DE602005004183T2

DE602005004183T2 - System zum Ausgeben von kurzem und langem Kaffee

Info

Publication number: DE602005004183T2
Application number: DE602005004183T
Authority: DE
Inventors: Zenon Ioannis 1071 Mandralis; Peter 1350 Koch; Francisco 1400 Campiche
Original assignee: Nestec SA
Current assignee: Nestec SA
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2025-02-12
Also published as: AU2005200274A1; SI1566127T1; TWI272087B; DK1566127T3; EP1566127A3; ZA200501429B; HK1081418A1; US7798055B2; AR050481A1; DE602005004183D1; CA2496493A1; EP1842468A3; IL166352A; NO20050858L; RU2361497C2; AU2005200274B2; IL166352A0; EP1842468A2; PL372955A1; RU2005104549A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Ausgeben von Kaffeegetränken aus Kapseln, die für eine Extraktion unter Druck ausgeführt sind und eine Substanz für die Zubereitung eines Lebensmittelproduktes enthalten, wie beispielsweise eines Getränkes. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Kapsel, die für das Ausgeben einer großen Tasse Kaffee in einem System geeignet ist, das einen Fluiddruck zuführt, der im Allgemeinen für das Extrahieren kleiner Tassen Kaffee geeignet ist.
Tassen mit Kaffee können von Filterkaffeemaschinen zubereitet werden. Es ist jedoch ein sehr geringer Unterschied bei den charakteristischen Eigenschaften kleiner und großer Tassen Kaffee vorhanden. Ihnen fehlt es im Allgemeinen an Schaum oder „Crema", und ihre Qualität ist nicht gleichbleibend.
Es gibt Kaffeeausgabesysteme, die große Tassen Kaffee durch Extrahieren von Kaffee aus Filterkapseln in einer geschlossenen Kammer ausgeben. Der Druck ist im Allgemeinen ziemlich niedrig, in der Größenordnung von 2 Bar oder weniger. Wenn man jedoch eine kleine Tasse Kaffee mittels derartiger Systeme ausgeben möchte, ist das Kaffeegetränk sehr wässrig, dünn und schwach im Aroma und weist eine schlechte Crema auf.
Kapseln, die so ausgeführt sind, dass sie unter höherem Druck extrahiert werden und eine Substanz für die Zubereitung eines Getränkes enthalten, sind auf dem Markt vorhanden. Sie bewirken eine zweckmäßige Funktion ebenso wie reproduzierbare Extraktionsbedingungen, und sie sichern eine Frische der darin enthaltenen Substanz. Das sichert die Ausgabe von frisch extrahierten Getränken von konstanter Qualität.
Das EP 0512468 B1 offenbart eine derartige Kapsel. Die Kapsel soll in eine Extraktionsvorrichtung eingesetzt werden, in die sie mit einem Fluid eingespritzt und gegen ein Stützteil der Vorrichtung, die erhabene Elemente aufweist, unter dem Einfluss des Druckes des Fluids, das in die Kapsel gelangt, geöffnet werden kann.
Das EP 0512470 B1 offenbart ein Verfahren zum Extrahieren einer Kapsel unter dem Druck eines Fluids, das durch das Kaffeebett hindurchgeht, das in der Kapsel enthalten ist; dabei weist die Kapsel eine Membran auf, die den Druck zurückhält und in Kontakt mit den erhabenen Elementen des Eingriffsmittels der Vorrichtung zerreißt, um den Flüssigkeitsextrakt in die Tasse fließen zu lassen.
Das WO 03/059778 betrifft eine Multigetränkekapsel mit selbstöffnendem Mittel. Das Prinzip der Öffnung basiert auf einer Membran der Kapsel, die gegen die erhabenen Elemente unter dem Einfluss des Druckes des Fluids zerrissen wird, der sich in der Kapsel aufbaut. Der Vorteil ist hauptsächlich der, dass der Fluss direkt zur Tasse erfolgt und die extrahierte Flüssigkeit nicht irgendein Teil der Vorrichtung berührt.
Beispielsweise wird das tatsächliche erfolgreiche System, das unter dem Markennamen „Nespresso^(R)" kommerzialisiert wird, für die Zubereitung von kleinen Tassen Kaffee von hoher Qualität als Espresso und Ristretto geschätzt. Eine kleine Tasse Kaffee wird so definiert, dass sie weniger als 50 g Kaffeeflüssigkeitsextrakt in der Tasse enthält, und spezieller etwa 40 g für den Espresso und etwa 25 g für den Ristretto. Infolge der Hochdruckextraktionsbedingungen, die in der Kapsel aufrechterhalten werden, in der Größenordnung von 10 bis 16 Bar, kann der ausgegebene Flüssigkeitsextrakt die genauen wünschenswerten Qualitätsmerkmale in Form der Kaffeeausbeute, der Kaffeefeststoffe und der „Crema" erhalten und innerhalb einer Durchlaufzeit für ein Ausgeben, die für den Benutzer als akzeptabel ermittelt wird (d. h., 15 bis 30 s). Einige Verbraucher bevorzugen jedoch, dass sie die Option haben, ebenfalls eine große Tasse Kaffee mit den vorhandenen Kapseln zuzubereiten. Eine große Tasse Kaffee wird so definiert, dass sie etwa 110 (+/– 10) g Kaffeeflüssigkeitsextrakt in der Tasse enthält. Um eine größere Tasse Kaffee auszugeben, muss eine größere Menge Wasser durch die Kapsel geschickt werden. Daher erfordert typischerweise das Kaffeegetränk eine zu lange Zeit für die Ausgabe, d. h., mehr als 1 Minute, und das resultierende Getränk könnte zu bitter und herb schmecken und etwas dünn und wässrig sein. Die Ausgabezeit, die eine Minute übersteigt, ist ebenfalls vom kommerziellen Standpunkt aus nicht akzeptabel und für den Verbraucher unbequem, der mehrere Tassen nacheinander zubereiten möchte.
Daher besteht eine Forderung nach einem neuen System, das die Probleme des Extrahierens sowohl kleiner als auch großer Tassen Kaffee in der gleichen Kaffeeextraktionsvorrichtung überwindet. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Forderung.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Getränkesystem zum selektiven Ausgeben von kleinen Kaffeeextraktmengen und großen Kaffeeextraktmengen in einer gleichen Kaffeeextraktionsvorrichtung. Das System weist auf: Kapseln, die gemahlenen Kaffee enthalten; eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von Kapseln eine nach der anderen und ein Pumpmittel zum Unter-Druck-Einspritzen von Wasser in die Kapsel; Mittel zum Öffnen der Kapsel, wobei diese Mittel ein Rückhaltemittel zum Zurückhalten der unter Druck stehenden Flüssigkeit in der Kapsel und ein Eingriffsmittel aufweisen, das mit dem Rückhaltemittel in Eingriff kommt, um die Kapsel zu öffnen und den Kaffeeextrakt auszugeben; wobei das System mindestens eine erste Kapsel zum Ausgeben einer kleinen Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge aufweist.
Die Verbesserung des Systems der Erfindung besteht darin, dass das System mindestens eine zweite Kapsel aufweist, die im Wesentlichen die gleiche äußere Gestalt und Form wie die erste Kapsel aufweist, und die ausgeführt ist, um eine größere Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge in der gleichen Aufnahmevorrichtung wie für die erste Kapsel auszugeben, nachdem eine größere Wassermenge durchfließen durfte, wobei die zweite Kapsel für die größere Kaffeeextraktmenge so ausgebildet ist, dass Wasser mit einem höheren Durchsatz als in der ersten Kapsel während der Extraktion durch sie fließt.
Daher ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dass eine größere Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge durch eine Kapsel erhalten wird, die das Fließen des Wassers mit einem höheren Durchsatz verglichen mit einer Kapsel gestattet, die für eine kleine Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge ausgebildet ist.
Die hauptsächlichen Vorteile sind, dass:

(a) die Ausgabezeit für das Extrahieren einer großen Kaffeeextraktmenge bedeutend verringert wird, wodurch das System bei allen Kaffeetrinkern mehr Anklang findet;
(b) der Kaffee nicht übermäßig extrahiert wird, da die Kontaktzeit zwischen gemahlenem Kaffee und Wasser verringert wird, um die gewünschten hauptsächlichen Qualitätsmerkmale für eine große Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge zu erreichen, die bedeutend von jenen für eine kleine Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge abweichen;
(c) die Extraktionsvorrichtung für das Extrahieren von sowohl kleinen als auch großen Kaffeeflüssigkeitsextraktmengen die gleiche bleiben kann und die äußere Gestalt und Form einer derartigen Kapsel die gleiche bleiben können, was ebenfalls zu einem einfacheren und zweckmäßigeren System führt.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird der zweiten Kapsel zum Ausgeben der größeren Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge eine Menge des gemahlenen Kaffees zugeteilt, die größer ist als die der ersten Kapsel zugeteilte Menge. Es wurde überraschenderweise herausgefunden, dass durch Zugeben einer größeren Menge des gemahlenen Kaffees in die gleiche Gestalt der Kapsel, d. h., ohne dass eine größere Kapsel angefertigt wird, um die zusätzliche Menge des gemahlenen Kaffees aufzunehmen, ein schnellerer Wasserdurchsatz durch den Kaffee bewirkt wird. Ohne an diese Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass der schnellere Durchsatz von den Feinteilchen oder kleineren Teilchen im Kaffeebett herrühren könnte, die daran gehindert werden, den Durchsatz durch die kleinen Öffnungen teilweise zu blockieren, die in die Membran gerissen oder gestochen werden. Tatsächlich quellen die Kaffeeteilchen beim Eintritt des heißen Wassers in die Kapsel. Im Fall der Kapsel, die eine größere Kaffeemenge enthält, entwickeln sich hohe Druckkräfte gegen die Kapselwände, während der Kaffee quillt. Diese Kräfte verdichten das Kaffeebett, und diese Verdichtung gestattet nicht das freie Bewegen der sehr feinen Kaffeeteilchen und deren Sammeln in der Nähe der Wasseraustritte, um den Innendruck zu erhöhen und den Wasserstrom zu blockieren. Da die Feinteilchen an Ort und Stelle gehalten werden, kann der Durchsatz schneller erfolgen.
Die vergleichsweise größere Kaffeemenge hat ebenfalls einen bedeutenden Einfluss auf die endgültige gewünschte Qualität des großen Extraktes, um zu sichern, dass der Kaffeeextrakt die richtigen Qualitätsmerkmale und charakteristischen Eigenschaften erhält, dass er beispielsweise nicht zu wässrig ist, und dass er einen ausreichenden Schaum aufweist. Daher enthält die zweite Kapsel zum Ausgeben der größeren Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge mindestens 10 Gew.-%, sogar mehr bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, mehr gemahlenen Kaffee als die erste Kapsel für die kleine Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge. Optimal enthält die zweite Kapsel von 20 bis 30 Gew.-% mehr gemahlenen Kaffe als die erste Kapsel. Die zweite Kapsel kann bis zu 40 Gew.-% mehr gemahlenen Kaffee enthalten als die erste Kapsel.
Vorzugsweise wird die zugeteilte Kaffeemenge in der zweiten Kapsel zum Ausgeben der größeren Menge an Kaffeeextrakt so ermittelt, dass die Extraktionszeit nicht 60 Sekunden übersteigt, mehr bevorzugt, nicht 45 Sekunden übersteigt. Die Durchsatzzeit der zweiten Kapsel liegt daher vorzugsweise zwischen 160 und 300 g/min, wohingegen die Durchsatzzeit für die erste Kapsel zwischen 50 und 150 g/min liegt.
Die Qualitätsmerkmale der zweiten Kapsel, die insbesondere für die große Kaffeeextraktmenge ausgelegt ist, wurden vorzuzgsweise so festgelegt, dass eine Extraktionsausbeute zwischen 15 und 30%, am meisten bevorzugt 17 bis 25%, und ein Feststoffgehalt zwischen 1,0 und 1,9 Gew.-%, am meisten bevorzugt 1,1 bis 1,7 Gew.-%, erhalten wird. Dafür enthält die zweite Kapsel für die größere Menge an Kaffeeextrakt vorzugsweise zwischen 6 und 8 g gemahlenen Kaffee, wohingegen die erste Kapsel zwischen 5 und 6 g gemahlenen Kaffee enthält.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Rückhaltemittel vom Eingriffsmittel durch die Wirkung des inneren Druckes zerreißbar oder zerschneidbar. Das Rückhaltemittel kann eine Membran sein, wohingegen das Rückhaltemittel eine Oberfläche mit vorstehenden Elementen sein kann.
Außerdem sind die bekannten Kaffeekapseln nach dem bisherigen Stand der Technik alle so ausgebildet, dass sie kleine Kaffeeextraktmengen mit Membranen mit höherem Durchstoßwiderstand ausgeben, was daher zu Durchsätzen führt, die zu langsam sind. Im Ergebnis der zu langsamen Durchsätze sind erstens die Qualitätsmerkmale des Kaffees nicht gut angepasst, beispielsweise wird der Kaffee übermäßig extrahiert und ruft einen zu herben Geschmack hervor, und zweitens wird die Ausgabezeit zu lang, was vom Verbraucher nicht geschätzt wird, der ein Kaffeegetränk haben möchte, ohne dass er zu lange an der Kaffeemaschine wartet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Systems der Erfindung, das die Zubereitung von großen und kleinen Kaffeegetränken in einer zweckmäßigen Weise durch Benutzen einer einzelnen Extraktionsvorrichtung D aus Kapseln ermöglicht, die aus zwei unterschiedlichen Sätzen kommen;
2 eine schematische Darstellung des System, wobei die Vorrichtung geschlossen ist und eine Kapsel in der Vorrichtung extrahiert wird;
3 Vergleichskurven der Veränderung der Drücke in den Kapseln als eine Funktion der Zeit für jeweils eine große und kleine Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge;
4 bis 6 die Probehalter, die für das Messen des Durchstoßwiderstandes der Membran der Kapseln in einem Durchstoßwiderstandsversuch ausgedacht wurden;
7 die Eindringsonde beim Durchstoßwiderstandsversuch;
8 eine schematische Darstellung einer Variante des Systems der Erfindung;
9 die Variante des Systems in der Position der Extraktion einer Kapsel;
10 die Veränderung des Durchsatzes als eine Funktion der Klopfdichte im System der Erfindung entsprechend 1 und 2.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Bei der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe benutzt, für die Definitionen nachfolgend als Einleitung vorgelegt werden.
Die „Extraktionsausbeute" betrifft die charakteristische Eigenschaft des Extraktes und wird als das Gewicht des Feststoffgehaltes im Flüssigkeitsextrakt dividiert durch das Gesamtgewicht der Ausgangsbestandteile des Kaffees in der Kapsel (beispielsweise gerösteter und gemahlener Kaffee) definiert. Dieser Wert wird typischerweise als ein Prozentsatz ausgedrückt.
Der „Feststoffgehalt" wird als das Gewicht der extrahierten Feststoffe, die im Extrakt enthalten sind, dividiert durch das Gesamtgewicht des Extraktes definiert. Dieser Wert wird typischerweise als ein Prozentsatz ausgedrückt.
Die „Extraktionszeit" wird als die Zeit vom ersten Augenblick an, zu dem Fluid in die Kaffeetasse tropft, bis zu dem Augenblick definiert, zu dem die Extraktmengen in die Tasse mit dem gewünschten Gewicht, der Stärke und charakteristischen Eigenschaft ausgegeben wurden.
Die „kleine Kaffeeextraktmenge" wird als die Flüssigkeitsextraktmenge definiert, die aus der Kapsel mit einem Gewicht von 25 bis 40 g erhalten wird.
Die „große Kaffeeextraktmenge" wird als die Flüssigkeitsextraktmenge definiert, die aus der Kapsel mit einem Gewicht von 100 bis 120 g erhalten wird.
Der „Innendruck" wird als das Druckniveau definiert, das in der Kapsel während der Extraktion beibehalten wird, wobei er sich aus dem Fluid, das durch die Kapsel fließt, und der resultierenden Flüssigkeitsextraktmenge ergibt, die in die Kaffeetasse fließen darf. Dieser Wert wird typischerweise in Bar ausgedrückt.
Der „Öffnungsdruck" wird als der maximale Druck definiert, der in der Kapsel beibehalten wird, wobei er sich aus dem Fluid ergibt, das in die Kapsel gelangt, und bevor sich die Kapsel öffnet, indem sie gegen das Öffnungsmittel stößt. Dieser Wert wird typischerweise in Bar ausgedrückt.
Der „Durchstoßwiderstand" wird als die Energie definiert, die benötigt wird, um die Membran der Kapsel bei Verwendung einer MTS Synergie 400-Zugfestigkeitsprüfanlage zu durchstoßen, die von Fuch Industrievertretungen (Schweiz) geliefert wird, wie es in den Beispielen weiter detailliert beschrieben wird. Dieser Wert wird in Milli-Joule ausgedrückt.
Die „Korngrößenzusammensetzung" des gemahlenen Kaffees wird als der Durchmesser der Kaffeeteilchen definiert, der sich nach dem Mahlen ergibt, wie es in den Beispielen erklärt wird.
Die „Klopfdichte" wird als die Masse pro Volumeneinheit des trockenen Kaffees definiert, der in die Kapsel gefüllt wird. Der gemahlene Kaffee wird in einer Kopfmaschine, wie sie auf dem Gebiet der Kaffeezubereitung bekannt ist, in einer Verarbeitungsstufe geklopft, die als „Normalisieren" oder „Verdichten" bezeichnet wird, was nach dem Mahlen erfolgt. Die Dichte des gemahlenen Kaffees kann auf diese Weise dementsprechend eingestellt werden. Das Protokoll der Ermittlung der Klopfdichte wird in den Beispielen erklärt. Dieser Wert wird typischerweise als g/l ausgedrückt.
Die „Crema" wird als der Schaumkopf definiert, der auf dem Kaffeeextrakt mit einer Struktur von im Wesentlichen kleinen Blasen gebildet wird. Das Cremamerkmal kann mittels eines empirischen Zuckertestes gemessen wird, der darin besteht, dass eine gut definierte Kristallzuckerschicht (d. h., Kristallzucker mit D_4,3 von 660 μ Teilchengröße) oben auf einer frisch zubereiteten Tasse Kaffee angeordnet und die Zeit gemessen wird, die zwischen dem Beginn der Überlagerung und dem Sinken des Hauptteils des Zuckers verstreicht. Der „Zuckertestwert" ist daher eine Anzahl von Sekunden.
„Vielzahl” bedeutet Kaffeearten nach dem Ursprungsland (Anbau) und/oder einer spezifischen Gegend (beispielsweise Sorte), wie beispielsweise arabische, kolumbianische, äthiopische, brasilianische, kostarikanische, keniatische, usw.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System, das eine geschlossene Kapsel und ihre damit verbundenen Vorteile benutzt, wie es vorangehend erwähnt wird, um Getränke mit entweder kleinem oder großem Volumen bereitzustellen. Tatsächlich ist es ein bedeutender Vorteil, dass innerhalb des im Wesentlichen gleichen Formates der Kapsel Getränke mit eindeutigen charakteristischen Getränkeeigenschaften angeboten werden können, wie beispielsweise unterschiedlichen Volumen, während die hauptsächlichen Qualitätsmerkmale für jedes Getränk beachtet werden, d. h., eine bestimmte Extraktionsausbeute, ein Feststoffgehalt in einem bestimmten Bereich, eine gute Qualität der Crema, und ohne dass das für die Ausgabezeit nachteilig ist.
Obgleich die hauptsächlichen Qualitätsmerkmale im Großen und Ganzen für den Espressokaffee bekannt sind, gab es sehr wenige Untersuchungen, die eine Definition einer großen Tasse Kaffee genau bestimmen können, die der Vorliebe der Verbraucher entspricht. Bei einer großen Tasse Kaffee können die hauptsächlichen Qualitätsmerkmale durch unterschiedliche Mittel ermittelt werden, wie beispielsweise durch Verbrauchertests und Fokusgruppen. Hauptsächliche Qualitätsmerkmale schließen im Wesentlichen die Extraktionsausbeute, den Feststoffgehalt und die Crema ein. Es wurde ermittelt, dass die Extraktionsausbeute vorzugsweise innerhalb eines bestimmten Bereiches beibehalten werden muss. Wenn die Extraktionsausbeute zu hoch ist, wird der Kaffee im Allgemeinen als bitter und herb betrachtet, weil nicht wünschenswerte Verbindungen über eine zu lange Extraktionszeit extrahiert werden konnten. Daher ist es nicht nur wichtig, die Ausgabe einer großen Kaffeeextraktmenge aus dem eindeutigen Grund der Verringerung der Wartezeit zu verkürzen, sondern ebenfalls tendiert eine kürzere Ausgabezeit dazu, die Probleme zu vermeiden, die mit der übermäßigen Extraktion des Kaffees verbunden sind. Umgekehrt, wenn die Extraktionsausbeute zu gering ist, schmeckt der Kaffee wässrig und wird ebenfalls vom durchschnittlichen Verbraucher als nicht akzeptabel empfunden. Daher wurde ermittelt, dass ein geeigneter Bereich der Extraktionsausbeute im Allgemeinen von 15 bis 30% liegt, mehr bevorzugt 17 bis 25%, am meisten bevorzugt 17 bis 22%. Gleichermaßen muss die Menge des Feststoffgehaltes in der Tasse ausreichend sein, um dem Getränk einen ausreichenden Körper und Beschaffenheit zu verleihen; anderenfalls schmeckt der Kaffee wässrig und wird vom Verbraucher nicht akzeptiert. Obgleich es ebenfalls eine Angelegenheit der Vorliebe sein kann, wurde daher die beste Konzentration des Feststoffgehaltes für ein großes Getränk innerhalb eines Bereiches von 1,0 bis 1,9 Gew.-% ermittelt, noch mehr bevorzugt 1,1 bis 1,7 Gew.-%, am meisten bevorzugt 1,1 bis 1,5 Gew.-%.
Schließlich wird die Crema ebenfalls in einer großen Tasse Kaffee als ein Hauptelement erstrebt, und eine große Tasse Kaffee sollte ebenfalls eine ausreichend dicke und beständige Crema liefern. Die Crema sollte die gesamte Oberfläche des Getränkes in der Tasse bedecken, ohne dass irgendwelche schwarze Löcher zurückbleiben. Das ist eine besondere Herausforderung, da die Oberfläche der großen Kaffeeextraktmenge viel größer ist als die der kleinen Kaffeeextraktmenge (der Unterschied zwischen einem Kaffeehenkeltopf und einer Espressotasse). Die Crema sollte ebenfalls sahnig oder samtig in der Beschaffenheit sein, im Gegensatz zu seifig oder sprudelnd. Seine Farbe sollte bräunlich bis rötlich und nicht weiß sein. Daher sollte der Zuckertest einen Wert von über 7 Sekunden zeigen und vorzugsweise mehr als 10 Sekunden.
Beispielsweise kann man bei den ersten Sätzen von Kapseln einen kleinen Espressokaffee mit Crema ausgeben, wohingegen man beim zweiten Satz von Kapseln einen großen Kaffee mit den vorangehend erwähnten hauptsächlichen Qualitätsmerkmalen einschließlich einer guten Crema ausgeben kann, um sich an die Erwartungen der unterschiedlichen Verbraucher anzupassen.
Als Ganzes können die Kapseln eines jeden Satzes so auf den Markt gebracht werden, dass sie vom Verbraucher bei Verwendung unterschiedlicher äußerer Identifizierungkode leicht unterschieden werden können, wie beispielsweise durch unterschiedliche Farben, Namen, Markierungen oder andere Arten von Kodes. Vorzugsweise sind der erste Satz der Kapseln und der zweite Satz der Kapseln in separaten Hülsen oder in dünnen Kunststoffbeuteln oder in irgendwelchen geeigneten und zweckmäßigen Paketen verpackt, die im Großen und Ganzen in der Technik bekannt sind.
Im Zusammenhang der Erfindung bedeutet ein Satz von Kapseln eine Reihe von mindestens einer Kapsel, vorzugsweise zwei oder mehr Kapseln. Wenn es auch keine theoretische maximale Grenze für die Kapseln gibt, wird die obere Grenze im Großen und Ganzen mindestens 10 bis 20 oder 25 oder mehr betragen. Große Kartons mit 100 bis 200 Kapseln oder mehr sind leicht ausführbar, wenn es gewünscht wird. Die ersten und zweiten Kapseln werden im Großen und Ganzen separat verpackt, aber sie könnten zusammen verpackt werden, vorausgesetzt, dass der Benutzer zwischen den unterschiedlichen Kapseln infolge der Farbmarkierung oder irgendwelcher anderer identifizierender Kennzeichnungen unterscheiden kann.
1 und 2 veranschaulichen schematisch ein exemplarisches System der Erfindung. Die Vorrichtung D der Erfindung weist einen Extraktionsmodul 10 für das Extrahieren von Kaffee aus einer einzelnen Kapsel zu einem Zeitpunkt auf. Der Extraktionsmodul weist ein Aufnahmemittel in der Form einer Auflagebasis oder einer Auffangvorrichtung 11 und ein Spritzteil 12 auf. Die Auflagebasis und das Spritzteil definieren ein Innenvolumen beim Schließen der zwei Teile, um die Kapsel aufzunehmen. In der Auflagebasis befindet sich ein Eingriffsmittel 13, das so angeordnet ist, dass es mit einem Rückhalteteil der Kapsel in Eingriff kommt, wenn der Druck des Fluids innerhalb der Kapsel aufgebaut wird. Das Eingriffsmittel 13 kann ein Durchstoß- oder Ablassmittel sein, wie beispielsweise eine Reihe von vorstehenden Elementen, wie beispielsweise Pyramiden, ein Netz aus länglichen Rippen oder Nadeln, die auf der Oberfläche einer Platte bereitgestellt werden. Der Kaffeeextrakt wird hauptsächlich durch den sehr schmalen Abstand gefiltert, der zwischen den vorstehenden Elementen und den Rändern der Öffnungen der Membran gebildet wird. Die Platte weist eine Reihe von Öffnungen auf, um den Extrakt abzulassen und eventuell irgendwelche festen Kaffeeteilchen zurückzuhalten. Die Öffnungen können durch die Platten in Kanälen bereitgestellt werden, die zwischen den vorstehenden Elementen gebildet werden, oder sie können alternativ durch die vorstehenden Elemente selbst bereitgestellt werden.
Die Vorrichtung weist außerdem mindestens eine Fluidleitung 72 auf, der das Fluid in der Kapsel über eine Einspritzeinrichtung 70 zugeführt werden kann. Die Einspritzeinrichtung kann eine oder mehrere Nadeln oder Schaufeln aufweisen, die einen oder mehrere Durchgänge bilden, damit Wasser in die Kapsel gelangt. Das Fluid wird unter Druck in der Leitung mittels einer Pumpe 73 zugeführt. Die Pumpe kann eine elektromagnetische Kolbenpumpe oder irgendein geeigneter Wasserpumpmechanismus sein, wie beispielsweise eine Membranpumpe oder Druckförderhöhensysteme. Ein Fluidbehälter 74 kann stromaufwärts von der Pumpe 73 installiert werden, damit Fluid in einer ausreichenden Menge für das Ausgeben von Fluid zugeführt werden kann, um mehr als eine Kapsel zu extrahieren. Vorzugsweise nimmt der Behälter mehr als 750 ml Wasser auf, um so die Unbequemlichkeit des wiederholten Nachfüllens des Behälters nach einigen Extraktionszyklen zu eliminieren. Ein Heizsystem 75 kann längs der Leitung zwischen dem Behälter und dem Extraktionsmodul 10 installiert werden, um das Fluid auf eine erforderliche Temperatur zu erwärmen. Der Heizkörper ist ausgebildet, um das Wasser auf eine Extraktionstemperatur von zwischen 70 und 100°C zu erwärmen. Er kann ein Thermoblock oder eine Sofortheizvorrichtung sein, wie beispielsweise Keramikeinsätze. Der Behälter könnte ebenfalls ein derartiger Boiler sein, der das Fluid warm oder heiß halten kann. Eine Schalttafel mit Schaltern ist ebenfalls im Allgemeinen hilfreich, um den Extraktionszyklus automatisch zu starten. Verschiedene Regler können hinzugefügt werden, wie beispielsweise Temperatursensoren, Zeitrelais, Durchflussmesser, Drucksensoren, Schaufeln, Sonden, usw., für das Steuern und Überwachen der Extraktionsvorgänge.
Die ersten und zweiten Kapseln sind ebenfalls Teil des Systems. Die ersten Kapseln S sind speziell für das Ausgeben von kleinen Kaffeeextraktmengen ausgebildet, wohingegen die zweiten Kapseln L für das Ausgeben von großen Kaffeeextrakmengen ausgebildet sind. Sowohl die kleinen als auch großen Kapseln weisen die gleiche äußere Gestalt und Form auf. Vorzugsweise weisen beide Kapseln S und L ebenfalls ein gleiches inneres Verpackungsvolumen auf. Vorzugsweise liegt das innere Volumen einer jeden Kapsel zwischen 10 und 25 ml, mehr bevorzugt 12 bis 20 ml, noch mehr bevorzugt etwa 13 bis 16 ml. Vorzugsweise enthalten sowohl die Kapseln S als auch L gemahlenen Kaffee, und sie weisen einen luftdichten Behälterabschnitt 20 mit einem Rückhalteelement 21 auf, das um die Ränder 22 des Behälterabschnittes abgedichtet wird. Das Rückhalteelement der Kapseln S und L kann eine Membran und dergleichen sein. Die Membran kann flach, konvex oder konkav sein. Typischerweise besteht die Membran aus einem Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff. Die Kapsel muss mit einem geringen Überdruck mit einem inerten Gas gespült werden, um die Lagerfähigkeit des Kaffees im Inneren zu erhöhen. Die Membran nimmt eine etwas konvexe Form im Ergebnis des Innendruckes des Gases an. Das inerte Gas ist typischerweise Stickstoff, aber ein anderes inertes Gas könnte verwendet werden. Kohlendioxidgas aus dem Kaffee beteiligt sich ebenfalls am inneren Druckaufbau im Ergebnis des Entgasens des gemahlenen Kaffees im Inneren der Kapsel nach dem Einfüllen und Abdichten der Kapsel. Daher sollte die Membran ausreichend widerstandsfähig sein, um den Innendruck des Gases auszuhalten, einschließlich des Gases vom Entgasen.
Wenn der Extraktionsmodul 10 um die Kapsel 2 geschlossen wird und die Kapsel im Modul positioniert ist, wie in 2 gezeigt wird, wird das Rückhalteelement benachbart dem oder in einer kurzen Entfernung vom Eingriffsmittel 13 der Vorrichtung positioniert. Die Membran der Kapsel wird nicht geöffnet, bis sich ein bestimmter Öffnungsdruck innerhalb der Kapsel infolge des Wassers aufgebaut hat, das in die Kapsel gelangt. Die Membran und das Eingriffsmittel sind so angeordnet, dass es nicht zu einem zufälligen Öffnen kommt, bevor die Extraktion beginnt. Während Wasser innerhalb der Kapsel eintritt, das mittels des Pumpmittels 75 gepumpt wird, baut sich daher der Innendruck innerhalb der Kapsel auf, wodurch sich das Rückhalteelement 21 verformt und gegen das Eingriffsmittel 13 bis zu einem Punkt presst, wo sie durchstoßen oder aufgerissen wird. Die Kapsel beginnt sich bei einem bestimmten Öffnungsdruck zu öffnen, aber der Druck erhöht sich im Allgemeinen werter infolge der Verdichtung des Bettes des gemahlenen Kaffees innerhalb der Kapsel und ebenfalls infolge des Widerstandes, der durch die schmalen Öffnungen erzeugt wird, die durch die Membran der Kapsel gerissen oder gestoßen werden. Danach verflacht das Druckniveau im Allgemeinen zu einem Extraktionsdruck, der typischerweise mehrere Bar über dem Öffnungsdruck liegt, und fällt danach ab, wenn die Pumpe abgeschaltet wird. Das Druckniveau ist im Allgemeinen die Addition des Druckes, der durch das verdichtete Kaffeebett erzeugt wird, und des Druckes der kleinen Öffnungen durch die Membran. Die Pumpe zeigt eine konstante charakteristische Leistungskurve, die bedeutet, dass sie einen bestimmten Durchsatz an Wasser fördert, wenn die Pumpe stromabwärts einen bestimmten Druck in Abhängigkeit von der Art der Kapsel überwinden muss; beispielsweise eine Kapsel für eine kleine oder große Extraktmenge. Beispielsweise, wenn der Druck etwa 9 Bar beträgt, wird die Pumpe einen Wasserdurchsatz von etwa 300 g/min fördern. Während der Druck auf 15 Bar ansteigt, wird der Wasserdurchsatz der Pumpe auf etwa 120 g/min abfallen. Die Pumpe kann programmiert werden, um angesichts der Förderung einer Wassermenge, die dem richtigen Volumen des Getränkes entspricht, in Abhängigkeit von der Art der in die Vorrichtung eingesetzten Kapsel ein- und auszuschalten. Die Pumpe kann ebenfalls manuell stillgesetzt werden, wie beispielsweise mittels eines Ventils, das durch einen Hebel betätigt wird, wenn die Kaffeetasse von der richtigen Größe voll ist. Die Pumpe kann ebenfalls automatisch stillgesetzt werden, indem ein Strömungsmesser oder einfach ein Zeitrelais in der Vorrichtung verwendet wird, der das Abschalten der Pumpe steuert.
Entsprechend der Erfindung wird das System der Erfindung so angeordnet, dass es mit seinem Pumpmittel einen Durchsatz fördert, der für die große Kaffeekapsel höher ist, verglichen mit der kleinen Kaffeekapsel. Die Fähigkeit zur Förderung eines höheren Durchsatzes wird durch die Art der in die Maschine eingesetzten Kapsel (Kapsel S oder Kapsel L) und spezieller durch den Druck bestimmt, den diese Kapsel bei der Extraktion entwickeln wird. Das Niveau, das der Druck während der Extraktion erreichen wird, wird durch die Menge des in der Kapsel enthaltenen Kaffees bestimmt, d. h., indem man eine höhere Dosis an gemahlenem Kaffee innerhalb der Kapsel L zur Verfügung hat. Insbesondere enthält die zweite Kapsel L mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-%, mehr Kaffee als die erste Kapsel S. Beispielsweise enthält die zugeteilte Kaffeemenge in der zweiten Kapsel für das Ausgeben der größeren Kaffeeextrakmenge zwischen 6 und 8 g gemahlenen Kaffee, wohingegen die erste Kapsel zwischen 5 und 6 g an gemahlenem Kaffee enthält. Das Gesamtvolumen der Kapseln liegt zwischen 10 und 30 ml, vorzugsweise 15 und 20 ml, noch mehr bevorzugt bei etwa 15 ml, und ist für sowohl die Kapseln L als auch S das gleiche. Die Kapseln L enthalten mehr Kaffee und sind daher mehr gefüllt, während die Kapseln S mehr freien Zwischenraum im Inneren aufweisen.
Im Ergebnis dessen ist es für die Zubereitung einer typischen kleinen Kaffeeextraktmenge von 25 bis 40 g aus der Kapsel S erforderlich, dass der Verbraucher 15 bis 60 Sekunden wartet. Der Durchsatz für die kleine Kaffeeextraktmenge beträgt so etwa 50 bis 150 g/min. Die zweite Kapsel L der Erfindung gestattet der gleichen Extraktionsvorrichtung, 160 bis 300 g/min auszugeben, so dass der Verbraucher für das Zubereiten der großen Kaffeeextraktmengen von etwa 100 g nur 25 bis 45 Sekunden benötigt. Wenn der Verbraucher die Kapsel S für eine große Kaffeeextraktmenge verwenden würde, müsste er 45 bis 130 Sekunden warten, was sowohl unangenehm ist als auch zur Entwicklung des unerwünschten „übermäßig extrahierten" Geschmacks führt.
Um einen höheren Bereich von Durchsätzen bei den großen Kaffeekapseln L zu erhalten, wurde ermittelt, dass die Kapseln und die Öffnungsmittel von der Vorrichtung in einer gegenseitigen Abhängigkeit angeordnet werden müssen, um die Kaffeeextraktmenge mit einem Öffnungsdruck auszugeben, der niedriger ist als der in der ersten Kapsel und den Öffnungsmitteln gehaltene Öffnungsdruck. Vorzugsweise ist der in der zweiten Kapsel vor dem Öffnen durch die Öffnungsmittel gehaltene Öffnungsdruck mindestens 20% niedriger als der in den ersten Kapseln vor dem Öffnen durch die Öffnungsmittel gehaltene Öffnungsdruck, und der Innendruck der zweiten Kapsel ist mindestens 20% niedriger als der Innendruck der ersten Kapsel. 3 zeigt ein Beispiel der Druckkurven für eine kleine Kaffeeextraktion, die von den Kapseln S erhalten werden, und für eine große Kaffeeextraktion, die von den Kapseln L erhalten werden. Beispielsweise öffnet sich die Kapsel S für einen kleinen Kaffee mit einem Druck von etwa 6,5 Bar, wohingegen sich die Kapsel L für einen großen Kaffee mit einem Druck von nur etwa 3 Bar öffnet. Der Extraktionsdruck erreicht ein relativ konstantes Druckniveau mit einem Wert von etwa 10 Bar für die Kapsel S, wohingegen er ein Niveau von etwa 14 Bar für die Kapsel L erreicht. Die Druckunterschiede ermöglichen die Ausgabe eines Kaffees mit Qualitätsmerkmalen, die auf die gewünschten Getränke zugeschnitten sind.
Abgesehen von der Zuteilung des Materials in der Kapsel, kann der Durchsatz und daher die Ausgabezeit gesteuert werden, indem eine abweichende Gestalt der Öffnungsmittel im System in Abhängigkeit davon angewandt wird, welche Kapsel extrahiert wird, d. h., eine „kleine" oder eine „große". Tatsächlich kann die Differenzierung bei den Öffnungsmitteln durch Verändern der charakteristischen Eigenschaften des Eingriffsmittels und/oder der Rückhaltemittel erhalten werden.
Betrachtet man zuerst die Differenzierung der Rückhaltemittel als eine bevorzugte Möglichkeit zur weiteren Steuerung der Betriebsbedingungen der Extraktion in Abhängigkeit von den gewünschten Kaffeearten, so wird die Membran der großen Kapsel L vorzugsweise so ausgebildet, dass ein geringerer Durchstoßwiderstand als bei der Membran der Kapsel S vorhanden ist. Der Durchstoßwiderstand hat einen bedeutenden Einfluss auf den Durchsatz. Der Durchstoßwiderstand der Kapsel L sollte mindestens 10% niedriger sein als der der Kapsel S. Vorzugsweise sollte der Durchstoßwiderstand der Kapsel L sogar mindestens 30% und am meisten bevorzugt 50% niedriger sein. Beim bevorzugten Beispiel ist der Durchstoßwiderstand der Kapsel L etwa 40% niedriger als der der Kapsel S. In Werten liegt der Durchstoßwiderstand der Kapsel L vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 1,1 mJ, wohingegen der Durchstoßwiderstand der Kapsel S vorzugsweise im Bereich von über 1,1 mJ liegt. Ein geringerer Durchstoßwiderstand kann durch geeignete Mittel erhalten werden, indem eine Membran der Kapsel L mit einer Dicke vorliegt, die kleiner ist als die der Membran der Kapsel S, und/oder indem eine Membran aus einem anderen Material hergestellt wird, wie beispielsweise einem leichter durchstoßbaren und/oder zerreißbaren Material als das Material für die Kapsel S. Bei Aluminiummaterial weist die Membran der Kapsel L vorzugsweise eine Dicke von 15 bis 25 μ auf, am meisten bevorzugt von etwa 20 μ, und die Membran der Kapsel S weist eine Dicke von 25 bis 35 μ auf, am meisten bevorzugt etwa 30 μ.
Abgesehen vom Durchstoßwiderstand der Membran wäre eine weitere Möglichkeit zur Steuerung eines früheren Öffnens der Kapsel L, verglichen mit der Kapsel S, dass das Eingriffsmittel 13 eine stärker einschneidende Form aufweist, verglichen mit dem Eingriffsmittel für die Kapsel S. Daher ist es möglich, dass man in Betracht zieht, dass das Eingriffsmittel 13 entfernt und durch ein anderes Eingriffsmittel mit einer stärker einschneidenden Form ersetzt wird, wenn die Extraktion der Kapsel L betrachtet wird. Das Auswechseln des Eingriffsmittels kann manuell oder automatisch durch die Vorrichtung selbst vorgenommen werden, beispielsweise, indem die Vorrichtung einen von der Kapsel getragenen Kode liest und das Eingriffsmittel entsprechend dem gelesenen Kode behält oder austauscht. Das Eingriffsmittel kann ebenfalls in die Kapsel eingebaut werden und zwischen den zwei Kapseln unterschiedlich sein (d. h., ein stärker einschneidendes Eingriffsmittel wird in die Kapsel L eingebaut).
Es erweist sich ebenfalls, dass die Korngrößenzusammensetzung des gemahlenen Kaffees innerhalb der Kapsel eine bedeutende Rolle spielt, um den Durchsatz der Kapsel L höher einzustellen als den Durchsatz der Kapsel S. Höhere Durchsätze werden erhalten, wenn die Korngrößenzusammensetzung in der Kapsel L von 300 bis 600 μ beträgt, wohingegen die Korngrößenzusammensetzung der Kapsel S von 200 bis 400 μ beträgt. Die größere Teilchengröße entwickelt einen geringeren Druckabfall, und die Pumpe kann so mit einem höheren Durchsatz fördern.
Die Klopfdichte beeinflusst ebenfalls den Durchsatz. Insbesondere wird die Klopfdichte der Kapsel L höher als die Klopfdichte der Kapsel S gehalten. Daher sollte die Klopfdichte der Kapsel L von 390 bis 500 g/l betragen, wohingegen die Klopfdichte der ersten Kapsel von 300 bis 430 g/l betragen sollte. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die gemahlenen Kaffeeteilchen, die den Vorgang des „Normalisierens" oder „Verdichtens" durchlaufen haben, wie es jenen bekannt ist, die die Kaffeemahltechnik praktizieren, weniger zusammendrückbar werden und es ist daher leichter ist, offene Strömungskanäle im Kaffeebett aufrechtzuerhalten, über die eine stärkere Strömung erfolgen kann.
8 und 9 veranschaulichen eine Variante des Systems der Erfindung, bei der das Öffnungsmittel ein integrierter Bestandteil der Kapseln ist, und bei der die Extraktionsvorrichtung einfach ein Einspritzmittel und eine Aufnahmevorrichtung für die Kapsel aufweist, aber kein Eingriffsmittel besitzt. Genauer gesagt, dieses System weist mindestens eine erste Kapsel oder Kapsel S, die so ausgebildet ist, dass eine kleine Kaffeeextraktmenge ausgegeben wird, und mindesens eine zweite Kapsel L auf, die so ausgebildet ist, dass eine große Kaffeeextraktmenge ausgegeben wird; die Kapseln S und L integrieren dabei ihre eigene Öffnungsvorrichtung, die sich unter dem Einfluss des Druckes des Fluids öffnet, das mit einem genau bestimmten Niveau in die Kapseln eintritt. Die Kapseln S und L weisen einen Behälterabschnitt 30, einen oberen Deckel 31, der längs eines peripheren Randes 37 des Behälterabschnittes abgedichtet ist, einen unteren Austritt 32 mit einer Auffangvorrichtung für die Fluidzuführung und eine Öffnungsvorrichtung 33 auf. Die Öffnungsvorrichtung ist mit einer Membran 34 und einer Durchstoß-, Schneid- oder Zerreißplatte 35 ausgebildet. Der Behälterabschnitt, sein Deckel und die Membran definieren zusammen eine luftdichte Kammer 36 für den gemahlenen Kaffee. Die Extraktionsvorrichtung D weist eine Aufnahmebaugruppe 100 mit einem Kapselhalter 110 und einem Spritzteil 120 auf. Der Kapselhalter ist geformt, um den Behälterabschnitt aufzunehmen, und um einen ausreichenden Durchgang für die Flüssigkeitsextraktmenge zu belassen, damit sie dort hindurch gelangt, ohne dass die Vorrichtung berührt wird, so dass es zu keiner wechselseitigen Verunreinigung kommen kann, wie es in 9 gezeigt wird. Wasser wird aus einem Wasserbehälter 740 entnommen, unter Druck mittels einer Wasserpumpe 730 zugeführt und eventuell mittels einer Heizvorrichtung 750 erwärmt, bevor es entlang der Fluidleitung 720 durch das Einspritzmittel 700, wie beispielsweise Nadeln und dergleichen, in der Kapsel eingespritzt wird. Beim Schließen der Vorrichtung um die Kapsel wird ein Spannmittel 111 am Umfang der Kammer des Halters 110 bereitgestellt, um die obere Fläche fluiddicht zu halten und einen geeigneten Druckaufbau innerhalb der Kammer 36 der Kapsel zu ermöglichen. Das Extraktionsprinzip ist ungeachtet der Kapselart identisch, d. h., für kleinen oder großen Kaffee, obgleich die Extraktionseigenschaften/bedingungen abweichen. Während Wasser in die Kapsel eintritt, baut sich ein Druck in der Kammer 36 auf, der bewirkt, dass das Rückhaltemittel oder die Membarn 34 gegen das Eingriffsmittel 35 gepresst und schließlich bei einem vorgegebenen Öffnungsdruck durchstoßen, zerbrochen oder zerrissen wird. Während damit begonnen wird, dass die Flüssigkeitsextraktmenge durch den Austritt 32 der Kapsel ausgegeben wird, steigt der Druck werter bis zu einem im Wesentlichen konstanten Niveau des Extraktionsdruckes an. Wenn die Pumpe stillgesetzt wird, fällt der Druck ab, und die Flüssigkeit läuft nicht mehr durch den Austritt ab.
In einer gleichen Weise sind die Kapseln S und L mit der gleichen äußeren Gestalt ausgebildet, aber mit unterschiedlichen charakteristischen Extraktionseigenschaften, um das Ausgeben von sowohl kleinen als auch großen Kaffeeextraktmengen in weniger als 60 Sekunden zu gestatten, wobei die große Kaffeeextraktmenge mit einem vergleichsweise höheren Durchsatz ausgegeben wird. Insbesondere wird der großen Kaffeekapsel eine Menge des gemahlenen Kaffees zugeteilt, die mindestens 0,2-mal größer ist als die in der kleinen Kaffeekapsel enthaltene Dosis. Vorzugsweise schließen die Öffnungsmittel der Getränkeausgabestruktur der Kapseln ebenfalls ein:

(a) die Membran der Kapsel L weist eine Dicke auf, die geringer ist als die der Membran der Kapsel S; und/oder
(b) die Membran der Kapsel L besteht aus einem Material, das einen geringeren Durchstoßwiderstand aufweist als das Material der Membran der Kapsel S; und/oder
(c) die Durchstoß-, Brech- oder Zerreißplatte der Kapsel L weist eine stärker einschneidende Form auf als die der Durchstoß-, Brech- oder Zerreißplatte der Kapsel S.

Beispiele:
Für alle nachfolgenden Beispiele wurde die gleiche Extraktionsmaschine bei keiner Abwandlung mit Bezugnahme auf die Pumpe, die Heizvorrichtung, das Wassereinspritzen oder irgendwelche andere Elemente der Maschine verwendet. Die Maschine Nespresso^(R) C300 wurde eingesetzt (kommerziell erhältlich).
Die Protokolle für das Messen des Durchstoßwiderstandes, der Korngrößenzusammensetzung und der Klopfdichte werden wie folgt erklärt.
Durchstoßwiderstand:
Die Tests wurden an 10 Prüflingen eines jeden Membrantyps durchgeführt:
Mindestens 10 Prüflinge wurden aus dem zu testenden Material ausgeschnitten. Die Proben wurden von der Rolle in zwei Strecken entnommen, 5 Prüflinge über die Breite der Rolle.
Die Prüflinge wurden bei Verwendung eines Rundschneidwerkzeuges mit einem Durchmesser von 22 mm ausgeschnitten.
Der Probehalter wird in 4 bis 6 abgebildet. Er besteht aus zwei Gewindeteilen; einem aufnehmenden Teil 40 und einem Steckteil 41. Die Probe wird im aufnehmenden Teil 40 angeordnet, wobei der Lack nach oben hin liegt (der Test wird von der Aluminiumseite aus durchgeführt).
Das Steckteil mit einem Durchmesser d2 gleich 22 mm wird in das aufnehmende Teil geschraubt und angezogen.
Die Eindringsonde war ein Zylinder mit einer Länge von 10 mm und einem Durchmesser von 1 mm mit einem halbkugelförmigen Kopf (mit einem Radius von 0,5 mm), wie in 7 gezeigt wird. Sie wurde an der Kraftmessdose der Zugfestigkeitsprüfmaschine am Querkopf befestigt. Die Testanlage wurde durch eine Zugfestigkeitsprüfmaschine gebildet, die eine Verschiebungsgeschwindigkeit des Querkopfes von 10 mm/min bewirken kann, und sie ist mit einer 10 N Kraftmessdose ausgestattet. Eine flache horizontale Platte ist an der unteren stationären Spannvorrichtung der Anlage befestigt.
Der Probehalter, der den Prüfling enthält, wurde auf der Platte angeordnet, und der Querkopf wurde in eine Position abgesenkt, wo die Sonde in das 5-mm Loch (Durchmesser d1) im Probehalter eintritt, ohne dass der Prüfling berührt wird. Der Probehalter wurde mit Bezugnahme auf die Sonde zentriert.
Der Querkopf wurde danach mit einer Geschwindigkeit von 5 mm pro Minute nach unten bewegt, bis eine Vorlast von 0,1 N erreicht ist.
Der Test begann mit einer Eindringgeschwindigkeit von 10 mm/min. Er wurde eingeleitet, wenn die Vorlast erreicht ist, und er wurde unterbrochen, sobald der Prüfling durchstoßen ist. Die Last und die Verschiebung werden aufgezeichnet. Die Stelle der Perforation wird als der Punkt der maximalen Last definiert. Der Durchstoßwiderstand wird als die Energie für das Durchstoßen definiert, beispielsweise die Fläche unterhalb der Kraft-Verschiebung-Kurve zwischen der Vorlast und der Perforation. Die meiste Software für Zugfestigkeitsprüfmaschinen kann das automatisch berechnen, wie beispielsweise die TestWorks 4, Version 4.06 von der MTS Systems Corporation.
Korngrößenzusammensetzung:
Die Teilchengrößenverteilung wurde durch Laserbeugung bei Verwendung des Gerätes „Mastersizer S" von Malvern^(R) ermittelt, das mit einer 1000 mm optischen Linse ausgestattet ist. 1 bis 2 g Pulver werden in 1 Liter Butanol dispergiert und vor dem Laserstrahl zurückgeführt, um eine Trübung zwischen 15 und 20% zu erhalten. Die Teilchengrößenverteilung wird mittels der Frauenhofer'schen Annäherung des Beugungsbildes erhalten. Der vollständige Versuch wird dreimal (oder bis die Standardabweichung < 5%) wiederholt, und die Ergebnisse werden gemittelt.
Klopfdichte:
Die Kopfdichte wurde mit einem Geopyc-Gerät von Micromeritics^(R) erhalten. 5 g der R&G-Kaffeeprobe wurden in eine Probezelle mit einem Durchmesser von 25,4 mm gegossen und mit einer Kraft von 10 N zusammengedrückt. Die Masse des Kaffees wird danach durch das Volumen dividiert, das mit dem Geopyc-Gerät erhalten wird, um die Klopfdichte zu erhalten.
Zuckertest für Crema-Messungen:
Die mechanisierte Zuckertestvorrichtung besteht aus einem kleinen Zucker enthaltenden Behälter. Die prismenförmige V-Form dieses Behälters, die einen definierten Schlitz (2 mm × 40 mm) am unteren Rand aufweist, kann einen gleichmäßigen Zuckervorhang bilden, so lange wie der Schlitz frei ist und ein Minimum an Zucker im Behälter verbleibt. Dieser Behälter kann horizontal mit einer gesteuerten Geschwindigkeit (~40 mm/s) von einer Stelle „A" bis zu einer Stelle „B" bewegt werden (der Abstand zwischen A und B beträgt 20 cm). In der Endposition an beiden Punkten verhindert eine Trennwand, dass der Zucker herausfließt, wenn die Vorrichtung im Stand-by-Betriebszustand ist. Wenn der Behälter bewegt wird, wird der Zuckervorhang über den gesamten Weg zwischen den zwei Punkten „A" und „B" gebildet. Die Crema in einer Tasse, die 60 mm unterhalb dieses Weges innerhalb der zwei Punkte angeordnet ist, wird mit einer gleichmäßigen Zuckerschicht bedeckt, wenn der Behälter über sie hinweggeht. Der Zeitschreiber wird gestartet, wenn die Zuckerschicht auf der Schaumschicht positioniert ist. Die Zuckermenge (eine Dicke der Schicht, um ein genaues Gewicht von 5 g Zucker zu erhalten), die in der Tasse abgesetzt wird, ist durch Verändern der Geschwindigkeit des Behälters oder der Abmessungen des Schlitzes regulierbar. Der Zucker ist Kristallzucker mit D_4,3 gleich 660 μ.
Eine genaue Wartezeit (20 sec. für kleine Tassen und 10 sec. für große Tassen) muss zwischen dem Ende der Extraktion und dem Beginn des Zuckertests befolgt werden.
Die Zuckerschicht bleibt einige Zeit oben auf der Crema. Später, wenn der Hauptteil des Zuckers plötzlich sinkt, muss der beobachtende Bediener den Zeitschreiber stoppen.
Der „Zuckertestwert" ist die Anzahl der Sekunden, die vom Zeitschreiber angezeigt wird.
Beispiel 1: Kleiner Kaffee mit Crema
5 g des gemahlenen Kaffees werden in einer Aluminiumkapsel (Nespresso^(R)-Kapsel, „Cosi"-Ausführung) angeordnet. Der Kaffee weist gemahlen eine mittlere Teilchengröße von 350 μ auf. Die Kapsel weist einen dicken, abgeflachten Aluminiumbecher auf, der an seinen Rändern mittels einer Aluminiummembran von 30 μ gequetscht und abgedichtet ist. Der Durchstoßwiderstand der Membran wird mit 1,3 mJ gemessen. Der gemahlene Kaffee wird während des Mahlens bis zu einer Klopfdichte von 405 g/l normalisiert. Die Kapsel wird im System aus 1 und 2 bei Verwendung einer Nespresso^(R)-Maschine „Concept" C300 extrahiert. Die gleiche Maschine wird für alle Tests und Beispiele verwendet, die in diesem Dokument vorgelegt werden. Der Durchsatz durch die Kapsel beträgt 122 g/min. Die Pumpe wird nach 20 Sekunden stillgesetzt. Das Ergebnis ist eine kleine Tasse Kaffee von 40 g mit den folgenden Qualitätsmerkmalen:
Extraktionsausbeute: 20,8%
Feststoffgehalt: 2,6 Gew.-%
Crema (Zuckertest): 14 Sekunden
Beispiel 2: Großer Kaffee mit Crema – dunkel geröstete Mischung
6,5 g dunkel gerösteter, gemahlener Kaffee werden in der gleichen Aluminiumkapsel aus Beispiel 1 angeordnet. Der Kaffee weist gemahlen eine mittlere Teilchengröße von 325 μ auf. Die Kapsel weist einen abgeflachten Aluminiumbecher auf, der an seinen Rändern mit einer Aluminiummembran von 20 μ gequetscht und abgedichtet ist. Der Durchstoßwiderstand der Membran wird mit 0,8 mJ gemessen. Der gemahlene Kaffe wird während des Mahlens bis zu einer Klopfdichte von 410 g/l normalisiert. Die Kapsel wird in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 extrahiert. Der Durchsatz beträgt 187 g/min. Die Pumpe wird nach 35 Sekunden stillgesetzt. Das Ergebnis ist eine große Tasse Kaffee von 110 g mit den folgenden Qualitätsmerkmalen:
Extraktionsausbeute: 25,8%
Feststoffgehalt: 1,47 Gew.-%
Crema (Zuckertest): 17 Sekunden
Beispiel 3: Großer Kaffee mit Crema – hell geröstete Mischung
6,5 g hell gerösteter, gemahlener Kaffee werden in der gleichen Aluminiumkapsel aus Beispiel 1 angeordnet. Der Kaffee weist gemahlen eine mittlere Teilchengröße von 312 μ auf. Die Kapsel weist einen dicken, abgeflachten Aluminiumbecher auf, der an seinen Rändern mit einer Aluminiummembran von 20 μ gequetscht und abgedichtet ist. Der Durchstoßwiderstand der Membran wird mit 0,8 mJ gemessen. Der gemahlene Kaffe wird während des Mahlens bis zu einer Klopfdichte von 450 g/l normalisiert. Die Kapsel wird in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 extrahiert. Der Durchsatz beträgt 179 g/min. Die Pumpe wird nach 37 Sekunden stillgesetzt. Das Ergebnis ist eine große Tasse Kaffee von 110 g mit den folgenden Qualitätsmerkmalen:
Extraktionsausbeute: 26,0
Feststoffgehalt: 1,48 Gew.-%
Crema (Zuckertest): 14 Sekunden
Beispiel 4: Hoher und geringer Durchstoßwiderstand
Eine erste Kaffeekapsel wird mit einer Membran mit hohem Durchstoßwiderstand getestet. Die Kapsel ist mit 6,5 g leicht geröstetem Kaffee gefüllt, der mit einer mittleren Teilchengröße von 425 μ gemahlen ist. Der gemahlene Kaffe wird bis zu einer Klopfdichte von 430 g/l normalisiert. Die Membran für die Kapsel besteht aus Aluminium mit einer Dicke von 30 μ. Der gemessene Durchstoßwiderstand beträgt 1,3 mJ. Der Durchsatz beträgt 112 g/min. Es dauert 60 Sekunden, um eine große Kaffeeextraktmenge von 110 g auszugeben.
Eine zweite Kaffeekapsel wird mit einer Membran mit geringerem Durchstoßwiderstand getestet. Die Kapsel ist mit der gleichen Kaffeemenge gefüllt. Der Kaffee weist eine Korngrößenzusammensetzung von 430 g/l auf. Die Klopfdichte ist die gleiche (430 g/l). Die Membran der Kapsel besteht aus Aluminium mit einer Dicke von 20 μ, das einen Durchstoßwiderstand von 0,8 mJ zeigt. Der Durchsatz ist schneller, verglichen mit der vorherigen Kapsel, und er beträgt 192 g/min. Es dauer nur 34 Sekunden, um eine große Tasse Kaffee von 110 g auszugeben.
Beispiel 5: Der Einfluss der Masse und der Korngrößenzusammensetzung auf die Extraktionszeit
Eine erste Kapsel ist mit 5 g gemahlenem Kaffee gefüllt. Der Kaffee ist bis zu einer mittleren Teilchengröße von 350 μ gemahlen. Die Membran weist eine Dicke von 30 μ für einen Durchstoßwiderstand von 1,3 mJ auf. Die Klopfdichte nach dem Normalisieren beträgt 405 g/l. Der Durchsatz wird mit 122 g/min gemessen. Es dauert etwa 54 Sekunden, um eine große Tasse Kaffee von 110 g auszugeben.
Eine zweite Kapsel ist mit 6,5 g gemahlenem Kaffee gefüllt. Die Korngrößenzusammensetzung und die Klopfdichte sind die gleichen wie beim Kaffee der ersten Kapsel. Die Dicke beträgt ebenfalls 30 μ für einen Durchstoßwiderstand von 1,3 mJ. Der Durchsatz wird mit 177 g/min gemessen. Es dauert nur 37 Sekunden, um eine große Tasse Kaffee von 110 g auszugeben.
Beispiel 6: Der Einfluss der Klopfdichte auf den Durchsatz
Eine erste Kapsel ist mit 6,5 g des gemahlenen Kaffees mit einer Korngrößenzusammensetzung von 353 μ gefüllt. Die Aluminiummembran ist 30 μ dick und zeigt einen Durchstoßwiderstand von 1,3 mJ. Die Klopfdichte nach dem Normalisieren beträgt 405 g/l. Der Durchsatz beträgt 177 g/min. Es dauert etwa 37 Sekunden, um einen Kaffee von 110 g auszugeben.
Eine zweite Kapsel ist mit der gleichen Menge des gemahlenen Kaffees wie bei der ersten Kapsel gefüllt. Die Korngrößenzusammensetzung beträgt 353 μ. Die Membran ist 30 μ dick und zeigt einen Durchstoßwiderstand von 1,3 mJ. Die Klopfdichte beträgt 432 g/l. Der Durchsatz beträgt 290 g/min. Es dauert nur 23 Sekunden, um eine Tasse Kaffee von 110 g auszugeben.
Bei einer weiteren Reihe von Versuchen mit einer anderen Kaffeemischung wird mittels der Kurve in 10 die Veränderung des Duchsatzes als eine Funktion der Klopfdichte gezeigt.

Claims

Getränkesystem zum selektiven Ausgeben von kleinen Kaffeeflüssigkeitsextraktmengen und großen Kaffeeflüssigkeitsextraktmengen in der gleichen Kaffeeextraktionsvorrichtung, mit gemahlenen Kaffee enthaltenden Kapseln (2); einer Aufnahmevorrichtung (10, 100) zum Aufnehmen von Kapseln eine nach der anderen und einem Pumpmittel zum Unter-Druck-Einspritzen von Wasser in die Kapsel; Mitteln zum Öffnen der Kapsel, wobei diese Mittel ein Rückhaltemittel (21, 34) zum Zurückhalten der unter Druck stehenden Flüssigkeit in der Kapsel und ein Eingriffsmittel (13, 35), das mit dem Rückhaltemittel zusammenwirkt, um die Kapsel zu öffnen und den Kaffeeflüssigkeitsextrakt auszugeben, umfassen; wobei das System mindestens eine erste Kapsel (S) zum Ausgeben einer kleinen Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das System mindestens eine zweite Kapsel (L) aufweist, die im Wesentlichen die gleiche äußere Gestalt und Form wie die erste Kapsel hat, um in der gleichen Aufnahmevorrichtung wie die erste Kapsel (S) aufgenommen werden zu können, und die dafür geeignet ist, eine größere Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge auszugeben, nachdem sie eine größere Wassermenge durchfließen gelassen hat, wobei die zweite Kapsel (L) für die größere Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge so gestaltet ist, dass Wasser mit einem höheren Durchsatz als in der ersten Kapsel (S) während der Extraktion durch sie fließt.
System nach Anspruch 1, bei dem der zweiten Kapsel (L) zum Ausgeben der größeren Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge eine Menge gemahlenen Kaffees zugeteilt ist, die größer als die der ersten Kapsel (S) zugeteilten Menge ist.
System nach Anspruch 1, bei der die zweite Kapsel (L) mindestens 10 Gew.-% mehr gemahlenen Kaffee als die ersten Kapseln (S) für die kleine Kaffeeextraktmenge enthält.
System nach Anspruch 3, bei dem die zweiten Kapseln (L) mindestens 20% mehr gemahlenen Kaffee als die ersten Kapseln (S) enthalten.
System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zugeteilte Kaffeemenge in der zweiten Kapsel (L) zum Ausgeben der größeren Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge so festgelegt ist, dass der Durchsatz zwischen 160 und 300 g/min liegt, wogegen die zugeteilte Menge in der ersten Kapsel (S) so festgelegt ist, dass der Durchsatz zwischen 50 und 150 g/min liegt.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die zugeteilte Kaffeemenge in der zweiten Kapsel (L) zum Ausgeben der größeren Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge eine Extraktionsausbeute zwischen 17 und 30% und einen Feststoffgehalt zwischen 1,1 und 1,9 Gew.-% hat.
System nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die zweite Kapsel (L) für die größere Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge zwischen 6 und 8 g gemahlenen Kaffee enthält, wogegen die erste Kapsel (S) zwischen 5 und 6 g gemahlenen Kaffee enthält.
System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Öffnungsmittel (13, 21, 34, 35) der zweiten Kapsel (L) und die Vorrichtung zum Ausgeben der größeren Flüssigkeitsextraktmenge in einer gegenseitigen Abhängigkeit stehen, um den Kaffeeextrakt mit einem Öffnungsdruck auszugeben, der niedriger als der in der ersten Kapsel (S) gehaltene Öffnungsdruck ist.
System nach Anspruch 8, bei dem der in der zweiten Kapsel (L) vor dem öffnen durch die Öffnungsmittel (13, 21, 34, 35) gehaltene Öffnungsdruck mindestens 20% niedriger als der in den ersten Kapseln (S) vor dem öffnen durch die Öffnungsmittel (13, 21, 34, 35) gehaltene Öffnungsdruck ist, und der Innendruck der zweiten Kapsel (L) mindestens 20% niedriger als der Innendruck der ersten Kapsel (S) ist.
System nach irgendeinem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Korngrößenzusammensetzung des gemahlenen Kaffees in der zweiten Kapsel (L) für die Ausgabe der größeren Kaffeeflüssigkeitsextraktmenge höher als die Korngrößenzusammensetzung des gemahlenen Kaffees in der ersten Kapsel (S) ist.
System nach Anspruch 10, bei dem die Korngrößenzusammensetzung des gemahlenen Kaffees in der zweiten Kapsel (L) zwischen 300 und 600 μ ist, wogegen die Korngrößenzusammensetzung der ersten Kapsel (S) zwischen 200 und 400 μ ist.
System nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Klopfdichte in der zweiten Kapsel (L) höher als die Klopfdichte in der ersten Kapsel (S) ist.
System nach Anspruch 12, bei dem die Klopfdichte in der zweiten Kapsel (L) zwischen 390 und 500 g/l ist, wogegen die Klopfdichte der ersten Kapsel (S) zwischen 300 und 430 g/l ist.
System nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rückhaltemittel (21, 34) von dem Eingriffsmittel (13, 35) durch die Wirkung des Druckes in der Kapsel zerreissbar oder zerschneidbar ist.
System nach Anspruch 14, bei dem das Rückhaltemittel (21, 34) eine Membran ist und das Eingriffsmittel (15, 35) eine Oberfläche mit vorstehenden Elementen umfasst.
System nach Anspruch 15, bei dem die verschiedenen Durchsätze der ersten und zweiten Kapsel (S, L) durch eine unterschiedliche Gestalt der Öffnungsmittel erzielt werden, wozu folgendes gehört: (a) die Membran (34) der zweiten Kapsel (L) hat einen geringeren Durchstoßwiderstand als die Membran (34) der ersten Kapsel (L) und/oder (b) das Eingriffsmittel (35) der zweiten Kapsel (L) besteht aus einer stärker einschneidenden Form zum öffnen der zweiten Kapseln als zum öffnen der ersten Kapsel (S).