NO306842B1 - Fremgangsmåte og anordning for ekstraksjon av forseglede innsatser - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å ekstrahere forseglede innsatser inneholdende brent og malt kaffe, hvilken innsats hovedsaklig er i form av en konus eller invertert konus, bestående av en øvre flate og en nedre flate på hvilken det er plassert et filter. Foreliggende oppfinnelse vedrører også en anordning for å utføre denne fremgangsmåten.

Det er flere årsaker til å bruke kaffekapsler, fremfor alt innen feltet av kaffe av espressotypen som ekstraheres under trykk, nemlig hygiene, optimal lagring av kaffen, bruks-vennlighet, bedre kontroll på kvaliteten av kaffen og god reproduserbarhet i ekstraksjonsbetingelsene. Blant de tilgjengelige kapslene, er det bare forseglede kapsler som åpnes ved tilførsel av vann under trykk som fullstendig oppfyller argumentene over. Disse kapslene er kjennetegnet ved åpningssystemet.

Enkelte av disse kapslene er utformet med svekkesoner som rives opp, fortrinnsvis under påvirkning av trykk. Denne løsningen har den ulempen at den øker kapslenes pris og kompleksitet fordi materialene som brukes må behandles meget nøyaktig for å sikre at kapslene åpner korrekt og reprodu-serbart .

Andre kapsler brukes i en prosess hvor det i et første trinn dannes en svekkesone i det nedre membranet ved mekanisk påvirkning, i et andre trinn rives disse svekkesonene opp under trykk av vann som injiseres slik at kapselen åpnes. En prosess av denne typen som er beskrevet i FR-PS 1 537 031 og 2 033 190, har en rekke ulemper.

For det første, er den vanskelig å utføre fordi den nedre og øvre overflaten til hulrommet i anordningen som er ment til å motta kapselen, er forsynt med et antall utstikkende deler og huller.

I tillegg, er denne fremgangsmåten hverken pålitelig eller reproduserbar, fordi det er umulig å oppnå alle de ønskede åpningene under påvirkning av vanntrykket, fordi så snart en eller flere åpninger er dannet, vil trykket i kapselen falle fordi væsken kan strømme ut.

I henhold til dette, er antallet og plasseringen av åpningene usikker. Denne situasjonen kan medføre dårlig ekstraksjon av substanssjiktet, fordi siden filteret er presset mot den nedre overflaten, kan det ikke dreneres over hele sin overflate. Ekstraksjonen er ufullstendig og heterogen (soner med foretrukne passasjer og dårlig irrigerte og drenerte soner).

I tillegg, er en prosess av denne typen lite tilfredsstil-lende ut fra et hygienisk synspunkt, fordi på grunn av mangfoldet av åpninger for vanngjennomstrømning og den høye temperaturen i anordning, vil det uunngåelig skje deponering av organisk materialer.

Til slutt kan denne prosessen være sensitiv for tilstopping fordi de suksessive deponeringene av organiske materialer i mangfoldet av små åpninger, bidrar til deres gradvise tilstoppelse. Under disse betingelsene blir kvaliteten og jevnheten til ekstraksjonene påvirket i en enda større grad.

Den angjeldende prosessen brukes med kapsler inneholdende et pulverformig eller væskeformig utgangsmateriale. I tilfelle med kaffe, kan det kun være oppløselig kaffe som skal oppløses med vann eller en konsentrert flytende kaffe som skal fortynnes med vann.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot å frembringe en prosess og en anordning hvor alle de nevnte ulempene blir unngått og som kan brukes for ekstraksjon av malt kaffe under trykk fra en innsats omfattende en øvre flate og en nedre flate på hvilket et filter er plassert.

I henhold til dette vedrører foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte hvor en blanding av vann og luft under et trykk på 1 til 10 bar injiseres gjennom den øvre flaten av innsatsen for å bevege den nedre flaten bort fra filteret for å frembringe en god strømning over hele filterets overflate, hvor den nedre flaten av filteret hviler langs omkretsen på en kant og som under deformasjonen kommer i kontakt med en fast midtre finger, mot hvilken det rives for å sikre at væsken hovedsaklig fjernes under et trykk på 2 til 20 bar.

Den nedre flaten muliggjør at rommet hvor ekstraktet er oppsamlet kan formes ved plastisk deformasjon under påvirkning av trykket til ekstraksjonsvæsken. Den nedre flaten rives deretter opp. Ekstraksjonen kan deretter begynne og væsken strømmer gjennom åpningen. Trykket øker i kapselen oppstrøms av filteret under påvirkning av trykktapet fra væsken som sirkulerer gjennom substanssjiktet. Filteret kan deformeres elastisk eller plastisk, men i alle tilfeller vil det ikke deformeres dersom ikke membranet på forhånd er deformert.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen for ekstraksjon av innsatser, er fullstendig reproduserbar. Grunnen til dette er at siden åpningstrykket til den nedre flaten (mellom 1 og 10 bar og fortrinnsvis 2,5 bar) kan være lavere enn ek-straksjonstrykket (mellom 2 og 20 bar og fortrinnsvis mellom 8 og 15 bar), vil den nedre flaten alltid deformeres korrekt og åpnes og danne et rom for oppsamling og fjerning av kaffe-ekstraktet og dermed frembringe en god ekstraksjon.

Innsatsen som brukes for å utføre fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen har en frustokonisk form med en diameter på 2,5 til 6 cm og en tykkelse av kaffesjiktet på 10 til 25 mm. Innsatsen er fortrinnsvis fremstilt av aluminium eller plast. For å redusere veggtykkelsen til filteret under ekstrak sjonen, er det plassert radielle finner som omgir en fast sentral finger.

Under påvirkning av trykket vil den nedre flaten og filteret presses mot de radielle finnene. Fordi overflaten fritt kan deformeres under trykk, blir filteroverflaten redusert og begrenset til sektorer av en sirkel og ikke til hele overflaten. På den andre siden, vil den permanente deformasjonen av disse sektorene utgjøre en forsterkende struktur for filteret på de stedene hvor de radielle finnene er plassert, slik at treghetsmomentet til filteret økes og gir det større mekanisk styrke, noe som gjør det mulig å redusere dets tykkelse, uten imidlertid at dette fører til oppriving av dets struktur. Filteret har en tykkelse i området fra 100 til 300 pm når kapselen er fremstilt av aluminium og i området fra 300 til 1.000 pm når kapselen er fremstilt av plast.

Siden tykkelsen til kaffesjiktet i innsatsen som skal ekstraheres ikke er særlig tykt, er det fordelaktig å injisere vannet ovenfra under den øvre veggen til innsatsen, slik at hele kaffesjiktet blir fullstendig fuktet, for eksempel ved å bruke en anordning i henhold til NO 912909.

Før ekstraksjonen starter, blir den faste midtre fingeren plassert under den nedre veggen til innsatsen som skal ekstraheres i en avstand på 0 til 5 mm og fortrinnsvis 2 til 3 mm fra den nedre overflaten.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også en anordning for å utføre fremgangsmåten bestående av en vanninjektor, en pakningsring med to tettende skråplan koaksialt med vanninjektoren og en innsatsholder med to diametralt motsatte holdeører utformet for å samvirke med de tettende skråplanene til tetteringen, hvilken innsatsholder omfatter en hovedsaklig sylindrisk utsparing med en nedre perifer kant for innsatsen som skal ekstraheres og under utsparingen en fast midtre finger.

Uttrykket "hovedsaklig sylindrisk" er også ment å inkludere en frustokonisk form. Den nedre perifere kanten har en bredde på 1 til 4 mm. Funksjonen til denne kanten er å virke som en bærer for omkretsen av innsatsen som skal ekstraheres, slik at filteret motstår trykkøkningen og utfører sin funksjon under ekstraksjonsprosessen.

I en andre utførelsesform omfatter anordningen i henhold til oppfinnelsen ytterligere et ringformet element med en indre utsparing med en form som hovedsaklig tilsvarer den ytre formen til innsatsen som skal ekstraheres og en ytre kontur som innsatsholderen er utformet til å gripe inn i.

Utsparingen i innsatsholderen har en variabel størrelse i henhold til størrelsen til innsatsen som skal ekstraheres.

I en første utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen har innsatsen som skal ekstraheres en øvre flate som har større diameter enn den nedre flaten og omvendt i den andre utførelsesf ormen, det vil si innsatsen har en nedre flate som har større diameter enn den øvre flaten.

Ekstraksjonen av innsatsen skjer på følgende måte og under følgende betingelser: - innføring i ekstraksjonsanordningen, stramming av innsatsholderen, slik at ugjennomtrengelighet oppnås ved kompresjon av den øvre ringformede kanten til kapselen mellom den øvre kanten av innsatsholderen og ekstraksj onsanordningen,

- oppriving av innsatsen,

- injeksjon av vann til den øvre delen av kapselen,

- plastisk deformasjon av den nedre flaten under påvirkning av vanntrykket opp til rivestyrken til den nedre flaten, slik at den åpnes,

plastisk deformasjon av filteret under påvirkning av det hydrostatiske trykket, generert ved trykkfallet i substanssjiktet i kapselen og filteret, hvor denne deformasjonen er mindre uttalt enn den til den nedre flaten, slik at det opprettholdes et oppsamlingsrom og ikke rekker bruddstyrken til tross for et mulig høyere trykk enn det tidligere trykket som resulterte i åpning av den nedre flaten.

Den faste midtre fingeren er et sylindrisk eller sylindrisk konisk element (sirkulært eller ovalt tverrsnitt) plassert under kapselen som frembringer en lokal styrkekonsentrasjon i den nedre flaten og frembringer en perfekt kontrollert åpning av den nedre flaten til kapselen. Fingeren har en diameter på mellom 2 og 10 mm.

Fingeren har en dobbeltrolle, nemlig at den for det første skal åpne kapselen og for det andre virke som en støtte for filteret. Ved at den er plassert i midten av ekstraksjonsanordningen, gir fingeren en ytterligere støtte for filteret og reduserer derved deformasjonen av filteret, slik at dets tykkelse kan reduseres. Tykkelsen av filteret er valgt slik at det kan presses mot fingeren uten å ødelegges. Filteret har normalt en tykkelse på 100 til 1.000 pm og er sveiset langs omkretsen til den nedre flaten av innsatsen.

Som nevnt over, omfatter innsatsholderen radielle finner som omgir den faste midtre fingeren under utsparingen for å begrense tykkelsen til filteret. Antallet radielle finner er mellom 3 og 8. Tykkelsen varierer fra 0,5 til 2 mm og formen til finnene er avrundet for ikke å rive opp området rundt filteret/nedre vegg. For å sikre en god strøm av kaffe-ekstrakt, danner den øvre kanten av de radielle finnene en vinkel på 5 til 20° med horisontalplanet.

Innsatsen som brukes i henhold til oppfinnelsen kan brukes med et løst filter eller med et filter som er sveiset eller krympet sammen med den nedre flaten.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer detaljert under henvisning til de medfølgende tegninger. Figur 1 viser skjematisk innsatsen som skal ekstraheres. Figur 2 viser et snitt gjennom innsatsen i ekstraksjonsanordningen i henhold til oppfinnelsen. Figur 3 er et snitt i henhold til figur 2 under ekstraksj onsprosessen.

Figur 4 er et snitt langs linjen 4-4 i figur 3.

Figur 5 er et snitt gjennom en andre utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen.

Innsatsen 1 omfatter en kopp 2 med en frustokonisk form, til hvilken det er sveiset et filter 4. Brent og malt kaffe 5 som skal ekstraheres, plasseres på filteret. Innsatsen er lukket med et lokk 3 som utgjør den øvre flaten og den nedre flaten 16 til kapselen er ikke i direkte kontakt med filteret 4 .

Innsatsen 1 føres inn i ekstraksjonssystemet 6, bestående av en injektor 7, en tetningsring 8 med tettende skråplan 9 og en innsatsholder 10 med to holdeører 11, utformet til samvirke med skråplanene 9. Innsatsholderen omfatter en utsparing for innsatsen med en nedre kant 25 rundt omkretsen og under denne utsparingen en fast midtre finger 12 og radielle finner 13 som støtter den nedre flaten 16 og filteret 4 til innsatsen som skal ekstraheres. Håndtaket 14 medfører enkel håndtering av innsatsholderen. Figur 2 viser innsatsen og ekstraksjonssystemet før tilførsel av vann. Figur 3 viser den aktuelle ekstraksjonsprosessen. Figur 2 viser klart vinkelen a som finnene danner med horisontalplanet .

Vannet kommer inn gjennom åpningene 15 i vanninjektoren og fukter hele kaffelaget 5. Under påvirkning av vanntrykket vil den nedre flaten 16 til innsatsen deformeres og trykkes mot den midtre fingeren 12. Veggen brytes når den når ytegrensen. Filteret deformeres også, men det har en slik tykkelse at det ikke brytes. Den aktuelle ekstraksjonsprosessen kan deretter begynne. Væsken strømmer gjennom åpningene i retning av pilene A og gjennom strømnings-åpningene 21 og trykket bygges opp i kapselen. Drikkevaren samles opp i en beholder (ikke vist). En innsats ekstraheres i løpet av ca. 1 minutt og den erholdte drikkevaren har alle egenskapene til en espressokaffe. I figurene er innsatsen vist med fire radielle finner, som vist mer spesielt i figur 4.

I figur 5 er de samme elementene som i figur 2 angitt ved samme referansenummer. Innsatsen 20 som inneholder kaffe 5 som skal ekstraheres, er forskjellig ved at den nedre overflaten har en større diameter enn den øvre overflaten. Systemet omfatter i tillegg et ringformet element 22 med en indre utsparing, hvori innsatsen 20 er plassert og en ytre kontur som innsatsholderen 10 samvirker med. Med andre ord er fremgangsmåten ved ekstraksjon av innsatsen den samme som for figurene 2 og 3. Kapselens tetthet under ekstraksjonen skjer ved kompresjon av kapselens kanter mellom innsatsholderen og ekstraksjonssystemet.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte ved ekstraksjon av forseglede innsatser inneholdende brent og malt kaffe, hvilken innsats (1) hovedsaklig har form av en konus eller invertert konus, bestående av en øvre overflate og en nedre overflate (16) på hvilken det er plassert et filter (4),karakterisert vedat en blanding av vann og luft under et trykk på 1 til 10 bar injiseres gjennom den øvre flaten til innsatsen (1) for å bevege den nedre flaten (16) bort fra filteret (4) for å frembringe god strømning over hele filterets (4) overflate, hvor den nedre overflaten (16) til filteret (4) langs omkretsen hviler på en kant (25) og som under sin deformasjon kommer i kontakt med en fast midtre finger (12) mot hvilken det brytes, for å muliggjøre etterfølgende fjerning av væske under et trykk på 2 til 20 bar.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat innsatsen (1) i hvilken tykkelse av kaffesjiktet (5) er mellom 10 og 25 mm, ekstraheres.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedat under ekstraksjonsprosessen hviler den nedre flaten (16) og filteret (4) mot radielle finner (13) som omgir den faste midtre fingeren (12).

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 til 3,karakterisert vedat vannet injiseres ovenfra under den øvre overflaten, slik at hele kaffesjiktet (5) blir tilstrekkelig fuktet.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 til 4,karakterisert vedat før deformasjon av den nedre overflatén til innsatsen (1) er den midtre fingeren (12) plassert i en avstand fra 0 til 5 mm fra denne flaten (16).

6. Anordning for å utføre fremgangsmåten i henhold til krav 1 til 5, bestående av en vanninjektor (7), en tetningsring (8) og to tettende skråkanter (9), koaksialt med vanninjektoren (7) og en innsatsholder (10) med to diametralt motstående holdeører (11), utformet for samvirke med de tettende skråplan (9) til tetningsringen (8),karakterisert vedat innsatsholderen (10) omfatter en hovedsaklig sylindrisk utsparing med en nedre kant (25) langs omkretsen for innsatsen (20) som skal ekstraheres og en fast midtre finger (12) under utsparingen.

7. Anordning i henhold til krav 6,karakterisertved at den ytterligere omfatter et ringformet element (22) med en indre utsparing med en form som hovedsaklig tilsvarer den ytre formen av innsatsen (20) som skal ekstraheres og en ytre kontur som er utformet til samvirke med innsatsholderen (10).

8. Anordning i henhold til krav 6 eller 7,karakterisert vedat under utsparingen omfatter innsatsholderen (10) radielle finner (13) som omgir den faste midtre fingeren (12).

9. Anordning i henhold til krav 6 til 8,karakterisert vedat den faste midtre fingeren (12) har et sirkulært eller ovalt tverrsnitt og en diameter på 2 til 10 mm.

10. Anordning i henhold til krav 6 til 9,karakterisert vedat den omfatter mellom 3 og 8 radielle finner (13).

11. Anordning i henhold til krav 10,karakterisertved at finnene (13) har en tykkelse på 0,5 til 2 mm.

12. Anordning i henhold til krav 6 til 11,karakterisert vedat den øvre kanten av de radielle finnene (13) danner en vinkel på 5 til 20° med horisontalplanet.