用于分配短杯和长杯咖啡饮料的系统的制作方法

专利名称：用于分配短杯和长杯咖啡饮料的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从设计成在压力下进行提取的芯筒(cartridge)提供咖啡饮料，并容纳用于制备食物产品例如饮料的物质的系统。本发明还涉及一种在通常设计成提取短杯咖啡的输出液体压力的系统中设定成输出长杯咖啡的芯筒。
背景技术：
可从过滤咖啡机中生产杯装咖啡。但是，短的和长的杯装咖啡的特性几乎没有不同。它们常常都缺少泡沫或“咖啡沫”，并且其质量都不稳定。
存在的咖啡配制系统是通过从一位于封闭的室内的过滤容器(pod)内提取咖啡来提供长杯咖啡。压力通常非常低，约为2bar或更小。但是，如果希望通过该系统提供短杯咖啡，则咖啡饮料会非常稀，香味变得淡而且微弱，并且咖啡沫很少。
设计成可在高压下被提取并容纳用于制备饮料的物质的芯筒在市场上已可买到。它们使得操作方便并提供可重复的抽取条件，并且它们可确保其中容纳的物质的新鲜度。这可保证提供新鲜抽取的饮料具有恒定的品质。
EP 0512468 B1公开了这样一种芯筒。该芯筒用于插入一提取设备，在该设备内该芯筒被注入流体，并且靠在该设备的一支承件上打开，该支承件包括在进入该芯筒的流体的压力的作用下而升高的元件。
EP 0512470 B1公开了一种在流过容纳在一芯筒中的咖啡堆积层的流体的压力下对该芯筒进行提取的方法；该芯筒包括一薄膜，该薄膜可以保持压力并且在与该装置的接合装置的升高的元件相接触时会破裂，以使液体提取物流入杯中。
WO 03/059778涉及一种具有自动开启装置的多饮料的芯筒。开启原理是基于该芯筒的一薄膜，在该芯筒中的流体的压力的作用下该薄膜被升高的元件撕破。其优点主要是，流直接进入杯子中，被抽取的液体没有接触该装置的任何部分。
例如，商标为“Nespresso”的目前成功的系统，令人称道之处是可提供高品质的短杯蒸馏咖啡和ristretto咖啡。短杯咖啡定义为杯中容纳的咖啡液体提取物少于50克，更具体地，对于蒸馏咖啡是大约40克而对于Ristretto咖啡是大约25克。因为芯筒内保持的高压提取条件，在约10-16bar的压力下，可使所提供的流体提取物在咖啡输出量、咖啡固体颗粒和“咖啡沫”等方面具有提取物严格按希望的品质属性，并且输出流体的时间也是用户可接受的(即15-30秒)。但是，一些使用者希望可使用现有的芯筒制备长杯咖啡。长杯咖啡被定义为杯中容纳的咖啡液体提取物为大约110(+/-10)克。为了提供较长杯的咖啡，要通过该芯筒输送较大量的水。因此，通常提供咖啡饮料需要太长的时间，即超过1分钟，并且得到的饮料的味道会很苦和涩，并且有一点淡和稀。从商业角度考虑超过一分钟的输出时间也是不能接受的，并且对于希望连续制备数杯咖啡的使用者也不方便。
因此，需要一种可克服在同一咖啡提取装置中同时提取短的和长的杯装咖啡所带来的问题的新系统。本发明可满足这一需要。

发明内容
因此，本发明涉及一种用于在同一咖啡提取装置内选择性地提供短杯咖啡提取物和长杯咖啡提取物的饮料系统。该系统包括容纳咖啡粉的芯筒；一用于一次接纳一个芯筒的接纳装置和向该芯筒内喷射受压水的泵装置；用于打开该芯筒的装置，其中所述装置包括用于在芯筒内保持使液体处于压力下的保持装置和与所述保持装置以打开该芯筒并提供咖啡提取物的接合装置；其中所述系统包含至少一个适于提供短杯咖啡液体提取物的第一芯筒。
本发明的系统的一个改进方案是，该系统包含至少一个第二芯筒，该芯筒具有与第一芯筒基本相同的外部构造和形状，并且当允许较大体积的水从其中流过时，适于在与第一芯筒的接纳装置相同的接纳装置内提供较长杯的咖啡液体提取物，其中用于较长杯咖啡提取物的第二芯筒设计成使在提取过程中流过该芯筒的水流的速度大于第一芯筒中的水流速度。
因此，本发明的一个重要的特征是，使用这样一芯筒可得到一较大量的咖啡液体提取物，即与用于短杯咖啡液体提取物的芯筒相比该芯筒允许较大的水流速。
主要优点在于(a)提取长杯咖啡提取物的提供时间大大缩短，使得系统对所有喝咖啡的人更有吸引力；(b)咖啡不会被过分提取因为咖啡粉和水的接触时间减小到可实现长的咖啡液体提取物所需的关键品质属性，而所述品质属性与短的咖啡液体提取物的品质属性大不相同；(c)用于短杯咖啡提取物和长杯咖啡提取物的提取装置是相同的，并且所述芯筒的外部构造和形状也保持相同，这使系统更简单、更方便。
在一优选实施例中，向用于输送较长的咖啡液体提取物的第二芯筒定量给入的咖啡量大于向第一芯筒定量给入的咖啡量。令人惊讶的发现，通过在构造相同的芯筒内放置数量更多的咖啡粉，即不使较大的芯筒容纳额外数量的咖啡粉，可使水流过咖啡的流速更大。如果不受理论所限，可以假设较快的流动是因为，可防止咖啡堆积层中细的或较小的颗粒部分阻塞穿过薄膜的撕破或刺穿的小开口的流动。实际上，在热水进入芯筒时，咖啡会发生膨胀。在芯筒容纳较大量的咖啡的情况下，当咖啡膨胀时会形成对芯筒壁的高压力。所述压力使咖啡堆积层压紧，而所述压紧作用使得非常小的咖啡颗粒不能自由移动并且不能聚集在水的出口附近从而增加内部压力并阻塞水流。将细颗粒保持在原来的位置，从而水流较快。
较多量的咖啡还对长杯咖啡提取物的最终期望的品质有重要影响，以确保咖啡提取物具有正确的品质属性和特性，例如咖啡提取物不太稀并且具有足够的泡沫。因此，优选地，用于提供较长杯咖啡液体提取物的第二芯筒容纳的咖啡粉比用于短杯咖啡液体提取物的第一芯筒的咖啡粉按重量至少多10％，优选地至少多20％。优选地，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。
优选地，定量装入用于提供较大容积的咖啡提取物的第二芯筒内的咖啡量可确定为使得提取时间不超过60秒，优选地不超过45秒。因此第二芯筒的流动时间优选地在160到300克/分钟之间，而第一芯筒的流动时间在50到150克/分钟之间。
尤其是设计成用于长的咖啡提取物的第二芯筒的品质属性优选地确定为提供一在15到30％之间优选地在17％到25％的提取率，并且总固体量的重量百分比在1.0到1.9％之间，尤其优选地在1.1到1.7％之间。因此用于较大量的咖啡提取物的第二芯筒优选地容纳6到8克咖啡粉，而第一芯筒容纳的咖啡粉在5克到6克之间。
在一优选实施例中，保持装置是在内部压力的作用下可在接合装置上撕破或切开的。保持装置可以是一薄膜，而该接合装置可以是一包含凸出件的表面。
此外，现有技术中已知的咖啡芯筒均设定成通过抗穿刺性较高的薄膜提供短的咖啡提取物，从而使得流速太慢。因为流速太慢，所以，首先咖啡的品质属性并不太合适，例如咖啡被过分提取并且具有过涩的味道，其次，提供时间太长，而希望不用在咖啡机前等待太长时间即可得到一咖啡饮料的使用者对此将不满意。
因此，本发明还涉及一种适配成可在上述系统内进行提取从而提供长杯咖啡液体提取物的咖啡芯筒，该咖啡芯筒包括一容纳一定量的咖啡粉的封闭的容器部分；一设定成当水进入芯筒，容积部分内部形成足够的内部压力时，保持薄膜靠在系统的接合装置上打开，其特征在于
该芯筒设定成提供160到300克/分钟之间的流速；以及咖啡粉的量为至少6.0克。
在一优选实施例中，所述咖啡芯筒具有一抗穿刺性为从0.6到1.1mJ的保持薄膜。


图1示出本发明的系统的示意性视图，该系统可使用单个装置D从至少两个不同组的芯筒中方便地制备长杯和短杯咖啡饮料；图2示出本系统的示意性视图；装置是关闭的并且在该装置内对一芯筒进行提取；图3示出分别用于长杯咖啡和短杯咖啡液体提取物的所述芯筒内的压力作为时间函数的变化的比较曲线；图4到6示出在一抗穿刺性试验中用于测量芯筒的薄膜的抗穿刺性的样品保持器；图7示出该抗穿刺试验中的穿透探针；图8示出本发明的系统的一个变型的示意性视图；图9示出系统的所述变型在芯筒处于抽取位置的状态；图10示出根据图1和2的本发明的系统中流速作为堆积密度(tapdensity)的函数的变化。
具体实施例方式
在本说明书中，下面首先给出将使用的术语的定义。
“提取率”是指提取的特性，定义为液体提取物中总固体量的重量除以芯筒中最初的咖啡成分(焙烧咖啡或咖啡粉)的总重量。该值通常用百分比表示。
“总固体量”定义为包含在提取物中的被提取的固体物的重量除以提取物的总重量。该值通常用百分比表示。
“提取时间”定义为，从流体开始滴入咖啡杯的时刻到以期望的重量、浓度和特性将提取物输出到咖啡杯内的时刻的时间。
“短杯咖啡提取物”定义为从芯筒得到的重量为25到40克的液体提取物。
“长杯咖啡提取物”定义为从芯筒得到的重量为100到120克的液体提取物。
“内部压力”定义为在提取期间由于流体流过芯筒以及得到的液体提取物流入咖啡杯形成的在该芯筒内保持的压力水平。该值通常用bar表示。
“打开压力”定义为通过在打开装置上刺破而打开芯筒之前由于流体进入芯筒形成的在芯筒内保持的最大压力。该值通常用bar表示。
“抗刺穿性”定义为使用由Fuch Industrievetretungen(瑞士)提供的MTS Synergie 400拉伸装置刺穿芯筒的薄膜所需的能量，该装置将在示例中作更详细地说明。该值用毫焦耳表示。
咖啡粉的“粒度”定义为按示例中说明的那样研磨后得到的咖啡颗粒的直径。
“堆积密度”定义为，芯筒内填充的干咖啡的每单位体积的质量。在咖啡加工技术内已知，在研磨后进行的一称为“规格化”或“致密化”的加工步骤内在一搅打机(beating machine)内堆积咖啡粉。从而可相应地调节咖啡粉的密度。示例中说明了堆积密度的测量的规程。该值通常用克每升表示。
“咖啡沫”定义为以基本上为小汽泡结构的在咖啡提取物上形成的泡沫的顶部。使用以经验为根据的糖试验可测量咖啡沫属性，该试验包括在刚制备好的一杯咖啡上设置一边界明确的结晶糖层(密度为4.3和颗粒尺寸为600微米的糖)，并测量在开始铺设糖层时到糖的主要部分沉下之间经过的时间。因此“糖试验值”是一个秒数。
“种类”是指根据原产国(生长)和/或特定地区(例如变种)划分的咖啡的种类，例如Arabicas、哥伦比亚、埃塞俄比亚、巴西、哥斯达黎加、肯尼亚等。
本发明涉及一种系统，该系统利用上述封闭的芯筒以及其附带的优点提供短体积或长体积的饮料。实际上，一个重要的好处是，在芯筒的形式基本相同的情况下，可提供具有不同饮料特性—例如不同体积—的饮料，同时保持每种饮料的关键品质属性，即特定的提取率、处于特定范围内的固体含量、好品质的咖啡沫，并不会对提供时间产生不利影响。
尽管对于蒸馏(espresso)型咖啡通常已知其关键品质属性，但是几乎没有研究可精确地确定符合使用者偏好的长杯咖啡定义。对于长杯咖啡，关键品质属性可通过不同方法例如使用者试验和中心小组法(focus group)确定。关键品质属性本质上包含提取率、总固体量和咖啡沫。已发现，提取率必须优选地保持在一定范围内。如果提取率过高，则通常认为咖啡会比较苦和涩，因为在过长时间的提取内会提取出不希望的混合物。因此，缩短长杯咖啡的提供时间不仅对于明显缩短等待时间是重要的，而且缩短长杯咖啡的提供时间可避免发生与咖啡过分提取有关的问题。相反地，如果提取率过低，则咖啡味道较淡，并且一般的使用者也是不能接受的。因此，已确定，合适的提取率通常为从15％到30％，更优选地17％到25％，最优选地17％到22％。类似的，杯子中的总固体量的量必须足以使饮料具足够的稠度(body)和质地(texture)，否则咖啡尝起来较淡，并且使用者不能接受。因此，尽管也是个人喜好，但是已经确定，对于长杯饮料，总固体量的最佳浓度按重量在1.0到1.9％的范围内，更优选地在1.1到1.7％的范围内，最优选地在1.1到1.5％的范围内。
最后，在长杯咖啡中咖啡沫也被看作是关键因素，并且长杯咖啡也应提供足够厚并且稳定的咖啡沫。咖啡沫应覆盖杯中饮料的整个表面而不会遗留任何黑洞。这是特别困难的，因为长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)与蒸馏咖啡杯之间的差别)。咖啡沫在质地上也应该是乳脂状的或柔软光滑的，而不同于肥皂状(soapy)的或泡沫状的。其颜色应该从略带褐色到略带红色，而不是白色的。因此，糖试验应示出一超过7秒并且优选地超过10秒的值。
例如，在第一组芯筒中可提供具有咖啡沫的短杯蒸馏咖啡，而在第二组芯筒中可提供具有上述包括丰富的咖啡沫的关键品质属性的长杯咖啡以满足不同使用者的期望。
每组的芯筒可作为一个整体以这样一种方式在市场上销售，即通过使用不同的外部识别码例如不同颜色、名称、标记或其它类型的码使用者可容易地辨识。优选地，第一组芯筒和第二组芯筒包装在单独的套管或在薄的塑料袋内或任何在现有技术中通常已知的合适和方便的包装内。
在本发明的情况下，一组芯筒意味着一系列至少一个芯筒，优选地两个或更多个芯筒。尽管对于芯筒没有理论上的最大限度，上限通常是至少10到20或25或更多。在需要时，可容易地实现具有100到200个或更多芯筒的大纸箱。第一组和第二组芯筒通常分开包装，但是如果用户可根据颜色标记或任何其它的识别标记区分不同的芯筒，则它们也可包装在一起。
图1和2示意性地示出本发明的一示例性系统。本发明的装置D包括一用于一次从一单个芯筒中提取咖啡的提取模块10。该提取模块包括支承基部或收集器11形式的接收装置和一喷射部12。当支承基部和喷射部闭合时这两个部分限定了一内部容积以容纳芯筒。在该支承基部内可放置一用于在芯筒内形成流体压力时与该芯筒的一保持部相接合的接合装置13。该接合装置13可以是刺穿或释放装置例如一系列突出元件例如锥体、设置在一板的表面上的一细长肋或针的网状结构。咖啡提取物主要通过在该突出元件和薄膜的开口的边缘之间形成的非常窄的间隔进行过滤。所述板包括一系列孔，以排出该提取物并最终保留任何固体咖啡颗粒。所述孔可穿过所述板设置在突出元件之间形成的通道内，或可选择地，设置成穿过该突出元件本身。
该装置还包括至少一个流体线路72，通过该流体线路可经由一喷射器70向芯筒内提供流体。该喷射器可包括一个或多个针头或叶片，所述针头或叶片可形成一个或多个用于使水进入芯筒的通道。流体通过泵73在压力下提供到所述线路中。该泵可以是电磁活塞泵或任何合适的抽水机构例如隔膜泵或压力头(pressurized head)系统。可在泵73的上游安装一贮液器74以使提供的流体的量足以用于供给流体以对一个以上的芯筒进行提取。优选地，该贮液器保留超过750ml的水以消除在几次提取循环后要重复地再次填充贮液器带来的不便。沿流体线可在贮液器和提取模块10之间设置一加热系统75将流体加热到一所需的温度。该加热器设计成可将水加热到70到100℃的提取温度。加热器可以是一加热块或一速热装置例如陶瓷管壳。该贮液器也可以是一可使流体保温或保热的储器。一具有开关的控制板通常有助于自动启动提取循环。可添加不同的控制装置例如温度传感器、计时器、流量计、压力传感器、方向标(vane)、探测器等以便控制和监测提取操作。
第一和第二芯筒也是该系统的一部分。第一芯筒S专门设计成用于提供短杯的咖啡提取物，而第二芯筒L设计成用于提供长杯的咖啡提取物。短杯和长杯的芯筒都具有相同的外部构造和形状。优选地，芯筒S和L也具有同样的内部包装容积。优选地，芯筒S和L装有咖啡粉并且它们包含一气密的容器部分20，该容器具有一绕该容器部分的边缘22密封地设置的保持件21。芯筒S和L的保持件可以是一薄膜等。该薄膜可以是扁平的、凸起的或凹入的。通常，该薄膜由例如铝或塑料材料制成。可使用惰性气体在轻微的过压下清洗该芯筒以增加内部的咖啡的保存期。由于气体的内部压力薄膜具有一略微凸起的形状。惰性气体通常为氮，但是也可使用其它惰性气体。由于在填充和密封芯筒后咖啡粉在芯筒内脱气，所以来自咖啡的二氧化碳气体也参与内部压力的形成。因此，薄膜具有足够的抵抗性以承受包括源于脱气的气体的气体内部压力。
当提取模块10围绕芯筒2封闭并且芯筒位于该模块内时，如图2所示，保持件与装置的接合装置13相邻接或距离较短。直到由于水进入芯筒而在芯筒内形成一定的打开压力时芯筒的薄膜才被打开。薄膜和接合装置设置成在开始提取之前不会出现意外的打开。因此，当用泵装置75将水泵入芯筒时，在芯筒内形成的压力，该压力使保持件21变形并压靠在接合装置13上直至它被刺破或撕破。芯筒在一定打开压力下开始打开，但是由于芯筒内的咖啡粉堆积层被压实，并且也由于穿过芯筒的薄膜撕出或刺出的窄开口所形成的阻力，压力通常继续增加。然后，压力水平通常等于通常比打开压力大几bar的提取压力，然后当关掉泵时下降。压力水平通常是压实的咖啡堆积层产生的压力和穿过薄膜的小开口的压力之和。该泵具有固定的性能特性曲线，这意味着当向下游输出一定流速的水时，泵需要克服取决于芯筒的类型例如短杯或长杯提取物芯筒的压力。例如，如果压力是大约9bar，则泵提供的水流速是大约300g/min。当压力增加到15bar时，泵的水流速将下降到大约120g/min。考虑到输出的水的量与取决于插入该装置的芯筒类型的适当的饮料体积相对应，泵可以按程序控制打开和关闭。当正确尺寸的咖啡杯装满时，可使用例如一杠杆操作的阀手工停止泵。通过在装置中使用控制泵的关闭的一流量计或简单地一定时计，也可自动停止泵。
根据本发明，本发明的系统设置成，与短杯咖啡芯筒相比该系统利用其泵装置为长杯咖啡芯筒提供较高的流速。能否提供较高流速可通过插入机器的芯筒的类型(芯筒S或L)，并且更具体地通过在提取时该芯筒会产生的压力来确定。在提取期间压力会达到的水平可由芯筒中容纳的咖啡量确定，即通过芯筒L中较高的咖啡粉量来确定。具体地，第二芯筒L中容纳的咖啡比第一芯筒S中在重量上多至少10％，优选地多至少20％。例如，定量装入用于提供较长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。芯筒的总容积是10到30ml，优选地15到20ml，尤其优选地大约为15ml，并且这对于L和S芯筒是相同的。L芯筒容纳更多的咖啡，因此被填充得较多，而S芯筒内部的自由空间更大。
结果，为了从芯筒S制备一通常为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为大约50到150克/min。本发明的第二芯筒L允许相同的提取装置提供160到300克/min的流速，从而制备大约100克的长杯咖啡提取物使用者只需等待大约25-45秒。如果使用者用芯筒S一进行长杯咖啡的提取，则必须等待45到130秒，这不仅不方便，并且会导致生成不受欢迎的“过分提取”的气味。
为了在长咖啡芯筒L内得到较高的流速范围，已确定，该装置的芯筒和打开装置必须设置成相互依赖的，以在一低于在第一芯筒和打开装置内保持的打开压力的打开压力下提供咖啡提取物。优选地，在由打开装置打开之前第二芯筒内保持的压力比在由打开装置打开之前第一芯筒内保持的压力低至少20％，并且第二芯筒的内部压力比第一芯筒的内部压力低至少20％。图3示出对于由芯筒S得到的短杯咖啡提取物和由芯筒L得到的长杯咖啡提取物的压力曲线的示例。例如，对于一短杯咖啡，芯筒S在大约6.5bar的压力下打开，而对于长杯咖啡，芯筒L仅在大约3bar的压力下打开。对于芯筒L提取压力达到一值为大约10bar的较稳定的压力水平，而对于芯筒S，提取压力达到大约14bar的水平。压力的差异可提供品质属性与期望的饮料相符的咖啡。
除了芯筒内的材料的量之外，根据将提取哪个芯筒—即“短杯的”还是“长杯的”芯筒，通过在系统中使用不同构造的打开装置，还可控制流速并从而控制提供时间。实际上，通过改变接合装置和/或保持装置的特性可得到打开装置的差别。
首先，将保持装置的差异视为根据期望的咖啡类型进一步控制工作条件的优选条件，长杯芯筒L的薄膜可优选地设定成具有小于芯筒S的薄膜的抗穿刺性。抗穿刺性对流速有重要影响。芯筒L的抗穿刺性应比芯筒S的抗穿刺性至少低10％。优选地，芯筒L的抗穿刺性应比芯筒S的抗穿刺性至少低30％，最优选地低50％。在优选示例中，芯筒L的抗穿刺性应比芯筒S的抗穿刺性低大约40％。芯筒L的抗穿刺性的值优选在0.6到1.1mJ的范围内，而芯筒S的抗穿刺性的值优选大于1.1mJ。使用任何合适的方式，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，可得到较低的抗穿刺性。对于铝材料，芯筒L的薄膜的厚度优选为15到25微米，最优选是约20微米，芯筒S的薄膜的厚度是25到35微米，优选是约30微米。
除了薄膜的抗穿刺性之外，另一种控制芯筒L比芯筒S早地打开的方法是，使接合装置13与芯筒S的接合装置相比具有更锋利的设计。因此，当考虑到芯筒L的提取时，接合装置13可设计成可拆除的并可用其它接合装置替换的。替换接合装置可以手动进行或通过提取装置本身自动执行，例如通过提取装置读取该芯筒支持的代码，并根据读取的代码保持或改变接合装置。接合装置也可一体地装入芯筒并且在两个芯筒之间是不同的(即，在L芯筒内一体地装入更锋利的接合装置)。
已经证明芯筒内咖啡粉的粒度对于将芯筒L的流速设定成高于芯筒S的流速也具有重要的作用。当芯筒L中的粒度为300到600微米而芯筒S中的粒度为200到400微米时可获得较高的流速。较大的颗粒尺寸形成的压力降较小，从而泵可以提供较大的流速。
堆积密度也影响流速。具体地，芯筒L的堆积密度保持比芯筒S的堆积密度高。因此，芯筒L的堆积密度应为390到500g/l，而第一芯筒的堆积密度应为300到430g/l。如果不受理论的限制，可以假设，已经过对于从事咖啡研磨技术的人已知的“规格化”或“稠化”处理的咖啡粉颗粒可压缩性变小，因此更易于在咖啡堆积层中保持较大的流可通过的开放流通道。
图8和9示出本发明的系统的一个变型，其中打开装置是芯筒的整体的一部分，而提取装置仅具有一喷射装置和一用于芯筒的接收器，但是没有接合装置。更确切地，该系统包括至少一个设计成提供短杯咖啡提取物的第一芯筒或芯筒S，和至少一个设计成提供长杯咖啡提取物的第二芯筒或芯筒L；芯筒S和L集成有其自己的打开装置，所述打开装置在精确确定的进入芯筒的流体的压力水平的作用下打开。该芯筒S和L包括一容器部分30，一沿容器部分的周向边缘37密封地设置的上部盖31，一具有一用于流体输出的收集器(collector)的下部出口32和一打开装置33。该打开装置设计成具有一薄膜34和一刺穿、切开或撕裂板35。容器部分、其盖和薄膜共同限定了一用于咖啡粉的气密的腔室36。提取装置D具有一带一芯筒保持件110的接收组件100和一喷射部120。芯筒保持件适于接纳容器部分并留下一足以使得液体提取物在这里通过而不会接触该装置的通道，从而如图9所示不会发生交叉污染。从一水容器740中提取水，并通过一水泵730在压力下供应水，并在沿流体线路720通过喷射装置700例如针头等将水喷射到芯筒中之前，最终用一加热器750加热水。在围绕芯筒封闭该装置时，在保持件110的腔室的周向上设置一密封装置111以保持上表面流体密封，并且该密封装置使得可在芯筒的腔室36内适当地形成压力。不管芯筒的类型如何，即用于短杯或是长杯咖啡，尽管提取特性/条件不同，提取原理是相同的。当水进入芯筒时，在腔室36内形成压力，这使保持装置或薄膜34压靠在接合装置35上并最终在预定打开压力下被刺破、打破或撕破。当开始通过芯筒的出口32输送液体提取物时，压力继续增加到一基本恒定的提取压力水平。当泵停止时，压力下降并且液体停止通过出口排出。
类似地，芯筒S和L设计成具有同样的外部构造和不同的提取特性，以便可在不到60秒的时间内提供短杯和长杯咖啡提取物，其中以较高的流速提供长杯咖啡提取物。具体地，长杯咖啡芯筒中的定量装入的咖啡粉的量比短杯咖啡芯筒中定量容纳的咖啡粉量至少多0.2倍。优选地，芯筒的饮料分配机构的打开装置还包括(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的薄膜由一种具有比芯筒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、打破或撕裂板比芯筒S的刺穿、打破或撕裂板具有更锋利的设计。
示例对于下面的所有示例，使用同样的提取装置，而且没有改变机器的泵、加热器、水喷射元件或任何其它元件。在这里使用的是NespressoC300机器(市场上可以买到)。
下面说明抗穿刺性、粒度和堆积密度的测量规程。
抗穿刺性对每种薄膜类型取10个样本进行试验从待测试的材料上切下至少10个样本。分两行从卷轴上提取试样，在卷轴的宽度上取5个样本。
使用直径为22mm的圆形冲裁模切割样本。
图4到6示出试样保持器。它包括两个螺纹部一内螺纹部40和一外螺纹部41。样本放置在内螺纹部40内，涂漆面朝上(从铝侧进行试验)。
将直径d2为22mm的外螺纹部旋入内螺纹部并拧紧。
如图7所示，穿刺探针是一长度为10mm直径为1mm的圆柱体，并且具有一(半径为0.5mm的)半球顶端。该探针连接在十字头上的拉力试验机的测力计上。试验机由一可进行10mm/min十字头位移的拉力试验机构成，并装备有10N的测力计。一扁平的水平板件紧固在该装置的下部的、静止的固定装置上。
将容纳样本的样本保持件放置在所述板件上，并将十字头降低到一位置，在该位置探针进入样本保持器的5mm的孔(直径d1)内而不接触样本。相对于探针将样本保持器对中。
然后以每分钟5mm的速度向下移动十字头，直到达到0.1N的预载。
以10mm/min的穿刺速度开始试验。当达到所述预载时试验开始，并且一旦刺穿样本试验就停止。记录负荷和位移。穿孔点定义为负荷最大点。抗穿刺性定义为刺穿需要的能量，例如预在和穿孔之间压力-位移曲线下面的面积。多数拉力试验机软件例如MTS系统公司的4.06版TestWork4都可自动计算所述能量。
粒度使用一具有1000mm光学透镜的Malvern的“Mastersizer S”仪器通过激光衍射可确定颗粒尺寸分布。将1-2克的粉末散布在1升的丁醇内，并且使其在激光束之前循环流动，以得到一15到20％之间的不透光性(obscuration)。通过衍射图案的Fraunhofer近似可得到颗粒的尺寸分布。整个试验要重复3次(或直到标准差＜5％)，并对结果求平均值。
堆积密度可使用Micromeritics的Geopyc仪器得到堆积密度。将5克R&G咖啡试样倾倒到直径为25.4mm的样品管内，并用10N的力压缩。然后用咖啡的质量除以通过仪器Geopyc得到的体积，从而得出堆积密度。
示例1具有咖啡沫的短杯咖啡在一铝制芯筒(“Cosi”型Nespresso芯筒)内放置5克咖啡粉。咖啡粉的平均颗粒尺寸为350微米。该芯筒包括一厚的铝制的被截短的杯子，该杯子在其边缘处卷曲并由一厚度为30微米的铝薄膜密封。测得该薄膜的抗穿刺性为1.3mJ。在研磨期间使咖啡粉规格化至一405g/l的堆积密度。使用一NespressoMachine“Concept”C300对图1和2的系统内的芯筒进行提取。对于本文中给出的所有试验和示例都使用同样的咖啡机。通过芯筒的流速为122g/min。泵在20秒后停止。结果得到具有以下品质属性的40克的短杯咖啡提取率20.8％总固体量(重量百分比)2.6％咖啡沫(糖试验)14秒。
示例2具有咖啡沫的长杯咖啡-黑的炒制混合型在与示例1相同的铝制芯筒内放置6.5克炒黑的咖啡粉。咖啡粉的平均颗粒尺寸为325微米。该芯筒包括一厚的铝制的被截短的杯子，该杯子在其边缘处卷曲并由一20微米的铝薄膜密封。测得该薄膜的抗穿刺性为0.8mJ。在研磨期间使咖啡粉规格化至一410g/l的堆积密度。在与示例1相同的系统内对该芯筒进行提取。流速为187g/min。泵在35秒后停止。结果得到具有以下品质属性的110克的长杯咖啡提取率25.8％总固体量(重量百分比)1.47％咖啡沫(糖试验)17秒。
示例3具有咖啡沫的长杯咖啡-轻炒制混合型在与示例1相同的铝制芯筒内放置6.5克轻微炒制的咖啡粉。咖啡粉的平均颗粒尺寸为312微米。该芯筒包含一厚的铝制的被截短的杯子，该杯子在其边缘处卷曲并且被一厚度为20微米的铝薄膜密封。测得该薄膜的抗穿刺性为0.8mJ。在研磨期间使咖啡粉规格化至450g/l的堆积密度。在与示例1相同的系统内对该芯筒进行提取。流速为179g/min。泵在37秒后停止。结果得到具有以下品质属性的110克的长杯咖啡
提取率26.0％总固体量(重量百分比)1.48％咖啡沫(糖试验)14秒。
示例4高的和低的抗穿刺性测试一具有高抗穿刺性的薄膜的第一咖啡芯筒。该芯筒内填充6.5克轻微炒制的平均颗粒尺寸为425微米的咖啡粉。将该咖啡粉规格化至一430g/l的堆积密度。芯筒的薄膜是铝制的并且厚度为30微米。测得抗穿刺性为1.3mJ。流速为112g/min，提供110克的长杯咖啡提取物需要60秒。
测试一具有低抗穿刺性的薄膜的第二咖啡芯筒。该芯筒内填充相同数量平均颗粒尺寸为430微米的咖啡粉。堆积密度相同(430g/l)。芯筒的薄膜是由厚度为20微米的铝制造，并且测得抗穿刺性为0.8mJ。流速为192g/min。提供110克的长杯咖啡提取物仅需34秒。
示例5-质量和粒度对提取时间的影响第一芯筒内填充了5克咖啡粉。咖啡研磨成平均颗粒尺寸为350微米。薄膜的厚度为30微米并且抗穿刺性为1.3mJ。规格化后的堆积密度为405g/l。流速测定为122g/min。提供110克的长杯咖啡提取物需要约54秒。
第二芯筒内填充了6.5克咖啡粉。咖啡的粒度和堆积密度与第一芯筒的咖啡相同。薄膜的厚度为30微米并且抗穿刺性为1.3mJ。流速测定为177g/min。提供110克的长杯咖啡提取物仅需37秒。
示例6-堆积密度对流速的影响第一芯筒内填充了6.5克粒度为353微米的咖啡粉。铝制薄膜的厚度为30微米并且抗穿刺性为1.3mJ。规格化后的堆积密度为405g/l。流速为177g/min。提供110克的长杯咖啡提取物需要约37秒。
第二芯筒内填充与第一芯筒内相同量的咖啡粉。粒度是353微米。薄膜的厚度为30微米并具有1.3mJ的抗穿刺性。堆积密度为432g/l。流速为290g/min。提供110克的长杯咖啡提取物仅需23秒。
由图10的曲线示出，在另一组对不同咖啡混合物进行试验中，流速的变化是堆积密度的函数。
权利要求
1.一种用于在同一咖啡提取装置内选择性地提供短杯咖啡液体提取物和长杯咖啡液体提取物的饮料系统，包括容纳咖啡粉的芯筒(2)；一用于一次接纳一个芯筒的接纳装置(10，100)和将压力下的水注入所述芯筒的泵装置；用于打开所述芯筒的装置，其中所述装置包括将压力下的液体保持在芯筒内的保持装置(21，34)，以及与所述保持装置接合以打开所述芯筒并提供咖啡液体提取物的接合装置(13，35)；其中所述系统包含至少一个适配成提供一短杯咖啡液体提取物的第一芯筒(S)，其特征在于所述系统包含至少一个第二芯筒(L)，所述第二芯筒具有与第一芯筒基本相同的外部构造和形状，从而可容纳在与第一芯筒(S)的接纳装置相同的接纳装置内，并且所述第二芯筒适配成当允许较大量的水从中流过时提供长杯咖啡液体提取物，其中用于长杯咖啡液体提取物的第二芯筒(L)设计成使得在提取过程中流过该芯筒的水流的速度大于第一芯筒(S)中的水流速度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用于提供长杯咖啡液体提取物的第二芯筒(L)中定量装入比定量装入第一芯筒(S)中的咖啡粉的量大的咖啡粉。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二芯筒(L)容纳的咖啡粉按重量比用于短杯咖啡提取物的第一芯筒(S)至少多10％。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二芯筒(L)容纳的咖啡粉比第一芯筒(S)至少多20％。
5.根据权利要求1或2的系统，其特征在于，用于提供长杯咖啡液体提取物的第二芯筒(L)内的定量装入的咖啡量确定成使得流动时间在160到300克/分钟之间，而且第一芯筒(S)内的定量装入的咖啡量确定为使得流动时间在50到150克/分钟之间。
6.根据权利要求1、2或3所述的系统，其特征在于，用于提供长杯咖啡液体提取物的第二芯筒(L)的提取率量在17到30％之间，并且总固体量按重量在1.1到1.9％之间。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，用于长杯咖啡液体提取物的第二芯筒(L)容纳6到8克的咖啡粉，而第一芯筒(S)容纳5到6克的咖啡粉。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，第二芯筒(L)的打开装置(13，21，34，35)和用于提供长杯液体提取物的装置设置成相互依赖的，以在一小于在第一芯筒(S)内保持的打开压力的打开压力下提供咖啡提取物。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在通过打开装置(13，21，34，35)打开之前第二芯筒(L)内保持的打开压力比在通过打开装置(13，21，34，35)打开之前第一芯筒(S)内保持的打开压力至少低20％，并且第二芯筒(L)的内部压力比第一芯筒(S)的内部压力低至少20％。
10.根据前面任一权利要求所述的系统，其特征在于，用于提供较长咖啡液体提取物的第二芯筒(L)中的咖啡的粒度高于第一芯筒(S)内的咖啡粉的粒度。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，第二芯筒(L)中的咖啡粉的粒度为300到600微米，而第一芯筒(S)中的咖啡粉的粒度从200到400微米。
12.根据前面任一权利要求所述的系统，其特征在于，第二芯筒(L)中的堆积密度高于第一芯筒(S)内的堆积密度。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，第二芯筒(L)中的堆积密度是390到500g/l，而第一芯筒(S)中的堆积密度是300到430g/l。
14.根据前面任一权利要求的系统，其特征在于，所述保持装置(21，34)可在芯筒内的压力的作用下在接合装置(13，35)上被撕破或切开。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述保持装置(21，34)是一薄膜，而接合装置(15，35)包括一具有突出件的表面。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，第一和第二芯筒(S，L)的不同流速可通过打开装置的不同设计实现，包括(a)第二芯筒(L)的薄膜(34)的抗穿刺性小于第一芯筒(S)的薄膜(34)的抗穿刺性，和/或(b)用于打开第二芯筒(L)的接合装置(35)做成具有比用于打开第一芯筒(S)的接合装置更锋利的设计。
17.一种适配成在根据权利要求1到16的任一项的系统内被提取的咖啡芯筒，其中该芯筒包括一容纳一定量咖啡粉的封闭的容器部分；一设定成当由于水进入该芯筒而在所述容器部分内已形成足够的内部压力时靠在所述系统的接合装置(13，35)上打开的保持薄膜(21，34)，其特征在于所述芯筒(L)设计成可以提供一在160到300克/分钟之间的流速；以及咖啡粉的量为至少6.0克。
18.一种根据权利要求17所述的芯筒，其特征在于，所述保持薄膜(21，34)的抗穿刺性为0.6到1.1mJ。
19.一种根据权利要求17或18所述的芯筒，其特征在于，咖啡具有300到600微米的粒度。
20.一种根据权利要求17到19中任一项所述的芯筒，其特征在于，所述咖啡具有390到500g/l的堆积密度。
21.一种根据权利要求17到20中任一项所述的芯筒，其特征在于，薄膜(21，34)是一厚度为15到25微米的铝制薄膜。
全文摘要
本发明涉及一种用于在同一咖啡提取装置内选择性地提供短杯咖啡和长杯咖啡的饮料系统，它包括容纳咖啡粉的芯筒(2)；一用于一次接纳一芯筒的接纳装置(10，100)和将压力水喷入芯筒的泵装置；用于打开芯筒的装置，包括将压力下的液体保持在芯筒中的保持装置(21，34)和与保持装置接合以打开芯筒并提供咖啡的接合装置(13，35)；其中系统包含至少一个适配成提供短杯咖啡的第一芯筒(S)，其中系统包含至少一个外部构造和形状与第一芯筒基本相同从而可容纳在相同的接纳装置(10)内的第二芯筒(L)，它适配成当允许较大体积的水从中流过时提供长杯咖啡，第二芯筒(L)设计成在提取时其中水的流速大于第一芯筒(S)中水的流速。
文档编号A47J31/40GK1656983SQ20051000841
公开日2005年8月24日 申请日期2005年2月18日 优先权日2004年2月20日
发明者Z·I·曼德拉利斯, P·科克, F·康皮什 申请人:雀巢技术公司