮料(比如咖啡)的最常见的液体，但是机器1还能够对其他液体(比如奶或奶制备物)进行处理以用于与饮料或食物成分混合。贮存器10流体地连接到泵11，优选地经由流量计12连接，流量计12又连接到加热设备13。加热设备13借助于合适的流体导管28流体地连接到冲泡头14。应注意到，本公开的机器不限于制备必须被“冲泡”的产品，术语“冲泡”和“冲泡头”等的使用仅仅是为了方便起见，因为所述技术来源于限于冲泡饮料的机器。
冲泡头14优选地包括盘辨认设备15，其可以辨认插入到冲泡头14内的冲泡室22中的盘体16的产品类型和大小以使得正确的冲泡周期能够被发起。
泵11、流量计12、水加热器13和冲泡头14(及其他组成件)优选地连接到电子控制器17。另外，水温度监视器18、19可以位于至水加热器13的流入处以及从水加热器13的流出处，水温度监视器18、19还连接到控制器17。
所述机器的操作行为优选地由嵌入在控制器17中的软件确定，例如如EP-A-1440644中所描述的那样。控制处理器的存储器包括用于所述机器的一个或更多个操作参数的一个或更多个变量。
盘体16(参见图2)具有使得盘体能够被安装在主轴26上的中心孔25，主轴26从冲泡室22的基部在基本上竖直的方向上向上延伸。
室22具有使得食物或饮料产品能够从室22排出以用于经由分发喷嘴20进行分发的出口。该出口可以是固定的，例如为至少一个的形式，更优选地为室22的基部中的一系列排出开孔或孔的形式。开孔的尺寸被选为防止在盘体16的充分分解或产品的冲泡已实现之前冲泡液体从室22太快地排出。如果排出速率受到限制，则盘体16的分解得到显著改进，使得冲泡室22在冲泡期间基本上被浸没。完全浸没的室22的缺点是递送的饮料或食物产品中的发泡效果降低。可替换地，室22可以设有可操作来改变流出出口的流率的阀装置。
所得的饮料上的泡沫质量可以通过让气体进入冲泡室22中来进行操控，在冲泡室22中，该气体被高能射流夹带。冲泡室22的排出速率在这方面是重要的，并且完全浸没也被优选地避免。
盘体孔25和主轴26的相对直径使得盘体16能够在主轴26上自由地旋转。
喷嘴27设在流体导管28的端部，流体导管28将冲泡液体从加热设备13传导到冲泡头14，并且喷嘴27设置有在冲泡室22中的出口，该出口在冲泡室22的侧壁29中(参见图4)。喷嘴27被布置为将单个高速度液体射流直接导向安装在主轴26上的盘体16的周边边缘。这是喷嘴27的优选位置，因为该位置确保即使当喷嘴27的直径减小时射流也将总是冲击盘体16的周边边缘。
然而，在可替换配置中，喷嘴27可以被布置为将液体射流从上面并且对着盘体16的边缘引导。
在一个实施方案中，射流在13巴的压力下在200ml/min(分钟)时具有19.5m/s的速度。冲击在片上的较高速度的水射流将改进溶解。然而，因为实际上难以做出并操作更细的射流开孔，所以提高速度的最简单的方式是提高压力和流率，但是必须小心不要过度稀释产品。在另一个实施方案中，对射流进行脉冲调制，从而降低流到杯子的平均流率，但是提高瞬时射流速度。脉冲调制可以被用来提供高速度射流的短突发，从而维持浸在室中的盘体的回转。在相同的射流开孔和25％占空比的情况下，流率可以提高到800ml/min(78m/s)。
在进一步的可替换配置中，多个喷嘴27可以被用来在围绕盘体16的圆周的不同点处提供多个液体射流。
冲泡头14优选地具有可以在打开位置和关闭位置之间移动的上部部分，在打开位置上，冲泡室22被暴露以使盘体可以被安装在主轴26上，在关闭位置上，冲泡室22被关闭和密封。这优选地借助于把手或杠杆来实现，但是可以是自动的。当冲泡头14被关闭时，冲泡室22被冲泡头14的上部部分用硅橡胶密封件等密封。
冲泡室22优选地是圆柱形的，但是它可以具有任何合适的配置。在一个合适的配置中，室22具有28mm到75mm直径和13mm到40mm高度的内部尺寸，并且主轴具有3mm的直径。
喷嘴(一个或更多个)27的一个合适形状在图5中被示出。这给予了“扇”形喷射，该扇形喷射优选地与盘体16的高度大致相同。在一个合适的配置中，喷嘴27的大小比如给予大约200ml/min的平均流率，并且这是由大约3.8mm×0.045mm的槽尺寸提供的，给予大约19.5m/s的射流速度。在该流率下泵11上的背压约为13巴。对于一些类型的盘体，流率可能需要更高，取决于压实度和制造这些盘体的成分(特别是成分或结合剂的溶解度以及颗粒大小)。流率因此优选地是可调整的，例如在9巴的背压下可调整为大约280ml/min。
当空气被允许进入部分浸没的室22中时，射流的能量非常高效地将气体混合到饮料或食物产品中以造出细泡沫，尤其是用奶粉盘体。因为在室22中压力非常小，所以“呼吸”管或孔的形式的空气入口可以被提供来允许空气被引入到室22的中心，该中心是最低压力点。该空气入口孔可以根据冲泡的产品的类型用电磁阀选择性地打开或关闭，以便造出发泡饮料或食物产品。另一个合适的空气入口将是在图4所示的配置中被形成为喷嘴27的一部分的引射器。引射器由于高速度的液体流过喷嘴27而吸进空气。
根据盘体16或正被制备的产品的类型，优选的是选择流进流率和流出流率之间的不同比率。如果流进流率大于流出流率，则盘体16被充分地浸在回转液体浴中，并且溶解/冲泡速率提高。如果室22仅被部分浸没，并且水射流的一部分高于水的水平面，则这将使发泡更好。为了实现这，液体的流入优选地一开始大于流出，并且流动然后逐渐地平衡以维持稳定的水平面。在该状况下，空气入口孔螺线管可以被打开以帮助造出更多泡沫。可替换地，空气引射器可以被形成为高速度水射流喷嘴27的一部分；这可以根据需要通过使用电磁阀来打开或关闭。
入口或出口流率的平衡可以通过在室出口上使用可调整阀(要么是自动控制，要么是可手动选择的)或者通过给射流施以可变占空比的脉冲来实现。射流脉冲施加已经被发现是调控进入杯子的流率、防止过度稀释、同时维持良好的片分解时间的非常有效的方式。
起泡材料可以被用作盘体16的一部分以将气体引入到密封的室22中，该气体然后将通过射流的能量被进一步调节。
所述机器的操作包括以下步骤：打开冲泡头14，将盘体16插入到冲泡室22中的主轴26上，关闭冲泡头14，并且执行冲泡周期，在冲泡周期中，饮料/食物产品被制备。
在冲泡周期期间，射流(或多个射流)冲击盘体16的圆周边缘，使盘体16旋转并且通过侵蚀或者随着成分(一种或更多种)/结合剂溶解而分解。给予盘体16的能量在撞击点处引起立即的局部表面散开，并且迫使它在周围液体中高速回转，由此洗掉任何松散的材料并且确保盘体16的每一个部分被均匀地且快速地散开。
饮料或食物产品经由室22的基部中的排出孔离开冲泡室22进入到出口20以用于进行分发，优选地进入适当定位的容器21中。
在测试中可以看出，在以这种方式使用液体射流时，初始饮料或食物产品出口流非常快速地实现颜色和浓度(strength)。盘体16以非常均匀的速率分解，直到最后整个盘体散开为止。该过程可以通过调整平均流率、射流速度或者通过在冲泡周期期间给射流施以脉冲而被改动来适应各种粉末状食物成分。
对于某些类型的盘体16，比如由烘烤和研磨咖啡制成的那些盘体，过滤器可以被提供来在成品的产品被分发之前执行过滤步骤。
为了造出“分层”饮品，盘体16可以包括以在一个或更多个同心环或层31、32的方式被压实的多种成分。图3、图3a图示说明分层盘体16的实施例，分层盘体16包括咖啡31和奶32的环。随着盘体16的直径渐进地减小，饮料的颜色将从黑色咖啡变为白色咖啡(反之亦然)。在图3b中，不同的构型被图示说明，例如奶层32被完全封装在咖啡层31中。
如图6所示，主轴26还可以被设计为针对不同大小的盘体16自动地进行调整。主轴26可以被安装在弹簧加载的臂35上，臂35围绕装有旋转角度位置传感器37(比如电位器)的枢轴点36自由旋转。一开始，当冲泡头14被打开时，臂35被移到加载位置。关闭冲泡头14使得弹簧38可以使主轴26偏向喷嘴27以使盘体16被紧靠或接近喷嘴27夹持。这使得盘体16的起始直径可以从臂35的角位置测得。水射流的力，在已知流率下，使盘体表面保持离喷嘴出口固定距离，并且所以使得盘体分解的进展可以从主轴臂35的角度估计得到。臂35a的移动和盘体16a的分解被用虚线图示说明。然而，盘体16的位置必须使得击中盘体16的液体射流不可以被阻碍。端部限位器可以被靠近喷嘴27放置在2到3mm的距离处，该距离充当基准以使盘体直径可以使用角度传感器37估计得到。
闭环反馈系统可以被用来为各种类型或大小的压制盘体16创建最佳的冲泡周期。流率可以被连续地改变或施以脉冲，并且盘体16上的效果可以被动态地测量。脉冲施加提供当在射流停止时盘体16将临时靠在端部限位器上时估计盘体直径的更好方式。
实验测试是在试验台上用不同盘体16进行的，将盘体16在杯子(1.)中和在试验台(2.)中分解所花费的时间与根据本公开的液体射流进行比较。获得了以下结果。
实施例1
该实施例使用直径为25.4mm、高度为6.7mm的起泡的5g的维生素片(BeroccaTM橙子味)。该盘体是使用20℃的周围环境的水溶解的。
1.在杯子中——通过在100ml的冷水中进行搅拌而溶解的时间是1分30秒。
2.在冲泡室中——在180ml的水中溶解的时间是55秒。
实施例2
该实施例使用直径为16.3mm、高度为6.5mm的压制的1.2g的奶粉盘体。该盘体是使用80℃的热水溶解的。
1.在杯子中——通过在100ml的热水中进行搅拌而溶解的时间是3分钟。
2.在冲泡室中——在85ml的热水中溶解的时间是25秒。
尽管杯子中的盘体在浸入水中之后立刻散开，但是即使有力地搅拌，也不可能使一些实心块(直径约为3-4mm)在3分钟之后完全溶解。
冲泡室生成其中在非常稳定的饮品的顶部有大约25-30ml的极细气泡奶泡的饮料。与搅拌相比，留在该饮料中的不可溶残渣少得多，并且该残渣仅显现为大口杯底部的极细“沉淀物”，该沉淀物是不太明显的。
实施例3
该实施例使用直径为31mm、高度为13mm的压制的6.7g的Jacobs KroenungTM R&G咖啡盘体。该盘体是使用95℃的热水分解的。
1.在杯子中——通过在150ml的热水中进行搅拌而分解的时间是1分10秒。
2.在冲泡室中——在270ml的水中分解的时间是54秒。

Claims (18)

1.一种用于从至少一种成分的压制盘体制备饮料或食物产品的机器，所述机器包括可密封冲泡室，所述冲泡室包括：主轴，所述主轴用于安装所述压制盘体以使它能够围绕中心轴在所述主轴上自由地旋转；以及至少一个喷嘴，所述喷嘴具有在所述冲泡室中的被设置为在所述压制盘体被安装在所述冲泡室中的所述主轴上时将液体射流导向所述压制盘体的周边边缘的出口。
2.如权利要求1所述的机器，其中所述射流是连续的或脉冲式的。
3.如权利要求1所述的机器，其中所述主轴从所述冲泡室的基部向上突出。
4.如权利要求1所述的机器，其中所述主轴被安装在弹簧加载的臂上，所述臂使所述主轴偏向所述至少一个喷嘴。
5.如权利要求1所述的机器，其中所述冲泡室具有至少一个开孔的形式的出口。
6.如权利要求5所述的机器，其中液体通过所述冲泡室出口的流动是由阀装置选择性地控制的。
7.如权利要求1所述的机器，其中所述至少一个喷嘴位于所述冲泡室的侧壁中。
8.如权利要求1所述的机器，其中所述至少一个喷嘴位于安装在所述冲泡室中的所述盘体上方。
9.如权利要求1所述的机器，其中所述至少一个喷嘴被配置为提供扇形喷射。
10.如权利要求1所述的机器，进一步包括多个喷嘴。
11.如权利要求1所述的机器，其中所述冲泡室设有至少一个空气入口。
12.如权利要求11所述的机器，其中所述至少一个空气入口位于所述冲泡室的中心处和/或在所述冲泡室的侧壁中。
13.如权利要求11所述的机器，其中所述空气入口借助于阀被选择性地打开和关闭。
14.如权利要求11所述的机器，其中所述空气入口是引射器。
15.如权利要求1所述的机器，进一步包括用于调整喷射到所述冲泡室中的液体的流率的装置。
16.如权利要求1所述的机器，进一步包括用于调整喷射到所述冲泡室中的液体的速度的装置。
17.一种用于制备饮料或食物产品的系统，所述系统包括如前述权利要求中任一项所述的机器以及至少一种成分的压制盘体。
18.一种用于分发饮料或食物产品的方法，所述方法包括以下步骤：将至少一种成分的压制盘体安装在用于制备饮料或食物产品的机器的冲泡室中的主轴上，其中所述压制盘体能够围绕中心轴在所述主轴上自由地旋转；以及将至少一个液体射流导向所述压制盘体的周边边缘。
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