EP3710380A1 - Getränkepulver und füllstoff enthaltende kapsel, insbesondere zur zubereitung von gebrühtem kaffee - Google Patents

Getränkepulver und füllstoff enthaltende kapsel, insbesondere zur zubereitung von gebrühtem kaffee

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Publication number
EP3710380A1
EP3710380A1 EP19700700.8A EP19700700A EP3710380A1 EP 3710380 A1 EP3710380 A1 EP 3710380A1 EP 19700700 A EP19700700 A EP 19700700A EP 3710380 A1 EP3710380 A1 EP 3710380A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle size
powder
polysaccharide
average particle
capsule
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19700700.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Nickel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swiss Coffee Innovation AG
Original Assignee
Swiss Coffee Innovation AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Swiss Coffee Innovation AG filed Critical Swiss Coffee Innovation AG
Publication of EP3710380A1 publication Critical patent/EP3710380A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23F—COFFEE; TEA; THEIR SUBSTITUTES; MANUFACTURE, PREPARATION, OR INFUSION THEREOF
    • A23F3/00—Tea; Tea substitutes; Preparations thereof
    • A23F3/16—Tea extraction; Tea extracts; Treating tea extract; Making instant tea
    • A23F3/30—Further treatment of dried tea extract; Preparations produced thereby, e.g. instant tea
    • A23F3/32—Agglomerating, flaking or tabletting or granulating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
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    • A23F5/00—Coffee; Coffee substitutes; Preparations thereof
    • A23F5/10—Treating roasted coffee; Preparations produced thereby
    • A23F5/12—Agglomerating, flaking or tabletting
    • A23F5/125—Tablets or other similar solid forms
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    • A23F5/36—Further treatment of dried coffee extract; Preparations produced thereby, e.g. instant coffee
    • A23F5/38—Agglomerating, flaking or tabletting or granulating
    • A23F5/385—Tablets or other similar solid forms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23P—SHAPING OR WORKING OF FOODSTUFFS, NOT FULLY COVERED BY A SINGLE OTHER SUBCLASS
    • A23P10/00—Shaping or working of foodstuffs characterised by the products
    • A23P10/20—Agglomerating; Granulating; Tabletting
    • A23P10/28—Tabletting; Making food bars by compression of a dry powdered mixture
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23P—SHAPING OR WORKING OF FOODSTUFFS, NOT FULLY COVERED BY A SINGLE OTHER SUBCLASS
    • A23P10/00—Shaping or working of foodstuffs characterised by the products
    • A23P10/30—Encapsulation of particles, e.g. foodstuff additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D65/00—Wrappers or flexible covers; Packaging materials of special type or form
    • B65D65/38—Packaging materials of special type or form
    • B65D65/46—Applications of disintegrable, dissolvable or edible materials
    • B65D65/466—Bio- or photodegradable packaging materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D85/00—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials
    • B65D85/70—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials for materials not otherwise provided for
    • B65D85/804—Disposable containers or packages with contents which are mixed, infused or dissolved in situ, i.e. without having been previously removed from the package
    • B65D85/8043—Packages adapted to allow liquid to pass through the contents

Definitions

  • Beverage powder and filler-containing capsule in particular for the preparation of brewed coffee
  • the present invention relates to a beverage powder-containing capsule, which is particularly suitable for the preparation of a beverage, such as cocoa, tea or coffee.
  • the present invention relates to a method for adjusting the flow resistance of such a capsule, a method for producing such a capsule and the use of such a capsule.
  • coffee capsules In the portion-wise preparation of beverages, in particular brewed coffee, coffee capsules have been increasingly used in recent years in addition to coffee pods whose capsule walls are usually made of stainless steel, aluminum or plastic. Such capsules allow to store ground coffee for a prolonged period without loss of flavor. In addition, such capsules allow a quick and user-friendly production of a portion of coffee with the desired flavor by a capsule of the desired coffee is used in a customized coffee machine in which then hot water is pressed through the capsule and brewed coffee is produced from it.
  • capsules are comparatively expensive due, inter alia, to the capsule material used and the production-intensive capsule construction.
  • such capsules are umweltpol politically problematic. First, the capsules are not recyclable and are disposed of by the consumer after use usually as residual waste.
  • capsules of alternative materials have already been proposed.
  • a capsule which consists of a compact of a cellulosic powder, such as in particular of ground coffee, wherein the compact is coated with a layer composed of a biodegradable material material layer.
  • the trans-reaction layer is preferably a liquid cellulose consisting of a polysaccharide or a derivative thereof in combination with a polyole spacer and the associated crosslinker.
  • the 3,115,316 A1 discloses a capsule, in particular for preparing a beverage from beverage powder, in particular coffee from ground coffee, by introducing water into the capsule, wherein the capsule comprises a compact of a powder containing at least one polysaccharide, wherein the Compact comprising at least one coating layer, the at least one coating layer comprising a crosslinked polysaccharide, the crosslinked polysaccharide being obtained by crosslinking a polysaccharide with a crosslinking agent without the use of a polyole spacer.
  • these capsules are biodegradable and therefore environmentally friendly. However, with these capsules, it is difficult to set the flow resistance and thus the extraction properties with hot water to a desired value.
  • these capsules In order to process the previously described capsules with a coffee machine adapted to these coffee machines, these capsules must have a standardized size.
  • these should have a defined flow resistance so that the coffee in the coffee machine can be extracted from the capsules for the same time with the same water pressure at the same time. For example, the extraction time at a water pressure of 9 bar should not exceed 25 s.
  • the resistance to flow of such capsules depends on a variety of factors, such as the degree of grinding, the compression pressure with which the capsules are made, and other factors.
  • the present invention seeks to provide a capsule for the portionwise preparation of beverages from beverage powder, such as cocoa, tea and coffee, which is not only easy and inexpensive to produce, biodegradable and therefore environmentally friendly to dispose of the Capsule contents also over a longer period without appreciable loss of flavor stores, but which in particular can be easily adjusted to a defined and constant during the extraction process resistance.
  • beverage powder such as cocoa, tea and coffee
  • this object is achieved by a capsule for preparing a beverage from beverage powder, in particular coffee from ground coffee, by introducing water into the capsule, wherein the capsule comprises a compact of a powder mixture and the compact is coated with at least one coating layer comprising a crosslinked polysaccharide, the powder mixture of the compact i) comprising a polysaccharide-comprising powder having a first average particle size A and ii a) a polysaccharide-comprising powder having a different from the first average particle size A second average particle size B and / or b) a filler, preferably an inert filler, with one of the first average particle size A different or equal to the first mean particle size A. contains average particle size C.
  • This solution is based on the finding that by mixing in a powder mixture comprising a polysaccharide comprising powder having a first mean particle size A of a suitable amount of a polysaccharide powder having a suitable, different from the first mean particle size A second average particle size B and / or a filler, preferably an inert filler, with a suitable mean particle size C which is different from the first mean particle size A or the same as the first average particle size A and by subsequent compression of the powder mixture with a suitable pressing pressure, thus adjusting the throughflow properties of the compact can be that the capsule prepared therefrom, regardless of the type and degree of grinding of the polysaccharide used, in particular regardless of the type of coffee used and the Technologymahlgrades a selectable, defined and w During the extraction process constant flow resistance.
  • the capsules according to the invention can be processed regardless of the type of coffee and reliabilitymahigrades with a coffee machine to drink ready to drink with excellent and consistent quality, since the extraction time of the capsules according to the invention is the same regardless of the type of coffee used and thatmahlgrades for hot water. Consequently, the capsules according to the invention are also suitable in particular for fine or ground coffee even very fine grinding degree, which causes good extraction due to its large surface area, but because of the small capillaries between the fine powder grains without admixture of the second component ii) would have too high a flow resistance.
  • the addition of the second component ii) introduces a degree of freedom for the formulation of the powder mixture, which leads to an at least partial decoupling of the other otherwise interdependent parameters, namely freeness, density, weight of the compact, volume of the compact and type of coffee ,
  • the capsules according to the invention consist of a compact encased in at least one coating layer comprising a crosslinked polysaccharide
  • the capsules can also be disposed of in an environmentally friendly manner.
  • the at least one coating layer of a crosslinked polysaccharide is stable enough to provide the capsule with a sufficiently high transport protection and grip protection.
  • the capsule according to the invention also protects the capsule contents over a relatively long period of time without a noticeable loss of aroma occurring.
  • the capsule according to the invention is easy to produce in Kugeiform and is thus ideal for use PHg in a suitably adapted vending machines, since they can roll.
  • the capsule according to the invention comprises a compact composed of a powder mixture, wherein the powder mixture of the compact i) comprises a polysaccharide-comprising powder, particularly preferably ground coffee having a first mean particle size A and ii) a) a polysaccharide-comprising powder, more preferably ground coffee with a second average particle size B different from the first mean particle size A and / or b) a filler, preferably an inert filler, with a mean particle size C which is different from the first mean particle size A or the same as the first mean particle size A.
  • a polysaccharide-comprising powder particularly preferably ground coffee having a first mean particle size A and ii) a) a polysaccharide-comprising powder, more preferably ground coffee with a second average particle size B different from the first mean particle size A and / or b) a filler, preferably an inert filler, with a mean particle size C which is different from the first mean
  • the powder mixture of the compact contains, in addition to the polysaccharide-comprising powder having the first mean particle size A, a filler, preferably an inert filler, with an average particle size C which is different from the first mean particle size A or the same as the first mean particle size A.
  • a filler preferably an inert filler
  • an inert filler is understood to be a pulverulent material which is an approved foodstuff or an approved food additive and is preferably also stable to storage, odorless and tasteless.
  • particle size in the sense of the present invention means the average particle size and mean particle size the mean particle size dso, ie the value for the diameter which is less than 50% of the particles present.
  • a mixture of two particles with different average particle size (ie with different mean particle size dso) is therefore a mixture with bimodal particle size distribution.
  • a porous body such as a press cake from Trustmeh! can be with a fluid, eg water with specified properties.
  • This press cake is also referred to as a heap, since it consists of a bed of particles.
  • Such heaps can be described exactly as long as they are composed of a bed of spherical particles.
  • Descriptive parameters are the diameter dp, the void ratio or the porosity S and the capillary diameter dx. For example, a porosity of approx. 26% results for the densest sphere packing (R Keppier specific guess). If the aggregate of particles with different diameters or are not balls, an exact description is no longer possible and it must either experimental data, statistical methods or numerical simulation methods are used.
  • the effective (outer) porosity 8 is according to the formula
  • Vs represents the bulk volume
  • VP represents the particle volume
  • the extraction processes considered here are single-phase flow processes through porous bodies, so that capillary forces play no role, which means a simplification. Furthermore, the flow-through processes tend to be slower in nature, so that there is a laminar flow and thus the frictional forces and not the inertial forces determine the flow resistance. Therefore, the Darcy equation can be used, which was derived from empirical momentum balances on the basis of experimental investigations of sand fillings through which water flows. It is:
  • S is the porosity which can be determined according to the formula given above.
  • Another characterizing quantity is the permeability value derived from the permeability. He is still depicted here because there are values in literature for him to describe the permeability of a porous body;
  • An espresso barista achieves this optimal value through a corresponding degree of grinding of the coffee to a fine flour and by tempering or pressing in the filter holder.
  • the fine grinding also releases a large part of the inner, closed pores of the coffee beans, which enables optimal extraction.
  • different filter holders are in use.
  • RKB, G
  • KF 3.98 * 10 8 m / s
  • the value for KF matches very well with values from the literature for weakly porous bodies.
  • this low value for the porosity is due to the broad particle size distribution and is also explainable, because during the brewing process there is still swelling of the ground coffee and clogging of the capillaries by flushing out of ultrafine particles.
  • the first terms are fixed numerical values or constants, such as the dynamic viscosity of water h, and these are thus fixed.
  • the sizes A and I could be changed either by the geometry of the porous body or by an admixing of an inert mixing partner with the same size distribution of the ground coffee. This leaves the values for porosity and particle diameter constant, but it is at the same proportion of active ingredient, the size A / 1 increased at identical ratios and thus, for example, reduces the time for the flow or the specific flow resistance.
  • At least one powder comprising the polysaccharide having the first particle size A, the polysaccharide-comprising powder having the second particle size B (if present) and the filler having the particle size C (if present) is a water-insoluble material. More preferably, all of the polysaccharide-comprising powder having the first particle size A, the polysaccharide-containing powder having the second particle size B (if included), and the filler having the particle size C (if included) is a water-insoluble material.
  • water-insoluble material is understood as meaning a substance whose solubility in water at 23 ° C.
  • the powder comprising polysaccharide having the first particle size A and the polysaccharide-comprising powder having the second particle size B is coffee powder.
  • coffee powder throughout the present patent application means powder produced by grinding coffee beans, ie no soluble coffee. This ensures that no capsule material dissolves in the water during use of the capsule, so when flowing through the water, except for the extractable components that are extracted by the water from the capsule material. Due to this, the solids content and thus also the fürströmwider stood the capsule unchanged during the entire extra technischsvorgangs.
  • the powder mixture of the pellet of the capsule contains a polysaccharide-comprising powder having a first mean particle size A and ii) has a filler Substance with a mean particle size C equal to the first mean particle size A.
  • the capsule comprises a compact encased in at least one coating layer comprising a crosslinked polysaccharide, which contains a powder comprising comparatively fine polysaccharide, and more preferably comparatively fine ground coffee.
  • the mean particle size A of the powder comprising comparatively fine polysaccharide is 0.01 to less than 0.5 mm, more preferably 0.1 to 0.4 mm, particularly preferably 0.2 to 0.4 mm and most preferably 0, 25 to 0.35 mm.
  • Powder with such a mean particle size forms during pressing compacts with a relatively low porosity and thus with a relatively large flow resistance, therefore, for the processing in coffee machines, if any, poorly suited because they have a long extraction time for hot water to produce an extract of the polysaccharide and other ingredients from the compact.
  • a filler preferably an inert filler, having an average particle size C, which is identical to the first average particle size A, characterized in that by varying the proportion of the inert mixing partner, the Volume of the molding is increased at the same density. If this occurs uniformly in all three dimensions, the influence of the quadratically increasing number of capillaries outweighs the larger capillary length.
  • the flow resistance of the compact by admixing the filler is reduced by the fact that by varying the proportion of the inert mixing partner, the density of the molding can be adjusted at the same volume. This causes a different porosity due to the different capillarity.
  • the powders comprising the polysaccharide having the first particle size A and the filler having the particle size C are each water-insoluble.
  • the powder mixture of the compact at least 50 wt .-% of the polysaccharide comprising powder having the first average particle size A and 1 to 40 wt .-% of the filler, preferably inert filler containing identical mean particle size C, preferably at least 60% by weight of the polysaccharide-comprising powder having the first average particle size A and from 2 to 30% by weight of the filler, preferably inert filler, having the identical average particle size C contains.
  • the polysaccharide comprising powder so particularly preferably the ground coffee, a first particle size distribution and the filler has the same particle size distribution.
  • the total particle size distribution of the mixture is monomodal.
  • the particle size distribution is characterized by the diameters dgo and dio, where the same particle size distribution means that the ratio dgo / d-io for the ground coffee equals the corresponding ratio for the filler.
  • the particle size dgo means the value of the diameter which is less than 90% of the particles present, and the particle size dio the value of the diameter which is less than 10% of the particles present.
  • the powder mixture of the pellet of the capsule comprises a polysaccharide-comprising powder having a first mean particle size A and ii) a polysaccharide-comprising powder having a second mean particle size B different from the first mean particle size A and / or one Filler having a different from the first average particle size A mean particle size C, wherein the average particle size B and / or the average particle size C are smaller than the first average particle size A.
  • the capsule comprises a compact encased in at least one coating layer comprising a crosslinked polysaccharide comprising a powder comprising comparatively coarse polysaccharide, and more preferably comparatively coarse ground coffee.
  • the mean particle size A of the relatively coarse polysaccharide-comprising powder is 0.5 to 1.5 mm, more preferably 0.7 to 1.3 mm, more preferably 0.8 to 1.2 mm and most preferably 0.9 to 1, 1 mm.
  • the throughflow resistance of the compact is in this embodiment by admixing a polysaccharide comprising powder, more preferably ground coffee, with a mean particle size B and / or filler, more preferably an inert filler, with an average particle size C, which is smaller than the first mean particle size A are, thereby increased, that the hollow spaces between the coarse particles having the first average particle size A are at least partially filled by the finer particles with the average particle size B and C, and so the porosity of the compact is reduced.
  • the average particle size B of the polysaccharide-comprising powder is 0.01 to less than 0.5 mm, preferably 0.1 to 0.4 mm, particularly preferably 0.2 to 0.4 mm and most preferably 0.25 to 0.35 mm.
  • the average particle size C of the filler is 0.01 to less than 0.5 mm, preferably 0.1 to 0.4 mm, particularly preferably 0.2 to 0.4 mm and most preferably 0.25 to 0.35 mm.
  • powders comprising the polysaccharide having the first particle size A, the polysaccharide-containing powders having the second particle size B (if present) and the filler having the particle size C (if present) are each water-insoluble.
  • the powder mixture of the compact at least 50 wt .-% of the polysaccharide comprising powder having the first mean particle size A and 1 to 40 wt .-% of the polysaccharide powder with the second particle size B and / or the Filler, preferably inert filler, having average particle size C, preferably at least 60% by weight of the polysaccharide-comprising powder having the first average particle size A and from 2 to 30% by weight of the polysaccharide-comprising powder having the second average particle size B and / or filler, preferably inert filler, having the second average particle size C.
  • the powders comprising polysaccharide that is to say particularly preferably the coffee grounds, have a first particle size distribution with the first mean particle size A, and the powder comprising the polysaccharide having the average particle size B and / or the filler has a different particle size distribution.
  • the total particle size distribution of the mixture is bimodal.
  • the particle size distribution is characterized by the diameters dso and dio, where the same particle size distribution means that the ratio d9o / dio for the ground coffee is equal to the corresponding ratio for the filler.
  • the particle size deo means the value of the diameter, which is below 90% of the particles present, and the particle size dio the value of the diameter, which is less than 10% of the particles present.
  • the powder mixture of the pellet of the capsule comprises a polysaccharide-comprising powder having a first mean particle size A and ii) a polysaccharide-comprising powder having a second mean particle size B different from the first mean particle size A and / or one Filler with a different average of the first average particle size A mean particle size C, wherein the average particle size B and / or the average particle size C are greater than the first average particle size A.
  • the capsule comprises a compact encased in at least one coating layer comprising a crosslinked polysaccharide, which contains a powder comprising comparatively fine polysaccharide, and more preferably comparatively fine ground coffee.
  • the mean particle size A of the comparatively fine polysaccharide-comprising powder is 0.01 to less than 0.5 mm, preferably 0.1 to 0.4 mm, more preferably 0.2 to 0.4 mm and most preferably 0.25 up to 0.35 mm. Powder with such a mean particle size forms during pressing compacts with a comparatively low porosity and thus with a comparatively large flow resistance.
  • the naturalströmwiderstand of the compact in this embodiment by the admixing of a polysaccharide comprising powder, more preferably ground coffee, having an average particle size B and / or filler, more preferably an inert filler having an average particle size C, which is greater than the first mean particle sizes A are reduced.
  • a polysaccharide comprising powder, more preferably ground coffee, having an average particle size B and / or filler, more preferably an inert filler having an average particle size C, which is greater than the first mean particle sizes A are reduced.
  • the average particle size B of the polysaccharide-comprising powder is 0.5 to 1.5 mm, more preferably 0.6 to 1.2 mm, particularly preferably 0.7 to 1.2 mm, and all more preferably 0.8 to 1.2 mm.
  • the average particle size C of the filler preferably inert filler, is 0.5 to 1.5 mm, more preferably 0.6 to 1.2 mm, particularly preferably 0.7 to 1.2 mm and most preferably 0.8 to 1, 2 mm.
  • the polysaccharide-comprising powders having the first particle size A, the polysaccharide-containing powders having the second particle size B (if present) and the filler having the particle size C (if present) are each water-insoluble.
  • the powder mixture of the compact at least 50 wt .-% of the polysaccharide comprising powder having the first average particle size A and 1 to 40 wt .-% of the polysaccharide powder containing the second average particle size B and / or the filler, preferably inert filler, having the second average particle size C, preferably at least 60 wt .-% of the polysaccharide comprising powder having the first average particle size A and 2 to 30 wt .-% of Containing polysaccharide powder having the second average particle size B and / or the filler, preferably inert filler, having the second average particle size C.
  • the powders comprising polysaccharide that is to say particularly preferably the ground coffee, have a first particle size distribution with the first mean particle size A and the powders comprising the polysaccharide having the average particle size B and / or the filler have a different particle size distribution.
  • the total particle size distribution of the mixture is bimodal.
  • the particle size distribution is characterized by the diameters d90 and dio, where the same particle size distribution means that the ratio dgo / dio for the ground coffee is equal to the ratio for the filler.
  • the particle size dso means the value of the diameter which is less than 90% of the particles present, and the particle size d-io the value of the diameter which is less than 10% of the particles present.
  • the powder mixture of the pellet of the capsule contains a polysaccharide-comprising powder having a first average particle size A and ii) a filler having an elongated shape with an aspect ratio of greater than 2, preferably greater than 3 preferably greater than 5 and most preferably greater than 10.
  • the aspect ratio is understood here to be the quotient of the longest extent of the filler particle to the shortest extent of the filler particle.
  • Cellulosic fibers are preferably used as the filler.
  • fibrous filler such as in particular cellulose fibers, an increase in the porosity is achieved because along the elongated cellulose fibers form fine capillaries, which allow a better flow through.
  • the capsule comprises a compact encased in at least one coating layer comprising a crosslinked polysaccharide, which contains a powder comprising comparatively fine polysaccharide, and more preferably comparatively fine ground coffee.
  • the mean particle size A of the comparatively fine polysaccharide-comprising powder is 0.01 to less than 0.5 mm, preferably 0.1 to 0.4 mm, more preferably 0.2 to 0.4 mm and most preferably 0.25 up to 0.35 mm. Powder with such a mean particle size forms during pressing compacts with a comparatively low porosity and thus with a comparatively large flow resistance.
  • the longest extent of the fibrous filler preferably inert filler
  • the longest extent of the fibrous filler is 0.5 to 3.0 mm, more preferably 0.6 to 2.4 mm, particularly preferably 0.7 to 2.4 mm and most preferably 0.8 to 2.4 mm.
  • the shortest extent of the fibrous filler is one-third to one-eighth of the longest extent.
  • the polysaccharide-containing powder having the first particle size A and the filler having the particle size C are each water-insoluble.
  • the powder mixture of the compact at least 50 wt .-% of the polysaccharide comprising powder having the first average particle size A and 1 to 40 wt .-% of the fibrous filler, preferably inert filler and particularly preferably contains cellulose fibers, preferably at least 60 wt .-% of the polysaccharide comprising powder having the first mean particle size A and 2 to 30 wt .-% of the fibrous filler.
  • the present invention is not particularly limited.
  • good results are obtained when the powder mixture of the compact contains a polysaccharide-containing powder selected from the group consisting of coffee, tea, drinking chocolate, cocoa and milk powder.
  • good results are obtained when the powder mixture of the compact contains polysaccharide powder comprising ground coffee grounds.
  • the filler contained in the powder mixture from which the compact of the capsule according to the invention is composed is an inert filler, i. a filler which is an approved food or an approved food additive and is preferably also storage-stable, odorless and tasteless.
  • the filler contained in the powder mixture from which the compact of the capsule according to the invention is composed contains an inert material or preferably consists of an inert material which is particularly preferably selected from the group which consists of silicon dioxide, calcium silicates, cellulose, methyl cellulose, calcium carbonate, titanium dioxide, locust bean gum, aluminum silicates and any mixtures of two or more of the aforementioned materials.
  • compacted powder Under a compact is understood in the context of the present invention compacted powder. Good results are obtained, in particular, when the compact of the capsule according to the invention is obtainable by pressing a powder mixture, in particular a powder mixture containing coffee grounds, at a pressure of 1 to 100 MPa, preferably 5 to 50 MPa and particularly preferably 15 to 30 MPa. As a result, a sufficient compression is given so that a safe encasing of the compact can be made and a good oxygen barrier is achieved. At lower pressures, there is insufficient cohesion and at higher pressures there is too much compaction, which may relax again after removal from the press, which can lead to destruction of the capsules.
  • the compact may have any shape, such as the shape of a Kegeistumpfs, cone, Eilipsoids, cylinder, cuboid, a coffee bean or a ball.
  • the capsule according to the invention in the form of a ball, as a result, the ratio of surface to volume is the lowest, whereby the aroma is particularly well preserved.
  • the spherical shape makes it possible for the capsule to roll and can therefore be used particularly well in a beverage vending machine.
  • the crosslinked polysaccharide of the coating layer is obtained by crosslinking a polysaccharide with a crosslinking agent with or without the use of a polymethylene spacer.
  • the present invention is not limited in the chemical nature of the polysaccharide of the at least one coating layer.
  • the polysaccharide of the at least one coating layer is selected from the group consisting of starch, cellulose, chitin, carrageenan, agar and alginates.
  • the polysaccharide of the at least one coating layer is a carrageenan or an alginate, wherein it is very particularly preferred that the polysaccharide of the at least one coating layer is an alginate.
  • these polysaccharides do not cause a falsification of the taste during the preparation of the beverage.
  • alginates are biodegradable and provide a sufficiently stable sheath and protect the capsule contents, without a significant AromaverSust occurs.
  • alginates are capable of lowering the water hardness. An unpleasant acid taste is thereby mitigated.
  • the polysaccharide of the at least one coating layer is crosslinked.
  • the crosslinking of the polysaccharide according to an embodiment of the present invention can take place via covalent bonds.
  • Crosslinking via covalent bonds allows very durable sheaths.
  • Crosslinking via covalent bonds usually takes place by the reaction of the polysaccharide with a suitable crosslinker.
  • Particularly suitable cross-linking agents are difunctional organic compounds, where the functional groups are selected, for example, from the group consisting of carboxylic acids, salts of carboxylic acids, activated carboxylic acids, amines, alcohols, aldehydes and ketones.
  • Activated carboxylic acids in this context are understood as meaning carboxylic acid halides, active esters of carboxylic acids, anhydrides of carboxylic acids or other reactive derivatives of carboxylic acids.
  • the polysaccharide of the at least one coating layer is crosslinked via ionic and / or coordinative bonds.
  • Such crosslinked via ionic and / or coordinative bonds polysaccharides are particularly easy to produce and do not affect the biodegradability of the polysaccharide used.
  • the ionic and / or coordinative crosslinking can be achieved, for example, by means of polysaccharides which have anionic groups, such as carboxylate groups or sulfonate groups. By Introduction of divalent or higher valent cations, in particular alkaline earth metal ions, is then carried out by ionic or coordinative crosslinking of the anionic groups of the polysaccharide in order to form a stable coating layer.
  • Coordinative bonding in this context refers to an interaction between an electron-pair donor and an electron-pair acceptor, as can occur, for example, between free electron pairs of oxygen atoms in hydroxyl groups and cations.
  • the crosslinked polysaccharide is an alkaline earth metal alginate and most preferably a calcium alginate.
  • the calcium ions are the crosslinkers because they form coordinative or ionic bonds with groups of the alginate.
  • a sheath comprising calcium alginate provides a water-insoluble layer which does not interfere with the taste of the beverage produced from the capsule and provides sufficient stability of the capsule to ensure transport and grasping protection. without the capsule contents suffering a significant loss of flavor.
  • calcium alginate is excellently biodegradable. Another advantage is that calcium alginate is an approved food additive with the E number E405 and is therefore harmless to health.
  • the capsule content ie the polysaccharide pellet
  • the capsule content is at least substantially free of alkaline earth metal ions and especially calcium ions, by which it is understood that the pellet, except for any in the polysaccharide, was made from the pellet ,
  • the compact contained in the capsule, or at least 80% of the internal volume of the compact has an alkaline earth metal ion concentration and in particular calcium ion.
  • nenkonzentration of less than 1 mol / l preferably less than 0.1 mol / i, more preferably less than 0.001 mol / i, more preferably less than 0.001 moi / l, most preferably less than 0.0001 mol / l, and most preferably less than 0.00001 mol / l.
  • Under 80% of the internal volume of the compact is understood to mean the volume obtained when a spherical surface is stretched from the longest distance radially leading from the center to the outer surface of the compact about the point at 80% from the center to the outer surface of the section becomes.
  • Contamination of the compact with alkaline earth metal ions and in particular calcium ions can be prevented by preparing the alkaline earth metal ions and in particular calcium alginate coating by first contacting the compact with an alkali metal alginate solution and only then contacting the calcium alginate coating with an alkaline earth metal ion and in particular calcium ion-containing liquid, and not first contacted with an alkaline earth metal ion and in particular calcium ion-containing liquid before an alkali metal alginate solution is added.
  • the capsule according to the invention can only comprise a coating layer of crosslinked polysaccharide.
  • the capsule according to the invention comprises two or more coating layers.
  • the pellet of the capsule is coated with from 2 to 100, more preferably from 2 to 20, most preferably from 2 to 10, and most preferably from 2 to 5 coating layers.
  • the coating of the capsule consists of 2 to 100, preferably 2 to 20, particularly preferably 2 to 10 and most preferably 2 to 5 calcium alginate layers encasing the compact.
  • the individual coating layers have thicknesses between 50 and 600 ⁇ m. Particular preference is given to layer thicknesses of 100 to 300 ⁇ m for the first coating layer, since they have the optimum compromise between stability and drying rate. Subsequent coating layers are preferably thinner and are preferably between 50 and 200 microns to allow rapid drying.
  • a thin coating layer is preferred in order to more easily remove the water contained in the gel, and to facilitate the diffusion of the cross-linking agent, ie the calcium ions, into the sodium alginate as quickly as possible.
  • the rate of diffusion of the calcium ions into the sodium alginate could also be increased by a higher concentration of the crosslinking agent;
  • this variant thin coating thicknesses have proven to be advantageous for the speed of Eindiffundensens and handling.
  • Another object of the present invention is a method for adjusting the flow resistance of a capsule, for preparing a drink from beverage powder, in particular coffee from ground coffee, by introducing water into the capsule, the method comprising the following steps: i) providing a compact from a powder mixture comprising a polysaccharide-comprising powder having a first average particle size A and ii) a) a polysaccharide-comprising powder having a second average particle size B different from the first mean particle size A and / or b) a filler having one of the first contains average particle size A different or equal to the first average particle size A mean particle size C, and
  • the present invention relates to a method for producing a capsule, which comprises the following steps:
  • a compact of a Puivermischung comprising a polysaccharide comprising powder having a first average particle size A and ii) a) a polysaccharide powder having a different from the first average particle size A second average particle size B and / or b) a filler with ii) an average particle size C which is different from the first mean particle size A or the same as the first mean particle size A, ii) contacting at least part and preferably the entire surface of the compact obtained in step i) with a solution of a polysaccharide in a solvent or with a dispersion of a polysaccharide in a dispersant, iii) optionally removing the compact from the solution or the dispersion of step ii),
  • step iv) bringing the pressed article obtained in step ii) or iii) into contact with at least one crosslinking agent
  • step iv) optionally removing the compact from the solution of step iv) and vi) drying the compact obtained in step iv) or v).
  • the contacting of the compact in step ii) is preferably carried out so that at least a part of the surface and preferably the entire surface of the compact is wetted with the solution or the dispersion of the polysaccharide.
  • the contacting of the compact in steps ii) and iv) is carried out independently by dipping, spraying or coating the compact with the solution or the dispersion of the polysaccharide or with the crosslinking agent.
  • the method according to the invention makes it possible to coat the compact uniformly, in particular even when the compact is spherical, without creating an edge or a seam.
  • the solvent or dispersant is preferably a water-based solvent or dispersant. Most preferably, the solvent or dispersant is water.
  • the compact is immersed in or sprayed with an aqueous 0.5 to 5% by weight alkali metal alginate solution in step ii).
  • the compact in step ii) is immersed in or sprayed with an aqueous 1 to 2% strength by weight alkali metal alginate solution.
  • the alkali metal alginate solution is not concentrated enough and too low in viscosity to simply apply a sufficient amount of alkali metal alginate to the compact in a simple dipping or spraying operation To produce the following steps a sufficiently stable sheath.
  • the concentration of the alkali metal alginate exceeds 5% by weight, the viscosity of the alkali metal alginate solution is so high as to make it difficult to form a complete shell.
  • the coating thicknesses increase at a concentration of the alkali metal alginate of over 5 wt .-%, whereby the drying is difficult.
  • the drying in step vi) can be carried out in different ways, with various drying methods have proved successful.
  • a very uniform drying can be achieved inter alia, but not exclusively, by drying in a stream of air in suitable channels, wherein the compact floats freely and dries evenly by its own rotation.
  • a contact drying on absorbent or warm surfaces has also proved successful.
  • Both principles can be combined in a kind of floating bed.
  • infrared dryers and microwave dryers can be used.
  • Another object of the present invention is the use of the capsule according to the invention for preparing a beverage by bringing the capsule according to the invention with water.
  • the capsule contains a material selected from the group consisting of coffee, tea, drinking chocolate, cocoa and milk puff.
  • the use of the capsule according to the invention for the preparation of a coffee beverage allows the portionwise preparation of the beverage depending on the need.
  • a particular advantage of the use according to the invention is that only biodegradable waste is produced.

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Abstract

Eine Kapsel zur Zubereitung eines Getränkes aus Getränkepulver, insbesondere von Kaffee aus Kaffeemehl, durch Einbringen von Wasser in die Kapsel, umfasst einen Pressling aus einer Pulvermischung, wobei der Pressling mit wenigstens einer ein vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht ummantelt ist, wobei die Pulvermischung des Presslings i) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikeigröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikeigröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C enthält.

Description

Getränkepulver und Füllstoff enthaltende Kapsel, insbesondere zur Zubereitung von gebrühtem Kaffee
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getränkepulver enthaltende Kapsel, welche insbesondere für die Zubereitung eines Getränkes, wie Kakao, Tee oder Kaffee, geeignet ist. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Einstellung des Durchströmwiderstandes einer solchen Kapsel, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kapsel sowie die Verwendung einer solchen Kapsel.
Bei der portionsweisen Zubereitung von Getränken, insbesondere von gebrühtem Kaffee, wurden in den vergangenen Jahren neben Kaffeepads zunehmend Kaffeekapseln verwendet, deren Kapselwände üblicherweise aus Edelstahl, Aluminium oder Kunststoff gefertigt sind. Solche Kapseln erlauben es, Kaffeemehl über einen längeren Zeitraum ohne Aromaverlust zu lagern. Zudem erlauben solche Kapseln eine schnelle und bedienerfreundliche Herstellung einer Kaffeeportion mit gewünschter Geschmacksrichtung, indem eine Kapsel mit gewünschter Kaffeesorte in eine daran angepasste Kaffeemaschine eingesetzt wird, in welcher dann heißes Wasser durch die Kapsel gepresst und daraus gebrühter Kaffee hergestellt wird. Allerdings sind derartige Kapseln unter anderem aufgrund des eingesetzten Kapselmaterials sowie der produktionsaufwendigen Kapselkonstruktion vergleichsweise teuer. Ferner sind derartige Kapseln umweltpol itisch problematisch. Zum einen sind die Kapseln nicht wiederverwertbar und werden vom Verbraucher nach dem Gebrauch in der Regel als Restmüll entsorgt. Ein Recycling von Kaffeekapseln findet daher praktisch nicht statt, was insbesondere bei Kaffeekapseln auf Aluminiumbasis bedenklich ist, da die Aluminiumhersteliung sehr energieintensiv ist, wodurch sich bei solchen Kapseln eine besonders schlechte C02-Bilanz ergibt. Ein weiterer großer Nachteil ist, dass derartige Kapseln biologisch nicht abbaubar sind und somit auch nicht biologisch entsorgt werden können. In Anbetracht der Tatsache, dass allein in Deutschland pro Jahr weit über 4 Milliarden Kaffeekapseln und weltweit über 48 Milliarden Kaffeekapseln verbraucht werden, ist dies ein ernstzunehmendes Problem.
Um die vorstehenden Probleme zumindest teilweise zu umgehen, sind bereits Kapseln aus alternativen Materialien vorgeschlagen worden.
Aus der DE 10 2014000 187 A1 ist eine Kapsel bekannt, welche aus einem Pressling aus einem cellulosischem Pulver, wie insbesondere aus Kaffeemehl besteht, wobei der Pressling mit einer aus einem biologisch abbaubaren Material bestehenden Material zusammengesetzten Schicht ummantelt ist. Bei der Um- manteiungsschicht handelt es sich bevorzugt um eine Flüssigcellulose, die aus einem Polysaccharid oder einem Derivat davon in Verbindung mit einem polyolen Spacer und dem zugehörigem Vernetzer besteht.
In der 3 115 316 A1 wird eine Kapsel, insbesondere zur Zubereitung eines Getränkes aus Getränkepulver, insbesondere von Kaffee aus Kaffeemehl, durch Einbringen von Wasser in die Kapsel, offenbart, wobei die Kapsel einen Pressling aus einem wenigstens ein Polysaccharid enthaltendem Pulver umfasst, wobei der Pressling mit wenigstens einer Beschichtungsschicht ummantelt ist, wobei die wenigstens eine Beschichtungsschicht ein vernetztes Polysaccharid umfasst, wobei das vernetzte Polysaccharid durch Vernetzen eines Polysaccharids mit einem Vernetzungsmittel ohne die Verwendung eines polyolen Abstandshalters erhalten wurde.
Diese Kapseln sind biologisch abbaubar und somit umweltschonend. Allerdings ist es bei diesen Kapseln schwierig, den Durchströmwiderstand und somit die Extraktionseigenschaften mit heißem Wasser auf einen gewünschten Wert einzustellen. Um die zuvor beschriebenen Kapseln mit einem an diese angepassten Kaffeevoli- automaten zu trinkfertigem Kaffee zu verarbeiten, müssen diese Kapseln eine standardisierte Größe aufweisen. Zudem sollten diese einen definierten Durch- strömwiderstand aufweisen, damit der Kaffee in dem Kaffeevollautomaten mit jeweils demselben Wasserdruck für dieselbe Zeit aus den Kapseln extrahiert werden kann. Beispielsweise sollte die Extraktionsdauer bei einem Wasserdruck von 9 bar nicht über 25 s liegen. Allerdings hängt der Durchströmwiderstand solcher Kapseln von einer Vielzahl von verschiedenen Faktoren ab, wie insbesondere von dem Mahlgrad, dem Pressdruck, mit denen die Kapseln hergestellt worden sind, und anderen Faktoren. Je feiner der Mahlgrad des Pulvers ist, desto geringer ist die Porosität der daraus hergesteilten Kapsel, da zwischen kleineren Partikeln weniger Hohlräume verbleiben als zwischen größeren Partikeln. Unterschiedliche Kaffeesorten erfordern jedoch auch einen unterschiedlichen Mahlgrad, um Kaffee mit exzellentem Geschmack zu ergeben. Espresso beispielsweise ist feinkörniger zu verwenden als Fiiterkaffee. Aus diesem Grund ist es schwierig, die vorstehend beschriebenen Kapseln unabhängig von der Kaffeesorte mit einem Kaffeevollautomaten zu trinkfertigen Kaffee mit einer definierten Kaffeekonzentration zu verarbeiten.
Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kapsel für die portionsweise Zubereitung von Getränken aus Getränkepulver, wie Kakao, Tee und Kaffee, bereit zu stellen, weiche nicht nur einfach und kostengünstig herstellbar, biologisch abbaubar und daher umweltfreundlich zu entsorgen ist, den Kapselinhalt auch über einen längeren Zeitraum ohne nennenswerten Aromaverlust lagert, sondern welche insbesondere einfach auf einen definierten und während des Extraktionsvorgangs konstanten Durchströmwiderstand eingestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Kapsel zur Zubereitung eines Getränkes aus Getränkepuiver, insbesondere von Kaffee aus Kaffeemehl, durch Einbringen von Wasser in die Kapsel, wobei die Kapsel einen Pressling aus einer Pulvermischung umfasst und der Pressling mit wenigstens einer ein vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht ummantelt ist, wobei die Pulvermischung des Presslings i) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff, vorzugsweise einen inerten Füllstoff, mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C enthält.
Diese Lösung basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Einmischen in eine Pulvermischung enthaltend ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A von einer geeigneten Menge eines Polysaccharid umfassenden Pulvers mit einer geeigneten, von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder eines Füllstoffs, vorzugsweise eines inerten Füllstoffs, mit einer geeigneten, von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder mit der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C sowie durch anschließendes Verpressen der Pul- vermischung mit einem geeigneten Pressdruck, die Durchströmeigenschaften des Presslings derart eingestellt werden können, dass die daraus hergestellte Kapsel unabhängig von der Sorte und dem Mahlgrad des eingesetzten Polysaccharids, insbesondere unabhängig von der eingesetzten Kaffeesorte und des Kaffeemahlgrades einen wählbaren, definierten und während des Extraktionsvorgangs konstanten Durchströmwiderstand aufweist. Aus diesem Grund können die erfindungsgemäßen Kapseln unabhängig von der eingesetzten Kaffeesorte und des Kaffeemahigrades mit einem Kaffeevoilautomaten zu trinkfertigem Kaffee mit exzellenter und gleichbleibender Qualität verarbeitet werden, da die Extraktionszeit der erfindungsgemäßen Kapseln unabhängig von der eingesetzten Kaffeesorte und des Kaffeemahlgrades für heißes Wasser gleich ist. Folglich eignen sich die erfindungsgemäßen Kapseln insbesondere auch für Kaffeemehl mit feinem oder gar sehr feinem Mahlgrad, der aufgrund seiner große Oberfläche eine gute Extraktion bewirkt, aber wegen der kleinen Kapillaren zwischen den feinen Pulverkörnern ohne Beimischung der zweiten Komponente ii) einen zu hohen Durchströmwider- stand aufweisen würde. Mithin wird durch die Beimischung der zweiten Kompo- nente ii) ein Freiheitsgrad für die Formulierung der Pulvermischung eingeführt, was zu einer zumindest teilweisen Entkoppelung der anderen sonst voneinander abhängigen Parameter, nämlich Mahlgrad, Dichte, Gewicht des Presslings, Volumen des Presslings sowie Kaffeesorte, führt. Da die erfindungsgemäßen Kapseln aus einem mit wenigstens einer ein vernetztes Polysaccharid umfassenden Be- schichtungsschicht ummantelten Pressling bestehen, sind die Kapseln zudem umweltfreundlich entsorgbar. Insbesondere ist die wenigstens eine Beschichtungsschicht aus einem vernetzten Polysaccharid stabil genug, um die Kapsel mit einem ausreichend hohen Transportschutz und Anfassschutz zu versehen. Abgesehen davon schützt die erfindungsgemäße Kapsel den Kapselinhalt auch über einen längeren Zeitraum, ohne dass ein nennenswerter Aromaverlust auftritt.
Durch das Pressen des Kaffeemehls zu einem Pressling wird nämlich die Oberfläche des Kaffeemehls, welche für Sauerstoff zugänglich ist, im Vergleich zu unver- dichtetem Mehl deutlich verringert. Außerdem ist die erfindungsgemäße Kapsel leicht in Kugeiform herstellbar und eignet sich somit hervorragend zur Verwen- düng in einem entsprechend angepassten Getränkeautomaten, da sie rollen kann.
Erfindungsgemäß enthält die erfindungsgemäße Kapsel einen Pressling, der aus einer Pulvermischung zusammengesetzt ist, wobei die Puivermischung des Presslings i) ein Polysaccharid umfassendes Pulver, besonders bevorzugt Kaffeemehl, mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver, besonders bevorzugt Kaffeemehl, mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff, vorzugsweise einen inerten Füllstoff, mit einer von der ersten mittleren Partikeigröße A verschiedenen oder zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C enthält. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Pulvermischung des Presslings zusätzlich zu dem Polysaccharid umfassenden Pulver mit der ersten mittleren Partikeigröße A einen Füllstoff, vorzugsweise einen inerten Füllstoff, mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C enthält.
Unter einem inerten Füllstoff wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein pulver- förmiges Material verstanden, welches ein zugelassenes Lebensmittel oder ein zugelassener Lebensmittelzusatzstoff ist und vorzugsweise zudem iagerstabil, geruchsneutral sowie geschmacksneutrai ist.
Zudem wird unter Partikelgröße im Sinne der vorliegenden Erfindung die mittlere Partikelgröße sowie unter mittlerer Partikelgröße die mittlere Partikelgröße dso verstanden, also der Wert für den Durchmesser, der von 50% der vorliegenden Partikel unterschritten wird. Eine Mischung aus zwei Partikeln mit voneinander verschiedener mittlerer Partikeigröße {also mit voneinander verschiedener mittlerer Partikelgröße dso) ist mithin eine Mischung mit bimodaler Partikelgrößenverteilung.
Zur besseren Beschreibung der Wirkzusammenhänge werden nachfolgend einige mathematisch - physikalische Zusammenhänge betrachtet.
Bei Extraktionsvorgängen für Heißgetränke, wie z.B. bei der Espressozubereitung, handelt es sich in der Regel um ein einphasiges Durchströmen eines porösen Körpers, der z.B. ein Presskuchen aus Kaffeemeh! sein kann, mit einem Fluid, z.B. Wasser mit festgelegten Eigenschaften. Dieser Presskuchen wird auch als Haufwerk bezeichnet, da er aus einer Schüttung von Partikeln besteht. Solche Haufwerke lassen sich exakt beschreiben, solange sie sich aus einer Schüttung kugelförmiger Partikel zusammensetzen. Beschreibende Parameter sind der Durchmesser dp, der Lückengrad bzw. die Porosität S und der Kapiilardurchmesser dx. So ergibt sich z.B. für die dichteste Kugelpackung eine Porosität von ca. 26% (Keppierrsche Vermutung). Setzt sich das Haufwerk aus Partikeln mit unterschiedlichen Durchmessern zusammen oder handelt es sich nicht um Kugeln, ist eine exakte Beschreibung nicht mehr möglich und es muss entweder auf experimentelle Daten, statistische Methoden oder numerische Simuiationsverfahren zurückgegriffen werden. Die wirksame (äußere) Porosität 8 wird nach der Formel
8 = (VS-VP)/VS (1 )
berechnet, wobei Vs das Schüttvoiumen und VP das Partikelvoiumen darstellt. Die Berechnung aus der Schüttdichte und der Partikeidichte ist nur zulässig, solange die Partikel keine innere, geschlossene Porosität aufweisen.
Bei den hier betrachteten Extraktionsvorgängen handelt es sich um einphasige Strömungsvorgänge durch poröse Körper, so dass Kapillarkräfte keine Rolle spielen, was eine Vereinfachung bedeutet. Ferner sind die Durchströmungsvorgänge eher langsamer Natur, so dass ein laminarer Fluss vorliegt und somit die Reibungskräfte und nicht die Trägheitskräfte den Durchflusswiderstand bestimmen. Daher kann die Darcy - Gleichung zur Anwendung kommen, die aus empirischen Impulsbilanzen auf Basis experimenteller Untersuchungen an Sandschüttungen, die von Wasser durchströmt werden, hergeleitet wurde. Sie lautet:
- dpidx = h / K * uo (2)
Sie beschreibt das Druckgefälle dp über einen porösen Körper mit der Permeabilität K, der eindimensional in x - Richtung mit einem Fluid mit der dynamischen Viskosität h und der Anströmgeschwindigkeit uo durchströmt wird. Die Anströmgeschwindigkeit uo kann durch den Quotienten aus Volumenstrom Q und der Querschnittsfläche des porösen Körpers ausgedrückt werden. Eine Integration über die Dicke l des porösen Körpers führt letztlich zu einer neuen Form der Darcy - Gleichung:
Q / A = K / n * Ap / l (3) oder nach K umgeformt:
K = Q / A * rt * l / Ap (4) Hiermit lassen sich die Permeabilität eines porösen Körpers bestimmen. Durch eine Ableitung aus dem Hagen - Poiseuilleschen Gesetz erhält man einen weiteren Zusammenhang zwischen Permeabilität und Poren-/bzw. Kapillardurchmesser d«:
K =€ * d2K / 32 (5)
Hierbei ist S wiederum die Porosität, die nach der oben angegebenen Formel bestimmt werden kann.
Da die Kapiliardurchmesser im Körper nur schwer zu bestimmen sind, muss der Kapillardurchmesser durch den mittleren Partikeldurchmesser dp ersetzt werden. Hier gibt es verschiedene experimentelle Arbeiten, da eine exakte Beziehung nur bei Kugelschüttungen zu erhalten ist. Bei realen Partikeln, die eine unregelmäßige Oberfläche aufweisen und auch unterschiedliche Durchmesser als Fraktion mit sich bringen, kann es nur messtechnische Beziehungen geben. Gute Ergebnisse werden nach Ergun für Sandschüttungen mit der Gleichung
dp = 2,165 * (1 - S) / S * dK (6) erzielt.
Eine weitere charakterisierende Größe ist der aus der Permeabilität abgeleitete Durchlässigkeitswert. Er wird hier noch dargestellt, weil es für ihn in der Literatur Werte gibt, um die Durchlässigkeit eines porösen Körpers zu beschreiben;
KF = K * pF / pp * g (7)
Hierbei sind pF die Dichte des durchströmenden Mediums (Wasser bei 90°C z.B. pF = 965 kg/m3), pF ist die dynamische Viskosität des Mediums (Wasser bei 90°C z.B. pF = 3,14 * 10"4 kg/m/s) und g = 9,81 m/s2 ist die Erdbeschleunigung.
Aus der Literatur ist bekannt, dass ein guter Espresso neben dem geeigneten Kaffee nach folgenden Regeln zubereitet werden sollte:
o Wassermenge: V = 25 ml o Zubereitungszeit; t = 25 s
o Durchströmdruck: p = 9 bar
Der Quotient V / 1 ergibt den Voiumenstrom Q. Und der Durchströmdruck p ergibt mit dem Umgebungsdruck pu den Differenzdruck Dr = p - pu - 8 bar.
Hiermit kann ein Zielwert für einen optimalen Espresso berechnet werden zu:
Q / Dr = 1 ,25 * 1 Ö~12 m4 * s / kg (8)
Diesen Optimalwert erreicht ein Espresso - Barista durch einen entsprechenden Mahlgrad des Kaffees zu einem feinen Mehl und durch das Tempern bzw. Andrücken im Siebträger. Durch das feine Mahlen wird zudem ein großer Teil der inneren, geschlossenen Poren der Kaffeebohnen freigeiegt, was eine optimale Extraktion ermöglicht. Für Espresso - Maschinen sind unterschiedliche Siebträger im Einsatz. Für die Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung wurde ein Siebträger mit einem mittleren Durchmesser von 50 mm gewählt, was eine Durchströmfläche von A = 1.963 mm2 ergibt. Bei einer üblichen Kaffeemehlmenge von 7 g ist der Kaffeemehlkuchen nach entsprechender Anpressung ca. I = 6,6 mm dick. Dies ergibt eine mittlere Dichte des Kaffeemehlkuchens von ca. rkk = 0,54 g/cm3. Für die Kaffebohnen wird im Rohzustand eine Dichte von ca. RKB,G =
1 ,20 g/cm3 und im gerösteten Zustand von ca. p«B,g = 0,5 - 0,6 g/cm3 angegeben. Dies ist begründet durch den Röstverlust, d.h. die Verdampfung flüchtiger Bestandteile, und Volumenvergrößerung durch das Entstehen von einer inneren, geschlossenen Porosität. Es ist daher schwer, die äußere Porosität sicher anzugeben, da sich die Dichte der heilen, gerösteten Bohnen im gleichen Bereich wie die Dichte des angedrückten Kaffeemehlkuchens befindet. Daher wurden in der Berechnung zuerst die von dem porösen Körper unabhängigen Größen wie die Permeabilität und der Durchiässigkeitswert berechnet. In diesem Beispiel wurden erhalten:
K = 1 ,32 * 1015 m2 und
KF = 3,98 * 108 m/s Der Wert für KF deckt sich sehr gut mit Werten aus der Literatur für schwach durchlässige poröse Körper.
Da, wie oben beschrieben, die äußere, offene Porosität theoretisch nicht zu bestimmen ist, wurde ihr Wert im Berechnungsprogramm so angepasst, dass sich realistische Werte für die mittlere Partikelgröße ergeben. Aus mikroskopischen Untersuchungen erhält man mittlere Partikelgrößen für Kaffeemehl für Espresso - Anwendungen von ca. 0,3 mm. Dies korrespondiert dann mit einem Wert von 8 =
1 ,4 %. Dieser geringe Wert für die Porosität ist einerseits durch die breite Partikelgrößenstreuung bedingt und zusätzlich erklärlich, weil es beim Brühvorgang noch zu einem Quellen des Kaffeemehls und einem Verstopfen der Kapillaren durch Ausschwemmungen von Feinstpartikeln kommt.
Durch die experimenteile Bestimmung der Porosität, die auch alle anderen beschriebenen Nebeneffekte mit abdeckt, liegen jetzt alle Informationen für einen bestimmten Kaffeemehlkörper vor. Somit lassen sich mit dieser Herleitung nun die Abhängigkeiten der einzelnen Größen untereinander bestimmen. Hierzu werden die Gleichungen (3), (5) und (6) nach dem in Gleichung (8) vorgegebenen Zielwert umgeformt und man erhält:
Q / Dr = 2 / 3 * 102 / h * A / i * 83 / {8 - 1 )2 * dp2
Auf der linken Seite steht also der Zielwert für einen guten Espresso. Will man ihn erreichen, bieten sich jetzt verschiedene Möglichkeiten durch Beeinflussung der Größen auf der rechten Seite an. Dabei sind auf der rechten Seiten die ersten Glieder feste Zahlenwerte oder Konstanten, wie die dynamische Viskosität von Wasser h, und diesen sind somit fixiert. Die Größen A und I lasen sich entweder durch die Geometrie des porösen Körpers ändern oder durch eine Beimischung eines inerten Mischungspartners mit der gleichen Größenverteilung des Kaffeemehls. Dadurch bleiben die Werte für die Porosität und den Partikeldurchmesser konstant, es wird aber bei gleichen Wirkstoffanteil die Größe A / 1 bei identischen Verhältnissen vergrößert und somit z.B. die Zeit für die Durchströmung oder der spezifische Durchströmwiderstand verringert.
Vorzugsweise handelt es sich bei mindestens einem des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten Partikelgröße A, des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der zweiten Partikelgröße B (sofern enthalten) und des Füllstoffs mit der Partikelgröße C (sofern enthalten) um ein wasserunlösliches Material. Besonders bevorzugt handelt es sich bei allen des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten Partikelgröße A, des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der zweiten Partikelgröße B (sofern enthalten) und des Füllstoffs mit der Partikelgröße C (sofern enthalten) um ein wasserunlösliches Material. Unter wasserunlöslichem Material wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Stoff verstanden, dessen Löslichkeit in Wasser bei 23°C weniger als 0,1 g/ml, bevorzugt weniger als 0,05 g/ml und besonders bevorzugt weniger als 0,01 g/ml, beträgt. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Polysaccharid umfassenden Pulver mit der ersten Partikeigröße A und dem Polysaccharid umfassenden Pulver mit der zweiten Partikelgröße B (sofern enthalten) um Kaffeepulver. Dabei bedeutet Kaffeepulver in der gesamten vorliegenden Patentanmeldung durch Mahlen von Kaffeebohnen hergestelltes Pulver, also kein löslicher Kaffee. Dadurch wird sichergestellt, dass sich während der Verwendung der Kapsel, also bei dem Durchströmen des Wassers, - ausgenommen der extrahierbaren Bestandteile, die durch das Wasser aus dem Kapselmaterial extrahiert werden - kein Kapselmaterial in dem Wasser löst. Aufgrund dessen bleibt der Feststoffanteil und somit auch der Durchströmwider stand der Kapsel während des gesamten Extra ktionsvorgangs unverändert.
Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pulvermischung des Presslings der Kapsel ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) einen Füil- Stoff mit einer zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C.
Durch die Beimischung eines inerten Mischungspartners mit der gleichen mittleren Partikelgröße wie der des Kaffeemehls wird, bei gleicher Pressdichte wie für das Kaffeemehl alleine, eine Volumen Vergrößerung des Presslings bei gleichbieiben- der Menge des Kaffeemehis erreicht, was eine quadratische Erhöhung der Kapillaranzahl bei lediglich linearer Vergrößerung der Kapiilarlänge bedeutet. Dadurch wird der Durchströmwiderstand des Presslings verringert. Wird hingegen das Volumen des Presslings so eingestellt wie das eines vergleichbaren Presslings nur aus Kaffeemehl, also wird der Pressdruck entsprechend der Menge an beigemischtem Füllstoff gegenüber dem für das Kaffeemehl alleine verwendeten Pressdrucks erhöht, wird durch die Beimischung die Porosität erhöht.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere bevorzugt, dass die Kapsel einen mit wenigstens einer ein vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht ummantelten Pressling umfasst, welcher ein vergleichsweise feines Polysaccharid umfassendes Pulver und besonders bevorzugt vergleichsweise feines Kaffeemehl enthält. Vorzugsweise beträgt die mittlere Partikelgröße A des vergleichsweise feines Polysaccharid umfassenden Pulvers 0,01 bis weniger als 0,5 mm, weiter bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm. Pulver mit einer solchen mittleren Partikelgröße bildet beim Pressen Presslinge mit einer vergleichsweise geringen Porosität und damit mit einem vergleichsweise großen Durchströmwiderstand, weiche sich daher für die Verarbeitung in Kaffeevollautomaten, wenn überhaupt, schlecht eignen, da sie eine lange Extraktionszeit für heißes Wasser zur Herstellung eines Extraktes des Polysaccharids und anderer Inhaltsstoffe aus dem Pressling benötigen. Erfindungsgemäß wird der Durchströmwiderstand des Presslings bei dieser Ausführungsform durch das Zumischen von einem Füllstoff, vorzugsweise einem inerten Füllstoff, mit einer mittleren Partikelgröße C, welche identisch zur der ersten mittleren Partikelgröße A ist, dadurch verringert, dass durch die Variation des Anteils des inerten Mischungspartners das Volumen des Formkörpers bei gleicher Pressdichte vergrößert wird. Geschieht dies in allen drei Dimensionen gleichmäßig, überwiegt der Einfluss der quadratisch anwachsenden Anzahl an Kapillaren über die größere Kapillarlänge. Dies bewirkt dann die Vergrößerung der Porosität. Alternativ dazu wird der Durchströmwiderstand des Presslings durch Zumischen des Füllstoffs dadurch verringert, dass durch Variation des Anteils des inerten Mischungspartners die Pressdichte des Formkörpers bei gleichem Volumen eingestellt werden kann. Dies bewirkt über die unterschiedliche Kapillarität eine veränderte Porosität.
Wie vorstehend dargelegt, ist es bevorzugt, dass das Polysaccharid umfassende Pulver mit der ersten Partikelgröße A sowie der Füllstoff mit der Partikelgröße C jeweils wasserunlöslich ist.
Um einen geeigneten Durchströmwiderstand einzusteilen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass bei dieser Ausführungsform die Pulvermischung des Presslings mindestens 50 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikelgröße A und 1 bis 40 Gew.-% des Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, mit der identischen mittleren Partikel- größe C enthält, bevorzugt mindestens 60 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikelgröße A und 2 bis 30 Gew.-% des Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, mit der identischen mittleren Partikelgröße C enthält.
Vorzugsweise weist bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Polysaccharid umfassende Pulver, also besonders bevorzugt das Kaffeemehl, eine erste Partikelgrößenverteilung auf und weist der Füllstoff die gleiche Partikelgrößenverteilung auf. Mithin ist die gesamte Partikelgrößenverteilung der Mischung monomodal, Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Partikelgrößenverteilung durch die Durchmesser dgo und dio charakterisiert, wobei gleiche Partikelgrößenverteilung heißt, dass das Verhältnis dgo/d-io für das Kaffeemehl gleich dem entsprechendem Verhältnis für den Füllstoff ist. Dabei bedeutet die Partikelgröße dgo den Wert des Durchmessers, der von 90% der vorliegenden Partikel unterschritten wird, und die Partikelgröße dio den Wert des Durchmessers, der von 10% der vorliegenden Partikel unterschritten wird.
Gemäß einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pulvermischung des Presslings der Kapsel ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen mittleren Partikelgröße C, wobei die mittlere Partikelgröße B und/oder die mittlere Partikelgröße C kleiner sind als die erste mittlere Partikelgröße A.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere bevorzugt, dass die Kapsel einen mit wenigstens einer ein vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht ummantelten Pressling umfasst, welcher ein vergleichsweise grobes Polysaccharid umfassendes Pulver und besonders bevorzugt vergleichsweise grobes Kaffeemehl enthält. Vorzugsweise beträgt die mittlere Partikelgröße A des vergleichsweise grobes Polysaccharid umfassenden Pulvers 0,5 bis 1 ,5 mm, weiter bevorzugt 0,7 bis 1 ,3 mm, besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,2 mm und ganz besonders bevorzugt 0,9 bis 1 ,1 mm. Pulver mit einer solchen mittleren Partikelgröße bildet beim Pressen Presslinge mit einer vergleichsweise großen Porosität und damit mit einem zu geringen Durchströmwiderstand Erfindungsgemäß wird der Durchströmwiderstarsd des Presslings bei dieser Ausführungsform durch das Zumischen von einem Polysaccharid umfassenden Pulver, besonders bevorzugt Kaffeemehl, mit einer mittleren Partikelgröße B und/oder von Füllstoff, besonders bevorzugt einem inerten Füllstoff, mit einer mittleren Partikelgröße C, welche kleiner als die ersten mittleren Partikelgröße A sind, dadurch vergrößert, dass die Hohiräume zwischen den groben Partikeln mit der ersten mittleren Partikelgröße A durch die feineren Partikel mit der mittleren Partikeigröße B bzw. C zumindest teilweise gefüllt werden und so die Porosität des Presslings verringert wird.
Gute Ergebnisse werden bei dieser Ausführungsform insbesondere erhalten, wenn die mittlere Partikeigröße B des Polysaccharid umfassenden Pulvers 0,01 bis weniger als 0,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm beträgt.
Gleichermaßen ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, dass die mittlere Partikeigröße C des Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, 0,01 bis weniger als 0,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm beträgt.
Wie vorstehend dargelegt, ist es bevorzugt, dass das Polysaccharid umfassende Pulver mit der ersten Partikeigröße A, das Polysaccharid umfassende Pulver mit der zweiten Partikeigröße B (sofern vorhanden) sowie der Füllstoff mit der Partikeigröße C (sofern vorhanden) jeweils wasserunlöslich ist.
Um einen geeigneten Durchströmwiderstand einzustellen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass bei dieser Ausführungsform die Pulvermischung des Presslings mindestens 50 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikeigröße A und 1 bis 40 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der zweiten Partikeigröße B und/oder des Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, mit der mittleren Partikelgröße C enthält, bevorzugt mindestens 60 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikelgröße A und 2 bis 30 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder des Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, mit der zweiten mittleren Partikelgröße C enthält.
Vorzugsweise weist bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Polysaccharid umfassende Pulver, also besonders bevorzugt das Kaffeemehl, mit der ersten mittleren Partikelgröße A eine erste Partikelgrößenverteilung auf und weist das Polysaccharid umfassende Pulver mit der mittleren Partikelgröße B und/oder der Füllstoff eine andere Partikelgrößenverteilung auf. Mithin ist die gesamte Partikelgrößenverteilung der Mischung bimodal. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Partikelgrößenverteilung durch die Durchmesser dso und dio charakterisiert, wobei gleiche Partikelgrößenverteilung heißt, dass das Verhältnis d9o/dio für das Kaffeemehl gleich dem entsprechendem Verhältnis für den Füllstoff ist. Dabei bedeutet die Partikelgröße deo den Wert des Durchmessers, der von 90% der vorliegenden Partikel unterschritten wird, und die Partikelgröße dio den Wert des Durchmessers, der von 10% der vorliegenden Partikel unterschritten wird.
Gemäß einer dritten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pulvermischung des Presslings der Kapsel ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen mittleren Partikelgröße C, wobei die mittlere Partikelgröße B und/oder die mittlere Partikelgröße C größer sind als die erste mittlere Partikelgröße A. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere bevorzugt, dass die Kapsef einen mit wenigstens einer ein vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht ummantelten Pressling umfasst, welcher ein vergleichsweise feines Polysaccharid umfassendes Pulver und besonders bevorzugt vergleichsweise feines Kaffeemehl enthält. Vorzugsweise beträgt die mittlere Partikelgröße A des vergleichsweise feinen Polysaccharid umfassenden Pulvers 0,01 bis weniger als 0,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm. Pulver mit einer solchen mittleren Partikelgröße bildet beim Pressen Presslinge mit einer vergleichsweise geringen Porosität und damit mit einem vergleichsweise großen Durchström widerstand.
Erfindungsgemäß wird der Durchströmwiderstand des Presslings bei dieser Ausführungsform durch das Zumischen von einem Polysaccharid umfassenden Pulver, besonders bevorzugt Kaffeemehl, mit einer mittleren Partikelgröße B und/oder von Füllstoff, besonders bevorzugt einem inerten Füllstoff, mit einer mittleren Partikelgröße C, welche größer als die ersten mittleren Partikelgrößen A sind, verringert. Ohne diesbezüglich an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung erachtet, dass sich durch ein„Verhaken“ zwischen den gröberen Partikeln größere durchgehende Kapillaren bilden, die dann das bessere Durchströmen ermöglichen. Dennoch kommt es nicht zu einem sogenannten„Channeling" wie bei herkömmlichen Espresso - Siebträgermaschinen, weil hier der Pressling in der Brühkammer und mittels der Ummantelung soweit zusammengehalten wird, dass sich die Kapillaren nicht zu weit aufweiten können.
Gute Ergebnisse werden bei dieser Ausführungsform insbesondere erhalten, wenn die mittlere Partikelgröße B des Polysaccharid umfassenden Pulvers 0,5 bis 1 ,5 mm, weiter bevorzugt 0,6 bis 1 ,2 mm, besonders bevorzugt 0,7 bis 1,2 mm und ganz besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,2 mm beträgt. Gleichermaßen ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, dass die mittlere Partikelgröße C des Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, 0,5 bis 1 ,5 mm, weiter bevorzugt 0,6 bis 1 ,2 mm, besonders bevorzugt 0,7 bis 1 ,2 mm und ganz besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,2 mm beträgt.
Wie vorstehend dargelegt, ist es bevorzugt, dass das Polysaccharid umfassende Pulver mit der ersten Partikeigröße A, das Polysaccharid umfassende Pulver mit der zweiten Partikelgröße B (sofern vorhanden) sowie der Füllstoff mit der Partikelgröße C (sofern vorhanden) jeweils wasserunlöslich ist.
Um einen geeigneten Durchströmwiderstand einzustelien, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass bei dieser Ausführungsform die Pulvermischung des Presslings mindestens 50 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikelgröße A und 1 bis 40 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder des Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, mit der zweiten mittleren Partikelgröße C enthält, bevorzugt mindestens 60 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikelgröße A und 2 bis 30 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder des Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, mit der zweiten mittleren Partikelgröße C enthält.
Vorzugsweise weist bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Polysaccharid umfassende Pulver, also besonders bevorzugt das Kaffeemehl, mit der ersten mittleren Partikeigröße A eine erste Partikelgrößenverteilung auf und weist das Polysaccharid umfassende Pulver mit der mittleren Partikeigröße B und/oder der Füllstoff eine andere Partikelgrößenverteiiung auf. Mithin ist die gesamte Partikelgrößenverteilung der Mischung bimodal. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Partikelgrößenverteilung durch die Durchmesser d90 und dio charakterisiert, wobei gleiche Partikelgrößenverteilung heißt, dass das Verhältnis dgo/dio für das Kaffeemehl gleich dem entsprechendem Verhältnis für den Füllstoff ist. Dabei bedeutet die Partikelgröße dso den Wert des Durchmessers, der von 90% der vorliegenden Partikel unterschritten wird, und die Partikelgröße d-io den Wert des Durchmessers, der von 10% der vorliegenden Partikel unterschritten wird.
Gemäß einer vierten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pulvermischung des Presslings der Kapsel ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) einen Füllstoff mit einer länglichen Form mit einem Aspektverhältnis von größer als 2, bevorzugt von größer als 3, besonders bevorzugt von größer als 5 und höchst bevorzugt von größer als 10. Als Aspektverhältnis wird hier der Quotient der längsten Erstreckung des Füllstoffteilchens zu der kürzesten Erstreckung des Füllstoffteilchens verstanden. Vorzugsweise werden als Füllstoff Cellulosefasern eingesetzt. Durch die Beimischung von faserigem Füllstoff, wie insbesondere Cellulosefasern, wird eine Erhöhung der Porosität erreicht, weil sich entlang der länglichen Cellulosefasern feine Kapillare ausbilden, die ein besseres Durchströmen ermöglichen.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere be- vorzugt, dass die Kapsel einen mit wenigstens einer ein vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht ummantelten Pressling umfasst, welcher ein vergleichsweise feines Polysaccharid umfassendes Pulver und besonders bevorzugt vergleichsweise feines Kaffeemehl enthält. Vorzugsweise beträgt die mittlere Partikelgröße A des vergleichsweise feinen Polysaccharid umfassenden Pulvers 0,01 bis weniger als 0,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm. Pulver mit einer solchen mittleren Partikelgröße bildet beim Pressen Presslinge mit einer vergleichsweise geringen Porosität und damit mit einem vergleichsweise großen Durchström widerstand. Erfindungsgemäß wird der Durchströmwiderstand des Presslings bei dieser Ausführungsform durch das Zumischen von faserigem Füllstoff verringert. Ohne diesbezüglich an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung erachtet, dass sich durch ein„Verhaken“ zwischen den länglichen Teilchen größere durchgehende Kapillaren bilden, die dann das bessere Durchströmen ermöglichen. Dennoch kommt es nicht zu einem sogenannten „Channeling" wie bei herkömmlichen Espresso - Siebträgermaschinen, weil hier der Pressling in der Brühkammer und mittels der Ummantelung soweit zusammengehalten wird, dass sich die Kapillaren nicht zu weit aufweiten können.
Zudem ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, dass die längste Erstreckung des faserigen Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, 0,5 bis 3,0 mm, weiter bevorzugt 0,6 bis 2,4 mm, besonders bevorzugt 0,7 bis 2,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,8 bis 2,4 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt die kürzeste Erstreckung des faserigen Füllstoffs ein Drittel bis ein Achtel der längsten Erstreckung.
Wie vorstehend dargelegt, ist es bevorzugt, dass das Polysaccharid umfassende Pulver mit der ersten Partikelgröße A sowie der Füllstoff mit der Partikeigröße C jeweils wasserunlöslich ist.
Um einen geeigneten Durchströmwiderstand einzustellen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass bei dieser Ausführungsform die Pulvermischung des Presslings mindestens 50 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikelgröße A und 1 bis 40 Gew.-% des faserigen Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs und besonders bevorzugt Cellulosefasern enthält, bevorzugt mindestens 60 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikeigröße A und 2 bis 30 Gew.-% des faserigen Füllstoffs enthält. Bezüglich des Polysaccharid umfassenden Pulvers, welches in der Pulvermischung enthalten ist, aus welcher der Pressling der erfindungsgemäßen Kapsel zusammengesetzt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht besonders limitiert. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn die Pulvermischung des Presslings ein Polysaccharid umfassendes Pulver enthält, weiches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Kaffee, Tee, Trinkschokolade, Kakao und Milchpulver besteht. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn die Pulvermischung des Presslings als Polysaccharid umfassendes Pulver gemahlenes Kaffeemehl enthält.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der in der Pulvermischung, aus welcher der Pressling der erfindungsgemäßen Kapsel zusammengesetzt ist, enthaltene Füllstoff ein inerter Füllstoff, d.h. ein Füllstoff, welcher ein zugelassenes Lebensmittel oder ein zugelassener Le- bensmittelzusatzstoff ist und vorzugsweise zudem lagerstabil, geruchsneutral sowie geschmacksneutral ist. Im Hinblick auf diese Eigenschaften hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der in der Pulvermischung, aus welcher der Pressling der erfindungsgemäßen Kapsel zusammengesetzt ist, enthaltene Füllstoff ein inertes Material enthält oder bevorzugt aus einem inerten Material besteht, welches besonders bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Siliziumdioxid, Calciumsilikaten, Cellulose, Methylcellulose, Calciumcarbonat, Titandioxid, Johannisbrotkernmehl, Aluminiumsilikaten und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Materialien besteht.
Unter einem Pressling wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verdichtetes Pulver verstanden. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn der Pressling der erfindungsgemäßen Kapsel durch Pressen einer Pulvermischung, insbesondere einer Kaffeemehl enthaltenden Pulvermischung, mit einem Druck von 1 bis 100 MPa, bevorzugt 5 bis 50 MPa und besonders bevorzugt 15 bis 30 MPa erhältlich ist. Hierdurch ist eine ausreichende Verdichtung gegeben, damit eine sichere Ummantelung des Presslings vorgenommen werden kann und eine gute Sauerstoffbarriere erreicht wird. Bei niedrigeren Drücken gibt es keinen ausreichenden Zusammenhalt und bei höheren Drücken kommt es zu einer zu starken Verdichtung, die sich unter Umständen nach Entnahme aus der Presse wieder entspannt, was zu einer Zerstörung der Kapseln führen kann.
Grundsätzlich kann der Pressling eine beliebige Form aufweisen, wie beispielsweise die Form eines Kegeistumpfs, Kegels, Eilipsoids, Zylinders, Quaders, einer Kaffeebohne oder einer Kugel. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Kapsel die Form einer Kugel auf, da hierdurch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen am geringsten ist, wodurch das Aroma besonders gut konserviert wird. Zudem ermöglicht es die Kugelform, dass die Kapsel rollen kann und somit besonders gut in einem Getränkeautomat eingesetzt werden kann.
Um eine stabile Ummantelung der Kapsel zu erreichen, ist es bevorzugt, dass das vernetzte Polysaccharid der Beschichtungsschicht durch Vernetzen eines Polysaccharids mit einem Vernetzungsmittel mit oder ohne die Verwendung eines po- lyoien Abstandshalters erhalten wurde.
Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung bezüglich der chemischen Natur des Polysaccharids der wenigstens einen Beschichtungsschicht nicht limitiert. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das Polysaccharid der wenigstens einen Beschichtungsschicht aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Stärke, Cellulose, Chitin, Carrageen, Agar und Alginaten besteht. Besonders bevorzugt ist das Polysaccharid der wenigstens einen Beschichtungsschicht ein Carrageen oder ein Alginat, wobei es ganz besonders bevorzugt ist, dass das Polysaccharid der wenigstens einen Beschichtungsschicht ein Alginat ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass diese Polysaccharide keine Verfälschung des Geschmacks während der Zubereitung des Getränks verursachen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich zudem gezeigt, dass Presslinge, wie insbesondere solche aus Kaffeemehl, mit Alginat einfach und kostengünstig ummantelt werden können. Dabei sind Alginate biologisch abbaubar und liefern eine hinreichend stabile Ummantelung und schützen den Kapselinhalt, ohne dass ein nennenswerter AromaverSust auftritt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich ferner gezeigt, dass Alginate in der Lage sind, die Wasserhärte herabzusetzen. Ein unangenehmer Säuregeschmack wird dadurch abgemildert.
Erfindungswesentlich ist, dass das Polysaccharid der wenigstens einen Beschichtungsschicht vernetzt ist. Dabei kann die Vernetzung des Polysaccharids gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über kovalente Bindungen erfolgen. Eine Vernetzung über kovalente Bindungen ermöglicht sehr beständige Ummantelungen. Dabei erfolgt die Vernetzung über kovalente Bindungen üblicherweise durch die Reaktion des Polysaccharids mit einem geeigneten Vernetzer. Als Vernetzer eignen sich insbesondere difunktionelle organische Verbindungen, wobei die funktionellen Gruppen beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Carbonsäuren, Salzen von Carbonsäuren, aktivierten Carbonsäuren, Aminen, Alkoholen, Aldehyden und Ketonen besteht. Unter aktivierten Carbonsäuren werden in diesem Zusammenhang Carbonsäurehalogenide, Aktivester von Carbonsäuren, Anhydride von Carbonsäuren oder andere reaktive Derivate von Carbonsäuren verstanden.
Gemäß einer alternativen und besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Polysaccharid der wenigstens einen Beschichtungsschicht über ionische und/oder koordinative Bindungen vernetzt. Derartige über ionische und/oder koordinative Bindungen vernetzte Polysaccharide lassen sich besonders einfach herstellen und beeinträchtigen nicht die biologische Abbaubarkeit des verwendeten Polysaccharids. Die ionische und/oder koordinative Vernetzung kann beispielsweise mittels Polysacchariden erreicht werden, welche anionische Gruppen, wie Carboxyiatgruppen oder Sulfonatgruppen, aufweisen. Durch Einbringen zweiwertiger oder höherwertiger Kationen, insbesondere Erdalkalime- taliionen, erfolgt dann eine ionische bzw. koordinative Vernetzung der anionischen Gruppen des Polysaccharids, um eine stabile ummantelnde Schicht auszubilden.
Eine koordinative Bindung bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Wechsei- wirkung zwischen einem Elektronenpaardonor und einem Elektronenpaarakzeptor, wie sie beispielsweise zwischen freien Eiektronenpaaren von Sauerstoffatomen in Hydroxygruppen und Kationen stattfinden kann.
Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem vernetzten Polysaccharid um ein Erdalkalimetallalginat und höchst bevorzugt um ein Calciumalginat In diesem Fall sind die Caiciumionen der Vernetzer, da sie koordinative bzw. ionische Bindungen mit Gruppen des Alginats eingehen. Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschenderweise herausgefunden, dass eine Ummantelung, welche Calciumalginat umfasst, eine wasserunlösliche Schicht bereitstellt, die den Geschmack des aus der Kapsel hergestellten Getränks nicht beeinträchtigt und eine ausreichende Stabilität der Kapsel bereitstellt, um einen Transport- und Anfassschutz sicherzustellen, ohne dass der Kapselinhalt einen nennenswerten Aromaverlust erleidet. Zudem ist Calciumalginat biologisch hervorragend abbaubar. Ein weiterer Vorteil ist, dass es sich bei Calciumalginat um einen zugelassenen Lebensmittelzusatzstoff mit der E-Nummer E405 handelt und daher gesundheitlich unbedenklich ist. Bei dieser Ausführungsform ist es zudem bevorzugt, dass der Kapselinhalt, also der Pressling aus Polysaccharid, zumindest im Wesentlichen frei von Erdalkalimetallionen und insbesondere Calciumionen ist, worunter verstanden wird, dass der Pressling, außer den etwaig in dem Polysaccharid, aus dem der Pressling hergestellt wurde, natürlich enthaltenen Erdalkalimetat- lionen und insbesondere Calciumionen, keine weiteren Erdalkaiimetallionen und insbesondere Calciumionen enthält. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der in der Kapsel enthaltene Pressling oder zumindest 80% des Innenvolumens des Presslings eine Erdalkalimetallionenkonzentration und insbesondere Calciumio- nenkonzentration von weniger als 1 mol/l, bevorzugt von weniger als 0,1 mol/i, weiter bevorzugt von weniger als 0,001 mol/i, besonders bevorzugt von weniger als 0,001 moi/l, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,0001 mol/l und höchst bevorzugt von weniger als 0,00001 mol/l aufweist. Unter 80% des Innenvolumens des Presslings wird das Volumen verstanden, welches erhalten wird, wenn von der längsten radial von dem Mittelpunkt zu der Außenfläche des Presslings führenden Strecke um den bei 80% ausgehend von dem Mittelpunkt zu der Außenfläche der Strecke liegenden Punkt eine Kugelfläche gespannt wird. Eine Kontamination des Presslings mit Erdalkalimetallionen und insbesondere Calciumionen kann dadurch verhindert werden, dass die Erdalkalimetallionen und insbesondere Calciumalginatbeschichtung dadurch hergestellt wird, dass der Pressling zuerst mit einer Alkalimetallalginatlösung kontaktiert und erst danach unter Ausbildung der Calciumalginatbeschichtung mit einer Erdalkalimetallionen und insbesondere Calciumionen enthaltenden Flüssigkeit kontaktiert wird und nicht erst mit einer Erdalkalimetallionen und insbesondere Calciumionen enthaltenden Flüssigkeit kontaktiert wird, bevor eine Alkalimetallalginatlösung zugegeben wird.
Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Kapsel lediglich eine Beschichtungsschicht aus vernetztem Polysaccharid umfassen. Um die Stabilität der Kapsel und somit die Transportsicherheit und den Anfassschutz zu erhöhen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschfagen, dass die erfindungsgemäße Kapsel zwei oder mehr Beschichtungsschichten umfasst. Vorzugsweise ist der Pressling der Kapsel mit 2 bis 100, besonders bevorzugt mit 2 bis 20, ganz besonders bevorzugt mit 2 bis 10 und höchst bevorzugt mit 2 bis 5 Beschichtungsschichten ummantelt. Durch die Ummantelung des Presslings der Kapsel mit zwei oder mehr Beschichtungsschichten wird auch die Wirkung der Beschichtung als Sauerstoffbarriere sowie die damit verbundene Bereitstellung eines wirksamen Aromaschutzes in besonders hohem Ausmaß erreicht. Es hat sich gezeigt, dass die erste Beschichtungsschicht als Gei in die nach wie vor raue Oberfläche des Presslings einzieht und zu einer glatteren Oberfläche führt. Dies bedeutet eine weitere Oberflächenverringerung, was der Aromadicht- heit weiter entgegen kommt. Mit weiteren Beschichtungsschichten wird dann eine noch glattere Oberfläche erreicht, die auch die notwendige Stabilität aufweist, so dass selbst härtere Stöße ohne beschädigende Wirkung bleiben.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Beschichtung der Kapsel aus 2 bis 100, bevorzugt 2 bis 20, besonders bevorzugt 2 bis 10 und höchst bevorzugt 2 bis 5 den Pressling ummantelnden Calciumalginatschichten.
Die einzelnen Beschichtungsschichten weisen, je nach Viskosität der Natriumaigi- natlösung und dem eingesetzten Verfahren, Dicken zwischen 50 und 600 pm auf. Besonders bevorzugt sind Schichtdicken von 100 bis 300 pm für die erste Beschichtungsschicht anzusehen, da sie den optimalen Kompromiss zwischen Stabilität und Trocknungsgeschwindigkeit aufweisen. Nachfolgende Beschichtungsschichten sind vorzugsweise dünner und liegen bevorzugt zwischen 50 und 200 pm, um eine schnelle Trocknung zu ermöglichen.
Dabei ist eine dünne Beschichtungsschicht bevorzugt, um das im Gel enthaltene Wasser leichter zu entfernen, und, um ein möglichst schnelles Eindiffundieren des Vernetzungsmitteis, d.h. der Calciumionen, in das Natriumalginat zu erleichtern. Prinzipiell ließe sich die Geschwindigkeit des Eindiffundierens der Calciumionen in das Natriumalginat auch durch eine höhere Konzentration des Vernetzungsmittels erhöhen; allerdings haben sich bei der praktischen Umsetzung dieser Variante dünne Beschichtungsdicken als vorteilhaft für die Geschwindigkeit des Eindiffundierens und die Handhabung erwiesen. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Einstellung des Durchströmwiderstandes einer Kapsei, zur Zubereitung eines Getränkes aus Getränkepuiver, insbesondere von Kaffee aus Kaffeemehl, durch Einbringen von Wasser in die Kapsel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: i) Bereitstellen eines Presslings aus einer Pul Vermischung, welche ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C enthält, und
Ü) Ummanteln des Presslings mit einer vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht.
Die vorstehend in Bezug auf die erfindungsgemäße Kapsel beschriebenen bevorzugten Merkmale sind auch für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kapsel, welches die folgenden Schritte umfasst:
i) Bereitstelien eines Presslings aus einer Puivermischung, welche ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C enthält, ii) in Kontakt bringen wenigstens eines Teils und vorzugsweise der gesamten Oberfläche des in dem Schritt i) erhaltenen Presslings mit einer Lösung eines Polysaccharids in einem Lösungsmittel oder mit einer Dispersion eines Polysaccharids in einem Dispergiermittel, iii) ggf. Entnehmen des Presslings aus der Lösung oder der Dispersion des Schritts ii),
iv) in Kontakt bringen des in dem Schritt ii) oder iii) erhaltenen Press- lings mit wenigstens einem Vernetzungsmittei,
v) ggf Entnehmen des Presslings aus der Lösung des Schritts iv) und vi) Trocknen des in dem Schritt iv) oder v) erhaltenen Presslings.
Das in Kontakt bringen des Presslings in dem Schritt ii) wird vorzugsweise so durchgeführt, dass wenigstens ein Teil der Oberfläche und vorzugsweise die gesamte Oberfläche des Presslings mit der Lösung oder der Dispersion des Polysaccharids benetzet wird. Beispielsweise erfolgt das in Kontakt bringen des Presslings in den Schritten ii) und iv) unabhängig voneinander durch Eintauchen, Besprühen oder Überziehen des Presslings mit der Lösung oder der Dispersion des Polysaccharids bzw. mit dem Vernetzungsmittel.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, den Pressling gleichmäßig zu ummanteln, und zwar insbesondere auch dann, wenn der Pressling kugelförmig ist, ohne dass ein Rand oder eine Nahtstelle entsteht.
Bei dem Lösungsmittel oder Dispergiermittel handelt es sich bevorzugt um ein wasserbasiertes Lösungsmittel oder Dispergiermittel. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Lösungsmittel oder Dispergiermittel um Wasser.
Bevorzugt wird der Pressling in dem Schritt ii) in eine wässrige 0,5 bis 5 gew.-%- ige Alkalimetallalginatlösung eingetaucht oder damit besprüht. Besonders bevorzugt wird der Pressling in dem Schritt ii) in eine wässrige 1 bis 2 gew.-%-ige Alka- limetalialginatlösung eingetaucht oder damit besprüht. Bei einer Konzentration von weniger als 0,5 Gew .-% ist die Alkalimetallalginatlösung nicht konzentriert genug und zu niederviskos, um bei einem einfachen Eintauchen oder Besprühen eine ausreichende Menge Alkalimetallalginat auf dem Pressling aufzubringen, um in den nachfolgenden Schritten eine ausreichend stabile Ummantelung herzustellen. Obersteigt die Konzentration des Alkalimetallalginats 5 Gew.-%, ist die Viskosität der Aikalimetailalginatlösung so hoch, dass die Ausbildung einer vollständigen Ummantelung erschwert ist. Zudem nehmen die Beschichtungsdicken bei einer Konzentration des Alkalimetallalginats von über 5 Gew.-% zu, wodurch die Trocknung erschwert wird.
Die Trocknung in dem Schritt vi) kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wobei sich verschiedene Trocknungsverfahren bewährt haben. Ein sehr gleichmäßiges Trocknen kann unter anderem, aber nicht ausschließlich, durch Trocknen im Luftstrom in geeigneten Kanälen erzielt werden, wobei der Pressling frei schwebt und gleichmäßig durch Eigendrehung trocknet. Um das durch die sich ausbildende Beschichtungsschicht ausdiffundierende Wasser besser aufnehmen zu können, hat sich auch eine Kontakttrocknung an aufsaugenden oder warmen Oberflächen bewährt. Beide Prinzipien lassen sich in einer Art Schwebebettrinne kombinieren. Als weitere sehr effiziente Trocknungsprinzipien können auch Infrarottrockner und Mikrowellentrockner eingesetzt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Kapsel zum Herstellen eines Getränks durch in Kontakt bringen der erfindungsgemäßen Kapsel mit Wasser. Vorzugsweise enthält die Kapsel ein Material, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Kaffee, Tee, Trinkschokolade, Kakao und Milchpufver besteht.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Kapsel zur Herstellung eines Kaffeegetränks erlaubt die portionsweise Zubereitung des Getränks je nach anfallendem Bedarf. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung ist, dass nur biologisch abbaubarerer Abfall entsteht. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Kapsel zur Zubereitung eines Getränkes, insbesondere Kaffeegetränkes, wird die Kaffeekapsei bevorzugt zerdrückt oder perforiert, bevor anschließend eine Extraktion der zerdrückten bzw. perforierten Kaffeekapsel mit Wasser erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Kapsel zur Zubereitung eines Getränkes aus Getränkepulver, insbesondere von Kaffee aus Kaffeemehl, durch Einbringen von Wasser in die Kapsel, wobei die Kapsel einen Pressling aus einer Pulvermischung umfasst und der Pressling mit wenigstens einer ein vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht ummantelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung des Presslings i) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C enthält.
2. Kapsel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung des Presslings der Kapsel ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ü) einen Füllstoff mit einer zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen mittleren Partikelgröße C enthält.
3. Kapsel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mittlere Partikelgröße A 0,01 bis weniger als 0,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm beträgt.
4. Kapsel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermi- schung des Presslings der Kapsel ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikeigröße A verschiedenen mittleren Partikelgröße C enthält, wobei die mittlere Partikelgröße B und/oder die mittlere Partikelgröße C kleiner sind als die erste mittlere Partikelgröße A.
5. Kapsel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße A des Polysaccharid umfassenden Pulvers 0,5 bis 1 ,5 mm, weiter bevorzugt 0,7 bis 1 ,3 mm, besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,2 mm und ganz besonders bevorzugt 0,9 bis 1 ,1 mm beträgt, und, dass die mittlere Partikelgröße B und/oder die mittlere Partikeigröße C 0,01 bis weniger als 0,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm betragen.
6. Kapsel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung des Presslings der Kapsel ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikeigröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikeigröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikeigröße B und/oder b) einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikeigröße A verschiedenen mittleren Partikeigröße C enthält, wobei die mittlere Partikeigröße B und/oder die mittlere Partikeigröße C größer sind als die erste mittlere Partikeigröße A.
7. Kapsel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikeigröße A des Polysaccharid umfassenden Pulvers 0,01 bis weniger als 0,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm beträgt, und, dass die mittlere Partikelgröße B und/oder die mittlere Partikelgröße C 0,5 bis 1 ,5 mm, weiter bevorzugt 0,6 bis 1 ,2 mm, besonders bevorzugt 0,7 bis 1 ,2 mm und ganz besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,2 mm betragen.
8. Kapsel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung des Presslings der Kapsel ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) einen Füllstoff mit einer länglichen Form mit einem Aspektverhältnis von größer als 2, bevorzugt von größer als 3, besonders bevorzugt von größer als 5 und höchst bevorzugt von größer als 10 enthält.
9. Kapsel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mittlere Partikelgröße A 0,01 bis weniger als 0,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 0,35 mm beträgt, und, dass die längste Erstreckung des faserigen Füllstoffs, vorzugsweise inerten Füllstoffs, 0,5 bis 3,0 mm, weiter bevorzugt 0,6 bis 2,4 mm, besonders bevorzugt 0,7 bis 2,4 mm und ganz besonders bevorzugt 0,8 bis 2,4 mm beträgt.
10. Kapsel nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung des Presslings mindestens 50 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikelgröße A und ii) 1 bis 40 Gew.~% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder des Füllstoffs mit der mittleren Partikelgröße C enthält, bevorzugt mindestens 60 Gew,-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der ersten mittleren Partikelgröße A und ii) 2 bis 30 Gew.-% des Polysaccharid umfassenden Pulvers mit der zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder des Füllstoffs mit der mittleren Partikelgröße C enthält
11. Kapsel nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polysaccharid umfassende Pulver ein Material enthält oder bevorzugt aus einem Material besteht, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Kaffee, Tee, Trinkschokolade, Kakao, Milchpul- ver und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Materialien besteht, wobei das Polysaccharid umfassende Pulver bevorzugt Kaffee enthält und besonders bevorzugt aus Kaffee besteht.
12. Kapsel nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein inertes Material enthält oder bevorzugt aus einem inerten Material besteht, welches bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Siliziumdioxid, Caiciumsilikaten, Cellulose, Methylcellulose, Calciumcarbonat, Titandioxid, Johannisbrotkernmehi, Aluminiumsilikaten und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Materialien besteht.
13. Verfahren zur Einstellung des Durchströmwiderstandes einer Kapsel, insbesondere zur Zubereitung eines Getränkes aus Getränkepuiver, insbesondere von Kaffee aus Kaffeemehl, durch Einbringen von Wasser in die Kapsel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
i) Bereitstellen eines Presslings aus einer Pulvermischung, welche ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder zu der ersten mittleren Partikelgröße A gleichen Partikelgröße C enthält, und ii) Ummanteln des Presslings mit einer vernetztes Polysaccharid umfassenden Beschichtungsschicht.
14. Verfahren zum Herstellen einer Kapsel nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches die folgenden Schritte umfasst:
i) Bereitsteilen eines Presslings aus einer Pulvermischung, welche ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer ersten mittleren Partikelgröße A und ii) a) ein Polysaccharid umfassendes Pulver mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen zweiten mittleren Partikelgröße B und/oder b) einen Füllstoff mit einer von der ersten mittleren Partikelgröße A verschiedenen oder zu der ersten Partikelgröße A gleichen mittleren Partikeigröße C enthält, ii) in Kontakt bringen wenigstens eines Teils und vorzugsweise der gesamten Oberfläche des in dem Schritt i) erhaltenen Presslings mit einer Lösung eines Polysaccharids in einem Lösungsmittel oder mit einer Dispersion eines Polysaccharids in einem Dispergiermittel, iii) ggf. Entnehmen des Presslings aus der Lösung oder der Dispersion des Schritts ii),
iv) in Kontakt bringen des in dem Schritt ii) oder iii) erhaltenen Presslings mit wenigstens einem Vernetzungsmittei,
v) ggf. Entnehmen des Presslings aus der Lösung des Schritts iv) und vi) Trocknen des in dem Schritt iv) oder v) erhaltenen Presslings.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling in dem Schritt ii) in eine Alkalimetailalginatlösung, bevorzugt in eine wässrige 0,5 bis 5 gew.-%-ige Alkalimetailalginatlösung und besonders bevorzugt in eine wässrige 0,5 bis 5 gew.-%-ige Natriumalginatiösung eingetaucht o- der damit besprüht wird, und, dass der Pressling in dem Schritt iv) in eine Erdalkaiimetailsaizlösung, bevorzugt in eine wässrige 1 bis 7 gew.-%-ige Erdalkalimetallsalzlösung und besonders bevorzugt in eine wässrige 1 bis 7 gew.-%-ige Calciumchloridiösung eingetaucht oder damit besprüht wird.
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