KR20230038137A - 커피 체리의 실버 스킨으로부터 얻은 성분을 포함하는 복합 재료, 및 상기 복합 재료를 포함하는 1회분 캡슐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1회분 캡슐을 사용하여 음료, 특히 커피를 제조하는 분야에 관한 것으로, 추출 물질을 수용하기 위한 베이스 요소(11)를 갖는 1회분 캡슐(1), 1회분 캡슐(1)을 제조하기 위한 방법, 커피 1회분 캡슐 제조 분야에서 특히 효율적으로 생산될 수 있는 복합 재료, 및 복합 재료의 제조 방법에 관한 것이다. 복합 재료는 커피 체리의 실버 스킨으로부터 생산된 성분을 가지며, 본 발명에 따른 1회분 캡슐(1)은 이러한 복합 재료를 포함한다.

Description

커피 체리의 실버 스킨으로부터 얻은 성분을 포함하는 복합 재료, 및 상기 복합 재료를 포함하는 1회분 캡슐
본 발명은 물을 주입하여 음료 또는 음료 성분을 제조할 수 있는 가용성 식품 물질을 포함하는 음료 캡슐에 도입된 액체에 의해 음료를 제조(조제)하기 위한 장치 및 방법 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 커피 캡슐을 사용하여 커피를 제조(조제)하는 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 1회분 캡슐(portion capsule; 포션 캡슐), 1회분 캡슐(포션 캡슐)을 제조하기 위한 방법, 커피 캡슐 제조와 관련하여 특히 효율적으로 제조될 수 있는 복합 재료, 및 복합 재료를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
음료를 준비하기 위한 시스템들 중에서, 소위 커피 캡슐 시스템(차를 준비(조제)하기 위한 변형 형태도 있음)이 알려져 있으며, 일반적으로, 추출에 의해 커피 또는 차 음료를 준비하기 위해, 주로 압력 하에, 뜨거운 물이 캡슐 안으로 도입된다. 뜨거운 물을 도입하기 위해 캡슐은 일측(주입측)에서 종종 천공된다. 일반적으로 캡슐의 타측(추출측)에서, 추출된 음료를 배출하기 위해, 다양한 가능성들이 알려져 있다. 한편으로는, 상응하는 천공 맨드릴에 의한 천공이 추출측에도 제공되는 시스템이 있다. 다른 한편으로는, 브루잉 과정 동안 내부 압력 하에서 캡슐의 추출측 경계가 천공되거나 찢어지는 시스템이 알려져 있으며, 이를 위해 캡슐 외부 수단(해당 커피 머신의 브루잉 챔버 내에 있음) 또는 캡슐 내부 수단이 존재할 수 있다. 마지막으로, 음료를 배출하기 위해 캡슐 벽/막이 천공되거나 찢어질 필요가 없는, 이미 개방되어 있는 캡슐도 있다.
가장 일반적인 것은 생분해성(biodegradable) 또는 재생 가능한(renewable) 원료를 포함하지 않은 재료로 만든 캡슐이다. 캡슐의 대부분은 예를 들어 알루미늄 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조된다. 이러한 캡슐은 보관(예: 불투과성, 특히 공기/산소에 대한 불투과성) 및 적용(예: 열적 치수 안정성, 천공 거동 등) 모두에 유리한 특성을 가질 수 있다. 상기 캡슐의 가장 큰 단점은 사용 후 발생하는 폐기물과 캡슐에 사용된 재료를 재활용하는 데 많은 노력이 필요하다는 것이다. 후자는 일반적으로 사적 영역에서 사용되는 캡슐 수집, 그것을 재활용 시설로 운반, 및 재활용 프로세스 자체를 포함한다. 즉, 재활용을 위해서도, 상당한 자원(시간, 에너지, 및 운송 비용)이 소비되어야 하며 결과적으로 환경에 영향을 미칠 수 있다(예: 운송 및 재활용에 필요한 에너지 확보를 위한 CO2 배출). 또한 캡슐 내에 있는 추출 제품은 일반적으로 재활용 중에 손실된다.
1회분 캡슐을 위한 덜 자원 집약적인 재료의 사용은 그 자체로 알려져 있다. 특히 바이오-플라스틱의 사용이 논의되고 있다. 재생 가능한 자원으로부터 제조된 플라스틱들이 그렇게 (소위 바이오-기반 플라스틱(bio-based plastics)) 지칭된다. 바이오-플라스틱(bio-plastics)은 또한 생물학적으로 분해될 수 있는 플라스틱(소위 생분해성 플라스틱(biodegradable plastics))이다. 1회분 캡슐을 생산하기 위해 제안된 플라스틱은 생분해성이며, 일부 바이오-기반 플라스틱을 부분적으로 포함한다.
예를 들어, WO 2011/015973 A1은 전적으로 생분해성 물질로 제조된 캡슐을 개시하고 있으며, 여기서 캡슐을 폐쇄하는 멤브레인의 구현은 WO 2011/015973 A1의 교시의 주요 초점이며 사용된 재료는 언급되지 않았다.
WO 2015/170358 A2는 브루잉 과정 동안 캡슐 내에 형성된 압력을 견딜 수 있도록 강화 요소를 갖는 목재 재료로 만들어진 생분해성 캡슐을 보여준다.
DE 202016104950 U1은 생분해성 캡슐 또는 생분해성 패드를 갖는 밀폐형 1회분 패키지 또는 밀폐형 1회분 백을 개시하고 있으며, 여기서 1회분 패키지 또는 1회분 백은 전적으로 생분해성 재료로 제조된다. PLA(polylactide) 또는 Mater-Bi®와 같은 바이오-플라스틱이 사용되는 재료의 예로 언급되어 있다.
WO 2017/186743 A1은 특히 커피 및 차 캡슐용 바이오 재료의 용도를 개시하고 있으며, 여기서 바이오 재료는 생분해성 플라스틱이고 해바라기 종자 껍질(sunflower seed shells) 또는 해바라기 종자 외피(sunflower seed hulls)를 포함한다.
선행 기술에 따른 생분해성 재료 및/또는 재생 가능한 재료로 만들어진 1회분 캡슐은 자원의 신중한 사용 관점에서 올바른 방향으로 나아가는 단계이지만, 이와 관련하여 여전히 최적화 가능성이 있다.
본 발명의 목적은 1회분 캡슐의 자원 소비 및 환경 친화성을 더욱 개선하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 즉시 사용 가능한, 즉, 추출 제품으로 채워진, 1회분 캡슐의 생산을 개선하고, 자원 활용과 관련하여 사용한 1회분 캡슐의 처리를 개선하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 1회분 캡슐에 대한, 특히 커피 캡슐에 대한, 자원 활용과 관련하여 최적화된 복합 재료, 및 상기 복합 재료를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 복합 재료는 특히 바이오-플라스틱, 특히 재생 가능한 자원의 비율이 높은 생분해성 바이오-플라스틱일 수 있다. 특히, 복합 재료는 EN 13432(2019년 말 기준) 또는 ASTM 6400(2019년 말 기준)에 따라 생분해성일 수 있다. 복합 재료는 완전히 생분해성일 수 있다.
본 발명의 중심 목적은 자원 활용 측면에서 최적화된 1회분 캡슐 및 이러한 1회분 캡슐을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
커피 열매 및 커피 종자의, 특히 상업적으로 관련된 종인 Coffea arabica, C. canephora, C. liberica(이하: 커피 열매 및 종자)의, 하나의 성분은 실버 스킨(silver skin)으로 알려진 것이다. 실버 스킨은 종자 발달 과정에서 내배유(endosperm)에 의해 대부분 대체되는 외배유(perisperm)의 나머지 부분인 종피(testa)이다. 실버 스킨은 커피 원두를 완전히 감싸고 있으므로 커피 원두의 특징적인 오목한 부분에도 존재한다. 전체적으로 커피 원두는 파치먼트(parchment)(내과피), 펙틴 층(pectin layer) 및 펄프(pulp)(함께: 중과피), 및 스킨(외과피)로 둘러싸여 있다. 커피 열매 및 커피 종자의 구조에 대한 자세한 내용은, 예를 들어, Mendes AJT (1942)
Figure pct00001
Figure pct00002
em Coffea: VI - Desenvolvimento do
Figure pct00003
e do endosperma em Coffea Arabica l, Bragantia 2 (4):115-128 또는 Gassner G, Hohmann B, Deutschmann F (1989) Mikroskopische Untersuchung pflanzlicher Lebensmittel [Microscopic Investigation of Plant-Based Foods]. 5th edn. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart (특히 일러스트레이션(삽화) 457-461)에서 찾을 수 있다.
일반적으로, 실버 스킨은 로스팅 과정에서 대부분 제거된다. 로스팅 초기 단계에서, 원두는 실버 스킨이 따라올 수 없는 부피 증가를 경험한다. 결과적으로, 실버 스킨은 파열되어, 로스팅된 제품으로부터 분리되고, 로스팅 장치에서, 예를 들어 상응하게 설계된 공기 흐름에 의해, 제거된다.
즉, 실버 스킨은 커피 로스팅의 폐기물로 쌓이게 된다.
본 발명은 커피 원두의 실버 스킨, 특히 로스팅 과정에서 분리된 실버 스킨이 복합재료의 구성요소로 매우 적합하다는 아이디어에 기초한 것이다.
복합 재료는 적어도 두 가지 성분을 포함하는데, 첫 번째 성분은 일반적으로 플라스틱(플라스틱 성분, 플라스틱 매트릭스)이고 두 번째 성분은 플라스틱 성분과 다르며 충전제라고도 한다. 본 발명은 커피 원두의 실버 스킨이 플라스틱 성분을 갖는 복합 재료, 특히 1회분 캡슐 생산에 매우 적합한 복합 재료를 위한 매우 우수한 충전제로 쉽게 가공될 수 있다는 아이디어에 기초한다. 이는 생성된 복합 재료가 1회분 캡슐 내에 존재하는 추출 제품을 보호하기 위해 1회분 캡슐의 하나 이상의 식품-호환성 성분으로의 간단한 재성형을 가능하게 해서, 예를 들어 수 개월 또는 수 년(예: 1, 2, 또는 3년) 동안, 저장이 가능하고, 음료 준비 시스템에서 어려움없이 사용할 수 있게 하는 특성을 갖는다는 것을 의미한다. 후자는, 특히, 복합 재료가 음료 준비 중에 형성되는 온도와 압력 하에서 너무 심하게 변형되거나(내열성, 탄성) 또는 심지어 파열되지 않을 것(인장 강도, 파단 변형)을 요구하며, 상기 재료가 천공될 수 있을 것을 요구하며, 피어싱 팁/인젝터는 음료 준비 후 어려움 없이 복합 재료에서 분리될 수 있을 것을 요구한다.
상기 복합 재료를 포함하는 1회분 캡슐의 지속 가능성과 관련하여, 초기 연구에 따르면 상기 지속 가능성은 다른 바이오-기반 1회분 캡슐에 비해 증가한 것으로 나타났다. 즉, 복합재료를 포함하거나 복합재료로 제조된 1회분 캡슐은 1회분 캡슐 내에 존재하는 추출 제품을 보호하여 다른 바이오-기반 1회분 캡슐에 비해 더 오래 보관할 수 있다는 징후가 있다 (유통 기한 증가). 특히, 제조된 음료의 풍미와 관련하여, 1회분 캡슐이 존재하는 추출 제품이 변하는 것을 더 많이 방지할수록, 허용 가능한 보관 시간이 길어진다. 실버 스킨으로부터 얻어지는 충전제는 1회분 캡슐 내에 존재하는 추출 제품의 안정성에 긍정적인 영향을 미치는 항산화 효과가 있는 것으로 추정된다.
복합 재료는, 그 자체로 알려진 바와 같이, 복합 재료의 특성을 조절하기 위한 추가 집합체(첨가제)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 복합 재료는 집합체(aggregates)에 의해 강화된 플라스틱인 것이 바람직하며, 여기서 하나의 집합체는 커피 원두의 실버 스킨으로부터 얻어진다. 플라스틱 성분은 하나 이상의 플라스틱으로 제조될 수 있다.
1회분 캡슐용 복합 재료의 성분(충전제)으로 실버 스킨을 사용하면 다음과 같은 다양한 이점이 있다:
Figure pct00004
커피 생산, 특히 1회분 캡슐용 커피를 생산할 때 발생하는 폐기물은 1회분 캡슐 자체에 사용된다. 이에 따라 특정 상황에서 많은 노력을 기울여 얻어지는 성분(충전제)은 폐기물(즉, 실버 스킨)에서 얻은 성분으로 대체될 수 있다. 이에 따라 1회분 캡슐을 생산하기 위한 자원 소비가 감소된다. 또한, 대체된 성분은 구매할 필요가 없으므로, 생산 비용이 절감된다.
최종적으로, 1회분 캡슐의 생산 위치 근처에 있는 로스터리(roastery)의 경우, 운송 비용과 운송 부피, 그리고 이에 따라 운송의 환경적 영향을 줄일 수 있다.
Figure pct00005
1회분 캡슐의 바이오-기반, 즉, 재생 가능한, 비율이 증가한다.
Figure pct00006
생분해성 플라스틱 구성 요소를 사용하는 경우, 1회분 캡슐의 생분해성이 보장된 상태로 유지된다.
이에 따라, 사용된 1회분 캡슐 전체는 또한 퇴비화될 수 있다. 따라서, 퇴비화 가능하지 않은 부분에서 퇴비화 가능한 부분, 예를 들어 추출 제품을 분리할 필요가 제거된다. 추출 제품, 특히 커피는 매우 잘 퇴비화될 수 있으며, 특히 증가된 양분 함량의 형태로, 완성된 퇴비에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 표준 캡슐의 경우, (비어 있는) 1회분 캡슐의 재료는 일반적으로 퇴비화 가능하지 않은 부분을 형성한다.
Figure pct00007
실버 스킨에서 성분을 얻는 방법은 매우 간단하다. 예를 들어, 실버 스킨은 디카페인 처리 및/또는 로스팅 중에 얻어질 수 있다. 성분의 잔류 수분은 그것을 얻는 동안 또는 그 직후에 감소될 수 있다. 또한, 이렇게 얻은 실버 스킨은 매우 쉽게 기계적으로 분쇄될 수 있다.
본 발명에 따른 1회분 캡슐은, 외벽에 의해 경계가 정해지는 내부 공간을 형성하고 추출 제품을 도입하기 위한 개구를 포함하는, 베이스 요소를 포함한다. 즉, 1회분 캡슐은 추출 재료를 수용하도록 설정된 베이스 요소를 포함한다. 예를 들어, 베이스 요소는 추출 제품이 베이스 요소 안으로, 즉, 베이스 요소에 의해 형성되는 내부 공간 안으로, 도입될 수 있는 폐쇄 가능한 개구를 포함하는 컵 또는 색(sack)으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 베이스 요소는 바닥 영역과 주변 측벽을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 1회분 캡슐의 경우, 베이스 요소는 복합 재료를 포함하며, 여기서 복합 재료의 한 성분은 커피 체리의 실버 스킨(이하 "실버 스킨 성분")으로부터 제조된다. 즉, 복합 재료의 한 성분은 커피 체리의 실버 스킨으로부터 얻어진다.
특히, 베이스 요소는 실질적으로 복합 재료로 제조될 수 있다. 베이스 요소는 층(예를 들어, PVOH와 같은 확산 억제 층), 문구 표시, 코드 등의 형태로만 추가 재료를 포함한다. 특히, 복합 재료는 베이스 요소에 모양과 안정성을 제공하는 재료이다.
실버 스킨 성분을 생산할 때, 첨가제는 생략될 수 있다. 즉, 그 성분은 실버 스킨 자체의 재료만을 포함할 수 있다.
실버 스킨 성분을 생산하는 것은 실버 스킨의 분쇄, 건조 및/또는 오일 제거와 같은 가공 단계들을 포함할 수 있다.
복합 재료는 실버 스킨 성분 외에도 플라스틱 성분을 포함한다. 복합 재료는 결합제와 같은 추가 성분 및/또는 첨가제를 포함할 수 있다.
일반적으로, 실버 스킨 성분과 플라스틱 성분은 복합 재료 질량의 대부분을 구성한다. 즉, 실버 스킨 성분과 플라스틱 성분의 질량 분율이 복합 재료 질량의 90% 이상, 특히 95% 또는 98% 이상을 차지할 수 있다.
실버 스킨 성분의 질량 분율은 10% 내지 70%, 특히 20% 내지 60%, 또는 25% 내지 50%일 수 있다. 예를 들어, 실버 스킨 성분의 질량 분율은 30%, 35%, 40% 또는 45%일 수 있다. 상기 값은 가이드라인이며 지방 함량 및 잔류 수분에 따라 달라질 수 있다. 변동 범위는 대략 +/-5%로 주어질 수 있다.
플라스틱 성분의 질량 분율은 복합 재료의 나머지 질량에서 첨가제의 질량을 뺀 값을 차지할 수 있다. 첨가제의 질량은 일반적으로 몇 퍼센트, 예를 들어 5% 이하, 즉 예를 들어 4%, 3%, 2%, 또는 1% 이하이므로, 플라스틱 성분의 질량 분율은 약 25% 내지 90%, 35% 내지 80%, 또는 45% 내지 75%일 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 성분의 질량 분율은 65~70%, 60~65%, 55~60%, 또는 50~55%일 수 있다. 첨가제의 비율 외에도, 실버 스킨 성분의 변동 범위도 고려되어야 한다.
실버 스킨 성분을 생산하기 위해 실버 스킨은 건조될 수 있다. 특히, 실버 스킨은 5% 미만, 특히 2% 미만, 1% 미만, 0.5%, 0.2% 또는 0.1% 미만의 잔류 수분을 가질 수 있다. 가공되지 않은 실버 스킨 내 잔류 수분의 질량 분율은 다양할 수 있으며, 특히 커피 종류에 따라 달라질 수 있다. 연구에 따르면, 예를 들어, 아라비카 품종의 실버 스킨 내 잔류 수분의 질량 분율은 약 7~8%인 것으로 나타났다 (Borrelli RC, Esposito F, Napolitano A, Ritieni A, Fogliano V (2004) Characterization of a new potential functional ingredient: coffee silverskin. Journal of Agricultural and Food Chemistry 52 (5):1338 -1343).
실버 스킨 성분을 생산하기 위해 실버 스킨은 오일 제거될 수 있다. 특히, 실버 스킨은 10% 미만, 특히 8%, 6%, 4% 미만, 또는 2% 미만의 지방 함량을 가질 수 있다.
가공되지 않은 실버 스킨 내 지방 비율은 다양할 수 있으며, 특히 커피 종류에 따라 달라질 수 있다. 연구에 따르면, 예를 들어, 아라비카 품종의 실버 스킨 내 지방 함량은 상대적으로 낮은 2~3%로 나타났다 (Borrelli RC, Esposito F, Napolitano A, Ritieni A, Fogliano V (2004) Characterization of a new potential functional ingredient: coffee silverskin. Journal of Agricultural and Food Chemistry 52 (5):1338 -1343).
실버 스킨 성분을 생산하기 위해 실버 스킨은 분쇄될 수 있다. 특히, 분쇄된 실버 스킨의 최대 크기는 1 mm 미만, 특히 0.75 mm 또는 0.5 mm 미만일 수 있다. 예를 들어, 최대 크기는 0.01 내지 1 mm, 0.01 내지 0.5 mm, 또는 0.01 내지 0.3 mm일 수 있다.
많은 양의 실버 스킨을 분쇄할 때, 모든 개별 분쇄된 실버 스킨이 위에서 언급한 최대 크기를 가질 수 있는 것은 물론 아니다. 오히려, 실버 스킨은, 실버 스킨 성분이 실질적으로, 예를 들어 90%가, 위에 표시된 최대 크기를 갖는 실버 스킨을 포함하는 경우, 분쇄된 것으로 간주될 수 있다.
특히, 실버 스킨은 기계적으로 분쇄될 수 있다.
복합 재료는 특히 컴파운딩(compounding; 합성)에 의해 제조될 수 있다.
일 실시형태에서, 1회분 캡슐은 개구부의 주변 에지를 따라 부착되거나 부착 가능한 캡슐 커버를 포함한다. 즉, 캡슐 커버는 베이스 요소를 추출 제품으로 채운 후 개구부를 폐쇄하도록 설정되고, 즉시 사용 가능한 1회분 캡슐은 캡슐 커버를 가져서, 추출 제품은 베이스 요소와 캡슐 커버에 의해 형성된 1회분 캡슐의 폐쇄된 내부 공간에 존재한다.
본 실시형태에서, 베이스 요소 및 캡슐 커버 모두 복합 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
특히, 베이스 요소와 캡슐 커버 모두 실질적으로 복합 재료로 제조될 수 있다. 베이스 요소와 캡슐 커버는 - 만약 있다면 - 코팅, 문구 표시, 코드 등의 형태로만 추가 재료를 포함한다. 특히, 복합 재료는 베이스 요소와 캡슐 커버에 모양과 안정성을 제공하는 재료이다.
그럼에도 불구하고 베이스 요소와 캡슐 커버는 그 특성, 특히 기계적 특성에서 다를 수 있다.
예를 들어, 베이스 요소는 강성(rigid)인 반면 캡슐 커버는 유연할 수 있다. 대안으로, 캡슐 커버와 베이스 요소가 모두 강성일 수 있다.
캡슐 커버는 실링 필름과 같은 단순한 필름이나 플레이트와는 다를 수 있고, 3차원 물체로서 구현될 수 있으며, 예를 들어, 외향 돔(outward dome)을 형성할 수 있다. 따라서 캡슐 커버는 강성의 3차원 본체를 형성할 수 있다.
실시형태들에서, 캡슐 커버는 상기 커버가 주변 측벽에 부착하는 동안 부착 부분을 형성하는 주변 커버 플랜지로부터 반경방향 내향으로 외향 돔을 형성하는 것을 특징으로 하며, 여기서 주변 커버 플랜지의 치수는 주변 측벽(또는 베이스 요소)의 칼라(에지, 플랜지)에 일치한다. 따라서 본 실시형태에 따른 캡슐 커버는 평평한 커버 요소, 예를 들어 필름형 또는 플레이트형 커버 요소와는 구별된다. 상기 커버는 3차원적으로 형성된 본체이다.
이러한 실시형태들에서 캡슐 커버의 형상은, 외부에서 내부로, 커버 플랜지, 만곡된 전이 영역, 및 실제 상부 커버 표면을 형성하는 중앙 평평 영역을 포함할 수 있다. 이러한 평평 영역은 돔을 유발하는 전이 영역으로 인해 커버 플랜지의 평면으로부터 외향으로 오프셋된다. 전이 영역은 예를 들어 S자형으로 만곡될 수 있거나, 플랜지 평면에 대해 비스듬히 외부 부분으로부터 중앙의 평평 영역으로 일정하게 만곡될 수 있다. 그 치수는, 예를 들어, 중앙의 평평 영역이 베이스 영역의 영역과 크기가 동일하거나 약간만(예를 들어 최대 10%) 작다는 점에서 광학적으로 우세하도록 선택된다. 특히, 전체적으로 직육면체 또는 정육면체 형상으로서의 1회분 캡슐의 실시형태의 경우, 상기 평평 영역은 직경의 60% 이상, 그리고 이에 따라 면적의 적어도 40%를 차지하는 것이 제공될 수 있다.
커버 플랜지는 일반적으로 캡슐 커버 측면을 향하고 플랜지의 외부 에지로부터 돔의 시작 부분까지 연장되는 주변 영역을 형성한다. 일부 실시형태들에서, 돔의 시작 부분은 플랜지가 주변 측벽과 접촉하는 측벽의 부분과 비교하여 내향으로 오프셋되는 것이 제공될 수 있다. 그러한 오프셋은, 예를 들어, 최소 0.2 mm일 수 있다.
캡슐 커버는 천공될 수 있다. 많은 실시형태들에서, 캡슐 커버는 밀봉되고, 캡슐 커버와 함께 베이스 요소는 추출 제품을 완전히 둘러싼다.
일 실시형태에서, 베이스 요소와 캡슐 커버는 형상만 서로 상이하다. 즉, 사용되는 재료, 두께 등은 동일하다.
특히, 베이스 요소와 캡슐 커버는 강성일 수 있다.
구체적인 구현에 따라, 1회분 캡슐은 스크린, 캡슐을 천공하거나 찢기 위한 수단, 캡슐 내의 액체 분포 및/또는 액체 흐름을 확인하기 위한 수단, 및/또는 보강 요소와 같은, 복합 재료를 포함하거나 실질적으로 상기 재료로 만들어지는 추가 요소들을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 복합 재료는 생분해성이다.
이것은 특히 플라스틱 성분이 생분해성이라는 것을 의미한다.
복합 재료 및 플라스틱 성분은 특히 EN 13432 (2019년 말 기준) 및/또는 ASTM 6400(2019년 말 기준)에 따라 생분해성일 수 있다.
따라서, 채워지거나 비어 있거나, 사용되지 않거나 사용된 1회분 캡슐은 생분해성일 수 있다. 이는, 복합 재료에서 생분해성 플라스틱 성분 및 실버 스킨 성분의 질량 분율이, 예를 들어 95% 또는 98% 이상으로, 매우 높고, (추출 제품이 없는) 1회분 캡슐에서 복합 재료의 질량 분율도, 예를 들어 95% 또는 98% 이상으로, 매우 높은 경우에 특히 그러하다. 사용된 첨가제, 층, 문구 표시 등이 또한 생분해성이거나 질량 분율 측면에서 거의 무시할 수 있는 경우, 1회분 캡슐의 생분해성이 훨씬 더 우수하다는 것은 물론이다.
1회분 캡슐은 완전히 생분해성일 수 있다.
플라스틱 성분은 바이오-플라스틱을 포함하거나 바이오-플라스틱으로 제조될 수 있다. 폴리부틸렌 아디페이트-테레프탈레이트(PBAT), 폴리락타이드(PLA), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA, 예를 들어 폴리하이드록시부티레이트(PHB)), 또는 전분-기반 플라스틱은 적합한 바이오-플라스틱의 예이다. 다수의 바이오-플라스틱, 예를 들어 위에서 열거된 다수의 바이오-플라스틱을 포함하는 플라스틱 성분이 가능하다.
일 실시형태에서, 복합 재료는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락타이드(PLA), 폴리비닐 알코올(PVOH), 또는 상기 재료들의 조합, 특히 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락타이드(PLA)를 포함하는 플라스틱 성분을 포함한다.
특히, 플라스틱 성분은 (불가피한 불순물을 제외하고) 실질적으로 또는 전적으로 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락타이드(PLA), 폴리비닐 알코올(PVOH), 또는 상기 재료들의 조합, 특히 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락타이드(PLA)로 제조될 수 있다. 이 경우, 플라스틱 성분은 상술한 바와 같이 생분해성 플라스틱 성분이다.
바람직한 실시형태에서, 플라스틱 성분은 PBAT 및 PLA로 제조된다.
플라스틱 성분은 특히 바스프(BASF) 사의 Ecoflex® 또는 Ecovio®(바람직함) 또는 다른 이름으로 제공되는 유사한 플라스틱일 수 있다.
플라스틱 성분이 PVOH인 경우, 복합 재료는 PVOH, 실버 스킨 성분, 및 기타 첨가제로 제조될 수 있으며, 여기서 실버 스킨 성분은 복합 재료의 10% 내지 50%, 예를 들어 20% 내지 50%, 또는 30% 내지 50%의 질량 분율을 구성할 수 있다.
일 실시형태에서, 베이스 요소는 컵형이고, 직사각형, 특히 정사각형의 기본 형상을 갖는다.
즉, 베이스 요소는 컵 축을 포함하며, 컵 축을 따라 개구부가 연장된다. 그 경우, 베이스 요소는 컵 축에 수직인 섹션에서 직사각형, 특히 정사각형의 기본 형상을 갖는다.
베이스 요소는 직육면체, 특히 정육면체의 형상을 가질 수 있으며, 여기서 직육면체 또는 정육면체의 한 면은 개방되어 있다.
캡슐 커버는 직육면체 또는 정육면체의 상기 개구부를 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 즉, 캡슐 커버는 실질적으로 (예를 들어, 캡슐 커버의 부착 및/또는 기능에 필요한 요소는 제외하고) 베이스 요소에 의해 형성되는 직육면체 또는 정육면체의 한 면의 형상을 가질 수 있다.
(추출 제품 없이) 실질적으로 복합 재료로 제조되고 직사각형, 특히 정사각형, 및 직육면체, 특히 정육면체의 기본 형상을 갖는 1회분 캡슐은 음료를 준비하기 위한 상기 형상의 1회분 캡슐용으로 설정된 기존 시스템들에 특히 적합한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스 요소를 포함하는 1회분 캡슐을 제조하기 위한 방법이 추가로 제공된다.
베이스 요소는 전술한 특성들, 특히 조성, 형상 및 생분해성에 관한 특성들 각각을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 다음 단계들을 포함한다:
Figure pct00008
복합 재료를 제공하는 단계; 및
Figure pct00009
상기 복합 재료를 베이스 요소로 재성형하는 단계; 여기서,
복합 재료의 하나의 성분은 커피 체리의 실버 스킨("실버 스킨 성분")으로부터 생산된다.
재성형은 특히 사출 성형 또는 열성형을 포함할 수 있다. 압출과 같은, 다른 재성형 공정도 생각할 수 있다.
복합 재료의 제공은 실버 스킨 성분, 플라스틱 성분, 및 적어도 하나의 첨가제를 제공하는 것을 포함할 수 있다.
실버 스킨 성분, 플라스틱 성분, 및 첨가제는 위에 표시된 질량 분율로 제공될 수 있다.
플라스틱 성분은 위에서 설명한 플라스틱 성분들 중 하나일 수 있다.
첨가제는 상술한 첨가제들 중 하나, 특히 접합제일 수 있다.
복합 재료를 제공하는 것은 컴파운딩을 포함할 수 있다.
복합 재료의 제공은, 상술된, 실버 스킨을 분쇄하는 단계, 실버 스킨을 건조시키는 단계, 및 실버 스킨을 오일 제거하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 실버 스킨 성분을 생산하기 위해 필요한 실버 스킨은 커피 원두의 로스팅 동안 커피 원두로부터 분리되며, 여기서 실버 스킨은 베이스 요소 및 경우에 따라서는 캡슐 커버를 생산하기 위한 공정 라인에 공급되며, 로스팅된 커피 원두는 추출 제품을 생산하기 위한 공정 라인에 공급된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 실버 스킨은 디카페인 처리 중에 분리될 수 있다.
특히, 로스팅된 커피 원두는 베이스 요소를 채우기 위한 공정 라인에 공급될 수 있다.
상기 공정 라인들은 전적으로 로스팅(및 경우에 따라서는 디카페인 처리) 위치에 존재할 수 있다. 즉, 공정 라인들은 로스팅(및/또는 디카페인 처리) 직후에 시작하여, 로스팅 위치에서, 생산된 베이스 요소에, 가공되고 로스팅된 커피 원두를 채우는 것으로 끝난다. 이후, 캡슐 커버에 의한 1회분 캡슐의 밀봉은 동일한 위치에서 이루어질 수 있다.
분리된 실버 스킨과 로스팅된 커피 원두를 해당 공정 라인들로 공급하는 것은 자동화에 의해 수행될 수 있다.
캡슐 커버가 제공되는 실시형태들에서, 특히 위에서 상세히 설명된 바와 같은 캡슐 커버가 제공될 수 있다.
1회분 캡슐을 제조하기 위한 방법은 추출 제품을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
1회분 캡슐을 제조하기 위한 방법은 추출 제품을 베이스 요소에 채우는 단계 및 캡슐 커버에 의해 베이스 요소를 밀봉하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 복합 재료에 관한 것이다.
복합 재료는 특히 1회분 캡슐용 복합 재료이다. 따라서, 식품 호환성, 밀봉 특성, 내열성, 압력 하에서의 거동, 가공 옵션 등과 관련된 특정 요구 사항들이 내포되어 있다.
본 발명에 따른 복합 재료는 제1 성분 및 제2 성분을 포함하며, 제1 성분은 플라스틱("플라스틱 성분")이고 제2 성분은 커피 체리의 실버 스킨("실버 스킨 성분")으로부터 생산된다.
복합 재료는 일반적으로 실버 스킨 성분 및 플라스틱 성분 외에도 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
실버 스킨 성분, 플라스틱 성분, 및 첨가제는 위에서 언급된 질량 분율로 복합 재료 내에 존재할 수 있다.
플라스틱 성분은 위에서 설명된 플라스틱 성분들 중 하나일 수 있다.
특히, 제1 성분, 즉 플라스틱 성분은 생분해성 성분, 특히 EN 13432(2019년 말 기준) 및/또는 ASTM 6400(2019년 말 기준)에 따른 생분해성 플라스틱 성분일 수 있다.
일 실시형태에서, 제1 성분, 즉 플라스틱 성분은 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락타이드(PLA), 폴리비닐 알코올(PVOH), 또는 상기 재료들의 조합, 특히 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락타이드(PLA)를 포함한다.
제1 성분(플라스틱 성분)은 전술한 바와 같이 PBAT, PLA, 및/또는 PVOH를 포함할 수 있다.
특히, 제1 성분(플라스틱 성분)은, 오염물(불순물)을 제외하고, PBAT 및 PLA로 제조될 수 있다.
특히, 제1 성분(플라스틱 성분)은 바스프(BASF) 사의 Ecoflex® 또는 Ecovio®(바람직함) 또는 다른 이름으로 제공되는 유사한 플라스틱일 수 있다.
첨가제는 상술한 바와 같은 질량 분율로 상술한 첨가제들 중 하나일 수 있다.
복합 재료는 특히 합성 복합 재료일 수 있다. 즉, 복합 재료의 생산이 컴파운딩(합성)을 포함할 수 있고, 복합 재료는, 특히 그 구조와 관련하여, 그로부터 발생하는 특성을 가질 수 있다.
실버 스킨 성분은 전술한 "실버 스킨을 분쇄하는 단계", "실버 스킨을 건조시키는 단계", 및 "실버 스킨을 오일 제거하는 단계" 중 하나 이상의 단계로부터 생성되는 방식으로 복합 재료 내에 존재할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 베이스 요소 및 선택적으로 캡슐 커버를 제조하기 위한 개시된 실시형태들 중 어느 하나에서 본 발명에 따른 복합 재료의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한 1회분 캡슐을 제조하기 위한 개시된 실시형태들 중 어느 하나에서 본 발명에 따른 복합 재료의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면은 전술한 실시형태들 중 하나에서 본 발명에 따른 복합 재료를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 일 측면은 복합 재료, 특히 1회분 캡슐용 복합 재료를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.
복합 재료를 생산하기 위한 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
Figure pct00010
제1 성분을 제공하는 단계.
즉, 전술한 바와 같은 플라스틱 성분이 제공된다. 특히, 플라스틱 성분은 위에서 언급된 복합 재료의 양적 분율을 가져오는 양으로 제공된다.
플라스틱 성분은 앞서 나열된 플라스틱 성분들 중 하나일 수 있다.
Figure pct00011
제2 성분을 제공하는 단계.
즉, 전술한 바와 같은 실버 스킨 성분이 제공된다. 특히, 실버 스킨 성분은 위에서 언급된 복합 재료의 양적 분율을 가져오는 양으로 제공된다.
실버 스킨 성분은 위에서 언급된 존재하는 실버 스킨 잔류물의 최대 크기, 또는 수분 함량 및/또는 지방 함량 면에서 추가로 제공될 수 있다. 생산 방법은 상응하는 분쇄 단계, 상응하는 건조 단계, 및/또는 상응하는 오일 제거 단계를 포함할 수 있다.
Figure pct00012
제1 성분과 제2 성분을 컴파운딩(합성)하는 단계.
일 실시형태에서, 복합 재료를 생산하기 위한 방법은 실버 스킨과 커피 원두를 분리하는 단계를 포함한다. 분리는 특히 로스팅 중에 일어난다. 이 경우, 실버 스킨 획득 후 별도의 건조 단계가 더 이상 필요하지 않도록 로스팅 공정을 설정할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 분리는 디카페인 처리 중에 일어날 수 있다.
복합 재료를 생산하기 위한 방법은 분쇄 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 복합 재료를 생산하기 위한 방법은 오일 제거 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 1회분 캡슐의 자원 소비 및 환경 친화성이 더욱 개선된다. 특히, 본 발명에 의하면 즉시 사용 가능한, 즉, 추출 제품으로 채워진, 1회분 캡슐의 생산이 개선되고, 자원 활용과 관련하여 사용한 1회분 캡슐의 처리가 개선된다.
특히, 본 발명에 의하면, 1회분 캡슐에 대한, 특히 커피 캡슐에 대한, 자원 활용과 관련하여 최적화된 복합 재료, 및 상기 복합 재료를 제조하는 방법이 제공된다. 복합 재료는 특히 바이오-플라스틱, 특히 재생 가능한 자원의 비율이 높은 생분해성 바이오-플라스틱일 수 있다. 특히, 복합 재료는 EN 13432(2019년 말 기준) 또는 ASTM 6400(2019년 말 기준)에 따라 생분해성일 수 있다. 복합 재료는 완전히 생분해성일 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 자원 활용 측면에서 최적화된 1회분 캡슐 및 이러한 1회분 캡슐을 제조하기 위한 방법이 제공된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시형태들을 설명한다.
도 1은 1회분 캡슐을 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 1회분 캡슐의 베이스 요소를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 베이스 요소에 매칭되는, 도 1에 따른 1회분 캡슐의 캡슐 커버를 도시한다.
도 4는 소비할 준비가 된 커피 1회분 캡슐을 생산하기 위한 방법을 도시한다.
도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.
도 1에 따른 예시적인 1회분 캡슐(portion capsule)(1)은 (컵 축(15)을 갖는) 컵 형태의 베이스 요소(11) 및 주변(둘레) 플랜지(14)를 따라 거기에 부착된 캡슐 커버(21)를 포함하며, 이들은 함께 외부 캡슐 벽을 형성하고 내부 캡슐 공간을 규정한다. 베이스 요소(11)는, 그 자체로 알려진 바와 같이, 약간 돔형인 캡슐 베이스(16) 및 주변(둘레) 측벽(12)을 형성한다.
베이스 요소(11) 및 캡슐 커버(21)는 커피 체리의 실버 스킨으로부터 얻은 성분 및 결합제가 혼합된 플라스틱 성분으로부터 합성된 복합 재료로 제조된다. 플라스틱 성분은 바스프(BASF) 사의 Ecovio®이다. 결합제는 Licocene PP MA 7452 이다.
캡슐 커버(21)는 공지된 방식으로, 예를 들어 초음파 용접에 의해 또는 경우에 따라서는 접착에 의해, 베이스 요소(11)에 부착된다.
도 2는 베이스 요소(11)의 상세도를 도시한다. 베이스 요소(11)는 컵형이고 정사각형 기본 형상을 갖는다. 즉, 베이스 요소는 실질적으로 정육면체 형상을 가지며, 정육면체의 6면 중 하나가 누락되어 개구부(13)를 형성한다. 추출 제품은 베이스 요소의 내부 공간으로 도입될 수 있고, 따라서 상기 개구부를 통해 내부 캡슐 공간으로 도입될 수 있다.
도시된 실시형태에서, 캡슐 커버(21)가 부착될 수 있는 주변 에지(14), 둥근 에지, 및 경우에 따라서는 약간 돔형인 측면들은 정육면체 형상에서 벗어난다.
도 3은 캡슐 커버(21)의 상세도를 도시한다. 도시된 실시형태에서, 상기 커버는 베이스 요소(11)와 동일한 두께를 갖는 동일한 복합 재료로 제조된다.
캡슐 커버(21)는 베이스 요소(11)의 에지(14)에 일치하는 주변 플랜지(22)를 포함해서, 캡슐 커버(21)는 적절하게 부착될 때 유밀(fluid-tight) 방식으로 베이스 요소(11)를 밀봉할 수 있다.
도 4는 소비할 준비가 된 1회분 캡슐을 생산하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다. 본 발명에 따른 실버 스킨의 사용 외에도, 다양한 선택적 특징이 도식에 도시되어 있다.
도시된 방법은 커피 체리를 제공하는 단계로 시작된다. 커피 원두(커피 체리의 종자)는 이로부터 얻어진다. 커피 원두를 얻은 후에도, 실버 스킨은 여전히 커피 원두를 둘러싸고 있다.
다음 단계에서, 커피 원두는 로스팅된다. 로스팅 공정 초기에 커피 원두가 팽창하기 때문에, 커피 원두에서 실버 스킨이 파열되어 떨어진다.
다음 단계에서, 실버 스킨은 커피 원두에서 분리되고, 이후 분쇄, 건조(로스팅 공정에 따라서는 필요하지 않음), 및, 필요한 경우, 오일 제거된다. 즉, 실버 스킨으로부터 얻어지는 물질이 생성되고, 컴파운딩 방법의 성분 및 복합 재료의 성분으로 적합하다.
상기 "실버 스킨 성분(silver skin component)"은 플라스틱 성분, 바람직하게는 Ecovio®와 같은 생분해성 플라스틱 성분, 및 생성된 복합 재료의 특성을 개선하기 위한 추가 첨가제와 혼합된다.
생성된 복합 재료는 베이스 요소(11) 및 선택적으로 캡슐 커버(21) 및/또는 1회분 캡슐의 다른 요소들을 형성하기 위해 사용된다. 생성된 복합 재료는 사출 성형 공정 또는 열성형에 사용하기에 특히 적합하다.
실버 스킨을 분리한, 로스팅된 커피 원두는 또한 추가 가공되어서, 추출 제품을 생산한다.
특히, 커피 원두는 분쇄되고 경우에 따라서는 디카페인 처리된다.
추가 단계에서, 이렇게 얻은 추출 제품은 이러한 방식으로 생성된 베이스 요소에 채워진다.
마지막으로, 추출 제품으로 채워진 베이스 요소(11)는 방법 동안 생성되거나 제공되는 캡슐 커버(21)에 의해, 예를 들어 초음파 용접에 의해, 폐쇄된다.
폐쇄 후, 1회분 캡슐(1)은 이용 가능하며 소비할 준비가 된다.
추가 단계, 또는 중간 단계, 특히 불투과성 층, 특히 확산 억제 층의 적용, 세정 단계, 라벨 적용 등이 고려될 수 있다.

Claims (12)

  1. 외벽(12)에 의해 경계가 정해지는 내부 공간을 형성하는 베이스 요소(11)를 포함하는 1회분 캡슐(1)로서,
    상기 베이스 요소는 개구부(13)를 포함하고, 상기 베이스 요소는 복합 재료를 포함하며,
    상기 복합 재료의 한 성분은 커피 체리의 실버 스킨으로부터 생산되는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐.
  2. 제1항에 있어서,
    캡슐 커버(21)를 더 포함하고,
    상기 캡슐 커버(21)는 개구부(13)의 주변 에지(14)를 따라 부착되거나 부착 가능하고, 상기 베이스 요소(11) 및 캡슐 커버(21)는 복합 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복합 재료는 생분해성인 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합 재료는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락타이드(PLA), 폴리비닐 알코올(PVOH), 또는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 및 폴리락타이드(PLA)를 포함하는 플라스틱 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 요소(11)는 컵형이고, 직사각형, 특히 정사각형의 기본 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐.
  6. 1회분 캡슐(1)을 생산하기 위한 방법으로서,
    상기 1회분 캡슐은 베이스 요소(11)를 포함하고,
    상기 방법은 다음의 단계들:
    Figure pct00013
    복합 재료를 제공하는 단계
    Figure pct00014
    상기 복합 재료를 상기 베이스 요소(11)로 재성형하는 단계
    를 포함하며,
    상기 복합 재료의 하나의 성분은 커피 체리의 실버 스킨으로부터 생산되는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐을 생산하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실버 스킨은 커피 원두의 로스팅 동안 커피 원두로부터 분리되며, 상기 실버 스킨은 베이스 요소(11)를 생산하기 위한 공정 라인에 공급되고, 로스팅된 커피 원두는 추출 제품을 생산하기 위한 공정 라인에 공급되는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐을 생산하기 위한 방법.
  8. 1회분 캡슐(11)용 복합 재료로서,
    상기 복합 재료의 제1 성분은 플라스틱이고, 상기 복합 재료의 제2 성분은 커피 체리의 실버 스킨으로부터 생산되는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐용 복합 재료.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복합 재료는 생분해성인 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐용 복합 재료.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 성분은 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락타이드(PLA), 폴리비닐 알코올(PVOH) 또는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 및 폴리락타이드(PLA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐용 복합 재료.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 1회분 캡슐(11)용 복합 재료를 생산하기 위한 방법으로서,
    제1 성분과 제2 성분이 합성되는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐용 복합 재료를 생산하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    다음의 단계들:
    Figure pct00015
    실버 스킨과 커피 원두를 분리하는 단계
    Figure pct00016
    실버 스킨을 분쇄하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 1회분 캡슐용 복합 재료를 생산하기 위한 방법.
KR1020227042029A 2020-05-08 2021-05-06 커피 체리의 실버 스킨으로부터 얻은 성분을 포함하는 복합 재료, 및 상기 복합 재료를 포함하는 1회분 캡슐 KR20230038137A (ko)

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