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Die Erfindung betrifft ein Portionskapselsystem für die Aufnahme von Kaffeepulver und die Zubereitung eines Kaffeegetränkes, mit mindestens einem, insbesondere topfförmigen, Behälter, mit mindestens einem den Behälter gas - und/oder aromadicht verschließenden, Deckelelement, mit mindestens einem Filterelement, wobei der Behälter und das Deckelelement bevorzugt aus mindestens einem nachwachsenden organischen Material, insbesondere aus mindestens einem thermoplastischen Biopolymer, das biologisch abbaubar, kompostierbar, geschmacksneutral und/oder physiologisch unbedenklich ist und das vorzugsweise zu der Gruppe der thermoplastischen Polysaccharide gehört sowie der Vorschrift EN 13432 für kompostierbare Biopolymere genügt, und wobei der Behälter aus einer Kunststofffolie tiefgezogen, blastechnisch oder im Kunststoff - Spritzgussverfahren geformt ist und das Deckelelement bevorzugt aus einer flexiblen Kunststofffolie gebildet ist, und mit mindestens einer biologisch abbaubaren, kompostierbaren, geschmacksneutralen und physiologisch unbedenklichen CO2 Barriere, die an den äußeren und/oder an die inneren Oberflächen des Behälters und des Deckelelementes diese zumindest vollständig oder nahezu vollständig bedeckend anordenbar ist und/oder die im Material des Behälters und/oder Deckelelements gebildet ist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Portionskapselsystems.
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Zur Zubereitung eines Getränkes, insbesondere Espresso, wird die jeweilige Portionskapsel in die geöffnete Brühkammer eines Getränkezubereitungsgerätes eingelegt, die aus einem ersten ortsfesten Kammerteil und einem zweiten, gegenüber dem ersten Kammerteil horizontal oder vertikal verschiebbaren Kammerteil besteht. Je nach Bauart der Brühkammern sind im ersten oder zweiten Kammerteil Öffnungsmittel zum Öffnen der Portionskapsel zur Versorgung der Portionskapsel mit dem Brühwasser und im ersten oder zweiten Kammerteil Öffnungsmittel zum Öffnen der Portionskapsel und zum Auslauf des Getränkes angeordnet. Für den Brühvorgang und zur Extraktion der Portionskapsel wird die Brühkammer geschlossen. Dabei stechen die Einstechmittel für die Zuführung des Brühwassers und den Ablauf des Getränkes in die Portionskapsel ein. Anschließend wird das Brühwasser durch die von den Einstechmitteln für den Brühwasserzulauf in die Portionskapsel gestochenen Öffnungen mit Druck in die Portionskapsel gedrückt, und das entstandene Kaffeegetränk fließt durch die von den Öffnungsmitteln für den Getränkeablauf in die Portionskapsel gestochenen Öffnungen, auf der der Wassereintrittsseite gegenüberliegenden Seite der Portionskapsel ab.
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Stand der Technik zum Erreichen von Gas - und Aromafestigkeit für Kunststoffbehälter sind Verfahren, bei denen die fertigen Behälter, wie zum Beispiel Getränkeflaschen aus PET, oder auch plane Folien mit einer SiOx Barriere versehen werden.
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Für die Anwendung des Verfahrens für aus Kunststofffolien im Tiefzieh- oder Blasverfahren oder im Kunststoff - Spritzgussverfahren gefertigte topfförmigen Portionskapseln für Kaffeepulver, die aus biologisch abbaubaren und kompostierbaren Materialien gebildet sind, sind diese aufwendigen Verfahren aus verfahrenstechnischen Gründen aber ungeeignet, insbesondere da die SiOx Beschichtung bei dem Tiefziehvorgang aufbricht und damit die Gasdichtigkeit verloren geht.
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Der Stand der Technik zum Erreichen von Gas- und Aromafestigkeit von topfförmigen Portionskapseln umfasst daher Portionskapseln aus einem aus Aluminiumfolie tiefgezogenem Topf, der mit einem Deckelelement aus Aluminiumfolie gas- und aromadicht verschlossen ist, oder Portionskapseln aus einem, aus einer gas- und aromadichten Kunststofffolie tiefgezogenen oder im Kunststoff-Spritzgussverfahren geformten gas- und aromadichten Kunststofftopf, der mit einem gas- und aromadichten Deckelelement aus einer Aluminium - oder Kunststofffolie verschlossen ist.
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Bei der Verwendung von Aluminium kann jedoch nie ganz ausgeschlossen werden, dass die bei dem Brühvorgang aus dem Kaffee austretenden Säuren mit dem Aluminium eine möglicherweise physiologisch bedenkliche Verbindung eingehen könnten.
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Ferner gestaltet sich das Recyceln von Aluminiumkapseln schwierig und unwirtschaftlich.
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Für aus Kunststofffolien tiefgezogene oder im Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellte Kapseln werden physiologisch unbedenkliche Kunststoffe, die keine Geschmacksbeeinflussung des gebrühten Kaffees verursachen, verwendet, die nach dem Befüllen und Verschließen der Kapsel über einen vertretbar langen Zeitraum gas- und aromadicht sind.
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Die aus Kunststofffolien tiefgezogene oder im Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellte Kapseln sind jedoch nicht oder nur bedingt biologisch abbaubar.
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Ferner gibt es Kaffeeportionskapseln, die aus biologisch abbaubaren kompostierbaren Kunststoffen gebildet sind, die bevorzugt aus nachwachsenden organischen Ressourcen gewonnen werden und über den Hausmüll oder problemlos über andere Entsorgungsmöglichkeiten entsorgt werden können.
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Diese kompostierbaren Kunststoffe haben aber den Nachteil, dass die aus diesen Materialien gefertigten Kapseln nicht gas- und aromadicht sind und deshalb, um ein Eindiffundieren des die Kapseln umgebenden Luftsauerstoffes in die Kapsel zu verhindern, zu mehreren in einer mit Schutzgas gefüllten gas - und aromadichten Kunststofffolien - Verpackung oder in Kunststofffolien Einzelverpackungen verpackt sind, wobei diese Verpackungen aus nicht oder nur bedingt biologisch abbaubaren oder kompostierbaren Kunststofffolien bestehen, und damit die biologische Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit der Kapseln konterkarieren.
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Ein gattungsgemäßes Portionskapselsystem ist bekannt aus
US 2011 / 0 244 085 A1 .
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Eine Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, ein Portionskapselsystem vorzuschlagen, das biologisch abbaubar ist und durch das eine oxidative Beeinträchtigung des Kaffeepulvers zumindest reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein eingangs genanntes Portionskapselsystem gelöst bei dem die CO2 Barriere aus einer, den Behälter und das Deckelelement gas - und aromadicht versiegelnden Molkenprotein WHEY Versiegelung gebildet ist.
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Dadurch, dass die CO2 Barriere aus einer, den Behälter und das Deckelelement gas - und aromadicht versiegelnden Molkenprotein WHEY Versiegelung gebildet ist, läßt sich auf einfache und kostengünstige Weise eine CO2 Barriere bilden.
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Das Portionskapselsystem für die Aufnahme von Kaffeepulver ist aus einer Portionskapsel, bestehend aus einem Behälter und einem den Behälter gas- und aromadicht verschließenden Deckelelement, einem Filterelement und Mitteln zum gas - und aromadichten Abdichten der Portionskapsel, und Mitteln zur Aromasicherung des in der Portionskapsel befindlichen Kaffeepulvers gebildet.
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Das Portionskapselsystem kann ferner für die Aufnahme von anderen Pulvern, wie Tee, Kakao, Gewürze oder Pflanzen geeignet sein.
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Der Behälter ist bevorzugt topfförmig oder aber andersförmig ausgebildet und im Tiefzieh - oder Blasverfahren aus einer Kunststofffolie oder im Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt, und das Deckelelement ist bevorzugt aus einer flexiblen Kunststofffolie gebildet.
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Bevorzugt sind der Behälter, das Deckelement und das Filterelement aus nachwachsenden organischen thermoplastischen Biopolymeren gebildet, die biologisch abbaubar, kompostierbar, geschmacksneutral und physiologisch unbedenklich sind und vorzugsweise zu der Gruppe der Polysaccharide, insbesondere Maisstärke, Kartoffelstärke oder Cellulose gehören, wobei aber auch andere Materialien, die den vorgenannten Bedingungen und der Vorschrift EN 13432 für kompostierbare Biopolymere genügen, einsetzbar sind.
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Der Behälter kann eine geschlossene Bodenseite und eine gegenüberliegende, offene, mit dem Deckelelement verschließbare Einfüllseite aufweisen.
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Die die Bodenseite mit der Einfüllseite verbindende Behälterwand kann eine Außen -und eine Innenseite besitzen und in der Nachbarschaft zum Deckelelement einen etwa zylindrischen, sich geradlinig verjüngenden und/oder sich geradlinig erweiternden Abschnitt aufweisen, an dem auf der Außenseite der Einfüllseite des Behälters ein Kragenrand zur Aufnahme des Deckelelementes angeordnet ist.
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Die Außenseite der Behälterwand bildet insbesondere die Oberfläche hin zur äußeren Umgebung. Die Innenseite der Behälterwand bildet insbesondere die Oberfläche hin zum innenliegenden Hohlraum des Behälters zur Aufnahme des Kaffeepulvers.
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Der Behälter kann im Wesentlichen formstabil ausgebildet sein, das Deckelement kann nach Art einer flexiblen Folie ausgeführt sein. Das Deckelelement kann nach dem Befüllen des Behälters fest mit dem Behälter verbunden oder lösbar haftend angeordnet sein.
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Die Erfindung basiert auf dem Effekt, dass aus dem frisch gemahlenen Kaffeepulver, das, um einen Aromaverlust zu vermeiden, unmittelbar nach dem Mahlvorgang in den Behälter des Portionskapselsystens gefüllt und der Behälter nach dem Befüllen mit dem Deckelelement gasdicht verschlossen wird, CO2 ausgast, was bei gasdichten Portionskapseln zu einem starken CO2 Überdruck in der Portionskapsel führen kann.
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Dieser Innendruck ist erheblich grösser als der die Portionskapsel umgebende, unter Atmosphärendruck stehende, Luftsauerstoff, und verhindert damit ein Eindiffundieren von Sauerstoff in die Portionskapsel und eine oxidative Schädigung des Kaffeepulvers und der Aromastoffe. Der CO2 Überdruck wirkt damit als eine systemimmanente natürliche Schutzgasatmosphäre in der Portionskapsel, und sollte deshalb über einen möglichst langen Zeitraum erhalten bleiben.
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Im Unterschied zum Stand der Technik wird erfindungsgemäß nicht das Eindiffundieren von Sauerstoff in die Portionskapsel, sondern das Ausdiffundieren von CO2 aus der Portionskapsel verhindert.
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Die äußeren und/oder die inneren Oberflächen oder die äußeren und die inneren Oberflächen des Behälters und des Deckelelementes können vollständig mit einer filmbildenden, biologisch abbaubaren, kompostierbaren, geschmacksneutralen und physiologisch unbedenklichen CO2 Barriere versiegelt sein, oder die CO Barriere ist mittels Nanopartikeln gefüllten Poren der Struktur des Biopolymers, aus dem der Behälter und das Deckelelement geformt sind, gebildet.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die CO2 Barriere eine filmbildende CO2 Barriere und/oder mittels mit Nanokohlenstoff-Partikeln (Russ) gefüllte Poren der Struktur des Biopolymers, aus dem der Behälter und/oder das Deckelelement geformt sind. Hierdurch ist das Portionskapselsystem bauteilreduziert und kompakt ausbildbar. Die Nanopartikel haben bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 100 bis 300 nm.
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Da die WHEY CO2 Barriere, bzw. die CO2 Nanopartikel Barriere, die die Portionskapsel gas - und aromadicht hermetisch versiegeln, kann auch die während des Befüllens und nach dem Verschließen der Portionskapsel in der Portionskapsel verbleibende Restsauerstoffmenge, die oxidativ auf das Kaffeepulver wirken kann, nicht aus der Portionskapsel austreten.
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Zur Resorption des Restsauerstoffes, der nach dem Verschließen des Behälters mit dem Deckelelement in der so gebildeten Portionskapsel verbleibt, kann in der Portionskapsel ein Scavenger angeordnet sein. Unter einem Scavenger wird ein Sauerstofffänger verstanden.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Portionskapselsystem mindestens einen im Behälter angeordneten Scavenger (Sauerstofffänger) umfasst, der biologisch abbaubar, kompostierbar, geschmacksneutral und physiologisch unbedenklich ist, insbesondere wobei der Scavenger in Gänze aus einem Scavengermaterial gebildet ist oder eine Beschichtung aus Scavengermaterial umfasst und insbesondere durch ein mit Scavengermaterial beschichtetes Inlay umfasst.
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Hierdurch kann auf einfache Weise der Restsauerststoff in der Portionskapsel absorbiert werden.
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Der Scavenger kann unmittelbar auf den inneren Oberflächen des Behälters und/oder des Deckelelementes angeordnet sein oder unmittelbar auf der CO2 Barriere, insbesondere auf der inneren Oberfläche des Behälters angeordnet sein. Ferner kann der Scavenger in Form von Nanomaterial - Partikeln in der Struktur des Biopolymers, aus dem der Behälter und das Deckelelement gebildet sind, angeordnet sein.
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Der Scavenger kann also in Form eines aus der Scavengersubstanz gebildetes oder mit dem Scavenger beschichtetes Inlay sein, oder kann direkt auf den inneren Oberflächen des Behälters, des Deckelelementes und/oder des Filterelementes in Form einer filmbildenden Lackmatrix appliziert sein.
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Darüber hinaus ist es denkbar, dass der Scavenger mit einer sauerstoffzehrenden Komponente gebildet ist, die nach geeigneter Triggerung gegenüber Sauerstoff reaktiv ist.
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Bei einer Ausführungsform des Portionskapselsystems, erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Filterelement ein Material umfasst, das biologisch abbaubar, kompostierbar, geschmacksneutral und physiologisch unbedenklich ist.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Portionskapselsystems, mit mindestens einem der zuvor genannten Merkmalen, umfassend mindestens die folgenden Schritte:
- Formen des Behälters aus einer thermoplastischen Biopolymerfolie im Tiefzieh- oder Blasverfahren oder aus für Spritzguss geignetem thermoplastischen Biopolymer im Kunststoff-Spritzgussverfahren und Formen des Deckelelementes, bevorzugt aus einer planen Biopolymerfolie, sowie Bereitstellen des Filterelementes;
- Bereitstellen einer Molkenprotein WHEY CO2-Barriere auf der Außenseite und/oder der Innenseite des Behälters und des Deckelelementes;
- Einbringen eines Scavengers in den Behälter und Aktivieren des Scavengers mittels geeigneter Triggerung;
- Füllen des Behälters mit Kaffeepulver und Einbringen des Filterelements in den Behälter, oder Einbringen des Filterelementes in den Behälter und Füllen des Behälters mit Kaffeepulver; und
- Verschließen des Behälters mit dem Deckelelement.
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Bei einer Weiterbildung des Verfahrens erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Bereitstellen einer CO2-Barriere ein Aufbringen einer CO2 Barriere mittels eines Sprüh- oder Tauchverfahrens auf die Außenseiten und/oder die Innenseiten des Behälters und des Deckelelementes mittels eines Sprüh- oder Tauchverfahrens und Trocknen der CO2 Barriere umfasst und/oder wenn das Bereitstellen einer CO2 Barriere auf die Außenseiten und/oder die Innenseiten des Behälters und des Deckelelementes durch porenfüllende Nanokohlenstoff - Partikel im Material des Behälters und/oder des Deckelelements Material umfasst.
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Durch das Sprüh- oder Tauchverfahren kann das Portionskapselsystem versiegelt werden.
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Schließlich kann bei einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass das Einbringen eines Scavengers in den Behälter ein Einlegen des Scavengers in den Behälter umfasst und/oder dass das Einbringen des Scavengers ein Enthalten des Scavengers im Material des Behälters oder des Deckelelement umfasst.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen des Portionskapselsystems sowie des Verfahrens.
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des Portionskapselsystems;
- 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Portionskapselsystems;
- 3 Ein schematisches Ablaufdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Figuren zeigen ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehenes Portionskapselsystem für die Aufnahme von Kaffeepulver 13 und die Zubereitung eines Kaffeegetränkes.
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Das Portionskapselsystem 1 hat einen topfförmigen, Behälter 2 und ein den Behälter 2 gas- und/oder aromadicht verschließendes Deckelelement 16. Darüber hinaus umfasst das Portionskapselsystem 1 ein Filterelement 15.
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Behälter 2 und Deckelelement 16 sind aus einem nachwachsenden organischen Material, insbesondere aus mindestens einem thermoplastischen Biopolymer, das biologisch abbaubar, kompostierbar, geschmacksneutral und/oder physiologisch unbedenklich ist und das vorzugsweise zu der Gruppe der thermoplastischen Polysaccharide gehört sowie der Vorschrift EN 13432 für kompostierbare Biopolymere genügt, hergestellt.
Der Behälter 2 ist aus einer Kunststofffolie tiefgezogen, blastechnisch oder im Kunststoff -Spritzgussverfahren geformt. Das Deckelelement 16 ist aus einer flexiblen Kunststofffolie gebildet.
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Das Portionskapselsystem 1 umfasst bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen eine biologisch abbaubare, kompostierbare, geschmacksneutrale und physiologisch unbedenkliche CO2 Barriere, die an den äußeren und/oder an die inneren Oberflächen 4,5,10,11 des Behälters 2 und des Deckelelementes 16 diese vollständig oder zumindest nahezu vollständig bedeckend anordenbar ist.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Portionskapselsystems 1, bei dem der Behälter 2 einen im Wesentlichen planen Boden 7 und eine Behälterwand 3 aufweist, an der auf der offenen Einfüllseite E des Behälters 2 ein radial nach auswärts gerichteter Kragen 6 angeordnet ist, der die Behälterwand 3 mit dem Deckelelement 16 verbindet.
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Auf der Innenseite 11 des Deckelelementes 16 ist ein Filterelement 15 und auf der Innenseite 8 des Behälterbodens 7 ist ein Scavenger 14 angeordnet.
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Das Portionskapselsystem 1 nimmt in einem zwischen dem Filterelement 15 und der Innenseite 8 des Behälterbodens 7 geformten Hohlraum 12 Kaffeepulver 13 auf.
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Auf den Innenseiten 5,11 und/oder den Außenseiten 4, 10 des Behälters 2 und des Deckelelements 16 ist eine Molken WHEY CO2 Barriere appliziert, oder die CO2 Barriere ist mittels porenfüllenden Nanokohlenstoff Partikeln in der Struktur des Behälter - und Deckelelementmaterials gebildet. Der Brühwassereinlauf E erfolgt über den Behälterboden 7. Der Getränkeauslauf A erfolgt über das Deckelelement 16.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsform des Portionskapselsystems 1, das sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das Filterelement 15 auf der Innenseite 8 des Behälterbodens 7, und der Scavenger 14 auf der Innenseite 11 des Deckelelementes 16 angeordnet ist, und dass der Brühwassereinlauf E über das Deckelelement 16 und der Getränkeauslauf A über den Behälterboden 7 erfolgt.
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3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Portionskapselsystems.
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In einem ersten Schritt 100 erfolgt ein Formen des Behälters aus einer thermoplastischen Biopolymerfolie im Tiefzieh- oder Blasverfahren oder aus für Spritzguss geeignetem thermoplastischen Biopolymer im Kunststoff-Spritzgussverfahren. Zusätzlich erfolgt ein Formen des Deckelelementes 16, bevorzugt aus einer planen Biopolymerfolie.
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Darüber hinaus wird im Schritt 100 das Filterelement 15 bereitgestellt.
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In einem weiteren Schritt 101 wird eine CO2-Barriere auf der Außenseite 4, 10 und/oder der Innenseite 8,11 des Behälters 2 und des Deckelelementes 16 bereitgestellt.
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In einem nachfolgenden Schritt 102 wird eine Scavenger 14 in den Behälter 2 eingebracht und der Scavenger 14 mittels geeigneter Triggerung aktiviert.
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Hiernach wird in einem Schritt 103 der Behälter 2 mit Kaffeepulver 13 gefüllt und das Filterelement 15 in den Behälter 2 eingebracht. Beides kann auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
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In einen Schritt 104 erfolgt ein Verschließen des Behälters 2 mit dem Deckelelement 9. Schließlich kann im Schritt 104 eine Sprüh- / Tauchversiegelung erfolgen. Hierbei wird eine CO2 Barriere mittels Sprüh- oder Tauchverfahrens auf die Außenseiten des Behälters und des Deckelelementes aufgebracht.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination in der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Portionskapselsystem
- 2
- Behälterboden
- 3
- Behältwand
- 4
- Behälterwand- Aussenseite
- 5
- Behälterwand - Innenseite
- 6
- Behälterwandkragen
- 7
- Behälterboden
- 8
- Behälterboden - Innenseite
- 9
- Behälterboden - Aussenseite
- 10
- Deckelelement Aussenseite
- 11
- Deckelelement Innenseite
- 12
- Behälterinnenraum
- 13
- Kaffeepulver
- 14
- Scavenger (Sauerstofffänger)
- 15
- Filterelement
- 16
- Deckelelement
- E
- Brühwassereintritt
- A
- Getränkaustritt
- 100-104
- Verfahrensschritte
