Капсула для приготування харчового продукту при високому тиску в пристрої для приготування харчового продукту

Реферат: Даний винахід стосується капсули для приготування харчового продукту інжекцією рідини під тиском в капсулу, причому капсула має відділення, утворене бічними стінками капсули, гнучкою нижньою стінкою і верхньою стінкою, причому це відділення містить принаймні один інгредієнт для розведення і/або екстрагування рідиною для інжекції, а також блок для випускання напою, який має принаймні один випускний отвір, виконаний в нижній стінці, яка відрізняється тим, що описаний блок для випускання напою має деталь для підтримання тиску, призначену для підтримання певного заданого тиску для розведення і/або екстрагування у відділенні, виконану поряд з нижньою стінкою, яка має виступ, який відповідає випускному отвору, тобто виступ проходить у відповідний отвір і обмежує його діаметр в момент, коли рідина для інжекції у відділенні капсули рухає мембрану до деталі для підтримання тиску. UA 107389 C2 (12) UA 107389 C2 UA 107389 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь винаходу Даний винахід стосується капсули для приготування харчових продуктів, наприклад, для приготування кавових напоїв, які потребують високого тиску при екстрагуванні і/або розведення рідиною, інжектованою в капсулу. Рівень техніки В подальшому детальному описі даний винахід буде описаний з посиланням на приготування напоїв, конкретніше кави. Проте, не слід сприймати це як обмеження об'єму даного винаходу або формули винаходу. Даний винахід загалом стосується приготування будьякого харчового продукту, який можна готувати інжекцією рідини в капсулу або чалду, встановлену в пристрій для приготування харчового продукту, що передбачає високий тиск рідини в капсулі для екстрагування або розведення інгредієнту (-ів), який/ які знаходиться / знаходяться в капсулі. Такі харчові продукти можуть включати, наприклад, розчинну каву і/або обсмажені і мелені кавові зерна, молочні продукти, наприклад, молочні суміші, молоко для харчування немовлят, супи, морозиво, продукти на шоколадній основі, чайні або трав'яні настої, напіврідкі або рідкі десерти. Капсули, які містять речовину для приготування напою, наприклад, кави, шляхом екстрагування або змішування при високому тиску, є добре відомими, особливо в галузі кавиеспрессо або розчинного кавового напою і, зокрема, є цікавими з точки зору гігієни і гарантованої свіжості продукту. Також особливою перевагою таких систем є зручність і легкість в експлуатації. Капсули можуть бути закритого типу, які виконують функцію відділення для інжекції води і отвору для випускання рідини, коли тиск в капсулі перевищує порогове значення, шляхом руйнування передньої поверхні капсули при контакті із рельєфними елементами. Як варіант, деякі капсули мають впускний отвір для рідини і / або випускний отвір для продукту, які виконані заздалегідь в капсулі, яку споживач встановлює в пристрій для приготування харчового продукту. Зазвичай воду інжектують завдяки проколюванню капсули голкою або шипом. Приклад системи екстрагування даного типу описаний в патенті ЕР 0 512 470 В1 або, як варіант, в патенті ЕР 0 870 457. В іншому можливому варіанті втілення капсула має власні засоби відкриття для видалення плівки або мембрани з капсули і, відповідно, вивільнення рідкого екстракту, коли тиск в капсулі перевищує допустиме значення. Капсули також можуть бути проникними відділеннями фільтрувального типу або, як варіант, напівпроникними відділеннями, які включають фільтрувальний компонент. У всіх випадках внутрішній тиск у відділенні капсули є основним чинником для утворення піни в розчинних продуктах, а також для утворення піни або "крема" в обсмаженій і меленій каві. Тиск також є основним двигуном для утворення "крема" в екстракті меленої кави. "Крема" є дуже важливою для сприйняття споживачами кавових напоїв, так як вона забезпечує контрольоване вивільнення аромату, а також надає неповторне відчуття в роті. Для приготування широкого асортименту напоїв відомим є застосування речовин для змішування (речовин, які розчиняються або диспергуються), а також речовин для екстрагування під тиском в одному і тому ж пристрої. Наприклад, в одному і тому ж пристрої можна приготувати каву-еспресо, застосовуючи капсулу з меленою кавою, а також можна приготувати капучино. Умови інжекції, змішування або зволоження значно впливають на якість одержаного напою. В залежності від того, чи застосовується одержана помелом спресована в капсулі речовина або, альтернативно, речовина, яка диспергується або розчиняється в рідині, наприклад, розчинна кава або речовина на молочній основі, наприклад, капучіно, спосіб циркуляції води через капсулу впливає на умови екстрагування або змішування, а, отже, і на якість готового продукту Відтак, такий продукт, як, наприклад, кава, потрібно розчиняти або диспергувати швидко і повністю, переважно із утворенням піни з певною текстурою. Для продуктів, які необхідно екстрагувати, наприклад, меленої кави, існують різні оптимальні умови зволоження. Продукт повинен бути ретельно зволожений для оптимізації контактної поверхні вода / кава без утворення переважних каналів для води крізь шар кави. Утворення переважного каналу крізь шар кави може призвести до надто раптового збільшення тиску і, відтак, надто швидкого вивільнення екстракту, незважаючи на незначний час екстракції і на те, що частина кави ще не зволожена належним чином. Обидва патенти ЕР 1500358 А1 і ЕР 1510159 А1 описують капсули для приготування харчового продукту інжекцією рідини під тиском в капсулу після встановлення цієї капсули у відповідну ємність пристрою для приготування харчового продукту. Після відкриття жодна з цих 1 UA 107389 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 капсул не дозволяє ні контролювати потік налитого напою, ні контролювати тиск у відділенні капсули. Постає потреба в капсулі, яка після відкриття дозволяє контролювати потік продукту через випускний отвір капсули для підтримки тиску в капсулі на відповідному рівні під час всієї стадії екстрагування і/або розведення, забезпечуючи при цьому належне приготування продукту. Суть винаходу Об'єктом даного винаходу є капсула для приготування харчового продукту інжекцією рідини під тиском в капсулу після її встановлення у приймальну ємність пристрою для приготування харчового продукту, причому капсула має відділення, утворене бічними стінками капсули, гнучкою нижньою стінкою і, необов'язково, верхньою стінкою, причому це відділення містить принаймні один інгредієнт для розведення і/або екстрагування рідиною для інжекції, а також блок для випускання напою, який включає принаймні один випускний отвір, виконаний в нижній стінці, який відрізняється тим, що описаний блок для випускання напою також має деталь для підтримання тиску, призначену для підтримання певного заданого тиску для розведення і/або екстрагування у відділенні для змішування рідини для інжекції з інгредієнтом, причому деталь для підтримання тиску виконана поряд з нижньою стінкою зовні відділення, і деталь для підтримання тиску має принаймні один виступ, що виконаний відповідно до принаймні одного випускного отвору, тобто проходить у відповідний отвір, і обмежує його переріз принаймні на час, коли рідина для інжекції у відділенні капсули тисне на нижню мембрану і рухає мембрану до деталі для підтримання тиску. Термін "відповідно до" означає, що вісь симетрії виступу практично вирівняна із з центром випускного отвору. Обмеження, але не повне закриття випускних отворів капсули гарантує потік продукту, причому одночасно в капсулі зберігається достатньо високий тиск, що забезпечує належне зволоження, розчинення, спінення і/або екстрагування речовини в капсулі. Переважно деталь для підтримання тиску представляє собою невід'ємну частину для нижньої стінки капсули. Поняття "невід'ємна частина" означає, що, хоча деталь для підтримання тиску є окремою функціональною деталлю капсули, вона може бути цільносформована із стінками капсули, особливо з нижньою стінкою і тому бути структурно приєднаною до неї. В одному особливому варіанті втілення відповідно до винаходу принаймні один виступ деталі для підтримання тиску має форму радіального поперечного перерізу, яка відрізняється від форми отвору, для якого він призначений. Як варіант, або додатково, принаймні один виступ деталі для підтримання тиску має такий загальний поздовжній профіль, що його радіальний поперечний переріз зазвичай збільшується від верхівки до основи. У випадку, коли радіальний поперечний переріз виступу зазвичай збільшується від верхівки до основи, цей виступ переважно може мати одну з наступних загальних форм: напівсфера, зрізана напівсфера, еліптичний параболоїд, гостроконечний конус, поліедр, наприклад, тетраедр, зрізаний тетраедр, конус, зрізаний конус, піраміду, зрізану піраміду або їх комбінації. Звичайно, можна застосовувати й інші подібні форми, якщо обирають принцип збільшення радіального поперечного перерізу виступу від верхівки до основи. Така форма гарантує, що продукт, наприклад, кава, екстрагований і/або розведений у відділенні для кави, може витікати з капсули через випускні отвори нижньої стінки капсули, а також, що відповідні виступи не закупорюють повністю випускні отвори. Під час екстрагування і/або розведення, коли рідину інжектують у відділення капсули, тиск у відділенні наростає, штовхаючи нижню стінку капсули до засобу для підтримання тиску, при цьому виступи частково закупорюють випускні отвори нижньої стінки. Відстань між нижньою мембраною і засобом для підтримання тиску - зокрема, основою виступів – витримана таким чином, що, коли в капсулі досягається найвищий тиск, деформація нижньої мембрани не перевищує точки, в якій випускні отвори будуть закупорені. Переважно радіальний поперечний переріз основи виступів не перевищує діаметр випускних отворів, для яких виступи призначені, а відстань між основою виступу і нижньою мембраною капсули становить більше, ніж 0.1 мм, переважніше більше 0.2 мм, при максимальній деформації нижньої мембрани. Відкриту частину для потоку продукту можна регулювати, враховуючи в'язкість продукту, а також необхідну силу тиску для конкретного типу продукту. Наприклад, можна задати тиск, необхідний для утворення типу піни, який до вподоби споживачу в конкретному продукті на молочній основі. Наприклад, гладку піну / емульсію кремової текстури з маленькими бульбашками в молочній піні можна одержати, якщо відкрита частина є меншою, із відстанню менш є 1.0 мм. В будь-якому випадку, якщо радіальний поперечний переріз основи виступів є більшим, ніж діаметр випускних отворів, для яких виступи призначені, тоді необхідно підібрати таку точку 2 UA 107389 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 максимальної деформації нижньої мембрани капсули, щоб відповідний виступ не закупорював кожен з випускних отворів мембрани, коли тиск в капсулі досягає найвищої точки. В переважному варіанті втілення відповідно до винаходу деталь для підтримання тиску має принаймні один буфер, виконаний поряд з принаймні одним виступом, причому висота буферу менше або дорівнює висоті виступу для утримання нижньої стінки капсули на відстані від основи виступу, якщо нижня стінка рухається під впливом тиску рідини в капсулі, причому діаметр отвору є більшим, ніж радіальний поперечний переріз виступу, якому він відповідає. В першому альтернативному варіанті втілення відповідно до винаходу принаймні один випускний отвір є заздалегідь проколотим в нижній стінці капсули при встановленні капсули в пристрій для застосування. В другому альтернативному варіанті втілення відповідно до винаходу принаймні один отвір виконують в товщині нижньої стінки капсули за допомогою: - місцевого розчинення матеріалу нижньої стінки капсули під впливом температури рідини для інжекції при контакті рідини з внутрішньою поверхнею нижньої стінки і/або під випливом хімічної реакції між матеріалом нижньої стінки і рідини для інжекції, і/або - дії тиску рідини у відділенні капсули на задану площину нижньої стінки, яка попередньо проколена, але закрита і відкривається після місцевої деформації нижньої стінки, або яка є послабленою ділянкою нижньої стінки, і/або - дії механічних засобів, виконаних зовні капсули на нижній стінці капсули. Короткий опис креслень Додаткові характеристики і переваги даного винаходу описані і будуть очевидними при ознайомленні з наступним описом переважних варіантів втілення разом з фігурами на доданих кресленнях: Фігура 1 - це загальний схематичний частковий вид збоку капсули відповідно до винаходу в розрізі, встановленої в капсулотримач; Фігура 2 - це загальний схематичний вид збоку в розрізі альтернативного варіанту втілення капсули, проілюстрованої на Фігурі 1. Фігура 3 - це загальний схематичний збільшений вид збоку засобу підтримання тиску відповідно до винаходу. Детальний опис винаходу Фігура 1 ілюструє перший варіант втілення відповідно до винаходу, причому запропонована капсула 1, зручна для приготування харчового продукту інжекцією рідини під тиском через голку 2 в капсулу, встановлену у приймальну ємність пристрою для приготування продукту - не проілюстрований на кресленні. Капсула 1 має відділення 3, утворене бічними стінками 4 капсули, гнучкою нижньою стінкою 5 і верхньою стінкою 6. Відділення 3 містить агреговану порцію обсмаженої і меленої кави 7 для екстрагування рідиною для інжекції під тиском. Агрегована порція кави 7 закрита у відділенні 3 між нижнім боком 5 капсули і фільтрувальною стінкою 8, розташованою паралельно і на відповідній відстані під верхньою стінкою 6 капсули. Ця фільтрувальна стінка 8 має принаймні дві переваги: вона послаблює потік води, що подається з інжекційної голки 2 і уповільнює швидкість води, а також зберігає порошок меленої кави 7 у відповідній спресованій формі, причому агрегована порція кави утримується єдиним цілим, а інжектована у відділення капсули вода не розпилює у відділенні капсули, що було б дуже небажаним. Як показано на Фігурі 1, капсула 1 також має блок для випускання напою з множиною випускних отворів 9, виконаних в нижній стінці 5. Капсула також має деталь для підтримання тиску 10, виконану як частина нижньої стінки 5, але зовні відділення 3. Деталь для підтримання тиску 10 має множину виступів 11, виконаних відповідно до випускних отворів 9, причому кожен виступ 11 проходить у відповідний отвір 9 і обмежує його переріз, принаймні на час, коли рідина для інжекції у відділенні капсули 3 тисне на нижню мембрану 5 і рухає мембрани до засобу для підтримання тиску 10. Як проілюстровано на Фігурі 1, засіб для підтримання тиску є невід'ємною частиною для стінок капсули, і виконаний він під нижньою стінкою капсули 5. Як показано на Фігурі 1, капсула встановлена в капсулотримач 12. Такі капсулотримачі є добре відомими з рівня техніки і тому вони не будуть детально представлені в даному описі. Деталь підтримання тиску 10 також має дозувальний отвір у формі воронки 13, через який може витікати продукт, приготований у відділенні капсули і налитий через випускні отвори 9. На Фігурі 2 показаний загальний схематичний вид капсули в розрізі. Капсула має чашоподібний корпус з бічними стінками 4 і верхнім краєм 14. На кресленні верхня сторона 3 UA 107389 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 капсули є відкритою, проте вона може бути закритою мембраною або подібною стінкою, наприклад, як описано вище з посиланням на Фігуру 1. В цьому конкретному варіанті втілення деталь для підтримання тиску 10 має множину виступів у формі стрижнів 15, які простягаються від нижньої стінки 16 засобу для підтримання тиску 10. Стінка 16 - це частина, яка простягається від бічних стінок 4 капсули і є їх невід'ємною частиною. Проте, деталь для підтримання тиску 10 може бути окремою деталлю, приєднаною до капсули. Як проілюстровано на Фігурі 2, нижня стінка 5 капсули - це гнучка мембрана, в якій проколота множина випускних отворів 9, подібно до вже описаного варіанту втілення з посиланням на Фігуру 1. Ця мембрана може бути проколотою плівкою, сітчастим матеріалом, паперовим фільтром або подібним проникним для повітря і рідини матеріалом. Як пояснено вище з посиланням на Фігуру 1, форма і розмір виступів 15 відповідають випускним отворам 9 нижньої стінки 5, причому кожен виступ 15 проходить у відповідний отвір 9 і обмежує його переріз, принаймні на час, коли рідина для інжекції у відділенні капсули 3 тисне на нижню мембрану 5 і рухає мембрану до засобу для підтримання тиску 10. Стінка 16 засобу для підтримання тиску 10 має випускний отвір 17, призначений для витікання продукту, приготованому в капсулі, наприклад, в чашку. Як проілюстровано на Фігурі 2, не всі випускні отвори 9 капсули відповідно до винаходу обов'язково частково закриті відповідними виступами. Деякі з них можуть бути повністю відкритими, оскільки мета даного винаходу -обмежити принаймні частково потік продукту з нижньої мембрани 5. Проте, найпереважнішим є регулювання потоку у всіх випускних отворах 9 нижньої мембрани 5. Фігура 3 - це збільшений частковий загальний схематичний вид, що зображує структурний взаємозв'язок між нижньою гнучкою мембраною 5 капсули 1 і деталлю для підтримання тиску 10. Як можна бачити на Фігурі 3, нижня мембрана 5 має множину випускних отворів 9. Відповідно, деталь для підтримання тиску 10 має множину конусоподібних виступів 11, направлених до отворів 9. В варіанті втілення, показаному на Фігурі 3, загальний поздовжній профіль виступів 11 є таким, що їх радіальний поперечний переріз збільшується від верхівки до основи. При інжекції рідини в капсулу у відділенні капсули наростає тиск, в результаті чого гнучка нижня мембрана 5 натискає назовні, по напрямку до стінки 16 деталі для підтримання тиску 10. Положення деформованої мембрани на цій стадії зображена пунктиром на Фігурі 3. Розташування гнучкої нижньої мембрани 5 на заключній стадії повинно бути таким, щоб, незалежно від гнучкості матеріалу, з якого вироблена мембрана, а також незалежно від максимального рівня тиску в капсулі під час приготування продукту, положення деформованої мембрани 5' відповідала б зображенню пунктиром на Фігурі 3, тобто, виступи 11 повинні частково заповнювати простір, визначений отворами 9, не закупорюючи їх повністю. В такій позиції потік вихідного продукту є обмеженим, що дозволяє підтримувати тиск у відділенні капсули на рівні, достатньому для якісного екстрагування і/або розведення. Також, завдяки уповільненню потоку вихідного продукту, добре зволожується інгредієнт або інгредієнти в капсулі, які необхідно екстрагувати і/або розводити. Розташування мембрани 5' відносно стінки 16 засобу для підтримання тиску також визначається розміром і формою виступів 11. При особливо переважному режимі роботи відповідно до винаходу засіб для підтримання тиску 10 також має принаймні одну, але переважно множину опорних буферів 18, направлених у той самий бік, що і виступи 11. Як показано на Фігурі 3, опорний буфер підтримує нижню мембрану 5' капсули в деформованому стані, гарантуючи, що описана мембрана 5' не виступить за межі відповідного·положення, в якому вона б повністю була закупорена виступами 11 деталі для підтримання тиску 10. В цьому граничному положенні мембрана 5' розташована на буферах 18. Буфери переважно розташовані між виступами, а їх висота не перевищує висоти виступів 11. Як показано на Фігурі 3, буфери мають циліндричну форму, але можна також застосовувати інші подібні форми, наприклад, грибоподібну, форму зрізаного конуса, зрізаної піраміди, кубу тощо або їх комбінації. Буфери виконані таким чином, що вони не співпадають з випускними отворами 9 нижньої мембрани 5, 5'. Як альтернатива варіанту втілення, зображеному на Фігурі 3, потік продукту з випускних отворів нижньої мембрани можна обмежити іншим способом. В одному випадку - не представленому на кресленні - деталь для підтримання тиску не має вищеописаних буферів. В цьому випадку поздовжній профіль виступів є подібним до зображених на Фігурі 2: форма поперечного перерізу виступів не змінюється від верхівки до основи. В цьому випадку регуляцію 4 UA 107389 C2 5 10 / обмеження потоку продукту через випускні отвори капсули одержують завдяки відмінності форми радіального поперечного перерізу між випускними отворами і призначеними для них виступами. Наприклад, якщо випускний отвір має круглу форму, відповідний виступ може бути виконаний з поперечною або трикутною формою в радіальному плані. Так як радіальні форми точно не співпадають, утворюються вертикальні канали, через які може витікати продукт, хоча цей потік обмежений таким чином, щоб підтримувати достатній внутрішній тиск у відділенні капсули. В ідеалі, обмеження потоку відповідно до винаходу потрібно зробити таким, щоб внутрішній тиск у відділенні капсули по можливості зберігався постійним протягом приготування продукту. Слід відзначити, що різні зміни і модифікації стосовно описаних нинішніх переважних варіантів втілення будуть очевидними для спеціалістів в даній галузі техніки. Такі зміни і модифікації можуть бути здійснені у межах об'єму і суті винаходу, не зменшуючи притаманних йому переваг. Тому передбачено, що такі зміни і модифікації будуть охоплені формулою винаходу. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Капсула (1) для приготування харчового продукту інжекцією рідини під тиском в капсулу після її встановлення у приймальну ємність пристрою для приготування харчового продукту, причому капсула має відділення (3), утворене бічними стінками (4) капсули, гнучкою нижньою стінкою (5) і, необов'язково, верхньою стінкою (6), і це відділення (3) містить принаймні один інгредієнт для розведення і/або екстрагування рідиною для інжекції, а також блок для випускання напою, який включає принаймні один випускний отвір (9), виконаний в нижній стінці (5), причому блок для випускання напою також має деталь для підтримання тиску (10, 11, 13, 15, 16), призначену для підтримання відповідного заданого тиску для розведення і/або екстрагування у відділенні для змішування рідини для інжекції з інгредієнтом і виконану поряд з гнучкою нижньою стінкою (5), зовні відділення (3), а деталь для підтримання тиску має принаймні один виступ (11, 15), яка відрізняється тим, що принаймні один виступ виконаний відповідно до принаймні одного випускного отвору (9), так що цей виступ проходить у відповідний отвір і обмежує його переріз, принаймні на час, коли рідина для інжекції у відділенні капсули тисне на гнучку нижню стінку і рухає цю гнучку нижню стінку (5) до деталі для підтримання тиску (10, 11, 13, 15, 16). 2. Капсула (1) за пунктом 1, яка відрізняється тим, що деталь підтримання тиску (10, 11, 13, 15, 16) є невід'ємною частиною для нижньої стінки (5) капсули. 3. Капсула (1) за одним з пп. 1 або 2, яка відрізняється тим, що форма радіального поперечного перерізу принаймні одного виступу (11, 15) деталі для підтримання тиску відрізняється від форми отвору (9), для якого виступ призначений. 4. Капсула (1) за будь-яким із попередніх пунктів 1-3, яка відрізняється тим, що принаймні один виступ (11) має такий загальний поздовжній профіль, що його радіальний поперечний переріз збільшується від верхівки до основи. 5. Капсула (1) за пунктом 4, яка відрізняється тим, що виступ (11, 15) має наступну загальну форму: півсфера, зрізана півсфера, еліптичний параболоїд, гостроконечний конус, поліедр, наприклад тетраедр, зрізаний тетраедр, конус, зрізаний конус, піраміда, зрізана піраміда або їх комбінація. 6. Капсула (1) за одним з пп. 4 або 5, яка відрізняється тим, що деталь для підтримання тиску (10) має принаймні один буфер (18), виконаний поряд з принаймні одним виступом (11, 15), причому висота буфера (18) менше або дорівнює висоті виступу для утримання нижньої стінки (5) капсули на відстані від основи виступу, якщо нижня стінка рухається під впливом тиску рідини в капсулі, причому діаметр отвору є більшим, ніж радіальний поперечний переріз виступу, якому він відповідає. 7. Капсула (1) за будь-яким із попередніх пунктів 1-6, яка відрізняється тим, що принаймні один отвір (9) попередньо проколотий в нижній стінці капсули (5) при встановленні капсули в пристрій для застосування. 8. Капсула (1) за будь-яким із попередніх пунктів 1-6, яка відрізняється тим, що принаймні один отвір (9) виконують в нижній стінці (5) капсули за допомогою: - місцевого розчинення матеріалу нижньої стінки капсули під впливом температури рідини для інжекції при контакті рідини з внутрішньою поверхнею нижньої стінки і/або під впливом хімічної реакції між матеріалом нижньої стінки і рідини для інжекції, і/або дії тиску рідини у відділенні капсули на задану площину нижньої стінки, яка попередньо проколена, але закрита і відкривається після місцевої деформації нижньої стінки, або яка є послабленою ділянкою 5 UA 107389 C2 нижньої стінки, і/або дії механічних засобів, розташованих зовні капсули, на нижню стінку капсули. 6 UA 107389 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7