專利名稱：用于分配短杯和長(zhǎng)杯咖啡飲料的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從設(shè)計(jì)成在壓力下進(jìn)行提取的芯筒(cartridge) 提供咖啡飲料，并容納用于制備食物產(chǎn)品例如々夂料的物質(zhì)的系統(tǒng)。本發(fā)明 還涉及一種在通常設(shè)計(jì)成提取短杯咖啡的輸出液體壓力的系統(tǒng)中設(shè)定成輸 出長(zhǎng)杯咖啡的芯筒。
背景技術(shù)：
可從過濾咖啡機(jī)中生產(chǎn)杯裝咖啡。但是，短的和長(zhǎng)的杯裝咖啡的特性 幾乎沒有不同。它們常常都缺少泡沫或"咖啡沫，，，并且其質(zhì)量都不穩(wěn)定。
存在的咖啡配制系統(tǒng)是通過從一位于封閉的室內(nèi)的過濾容器(pod ) 內(nèi)提取咖啡來提供長(zhǎng)杯咖啡。壓力通常非常低，約為2bar或更小。但是， 如果希望通過該系統(tǒng)提供短杯咖啡，則咖啡飲料會(huì)非常稀，香味變得淡而 且微弱，并且咖啡沫很少。
設(shè)計(jì)成可在高壓下被提取并容納用于制^^夂料的物質(zhì)的芯筒在市場(chǎng)上 已可買到。它們使得操作方便并提供可重復(fù)的抽取條件，并且它們可確保 其中容納的物質(zhì)的新鮮度。這可保證提供新鮮抽取的飲料具有恒定的品質(zhì)。
EP 0512468 Bl公開了這樣一種芯筒。該芯筒用于插入一提取設(shè)備， 在該設(shè)備內(nèi)該芯筒被注入流體，并且靠在該設(shè)備的一支承件上打開，該支 承件包括在進(jìn)入該芯筒的流體的壓力的作用下而升高的元件。
EP 0512470 Bl公開了一種在流過容納在一芯筒中的咖啡堆積層的流體的壓力下對(duì)該芯筒進(jìn)行提取的方法；該芯筒包括一薄膜，該薄膜可以保 持壓力并且在與該裝置的接合裝置的升高的元件相接觸時(shí)會(huì)破裂，以使液 體提取物流入杯中。
WO 03/059778涉及一種具有自動(dòng)開啟裝置的多飲料的芯筒。開啟原理 是基于該芯筒的一薄膜，在該芯筒中的流體的壓力的作用下該薄膜被升高 的元件撕破。其優(yōu)點(diǎn)主要是，流直接進(jìn)入杯子中，被抽取的液體沒有接觸 該裝置的任何部分。
例如，商標(biāo)為"Nespresso "的目前成功的系統(tǒng)，令人稱道之處是可 提供高品質(zhì)的短杯蒸餾咖啡和ristretto咖啡。短杯咖啡定義為杯中容納的 咖啡液體提取物少于50克，更具體地，對(duì)于蒸餾咖啡是大約40克而對(duì)于 Ristretto咖啡是大約25克。因?yàn)樾就矁?nèi)保持的高壓提取條件，在約 10-16bar的壓力下，可使所提供的流體提取物在咖啡輸出量、咖啡固體顆 粒和"咖啡沫"等方面具有提取物嚴(yán)格按希望的品質(zhì)屬性，并且輸出流體 的時(shí)間也是用戶可接受的(即15-30秒)。但是， 一些使用者希望可使用 現(xiàn)有的芯筒制備長(zhǎng)杯咖啡。長(zhǎng)杯咖啡被定義為杯中容納的咖啡液體提取物 為大約110 (+/-10)克。為了提供較長(zhǎng)杯的咖啡，要通過該芯筒輸送較大 量的水。因此，通常提供咖啡飲料需要太長(zhǎng)的時(shí)間，即超過l分鐘，并且 得到的飲料的味道會(huì)很苦和澀，并且有一點(diǎn)淡和稀。從商業(yè)角度考慮超過 一分鐘的輸出時(shí)間也是不能接受的，并且對(duì)于希望連續(xù)制備數(shù)杯咖啡的使 用者也不方4更。
因此，需要一種可克服在同 一咖啡提取裝置中同時(shí)提取短的和長(zhǎng)的杯 裝咖啡所帶來的問題的新系統(tǒng)。本發(fā)明可滿足這一需要。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種用于在同 一咖啡提取裝置內(nèi)選擇性地提供短杯 咖啡提取物和長(zhǎng)杯咖啡提取物的飲料系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括容納咖啡粉的芯 筒； 一用于一次接納一個(gè)芯筒的接納裝置和向該芯筒內(nèi)噴射受壓水的泵裝
置；用于打開該芯筒的裝置，其中所迷裝置包括用于在芯筒內(nèi)保持使液體處于壓力下的保持裝置和與所述保持裝置以打開該芯筒并提供咖啡提取物
的接合裝置；其中所述系統(tǒng)包含至少一個(gè)適于提供短杯咖啡液體提取物的 第一芯筒。
本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)改進(jìn)方案是，該系統(tǒng)包含至少一個(gè)第二芯筒，該 芯筒具有與第 一芯筒基;^目同的外部構(gòu)造和形狀，并且當(dāng)允許較大體積的
水從其中流過時(shí)，適于在與第 一芯筒的接納裝置相同的接納裝置內(nèi)提供較 長(zhǎng)杯的咖啡液體提取物，其中用于較長(zhǎng)杯咖啡提取物的第二芯筒設(shè)計(jì)成使 在提取過程中流過該芯筒的水流的速度大于笫一芯筒中的水流速度。
因此，本發(fā)明的一個(gè)重要的特征是，使用這樣一芯筒可得到一較大量 的咖啡液體提取物，即與用于短杯咖啡液體提取物的芯筒相比該芯筒允許 較大的水流速。
主要優(yōu)點(diǎn)在于:1
(a) 提取長(zhǎng)杯咖啡提取物的提供時(shí)間大大縮短，使得系統(tǒng)對(duì)所有喝咖 啡的人更有吸引力；
(b) 咖啡不會(huì)被過分提取因?yàn)榭Х确酆退慕佑|時(shí)間減小到可實(shí)現(xiàn) 長(zhǎng)的咖啡液體提取物所需的關(guān)鍵品質(zhì)屬性，而所述品質(zhì)屬性與短的咖啡液 體提取物的品質(zhì)屬性大不相同；
(c) 用于短杯咖啡提取物和長(zhǎng)杯咖啡提取物的提取裝置是相同的，并 且所述芯筒的外部構(gòu)造和形狀也保持相同，這使系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、更方便。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，向用于輸送較長(zhǎng)的咖啡液體提取物的第二芯筒定量 給入的咖啡量大于向第一芯筒定量給入的咖啡量。令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，通過 在構(gòu)造相同的芯筒內(nèi)放置數(shù)量更多的咖啡粉，即不使較大的芯筒容納額外 數(shù)量的咖啡粉，可使水流過咖啡的流速更大。如果不受理論所限，可以假 設(shè)較快的流動(dòng)是因?yàn)?，可防止咖啡堆積層中細(xì)的或較小的顆粒部分阻塞穿 過薄膜的撕破或刺穿的小開口的流動(dòng)。實(shí)際上，在熱水進(jìn)入芯筒時(shí)，咖啡 會(huì)發(fā)生膨脹。在芯筒容納較大量的咖啡的情況下，當(dāng)咖啡膨脹時(shí)會(huì)形成對(duì) 芯筒壁的高壓力。所述壓力使咖啡堆積層壓緊，而所述壓緊作用使得非常 小的咖啡顆粒不能自由移動(dòng)并且不能聚集在水的出口附近從而增加內(nèi)部壓力并阻塞水流。將細(xì)顆粒保持在原來的位置，從而水流較快。
較多量的咖啡還對(duì)長(zhǎng)杯咖啡拔_取物的最終期望的品質(zhì)有重要影響，以確 ?？Х忍崛∥锞哂姓_的品質(zhì)屬性和特性，例如咖啡提取物不太稀并且具 有足夠的泡沫。因此，優(yōu)選地，用于提供較長(zhǎng)杯咖啡液體提取物的第二芯 筒容納的咖啡粉比用于短杯咖啡液體提取物的第一芯筒的咖啡粉按重量至
少多10%，優(yōu)選地至少多20%,優(yōu)選地，第二芯筒具有按重量比第一芯筒 多20%到30%的咖啡粉。第二芯筒可具有按重量比第一芯筒多上至40% 的咖啡粉。
優(yōu)選地，定量裝入用于提供較大容積的咖啡提取物的笫二芯筒內(nèi)的咖啡 量可確定為使得提取時(shí)間不超過60秒，優(yōu)選地不超過45秒。因此第二芯 筒的流動(dòng)時(shí)間優(yōu)選地在160到300克/分鐘之間，而第一芯筒的流動(dòng)時(shí)間在 50到150克/分鐘之間。
尤其是設(shè)計(jì)成用于長(zhǎng)的咖啡提取物的第二芯筒的品質(zhì)屬性優(yōu)選地確定 為提供一在15到30 %之間優(yōu)選地在17 %到25%的提取率，并且總固體量 的重量百分比在1.0到1.9 %之間，尤其優(yōu)選地在1.1到1,7%之間。因此用 于較大量的咖啡提取物的第二芯筒優(yōu)選地容納6到8克咖啡粉，而第一芯 筒容納的咖啡粉在5克到6克之間。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，保持裝置是在內(nèi)部壓力的作用下可在接合裝置上撕 破或切開的。保持裝置可以是一薄膜，而該接合裝置可以是一包含凸出件
的表面o
此夕卜，現(xiàn)有技術(shù)中已知的咖啡芯筒均設(shè)定成通過抗穿刺性較高的薄膜提 供短的咖啡提取物，從而使得流速太慢。因?yàn)榱魉偬?，所以，首先咖?的品質(zhì)屬性并不太合適，例如咖啡被過分提取并且具有過澀的味道，其次， 提供時(shí)間太長(zhǎng)，而希望不用在咖啡機(jī)前等待太長(zhǎng)時(shí)間即可得到一咖啡々大料 的使用者對(duì)此將不滿意。
因此，本發(fā)明還涉及一種適配成可在上述系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行提取從而提供長(zhǎng)杯
咖啡液^l:取物的咖啡芯筒，該咖啡芯筒包括 一容納 一定量的咖啡粉的封閉的容器部分；一"i殳定成當(dāng)水進(jìn)入芯筒，容積部分內(nèi)部形成足夠的內(nèi)部壓力時(shí)，保持薄 膜靠在系統(tǒng)的接合裝置上打開， 其特征在于
該芯筒設(shè)定成提供160到300克/分鐘之間的流速；以及 咖啡粉的量為至少6.0克。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述咖啡芯筒具有一抗穿刺性為從0.6到l.lmJ的 保持薄膜。


圖1示出本發(fā)明的系統(tǒng)的示意性視圖，該系統(tǒng)可使用單個(gè)裝置D從至 少兩個(gè)不同組的芯筒中方便地制備長(zhǎng)杯和短杯咖啡飲料；
圖2示出本系統(tǒng)的示意性視圖；裝置是關(guān)閉的并且在該裝置內(nèi)對(duì)一芯 筒進(jìn)行提??；
圖3示出分別用于長(zhǎng)杯咖啡和短杯咖啡液體提取物的所述芯筒內(nèi)的壓
力作為時(shí)間函數(shù)的變化的比較曲線；
圖4到6示出在一抗穿刺性試驗(yàn)中用于測(cè)量芯筒的薄膜的抗穿刺性的
樣品保持器；
圖7示出該抗穿刺試驗(yàn)中的穿透探針；
圖8示出本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)變型的示意性視圖9示出系統(tǒng)的所述變型在芯筒處于抽取位置的狀態(tài)；
圖10示出根據(jù)圖1和2的本發(fā)明的系統(tǒng)中流速作為堆積密度(tap
density)的函數(shù)的變化。
具體實(shí)施例方式
在本說明書中，下面首先給出將使用的術(shù)語的定義。 "提取率，，是指提取的特性，定義為液體提取物中總固體量的重量除 以芯筒中最初的咖啡成分(焙燒咖啡或咖啡粉)的總重量。該值通常用百 分比表示。"總固體量"定義為包含在提取物中的被提取的固體物的重量除以提 取物的總重量。該值通常用百分比表示。
"提取時(shí)間"定義為，從流體開始滴入咖啡杯的時(shí)刻到以期望的重量、 濃度和特性將提取物輸出到咖啡杯內(nèi)的時(shí)刻的時(shí)間。
"短杯咖啡提取物"定義為從芯筒得到的重量為25到40克的液體提取物。
"長(zhǎng)杯咖啡提取物，，定義為從芯筒得到的重量為100到120克的液體 提取物。
"內(nèi)部壓力，，定義為在提取期間由于流體流過芯筒以及得到的液體提 取物流入咖啡杯形成的在該芯筒內(nèi)保持的壓力水平。該值通常用bar表示。
"打開壓力"定義為通過在打開裝置上刺破而打開芯筒之前由于流體 進(jìn)入芯筒形成的在芯筒內(nèi)保持的最大壓力。該值通常用bar表示。
"抗刺穿性，，定義為使用由Fuch Industrievetretungen (瑞士 )提供 的MTS Synergie 400拉伸裝置刺穿芯筒的薄膜所需的能量，該裝置將在示 例中作更詳細(xì)地i兌明。該值用毫焦耳表示。
咖啡粉的"粒度"定義為按示例中說明的那樣研磨后得到的咖啡顆粒 的直徑。
"堆積密度，，定義為，芯筒內(nèi)填充的千咖啡的每單位體積的質(zhì)量。在 咖啡加工技術(shù)內(nèi)已知，在研磨后進(jìn)行的一稱為"規(guī)格化"或"致密化"的
加工步驟內(nèi)在一攪打機(jī)(beating machine)內(nèi)堆積咖啡粉。從而可相應(yīng)地 調(diào)節(jié)咖啡粉的密度。示例中說明了堆積密度的測(cè)量的規(guī)程。該值通常用克 每升表示。
"咖啡沫，，定義為以基本上為小汽泡結(jié)構(gòu)的在咖啡提取物上形成的泡 沫的頂部。使用以經(jīng)驗(yàn)為根據(jù)的糖試驗(yàn)可測(cè)量咖啡沫屬性，該試驗(yàn)包括 在剛制備好的一杯咖啡上設(shè)置一邊界明確的結(jié)晶糖層(密度為4.3和顆粒 尺寸為600微米的糖)，并測(cè)量在開始鋪設(shè)糖層時(shí)到糖的主要部分沉下之 間經(jīng)過的時(shí)間。因此"糖試驗(yàn)值"是一個(gè)秒數(shù)。
"種類"是指才艮據(jù)原產(chǎn)國(guó)(生長(zhǎng))和/或特定地區(qū)(例如變種)劃分的咖啡的種類，例如Arabicas、哥倫比亞、埃塞俄比亞、巴西、哥斯達(dá)黎加、 肯尼亞等。
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用上述封閉的芯筒以及其附帶的優(yōu)點(diǎn) 提供短體積或長(zhǎng)體積的飲料。實(shí)際上， 一個(gè)重要的好處是，在芯筒的形式 基本相同的情況下，可提供具有不同飲料特性一例如不同體積一的飲料， 同時(shí)保持每種飲料的關(guān)鍵品質(zhì)屬性，即特定的提取率、處于特定范圍內(nèi)的 固體含量、好品質(zhì)的咖啡沫，并不會(huì)對(duì)提供時(shí)間產(chǎn)生不利影響。
盡管對(duì)于蒸餾(espresso )型咖啡通常已知其關(guān)鍵品質(zhì)屬性，但是幾乎 沒有研究可精確地確定符合使用者偏好的長(zhǎng)杯咖啡定義。對(duì)于長(zhǎng)杯咖啡， 關(guān)鍵品質(zhì)屬性可通過不同方法例如使用者試驗(yàn)和中心小組法(focus group ) 確定。關(guān)鍵品質(zhì)屬性本質(zhì)上包含提取率、總固體量和咖啡沫。已發(fā)現(xiàn)，提 取率必須優(yōu)選地保持在一定范圍內(nèi)。如果提取率過高，則通常認(rèn)為咖啡會(huì) 比較苦和澀，因?yàn)樵谶^長(zhǎng)時(shí)間的提取內(nèi)會(huì)提取出不希望的混合物。因此， 縮短長(zhǎng)杯咖啡的提供時(shí)間不僅對(duì)于明顯縮短等待時(shí)間是重要的，而且縮短 長(zhǎng)杯咖啡的提供時(shí)間可避免發(fā)生與咖啡過分提取有關(guān)的問題。相反地，如 果提取率過低，則咖啡味道較淡，并且一般的使用者也是不能接受的。因 此，已確定，合適的提取率通常為從15%到30%，更優(yōu)選地17%到25%， 最優(yōu)選地17%到22%。類似的，杯子中的總固體量的量必須足以使飲料具 足夠的稠度(body)和質(zhì)地(texture),否則咖啡嘗起來較淡，并且使用 者不能接受。因此，盡管也是個(gè)人喜好，但是已經(jīng)確定，對(duì)于長(zhǎng)杯飲料， 總固體量的最佳濃度按重量在1.0到1.9 %的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在1.1到1.7 %的范圍內(nèi)，最優(yōu)選地在l.l到1.5%的范圍內(nèi)。
最后，在長(zhǎng)杯咖啡中咖啡沫也被看作是關(guān)鍵因素，并且長(zhǎng)杯咖啡也應(yīng) 提供足夠厚并且穩(wěn)定的咖啡沫。咖啡沫應(yīng)覆蓋杯中飲料的整個(gè)表面而不會(huì) 遺留任何黑洞。這是特別困難的，因?yàn)殚L(zhǎng)杯咖啡提取物的表面比短杯咖啡 提取物的表面大得多(咖啡杯(coffee mug)與蒸餾咖啡杯之間的差別)。 咖啡沫在質(zhì)地上也應(yīng)該是乳脂狀的或柔軟光滑的，而不同于肥皂狀(soapy) 的或泡沫狀的。其顏色應(yīng)該從略帶褐色到略帶紅色，而不是白色的。因此，糖試驗(yàn)應(yīng)示出 一超過7秒并且優(yōu)選地超過10秒的值。
例如，在笫一組芯筒中可提供具有咖啡沫的短杯蒸餾咖啡，而在第二 組芯筒中可提供具有上述包括豐富的咖啡沫的關(guān)鍵品質(zhì)屬性的長(zhǎng)杯咖啡以 滿足不同使用者的期望。
每組的芯筒可作為一個(gè)整體以這樣一種方式在市場(chǎng)上銷售，即通過使 用不同的外部識(shí)別碼例如不同顏色、名稱、標(biāo)記或其它類型的碼使用者可 容易地辨識(shí)。優(yōu)選地，第一組芯筒和第二組芯筒包裝在單獨(dú)的套管或在薄 的塑料袋內(nèi)或任何在現(xiàn)有技術(shù)中通常已知的合適和方便的包裝內(nèi)。
在本發(fā)明的情況下， 一組芯筒意味著一系列至少一個(gè)芯筒，優(yōu)選地兩 個(gè)或更多個(gè)芯筒。盡管對(duì)于芯筒沒有理論上的最大限度，上限通常是至少 10到20或25或更多。在需要時(shí)，可容易地實(shí)現(xiàn)具有IOO到200個(gè)或更多 芯筒的大紙箱。第一組和第二組芯筒通常分開包裝，但是如果用戶可根據(jù) 顏色標(biāo)記或任何其它的識(shí)別標(biāo)記區(qū)分不同的芯筒，則它們也可包裝在一起。
圖l和2示意性地示出本發(fā)明的一示例性系統(tǒng)。本發(fā)明的裝置D包括 一用于一次從一單個(gè)芯筒中提取咖啡的提取模塊10。該提^^莫塊包括支承 基部或收集器11形式的接收裝置和一噴射部12。當(dāng)支承基部和噴射部閉 合時(shí)這兩個(gè)部分限定了 一內(nèi)部容積以容納芯筒。在該支承基部?jī)?nèi)可放置一 用于在芯筒內(nèi)形成流體壓力時(shí)與該芯筒的一保持部相接合的接合裝置13。 該接合裝置13可以是刺穿或釋放裝置例如一系列突出元件例如錐體、設(shè)置 在一板的表面上的一細(xì)長(zhǎng)肋或針的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。咖啡提取物主要通過在該突 出元件和薄膜的開口的邊緣之間形成的非常窄的間隔進(jìn)行過濾。所g包 括一系列孔，以排出該提取物并最終保留任何固體咖啡顆粒。所述孔可穿 過所述板設(shè)置在突出元件之間形成的通道內(nèi)，或可選擇地，設(shè)置成穿過該 突出元件本身。
該裝置還包括至少一個(gè)流體線路72，通過該流體線路可經(jīng)由一噴射器 70向芯筒內(nèi)提供流體。該噴射器可包括一個(gè)或多個(gè)針頭或葉片，所述針頭 或葉片可形成一個(gè)或多個(gè)用于使水進(jìn)入芯筒的通道。流體通過泵73在壓力 下提供到所述線路中。該泵可以是電磁活塞泵或任何合適的抽水機(jī)構(gòu)例如隔膜泵或壓力頭(pressurized head)系統(tǒng)。可在泵73的上游安裝一貯液 器74以使提供的流體的量足以用于供給流體以對(duì)一個(gè)以上的芯筒進(jìn)行提 取。優(yōu)選地，該貯液器保留超過750ml的水以消除在幾次提取循環(huán)后要重 復(fù)地再次填充貯液器帶來的不便。沿流體線可在貯液器和提取模塊10之間 設(shè)置一加熱系統(tǒng)75將流體加熱到一所需的溫度。該加熱器設(shè)計(jì)成可將水加 熱到70到100°C的提取溫度。加熱器可以是一加熱塊或一速熱裝置例如陶 瓷管殼。該貯液器也可以是一可使流體保溫或保熱的儲(chǔ)器。 一具有開關(guān)的 控制板通常有助于自動(dòng)啟動(dòng)提取循環(huán)?？商砑硬煌目刂蒲b置例如溫度傳 感器、計(jì)時(shí)器、流量計(jì)、壓力傳感器、方向標(biāo)(vane)、探測(cè)器等以《更控 制和監(jiān)測(cè)提取操作。
第一和笫二芯筒也是該系統(tǒng)的一部分。笫一芯筒S專門設(shè)計(jì)成用于提 供短杯的咖啡提取物，而第二芯筒L設(shè)計(jì)成用于提供長(zhǎng)杯的咖啡提取物。 短杯和長(zhǎng)杯的芯筒都具有相同的外部構(gòu)造和形狀。優(yōu)選地，芯筒S和L也 具有同樣的內(nèi)部包裝容積。優(yōu)選地，芯筒S和L裝有咖啡粉并且它們包含 一氣密的容器部分20，該容器具有一繞該容器部分的邊緣22密封地設(shè)置 的保持件21。芯筒S和L的保持件可以是一薄膜等。該薄膜可以是扁平的、 凸起的或凹入的。通常，該薄膜由例如鋁或塑料材料制成。可使用惰性氣 體在輕微的過壓下清洗該芯筒以增加內(nèi)部的咖啡的保存期。由于氣體的內(nèi) 部壓力薄膜具有一略微凸起的形狀。惰性氣體通常為氮，但是也可使用其 它惰性氣體。由于在填充和密封芯筒后咖啡粉在芯筒內(nèi)脫氣，所以來自咖 啡的二氧化碳?xì)怏w也參與內(nèi)部壓力的形成。因此，薄膜具有足夠的抵抗性
以承受包括源于脫氣的氣體的氣體內(nèi)部壓力。
當(dāng)提取模塊10圍繞芯筒2封閉并且芯筒位于該才莫塊內(nèi)時(shí)，如圖2所示， 保持件與裝置的接合裝置13相鄰接或距離較短。直到由于水進(jìn)入芯筒而在
芯筒內(nèi)形成一定的打開壓力時(shí)芯筒的薄膜才被打開。薄膜和接合裝置設(shè)置 成在開始提取之前不會(huì)出現(xiàn)意外的打開。因此，當(dāng)用泵裝置75將水泵入芯 筒時(shí)，在芯筒內(nèi)形成的壓力，該壓力使保持件21變形并壓靠在接合裝置 13上直至它被刺破或撕破。芯筒在一定打開壓力下開始打開，但是由于芯筒內(nèi)的咖啡粉堆積層被壓實(shí)，并且也由于穿過芯筒的薄膜撕出或刺出的窄 開口所形成的阻力，壓力通常繼續(xù)增加。然后，壓力水平通常等于通常比
打開壓力大幾bar的提取壓力，然后當(dāng)關(guān)掉泵時(shí)下降。壓力水平通常是壓 實(shí)的咖啡堆積層產(chǎn)生的壓力和穿過薄膜的小開口的壓力之和。該泵具有固 定的性能特性曲線，這意味著當(dāng)向下游輸出一定流速的水時(shí)，泵需要克服 取決于芯筒的類型例如短杯或長(zhǎng)杯提取物芯筒的壓力。例如，如果壓力是 大約9bar，則泵提供的水流速是大約300g/min。當(dāng)壓力增加到15bar時(shí)， 泵的水流速將下降到大約120g/min。考慮到輸出的水的量與取決于插入該 裝置的芯筒類型的適當(dāng)?shù)摹┣妨象w積相對(duì)應(yīng)，泵可以按程序控制打開和關(guān)閉。 當(dāng)正確尺寸的咖啡杯裝滿時(shí)，可使用例如一杠桿操作的閥手工停止泵。通 過在裝置中使用控制泵的關(guān)閉的一流量計(jì)或簡(jiǎn)單地一定時(shí)計(jì)，也可自動(dòng)停 止泵。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)置成，與短杯咖啡芯筒相比該系統(tǒng)利用 其泵裝置為長(zhǎng)杯咖啡芯筒提供較高的流速。能否提供較高流速可通過插入 機(jī)器的芯筒的類型(芯筒S或L),并且更具體地通過在提取時(shí)該芯筒會(huì) 產(chǎn)生的壓力來確定。在提取期間壓力會(huì)達(dá)到的水平可由芯筒中容納的咖啡 量確定，即通過芯筒L中較高的咖啡粉量來確定。具體地，第二芯筒L中 容納的咖啡比笫一芯筒S中在重量上多至少10%，優(yōu)選地多至少20%。例 如，定量裝入用于提供較長(zhǎng)杯咖啡提取物的第二芯筒中的咖啡量包含6到 8克咖啡粉，而第二芯筒包含5到6克咖啡粉。芯筒的總?cè)莘e是10到30ml， 優(yōu)選地15到20ml，尤其優(yōu)選地大約為15ml,并且這對(duì)于L和S芯筒是相 同的。L芯筒容納更多的咖啡，因此,皮填充得較多，而S芯筒內(nèi)部的自由 空間更大。
結(jié)果，為了從芯筒S制備一通常為25到40克的短杯咖啡提取物，使 用者需要等待15-60秒。短杯咖啡提取物的流速為大約50到150克/min。 本發(fā)明的第二芯筒L允許相同的提取裝置提供160到300克/min的流速， 從而制備大約100克的長(zhǎng)杯咖啡提取物使用者只需等待大約25-45秒。如 果使用者用芯筒S —進(jìn)行長(zhǎng)杯咖啡的提取，則必須等待45到130秒，這不僅不方便，并且會(huì)導(dǎo)致生成不受歡迎的"過分提取"的氣味。
為了在長(zhǎng)咖啡芯筒L內(nèi)得到較高的流速范圍，已確定，該裝置的芯筒 和打開裝置必須設(shè)置成相互依賴的，以在一低于在第一芯筒和打開裝置內(nèi) 保持的打開壓力的打開壓力下提供咖啡提取物。優(yōu)選地，在由打開裝置打 開之前第二芯筒內(nèi)保持的壓力比在由打開裝置打開之前第一芯筒內(nèi)保持的 壓力低至少20%，并且第二芯筒的內(nèi)部壓力比笫一芯筒的內(nèi)部壓力低至少 20 % 。圖3示出對(duì)于由芯筒S得到的短杯咖啡提取物和由芯筒L得到的長(zhǎng) 杯咖啡提取物的壓力曲線的示例。例如，對(duì)于一短杯咖啡，芯筒S在大約 6.5bar的壓力下打開，而對(duì)于長(zhǎng)杯咖啡，芯筒L僅在大約3bar的壓力下 打開。對(duì)于芯筒L提取壓力達(dá)到一值為大約10bar的較穩(wěn)定的壓力水平， 而對(duì)于芯筒S，提取壓力達(dá)到大約14bar的水平。壓力的差異可提供品質(zhì) 屬性與期望的飲料相符的咖啡。
除了芯筒內(nèi)的材料的量之外，才艮據(jù)將提取哪個(gè)芯筒一即"短杯的"還 是"長(zhǎng)杯的"芯筒，通過在系統(tǒng)中使用不同構(gòu)造的打開裝置，還可控制流 速并從而控制提供時(shí)間。實(shí)際上，通過改變接合裝置和/或保持裝置的特性 可得到打開裝置的差別。
首先，將保持裝置的差異視為根據(jù)期望的咖啡類型進(jìn)一步控制工作條 件的優(yōu)選條件，長(zhǎng)杯芯筒L的薄膜可優(yōu)選地設(shè)定成具有小于芯筒S的薄膜 的抗穿刺性?？勾┐绦詫?duì)流速有重要影響。芯筒L的抗穿刺性應(yīng)比芯筒S 的抗穿刺性至少低10%。優(yōu)選地，芯筒L的抗穿刺性應(yīng)比芯筒S的抗穿刺 性至少低30%，最優(yōu)選地低50%。在優(yōu)選示例中，芯筒L的抗穿刺性應(yīng) 比芯筒S的抗穿刺性低大約40%。芯筒L的抗穿刺性的值優(yōu)選在0.6到 l.lmJ的范圍內(nèi)，而芯筒S的抗穿刺性的值優(yōu)選大于l.lmJ。使用任何合 適的方式，如使芯筒L的薄膜的厚度小于芯筒S的薄膜的厚度和/或使用不 同的材料例如比芯筒S的材料更易穿透和/或撕破的材料，可得到較低的抗 穿刺性。對(duì)于鋁材料，芯筒L的薄膜的厚度優(yōu)選為15到25微米，最優(yōu)選 是約20微米，芯筒S的薄膜的厚度是25到35微米，優(yōu)選是約30微米。
除了薄膜的抗穿刺性之外，另一種控制芯筒L比芯筒S早地打開的方法是，使接合裝置13與芯筒S的接合裝置相比具有更鋒利的設(shè)計(jì)。因此， 當(dāng)考慮到芯筒L的提取時(shí)，接合裝置13可設(shè)計(jì)成可拆除的并可用其它接 合裝置替換的。替換接合裝置可以手動(dòng)進(jìn)行或通過提取裝置本身自動(dòng)執(zhí)行， 例如通過提取裝置讀取該芯筒支持的代碼，并根據(jù)讀取的代碼保持或改變 接合裝置。接合裝置也可一體地裝入芯筒并且在兩個(gè)芯筒之間是不同的 (即，在L芯筒內(nèi) 一體地裝入更鋒利的接合裝置)。
已經(jīng)證明芯筒內(nèi)咖啡粉的粒度對(duì)于將芯筒L的流速設(shè)定成高于芯筒S 的流速也具有重要的作用。當(dāng)芯筒L中的粒度為300到600微米而芯筒S 中的粒度為200到400微米時(shí)可獲得較高的流速。較大的顆粒尺寸形成的 壓力降較小，從而泵可以提供較大的流速。
堆積密度也影響流速。具體地，芯筒L的堆積密度保持比芯筒S的堆 積密度高。因此，芯筒L的堆積密度應(yīng)為3卯到500g/1，而第一芯筒的堆 積密度應(yīng)為300到430g/l,如果不受理論的限制，可以假設(shè)，已經(jīng)過對(duì)于 從事咖啡研磨技術(shù)的人已知的"規(guī)格化，，或"稠化"處理的咖啡粉顆粒可
壓縮性變小，因此更易于在咖啡堆積層中保持較大的流可通過的開放流通 道。
圖8和9示出本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)變型，其中打開裝置是芯筒的整體 的一部分，而提取裝置僅具有一噴射裝置和一用于芯筒的接收器，但是沒 有接合裝置。更確切地，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)設(shè)計(jì)成提供短杯咖啡提取物 的第一芯筒或芯筒S,和至少一個(gè)設(shè)計(jì)成提供長(zhǎng)杯咖啡提取物的第二芯筒 或芯筒L;芯筒S和L集成有其自己的打開裝置，所述打開裝置在精確確 定的進(jìn)入芯筒的流體的壓力水平的作用下打開。該芯筒S和L包括一容器 部分30， 一沿容器部分的周向邊緣37密封地設(shè)置的上部蓋31, —具有一 用于流體輸出的收集器(collector)的下部出口 32和一打開裝置33。該打 開裝置設(shè)計(jì)成具有一薄膜34和一刺穿、切開或撕裂板35。容器部分、其 蓋和薄膜共同限定了 一用于咖啡粉的氣密的腔室36。提取裝置D具有一帶 一芯筒保持件110的接收組件100和一噴射部120。芯筒保持件適于接納 容器部分并留下一足以使得液體提取物在這里通過而不會(huì)接觸該裝置的通道，從而如圖9所示不會(huì)發(fā)生交叉污染。從一水容器740中提取水，并通 過一水泵730在壓力下供應(yīng)水，并在沿流體線路720通過噴射裝置700例 如針頭等將水噴射到芯筒中之前，最終用一加熱器750加熱水。在圍繞芯 筒封閉該裝置時(shí)，在保持件110的腔室的周向上設(shè)置一密封裝置111以保 持上表面流體密封，并且該密封裝置使得可在芯筒的腔室36內(nèi)適當(dāng)?shù)匦纬?壓力。不管芯筒的類型如何，即用于短杯或是長(zhǎng)杯咖啡，盡管提取特性/ 條件不同，提取原理是相同的。當(dāng)水t芯筒時(shí)，在腔室36內(nèi)形成壓力， 這使保持裝置或薄膜34壓靠在接合裝置35上并最終在預(yù)定打開壓力下被 刺破、打破或撕破。當(dāng)開始通過芯筒的出口 32輸送液體提取物時(shí)，壓力繼 續(xù)增加到一基本恒定的提取壓力水平。當(dāng)泵停止時(shí)，壓力下降并且液體停 止通過出口排出。
類似地，芯筒S和L設(shè)計(jì)成具有同樣的外部構(gòu)造和不同的提取特性， 以便可在不到60秒的時(shí)間內(nèi)提供短杯和長(zhǎng)杯咖啡提取物，其中以較高的流 速提供長(zhǎng)杯咖啡提取物。具體地，長(zhǎng)杯咖啡芯筒中的定量裝入的咖啡粉的 量比短杯咖啡芯筒中定量容納的咖啡粉量至少多0.2倍。優(yōu)選地，芯筒的 飲料分配機(jī)構(gòu)的打開裝置還包括
(a) 芯筒L的薄膜的厚度小于芯筒S的薄膜的厚度；和/或
(b) 芯筒L的薄膜由一種具有比芯筒S的薄膜的材料的抗穿刺性低 的抗穿刺性的材料制成；和/或
(c) 芯筒L的刺穿、打破或撕 比芯筒S的刺穿、打破或撕 具有更鋒利的設(shè)計(jì)。
示例
對(duì)于下面的所有示例，使用同樣的提取裝置，而且沒有改變機(jī)器的泵、 加熱器、水噴射元件或任何其它元件。在這里使用的是Nespresso C300 機(jī)器(市場(chǎng)上可以買到)。
下面說明抗穿刺性、粒度和堆積密度的測(cè)量規(guī)程。
抗穿刺性
對(duì)每種薄膜類型取10個(gè)樣本進(jìn)行試驗(yàn)從待測(cè)試的材料上切下至少IO個(gè)樣本。分兩行從巻軸上提取試樣，在 巻軸的寬度上取5個(gè)樣本。
使用直徑為22mm的圓形沖裁模切割樣本。
圖4到6示出試樣保持器。它包括兩個(gè)螺紋部 一內(nèi)螺紋部40和一外 螺紋部41。樣本放置在內(nèi)螺紋部40內(nèi)，涂漆面朝上(從鋁側(cè)進(jìn)行試驗(yàn))。
將直徑d2為22mm的外螺紋部旋入內(nèi)螺紋部并擰緊。
如圖7所示，穿刺探針是一長(zhǎng)度為10mm直徑為lmm的圓柱體，并 且具有一 (半徑為0.5mm的)半球頂端。該探針連接在十字頭上的拉力試 驗(yàn)機(jī)的測(cè)力計(jì)上。試驗(yàn)機(jī)由一可進(jìn)行10mm/min十字頭位移的拉力試驗(yàn)機(jī) 構(gòu)成，并裝備有10N的測(cè)力計(jì)。 一扁平的水平板件緊固在該裝置的下部的、 靜止的固定裝置上。
將容納樣本的樣本保持件放置在所述板件上，并將十字頭降低到一位
置，在該位置探針iiX樣本保持器的5mm的孔(直徑dl)內(nèi)而不接觸樣 本。相對(duì)于探針將樣本保持器對(duì)中。
然后以每分鐘5mm的速度向下移動(dòng)十字頭，直到達(dá)到0.1N的預(yù)栽。 以10mm/min的穿刺速度開始試驗(yàn)。當(dāng)達(dá)到所述預(yù)載時(shí)試驗(yàn)開始，并 且一旦刺穿樣本試驗(yàn)就停止。記錄負(fù)荷和位移。穿孔點(diǎn)定義為負(fù)荷最大點(diǎn)。 抗穿刺性定義為刺穿需要的能量，例如預(yù)在和穿孔之間壓力-位移曲線下面 的面積。多數(shù)拉力試驗(yàn)機(jī)軟件例如MTS系統(tǒng)公司的4.06版TestWork4都 可自動(dòng)計(jì)算所述能量。 粒度
使用一具有1000mm光學(xué)透鏡的MalverZ的"Mastersizer S，，儀器通 過激光衍射可確定顆粒尺寸分布。將1-2克的粉末散布在1升的丁醇內(nèi)， 并且使其在激光束之前循環(huán)流動(dòng)，以得到一 15到20%之間的不透光性 (obscuration )。通過衍射圖案的Fraunhofer近似可得到顆粒的尺寸分布。 整個(gè)試l^要重復(fù)3次(或直到標(biāo)準(zhǔn)差<5%)，并對(duì)結(jié)果求平均值。 堆積密度
可使用]\ "011161^^8@的Geopyc儀器得到堆積密度。將5克R&G咖啡試樣傾倒到直徑為25.4mm的樣品管內(nèi)，并用10N的力壓縮。然后用咖 啡的質(zhì)量除以通過儀器Geopyc得到的體積，從而得出堆積密度。 示例1:具有咖啡沫的短杯咖啡
在一鋁制芯筒("Cosi"型Nespressc^芯筒)內(nèi)放置5克咖啡粉?？?啡粉的平均顆粒尺寸為350微米。該芯筒包括一厚的鋁制的被截短的杯子， 該杯子在其邊緣處巻曲并由一厚度為30微米的鋁薄膜密封。測(cè)得該薄膜的 抗穿刺性為1.3mJ。在研磨期間使咖啡粉規(guī)格化至一 405g/l的堆積密度。 使用一 Nespresso Machine "Concept" C300對(duì)圖1和2的系統(tǒng)內(nèi)的芯筒 進(jìn)行提取。對(duì)于本文中給出的所有試驗(yàn)和示例都使用同樣的咖啡機(jī)。通過 芯筒的流速為122g/min。泵在20秒后停止。結(jié)果得到具有以下品質(zhì)屬性 的40克的短杯咖啡
提取率20.8%
總固體量(重量百分比)2.6% 咖啡沫(糖試驗(yàn))14秒。
示例2:具有咖啡沫的長(zhǎng)杯咖啡-黑的炒制混合型
在與示例1相同的鋁制芯筒內(nèi)放置6.5克炒黑的咖啡粉?？Х确鄣钠?均顆粒尺寸為325孩先米。該芯筒包括一厚的鋁制的^皮截短的杯子，該杯子 在其邊緣處巻曲并由一 20微米的鋁薄膜密封。測(cè)得該薄膜的抗穿刺性為 0.8 mJ。在研磨期間使咖啡粉規(guī)格化至一 410g/l的堆積密度。在與示例1 相同的系統(tǒng)內(nèi)對(duì)該芯筒進(jìn)行提取。流速為187g/min。泵在35秒后停止。 結(jié)果得到具有以下品質(zhì)屬性的110克的長(zhǎng)杯咖啡
提取率25.8%
總固體量(重量百分比)1.47%
咖啡沫(糖試驗(yàn))17秒。
示例3:具有咖啡沫的長(zhǎng)杯咖啡-輕炒制混合型
在與示例1相同的鋁制芯筒內(nèi)放置6.5克輕微炒制的咖啡粉?？Х确?的平均顆粒尺寸為312微米。該芯筒包含一厚的鋁制的被截短的杯子，該 杯子在其邊緣處巻曲并且被一厚度為20微米的鋁薄膜密封。測(cè)得該薄膜的抗穿刺性為0.8mJ。在研磨期間使咖啡粉規(guī)格化至450g/l的堆積密度。在 與示例1相同的系統(tǒng)內(nèi)對(duì)該芯筒進(jìn)行提取。流速為179g/min。泵在37秒 后停止。結(jié)果得到具有以下品質(zhì)屬性的IIO克的長(zhǎng)杯咖啡 提取率26.0%
總固體量(重量百分比)1.48% 咖啡沫(糖試驗(yàn))14秒。 示例4:高的和低的抗穿刺性
測(cè)試一具有高抗穿刺性的薄膜的第一咖啡芯筒。該芯筒內(nèi)填充6.5克 輕微炒制的平均顆粒尺寸為425微米的咖啡粉。將該咖啡粉規(guī)格化至一 430g/l的堆積密度。芯筒的薄膜是鋁制的并且厚度為30微米。測(cè)得抗穿刺 性為1.3mJ。流速為112g/min，提供110克的長(zhǎng)杯咖啡提取物需要60秒。
測(cè)試一具有低抗穿刺性的薄膜的第二咖啡芯筒。該芯筒內(nèi)填充相同數(shù) 量平均顆粒尺寸為430微米的咖啡粉。堆積密度相同(430g/l)。芯筒的薄 膜是由厚度為20微米的鋁制造，并且測(cè)得抗穿刺性為0.8mJ。流速為 192g/min。提供110克的長(zhǎng)杯咖啡提取物僅需34秒。
示例5 -質(zhì)量和粒度對(duì)提取時(shí)間的影響
第一芯筒內(nèi)填充了 5克咖啡粉?？Х妊心コ善骄w粒尺寸為350微米。 薄膜的厚度為30微米并且抗穿刺性為1.3mJ。規(guī)格化后的堆積密度為 405g/l。流速測(cè)定為122g/min。提供110克的長(zhǎng)杯咖啡提取物需要約54秒。
第二芯筒內(nèi)填充了 6.5克咖啡粉。咖啡的粒度和堆積密度與第一芯筒 的咖啡相同。薄膜的厚度為30微米并且抗穿刺性為1.3mJ。流速測(cè)定為 177g/rain。提供110克的長(zhǎng)杯咖啡提取物僅需37秒。
示例6 -堆積密度對(duì)流速的影響
第一芯筒內(nèi)填充了 6.5克粒度為353微米的咖啡粉。鋁制薄膜的厚度 為30微米并且抗穿刺性為1.3mJ。規(guī)格化后的堆積密度為405g/l。流速為 177g/min。提供110克的長(zhǎng)杯咖啡提取物需要約37秒。
第二芯筒內(nèi)填充與第一芯筒內(nèi)相同量的咖啡粉。粒度是353微米。薄 膜的厚度為30微米并具有1.3mJ的抗穿刺性。堆積密度為432g/l。流速為290g/min。提供110克的長(zhǎng)杯咖啡提取物僅需23秒。
由圖IO的曲線示出，在另一組對(duì)不同咖啡混合物進(jìn)行試驗(yàn)中，流速的 變化是堆積密度的函數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種用于在飲料系統(tǒng)內(nèi)提供長(zhǎng)杯咖啡提取物的咖啡芯筒，其中該芯筒包括一容納一定量咖啡粉的封閉的容器部分；一設(shè)定成當(dāng)由于水進(jìn)入該芯筒而在所述容器部分內(nèi)已形成足夠的內(nèi)部壓力時(shí)靠在所述系統(tǒng)的接合裝置上打開的保持薄膜，其特征在于咖啡粉的量為至少6.0克并且粒度為300到600微米，其中，所述保持薄膜的抗穿刺性為0.6到1.1mJ，所述芯筒構(gòu)造成以160-300克/分鐘之間的水流速提供具有咖啡沫的長(zhǎng)杯咖啡提取物，提取率按重量在15-30％之間，總固體量按重量在1.0-1.9％之間。
2. —種根據(jù)權(quán)利要求l所述的咖啡芯筒，其特征在于，所述咖啡具 有390-500g/l的堆積密度。
3. —種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的咖啡芯筒，其特征在于，所述保 持薄膜是一厚度為15-25微米的鋁制薄膜。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的咖啡芯筒，其特征在于，所述咖 啡芯筒容納6-8克咖啡粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在同一咖啡提取裝置內(nèi)選擇性地提供短杯咖啡和長(zhǎng)杯咖啡的飲料系統(tǒng)，它包括容納咖啡粉的芯筒(2)；一用于一次接納一芯筒的接納裝置(10，100)和將壓力水噴入芯筒的泵裝置；用于打開芯筒的裝置，包括將壓力下的液體保持在芯筒中的保持裝置(21，34)和與保持裝置接合以打開芯筒并提供咖啡的接合裝置(13，35)；其中系統(tǒng)包含至少一個(gè)適配成提供短杯咖啡的第一芯筒(S)，其中系統(tǒng)包含至少一個(gè)外部構(gòu)造和形狀與第一芯筒基本相同從而可容納在相同的接納裝置(10)內(nèi)的第二芯筒(L)，它適配成當(dāng)允許較大體積的水從中流過時(shí)提供長(zhǎng)杯咖啡，第二芯筒(L)設(shè)計(jì)成在提取時(shí)其中水的流速大于第一芯筒(S)中水的流速。
文檔編號(hào)A47J31/06GK101411588SQ200810173909
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者F·康皮什, P·科克, Z·I·曼德拉利斯 申請(qǐng)人:雀巢技術(shù)公司