RU2660289C2 - Капсула для экстракции под высоким давлением - Google Patents

Abstract

Капсула (1) для экстракции под высоким давлением для отдельного приготовления напитка имеет пористую гидрофобную мембрану (5, 10), которая действует в качестве барьера для потока жидкости вплоть до определенного давления, и при превышении указанного давления позволяет экстрагировать жидкость активными ингредиентами, но все еще действует в качестве барьера для частиц, в частности для измельченных лекарственных трав или кореньев, где размер пор мембраны (5, 10) составляет больше чем 0,45 мкм, и где гидрофобная мембрана (5, 10) выполнена с возможностью иметь поверхностное натяжение, которое составляет меньше чем 40 дин/см. Предпочтительно гидрофобная мембрана (5, 10) выполнена с возможностью иметь поверхностное натяжение, которое составляет меньше чем 40 дин/см, предпочтительно примерно 30 дин/см, и иметь размер пор в диапазоне от 0,45 мкм до 10 мкм, предпочтительно от 0,45 мкм до 5 мкм. Капсула (1) содержит входное отверстие (2), секцию (3) для удерживания вещества с активными ингредиентами, например, такого как измельченные лекарственные травы или коренья, выходное отверстие (4) и гидрофобную мембрану (5, 10), которая отделяет секцию (3) от выходного отверстия (4). Гидрофобная мембрана (5, 10) может поддерживаться посредством нетканого материала или посредством поддерживающих средств капсулы (1). В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, капсула (1) содержит первую секцию (3) и вторую секцию (8), где входное отверстие (2) открывается в первую секцию (3) и вторая секция (8) открывается в выходное отверстие (4), где первая мембрана (9) отделяет вторую секцию (8) от выходного отверстия (4), где первая секция (3) отделена от второй секции (8) посредством второй мембраны (10), и где вторая мембрана (10) имеет более высокое давление сопротивления воды, чем первая мембрана (9). 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Область техники изобретения

Настоящее изобретение преимущественно относится к приготовлению готовых к употреблению напитков, которые имеют лечебные свойства или свойства профилактики заболеваний, или пригодны для укрепления здоровья человека. В некоторых вариантах осуществления, изобретение раскрывает капсулу из нескольких секций, которая способна экстрагировать активные ингредиенты, используя высокое давление в одной секции, и смешивать этот экстракт с компонентами в расположенной ниже по потоку секции, и экстрагировать расположенные ниже по потоку компоненты при том же или более низком давлении для того, чтобы получить свежеприготовленный экстракт для использования потребителем.

Предпосылки создания изобретения

Десятилетиями лекарственные травы применяли в формате чайного пакетика с заявленными свойствами улучшения здоровья потребителей. Многие потребители предпочитают выбирать лекарственные травы, а не лекарственные средства, поскольку они являются натуральными ингредиентами, которые обычно не имеют побочных эффектов. Однако приготовление напитка из лекарственных трав требует чайных пакетиков и некоторого времени для приготовления напитка. Лекарственные травы в чайных пакетиках обычно являются высушенными и предварительно обработанными, что снижает способность укрепления здоровья потребителя. Кроме того, если чайный пакетик хранится на протяжении некоторого периода времени перед приготовлением напитка, то вкусовые характеристики и свойства в отношении укрепления здоровья указанных лекарственных трав также уменьшаются.

На протяжении последних нескольких лет наблюдается значительное увеличение устройств, способов и капсул, которые применяют для приготовления готовых к употреблению напитков. Такие компании, как Nestle и Kourig уже представили на рынок товары для дома, которые обеспечивают потребителей горячим или холодным чаем и/или кофе.

Большинство капсул, которые применяют для готовых к употреблению напитков, содержат фильтр для кофе или абразивный нетканый материал для удерживания размолотых частиц. По разным причинам, в капсулы также были включены мембраны.

Например, в WO 2010112353 А1, которая фокусируется на капсуле с фильтром для приготовления жидкого питательного или пищевого состава, описано применение тонкого мембранного слоя, который разрывается при заданном давлении.

В WO 2009092629 А1 стерилизующую мембрану, имеющую максимальный размер пор 0,2 мкм, и изготовленную из полиэфирсульфона, ацетата целлюлозы или полиамида, применяют для удерживания возможных бактерий, которые присутствуют в напитке. При этом также упоминается, что может быть проблематичным фильтровать некоторые детские смеси, поскольку они содержат пробиотики; т.е. полезные бактерии, которые помогают пищеварению.

Документ WO 2008117329 А1 описывает капсулу с идеально ровной верхней стороной, содержащую фильтровальную бумагу на входе капсулы для того, чтобы создать однородный поток в капсулу.

Однако WO 2010128031 А1 предостерегает от такой концепции, поскольку такая большая поверхность фильтра на входе капсулы требует толстой и жесткой пластмассовой поддерживающей нижней поверхности, и указанные дополнительные детали повышают стоимость капсулы. Также упоминается вред окружающей среде от указанных дополнительных пластмассовых деталей. Заявляется, что поверхность фильтра должна быть намного меньше, чем входное отверстие капсулы, с тем, чтобы минимизировать применение пластмасс в качестве основания. Кроме того, была предложена идея очистки поступающей воды, для того чтобы повысить качество воды посредством ее фильтрации от микроорганизмов и вирусов.

Однако для приготовления напитка из капсулы, жидкость, например вода, должна быть введена в капсулу, и затем оставаться в капсуле столько, сколько требуется для экстрагирования активных ингредиентов из измельченных лекарственных трав и кореньев. После этого раствор, содержащий жидкость и активные ингредиенты, должен быть извлечен из капсулы. Обычно для этого необходимо устройство, которое способно удерживать капсулу и обеспечивать необходимые потоки жидкости в капсулу, и из капсулы после поглощения активных ингредиентов. Для того чтобы обеспечить надлежащее приготовление содержащего лекарственную траву напитка, количество и давление жидкости должны находиться в пределах заранее установленных диапазонов параметров.

Задача этого изобретения состоит в том, чтобы предложить капсулу, которая дает возможность легкого приготовления напитков с активными ингредиентами из лекарственных трав и кореньев.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится, среди прочего, к новой конструкции капсулы на основе мембраны, которая включает систему клапанов, для приготовления готовых к употреблению напитков.

Соответственно, изобретение относится к капсуле для экстракции под высоким давлением для отдельного приготовления напитка, с пористой гидрофобной мембраной, которая действует в качестве барьера для потока жидкости вплоть до определенного давления, и превышение указанного давления позволяет экстрагировать жидкость активными ингредиентами, но все еще действует в качестве барьера для частиц, в частности измельченных лекарственных трав или кореньев, где размер пор мембраны является больше чем 0,45 мкм, и где гидрофобная мембрана выполнена с возможностью иметь поверхностное натяжение, которое составляет меньше чем 40 дин/см, т.е. меньше чем 40 мН/м.

Давление проникновения воды в случае мембраны зависит от ее поверхностного натяжения и размера ее пор. Повышение количества супергидрофобных химических веществ и уменьшение размера пор будет повышать давление проникновения воды. По этой причине, вследствие того, что мембрана имеет супергидрофобные характеристики, которые соответствуют поверхностному натяжению, которое составляет меньше чем 40 дин/см, обеспечивается эффект клапана, который облегчает применение такой мембраны в капсуле.

Преимущество такой мембраны является четырехкратным. Во-первых, мембрана обеспечивает фильтрацию измельченных лекарственных трав и кореньев, что уже известно из предшествующего уровня техники. Во-вторых, мембрана обеспечивает удерживание бактерий, которые потенциально могут заноситься в напиток посредством лекарственных трав или кореньев или посредством жидкости, которую применяют для изготовления напитка. В-третьих, мембрана обеспечивает сопротивление потоку жидкости, т.е. потоку воды, и позволяет наращивать заранее установленное давление для облегчения экстракции активных ингредиентов измельченных лекарственных трав и кореньев под действием высокого давления. В соответствии с изобретением подходящая мембрана может быть способна выдерживать высокие давления, например, такие, как больше чем 100 фунт/кв. дюйм, т.е. больше чем примерно 690 кПа или 6,9 бар. С помощью подбора гидрофобных характеристик и размера пор, давление сопротивления воды может быть заранее установлено в заданном значении, например, в диапазоне между 15 фунт/кв. дюйм и больше чем 100 фунт/кв. дюйм, предпочтительно между 50 фунт/кв. дюйм и 75 фунт/кв. дюйм (т.е. между примерно 130 кПа / 1,3 бар и больше чем 690 кПа / 6,9 бар, предпочтительно между примерно 345 кПа / 3,5 бар и 517 кПа / 5,2 бар). Вследствие этого мембрана действует подобно клапану и не позволяет воде проходить через мембрану, если давление меньше, чем заранее установленное давление сопротивления воды. Вода, которая была введена в капсулу, будет оставаться в пределах капсулы и экстрагировать активные ингредиенты из измельченных лекарственных трав и кореньев, в результате чего получают раствор активных ингредиентов в воде. Однако, если давление, которое применяют к воде, расположенной до мембраны, повышается и при этом превышает значение давления заранее установленного давления сопротивления воды, то мембрана становится проницаемой для раствора и позволяет раствору выходить из капсулы. В-четвертых, гидрофобная мембрана позволяет пользователю удобно и свободно удалять капсулу после приготовления напитка для конечного пользователя, т.е. обеспечивает сухую капсулу. Когда приготовление напитка завершено, и давление воды сбрасывается, то в зависимости от материала и поверхностного натяжения мембраны, мембрана опять становится гидрофобной, т.е. мембранный клапан закрывается. Указанное свойство мембраны позволяет накопленной расположенной выше по потоку жидкости, если таковая имеется, удерживаться в секции, предотвращая ее проливание во время удаления использованной капсулы.

Указанная новая конструкция капсулы устраняет эффект плотности расположения компонентов измельченных лекарственных трав в результате наращивания давления экстракции. Сопротивление потоку создается гидрофобной мембраной. По этой причине, нет необходимости в плотной пористой структуре, созданной спрессованными микрочастицами измельченных лекарственных трав и кореньев, для того чтобы замедлить жидкость внутри капсулы для повышенного поглощения активных ингредиентов.

Высокая проницаемость является другой важной характеристикой мембран, которые применяют для приготовления готового к употреблению напитка. Мембрана с высокой проницаемостью требует охвата только небольшой области в капсуле, и по этой причине в результате получают малозатратное производство. Однако существует компромисс между проницаемостью и давлением проникновения воды (размер пор) в случае гидрофобной фильтрующей мембраны. Более высокое давление проникновения может быть достигнуто за счет ухудшения проницаемости. По этой причине предпочтительным способом повышения давления проникновения воды является воздействие на поверхностную энергию, т.е. на поверхностное натяжение мембраны.

Предпочтительно гидрофобную мембрану выполняют с возможностью иметь поверхностное натяжение, которое составляет меньше чем 35 дин/см, более предпочтительно примерно 30 дин/см. Такая супергидрофобная мембрана может иметь большой размер пор, но при этом все еще действовать в качестве клапана, т.е. в то же время иметь большое давление сопротивления воды. Как только давление воды превышает заранее установленное давление сопротивления воды, мембрана открывается и имеет высокую проницаемость, в результате чего получают большая поток раствора через мембрану, и соответственно короткие периоды времени для выхода раствора для опорожнения секции.

Для некоторых применений может быть желательным обеспечивать даже большее давление сопротивления воды. Гидрофобная мембрана может быть выполнена с возможностью иметь поверхностное натяжение, которое составляет меньше чем 25 дин/см или даже меньше, чем 20 дин/см.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения размер пор гидрофобной мембраны варьируется от 0,45 мкм до 10 мкм, предпочтительно от 0,45 мкм до 5 мкм. Размеры пор ниже 0,45 мкм уменьшают проницаемость, и в результате получают нежелательно длительные периоды времени для выхода раствора. Однако размеры пор выше 5 мкм или 10 мкм уже не будут эффективными для фильтрации наиболее распространенных бактерий, которые не должны оставаться или попадать в напиток.

Отдельная капсула в соответствии с изобретением содержит входное отверстие, секцию для удерживания вещества, такого как активные ингредиенты, например, измельченные лекарственные травы или коренья, выходное отверстие и гидрофобную мембрану, которая отделяет секцию от выходного отверстия. Характеристики гидрофобной мембраны влияют на требуемое давление и на период удерживания жидкости внутри секции и, по этой причине, на максимальную длительность насыщения для передачи активных ингредиентов измельченных лекарственных трав в раствор.

Для того чтобы поддерживать гидрофобную мембрану, может применяться нетканая подложка. В частности, для мембран с высоким давлением сопротивления воды является преимущественным комбинировать мембрану с поддерживающим нетканым материалом, которые добавляют для прочности мембраны.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения гидрофобная мембрана опирается на средства поддержки капсулы. Указанные поддерживающие средства могут включать сетчатую несущую конструкцию или простирающиеся радиально внутрь выступы, установленные на боковых стенках секции, которые простираются над областью, которая покрывается гидрофобной мембраной. Такие поддерживающие средства могут иметь достаточную прочность для того, чтобы удерживать мембрану на месте и предотвращать какое-либо повреждение мембраны, которое может возникать вследствие избыточного давления или высокого объема жидкости.

Для того чтобы предоставить новые возможности для легкого приготовления напитков, содержащих различные компоненты, капсула содержит первую секцию и вторую секцию, где входное отверстие открывается в первую секцию, и вторая секция открывается в выходное отверстие, где первая мембрана отделяет вторую секцию от выходного отверстия, где первая секция отделена от второй секции с помощью второй мембраны, и где предпочтительно, но необязательно, вторая мембрана имеет более высокое давление сопротивления воды, чем первая мембрана. Первое вещество, для которого необходимо высокое давление для экстракции активных ингредиентов в раствор, может помещаться в первую секцию, и второе вещество, активные ингредиенты которого лучше растворяются при более низком давлении, помещается во вторую секцию. В зависимости от расположения мембраны, которая имеет более высокое давление сопротивления воды, например, в первой или во второй секции, размещение компонентов также может меняться.

Для приготовления напитка, жидкость, например такую как вода, наполняют в капсулу. При низком давлении вода не может проникать через вторую мембрану для высокого давления, и остается в первой секции. Вода экстрагирует активные ингредиенты, которые размещены в первой секции, до тех пор, пока давление не поднимется выше заранее установленного давления сопротивления воды второй мембраны, например, 5 бар. После этого, вторая мембрана становится проницаемой, и вода с растворенными или экстрагированными активными ингредиентами может течь из первой секции через вторую мембрану во вторую секцию.

Во второй секции находятся вещества с активными ингредиентами, которые эффективно растворяются при более низком давлении, например при 0,1 бар. Первая мембрана, которая располагается между второй секцией и выходным отверстием, имеет давление сопротивления воды, которое, например, составляет 0,1 бар, которое является намного ниже, чем давление сопротивления воды второй мембраны. Раствор, который проникает из первой секции, остается во второй секции только в течение короткого периода времени для поглощения активных ингредиентов в указанной секции. Раствор, который уже содержит два разных активных ингредиента, затем будет выведен через первую мембрану. Первая мембрана может быть гидрофильной, поскольку для первой мембраны не обязательно выдерживать высокое давление раствора, который поступает из первой секции. Размер пор первой мембраны может быть подобран таким образом, чтобы обеспечивать эффективную фильтрацию раствора перед его выходом из капсулы.

Если напиток будет содержать больше чем два разных активных ингредиента, то капсула может состоять из трех или более секций, которые отделены друг от друга посредством мембран.

В дополнительном варианте осуществления капсулы, конструктивный элемент, распределяющий поток, расположен между двумя соседними секциями. Конструктивный элемент, распределяющий поток, усиливает турбулентность потока воды, который течет через секции, и поддерживает как растворение активных ингредиентов, так и лучшее перемешивание раствора внутри секций.

Конструктивным элементом, распределяющим поток, может быть мембрана. Размер пор и конструкция мембраны могут быть подобраны таким образом, чтобы усиливать распределяющие поток действия мембраны.

Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут установлены в подробном описании и в формуле изобретения, которые следуют далее. Многие модификации и варианты указанного изобретения могут быть осуществлены, не выходя за пределы его сущности и объема, и при этом будут очевидны для специалистов в данной области. При этом необходимо понимать, что упомянутое выше общее описание и следующее далее подробное описание, формула изобретения, также как и приложенные графические материалы являются всего лишь примерными и объясняющими, и предназначены обеспечить разъяснение разных вариантов осуществления настоящих идей. Конкретные варианты осуществления, описанные в этом документе, предлагаются только в качестве примера и не предназначены для ограничения каким-либо образом.

Краткое описание графических материалов

Прилагающиеся графические материалы, которые включены в и составляют часть указанного описания, иллюстрируют рассмотренные на текущий момент варианты осуществления изобретения и, вместе с описанием, служат для пояснения принципов изобретения.

Фигура 1 схематически изображает вид капсулы с одной секцией в поперечном разрезе, где выходное отверстие покрыто первой пористой гидрофобной мембраной,

Фигура 2 показывает схематическое графическое представление полученного давления сопротивления воды как функции количества дополнительного сшивающего агента, который применяли для модификации поверхности мембраны,

Фигура 3 схематически изображает вид в поперечном разрезе капсулы с двумя секциями, которые отделены второй пористой гидрофобной мембраной,

Фигура 4 изображает вид в частичном разрезе капсулы, которая показана на фигуре 3,

Фигура 5 изображает вид капсулы в частичном разрезе с разных точек зрения,

Фигура 6 изображает капсулу, которая показана на фигурах 3-5, в разобранном виде, и

Фигура 7 изображает капсулу с закрывающейся крышкой.

Описание вариантов осуществления

Все публикации, патенты на изобретение и заявки на получение патента, процитированные в этом документе, независимо от того, выше или ниже, тем самым включены посредством ссылки во всей своей полноте в такой же мере, как если бы каждая отдельная публикация, патент на изобретение или заявка на получение патента была специально и отдельно указана как такая, которая должна быть включена посредством ссылки.

Перед тем, как описывать настоящее изобретение более подробно, будет определен ряд терминов. Использование указанных терминов не ограничивает объем изобретения, а служат лишь для облегчения описания изобретения.

Как использовано в этом документе, формы единственного числа включают формы множественного числа, если из контекста явно не следует иное.

Для целей указанного описания и приложенной формулы изобретения, все численные значения, которые выражают количества компонентов, проценты или пропорции материалов, условия реакций, и другие численные значения, которые применяют в описании и формуле изобретения, необходимо понимать как такие, которые во всех случаях определяются термином "примерно", независимо от того, указан термин "примерно" явным образом или нет.

Соответственно, если не указано другое, числовые параметры, указанные в описании выше и в описании далее и в приложенной формуле изобретения, являются приблизительными величинами. Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, указывающие широкий объем изобретения, являются приблизительными величинами, при этом числовые значения, указанные в конкретных примерах, указываются настолько точно, насколько это возможно. Более того, все диапазоны, раскрытые в этом документе, необходимо понимать как охватывающие все поддиапазоны, которые могут сюда относиться. Например, диапазон, который составляет "1-10" включает какой-либо и все поддиапазоны между (и включая) минимальным значением, который составляет 1, и максимальным значением, который составляет 10, то есть, какой-либо и все поддиапазоны, имеющие минимальное значение, которое равно или больше чем 1, и максимальное значение, которое равно или меньше чем 10, например, 5,5-10.

Термины "необязательный" или "необязательно" означают, что описанное далее действие или условие может происходить или может не происходить, и, что описание включает случаи, когда действие происходит, и случаи, когда оно не происходит.

Термины "фильтрующий материал", "фильтрующий слой", "фильтрующий элемент", или "фильтрующая среда" относятся к материалу, или совокупности материалов, через которые проходит жидкость, несущая активные ингредиенты для готового к употреблению напитка, и/или загрязняющая примесь микроорганизмов, где микроорганизм откладывается в или на указанном материале или совокупности материалов.

Термины "интенсивность потока" и "скорость потока" используют взаимозаменяемо для указания на скорость, при которой объем жидкости проходит через фильтрующую среду заданной площади.

Термин "капсула" относится к какой-либо емкости, которая способна удерживать твердые вещества, которые могут быть подвержены действию потока жидкости. Обычно капсула содержит секцию с входным отверстием и выходным отверстием. В соответствии с настоящим изобретением мембрана выполнена с возможностью действовать в качестве барьера между частью в пределах секции, которая удерживает вещества с активными ингредиентами, и выходным отверстием.

Мембраны изготавливают из широкого ряда полимеров и полимерных композиций, включая термопластичные и термоотверждающиеся полимеры. Подходящие полимеры включают, но не ограничиваются ими, нейлон, полиимид, алифатический полиамид, ароматический полиамид, полисульфон, целлюлозу, ацетат целлюлозы, полиэфирсульфон, полиуретан, поли(уретан-мочевины), полибензимидазол (ПБИ), полиэфиримид, полиакрилонитрил (ПАН), поли(этилентерефталат), полипропилен, полианилин, поли(этиленоксид), поли(этиленнафталат), поли(бутилентерефталат), бутадиенстирольный каучук, полистирол, поли(винилхлорид), поли(виниловый спирт), поли(винилиденфторид), поли(винилбутилен), полиметилметакрилат (ПММА), их сополимеры, производные и смеси и/или их комбинации.

Неограничивающие примеры цельных или многослойных пористых подложек или поддерживающих средств включают мембраны из пористых пленок. Мембраны из пористых пленок изготавливают из ряда термопластичных полимеров, включая полиамиды, полисульфоны, поливинилиденфторид, политетрафтороэтилен, целлюлозу, сложные эфиры целлюлозы, полиакрилонитрил, и т.д. Способы изготовления мембран из пористых пленок включают метод инверсии фаз, метод разделения фаз, индуцированного изменением температуры (TIPS), метод разделения фаз, индуцированного паром (VIPS), метод травления растворителями и химического травления, метод двухосного растяжения при комнатной температуре и при нагревании, и их комбинации.

Фигура 1 схематически изображает один вариант осуществления настоящего изобретения, где капсула 1 содержит входное отверстие 2 в секции 3 внутри капсулы и выходное отверстие 4. Мембрана 5 высокого давления присоединена к дну 6 секции 3, и накрывает выходное отверстие 4, отделяя таким образом секцию 3 от выходного отверстия 4. Внутри секции 3 находятся компоненты 7, например, такие как измельченные лекарственные травы и коренья.

Жидкость, например вода, может быть введена в секцию 3 через входное отверстие 2. Если жидкость вводят под давлением, которое является ниже заранее установленного давление сопротивления жидкости или воды мембраны 5, то жидкость не может выйти из секции 3, и остается внутри секции 3. В это время, жидкость растворяет растворимые активные ингредиенты компонентов 7, таких как измельченные лекарственные травы и коренья, и в результате получают раствор, который содержит уже растворенные активные ингредиенты.

Если давление повышается выше заранее установленного давления сопротивления воды мембраны 5, то мембрана 5 становится проницаемой и раствор сливается из секции 3 через мембрану 5 и выходное отверстие 4.

Фигура 2 показывает полученное давление сопротивления воды полиэфирсульфоновой мембраны 5 после модификации ее поверхности с использованием 4% гидрофобного Zonyl-мономера как зависимость от количества применяемого сшивающего агента, например, гександиолдиакрилата.

Фигура 2 показывает, что посредством модификации поверхности, давление проникновения воды литой полиэфирсульфоновой (ПЭС) мембраны может легко быть изменено от 15 фунт/кв. дюйм до 75 фунт/кв. дюйм, без изменения ее параметров размера пор.

Полученное давление сопротивления воды определяли в соответствии с показаниями манометра в устройстве, где вода подавалась из резервуара, находящегося под давлением, в 47 миллиметровый мембранодержатель из нержавеющей стали. Воду под давлением подавали сверху от мембраны, и расположенную ниже от мембраны сторону мониторили в отношении какого-либо протекания воды. Давление, при котором вода начинала течь ниже по потоку от мембраны, фиксировалось как давление проникновения воды.

Интенсивность потока представляет собой скорость, с которой жидкость проходит через образец заданной площади, и ее устанавливали с помощью пропускания деионизированной воды через образцы фильтрующего материала, имеющие диаметр 47 мм (площадь фильтрации 9,6 см²). Воду пропускали через образцы наверх фильтрата с помощью колбы с боковым отводом, применяя разрежение примерно 25 дюймов ртутного столба.

Метод определения точки пузырька представляет подходящий способ определения эффективного размера пор. Точку пузырька вычисляют на основании следующего уравнения:

,

где Р представляет собой давление точки пузырька, γ представляет собой поверхностное натяжение исследуемой жидкости, r представляет собой радиус пор, и θ представляет собой контактный угол жидкость-твердое тело.

Изготовители мембран обычно присваивают номинальные параметры размера пор коммерческим мембранным фильтрам, которые основаны на их характеристиках удерживания.

Поверхностное натяжение применяют взаимозаменяемо с поверхностным натяжением критического смачивания (КПНС) пористой мембраны. КПНС соответствует поверхностному натяжению наибольшему поверхностному натяжению раствора, который смачивает пористую мембрану за 2 секунды или меньше. Тест выполняют следующим образом: Одну каплю из флакона типа флакона для глазных капель добавляют на поверхность пористой мембраны, и устанавливают время, за которое она смачивает, или проникает в пористую поверхность. Поверхность условно считается смоченной тестируемым раствором, если проникновение поверхности произошло за 2 секунды или меньше. Растворы для тестирования КПНС изготавливают посредством смешивания воды и изопропилового спирта в разных соотношениях для достижения поверхностных натяжений, которые составляют 21-72 дин/см, и посредством смешивания воды и хлорида натрия в разных соотношениях для достижения поверхностных натяжений, которые составляют 73-100 дин/см.

На фигурах 3-7 показана капсула 1 с первой секцией 3, второй секцией 8 и третьей секцией 16, где входное отверстие 2 открывается в первую секцию 3, вторая секция 8 располагается между первой секцией 3 и третьей секцией 16, и третья секция 16 открывается в выходное отверстие 4. Первая мембрана 9 отделяет вторую секцию 8 от третьей секции 16 и выходного отверстия 4. Первая секция 3 отделяется от второй секции 8 посредством второй мембраны 10. Обе секции 3 и 8 содержат компоненты 7 с растворимыми активными ингредиентами, которые растворяются жидкостью, которая течет через секции 3 и 8. Для некоторых применений может быть преимущественным включать дополнительные компоненты 7 также и в третью секцию 16.

Вторая мембрана 10 имеет более высокое давление сопротивления воды, чем первая мембрана 9. В соответствии с вариантом осуществления, показанном на фигурах 3 и 4, вторая мембрана 10 имеет давление сопротивления воды, которое составляет 5 бар, при этом первая мембрана 9 имеет давление сопротивления воды, которое составляет 0,1 бар. По этой причине, первая секция 3 содержит компоненты 7 с активными ингредиентами, которые требуют длительного времени воздействия или высокого давления жидкости для эффективного растворения. Во второй секции 8 находятся компоненты 7 с активными ингредиентами, которые легко растворяются при низком давлении, или на протяжении короткого времени воздействия. В качестве примера, первая секция 3 может содержать измельченные лекарственные травы и коренья с активными ингредиентами, которые трудно растворяются, и вторая секция 8 может содержать другие измельченные лекарственные травы или коренья, которые растворяются легко. В соответствии с другим примером, первая секция 3 может содержать молотый кофе, при этом вторая секция 8 содержит молоко в порошке. В соответствии с еще другим примером, первая секция 3, вторая секция 8 и третья секция 16 могут содержать три различных компонента в случае напитка с биологически активными пищевыми добавками.

Вторая мембрана 10 поддерживается с помощью поддерживающего диска 11 со многими отверстиями 12, в результате чего поддерживающий диск 11 имеет сетчатую конфигурацию. Как показано на фигуре 4, первая мембрана 9 может поддерживаться с помощью простирающихся радиально внутрь выступов 13, которые выполнены таким образом, чтобы обеспечить плоскую опору для мембраны 9.

Также возможно поддерживать первую мембрану 9 с помощью поддерживающего диска 11', который подобен поддерживающему диску 11 для второй мембраны 10. Капсула 1 с поддерживающими дисками 11 и 11' показана на фигурах 5-7.

Для того чтобы изготовить капсулу 1, корпус 14, также как и первую мембрану 9 и вторую мембрану 10, изготавливают предварительно. Давление сопротивления воды первой мембраны 9 отличается от давления сопротивления воды второй мембраны 10 таким образом, что давление сопротивления воды второй мембраны 10 значительно выше, чем давление сопротивления воды первой мембраны 9.

Первую мембрану 9 помещают в корпус 14, и устанавливают сверху радиально простирающихся выступов 13. После этого, в корпус 14 капсулы 1 устанавливают также предварительно изготовленный поддерживающий диск 11, на расстоянии от первой мембраны 9. Вторую мембрану 10 устанавливают сверху поддерживающего диска 11. Вторая мембрана 10 располагается на расстоянии от первой мембраны 9, а также на расстоянии от входного отверстия секции 3 капсулы 1. Таким образом, первая мембрана 9 разделяет корпус 14 капсулы 1 на третью секцию 16 и остальные первую и вторую секции 3 и 8, при этом вторая мембрана 10 разделяет корпус 14 капсулы 1 на первую секцию 3 и вторую секцию 8. Конечно, вместо радиально простирающихся выступов 13 над выходным отверстием 4 может помещаться дополнительный поддерживающий диск, если для первой мембраны 9 необходима такая опора.

Капсула 1 может плотно закрываться посредством закрывающейся крышки 15, которая показана только на фигуре 7. Закрывающаяся крышка 15 может быть либо жесткой, либо эластичной, и может быть изготовлена из любого подходящего материала.

Изложенное выше описание может включать в себя ряд различных изобретений с независимой полезностью. Несмотря на то, что каждое из указанных изобретений было раскрыто в своей предпочтительной(ых) форме(ах), их конкретные варианты осуществления, как раскрыто и проиллюстрировано здесь, не должны рассматриваться в ограничивающем смысле, поскольку возможно множество вариантов. Предмет изобретений включает все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации разных элементов, признаков, функций, и/или свойств, раскрытых в этом документе. Следующая далее формула изобретения, в частности, указывает конкретные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. На изобретения, воплощенные в других комбинациях и подкомбинациях признаков, функций, элементов, и/или свойств, могут быть поданы заявки, с испрашиванием приоритета на основании этой или связанных с ней заявок на получение патента. Такие притязания, независимо от того, относятся ли они к разным изобретениям или к одинаковым изобретениям, и независимо от того, являются ли они шире, уже, одинаковыми, или различными в отношении объема ранее заявленных притязаний, также считаются включенными в предмет изобретений настоящего описания.

Claims (13)

1. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением для отдельного приготовления напитка, с пористой гидрофобной мембраной (5, 10), которая действует в качестве барьера для потока жидкости вплоть до определенного давления, и при превышении указанного давления позволяет экстрагировать жидкость активными ингредиентами, но все еще действует в качестве барьера для частиц, в частности для измельченных лекарственных трав или кореньев, где размер пор мембраны (5, 10) составляет больше чем 0,45 мкм, и где гидрофобная мембрана (5, 10) выполнена с возможностью иметь поверхностное натяжение, которое составляет меньше чем 40 дин/см.

2. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по п. 1, при этом гидрофобная мембрана (5, 10) выполнена с возможностью иметь поверхностное натяжение, которое составляет меньше чем 35 дин/см, предпочтительно примерно 30 дин/см.

3. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по п. 1, при этом гидрофобная мембрана (5, 10) выполнена с возможностью иметь поверхностное натяжение, которое составляет меньше чем 25 дин/см, предпочтительно примерно 20 дин/см.

4. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по любому из предыдущих пп., при этом размер пор гидрофобной мембраны (5, 10) варьируется от 0,45 мкм до 10 мкм, предпочтительно от 0,45 мкм до 5 мкм.

5. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по любому из пп. 1-3, при этом капсула (1) содержит входное отверстие (2), секцию (3) для удерживания вещества с активными ингредиентами, например, такого как измельченные лекарственные травы или коренья, выходное отверстие (4) и гидрофобную мембрану (5), которая отделяет секцию (3) от выходного отверстия (4).

6. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по любому из пп. 1-3, при этом гидрофобная мембрана (5, 10) поддерживается посредством нетканого материала.

7. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по любому из пп. 1-3, при этом гидрофобная мембрана (5, 10) поддерживается посредством поддерживающих средств капсулы (1).

8. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по любому из пп. 1-3, при этом капсула (1) содержит первую секцию (3) и вторую секцию (8), где входное отверстие (2) открывается в первую секцию (3) и вторая секция (8) открывается в выходное отверстие (4), где первая мембрана (9) отделяет вторую секцию (8) от выходного отверстия (4), где первая секция (3) отделена от второй секции (8) посредством второй мембраны (10).

9. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по п. 1, при этом вторая мембрана (10) имеет более высокое давление сопротивления воды, чем первая мембрана (9).

10. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по п. 1, при этом первая мембрана (9) имеет более высокое давление сопротивления воды, чем вторая мембрана (10).

11. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по любому из пп. 1-3, 9 и 10, при этом капсула (1) содержит три или более секции (3, 8, 16), которые отделены друг от друга посредством мембран (10, 9).

12. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по п. 8, при этом между двумя соседними секциями (3, 8) расположен конструктивный элемент, распределяющий поток.

13. Капсула (1) для экстракции под высоким давлением по п. 12, при этом конструктивный элемент, распределяющий поток, представляет собой мембрану (10).

Images