特别用于制备冲煮的咖啡的含有饮料粉末的胶囊的制作方法

本发明涉及一种含有饮料粉末的胶囊，其特别适用于制备诸如可可、茶或咖啡的饮料。

背景技术

在过去的几年中，随着咖啡垫的使用，咖啡胶囊已经越来越多地用于制备小分量(inportions)饮料，特别是用于制备冲煮的(煮的，调制的，brewed)咖啡，该胶囊包括通常由不锈钢、铝或塑料材料制成的壁。这种胶囊允许在较长时间内储存咖啡粉而不会有显著的香气损失。此外，这种胶囊使得能够快速且用户友好地制备一部分具有所需咖啡香味的咖啡，其中将具有所需类型咖啡的胶囊插入适当适应的咖啡机中，其中将热水加压穿过胶囊并由此准备了冲煮的咖啡。然而，由于所应用的胶囊材料以及具有复杂生产过程的胶囊结构等，这种胶囊相对昂贵。此外，这种胶囊对环境方面是有疑问的。一方面，该胶囊是不可回收的，并且在使用后经常被消费者作为残余废物丢弃。因此，实际上没有咖啡胶囊的再循环，这对于铝制咖啡胶囊尤其关键，因为铝的生产是非常耗能的，这就是为什么这种胶囊导致特别糟糕的co2足迹的原因。另一个巨大的缺点是这类胶囊不是生物可降解的，并且因此不能在生物学上丢弃。鉴于仅在德国，每年使用的咖啡胶囊就远超过30亿的事实，这是一个严重的问题。

为了至少部分地避免上述问题，已经提出了由可替代的材料制成的胶囊的提议。

例如，在wo2010/006979中，提供的胶囊在内部填充有咖啡或茶，并且包括胶囊壁，其与胶囊内容物一起含有作为结构组分的水。然而，为了获得稳定的胶囊壁，必须将胶囊冷却到结构组分的凝固点以下，因为如果超过其凝固点，结构组分会熔化并从而润湿胶囊内容物。自然地，这显著地限制了这类胶囊的使用。

在wo2009/053811a2中，描述了一种胶囊，其可含有研磨咖啡、卡布奇诺粉、巧克力粉、奶粉或茶粉。该胶囊由两个形成胶囊壁的半壳组成。胶囊壁由在冲煮操作中溶解的水溶性材料组成。在这种构思中，胶囊壁材料在冲煮操作过程中溶解，并且因此成为所制备的饮料的一部分，这可能对其味道产生不希望的影响。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的是提供一种用于制备小分量饮料粉末的饮料(诸如巧克力、茶或咖啡)的胶囊，其不仅可容易且成本有效地生产，而且其特别地是可生物降解的并因此可以以环境友好的方式丢弃，适合于同样在较长时间内储存胶囊内容物而没有显著的香气损失，并且根据其设计而可以与不同的饮料机一起使用。

根据本发明，通过提供一种胶囊解决了这一目的，该胶囊特别地用于通过将将水引入该胶囊而从饮料粉末制备饮料，特别是从咖啡粉制备咖啡，该胶囊包含由至少一种多糖组成的胶囊体，该胶囊体填充有含有多糖的粉末，其中该胶囊体被至少一个涂布层包裹，其中该至少一个涂布层包含交联多糖，其中该交联多糖通过使一种多糖与交联剂交联而获得。

该解决方案基于的认知是，包含由至少一种多糖组成的并且被由交联多糖制成的至少一个涂布层包裹的胶囊体的这类胶囊，其不仅包含为使用这类胶囊用于制备小分量饮料诸如咖啡所需的所有必要特性，而且还特别地是环保型一次性使用的。具有由一种交联多糖制成的至少一个涂布层，其特别地足够稳定以提供充分的运输安全性和触摸保护。此外，胶囊可以承受甚至如在冲煮饮料的制备过程中可能发生的高压。除此之外，根据本发明的胶囊保护胶囊内容物，因为由交联多糖制成的至少一个涂布层还在较长时间内不存在显著香味损失的风险。这是因为涂布层密封了由多糖制成的通常可透气的胶囊体的表面的事实。此外，交联多糖的涂布层充当额外的氧气屏障。由此，胶囊体和交联多糖涂布层的组合确保了胶囊内容物的香气的保存。根据本发明所述的胶囊的另一个优点是，在制备饮料期间，该胶囊体和该至少一个涂布层都不溶解，并且因此所制备的饮料的味道不会发生扭曲(变味，distortion)。除此之外，根据本发明所述的胶囊可以容易且成本有效地生产。另一个关键优点是，该胶囊体和由交联多糖制成的该至少一个涂布层都是完全可生物降解的，并且因此可以以环境友好的方式丢弃。由于多糖既不是化石来源的也不是合成来源的，因此这类多糖的产生需要相对较少的能量，并且因此根据本发明所述的胶囊具有有利的co2足迹。

原则上，关于该至少一个涂布层的多糖的化学性质，本发明没有限制。如果该至少一个涂布层的多糖选自于由淀粉、纤维素、甲壳素、角叉菜、琼脂和藻酸盐(海藻酸钠，alginate)组成的物质组，则特别地获得了良好的结果。特别优选的是，该至少一个涂布层的多糖是角叉菜或藻酸盐，其中非常特别优选该至少一个涂布层的多糖是藻酸盐。在本发明的框架内，发现这些多糖在饮料制备过程中不会引起味道的任何扭曲。此外发现，在本发明的框架内，可以容易且成本有效地涂布具有藻酸盐的多糖的胶囊体。因此，藻酸盐是可生物降解的并且提供足够稳定的外壳并保护胶囊内容物而没有显著的香气损失。此外发现，在本发明的框架内，藻酸盐适合于降低水的硬度。这也有助于防止或至少减轻令人不愉快的酸味。

对于本发明来说必要的是，该至少一个涂布层的多肽是交联的。根据本发明的一个实施方式，还可以通过共价键实现多糖的交联。通过共价键的交联使得非常可持续的涂布层成为可能。原因在于，通过共价键的交联通常通过多糖与合适的交联剂的反应来进行。特别是双官能有机化合物适合作为交联剂，其中该官能团选自于例如包括羧酸、羧酸盐、活化羧酸、胺、醇、醛和酮的组。在本文中，活化的羧酸是羧酸卤化物、羧酸的活性酯、羧酸的酸酐或羧酸的其它活性衍生物。

因此，可以在不使用间隔子(间隔体，间隔物，spacer)的情况下进行交联，特别是不使用多元醇间隔子。

然而，也可以用间隔子，特别是多元醇间隔子进行交联。多元醇间隔子优选为脂族、环状或芳族多元醇，并且特别优选乙二醇、丙三醇、二缩三乙二醇(三甘醇，triethyleneglycol)、聚乙二醇、山梨糖醇、葡萄糖、果糖、半乳糖、花青素、柯里拉京(corilagin)、双没食子酸、没食子酸或单宁酸。利用多元醇间隔子，实现了涂布层的特定弹性，并且可以特别地影响水吸收和蒸汽渗透性。

根据本发明的可替代的和特别优选的实施方案，该至少一个涂布层的多糖通过离子键和/或配位键交联。这类通过离子键和/或配位键交联的多糖可以特别容易地制备，并且不会损害所用多糖的生物降解性。通过例如含有阴离子基团诸如羧酸根基团或磺酸根基团的多糖可以实现离子和/或配位交联。通过插入二价或更高价的阳离子，特别是碱土金属离子，进行多糖阴离子基团的离子或配位交联，以形成稳定的包裹层。

在本文中，配位键是指电子对供体和电子对受体之间的相互作用，例如，在羟基中的氧原子的自由电子对和阳离子之间可能发生的相互作用。

非常特别优选地，交联多糖是碱土金属藻酸盐，并且最优选的是藻酸钙。在这种情况下，钙离子是交联剂，因为它们与藻酸盐的基团形成配位键或离子键。在本发明的框架内，令人惊讶地发现，包含藻酸钙的涂布层提供了不溶于水的层，该层不会损害通过使用该胶囊制备的饮料的味道，并且提供了胶囊的足够稳定性以确保运输安全性和触感保护而不会对胶囊内容物造成显著的香气损失。此外，藻酸钙具有突出的可生物降解性能。另一个优点是，藻酸钙是e批号为e405的经批准的食品添加剂，并且因此是对健康无害的。

为了进一步发展以本发明为基础的思想，建议涂布层包含纤维以增加该涂布层的机械稳定性。这些纤维可以是多糖纤维，因为它们是可生物降解的，其中特别是纤维素纤维诸如棉纤维可以达到良好的结果。该纤维优选为长纤维，即优选长度为至少100μm，优选至少1mm，且特别优选至少5mm的这类纤维。这些长纤维适于吸收层中的高拉伸力。

作为纤维的替代物，或者甚至除了纤维之外，该至少一个涂布层还可以包含由这类纤维制成的纱线或组织。

原则上，根据本发明所述的胶囊可仅包含一个由交联多糖制成的涂布层。为了增加胶囊的稳定性并从而提高运输安全性和触摸保护，建议进一步发展以本发明为基础的构思，即根据本发明的胶囊包括两个或更多个涂布层。优选地，胶囊体被2至100个涂布层包裹，特别优选地具有2至20个涂布层，非常特别优选地具有2至10个涂布层，并且最优选地具有2至5个涂布层。通过用两个或更多个涂布层涂覆胶囊的胶囊体，在特别高的程度上达到了涂层作为氧气屏障的效果以及有效芳香保护的相关提供的效果。

根据本发明另一个特别优选的实施方式，该胶囊体的涂层由2至100、优选2至20、特别优选2至10并且最优选2至5个藻酸钙层组成，其任选地含有纤维素纤维。

取决于藻酸钠溶液的粘度和施加的过程，单个涂布层包含40至600μm的厚度。对于第一涂布层，特别优选的层厚度为70至350μm，因为它们结合了包括稳定性和干燥速度之间的最佳。随后的层优选更薄并且优选在40和200μm之间，以便能够快速干燥。

因此，为了更容易地除去凝胶中含有的水，并且为了促进交联剂即钙离子快速扩散到藻酸钠中，优选薄的涂布层。原则上，借助于更高浓度的交联剂，也可以提高钙离子扩散到藻酸钠中的速度；然而，在该变型的实际实施方式中，薄涂层被证明对扩散速度和处理是有利的。

原则上可以仅部分地利用至少一个涂布层涂覆根据本发明所述胶囊的胶囊体。然而，优选胶囊体被至少一个涂层完全包裹。

关于填充根据本发明所述胶囊的胶囊体的材料，本发明没有特别限制。如果胶囊体填充有选自由咖啡、茶、饮用巧克力、可可粉和奶粉组成的组的材料，则尤其可以实现良好的结果。如果胶囊体填充有研磨的咖啡粉，则特别地实现了良好的结果。

填充根据本发明所述胶囊的胶囊体的材料可以是压缩的粉末或未压缩的粉末，即粒料。

关于胶囊体的形式，本发明也没有特别限制。胶囊体可以特别地具有与现有胶囊饮料机相容的任何形状，诸如市售的胶囊咖啡机。特别是如果胶囊体具有中空圆柱形状、具有在中空圆柱体前侧的套环的中空圆柱体、中空的截锥体(截头圆锥体，truncatedcone)、在中空截锥体前侧具有套环的中空截锥体或在内部是中空的立方体的形状，则实现了良好的结果。中空圆柱体和中空截锥体可以在所有侧面上闭合，即在前侧也是封闭的，或者在一个或两个前侧面上开口，由此仅是壳面是封闭的。作为替代，中空圆柱体和中空截锥体的开口前侧也可以用膜或多糖封闭，该膜或多糖分别不同于中空圆柱体或中空截锥体的外壳表面的膜或多糖。与中空圆柱体或中空截锥体的壳表面的多糖相比，在两前侧的多糖可以特别地更容易穿孔，例如，可以通过分别在中空圆柱体或中空截锥体的前侧施用比该中空圆柱体或中空截锥体的壳表面更薄的纸板或更薄的纸，和/或通过分别在中空圆柱体或中空截锥体的前侧施用比该中空圆柱体或中空截锥体的壳表面更小刚性的纸板或更小刚性的纸，来实现这一点。

为了进一步发展以本发明为基础的构思，建议提供一种由纤维状多糖组成的胶囊体，以给予胶囊体适当的机械稳定性。该纤维状多糖尤其可以是由淀粉、纤维素、甲壳素、角叉菜、琼脂和藻酸盐制成的纤维材料。特别优选的是由纤维素纤维制成的纤维材料，由于它们价格低且强度高，因此具有高度可用性。可以组成胶囊体的特别优选的纤维材料是纸、纸板和硬纸板(卡纸板，cardboard)。优选地，该胶囊体的厚度为0.1至10mm，优选0.25至2.5mm，特别优选0.5至1.5mm。

本发明的另一主题是包含由纸、纸板或硬纸板制成的胶囊体的胶囊，其填充有选自由咖啡、茶、饮用巧克力、可可粉和奶粉组成的组的物质的粉末，其中该胶囊体涂有1至100、优选2至20、特别优选2至10且最优选2至5个藻酸钙的涂布层，该涂布层任选地含有纤维素纤维，诸如棉纤维。

本发明的另一主题是一种用于生产胶囊的方法，其包括以下步骤：

i)提供由至少一种多糖组成的胶囊体；

ii)利用由多糖组成的粉末填充该胶囊体；

iii)用处于溶剂中的多糖的溶液或用处于分散剂中的多糖的分散液润湿步骤ii)中获得的胶囊体的至少部分表面且优选整个表面；

iv)使步骤iii)中获得的该胶囊体与至少一种交联剂接触；以及

v)干燥步骤iv)中获得的胶囊体。

润湿步骤iii)中的胶囊体优选地以利用多糖的溶液或分散液润湿胶囊体的至少一部份表面且优选整个表面的方式来进行。根据步骤iii)和iv)所述的使胶囊体润湿或接触的步骤可以彼此独立地进行，例如分别通过利用多糖的溶液或分散液或者利用交联剂浸渍、喷涂或涂覆胶囊体。

根据本发明所述的方法使得可以均匀地包裹胶囊体，例如特别是如果胶囊体在其前侧还具有套环时，不会形成边缘或接合点。

该溶剂或分散剂优选为水基溶剂或分散剂。特别优选地，该溶剂或分散剂是水。

在步骤iii)中，优选用0.5至5重量％的碱金属藻酸盐水溶液润湿胶囊体。特别优选地，在步骤iii)中，用1至2重量％的碱金属藻酸盐水溶液润湿胶囊体。浓度小于0.5重量％时，碱性金属藻酸盐溶液浓度不够，粘度太低，无法在简单的润湿过程中将足够量的碱金属藻酸盐施加到胶囊体上以在后续步骤中产生足够稳定的包裹。如果碱金属藻酸盐的浓度超过5重量％，碱金属藻酸盐溶液的粘度太高，使得完全包裹的形成变得更加困难。此外，当碱金属藻酸盐的浓度大于5重量％时，涂层厚度增加，这使得干燥更加困难。此外，涂层厚度太高而不能以经济上可持续的方式干燥。

碱金属藻酸盐溶液优选是由藻酸盐和碱金属阳离子或相关阳离子例如铵离子组成的盐溶液。特别优选地，碱金属藻酸盐溶液是藻酸钠、藻酸钾或藻酸铵的水溶液。藻酸钠、藻酸钾和藻酸铵是经批准的食品添加剂，e批号分别为e401、e402或e403。这类涂料可毫无保留地用于食品。非常特别优选地它是藻酸钠的水溶液。

在根据本发明所述的方法中，在步骤iv)中，优选使胶囊体与1至15重量％，优选1至7重量％的碱土金属盐水溶液接触。在碱土金属盐浓度为1至15重量％且优选1至7重量％时，可以实现多糖的快速离子交联。碱土金属盐优选为钙盐，特别是诸如氯化钙。

为了利用多个涂布层涂覆胶囊体，可以将步骤ii)至iv)或ii)至v)重复多次，即优选2至10次，特别地优选2至10次，且最优选2至5次。

步骤v)中预见的干燥可以以不同方式进行，已证明各种干燥方法都是有效的。特别地但不是唯一地，在合适通道的空气流中通过干燥，由此胶囊体是自由浮动并且在其自身旋转中均匀地干燥，可以实现非常均匀的干燥过程。为了更好地吸收从形成涂布层中扩散出来的水，在吸收或温暖表面处的接触干燥也被证明是有效的。在一些类型的浮床通道中可以组合两种原理。作为可替代的高效干燥原理，也可以使用红外干燥器和微波干燥器。

本发明的另一主题是根据本发明所述的胶囊用于通过使根据本发明所述的胶囊与水接触而生产饮料的用途。优选地，该胶囊含有选自由咖啡、茶、饮用巧克力、可可粉和奶粉组成的组的材料。

取决于相应的需求，根据本发明所述的胶囊用于制备咖啡饮料的用途允许制备小分量饮料。根据本发明所述的用途的特定优点是仅产生可生物降解的废物。

当使用根据本发明所述的胶囊制备饮料特别是咖啡饮料时，在用水提取压扁或穿孔的咖啡胶囊之前优选将咖啡胶囊压扁或打孔。

在下文中，仅示例性基于有利实施方式并参考附图来描述本发明。

附图说明

由此，附图示出了以下内容：

图1a至图1c：根据本发明的三个实施方式所述胶囊的胶囊体的透视图，

图2a和图2b：根据本发明的两个实施方式示例所述的胶囊的示意性横截面，

图3a：根据本发明的一个实施方式示例所述的包裹有纤维的胶囊体的透视图，和

图3b：根据本发明的一个实施方式实例所述的胶囊的上半部分的示意性横截面。

具体实施方式

图1a至图1c所示的胶囊体的形状为：两前侧开口且在下前侧处具有套环的中空截锥体(图1a)；所有侧面封闭且在其下前侧处具有套环的中空圆柱体(图1b)；或各面封闭内部中空的立方体(图1c)。

图2a中以横截面示出的胶囊由填充有咖啡粉1的胶囊体2组成，该胶囊体2包含如图1a所示具有套环且两前侧开口的中空截锥体形状，其外部完全被由藻酸钙组成的涂布层3包裹。由于中空截锥体形状的胶囊体的两开口前侧，咖啡粉1仅在中空截锥体的壳表面处由胶囊体2包裹，而在中空截锥体的两前侧直接由涂布层3包裹。

在图2b中，示出了包含图1b所示胶囊体的胶囊的横截面。由于该胶囊体所有侧面均封闭，因此该实施方式中的咖啡粉1被胶囊体2在所有侧面包裹，该胶囊体2依次由涂布层3在所有侧面包裹。然后，胶囊体2的两前侧2b，2c由比胶囊体2的壳表面2a更容易穿孔的多糖封闭。因此，由于其坚固的壳表面，胶囊体具有高机械稳定性，然而，在咖啡机中可在其前侧容易地穿孔以将水引入到胶囊中。

图3a示出了图1c所示形状的胶囊体，其涂布有多层棉纤维。

图3b最后显示了胶囊的上半部分的横截面，该胶囊是通过在图3a所示的胶囊体上提供涂布层3而生产的。由此，咖啡粉1被图1c所示的胶囊主体2包裹，胶囊体2又被涂布层3a包裹，棉纤维3b嵌入其中。

下面基于说明但不限制本发明的三个实施例来例示本发明。

实施例1

将6.5g磨碎的烘焙咖啡1填充到由纸板制成的胶囊体2中，该胶囊体2根据图1a所示的实施方式成形。首先，从一侧用1重量％的藻酸钠水溶液涂覆如此获得的体。在用藻酸钠溶液在一侧涂覆该体之后，用5重量％的cacl2溶液对其进行喷涂。由于立即开始形成对触摸不敏感的凝胶层，还可以旋转成型体并且以相同的方式涂覆另一侧。随后，将该体在室温下在空气流中干燥两分钟。此后立即进行另一涂覆工艺，只是这次完全涂覆整个成型体。

以这种方式，在经过约20分钟的另一个干燥工艺之后，获得图2a中所示的咖啡胶囊。因此，填充有咖啡1的胶囊体2被涂层3永久地包裹。

在胶囊的上侧和下侧，咖啡粉仅由膜形式的涂层物质包裹。因此，该膜可以容易地穿孔，而胶囊体2形成对于冲煮操作和从咖啡机中的排出相应稳定的保护。

实施例2

如实施例1中所述进行加工，不同之处在于施加由根据图2a成型的纸板制成的胶囊体2，以获得如图2b所示横截面的咖啡胶囊。

由此，胶囊体2的前侧2b、2c被可以比胶囊体2的壳表面2a更容易穿孔的多糖封闭。由于其坚固的壳表面，胶囊体因此具有高机械稳定性，但是在咖啡机中其可以容易地在其前侧穿孔。

实施例3

通过折叠合适的纸板生产如图1c所示的胶囊体2。此后，如图3a中的示意图所显而易见的，在填充有咖啡粉1后，用由清洁棉制成的长纤维将胶囊体2包裹为立方体形式。在下一步中，用2重量％的藻酸钠水溶液涂覆胶囊体2。在用藻酸钠溶液涂覆成型体之后，用5重量％的cacl2溶液进行喷涂。

干燥约20分钟后，获得了具有如图3b所示结构的胶囊。咖啡粉1被纸板2包裹。在交联多糖的涂布层3a中，嵌入了棉的长纤维3b。

由此，实现了胶囊的非常稳定的结构。