EP4574709A1

EP4574709A1 - Kapsel mit einem kapselkörper aus einem polysaccharid-komposit

Info

Publication number: EP4574709A1
Application number: EP23219294.8A
Authority: EP
Inventors: Ferdinand Maschke; Tim Thilla; Caroline Siefarth; Roland Affolter; Ralf van den Bragt; Axel Nickel
Original assignee: Delica AG
Current assignee: Delica AG
Priority date: 2023-12-21
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2025-06-25
Also published as: WO2025133113A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine, vorzugsweise kompostierbare, Kapsel aufweisend einen Kapselkörper (4b), wobei der Kapselkörper (4b) mit einem Füllmaterial befüllt ist, und ein Verschlusselement (10). Der Kapselkörper (4b) weist ein Polysaccharid-Komposit auf. Das Polysaccharid-Komposit umfasst ein Matrixmaterial aus mindestens einem Polysaccharid und mindestens ein Verstärkungsmaterial, und besteht vorzugsweise aus diesem. Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kapsel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kapsel sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kapsel gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Es sind Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt, die sich mit der Herstellung von kompostierbaren Kapseln mit einer Sauerstoffbarriere befassen. Üblicherweise wird dabei ein vorhandener Kapselkörper aus beispielsweise einem Faserguss von einem Verbundmaterial aus Biopolymer und Material mit einer gewissen Sauerstoffbarriere überzogen.
Weiter sind im Stand der Technik Papierkapseln bekannt, die als umweltfreundlich beschrieben werden. Beispielsweise wird in WO 2023/104711 eine Papierkapsel beschrieben. Papierkapseln haben jedoch den Nachteil, dass sie, entgegen der gängigen Meinung, nicht besonders gut kompostierbar sind. Reine Papierkapseln haben ein Problem bei der Kompostierbarkeit, weil sie eine zusätzliche Schicht für eine Sauerstoffbarriere beinhalten.
In EP3225566 ist ein Verfahren beschrieben, in dem ein Kapselkörper in einem separaten Schritt mit einer vernetzten Polysaccharid-Verbindung beschichtet wird. EP3736228 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Kapselkörpers und einem zusätzlichen Beschichtungsschritt mit einem Polyvinylalkohol.
All diesen Verfahren ist gemein, dass sie aufwendig und teuer sind, da zwei Arbeitsschritte bzw. Technologien, z.B Faserguss- und Folienherstellung inkl. deren Verarbeitung oder Beschichtung eines separat hergestellten Trägermaterials, nötig sind.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung eine stabile Kapsel mit einem möglichst guten Aromaschutz und bestimmter Sauerstoffbarriere bereitzustellen, die ohne zusätzliche Schicht auskommt.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine, vorzugsweise kompostierbare, Kapsel aufweisend einen Kapselkörper, wobei der Kapselkörper mit einem Füllmaterial befüllt ist, und ein Verschlusselement. Der Kapselkörper weist ein Polysaccharid-Komposit auf. Das Polysaccharid-Komposit umfasst ein Matrixmaterial aus mindestens einem Polysaccharid und mindestens einem Verstärkungsmaterial, und besteht vorzugsweise aus diesem.
Das Polysaccharid-Komposit kann bei einer Schichtdicke von 100 µm eine Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR, oxygen transmittion rate) von weniger als 30 cm³/m²*Tag*0.21 bar, bevorzugt weniger als 20 cm³/m²*Tag*0.21 bar und besonders bevorzugt weniger als 10 cm³/m²*Tag*0.21 bar, aufweisen. Ganz besonders bevorzugt wird ein OTR kleiner als 5 cm³/m²*Tag*0.21 bar.
Somit ergibt sich eine gute Sauerstoffbarriere ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Schicht.
Des Weiteren sind herkömmliche Papierkapseln oft nicht gut zu kompostieren, was ein weiterer Vorteil des Polysaccharid-Komposits darstellt. Auch Verbundmaterialien auf herkömmlichen Papierkapseln aus Biopolymer und Materialien mit einer gewissen Sauerstoffbarriere sind oft nur schwer kompostierbar und zersetzen sich langsam. Da sie mengenmässig jedoch kleiner 10% vom Gesamtverbund ausmachen, fallen sie daher unter den bestehenden Zertifizierungsprogrammen zur Kompostierbarkeit nicht ins Gewicht. Mit einer Polysaccharid-Komposit-Kapsel werden die Anforderungen gemäss den nachfolgend genannten Zertifizierungsprogrammen zur Heimkompostierbarkeit nicht nur eingehalten, sondern deutlich unterschritten.
Unter "kompostierbar" kann verstanden werden, dass das Material gemäss den Zertifizierungsprogrammen NF T 51-800:2015-11-14 (Plastics - Specifications for plastics suitable for home composting) und AS 5810:2010 (Biodegradable plastics - Biodegradable plastics suitable for home composting) zumindest heimkompostierbar ist. Dies bedeutet eine Zersetzung (biodegradation) von mindestens 90% des Materials unter Freisetzung von CO₂ innerhalb von 12 Monaten bei einer Temperatur von 25±5°C sowie eine Fragmentierung (desintegration) von mindestens 90% des Materials innerhalb von 6 Monaten bei einer Temperatur von 25±5 °C.
Die Kapsel zeichnet sich durch ihre Formstabilität aus, die sich während des Extraktionsvorganges nicht auflöst und nicht wesentlich verändert. Zudem dient das Komposit als Barrierematerial, z.B. gegen Aromaverlust, Migration von Fremdaromen in das Füllgut und Sauerstoffeintritt.
Vorzugsweise weist das Polysaccharid-Komposit ein Matrixmaterial aus einem vernetzten Polysaccharid auf. Die Vernetzung kann dabei kovalent, ionisch und/oder koordinativ erfolgen.
Eine Vernetzung über kovalente Bindungen ermöglicht ein sehr beständiges Komposit. Dabei erfolgt die Vernetzung über kovalente Bindungen üblicherweise durch die Reaktion des mindestens einen 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.
Durch 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 Carboxylatgruppen oder Sulfonatgruppen, aufweisen. Durch Einbringen zweiwertiger oder höherwertiger Kationen, insbesondere Erdalkalimetallionen, erfolgt dann eine ionische bzw. koordinative Vernetzung der anionischen Gruppen des Polysaccharids, um ein stabiles Komposit auszubilden.
Eine koordinative Bindung bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Wechselwirkung zwischen einem Elektronenpaardonor und einem Elektronenpaarakzeptor, wie sie beispielsweise zwischen freien Elektronenpaaren von Sauerstoffatomen in Hydroxygruppen und Kationen stattfinden kann.
Vorteilhafterweise ist das Matrixmaterial ausgewählt aus der Gruppe: Alginate, Stärken, modifizierte Stärken, Cellulosen, Chitin, Chitosan, Carrageenen, Pektine, Agar, Xanthan, Gellan, Dextrane, Galactomannan, Glucomannan, Guaran, Carubin, Gummi Arabicum, Scleroglucan, Pullulan, Derivate oder Mischungen davon. Bevorzugt ist Alginat.
Diese Matrixmaterialien sind gut biologisch abbaubar und als Lebensmittelzusatzstoffe zugelassen und unbedenklich. Bevorzugt bringt das Matrixmaterial eine Sauerstoffbarriere ein. Besonders Alginat zeigt im getrockneten Zustand einen sehr guten OTR für einen Naturstoff. Die gute Barrierewirkung basiert vermutlich auf einem dichten Netzwerk aus OH-Gruppen, welche polare Gase wie Wasserdampf sehr gut permeieren lassen, unpolare Gase wie Sauerstoff jedoch nicht.
Das Verstärkungsmaterial kann Fasern umfassen. Vorzugsweise sind die Fasern ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Cellulose-Fasern; Viskose-Fasern; PLA-Fasern; Polyvinylalkohol PVOH-Fasern, mineralische Fasern, vorzugsweise aus Siliziumdioxid; Kunststoffasern, vorzugsweise Aramid-, Polyethylen- und Polyamid-Fasern. Besonders bevorzugt sind kompostierbare Fasern und ganz besonders bevorzugt Cellulose-Fasern.
Die Fasern geben dem Polysaccharid-Komposit zusätzliche Stabilität.
Die Fasern haben vorzugsweise eine Länge zwischen 0.02 und 10.0 mm, bevorzugt 0.04 und 5.0 mm und besonders bevorzugt zwischen 0.06 und 1.0 mm.
Das Verstärkungsmaterial kann zusätzlich oder alternativ ein Pulver aus mindestens einer organischen oder mindestens einer mineralischen Komponente umfassen. Dies kann als zusätzlicher Füllstoff dienen und damit auch zumindest anteilig zusätzlich Stabilität verleihen. Denkbar sind hier Talkum oder weitere mineralische Pulver, wie beispielsweise Siliziumdioxid.
Das Füllmaterial ist vorzugsweise ein Pulver, ein Pulvergemisch, ein Pressling, eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch.
Das Füllmaterial kann ausgewählt sein aus der Gruppe: gemahlener Kaffee, Instantkaffee, Getreidekaffee, Malzkaffee, Tee, Teegranulat, Trinkschokolade, Milch, Pflanzendrink, Instantsuppe.
Eine solche erfindungsgemässe Kapsel zeichnet sich durch eine besondere Formstabilität aus. So soll diese nicht im Transport oder bei Gebrauch durch den Anwender zerbrechen oder zerfallen. Eine solche Kapsel kann, insbesondere nach einem Befüllen mit Füllmaterial, eine maximale Kraft im Bruchfestigkeitstest von wenigstens 25N, insbesondere wenigstens 50N, besonders bevorzugt wenigstens 100N, aufnehmen.
Für den Bruchfestigkeitstest wird die Kapsel zwischen zwei parallelen Platten einer Zug-Druck-Prüfmaschine (beispielsweise mit einem Kraftaufnehmer Xforce P der Firma Zwick/Roell ausgestattet) positioniert. Dabei wird die Kapsel mittig auf der unteren Platte in Extraktionsrichtung, im Falle eines drehsymmetrischen Presslings, beispielsweise mit Kugel- oder Würfelform, in Pressrichtung ausgerichtet. Die Platten weisen einen Durchmesser auf, welcher wenigstens 50 % grösser ist als der maximale Kapseldurchmesser. Die parallelen Platten werden langsam zusammengefahren und ein Kraft-Weg-Diagramm aufgezeichnet. Die Belastung wird erhöht bis zur Beschädigung der Hülle. Gleichzeitig mit diesem Anriss oder Bruch ist ein Kraftabfall festzustellen. Wenn die gemessene Kraft unter die Kraftabfallschwelle von 40 % der maximalen Kraft absinkt, wird der Bruchfestigkeitstest beendet. Die maximale gemessene Kraft ohne Beschädigung der Hülle wird als Bruchfestigkeit ausgegeben.
Das Verschlusselement kann eine Deckfolie aus einem aromadichten Material sein, beispielsweise Polyvinylalkohol oder entsprechende Copolymere. Das Verschlusselement kann auch aus einem vernetzten Polysaccharid sein oder ein anderes biologisch gut abbaubares Material. Ebenfalls kommen sogenannte Biokunststoffe in Frage wie beispielsweise Polymilchsäuren (PLA), Polyhydroxyalkanoate (PHA), Polyhydroxybuttersäure (PHB) und thermoplastische Stärke (TPS).
Es ist aber grundsätzlich auch möglich, dass die Kapsel aus zwei Halbschalen besteht. In diesem Fall würde eine erste Halbschale den Kapselkörper bilden und eine zweite Halbschale das Verschlusselement. In diesem Fall können sowohl der Kapselkörper als auch das Verschlusselement identisch hergestellt werden.
Unter Polysaccharid-Komposit ist somit ein Verbundwerkstoff aus einem Matrixmaterial aus mindestens einem Polysaccharid und mindestens einem Verstärkungsmittel gemeint. Der Verbundwerkstoff kann zusätzlich weitere Additive aufweisen, beispielsweise Weichmacher, Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Retentionsmittel, Flockungsmittel, Nassfestmittel, Leimungsmittel und/oder Polyvinylalkohole bzw. Polyvinylalkoholcopolymere (PVOH). PVOH kann beispielsweise hochmolekular als Emulgator eingesetzt werden und kann somit eine zusätzlich stabilisierende Wirkung haben. PVOH kann auch niedermolekular aufgrund seiner Barriereeigenschaften eingesetzt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kapsel, insbesondere einer Kapsel wie vorhergehend beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte:

a) Bereitstellen einer Kapselmatrize,
b) Bereitstellen eines zur Kapselmatrize formkomplementäre

c1) Einbringen der Kapselmatrize in eine Polysaccharid-Komposit-Suspension aus mindestens einem Polysaccharid und mindestens einem Verstärkungsmaterial zur Herstellung eines, vorzugsweise unvernetztem, Kapselkörpers auf der Kapselmatrize,
d1) optional Einbringen des in Schritt c1) erhaltenen Kapselkörpers in eine Vernetzerlösung,
e1) Aufbringen des Formkörpers auf den, vorzugsweise benetzte, Kapselkörper;
oder
c2) Einbringen einer Polysaccharid-Komposit-Suspension in den Formkörper,
d2) Einbringen der Kapselmatrize in den Formkörper zur Herstellung eines, vorzugsweise unvernetztem, Kapselkörpers auf der Kapselmatrize,
e2) optional Benetzen des in Schritt d2) geformten Kapselkörpers mit einer Vernetzerlösung;
weiter gefolgt von:
- f) Trocknen des nach Schritt d1) oder d2), optional nach Schritt e1) oder e2), erhaltenen, vorzugsweise vernetzten, Kapselkörpers,
- g) Befüllen der nach Schritt f) erhaltenen Kapsel mit einem Füllmaterial,
- h) Verschliessen der Kapsel mit einem Verschlusselement.

Der Formkörper kann eine Membran oder eine perforierte Folie sein. Es kommen auch perforierte Bleche, Siebe oder semipermeable Folien, beispielsweise aus Aluminium, in Frage. Der Formkörper kann auch in Form einer Patrize als Gegenstück zur Kapselmatrize ausgebildet sein. Mit Patrize ist insbesondere die Negativform einer Kapsel gemeint.
Die Kapselmatrize kann ebenfalls eine Drahtgewebehülse sein oder aus einem perforierten Material bestehen wie für die Membran beschrieben oder als kompakte Form ohne Perforationen oder Maschen vorliegen. Die Kapselmatrize kann auch eine vorgewärmte mit Dampflöchern versehene Metallform sein. Mit Kapselmatrize ist insbesondere die Positivform einer Kapsel gemeint.
Vorzugsweise wird der Trocknungsschritt auf dem Formkörper und/oder in der Kapselmatrize vollzogen.
Mit «Einbringen» in Schritt c2) kann gemeint sein, dass der Formkörper mit der Suspension zumindest teilweise befüllt wird. Es ist möglich, dass die Suspension angesaugt wird. Es kann aber auch sein, dass die Suspension auf die Wände des Formkörper, z.B. im Falle einer Patrize, aufgetragen wird.
Benetzen in optionalen Schritten e1) oder e2) kann bedeuten, dass der Formkörper in eine Vernetzerlösung getaucht wird oder die Vernetzerlösung anderweitig, z.B. durch Sprühen oder Giessen, mit der Vernetzerlösung in Kontakt kommt. Das Benetzen kann im Formkörper erfolgen, kann aber auch ausserhalb des Formkörpers erfolgen.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine stabile und aromadichte Kapsel herstellbar ist, ohne dass ein separater Beschichtungsschritt erfolgen muss. Das Verfahren ist schneller, ökonomischer und günstiger als bisherige Verfahren mit einem separaten Beschichtungsschritt.
Die Trocknung in Schritt f) kann mit einem vorgeheizten Presswerkzeug, vorzugsweise mit Dampflöchern, erfolgen. Die Trocknung in Schritt f) kann alternativ oder zusätzlich in einem Ofen und/oder Exsikkator erfolgen oder mittels eines Presswerkzeugs in einem oder mehreren Heisspressschritten. Trocknungen im Ofen erfolgen unter 3 h, bevorzugt 90 min und besonders bevorzugt unter 60 min. Die Temperatur im Ofen beträgt vorteilhafterwiese zwischen 70 und 250°C bei 5 % relative Luftfeuchte. Beispielsweise kann ein Binder Ofen (Ventilation und Entfeuchtung (5% rF)) verwendet werden. Die Trocknung im Exsikkator erfolgt vorzugsweise zwischen 6 und 12 h, besonders bevorzugt zwischen 8 und 10 h. Beim Heisspressen liegen die Temperaturen zwischen 100 °C und 300°C für 5 - 120 s an. Grundsätzlich kann die Trocknung mehrere gleiche oder unterschiedliche Trocknungsschritte umfassen.
Das mindestens eine Polysaccharid der Polysaccharid-Komposit-Suspension kann ausgewählt sein aus der Gruppe: Alginate, Stärken, modifizierte Stärken, Cellulose, Chitin, Chitosan, Carragenen, Pektine, Agar, Xanthan, Gellan, Dextrane, Galactomannane, Glucomannane, Guaran, Carubin, Gummi Arabicum, Scleroglucan, Pullulan, Derivate oder Mischungen davon. Bevorzugt ist Alginat.
Das Verstärkungsmaterial ist vorzugsweise derart wie vorhergehend beschrieben.
Die Kapselmatrize kann jede denkbare Kapselform sein. Beispielsweise seien erwähnt: Kugel, Würfel, Quader, Prisma, Pyramide, Zylinder, Kegelstumpf, Kegel, Torus, Ellipsoid, usw. Dabei ist zu beachten, dass allfällige Ecken und Kanten vorzugsweise nicht scharf ausgebildet, sondern abgerundet sind.
Besonders bevorzugt ist die Polysaccharid-Komposit-Suspension eine Alginat-Cellulose-Mischung.
Vorzugsweise enthält die Alginat-Cellulose-Mischung eine Konzentration von 0.1 bis 10 %, bevorzugt 0.5 % bis 5 % und besonders bevorzugt 1.0 %, Alginat, bevorzugt Calciumalginat, und 0.1 bis 10.0 %, bevorzugt 0.5 % bis 7.0 % und besonders bevorzugt 1.0% bis 5.0 % Cellulosefasern, vorzugsweise mit einer Länge zwischen 0.02 und 10 mm, bevorzugt 0.04 und 5 mm und besonders bevorzugt zwischen 0.06 und 1 mm. Insbesondere werden die niedrigen Konzentrationen mit hochviskosem Alginat hergestellt, während die höheren Konzentrationen eher mit niederviskosem Alginat hergestellt werden.
Die in Bezug auf die Erfindung angegeben Prozentangaben beziehen sich, sofern nicht anders erwähnt, auf Gewichtsprozente Gew.% (bzw. % (w/w)).
Der, vorzugsweise unvernetzte, Kapselkörper kann mit einer Vernetzerlösung aus einer Erdalkalimetallsalz-Lösung benetzt werden. Es sind aber auch andere Lösungen zweiwertiger oder höherwertiger Kationen denkbar, insbesondere Erdalkalimetallionen.
Selbstverständlich kommen aber auch Vernetzerlösungen aus difunktionelle organische Verbindungen in Frage, wobei die funktionellen Gruppen beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Carbonsäuren, Salzen von Carbonsäuren, aktivierten Carbonsäuren, Aminen, Alkoholen, Aldehyden und Ketonen besteht.
Besonders bevorzugt ist die Vernetzerlösung eine Calciumchlorid-Lösung, vorzugsweise mit einer Konzentration von 5-20 %, bevorzugt 10%, einer Calcium-Dihydrat-Mischung. Diese Lösung hat sich als besonders effizient in der Vernetzung von Polysacchariden und insbesondere Alginate bewiesen. Zudem ist sie einfach und kostengünstig in der Herstellung. Calciumchlorid ist als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen.
Die Polysaccharid-Komposit-Suspension kann ein Polyol enthalten, vorzugsweise in einer Konzentration zwischen 1 bis 30 %, vorzugsweise 5 bis 25 % und besonders bevorzugt 10 %.
Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Polyol ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatische Polyole, bevorzugt Ethylenglykol, Propandiol, Butylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Sorbitol, Erythrit, Xylit und ganz besonders bevorzugt Glycerol; cyclische Polyole, bevorzugt Glukose, Fruktose, Mannose, Galaktose, Oligofruktose, Inulin, Isomaltulose, Trehalose; Zuckeraustauschstoffe, bevorzugt Mannit, Isomalt, Maltit, Lactit; und aromatische Polyole, bevorzugt Cyanidin, Corilagin, Digallinsäure, Tanninsäure und Gallussäure; und Kombinationen davon.
Das Polyol kann als zusätzlicher Vernetzer dienen oder in die Beschichtung eingelagert sein, z.B durch elektrostatische Wechselwirkung. Durch das Polyol lassen sich die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung hinsichtlich der Elastizität einstellen.
Das Füllmaterial kann ein Pulver, ein Pulvergemisch, ein Pressling, eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch sein und vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe: gemahlener Kaffee, Instantkaffee, Getreidekaffee, Malzkaffee, Tee, Teegranulat, Trinkschokolade, Milch, Pflanzendrink, Instantsuppe.
Vorteilhafterweise ist der Formkörper eine Drahtgewebehülse. Die Drahtgewebehülse kann aus Edelstahl sein. Vorzugsweise hat die Drahtgewebehülse eine Maschenweite von 0.01 bis 0.3 mm, bevorzugt 0.02 bis 0.21 mm, besonders bevorzugt 0.04 bis 0.08 mm und ganz besonders bevorzugt 0.05 bis 0,075 mm, ist.
Die Maschenweite hat den Vorteil, dass die Polysaccharid-Komposit-Suspension nicht durch die Maschen laufen kann, während die Vernetzerlösung, insbesondere Calciumionen, hindurch dringen können.
Die Drahtgewebehülse kann eine Drahtstärke von 0.01 bis 0.3 mm, bevorzugt 0.02 bis 0.2 mm, besonders bevorzugt 0.03 bis 0.1 mm und ganz besonders bevorzugt 0.04 bis 0.06 mm und höchst bevorzugt 0.045 bis 0.055 mm aufweisen.
Die Drahtgewebehülse ist vorzugsweise beheizt, so dass eine leichtere Trocknung und Verdampfung des Wassers möglich ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kapsel herstellt mit einem Verfahren wie vorhergehend beschrieben.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen und Figuren näher erläutert. Diese stellen lediglich bevorzugte Ausführungsformen dar und sind nicht limitierend zu verstehen. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Elemente. Es zeigen:

Figur 1: Die unterschiedlichen Verfahrensschritte eines erfindungsgemässen Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemässen Kapsel.
Figur 2: Einen getrockneten Halbschalenkörper hergestellt nach Prinzip B) unter Lufttrocknung.

In A1) wird zunächst eine Kapselmatrize 1a aus einem kompakten Material in eine Alginat-Faser-Suspension 2 getaucht. Die Alginat-Faser-Suspension 2 haftet an der Kapselmatrize 1a an, bildet einen unvernetzten Kapselkörper 2a und wird anschliessend in ein Calciumchlorid-Bad 3 getaucht. Eine Drahtgewebehülse 5 wird über den gelierten Kapselkörper 4a gestülpt. Anschliessend wird gemäss 6 die Kapsel getrocknet. Danach erfolgt gemäss 7 die Trennung von Kapselmatrize 1a, getrockneter Kapsel 4b und Drahtgewebehülse 5. Die Kapsel 4b wird in Schritt 8 befüllt und anschliessend bei 9 unter luftdichter Atmosphäre mit einem Verschlusselement 10 verschlossen. Bevorzugt wird die Kapsel 4b beim Verschliessen mit einem Schutzgas, wie z.B. Stickstoff, begast bzw. unter modifizierter Atmosphäre verschlossen.
A2) unterscheidet sich vor allem in der Art der Kapselmatrize 1b. Diese ist hier aus einem Drahtgewebe, um das Trocknen und Ablösen der Alginat-Faser-Kapsel 4b zu verbessern.
In Beispiel B) wird die Alginat-Faser-Suspension 2 zunächst in die Drahtgewebehülse 5 eingefüllt. Die Maschen der Drahtgewebehülse 5 sind derart engmaschig, dass die Alginat-Faser-Suspension 2 nicht austreten kann. Anschliessend wird die Kapselmatrize 1a in die Drahtgewebehülse 5 eingeführt und verdrängt die Alginat-Faser-Suspension. Es wird die Form des Kapselkörpers 4a erzeugt. Anschliessend wird die Anordnung aus Drahtgewebehülse 5, Kapselform 4a und Kapselmatrize 1a in eine Calciumchlorid-Lösung 3 getaucht. Das Calcium kann durch die Maschen der Drahtgewebehülse 5 eindringen und die Kapselform 4a gelieren. Anschliessend wird ebenfalls getrocknet 6, getrennt 7, befüllt 8 und verschlossen 9.
In Beispiel C) wird der Formkörper in Form einer Patrize 11 aus einem Drahtgewebe bereitgestellt. Auf die Wände der Patrize 11 wird eine Alginat-Faser-Suspension 2 aufgetragen. Anschliessend wird die Kapselmatrize 1a in die Patrize 11 eingebracht Nach der Formung des Kapselkörpers wird dieser zur Vernetzung mit einer Calciumchlorid-Lösung 3 benetzt. Dem gelierte Kapselkörper 4a wird ein vorgeheiztes Presswerkzeug 12 mit Dampflöchern aufgesetzt. Es erfolgt die Trocknung 6, die Trennung 7 von Presswerkzeug 12, Kapselkörper 4b und Kapselmatrize 1a, die Befüllung 8 und das Verschliessen 9.
Für B) hat die Drahtgewebehülse vorzugsweise eine Maschenweite von 0.01 bis 0.3 mm, bevorzugt 0.02 bis 0.21 mm, besonders bevorzugt 0.04 bis 0.08 mm und ganz besonders bevorzugt 0.05 bis 0,075 mm.
Für alle anderen Ausführungsformen als B, insbesondere für C), kann die Maschenweite zusätzlich die folgenden gängigen Maschenweiten aufweisen:

1) Coarse Mesh: Grob 2.5 mm - 4.8 mm (6 bis 20 Öffnungen pro linearem Zoll)
2) Medium Mesh: ca. 0.5 mm - 1 mm (25 bis 50 Öffnungen pro linearem Zoll)
3) Fine Mesh: ca. 0.25 mm - 0.42 mm oder kleiner (60 bis 100+ Öffnungen pro linearem Zoll)

Figur 2 zeigt einen getrockneten Halbschalenkörper hergestellt nach Prinzip B) unter Lufttrocknung.

BEISPIEL 1

Gemäss einem ersten Beispiel wurde eine 1.00 % Alginat-Lösung hergestellt, die zusätzlich 5.00 % Cellulose enthielt. Zusätzlich enthielt die Lösung 7.00 % Sorbitol
Weiter wurden als Kapselmatrize und Drahtgewebehülse jeweils eine Drahtgewebehülse mit einer Maschenweite von 0.063 mm und einer Drahtstärke von 0.050 mm verwendet.
Zwischen 1 - 3 g Alginat-Faser Mischung wurde auf die Innenseite einer ersten gewölbten Drahtgewebehülse eingebracht. Dann wurde eine zweite Drahtgewebehülse auf die Innenseite der ersten Drahtgewebehülse gesetzt und durch Druck und Drehbewegungen die Alginat-Fasermischung zwischen den beiden Drahtgewebehülsen verteilt. Durch die Menge an Alginat-Fasermischung und den aufgewendeten Druck lässt sich die Schichtdicke des Alginats-Faser Körpers variieren. Überschüssiges austretendes Alginat-Faser Gemisch kann an der Austrittsstellen am Rand der beiden Drahtgewebehülsen abgetragen werden. Die beiden Drahtgewebehülsen mit dem darin befindlichen Alginat-Faser-Gemisch wurden für 6 s vollständig in ein 10 %ige Calciumchlorid-Dihydrat Mischung getaucht und danach mit enthärtetem Wasser abgespült. Um die Drahtgewebehülse und das dazwischen befindliche Alginat-Faser-Gemisch in Position zu halten, wurden diese mit 2 Wäscheklammern provisorisch aufeinandergedrückt und dann für 18 min bei 75°C im Binder Ofen (Ventilation und Entfeuchtung (5% rF)) getrocknet. Zur weiteren Trocknung wurden die Drahtgewebehülsen über Nacht in einen Exsikkator gelegt. Am nächsten Tag konnte der Alginat-Faser-Kapselkörper durch vorsichtige Drehbewegung entformt werden.

BEISPIEL 2

Gemäss einem zweiten Beispiel wurde eine 1.00 % Alginat-Lösung hergestellt, die zusätzlich 5.00 % Cellulose und kein Sorbitol enthielt.
Weiter wurden als Formkörper eine Drahtgewebehülse in Form einer Patrize und als Kapselmatrize eine vorgewärmte mit Dampflöchern versehene Metallform benutzt. Die Drahtgewebehülse wiess dabei ein Maschenweite von 0.063 mm und einer Drahtstärke von 0.050 mm auf.
Ein Presswerkzeug aus Aluminium in Form der Kapselaussenkontur mit feinen Dampfbohrungen wurde bereitgestellt.
Es wurden ca. 2 g auf die Innenseite der gewölbten Drahtgewebehülse eingebracht. Alternativ dazu kann es im industriellen Prozess mit Unterdruck angesaugt werden. Dann wurde die Kapselmatrize von Hand eingesetzt und angepresst. Durch Druck und Drehbewegungen wurde die Alginat-Fasermischung zwischen der Drahtgewebehülse und der Kapselmatrize verteilt. Durch die Menge an Alginat-Fasermischung und den aufgewendeten Druck lässt sich die Schichtdicke des Alginats-Faser-Körpers variieren. Überschüssiges austretendes Alginat-Faser Gemisch kann an der Austrittsstellen am Rand zwischen der Drahtgewebehülse und der Kapselmatrize abgetragen werden.
Dann wird die Drahtgewebshülse entfernt und das gebildete Alginatfasergemisch auf der Kapselmatrize mit 10 %iger Calciumchlorid-Dihydrat Mischung vernetzt und danach mit enthärtetem Wasser abgespült. Danach wurde das vorgeheizte Presswerkzeug aus Aluminium mit Dampflöchern aufgesetzt um eine schnelle erste Trocknung ohne Verformung des Kapselkörpers zu erreichen. Danach wurde über Nacht im Exsikkator in einer zweiten Trocknung zu Ende getrocknet. Am nächsten Tag konnte der Alginat-Faser-Kapselkörper durch vorsichtige Drehbewegung entformt werden.

Claims

Kapsel, vorzugsweise kompostierbar, aufweisend einen Kapselkörper (4b), wobei der Kapselkörper (4b) mit einem Füllmaterial befüllt ist, und ein Verschlusselement (10), wobei der Kapselkörper (4b) ein Polysaccharid-Komposit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Polysaccharid-Komposit ein Matrixmaterial aus mindestens einem Polysaccharid und mindestens ein Verstärkungsmaterial umfasst, und vorzugsweise aus diesem besteht.
Kapsel nach Anspruch 1, wobei das Polysaccharid-Komposit bei einer Schichtdicke von 100 µm eine Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR, oxygen transmittion rate) von weniger als 30 cm³/m²*Tag*0.21 bar, bevorzugt weniger als 20 cm³/m²*Tag*0.21 bar, besonders bevorzugt weniger als 10 cm³/m²*Tag*0.21 bar und ganz besonders bevorzugt ein OTR kleiner als 5 cm³/m²*Tag*0.21 bar, aufweist.
Kapsel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polysaccharid-Komposit ein Matrixmaterial aus einem vernetzten Polysaccharid aufweist.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Matrixmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe: Alginate, Stärken, modifizierte Stärken, Cellulose, Chitin, Chitosan, Carragenen, Pektine, Agar, Xanthan, Gellan, Dextrane, Galactomannane, Glucomannane, Guaran, Carubin, Gummi Arabicum, Scleroglucan, Pullulan, Derivate oder Mischungen davon, bevorzugt Alginat.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verstärkungsmaterial Fasern umfasst, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Cellulose-Fasern; Viskose-Fasen; PLA-Fasern, PVOH-Fasern; mineralische Fasern, vorzugsweise aus Siliziumdioxid; Kunststoffasern, vorzugsweise Aramid-, Polyethylen- und Polyamid-Fasern.
Kapsel nach Anspruch 5, wobei die Fasern eine Länge zwischen 0.02 und 10.0 mm, bevorzugt 0.04 und 5.0 mm und besonders bevorzugt zwischen 0.06 und 1.0 mm, aufweisen.
Kapsel nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verstärkungsmaterial ein Pulver aus mindestens einer organischen oder mindestens einer mineralischen Komponente umfasst.
Kapsel nach einen der vorherigen Ansprüche, wobei das Füllmaterial ein Pulver, ein Pulvergemisch, ein Pressling, eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch ist.
Kapsel nach Anspruch 8, wobei das Füllmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe: gemahlener Kaffee, Instantkaffee, Getreidekaffee, Malzkaffee, Tee, Teegranulat, Trinkschokolade, Milch, Pflanzendrink, Instantsuppe.
Verfahren zum Herstellen einer Kapsel, insbesondere einer Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen einer Kapselmatrize (1a, 1b),

b) Bereitstellen eines zur Kapselmatrize (1a, 1b) formkomplementären Formkörpers, vorzugweise einer Drahtgewebehülse (5),
Gefolgt von wahlweise:
c1) Einbringen der Kapselmatrize (1a, 1b) in eine Polysaccharid-Komposit-Suspension (2) aus mindestens einem Polysaccharid und mindestens einem Verstärkungsmaterial zur Herstellung eines, vorzugsweise unvernetztem, Kapselkörpers (2a) auf der Kapselmatrize (1a, 1b),

d1) optional Einbringen des in Schritt c1) erhaltenen Kapselkörpers (2a) in eine Vernetzerlösung (3),

e1) Aufbringen des Formkörpers auf den, vorzugsweise benetzten, Kapselkörpers (4a);
oder

c2) Einbringen einer Polysaccharid-Komposit-Suspension (2) in den Formkörper,

d2) Einbringen der Kapselmatrize (1a, 1b) in den Formkörper zur Herstellung eines, vorzugsweise unvernetztem, Kapselkörpers (2a) auf der Kapselmatrize (1a, 1b),

e2) optional Benetzen des in Schritt d2) geformten Kapselkörpers (2a) mit einer Vernetzerlösung (2);

weiter gefolgt von:
f) Trocknen (6) des nach Schritt d1) oder d2), optional nach Schritt e1) oder e2), erhaltenen, vorzugsweise vernetzten, Kapselkörpers,

g) Befüllen (8) der nach Schritt f) erhaltenen Kapsel (4b) mit einem Füllmaterial,

h) Verschliessen (9) der Kapsel mit einem Verschlusselement (10) .
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Trocknen in Schritt f) in einem vorgeheizten Presswerkezug, vorzugweise mit Dampflöchern, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das mindestens eine Polysaccharid der Polysaccharid-Komposit-Suspension (2) ausgewählt ist aus der Gruppe: Alginate, Stärken, modifizierte Stärken, Cellulose, Chitin, Chitosan, Carragenen, Pektine, Agar, Xanthan, Gellan, Dextrane, Galactomannane, Glucomannane, Guaran, Carubin, Gummi Arabicum, Scleroglucan, Pullulan, Derivate oder Mischungen davon, bevorzugt Alginat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Polysaccharid-Komposit-Suspension (2) eine Alginat-Cellulose-Mischung ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Alginat-Cellulose-Mischung eine Konzentration von 0.1 % bis 10 %, bevorzugt 0.5 % bis 5 % und besonders bevorzugt 1.0 %, Alginat, bevorzugt Calciumalginat, und 0.1 % bis 10.0 %, bevorzugt 0.5 % bis 7.0 % und besonders bevorzugt 1.0 bis 5.0% % Cellulosefasern, vorzugsweise mit einer Länge zwischen 0.02 und 10 mm, bevorzugt 0.04 und 5 mm und besonders bevorzugt zwischen 0.06 und 1 mm, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der, vorzugsweise unvernetzten, Kapselkörper mit einer Vernetzerlösung (3) aus einer Erdalkalimetallsalz-Lösung benetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Vernetzerlösung (3) eine Calciumchlorid-Lösung ist, vorzugsweise mit einer Konzentration von 5-20 %, bevorzugt 10%, einer Calcium-Dihydrat-Mischung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Polysaccharid-Komposit-Suspension (2) ein Polyol enthält, vorzugsweise in einer Konzentration zwischen 1 % bis 30 %, vorzugsweise 5 % bis 25 % und besonders bevorzugt 10 %.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei das Füllmaterial ein Pulver, ein Pulvergemisch, ein Pressling, eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch ist und vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe: gemahlener Kaffee, Instantkaffee, Getreidekaffee, Malzkaffee, Tee, Teegranulat, Trinkschokolade, Milch, Pflanzendrink, Instantsuppe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, wobei der Formkörper eine Drahtgewebehülse (5) mit einer Maschenweite von 0.01 bis 0.3 mm, bevorzugt 0.02 bis 0.21 mm, besonders bevorzugt 0.04 bis 0.08 mm und ganz besonders bevorzugt 0.05 bis 0,075 mm, ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Drahtgewebehülse (5) eine Drahtstärke von 0.01 bis 0.3 mm, bevorzugt 0.02 bis 0.2 mm, besonders bevorzugt 0.03 bis 0.1 mm und ganz besonders bevorzugt 0.04 bis 0.06 mm und höchst bevorzugt 0.045 bis 0.055 mm aufweist.
Kapsel herstellt mit einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 20.