CN115066379A - 用于饮料制备胶囊的可堆肥顶盖结构 - Google Patents

用于饮料制备胶囊的可堆肥顶盖结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在饮料生产机器中制备饮料的胶囊(100)。胶囊(100)包括：胶囊主体(200)，胶囊主体具有界定用于容纳用于制备饮料的物质(500)的室(250)的侧壁(210)；以及注射壁(220)，注射壁用于将流体注射到室(250)中以便在流体与物质(500)相互作用时制备饮料。胶囊(100)还包括连接到胶囊主体(200)以闭合室(250)的递送壁(300)。递送壁(300)以分层方式包括用于在被注射到胶囊(100)中的流体的升高压力的作用下与打开元件相互作用时打开的保持层(320)以及用于从所制备的饮料中滤出颗粒的过滤层(310)。过滤层(310)和保持层(320)中的每一者均由可生物降解材料制成。过滤层(310)相对于保持层(320)设置成与室(250)相对。本发明还涉及用于制造胶囊(100)的方法以及胶囊(100)用于制备饮料的用途。

Description

用于饮料制备胶囊的可堆肥顶盖结构
1.技术领域
本发明涉及一种用于在饮料生产机器中制备饮料的胶囊，用于生产胶囊的方法以及胶囊用于在饮料生产机器中制备饮料的用途。
2.背景技术
用于饮料制备机器的单份饮料胶囊在本领域中是已知的。这些胶囊通常用于按需分配饮料，如咖啡、茶或热巧克力，并且由于它们的新鲜味道、风味的可变性和饮料制备的便利性而受欢迎。
通常，将包含饮料组分的胶囊插入饮料制备机器的胶囊保持器中，闭合胶囊保持器并开始饮料制备。将流体(诸如水或奶)递送到胶囊以与包含在胶囊内的饮料组分相互作用以产生期望的饮料。当足够量的流体填充胶囊时，胶囊在流体的压力下打开以释放所制备的饮料。例如，胶囊的打开可通过以下方式来完成：利用通过增加胶囊内的流体压力而产生的力将胶囊的提取面压靠在设置在胶囊保持器中的打开结构上，使得提取面在达到其断裂应力时被撕裂。打开结构可以是多个凸起和凹陷元件，例如棱锥状元件，提取面在流体的内部压力的作用下延伸到这些凸起和凹陷元件上并撕裂。这种压力控制的饮料制备具有可生产高质量饮料的优点。
然而，大量的参数和动态效应可影响胶囊在具有前述打开结构的提取面上的打开过程，并且因此，打开过程中的可重复性和一致性难以实现，这可能对成品饮料的结果具有负面影响。
特别地，已经发现，提取面需要显示一定量的硬度以确保胶囊中的压力累积，同时避免在打开过程期间的胶囊塌缩。相反地，提取面应被构造成使得其在打开过程中可被打开结构撕裂。此外，期望将来自饮料组分的颗粒和纤维保留在胶囊内部，以便不仅避免污染所制备的饮料，而且避免阻塞胶囊中的开口和/或打开结构，该开口和/或打开结构被设置用于将所制备的饮料分配出饮料制备机器。
在现有技术中，通过形成由铝制成的膜的提取面来解决这些技术挑战，该膜具有非常精确控制的厚度，特别是约30微米至40微米。铝提供了许多优点，诸如耐高压性、耐久性、柔性、低重量，提供长的货架期以及使所制备的饮料的味道不变。遗憾的是，铝胶囊难以回收，因为在许多国家，用于回收铝的系统要么不到位、不足够先进，要么需要提供附加废物处置系统，诸如消费品收集站，这在实践中难以建立。此外，用于胶囊的原铝的生产需要大量的能量，如果胶囊没有被成功地回收，则导致碳排放的增加。
因此，近来进行了各种尝试以用另选材料代替用于胶囊的材料。例如，由玉米淀粉制成的生物塑料或由甘蔗纤维制成的干燥浆被提议用作胶囊材料。然而，此类材料的缺点是它们不具有与目前使用的材料(如铝)相同的材料特性。例如，由另选材料制成的胶囊通常具有有限的货架期，因为它们不提供与铝相同的可靠的氧气和湿气屏障。
特别地，具有另选材料的提取面的设计似乎是有挑战性的，因为不可能简单地将应用于前面的铝提取面的设计原理和解决方案转移到这些新材料。例如，简单地用纸基材料代替已知的铝形成的提取面的方法已经被证明是不成功的，因为所制备的饮料的质量、风味的再现性和饮料稠度与由已知的铝基提取面设定的高标准是不可比的。
因此，本发明的目的是提供一种胶囊，该胶囊的构型和设计便于将可堆肥材料用于整个胶囊，同时保持和/或超过由能与之相比的铝胶囊设定的所制备饮料的质量和连续性标准。
阅读描述之后变得显而易见的这些以及其他目的将通过独立权利要求的主题得以解决。从属权利要求涉及本发明优选的实施方案。
3.发明内容
本发明的第一方面涉及一种用于在饮料生产机器中制备饮料的胶囊。该胶囊包括胶囊主体，该胶囊主体具有界定用于容纳用于制备饮料的物质的室的侧壁以及用于将流体注射到室中以便在流体与物质相互作用时制备饮料的注射壁。胶囊还包括连接到胶囊主体以闭合室的递送壁。递送壁以分层的方式包括保持层和过滤层，该保持层适于在被注射到胶囊中的流体的升高压力的作用下与打开元件相互作用时打开，该过滤层用于从经由递送壁分配的所制备的饮料中滤出颗粒。过滤层和保持层中的每一者均由可生物降解材料制成。其中，过滤层相对于保持层设置成与室相对。
其中，表述“可生物降解材料”可被理解为可以通过生物(诸如微生物，例如细菌、真菌或藻类)(的作用)分解成环境无害产物的任何材料。该过程可以在存在氧气(需氧)和/或不存在氧气(厌氧)的环境中进行。这可以理解为例如意味着堆肥可以毫无保留地进行。特别地，在堆肥过程结束时，不存在可能对环境造成问题的材料的残余物，或任何不可生物降解的组分。
可生物降解材料的示例可以是不同的植物基材料，诸如木材、竹子、竹纤维、纤维素、纤维素浆、木浆、甘蔗浆、纸和/或纸板。此外，生物塑料家族诸如聚羟基丁酸酯(PHB)和共聚物、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(丁二酸丁二醇酯-共-己二酸丁二醇酯)(PBS-A/PBSa)、聚乳酸(PLA)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、乙酸纤维素、淀粉和/或上述材料的复合物是其他示例。
国际标准(例如，EU 13432或US ASTM D6400)规定了用于确定材料的可堆肥性的技术要求和程序。生物降解可以按照标准诸如ISO 14855、ISO 17556或ISO 14851进行测试。例如，为了被认为是“工业可堆肥的”，测试中的一个测试要求至少90％的材料在受控条件下在6个月内被生物降解。还存在类似的测试以实现家庭堆肥认证。
换句话讲：提供了一种用于在饮料生产机器中制备饮料的胶囊。例如，胶囊可被理解为用于容纳用于制备饮料的物质的容座，并且优选地可以形成包围该物质的壳体或容器。胶囊主体以其侧壁(至少部分地)界定室，该室可以是例如胶囊中的隔室、腔或中空空间。胶囊还包括适于将流体注射在室内的注射壁。流体的注射可导致流体与物质的相互作用，这可包括物质与流体之间的任何种类的化学和/或物理反应，诸如润湿、输注、提取、溶解和/或任何其他种类的对应相互作用，以产生饮料产品。胶囊还包括连接到胶囊主体以闭合室的递送壁。例如，可以想到的是，胶囊内部的空间可以从所有侧面被容器主体(侧壁)、注射壁和递送壁(完全)包围，优选地使得形成(并且闭合)用于接收物质的室。因此，可以提供一种胶囊，该胶囊可以填充有用于制备饮料的物质并且与已知的胶囊机器一起使用。该物质可被保护以免受降解和外部影响，如氧化或湿气，并且即使长期储存时，该物质的风味也可保持在胶囊内部。
本发明的递送壁以分层的方式包括保持层和过滤层。因此，递送壁可包括布置成层片、板条、层级或作为层布置的不同部分。因此，可以为递送壁提供任意数量的层，每个层可以提供期望的功能，诸如用于密封的层，(另外的层)用于形成(湿气/氧气)屏障，和/或用于在所制备的饮料离开胶囊(室)之前从所制备的饮料中纯化和/或筛分出某些颗粒或内容物，诸如利用过滤层。其中，递送壁可具有各种(层)构型、形式和形状。此外，保持层被设置成使得其可通过打开元件(例如，饮料生产机器的打开元件)在被注射到胶囊中的流体的升高压力的作用下打开，例如通过相应元件之间的相对移动。其中，打开元件可以具有各种构型、形式和形状，并且可以包括多个凸起和凹陷元件，例如棱锥状元件。该设计允许根据技术需求定制递送壁的设计。
过滤层和保持层中的每一者均由可生物降解材料制成。这可能导致更直接地回收胶囊内的有机材料以及胶囊材料本身。
过滤层相对于保持层设置成与室相对。其中，令人惊讶地发现，如本发明所定义的保持层和过滤层相对于胶囊主体的特定顺序和取向导致许多改进。例如，可以观察到饮料制备期间的压力分布更一致且可再现。此外，在饮料中发现这种构型的克丽玛(crema)形成和提取更好，并且物质(例如，烘焙并且研磨的咖啡)的颗粒和残余物的浓度降低。
在本领域中，这是出乎意料的，因为在本发明的构型中，在操作中，过滤层可以与打开元件直接接触，该打开元件通常用于产生局部压力点以在压力下使材料破裂，从而导致由于材料的穿刺而导致过滤层丧失其过滤能力的风险增加。出于该原因，在现有技术中，过滤器(如果提供的话)总是位于胶囊内部。类似地，令人惊讶的是，保持层由打开元件以更有效的方式打开。利用本发明的构型，与已知胶囊的构型相比，递送壁中的开口分布得更多、更均匀且更居中。当注射流体均匀地分布在胶囊内部和外部时，可以实现更好且均匀的提取结果。这种效果违背了通过将穿刺工具与预期对象直接接触来实现更好穿刺结果的技术直觉。
上述效果例如可由过滤层在胶囊内部的压力累积期间对保持层的变形的阻尼效应引起。由注射到室内的流体的压力增加而在室内产生的推力可能必须抵抗两层(即过滤层以及保持层)的张力。由此，递送壁朝向打开元件的变形可以向室内的更高压力延迟，该压力可以更快地达到，并且打开元件将在比不同胶囊构型更高的压力水平下与递送壁相互作用。由于增加的压力累积，递送壁被更有效地刺穿。
从上文可以得出结论，本发明有利于提供一种胶囊，该胶囊具有与胶囊外部的接口，该胶囊完全由可生物降解材料制成，并且仍然提供足够的或甚至改进的耐压性，这可能是累积用于饮料制备的足够压力所需要的。此外，本发明的设计有利于胶囊的过滤能力和提取，这是由铝基胶囊制备高质量饮料所需要的，这是迄今为止在现有技术中在饮料中发现的质量。
优选地，保持层可面向室。另选地或除此之外，保持层可以被设置成比过滤层更靠近室。其中，例如，表述“面向”可以理解为指向相应的参考对象，而不必直接设置到相应的参考对象上。
根据优选的实施方案，过滤层和保持层中的每一者可以由不同的可生物降解且优选地(家庭)可堆肥材料制成。
因此，胶囊在使用后可以丢弃在堆肥堆中，该堆肥堆是指定场地，其特定条件取决于风、阳光、排水和其他因素，由此一旦材料完全分解，就可以为土地提供营养。堆肥可以用工业堆肥场地和/或家庭堆肥器完成。例如，根据前述国际公认的法律标准，可堆肥塑料材料必须同时具有以下特性，以便将材料定义为可堆肥的。材料必须是可生物降解且可分解的，即在最终堆肥中破碎和不可见，并且它必须对堆肥过程和质量没有负面影响。因此，可以潜在地进一步减小使用单份胶囊的生态影响。
不同的材料可以优选地在其相应的物理特性中的至少一个物理特性中进行区分，诸如拉伸强度、延展性、弹性、抗穿刺性、密度、孔隙度、和/或(如果适用的话)纤维结构和/或纤维取向。
通过由不同材料提供至少两个上述层，可以提供递送壁作为复合结构。然而，还可以设想到，递送壁可以包括多个不同的层，这些层优选地可以由不同的材料制成。这可导致有利的效果，即具有不同物理或化学性质的两种或更多种构成材料的组合产生具有与单独组分中的每一者不同的特性的结构。因此，可以根据应用的技术需要定制胶囊与外部的接口。例如，通过为层中的每个层提供不同的拉伸强度，可以根据需要控制和限定在胶囊内累积的压力。因此，例如，胶囊可被设计成根据其配方的规格来生产饮料。此外，通过由具有不同纤维构型的材料提供两个层，可以针对单独的应用定制跟递送壁与所制备的饮料的相互作用相关的材料特性，诸如限定递送壁的过滤能力。而且，递送壁的各个层的取向的差异可导致层中的不同应力，这可通过选择不同的材料来考虑上述构型。例如，层中的一个层的材料可以在比另一个层的材料更低的压力下破裂，但是该结构可以通过每种材料的组合阻力保持在一起，这些材料可以在压力的作用下相互支撑。
根据另外的优选实施方案，保持层(优选地为保持层的材料)可被构造成使得其提供优选双向屏障以防止液态和/或气态物质进入和/或离开室。其中，可以设想到，保持层可包括附加层或涂层，该附加层或涂层相对于保持层可(设置在其上)与室相对或与过滤层相对。
因此，可以为胶囊提供屏障以防止某些物质离开或进入胶囊。这允许增加胶囊的货架期并保持胶囊内包含的物质新鲜。通过为保持层提供这种能力，可以简化胶囊的设计和制造，并且胶囊可以完全由另选材料制成。
根据优选的实施方案，保持层(优选地为保持层的材料)可被构造成使得其对室中介于1巴和20巴之间、更优选地介于10巴和20巴之间、最优选地介于12巴和18巴之间的累积压力具有弹性。
因此，可以完成饮料的制备，这需要限定的压力才能成功制备。此外，在制备方法期间可以长时期保持胶囊闭合，因为直到压力达到其预先确定水平的时间取决于材料的压力限制。因此，可以通过选择材料来控制饮料制备时间。
根据优选的实施方案，过滤层可由可堆肥材料制成。另选地或除此之外，过滤层可由非织造材料制成。示例可以是木浆、甘蔗浆、纤维素纤维、人造丝纤维、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(丁二酸丁二醇酯-共-己二酸丁二醇酯)(PBS-A/PBSa)、聚羟基丁酸酯(PHB)和/或聚乳酸(PLA)。
通常，非织造材料可以由通过机械、化学、热处理粘结在一起的短纤维和长纤维制成。非织造材料是有利的，因为它们可以针对其特定用途进行工程设计，并且它们可以在使用后回收并提供材料功能，诸如弹性和抗撕裂性、拉伸强度、低重量、过滤和/或提供无菌性和细菌屏障。例如，非织造材料中的纤维长度及其相应粘结可根据应用的要求进行调整，从而改进应用。
另选地或除此之外，过滤层的克重可介于10g/m2和150g/m2之间，优选地介于20g/m2和100g/m2之间。
因此，过滤层的特性可以通过限定其材料的面积密度来设定，即作为每单位面积的质量。例如，过滤层的拉伸强度可以通过增加其材料的克重并且/或者通过使用包括限定长度的纤维和/或具有限定纤维粘结的(非织造)材料来改进。此外，通过相应地设定过滤层的材料特性，可以修改过滤层的过滤能力和/或孔隙度，例如减小到更小的粒径。因此，可以针对饮料制备的特定要求定制过滤层。
根据优选的实施方案，保持层可以由可堆肥的材料制成。另选地或除此之外，保持层可由具有限定的、优选地闭合的纤维结构的材料制成。例如，保持层的材料可以是至少50％的重量对应于软木浆的纤维结构，可以是纤维素纤维、纸、生物聚酯、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)和共聚物、和/或聚丁二酸丁二醇酯(PBS)或聚(丁二酸丁二醇酯-共-己二酸丁二醇酯)(PBS-A/PBSa)。此外，保持层的材料可以是乙酸纤维素、淀粉、聚乙烯醇(PVOH)，并且它可以包括聚合物，其中单体单元中的至少一个单体单元是乙烯醇。另选地或除此之外，保持层的材料可以是上述材料的复合物或层合物。
通过由具有闭合纤维结构的材料(诸如高度精制的，即机械和/或化学处理的纸)提供保持层，可以为保持层提供较不易于吸收液体同时增加材料硬度的材料。特别地，具有低吸水率和低伸长率的材料对胶囊的特性具有有益的影响。通过由此类材料提供保持层，可以放大本发明的有利效果。
另选地或除此之外，保持层的克重可介于20g/m2和150g/m2之间，优选地介于30g/m2和100g/m2之间。
因此，保持层的特性可以通过限定其材料的面积密度来设定。例如，保持层的拉伸强度可以通过增加其材料的克重来提高。
根据优选的实施方案，保持层和过滤层可在其相对侧上至少部分地彼此接合，优选地通过粘合剂粘结、超声密封或热密封。优选地，可以在保持层和过滤层之间提供粘合剂层，该粘合剂层是可生物降解的并且优选地是可堆肥材料。例如，植物基淀粉或丙烯酸粘合剂可用作粘合剂层的材料。
通过接合递送壁的两个层，可以使相应材料的拉伸和变形过程变得相互关联。通过使用粘合剂粘结(优选地通过使用一些粘合剂)或热密封将两个层彼此连接，在两个层之间形成平滑、均匀有效的粘结。因此，施加在保持层上的压力也均匀地分配到过滤层上。因此，本发明的有利效果可利用这样的构型来放大。
根据优选的实施方案，递送壁可以连接到界定胶囊主体的侧壁中的开口的边缘部分。例如，递送壁可以通过粘合剂粘结、超声密封或热密封连接到胶囊主体。另选地或除此之外，可以在递送壁(优选地为保持层)与胶囊主体之间提供将胶囊主体和递送壁彼此附接的粘合剂层。优选地，粘合剂层可以至少部分地(或完全地)覆盖开口和/或边缘部分。另选地或除此之外，粘合剂层可以(完全地)在朝向室取向的侧面或表面上覆盖保持层。例如，植物基淀粉或丙烯酸粘合剂可用作粘合剂层的材料。还可以设想到，粘合剂层可以形成例如递送壁的分层结构的一部分。
通过将递送壁接合到胶囊主体，两个元件彼此牢固地连接，并且可以避免胶囊内容物被细菌污染。也可以通过在递送壁和胶囊主体之间形成的密封粘结来保护胶囊的内容物免受外部湿气或氧气的影响。
优选地，可以设想到，通过使用前述接合方法，两个层之间的粘合剂层可以形成氧气/湿气屏障和/或密封剂。优选地，粘合剂层可以是食品安全的和/或适于在饮料制备的通常操作温度(例如，介于100摄氏度和150摄氏度之间)下使用。
根据另外的优选实施方案，胶囊主体(优选至少侧壁和/或边缘部分)可包括保护层以用于提供对湿气和/或氧气的屏障。另选地或除此之外，注射壁可以包括保护层以用于提供对湿气和/或氧气的屏障。优选地，保护层可被构造成在胶囊主体和注射壁之间提供密封界面。保护层可由可生物降解且优选地可堆肥的材料制成，诸如生物聚合物或聚乙烯醇(PVOH)，并且它可以包括其中单体单元中的至少一个单体单元是乙烯醇的聚合物。另选地或除此之外，保护层可由前述材料的复合物或层合物制成。优选地，保护层可以由与过滤层和/或保持层不同的材料制成。
因此，可以保护胶囊的内容物免受外部湿气或氧气的影响，并且可以将宽范围的不同材料用于胶囊。
根据优选的实施方案，胶囊主体和/或注射壁可包括分层和/或层合结构。优选地，胶囊主体和/或注射壁可以优选地由层合的模制浆纤维制成。
因此，相应元件的机械特性，诸如刚度和/或硬度，可以针对单独的应用进行定制。例如，胶囊主体可包括用于加强的附加(整体)结构元件，例如翅片或脊。
根据优选的实施方案，胶囊主体和注射壁可以由单独的件构成，或者可以一体地形成为例如一件。
因此，可以将胶囊作为不同的部件或作为单件或一件提供。这些构型中的每一者在利用胶囊设计、制造和制备饮料方面提供了优点。
本发明的另外方面涉及用于制造如上所述的胶囊的方法。
该方法包括一个步骤，其中胶囊主体由任何形式的可生物降解(和/或可堆肥)浆材料形成，诸如纤维素浆、竹浆、木浆、甘蔗渣、非木浆或纤维素基浆。优选地，注射壁可以连同胶囊主体(一起)形成(同时/在同一步骤中)。注射壁被形成为使得形成用于接收用于制备饮料的物质的室的至少一部分。递送壁例如通过热密封设置并附接到胶囊主体。其中，递送壁设置在胶囊主体上，使得过滤层相对于保持层设置成与室相对。优选地，保持层可面向室。另选地或除此之外，保持层可以被设置成比过滤层更靠近室。
根据优选的实施方案，胶囊主体可通过湿浆模制形成。其中，形成胶囊主体的方法可包括以下步骤：将浆浆料置于模具中，例如通过用浆料填充模具或通过将模具浸入浆料中。可以在模具中压制浆浆料，并且可以干燥如此形成的胶囊主体。
另选地，胶囊主体可以通过干浆模制形成。其中，形成胶囊主体的方法可包括提供优选干燥的纤维素纤维的坯料的步骤。然后，优选地在施加热和/或水的情况下，可利用工具将坯料形成为胶囊主体的形状。
根据优选的实施方案，胶囊主体可填充有制备饮料所需的物质。注射壁可以通过(湿或干)浆模制形成。优选地，注射壁可以通过纸浆模制与胶囊主体一起形成。另选地或除此之外，注射壁可以通过将作为注射壁的膜或薄膜在胶囊主体干燥之后例如用可生物降解(和/或可堆肥)粘合剂附接到胶囊主体来形成。优选地，该方法还可包括添加保护层的步骤，该保护层优选地可以由可生物降解和/或可堆肥材料制成。保护层可以被添加在胶囊主体的界定室的至少一部分(优选地为侧壁的至少一部分)的内表面或外表面上。另选地或除此之外，保护层可以被添加在注射壁的界定室的至少一部分的内表面或外表面上。还可以想到，保护层可以被添加在边缘部分的至少一部分的表面上(背离室)。这可以例如通过热成形来完成。优选地，保护层被设置为衬垫。
由此，可以获得具有上述所有优点和益处的胶囊。此外，(湿/干)浆模制提供了更自由地设计胶囊形状及其组分的优点，同时有利于使用不同的材料，由此提供胶囊的至少一部分作为复合结构。因此，可以在结构上改进现有的胶囊设计，以及由另选材料提供它们，这在生态上是有益的。
本发明的另外方面涉及如上所述的胶囊用于在具有胶囊保持器的饮料生产机器中制备饮料的用途。因此，可以以有利的且生态有益的方式制备饮料。
4.附图说明
当结合附图阅读本发明的实施方案的以下详细描述时，本发明的另外特征、优点和目的对于技术人员而言将变得显而易见。在例如为了清楚起见从图中省略了数字的情况下，对应的特征仍可以存在于图中。
图1示出根据本发明的实施方案的胶囊的示意性分解图。
图2示出图1的胶囊内部的压力随时间推移变化的压力分布的线图。
图3示出两种不同胶囊构型的对比图，其中一种构型显示图1的本发明的胶囊的压力分布(如图2所示)，而另一种构型示出具有递送壁的对比胶囊的压力分布，其中相应递送壁层的顺序与图1的胶囊的递送壁相反。
图4示出典型纸材料的压力分布的线图。
图5示出典型非织造材料的压力分布的线图。
5.具体实施方式
附图示出了根据本发明的用于在饮料生产机器中制备饮料的胶囊100的实施方案的不同视图和方面。胶囊100可以具有复合结构并且/或者可以由复合材料制成，该复合材料优选地可以完全由可生物降解和/或可堆肥材料组成。
胶囊100包括具有侧壁210的胶囊主体200。胶囊主体200可具有任何形状或形式。例如，胶囊主体200可具有适于将胶囊100插入(已知)饮料生产机器的胶囊保持器中的形式。胶囊主体200可具有截顶形、杯形或碗形的形式。胶囊主体200可具有圆形横截面。因此，例如，可以吸收施加在胶囊主体200上的与压力相关的力。
胶囊主体200包括侧壁210。侧壁210界定胶囊100内的室250。侧壁210可设置成使得其包围胶囊主体100内的连续空间。这在图1中示例性地示出。
室250被布置成接收和存储用于制备饮料的物质500。其中，物质500可以是具有特定或明确化学组成的任何类型的(固体、液体、至少部分可溶的和/或可渗滤的)物品。物质的示例可以是烘焙研磨咖啡、速溶咖啡、茶叶、糖浆浓缩物、水果提取物浓缩物、巧克力产品、脱水可食用物质和/或它们的组合。因此，可以制备的饮料的示例可以是咖啡基或巧克力基饮料，或其他类似类型的食品。然而，物质500和饮料的上述示例不能被看作是完整的列举。相反，可以设想到各种其他示例。
胶囊主体200可具有通向室250的开口230。开口230可以在胶囊主体200的相对端部中的至少一者上。例如，物质500可通过开口230填充在胶囊100内。物质500可以完全填充室250。然而，在开口230和物质500的填充水平之间可以存在自由空间，该自由空间可以填充有惰性气体以保持物质500新鲜。优选地，侧壁210的边缘部分211可以界定开口230。边缘部分211可以具有凸缘的形式并且从侧壁210延伸，优选地远离室250。在操作中，胶囊100可放置在饮料生产机器的胶囊保持器内部的边缘部分211上。
侧壁210可被设置成使得其形成胶囊主体200的连续覆盖表面。例如，侧壁210可具有面向室250的内表面和背离室250的外表面。
可以在胶囊主体200和/或侧壁210上提供保护层400，该保护层用于为物质500提供优选双向屏障以防止湿气和/或氧气通过。在图1中，保护层400被示例性地示出为作为衬里设置在侧壁210的内表面上，该衬里可以延伸到边缘部分211并在其上方延伸。保护层400可以附加地或另选地设置在侧壁210的外表面上。其中，保护层400可以由可生物降解且优选地可堆肥的材料制成，例如生物聚合物或生物塑料家族，诸如PHB和共聚物、PBS、PBS-A、PLA、PBAT、乙酸纤维素、淀粉、PVOH，并且其可以包括其中单体单元中的至少一个单体单元是乙烯醇的聚合物，以及任何上述材料的复合物或层合物。优选地，保护层400可以由食品安全材料(FCS、FCM)制成。
例如，胶囊主体200可以由(层合的)(湿/干)模制浆纤维制成。优选地，胶囊主体200可以由可生物降解和/或可堆肥材料制成。胶囊主体200可以由食品安全材料(FCS、FCM)制成。胶囊主体200可包括分层和/或层合结构。例如，胶囊主体200可以是相对硬的或刚性的，从而在饮料生产机器中在操作期间或在存储期间不会塌缩。与其他设计相比，分层和/或层合设计可为胶囊主体200提供附加刚性和/或硬度。其中，模制浆纤维可以是具有层合在胶囊主体200上的附加基材(诸如可生物降解树脂)的复合材料。例如，胶囊主体200的层合结构可以通过在其上提供保护层400来形成。然而，还可以设想到，例如，除了保护层400之外，胶囊主体200可以包括例如另外的层合层。
胶囊100包括注射壁220，该注射壁用于将流体注射到室250中以便在流体与物质500相互作用时制备饮料。这在图1中示例性地示出。
注射壁220可设置在胶囊主体200的与开口230相对的端部上。注射壁220可与胶囊主体200一体地或单独地设置。因此，胶囊主体200和注射壁220可以由单独的件构成，或者可以一体地形成为一件。注射壁220可形成胶囊主体200的锥形端部部分。注射壁220可被构造成被咖啡生产机器的叶片穿孔，使得叶片提供用于流体注射的开口。优选地，流体可以是液体或液体/气体混合物，诸如水或奶。与胶囊主体200一样，注射壁220也可包括上述保护层400。还可以设想到，注射壁220可以包括(小)开口，咖啡生产机器的叶片可以穿过这些开口进入并刺穿保护层400。类似于胶囊主体200，注射壁220可包括分层和/或层合结构，并且可由(层合的)模制浆纤维和/或食品安全材料(FCS、FCM)制成。
胶囊主体200和注射壁220可被设置成使得室250优选地从至少三个侧面闭合(密封)，如图1所示。胶囊主体200和注射壁220可以设置成使得注射的流体沿着侧壁210均匀地分散在室250中。
胶囊100包括递送壁300，该递送壁连接到胶囊主体200以闭合室250。这在图1中示例性地指出。
例如，递送壁300可以连接到边缘部分211。这可以例如通过热密封或粘合剂粘结来完成。因此，可以在递送壁300和胶囊主体200之间设置粘合剂层或可密封涂层，胶囊主体200和递送壁300可以利用该(粘合剂层)彼此附接(接合)。所述可密封/粘合剂层可覆盖最靠近胶囊主体200的侧面上的保持层320的全部区域。粘合剂层可以形成递送壁300的一部分或者是与胶囊主体200和递送壁300分离的元件。例如，粘合剂层可以形成保护层400的一部分或者可以除了该保护层之外提供。递送壁300可以经由边缘部分211附接到胶囊主体200。例如，粘合剂层可以在开口230上延伸，使得其覆盖开口230并与边缘部分211重叠。此外，粘合剂层可覆盖递送壁300的整个表面，即指向(即面向)室250的表面。递送壁300可相对于室250设置成与注射壁220相对。递送壁300和注射壁220可相对于彼此设置，使得在操作中，注射流体以注射壁220、室250(以及如果可用的话，容纳在其中的物质500)和递送壁300的顺序横穿胶囊100。室250可以由递送壁300(在一个端部处)、注射壁220(在其相对端部上)和侧壁210(沿着/围绕两个相对端部之间的侧面)完全包围。递送壁300可以至少部分地，优选完全地在开口230上延伸。优选地，递送壁300可以(至少部分地)与边缘部分211重叠。
递送壁300以分层的方式设置，如图1中示例性所示。对递送壁300可具有的(不同)层的数量没有限制。
递送壁300的层中的一个层是保持层320。这示例性地示出图1。保持层320适于在被注射到胶囊100中的流体的升高压力的作用下与饮料生产机器的打开元件相互作用时打开。保持层320可以是具有限定厚度并且优选地具有基本上平面表面的薄膜、膜或层片。
保持层320由可生物降解材料制成。优选地，保持层320也可以由可堆肥的材料和/或食品安全材料(FCS、FCM)制成。附加地或另选地，保持层320(的材料)可以具有限定的纤维结构，诸如闭合的纤维结构。例如，保持层320材料可以是至少50％的重量对应于软木浆的纤维结构。保持层320的材料的另外示例可以是纤维素纤维、纸、生物聚酯、PHA、PHB和共聚物、PBS、PBS-A、PVOH和/或其中单体单元中的至少一个单体单元是乙烯醇的聚合物的组中的一者或任何组合。
保持层320可被设置成使得其对室250中优选地介于1巴和20巴之间、更优选地介于10巴和20巴之间、最优选地介于12巴和18巴之间的累积压力具有弹性。特别地，保持层320的材料可以被构造成使得其对室250中此类压力范围内的累积压力具有弹性。其中，材料的厚度和密度可影响保持层320的硬度，即抗弯曲性。保持层320可以具有10微米至150微米，优选地30微米至70微米的材料厚度。另选地或除此之外，保持层320的克重可介于20g/m2和150g/m2之间，优选地介于40g/m2和100g/m2之间。优选地，保持层320可以优选地通过热密封或粘合剂粘结附接到(边缘部分211)胶囊主体200。
图4示出了适用于保持层320的纸基材料的示例性压力曲线。从图4中可以看出，纸基材料至少在约15秒的时间间隔内提供对高达17巴的压力的抵抗，从而在压力下阻挡流体，并因此使其适于作为用于饮料制备的递送壁300的层。
递送壁300的另一层是如图1示例性示出的过滤层310。过滤层310可被构造成在经由(从)递送壁300分配所制备的饮料之前从所制备的饮料中滤出颗粒。过滤层310可以是具有限定厚度(和/或具有(大部分)平面表面)的薄膜、膜或层片。
过滤层310由可生物降解材料制成。优选地，过滤层310也可以由可堆肥的材料和/或食品安全材料(FCS、FCM)制成。例如，过滤层310可以是非织造材料，诸如纤维素纤维或PLA。另外的示例可以是纤维素纤维、木浆、甘蔗浆、人造丝纤维、PBS、PBS-A、PHB和/或PLA。
过滤层310的机械和过滤特性可能受材料的厚度，其密度以及其对颗粒的渗透性的影响。过滤层310可以具有10微米至300微米，优选地30微米至250微米的材料厚度。附加地或另选地，过滤层310的克重可介于10g/m2和200g/m2之间，优选地介于20g/m2和150g/m2之间。
图5示例性地示出可用于过滤层320的各种非织造材料的压力曲线。从图5可以看出，非织造材料在低于10秒的时间跨度内显示出高达2.5巴的耐压性。考虑到饮料制备方法的典型条件，该耐压性似乎相对有限且较短。
然而，本发明提供了一种解决方案，通过该解决方案，不同类型的材料的特定布置和组合(诸如在前述图4和图5中示例性地示出)导致有利的效果。
其中，保持层320和过滤层310设置在胶囊主体200上，使得过滤层310相对于保持层320设置成与室250相对。
优选地，保持层320可面向室250。另选地或除此之外，保持层320可以被设置成比过滤层310更靠近室250。这在图1中示例性地示出。
优选地，保持层320可以至少部分地，优选完全地覆盖开口230。可以在保持层320与胶囊主体200(或边缘部分211)之间提供粘合剂层，该粘合剂层可以完全覆盖保持层320的指向容器主体200的表面。过滤层310可以至少部分地覆盖保持层320。优选地，过滤层310可被设置为在周向方向上与保持层320齐平(并且/或者优选地与胶囊主体200的周边齐平)。保持层320和过滤层310可以至少部分地在彼此面对的侧面上彼此结合，优选地通过粘合剂粘结或热密封。其中，粘合剂层可优选地设置在保持层320和过滤层310之间，该粘合剂层具有可生物降解且优选地可堆肥的材料，诸如植物基淀粉或丙烯酸粘合剂。优选地，保持层320和过滤层310可在胶囊100的一个端部上形成基本上平坦的表面。例如，保持层320和过滤层310可以通过例如热粘结彼此接合，使得粘合剂层被设置为仅覆盖这两个层310、320中的每一者的表面的一部分的条带。例如，条带可以沿着这两个层310、320的周边设置。然而，这仅仅是示例，而不被认为是完整的列举。相反，例如，粘合剂层也可以设置在这两个层310、320之间的重叠的中心。
优选地，过滤层310和保持层320中的每一者可以由不同的可生物降解且优选地也可堆肥的材料制成。两个层的不同材料可以在其相应的物理特性中的至少一个物理特性中进行区分，诸如拉伸强度、延展性、弹性、抗穿刺性、密度、孔隙度、和/或(如果适用的话)纤维结构和/或纤维取向。例如，可以优选的是，过滤层310的弹性可以高于保持层320的弹性，因为对于分层结构而言典型的是，与更靠近基层的层相比，更远离基层的层在弯曲期间经受更大的应变。
利用此类布置，可以实现如图2中示例性示出的压力曲线。如从图2中立即清楚的，胶囊100的对应压力曲线对于制备饮料是非常有利的。
图3示出包含相同组分和相同材料的两个胶囊的压力曲线之间的比较。然而，胶囊n°1不使用本发明的布置来形成其递送壁，而胶囊n°2具有本发明的胶囊100的构型。可以看出，胶囊100(胶囊n°2)的耐压性及其在提取时间期间的压力稳定性比用于饮料制备应用的另一胶囊(胶囊n°1)的耐压性和压力稳定性显著更稳定和改善。
优选地，过滤层310和/或保持层320可以由与保护层400不同的材料制成。为了给递送壁300提供屏障以防止氧气或湿气通过，可以设想到，保持层320(和/或保持层320的材料)可被构造成使得其提供双向屏障以防止液态和/或气态物质进入或离开室250。递送壁300可包括在过滤层310和保持层320旁边的附加层。保护层400可以形成递送壁300的一部分。
本发明的另外方面涉及用于制造上述胶囊100的方法。
其中，胶囊主体200由可生物降解浆材料形成，诸如纤维素浆、竹浆、甘蔗渣浆或木浆。注射壁220(优选地与胶囊主体200一起)被形成为使得形成用于接收用于制备饮料的物质500的室250的至少一部分。递送壁300例如通过热密封设置并附接到胶囊主体200。其中，递送壁300设置在胶囊主体200上，使得过滤层310相对于保持层320设置成与室250相对。
优选地，胶囊主体200可通过湿浆模制形成。其中，可生物降解浆材料的浆料，诸如任何形式的木浆、甘蔗渣浆、非木浆和/或纤维素基浆，可被压制到模具中以形成胶囊主体200。此后，干燥如此形成的胶囊主体200。胶囊主体200的内表面的至少一部分(在填充之前)或外表面的至少一部分可设置有保护层400，例如通过热成形。
另选地，胶囊主体200可以通过干浆模制形成。因此，可以提供优选干燥的纤维素纤维的坯料，优选地在施加热和/或水的情况下利用工具由该坯料形成胶囊主体200。保护层400可作为衬里施加在胶囊主体200的内侧上(例如通过施加热和/或真空)，该衬里可在胶囊主体200的两个端部之间在侧壁210的面向内的表面上延伸并覆盖该面向内的表面，并且可在其背离室250的表面上延伸并覆盖边缘部分211。
在两种前述方法中的两者中，注射壁220可例如在同一步骤中与胶囊主体200一起形成。优选地，注射壁220可以通过(湿/干)浆模制或通过在形成胶囊主体200之后例如用可生物降解的粘合剂将作为注射壁220的膜或薄膜附接到胶囊主体200而形成。例如，通过(湿/干)浆模制，注射壁220可在相同的方法步骤中与胶囊主体200一起形成，而可能需要第二单独方法步骤以用粘合剂附接注射壁220。胶囊主体200可填充有用于制备饮料的物质500。可以提供递送壁300并将其附接到胶囊主体200上，使得保持层320可以面向(指向)室250。保护层400可以被添加到胶囊100的(周向)表面，其优选地由可生物降解和/或可堆肥材料制成。注射壁220的面向内的表面或面向外的表面(另外可界定室250的表面)的至少一部分可设置有保护层400。
本发明的另外方面涉及上述胶囊100用于在具有胶囊保持器的饮料生产机器中制备饮料的用途。例如，如上所述的胶囊100可被设置并插入饮料生产机器中。优选地，胶囊100放置在饮料生产机器中，使得过滤层310比保持层320更靠近(并最终接触)机器的打开元件。胶囊100的注射壁220可由饮料生产机器的注射喷嘴穿孔，以将流体注射到室250中。流体(诸如液体或液体/气体混合物)可以被注射到室250中，从而导致压力在胶囊100中累积，并且递送壁300将推靠在例如饮料生产机器的打开元件上。当注射流体的压力在室250中达到预先确定的水平时，递送壁300的至少一部分可被打开元件穿孔。优选地，保持层320可以被穿孔。另选地或除此之外，递送壁300可以被设置成使得(例如，关于其材料构型/选择)保持层320可以被穿孔而过滤层310不被穿孔。所制备的饮料可以从胶囊100中排出，其中饮料可以穿过保持层320中的开口和过滤层310(的多孔材料中的腔)，其中保持层320可以比过滤层310更靠近室250，并且过滤层310相对于保持层320设置成与室250相对。
只要由所附权利要求书所涵盖，本发明不受本文以上所述的实施方案的限制。上文描述的实施方案的所有特征可以以任何可能的方式组合并且可互换地提供。例如，胶囊100的制造方法的上述步骤顺序可以任意改变。

Claims (15)

1.一种用于在饮料生产机器中制备饮料的胶囊(100)，其中所述胶囊(100)包括：
-胶囊主体(200)，所述胶囊主体具有界定用于容纳用于制备所述饮料的物质(500)的室(250)的侧壁(210)；
-注射壁(220)，所述注射壁用于将流体注射到所述室(250)中以便在所述流体与所述物质(500)相互作用时制备所述饮料；和
-递送壁(300)，所述递送壁连接到所述胶囊主体(200)以闭合所述室(250)，所述递送壁(300)以分层的方式包括：
o保持层(320)，所述保持层适于在被注射到所述胶囊(100)中的流体的升高压力的作用下与打开元件相互作用时打开，和
o过滤层(310)，所述过滤层用于从经由所述递送壁(300)分配的所制备的饮料中滤出颗粒，
其中所述过滤层(310)和所述保持层(320)中的每一者均由可生物降解材料制成，并且
其中所述过滤层(310)相对于所述保持层(320)设置成与所述室(250)相对。
2.根据权利要求1所述的胶囊(100)，其中所述过滤层(310)和所述保持层(320)中的每一者均由不同的可生物降解且优选地可堆肥的材料制成，其中优选地，所述不同的材料在其相应的物理特性中的至少一个物理特性中进行区分，诸如拉伸强度、延展性、弹性、抗穿刺性、密度、孔隙度、和/或如果适用的话，纤维结构和/或纤维取向。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的胶囊(100)，其中所述保持层(320)，优选地为所述保持层(320)的材料，被构造成使得其提供优选双向屏障以防止液态和/或气态物质进入和/或离开所述室(250)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述保持层(320)，优选地为所述保持层(320)的材料，被构造成使得其对所述室(250)中介于1巴和20巴之间、更优选地介于10巴和20巴之间、最优选地介于12巴和18巴之间的累积压力具有弹性。
5.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述过滤层(310)由可堆肥和/或非织造材料制成，诸如木材或甘蔗浆、纤维素纤维、人造丝纤维、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(丁二酸丁二醇酯-共-己二酸丁二醇酯)(PBS-A/PBSa)、聚羟基丁酸酯(PHB)和/或聚乳酸(PLA)，并且/或者
其中所述过滤层(310)的克重介于10g/m2和150g/m2之间，优选地介于20g/m2和100g/m2之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述保持层(320)由可堆肥的和/或具有限定的、优选闭合的纤维结构的材料制成，诸如至少50％的重量对应于软木浆、纤维素纤维、纸或聚羟基烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)和共聚物、聚丁二酸丁二醇酯(PBS/PBS-A)、生物聚酯、乙酸纤维素、淀粉、聚乙烯醇(PVOH)、其中单体单元中的至少一个单体单元是乙烯醇的聚合物、上述材料的复合物和/或层合物的纤维结构，并且/或者
其中所述保持层(320)的克重介于20g/m2和150g/m2之间，优选地介于30g/m2和100g/m2之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述保持层(320)和所述过滤层(310)在其相对侧上至少部分地彼此接合，优选地通过粘合剂粘结或热密封，其中粘合剂层优选地设置在所述保持层(320)和所述过滤层(310)之间，所述粘合剂层具有可生物降解且优选地可堆肥的材料，诸如植物基淀粉或丙烯酸粘合剂。
8.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述递送壁(300)连接到所述胶囊主体(200)上，优选地连接到界定所述胶囊主体(200)的所述侧壁(210)中的开口(230)的边缘部分(211)，优选地通过粘合剂粘结或热密封，并且其中优选地在所述递送壁(300)、优选所述保持层(320)与所述胶囊主体(200)之间设置有粘合剂层，所述粘合剂层将所述胶囊主体(200)和所述递送壁(300)彼此附接，其中优选地所述粘合剂层至少部分地，优选完全地覆盖所述开口(230)、所述边缘部分(211)和/或所述保持层(320)，优选地在所述保持层(320)的朝向所述室(250)取向的表面上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述胶囊主体(200)、优选所述侧壁(210)、更优选所述边缘部分(211)、和/或所述注射壁(220)包括保护层(400)，所述保护层用于提供优选双向屏障以防止湿气和/或氧气通过并且/或者用于在所述胶囊主体(200)和所述注射壁(220)之间提供密封界面，其中所述保护层(400)由可生物降解且优选可堆肥的材料制成，诸如生物聚合物或聚乙烯醇(PVOH)、其中单体单元中的至少一个单体单元是乙烯醇的聚合物、以及上述材料的复合物或层合物，并且其中优选地，所述保护层(400)由与所述过滤层(310)和/或所述保持层(320)不同的材料制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述胶囊主体(200)和/或所述注射壁(220)包括分层和/或层合结构，并且其中优选地，所述胶囊主体(200)和/或所述注射壁(220)由优选层合的模制浆纤维制成，并且/或者其中所述胶囊主体(200)和所述注射壁(220)由单独件制成或者一体地形成为例如一件。
11.用于制造根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)的方法，包括以下步骤：
-由可生物降解浆材料，诸如纤维素浆、竹浆、甘蔗渣浆或木浆，形成所述胶囊主体(200)；
-优选地与所述胶囊主体(200)一起形成所述注射壁(220)，使得形成用于接收用于制备所述饮料的所述物质(500)的所述室(250)的至少一部分；
-优选地用制备所述饮料所需的所述物质(500)填充所述胶囊主体(200)；
-提供所述递送壁(300)并且例如通过热密封将所述递送壁附接到所述胶囊主体(200)，
其中所述递送壁(300)设置在所述胶囊主体(200)上，使得所述过滤层(310)相对于所述保持层(320)设置成与所述室(250)相对。
12.根据权利要求11所述的用于制造所述胶囊(100)的方法，其中
-要么通过湿浆模制形成所述胶囊主体(200)，其中形成所述胶囊主体(200)的方法包括以下步骤：
o将浆浆料置于模具中，例如通过用所述浆料填充所述模具或通过将所述模具浸入所述浆料中，
o在所述模具中压制所述浆浆料，以及
o干燥如此形成的胶囊主体(200)；
-要么通过干浆模制形成所述胶囊主体(200)，其中形成所述胶囊主体(200)的方法包括以下步骤：
o提供优选干燥的纤维素纤维的坯料，
o优选地在施加热和/或水的情况下，利用工具将所述坯料形成为所述胶囊主体(200)的形状。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的用于制造所述胶囊(100)的方法，其中所述注射壁(220)通过浆模制形成，优选地通过湿或干浆模制形成，更优选地与所述胶囊主体(200)一起形成，和/或通过将作为所述注射壁(220)的膜或薄膜在所述胶囊主体干燥之后例如用可生物降解的粘合剂附接到所述胶囊主体(200)来形成。
14.根据前述权利要求11至13中任一项所述的用于制造所述胶囊(100)的方法，还包括以下步骤：例如通过热成形在所述胶囊主体(200)的至少一部分的、优选地所述侧壁(210)和/或所述注射壁(220)的、更优选地所述边缘部分(211)的至少一部分的、最优选地所述胶囊主体(200)的界定所述室(250)的至少一部分的内表面或外表面上添加由可生物降解和/或可堆肥材料制成的保护层(400)，其中优选地，所述保护层(400)是衬里。
15.根据前述权利要求1至10中任一项所述的胶囊(100)用于在具有胶囊保持器的饮料生产机器中制备饮料的用途。
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