CZ293116B6

CZ293116B6 - Filtr pro nápoje, především kávový filtr, a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ293116B6
Application number: CZ19963541A
Authority: CZ
Inventors: Werner Simon; Lutz Wittenschläger; Fred Bergmann
Original assignee: Melitta Haushaltsprodukte Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 2004-02-18
Also published as: WO1996032043A1; EE9600187A; EP0951854B1; HUP9603411A2; DE19513600C5; NO965196L; NO313904B1; CA2192474A1; FR2732576B3; ATE239411T1; DE59605640D1; AU692701B2; ATE194907T1; PL317465A1; AU5335496A; DE19513600A1; NO965196D0; DK0763994T3; EP0951854A1; AT823U1

Abstract

Vynález se týká filtru pro nápoje, především kávového filtru, a způsobu jeho výroby, přičemž vláknitý materiál, ze kterého je zhotoven, má póry s průměrnou šířkou pórů (d) od asi 0,1 mm do asi 0,4 mm, s výhodou do asi 0,3 mm, měřeno při hustotě vláken, která činí zhruba 50 % původní hustoty vláken materiálu, přičemž u šířky pórů (d.sub.90.n.), která odpovídá 90 % průměrné šířky pórů (d), činí hustota vláken 0 % až asi 40 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu. Materiál se skládá především z papíru. Póry se dále výhodně vytvářejí propichováním jehlami nebo pronikáním vodních paprsků do vláknitého materiálu, přičemž se současně vytvářejí neostré okraje pórů.ŕ

Description

Vynález se týká filtru pro nápoje, především kávového filtru, a způsobu jeho výroby, přičemž vláknitý materiál, ze kterého je zhotoven, má póry s průměrnou šířkou pórů (d) od asi 0,1 mm do asi 0,4 mm, s výhodou do asi 0,3 mm, měřeno při hustotě vláken, která činí zhruba 50 % původní hustoty vláken materiálu, přičemž u šířky pórů (d^), která odpovídá 90 % průměrné šířky pórů (d), činí hustota vláken 0 % až asi 40 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu. Materiál se skládá především z papíru. Póry se dále výhodně vytvářejí propichováním jehlami nebo pronikáním vodních paprsků do vláknitého materiálu, přičemž se současně vytvářejí neostré okraje pórů.

Filtr pro nápoje, především kávový filtr, a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Vynález se týká filtru pro loužené nápoje, především kávového filtru, který má póry, a způsobu výroby takového filtru.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy kávové filtry z papíru, jako Filtertuten® přihlašovatelky. Tyto kávové filtry jsou krepované, aby byl zvětšen jejich povrch, a mají póry, které nejsou pouhým okem patrné nebo jsou sotva viditelné. DE-GM 69 39 904 popisuje kávový filtr s velikostí pórů mezi 5 pm až 20 pm, které umožňují, aby mohly být koloidní částice nesoucí aroma protlačeny filtrem.

DE-OS 28 02 240, DE-OS 34 34 687, DE-OS 36 42 898 a DE-OS 41 35 660 se týkají kávových filtrů, vyrobených z plastové popřípadě kovové fólie, ve kterých jsou vytvořeny ostrohranné otvory popřípadě póry.

Podstata vynálezu

Vynález řeší úkol vytvořit filtr pro nápoje, především kávový filtr, který lze jednoduše vyrobit a vylepšit filtrát, jako je káva, jakož i způsob výroby takového filtru.

Tato úloha je řešena filtrem, popřípadě způsobem výroby filtru podle nároků.

Základem vynálezu je myšlenka vytvořit filtr pro nápoje, především kávový filtr, který je vyroben ze savého, pavučinového popřípadě vláknitého materiálu, ve kterém jsou vytvořeny póry s průměrnou šířkou pórů od 0,1 mm do asi 0,4 mm, s výhodou do asi 0,3 mm, měřeno při hustotě vláken, která činí zhruba 50 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu.

Pod původní nebo průměrnou hustotou vláken materiálu filtru je chápána hustota vláken materiálu před vytvořením uvedených pórů, popřípadě hustota vláken materiálu po celém povrchu filtru.

Filtr podle vynálezu je vyroben z vhodného papíru a pavučinového materiálu z přírodních a/nebo syntetických vláken na bázi celulózy a/nebo z vláken ze syntetických polymerů, jakož i ze směsí uvedených vláken. Plošná hmotnost výhodných materiálů činí zhruba 10 až zhruba 100 g/m². Vláknitý materiál je výhodně filtrační papír, který byl doposud používán pro Filtertuten®. Při vytvoření pórů v tomto materiálu, k čemuž dochází především vpichováním jehel nebo vodními paprsky, nejsou okraje popřípadě hrany pórů ostré, ale podmíněno vláknitým materiálem neostré popřípadě roztřepené popřípadě porézní.

Póry takové velikosti lze obzvlášť jednoduše vyrobit a vylepšují především chuť kávového filtrátu. Překvapujícím způsobem filtrují tyto póry navzdory své relativně velké průměrné šíři dokonce i práškové částice, jako kávové částice, které mají podstatně menší velikost, až k 10 pm. Tento efekt je pravděpodobně založen na relativně velkých kapilárních silách, působících na neostré hrany pórů.

Vytvořením pórů s průměrnou šíří pórů větší než zhruba 0,1 mm je zvýšen filtrační výkon popřípadě hodnota průtoku filtru. Tím je zamezeno problémům s ucpáním popřípadě přetečením

- 1 CZ 293116 B6 filtru především při použití v kávovarech. Většími póry ve filtru kromě toho může filtrem projít podstatně více koloidních, aroma nesoucích částí, a alkaloidy, jako kofein, které jsou běžnými papírovými filtry během filtrování snadno z kávy adsorbovány, nejsou zadržovány jako v běžných papírových filtrech. Tím je vylepšena chuť filtrátu, zejména při filtrování kávy.

Při použití vláknitých materiálů s takovými velkými póry nesnižuje případné nabobtnání materiálu filtru jeho propouštěcí vlastnosti tak znatelně, jako u běžných filtračních papírů.

Zvětšení šíře pórů ve srovnání s běžnými kávovými filtry z papíru má dále tu výhodu, že filtr podle vynálezu může být použit pro větší počet nápojů, především pro jiné, méně běžné druhy kávy, jako espreso, sladovou, obilnou, karamelovou kávu. Kromě toho již není potřebné krepování materiálu filtru, což vede ke snížení nákladů.

Na základě průměrné šířky pórů do 0,6 mm nebo také při 0,7 mm ve vláknitém materiálu je zamezeno tvoření usazeniny ve filtrátu a viditelnému zakalení filtrátu.

Výhodným průměrným rozsahem šíře pórů od asi 0,1 mm do asi 0,4 mm a dále výhodně do asi 0,3 mm jsou kromě toho zadrženy lipidy obsažené v kávě, takže se nedostanou do filtrátu a nemohou negativně ovlivňovat hodnoty cholesterolu konzumentů. Bylo dokázáno, že především lipidy obsažené v kávě trvale zvyšují obsah cholesterolu v krvi konzumentů a mohou působit jako zdraví ohrožující (srovnej Identity of the cholesterol-raising factor from boiled coffee and its effects on liver function enzymes v Joumal of Lipid Research, díl 35,1994).

Výhodně činí volná plocha pórů až 20 % celkové plochy filtru. Přišlo se na to, že takový podíl volné plochy pórů právě kvůli pórovitosti ve filtračním papíru umožňuje uspokojující filtrační účinek. Při větším podílu volné plochy otvorů dochází zesíleně ke tvoření usazenin ve filtrátu. Při průměrné šíři pórů od asi 0,3 mm ve filtru podle vynálezu a volné ploše pórů od 20 % nedochází dále ke zvýšené propustnosti nežádoucích kávových lipidů působících neprospěšně na zdraví.

Kromě toho se přišlo na to, že zpracovatelnost papíru a jeho pevnost v tahu není omezována udanou oblastí průměrné šíře pórů, takže filtr podle vynálezu zůstává stabilní, reliéfním vyražením spojené části filtru nejsou zeslabené a je také zamezeno i dalším problémům s obalováním a zpracováním.

S výhodou přibývá průměrná šířka pórů a/nebo plošná hustota pórů směrem k oblasti filtru, která se při vložení nachází dole. Tím je zesílen průběh v dolní oblasti filtru, tedy v oblasti, ve které se ve srovnání s dalšími oblastmi nachází větší množství mleté kávy. Přitom je propustnost filtru podle vynálezu sladěna především tak, aby průchod filtrátu filtrem zůstával po celé výšce tekutiny ve filtru přibližně stejný. Tím jsou rozdílným množstvím nápojových částic a rozdílnými tlaky vyrovnávány rozdíly v propustnosti a nápoj je lépe a rovnoměrněji využit.

Dále výhodně jsou u filtru podle vynálezu póry vytvořeny a uspořádány tak, že tvoří určitou perforační linii, podél které může být filtr oddělením perforační linie cíleně zmenšen. U kávového filtruje tak možné například filtr určený pro velikost filtrového držáku 1x4 zmenšit na velikost filtrového držáku 1x2.

Dodatečně nebo alternativně mohou být póry vytvořeny a uspořádány tak, že tvoří ve filtru určitou zlomovou čáru, která podporuje rozevření filtru na určitých místech, jako v blízkosti reliéfních vyražení.

-2CZ 293116 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje:

obr. 1 schematické zobrazení bokorysu způsobu provedení filtru podle vynálezu, obr. 2 zvětšený výřez A z obr. 1 se schematickým zobrazením výhodných pórů, obr. 3 zvětšený výřez A z obr. 1 s dalším způsobem provedení výhodných pórů, obr. 4 schematické zvětšení výřezu B z obr. 2, obr. 5 zobrazení rozdělení vláknitého materiálu v oblasti póru podle obr. 4, obr. 6 REM-snímek se 100-násobným zvětšením póru vytvořeného ve filtru podle vynálezu ojehleným válečkem, obr. 7 REM-snímek podle obr. 6 s 200-násobným zvětšením, obr. 8 REM-příjem se 102-násobným zvětšením filtru podle vynálezu sporem vytvořeným vodním paprskem, obr. 9 REM-snímek se 106-násobným zvětšením filtru podle vynálezu s dalším pórem vytvořeným vodním paprskem, obr. 10 REM-snímek se 400-násobným zvětšením filtru podle vynálezu sporem vytvořeným výbojem napětí, obr. 11 REM-snímek dalšího póru podle obr. 8 vytvořeného výbojem napětí, obr. 12 statistický diagram s obsahem kávových usazenin z filtrátů filtrovaných rozdílnými filtry, obr. 13 další statistický diagram s obsahem kávových usazenin z filtrátů filtrovaných rozdílnými filtry, a obr. 14 zobrazení přírůstku průtoku závisle na ploše pórů.

Příklady provedení vynálezu

Filtr 1 podle vynálezu podle obr. 1 je především tvořen dvěma na sobě složenými vrstvami filtračního materiálu. Tyto vrstvy jsou spojeny podél dolní a boční oblasti hrany 3, například reliéfním vyražením. Na obr. 1 je viditelná nejvrchnější vrstva 2 materiálu filtru.

Materiál filtru má póry 5, které jsou zobrazené například na obr. 2 a 3. Tyto póry 5 jsou výhodně podél čáry 4 uspořádány a vytvořeny tak, že tvoří perforační linii oběma vrstvami filtru. Podél této perforační linie 4 je tedy homí díl filtru jednoduchým způsobem oddělitelný, aby se filtr mohl použít také pro menší držáky filtru. Mimo oblast hrany 3, avšak v její blízkosti, tvoří kromě toho póry především zlomové linie 6, aby se filtr jednoduchým způsobem ve známém držáku filtru od sebe oddělil a otevřel, aby se například ulehčilo naplnění kávovým práškem.

-3CZ 293116 B6

Z obr. 2 a 3 je zřejmé, že póry 5 ve filtru podle vynálezu mohou mít libovolný tvar, pokud mají účinnou průměrnou šíři pórů d od minimálně asi 0,1 mm a výhodně do asi 0,7 mm měřeno při hustotě vláken, která činí asi 50 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu.

Na obr. 2 zobrazené, v podstatě kulaté póry 5 jsou výhodné, neboť mohou být vytvořeny relativně jednoduchým zpracováním materiálu filtru. Především jsou přitom póry ve vláknitém materiálu vytvořeny vrtáním, vyřezáváním, horkem a výboji napětí. Dále výhodně je vláknitý materiál válcován ojehleným válečkem nebo zpracován vodními paprsky. Propichování jehlami k vytvoření filtru podle vynálezu je obzvlášť jednoduše proveditelné a zaujímá oproti dalším způsobům, jako například vytvoření pórů laserem, frézováním nebo děrováním, větší výhodu co se týče nákladů a struktury, která bude následně podrobněji popsána. Při propichování vláknitého materiálu ojehleným válečkem jsou póry v pohledu shora lehce hruškovité, což je způsobeno výkyvným pohybem jehliček upevněných na válečku vzhledem k procházejícímu pruhu materiálu.

Obr. 4 ukazuje zvětšení výřezu B z obr. 2. Přitom se má především zdůraznit, že pór podle vynálezu, vytvořený ve vláknitém materiálu, nemá žádnou ostrou hranu, nýbrž neostrou popřípadě porézní. Taková struktura je způsobena například propichováním vláknitého materiálu jehlami, které v první linii částečně elastický materiál zatlačí a neodstraní. Na základě charakteru vláken materiálu se tvoří pór s průměrnou šířkou póru d. Tato struktura způsobuje zvýšení kapilárních sil filtrované tekutiny obzvláště na okrajích pórů, čímž je zvýšeno filtrační působení jednoduše zhotovených pórů.

Obr. 5 ukazuje statistické rozdělení vláknitého materiálu v oblasti póru, jako například póru podle obr. 4. Přitom je na horizontální ose nanesena šířka póru a na vertikální ose hustota vláken v oblasti póru. V bližším okolí póru se snižuje hustota vláken materiálu směrem ke středu póru. Přitom je stoupání statistického rozdělení závislé na materiálu a na druhu vytvoření póru. U průměrné šířky póru d činí podle vymezení hustota vláken 50 % hustoty vláken původního materiálu, tzn. materiálu před vytvořením pórů nebo průměrné hustoty vláken materiálu (poloviční hodnota hustoty vláken).

Materiál podle vynálezu má při šířce pórů d^, která odpovídá 90 % průměrné šířky pórů d, hustotu vláken od asi 0 % do asi 40 %. Výhodná je hustota vláken při šířce póru d₉o od asi 0 do 20 % a ještě více výhodná od asi 5 % do 15 % původní nebo průměrné hustoty vláken.

Vláknitost materiálu v oblasti póru je uvedena do souladu s chemickou a fyzikální konzistencí nápoje.

REM-snímky podle obrázků 6 a 7 jasně ukazují neostrou hranu póru ve filtru podle vynálezu. Vlákna vláknitého materiálu jsou propichováním jehlami částečně zatlačena na okraj a částečně roztrhána popřípadě oddělena.

Obrázky 8 a 9 zobrazují póry vytvořené vodními paprsky. U těchto pórů se mění hustota vláken směrem ke středu póru jen velmi pomalu. Makroskopicky vykazuje takto zpracovaný filtr hrubou strukturu s mikroskopicky malými volnými průchozími otvory.

Obrázky 10 a 11 ukazují, že vytvoření pórů výboji napětí vlákno na okrajích pórů zdánlivě svaří dohromady a na okrajích vytvoří porézní strukturu.

Obr. 12 ukazuje statistický diagram ke stanovení usazeniny. Symbolem * je přitom znázorněn statisticky signifikantní rozdíl k referenci R (LORD-Test, dvoustranný, 95 % pravděpodobnost). Jsou přitom, ukázány průměrné hodnoty x se standardními odchylkami S. První čtyři vzorky jsou neděrované běžné papírové porovnávací kávové filtry. Na pátém místě následuje takzvaný zlatý filtr, který se skládá z proříznuté kovové fólie s póry o rozměrech 0,18 mm x 2 mm. Na šestém

-4CZ 293116 B6 až desátém místě jsou zobrazeny jehlami propichované vzorky filtru podle vynálezu s průměrnou šířkou pórů od asi 0,25 mm. Na dvanáctém místě se nachází symbolem PJ2 označený vzorek filtru podle vynálezu, u kterého jsou prostřednictvím způsobu vodních paprsků vytvořeny póry s průměrnou šířkou pórů od 0,2 mm do 0,3 mm. Na posledním místě se nachází děrovaný vzorek, kde jsou do běžného filtračního papíru vytvořeny póry s průměrem od 0,6 mm. Všechny zobrazené hodnoty pocházejí ze strojové filtrace.

Je přitom zřejmé, že při použití vláknitého materiálu je usazeninou podmíněné zakalení kávového filtrátu oproti filtru s ostrými okraji pórů zjevně sníženo.

Obr. 13 srovnává především tvoření usazeniny při strojové filtraci s tvořením usazeniny při ruční filtraci. První čtyři vzorky jsou běžné papírové kávové filtry. Na pátém místě je zobrazen filtr podle vynálezu děrovaný způsobem vodních paprsků, jako filtr PJ2 na obrázku 12, přičemž homí třetina filtru je utěsněna silikonem. Na šestém místě je zobrazen zcela děrovaný filtr se šířkou póru od 0,6 mm. Potom následují filtry zobrazené již v souvislosti s obr. 12.

Na obr. 13 je jasně viditelné, že se prospěšný efekt filtru podle vynálezu, zobrazený v souvislosti s obr. 12, ještě zřetelně zvyšuje při ruční filtraci místo strojové filtrace.

Obr. 14 ukazuje přírůstek průtoku různých vzorků závislý na ploše pórů. Přírůstek průtoku je parametr filtračního papíru zjištěný na zkušebním vzorku s vymezenou plochou a předem vymezeným tlakem vody a teplotou vody. Plocha pórů je součinem velikosti pórů (mm²) a počtu (na cm²), r je statistický korelační koeficient pro vyrovnávací přímku.

U vzorku pronikaného vodními paprsky je změna průtoku vyvolána tenkými místy (silně snížená hustota vláken) popřípadě porezitou papíru kávového filtru a dodatečně vytvořenými póry. To by odpovídalo nepropustnému materiálu filtru s póry s průměry od asi 0,5 mm. Takový filtr je tedy vhodný pro účely, kdy je zapotřebí vysokého stupně průtoku i dobré filtrace, aby se zamezilo například přetečení filtru při automatické filtraci v kávovaru.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Filtr pro nápoje, především kávový filtr, přičemž filtr (1) je zhotoven z vláknitého materiálu a má póry (5) s průměrnou šířkou pórů (d) od asi 0,1 mm do asi 0,4 mm, s výhodou do asi 0,3 mm, měřeno při hustotě vláken, která činí asi 50 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu, přičemž u šířky pórů (d₉₀), která odpovídá 90 % průměrné šířky pórů (d), činí hustota vláken 0 % až asi 40 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu.

2. Filtr podle nároku 1, vyznačující se tím, že u šířky pórů (d₉o), která odpovídá 90 % průměrné šířky pórů (d), činí hustota vláken 0 % až asi 20 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu.

3. Filtr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, žeu šířky pórů (d₉₀), která odpovídá 90 % průměrné šířky pórů (d), činí hustota vláken asi 5 % až asi 15 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu. ⁴

4. Filtr podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že u šířky pórů (d₉₀), která odpovídá 90 % průměrné šířky pórů (d), činí hustota vláken asi 10 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu.

-5CZ 293116 B6

5. Filtr podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že filtr má volnou plochu pórů, která činí až asi 20 % celkové plochy filtru.

6. Filtr podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že filtr (1) je zhotoven z vhodného papíru.

7. Filtr podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že póry (5) jsou zhotoveny propichováním vláknitého materiálu jehlami.

8. Filtr podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že póry (5) jsou zhotoveny vodními paprsky pronikajícími vláknitým materiálem.

9. Filtr podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že průměrná šířka pórů (d) a/nebo plošná hustota pórů (5) přibývá směrem k oblasti filtru (1), nacházející se při nasazení dole.

10. Filtr podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že póry (5) jsou vytvořené a uspořádané tak, že tvoří perforaci (4), aby oddělením perforace (4) mohl být filtr (1) zmenšen, a byl tak vložitelný do menšího držáku filtru.

11. Filtr podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že póry (5) jsou vytvořené a uspořádané tak, že tvoří linii zlomu (6), která podporuje otevírání filtru (1) při vsazení do držáku filtru.

12. Způsob k výrobě filtru podle některého z předcházejících nároků, s výrobními kroky: příprava vláknitého materiálu a vytvoření pórů (5) v materiálu s průměrnou šířkou pórů (d) od asi 0,1 mm do asi 0,4 mm, s výhodou do asi 0,3 mm, měřeno při hustotě vláken, která činí zhruba 50% původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu, přičemž u šířky pórů (ds>o), která odpovídá 90 % průměrné šířky pórů (d), činí hustota vláken 0 % až asi 40 % původní nebo průměrné hustoty vláken materiálu.

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že póry (5) se vytvářejí propichováním jehlami.

14. Způsob podle nároku 12 nebo 13, vyznačující se tím, že se vytvářejí válcováním ojehleným válečkem.

15. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že póry se vytváří pronikáním vodních paprsků do materiálu.

8 výkresů

-6CZ 293116 B6