饮料/食品制备系统的制作方法与工艺

本公开涉及饮料/食品制备系统的改进，具体地说，本公开涉及饮料/食品制备系统，这些饮料/食品制备系统包括使用预先包装筒罐的类型的机器，这些预先包装筒罐包含饮料或食品成分。

背景技术：
饮料制备系统典型地包括饮料制备机和用来形成饮料的单次供应份量的一次性筒罐（也称作包囊或包套）。供这样的系统使用的筒罐预先包装有饮料成分，并且在使用之前密封。在使用中，筒罐在插入到饮料制备机期间或之后被刺穿，从而形成含水介质（例如水）进入筒罐和饮料离开筒罐的进口。这样的系统的使用可以扩展到某些类型的食品的制备，例如奶基点心等的制备。机器的大多数需要设计复杂并且用特定规格材料制成的专门设计的筒罐，以适应在制备过程中涉及的高压力，特别是对于煮制咖啡（espresso）饮料，因为筒罐的内部几何形状一般会使得能够在高压力下产生饮料/食品的所需质量。可选择地，制备参数必须由操作人员预先选择。现在提出的是，使用在筒罐与机器之间的接口以确定制备过程的参数，例如压力。

技术实现要素：
相应地，本公开提供一种用在机器中的筒罐，这种筒罐包含一种或更多种饮料或食品成分，该机器用来由所述成分制备饮料或食品；所述筒罐包括基座、在基座中的出口孔眼以及绕出口孔眼从筒罐基座延伸的轴环；其中，当将筒罐插入到机器的保持接受器中时，轴环与机器的元件相互作用，并且轴环构造成用以确定在制备过程期间在筒罐中的压力。筒罐轴环优选地包括一个或更多个间隙，所述一个或更多个间隙可以由在筒罐轴环中的堡状物形成。可选择地，筒罐轴环不包括间隙。优选地，筒罐的出口孔眼在使用之前由密封装置密封。本公开也提供一种用来由包含一种或更多种成分的筒罐制备饮料或食品的机器，所述机器包括：保持接受器，用来在制备过程期间接纳和保持筒罐；机器元件优选地包括，其中，机器具有元件，当将筒罐插入到保持接受器中时，该元件与筒罐的轴环相互作用；从而轴环构造成，凭借该轴环与机器元件的相互作用而确定在制备过程期间在筒罐中的压力。阀装置布置在保持接受器的下游，该阀装置在预定压力下打开，所述阀装置包括活塞，该活塞通常偏置到关闭位置中，在该关闭位置中，它与在使用中插入到保持接受器中的筒罐的轴环是可接触的。优选地，机器元件包括在保持接受器的下游形成的阀装置，该阀装置在预定压力下打开，所述阀装置由在使用中插入到保持接受器中的筒罐的轴环形成，并且通常偏置到其第一位置中，在该第一位置中，它与机器的元件是可接触的。优选地，阀装置还包括刺穿装置，当将筒罐插入到保持接受器中时，该刺穿装置用来刺穿筒罐。本公开也提供一种用来制备饮料或食品的系统，该系统包括机器和至少一个筒罐；在筒罐轴环中的一个或更多个间隙优选地使阀在第一压力下打开。在筒罐轴环中的间隙的缺少优选地使阀在第二压力下打开，该第二压力优选地高于第一压力。优选地，活塞由弹簧装置偏置到关闭位置中。当在关闭位置中时，活塞的上表面可以接触筒罐轴环的下表面。优选地活塞的上表面以及筒罐轴环的下表面的至少一部分对于水平方向按大致相同的角度倾斜。刺穿装置优选地设有至少一个用以提供液体流动路径的装置，从而当筒罐密封装置已被刺穿时，液体能够从筒罐的内部沿刺穿装置流动、并且流到腔室中，该腔室由轴环、密封装置以及活塞的上表面形成。优选地当在腔室中的压力大于弹簧装置的弹簧力时，活塞运动而脱离与轴环的接触，进入打开位置中。本公开优选地提供一种制备饮料或食品的方法，该方法包括如下步骤：选择筒罐；将筒罐插入到机器的保持接受器中；用刺穿装置刺穿筒罐；及将液体供给到保持接受器，从而使液体通过筒罐，以形成饮料或食品。尽管利用阀组件修改操作压力的已知机器，需要操作压力变化由手动或驱动装置或某种形式的鉴定系统设置，但在本系统中，正是在筒罐与机器的出口之间的界面控制阀的操作。因此，如果界面的元件的外部几何形状（即筒罐轴环的几何形状）改变，则会自动地影响所需要的压力变化，而使用者不需要做任何事情。因而，机器可以制造成具有预先限定的波峰打开压力，而实际操作压力由插入到机器中的筒罐限定。附图说明现在参照附图，仅以示例方式描述一种用来制备饮料和食品的系统的优选实施例，在附图中：图1是示意图，示出了用来制备饮料和食品的系统；图2和4是两个筒罐的横截面侧视图，这两个筒罐用在图1的系统中；图3和5分别是图2和4的筒罐的轴环的立体图；图6是在图1的系统的机器的一部分的示意图中的图2的筒罐的横截面侧视图；及图7和8是在图1的系统的机器的一部分的示意图中的图4的筒罐的横截面侧视图。具体实施方式这里描述的用来制备饮料和食品的系统包括机器和一个或更多个筒罐，该机器用来制备饮料和食品，所述一个或更多个筒罐包含用在机器中的一种或更多种饮料或食品成分。为了适合饮料和食品类型的选择，在制备过程期间需要不同的压力，在机器与筒罐之间的接口使得能够在至少两个、和优选地一定范围的不同压力下制备饮料和食品，而无需使用者干预。这优选地通过将机器在筒罐所处位置的下游设有阀而实现，并且阀的操作由在筒罐与阀之间的界面而确定，如下文描述的那样。用来制备饮料和食品的系统1在图1中示意性地示出。系统1的机器部分一般包括用于液体的储器10。尽管水可能是在制备饮料（例如咖啡）时使用的最普通的液体，但机器也能够处置其它液体，例如用来与饮料或食品成分相混合的奶或奶制品。这里对于水的任何参考也应该认为包括在制备饮料或食品时使用的任何形式的液体。储器10经流量计12流体连接到泵11上，该泵11又连接到水加热器13上。水加热器13流体连接到调制头14上。应该注意，本公开的系统不限于制备必须“调制”的产品；术语“调制头”的使用仅为了方便，因为它源于限于调制饮料的机器。调制头14包括筒罐鉴定装置15，该筒罐鉴定装置15将在下文中更详细地描述。阀16布置在导管中，该导管提供在水加热器13与调制头14之间的流体路径。阀16可以是扩张/收缩阀。如果液体流的压力是可接受的，则液体通到筒罐30。如果压力低于或高于预定极限，那么可以由阀防止液体流动。调制头14一般包括筒罐保持器（未示出），该筒罐保持器用来在使用中保持筒罐30。调制头14还包括诸如进口和出口刺穿器之类的装置，该装置用来在使用中在筒罐30中形成液体进入筒罐30的进口和用于制备饮料离开筒罐30的出口。流量计12、泵11、水加热器13及调制头14（和其它元件）连接到电子控制器17上。另外，在去往水加热器13的流入部和来自它的流出部处布置的水温监测器18、19也连接到电子控制器17上。机器的操作过程由内置在控制器17中的软件确定，例如像在EP-A-1440644中描述的那样。控制处理器的存储器包括用于一个或更多个操作参数的一个或更多个变量，所述一个或更多个操作参数用于机器。这些操作参数典型地包括在操作阶段期间待通过筒罐30的液体的温度、填充筒罐30的最佳速度、浸泡步骤的存在或其它、饮料或食品的总分配体积、在排出阶段期间液体的流量以及清洗阶段的周期。图2示出了筒罐30的第一样式，该筒罐30设计成在制备那些在制备过程期间需要低压力的产品（例如巧克力、咖啡、茶、增甜剂、浸果酒、调味剂、酒精饮料、调味奶、果汁、鲜果汁、作料及点心）时使用。为了这样的产品的制备使用的“低”压力的典型范围是0.5至2bar。图4示出了筒罐30的第二样式，该筒罐30设计成在制备那些在制备过程期间需要高压力的产品（例如煮制咖啡式产品，其中，希望的是产生乳沫(crema)）时使用。为了这样的产品的制备使用的“高”压力的典型范围是2至16bar。筒罐30的整体形状是大致圆形的或圆盘形的。典型地筒罐30的整体直径是45mm±5mm，并且整体高度是40mm±5mm。典型地筒罐300、320当组装完成时的体积是50ml±20%，尽管这将依据其中包含的食品或饮料成分的性质而变化。筒罐30典型地包括第一部件31，该第一部件31一般包括钵形壳体，该钵形壳体具有环形壁32、敞开嘴口及基座34。环形壁32和基座34一起限定接受器，该接受器具有腔室35。饮料或食品成分33放置在腔室35中（见图6），并且嘴口使用适当工艺（例如热或超声波焊接）用第二部件36密封，该第二部件36提供盖。在基座34的中部是出口孔眼37，该出口孔眼37由环形轴环38围绕，该环形轴环38远离基座34突出。低压筒罐30的轴环38（图2）包括一些堡形物39，这些堡形物39在它们之间具有间隙39a。高压筒罐30的轴环38（图4）是实心的，没有这样的堡形物39。轴环38的下表面40优选地对于水平方向成倾斜角度。在使用之前，出口孔眼37由隔膜41密封，该隔膜41优选地与基座34整体地形成。每个部件31、36由高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、或这些材料中的两种或更多种的层合物形成为单个整体件。不透气材料层42，例如EVOH，可以结合在部件31、36中。用来制造部件31、36的适当工艺是注射模制。机器优选地适于包括阀50，该阀50布置在饮料/食品输送出口20中，以提供在筒罐30内的制备过程的压力控制。阀50优选地包括保持器51，该保持器51安装在输送出口20中。刺针52、或其它类型的刺扎装置，在一个端部53处连结到保持器51上。刺针52的另一个端部54是尖锐的，以提供用来刺穿隔膜41的装置。刺针52可以设有一个或更多个凹槽55，所述一个或更多个凹槽55从尖锐端部54沿刺针52的外表面的一部分延伸。绕刺针52布置的、并且相对于其可运动的是活塞56，该活塞56具有中心孔57。孔57是台阶形的，具有较细段58和较粗段59，刺针52的尖锐端部54穿过该较细段58，该较细段58向活塞56的远侧端部60延伸，该较粗段59向活塞56的近侧端部61延伸。所形成的向内台阶提供定位座62，该定位座62用于定位压缩弹簧63的一个端部，该压缩弹簧63也绕刺针52布置在活塞孔57的较粗段59内。弹簧63的另一个端部安装在保持器51内，从而将活塞56远离保持器51向饮料输送出口20的顶部偏置。弹簧63的偏置力设定阀50的开启压力。作为对于弹簧机构的一种可选择例，可以用弹性体来使刺针52偏置。活塞56的远侧端部60包括沿径向延伸的凸缘64。凸缘64的上表面65、或其一部分可以按与轴环38的下表面40的角度大体相同的角度向下（即，向凸缘64的周界）倾斜。相对于水平表面，倾斜表面是更优选的，因为它具有使活塞56自对中的能力，并且能够形成更好几何形状以便用来剪切液体以产生泡沫。机器的操作包括：将筒罐30插入到调制头部17的筒罐保持器中；进行制备循环和进行分配循环，在该制备循环中，制备饮料/食品，在该分配循环中，分配饮料/食品；及从机器除去（基本上）空的筒罐30。当将筒罐30放置在调制头14中的筒罐保持器中，如在图6中示意表示的那样，并且关闭筒罐头部时，迫使刺针52通过隔膜41，由此刺破它，并且打开筒罐出口孔眼37。迫使轴环38的下表面40与凸缘上表面65相接触。弹簧63将活塞56偏置到与轴环38相接触的“关闭位置”中，并且保持在表面40、65之间的良好接触。制备循环典型地具有四个主要阶段，尽管不是全部这些阶段都用于所有饮料或食品类型：1.预先湿润2.暂停3.调制阶段4.清洗在预先湿润阶段中，筒罐30借助于泵11用来自储器10的在压力下的液体填充。进口刺扎器刺穿盖36，以提供用于液体进入筒罐和通到调制腔室35中的流动路径，在该调制腔室35处，液体与包含在其中的成分33相混合。用液体填充使得在腔室35中的成分被湿润。填充可以发生在例如600ml/min的“快速”流量下，或者在例如325ml/min的“慢速”流量下。慢速填充速率对于包含粘性液体成分的筒罐30特别有用，其中，成分在它们能够在较高体积流量下泵送之前需要某种稀释。选择注入到筒罐30中的液体的体积，以保证液体或饮料/食品成分在这个阶段期间不离开出口孔眼37。暂停阶段允许以预定时间段将成分浸泡在液体（该液体在预先湿润阶段期间注入）中。预先湿润和浸泡阶段二者都是已知的，以增加来自成分的可提取物的产量，并且改进最终产品的最后味道，并且在成分是烘制和磨细咖啡的场合，浸泡是特别有用的。在调制阶段中，液体通过筒罐30，以便从成分33产生饮料或食品。液体的温度由控制器17确定，该控制器17将指令发送到加热器13，以加热从储器10通到调制头14的液体。液体进入筒罐30，并且然后通到筒罐30的腔室35中。在制备的饮料或食品离开筒罐出口，通过输送出口20，及可能被引入适当放置接受器21中之前，在筒罐30中发生产品的调制和/或混合。由液体通过成分33形成的饮料或食品穿过出口孔眼37通过到筒罐30外，并且沿刺针52到被刺破的隔膜41的另一侧。凹槽55帮助提供通过被刺破的隔膜41的液体流动路径，特别是在隔膜41由相当刚硬材料制成、从而由刺破形成的间隙不会过分地大于刺针52的直径的场合。在低压筒罐30（图7）中，轴环38的堡形物39之间的间隙39a提供用于饮料或食品的通路，以穿过其流到输送出口37中。在高压筒罐30（图8）中，在轴环38中没有这样的间隙。因此随着饮料/食品沿刺针52流过刺破隔膜41，它初始收集在腔室66中，该腔室66由轴环38的侧壁、隔膜41的未刺破部分及活塞56的远侧端部60形成。这允许在筒罐腔室35内部积聚压力。当压力足以克服弹簧力时，迫使活塞56远离轴环38进入“敞开位置”中，由此打开在表面40、65之间的间隙67（图8），以允许饮料或食品流出到输送出口20中。在清洗循环期间，水加热器13的温度升高得足以将在系统中剩余的液体转化成蒸汽，并且将加压蒸汽吹过机器和筒罐30。这保证全部饮料或食品都被分配，并且保证流动路径被清理，准备好分配另一种饮料或食品。清洗循环可能在调制/混合阶段的停止时不立即开始，以允许流体的大部分流出流动路径。一旦操作循环已经完成，机器就自动地停止，并且消费者通过打开筒罐保持器和手动地除去和布置筒罐30而除去筒罐30。可选择地，机器可以设有自动弹出机构，该自动弹出机构用来在打开筒罐保持器时自动地除去筒罐。阀50和外部筒罐几何形状的组合，如由轴环38提供的那样，使机器1因而能够产生各种饮料或食品，因为它允许依据对于在筒罐300中的成分33需要的循环的类型，在制备循环期间选择性地在高压力或低压力下制备筒罐30。然而，与现有技术系统的任一种不同的是，所需的压力由筒罐30的外部几何形状鉴定，因而提供一种自动可变压力系统。这样一种机器能够在例如从0至9bar的压力范围下产生饮料；更优选地能够在从0至6bar的压力范围下产生饮料。可以使用用于轴环38的另一些可选择构造。对于低压筒罐30，轴环38不必是堡形的，而是可以在轴环38的侧壁中包括一个或更多个孔眼、孔口或其它形式的间隙，这使流体能够从出口孔眼37通到输送出口20。在另一个实施例中，将弹簧加载阀结合在筒罐轴环38中，而不是结合在机器中。适当弹簧装置可以用来将轴环38偏置成与固定元件的上表面65相接触，该固定元件代替活塞56。当在高压饮料或食品的制备过程期间在腔室66中达到必需压力时，迫使轴环38远离固定元件，而不是相反，以打开在表面40、65之间的间隙67。