用在饮料制备机器中的胶囊

摘要

本发明涉及一种在饮料制备机器中使用的限定出封闭的腔室的胶囊（1），所述封闭的腔室用于包封一定量的可溶解的和/或可提取的食品材料，所述胶囊包括（：i）胶囊侧壁（2）；（ii）能被所述机器的注射装置（4）刺穿的顶部膜（3），所述注射装置适于将处于压力下的提取液体注射到所述腔室内部；（iii）底壁（5）；（iv）适于通过与所述底壁（5）相对接合、在注射所述液体期间在所述腔室内的液体压力增大的作用下打开所述腔室的装置（6，7），其特征在于，顶部膜表面的至少待被流体注射装置（4）刺穿的部分包括弹性材料，该弹性材料具有高于1MPa、优选高于5MPa、更优选高于10MPa的抗拉强度以及大于100%、优选大于500%的断裂伸长率，使得所述顶部膜（3）在所述流体注射装置（4）已经从该顶部膜处移开以后以密封方式重新闭合。

权利要求

1.一种用于在饮料制备机器中使用的胶囊(1)，所述胶囊限定出封闭的腔室，所述封闭的腔室用于包封一定量的可溶解的和/或可提取的食品材料，所述胶囊包括：(i)胶囊侧壁(2)，

(ii)能被机器的注射装置(4)刺穿的顶部膜(3)，所述注射装置适于将处于压力下的提取液体注射到腔室内部，和(iii)底壁(5)，

(iv)适于在所述液体的注射期间在腔室中液体压力增大的作用下、通过与底壁(5)相对接合打开所述腔室的装置(6，7)，其特征在于，顶部膜表面的、至少待被流体注射装置(4)刺穿的部分包括弹性材料，该弹性材料具有高于1MPa的抗拉强度以及大于100％的断裂伸长率，使得所述顶部膜(3)在所述流体注射装置(4)已经从该顶部膜处移开以后以密封方式重新闭合。

2.根据权利要求1所述的胶囊(1)，其特征在于，在所述流体注射装置(4)已经从顶部膜处移开以后，所述顶部膜(3)能够承受至少1bar的流体压力而不泄漏。

3.根据权利要求1或2所述的胶囊(1)，其特征在于，所述底壁(5)是能刺穿的膜，该膜由铝、纸、塑料或它们的组合制成。

4.根据权利要求1或2所述的胶囊(1)，其特征在于，所述顶部膜(3)能被机器的液体注射中空针刺穿。

5.根据权利要求1或2所述的胶囊(1)，其特征在于，所述顶部膜(3)包括一个由弹性材料构成的单层。

6.根据权利要求1或2所述的胶囊(1)，其特征在于，所述顶部膜(3)是包括多个重叠的层的叠层件(8)，使得所述叠层件的构成层中的至少一层(9，11)由弹性材料制成，所述多个重叠的层一个接一个地至少部分地相互组合。

7.根据权利要求1或2所述的胶囊(1)，其特征在于，所述顶部膜(3)包括非弹性膜，该非弹性膜的至少一部分涂覆有弹性材料层。

8.根据权利要求7所述的胶囊(1)，其特征在于，所述弹性材料以液相涂覆到所述膜上，该弹性材料是作为热熔胶以超过熔融温度施加、然后在冷却时凝固的聚合物，或者该弹性材料具有冷的液体弹性体形式，该冷的液体弹性体随后通过热、电子束或UV处理而被凝固。

9.根据权利要求1或2所述的胶囊(1)，其特征在于，所述弹性材料是食品级硅树脂。

10.根据权利要求1所述的胶囊(1)，其特征在于，该弹性材料具有高于5MPa的抗拉强度。

11.根据权利要求10所述的胶囊(1)，其特征在于，该弹性材料具有高于10MPa的抗拉强度。

12.根据权利要求1或10或11所述的胶囊(1)，其特征在于，该弹性材料具有大于500％的断裂伸长率。

13.根据权利要求2所述的胶囊(1)，其特征在于，所述顶部膜(3)能够承受至少3bar的流体压力而不泄漏。

14.根据权利要求13所述的胶囊(1)，其特征在于，所述顶部膜(3)能够承受至少5bar的流体压力而不泄漏。

15.根据权利要求8所述的胶囊(1)，其特征在于，所述UV处理为UV光固化。

说明书

用在饮料制备机器中的胶囊

技术领域

[0001] 本发明涉及用在饮料制备机器中的胶囊，该胶囊的顶部的可刺穿膜能自动重新闭合。

背景技术

[0002] 饮料制备机器在食品科学和日用消费品领域中广为人知。这样的机器允许消费者在家制备给定类型的饮料，诸如咖啡饮料，例如，浓缩咖啡/蒸汽咖啡或煮泡咖啡。

[0003] 当前，大多数用于家庭式饮料制备的饮料制备机器包括由这样的机器组成的系统，该系统能容纳用于饮料制备的分份配料/成分的系统。这样的系统可以是软的袋或包、或者囊，但是越来越多的系统是半硬质或硬质部分，诸如硬的袋或胶囊。以下，认为本发明的饮料机器是与硬的胶囊一起使用的饮料制备机器。

[0004] 该机器包括用于容纳所述胶囊的容器和用于将处于压力下的流体（优选是水）注射到所述胶囊中的流体注射系统。在压力下被注射到胶囊中的水——根据本发明用于制备咖啡饮料——优选是热的，即在高于70℃的温度下。然而，在某些特殊情况下，也可以是在环境温度下。在提取和/或溶解胶囊内容物期间，针对溶解产品，胶囊内部的压力通常约是1至8巴（bar），针对烘烤和研磨咖啡，通常约为2至12巴。这样的制备过程与饮料制备的尤其是用于茶和咖啡的所谓“煮泡”过程有很大区别，区别在于煮泡涉及配料被流体（例如，热水）长时间地浸泡，而饮料制备过程允许消费者在几秒内制备好饮料例如咖啡。

[0005] 在压力下提取和/或溶解封闭胶囊的内容物的原理是已知的，其通常包括将胶囊限制在机器的容器内，一般是在利用刺穿注射构件——诸如安装在机器上的流体注射针——刺穿胶囊的表面以后将一定量的加压水注射到胶囊中，以便在胶囊内部形成加压环境，用以提取物质或溶解该物质，然后将被提取物质或已溶解物质释放出胶囊。允许应用这个原理的胶囊已经例如在申请人的欧洲专利EP1 472 156B1和EP1 784 344B1中描述。

[0006] 允许应用这个原理的机器已经例如在专利CH605 293和EP242 556中描述。根据这些专利文献，机器包括用于胶囊的容器、被制成中空针形式的穿孔和注射构件，该中空针在其远端区域中包括一个或多个液体注射孔。该针具有双重功能，即，其一方面打开胶囊的顶部部分，另一方面其构成水进入胶囊的进口通道。

[0007] 机器还包括用于储存流体的流体箱——大多数情况中这种流体是水——所述流体用于在压力下溶解和/或浸泡和/或提取容纳在胶囊内的配料。机器包括诸如煮器或热交换器的加热构件，该加热构件能将在该加热构件中使用的水加热到工作温度（典型地高达80-90℃的温度）。最后，机器包括用于使水从箱可选地经过加热构件流到胶囊的泵构件。藉由选择阀装置——诸如在申请人的欧洲专利申请EP2162653A1中所述的这种类型的蠕动阀——来选择水在机器内的流通方式。

[0008] 当待制备的饮料是咖啡时，一种制备所述咖啡的令人感兴趣的方式是向消费者提供含有烘烤和研磨咖啡粉末的胶囊，该粉末将要利用被注射到其中的水来提取。

[0009] 已经研制出了用于这种应用的胶囊，申请人的欧洲专利EP1 784 344B1或欧洲专利申请EP2 062 831中描述并要求保护这种胶囊。

[0010] 简言之，这样的胶囊通常包括：

[0011] -中空主体和注射壁，所述注射壁不透水也不透空气，并且该注射壁附接至所述主体并适于被例如机器的注射针刺穿，

[0012] -含有一层待被提取的烘烤及研磨咖啡粉末的腔室，

[0013] -设置在胶囊的底端处的铝膜，该铝膜封闭所述胶囊，用于保持胶囊中的内部压力，所述铝膜与刺穿装置关联，所述刺穿装置用于在胶囊内部的所述内部压力达到一定的预定值时在所述铝膜中刺出分配孔，

[0014] -可选地，构造成用于打断流体射流以降低注射到胶囊内的流体射流的速度并且使流体以减小的速度分布在物质（咖啡粉末）层上的装置。对于使用者而言重要的是知道机器中的水位何时低到不能制备整杯饮料。

[0015] 如图1中所示的现有技术的胶囊，其特征在于将要被饮料制备机器的流体注射针刺穿的顶部膜。当液体被注射到胶囊腔室中时，形成压力，所述胶囊腔室用作用于提取容纳在胶囊内部的配料的提取装置，如上所述。

[0016] 在现有技术胶囊中，当针从胶囊处移开时，在已经制备并且分配饮料以后，胶囊顶部膜已被刺穿并且留下了如图2中所示的孔。然而，在这种情况下，胶囊腔室内仍至少部分地存在提取流体压力“P”。

[0017] 如果胶囊包含可溶解的成分用于提取，则胶囊腔室通常包括一个单一部分，剩余的流体压力会跨腔室容积分布。

[0018] 如果胶囊腔室被分成多个部分，如图1和图2中所示，则剩余压力P存在于胶囊腔室的顶部部分。在这种情况下，待提取的配料——通常是烘烤和研磨咖啡“RG”——被包含在胶囊的中心部分内，胶囊腔室的一部分位于所述咖啡配料的上方，位于上方的这部分腔室能够容纳如图1所示的流体注射针。

[0019] 在所有情况下，由于在胶囊被使用以后仍存在于胶囊腔室内部的剩余压力P，液体射流——通常被称为“鲸效应（whale effect）”——可能会通过被机器针刺出的孔从胶囊顶部膜中喷射出来。这样的鲸效应在图2中示出。尽管这样的现象随机地且不经常发生，但是并不希望发生这种现象，因为飞溅出的热的液体会造成脏乱。另外，如果所述液体是与配料混合起来的水，则从洁净的角度来说同样不希望液体从胶囊顶部膜泄漏出来，因为液体泄漏会导致一些细菌在机器周围或者机器内部生长，这将迫使消费者在使用以后花费时间清洁机器以及机器的周围。

[0020] 因此，本发明的一个主要目的是提供防止如上所述的所谓“鲸效应”的胶囊。

发明内容

[0021] 上述提到的本发明由在饮料制备机器中使用的限定出封闭的腔室的胶囊实现，该封闭的腔室用于包封一定量的可溶解的和/或可提取的食品材料，所述胶囊包括：

[0022] （i）胶囊侧壁，

[0023] （ii）能被机器的注射装置刺穿的顶部膜，注射装置适于将处于压力下的提取液体注射到腔室内部，和

[0024] （iii）底壁，

[0025] （iv）适于在注射液体过程中在腔室内增加的液体压力的作用下、通过与底壁相对接合打开腔室的装置，

[0026] 其特征在于，顶部膜表面的至少待被流体注射装置刺穿的部分含有弹性材料，该弹性材料具有高于1MPa、优选高于5MPa、更优选高于10MPa的抗拉强度以及大于100%、优选大于500%的断裂伸长率，使得顶部膜在流体注射装置已经从该顶部膜处移开以后以密封/不泄漏方式重新闭合。

[0027] 适用于本发明的弹性材料应当具有低于150GPa的杨氏模量。

[0028] 由于材料的弹性，所以当机器的液体注射装置移动通过顶部膜时，顶部膜可以被容易地刺穿和变形。然后，在液体已经被注射到胶囊中以后，注射装置移离胶囊，顶部膜由于其高度的弹性而以密封方式重新闭合。

[0029] 优选地，顶部膜在流体注射装置已经从该顶部膜处移开以后能够承受至少1bar、优选至少3bar、更优选至少5bar的流体压力。

[0030] 在本发明的优选实施例中，底壁是能刺穿的膜，该膜由铝、纸、塑料或它们的组合制成。

[0031] 替代地，机器的液体注射装置是液体注射中空针。

[0032] 在本发明的第一替代方案中，顶部膜包括一个由弹性材料构成的单层（即，所谓的单层膜）。

[0033] 在本发明的第二替代方案中，顶部膜是包括多个重叠的层的层压件/叠层件，所述多个叠覆的层一个接一个地至少部分地组合，其中叠层件的构成层中的至少一个层由塑料材料制成。优选地，与膜的其它区域相比，叠层件在针刺入顶部膜的区域中具有更弱的粘附力（或者没有粘附力），以有助于弹性层的重新闭合动作。

[0034] 在本发明的第三替代方案中，顶部膜包括非弹性膜，该非弹性膜的至少一部分涂覆有弹性材料层。

[0035] 在第三替代方案中，弹性材料优选以液相涂覆到所述膜上，该弹性材料随后通过热、电子束、UV光固化/处理而凝固。

[0036] 在本发明的第四替代方案中，顶部膜包括非弹性薄膜，通过使用“类似涂有胶的标签”的应用或者使用热封或超声密封、用胶覆盖该非弹性薄膜的至少一部分。

[0037] 在本发明的第五替代方案中，胶囊的顶部膜至少在其一部分表面上涂覆有硅树脂层，该硅树脂以超过它的熔解温度（即，以液体形式）被施加/涂敷，使得该硅树脂然后在其冷却时凝固在施加有该硅树脂的膜上（“热熔融涂敷法”）。

[0038] 在上述所有实施例中，弹性材料优选是食品级的硅树脂，尤其是液体单一成分硅树脂——其通过与大气湿度（即，在环境温度下）相互作用而硬化。弹性材料的例子包括但不限于，例如：食品级的热塑性弹性体，如SBC（苯乙烯嵌段共聚物，Styrene Block copolymer）、硅树脂或液体硅橡胶/硅酮橡胶（silicone rubber）、基于弹性体的乙烯-乙烯醇共聚物（EVA）、EPDM（乙烯-丙烯-二烯系-单体）或异戊二烯橡胶。

附图说明

[0039] 本发明的其它特征和优点将出现在本发明优选实施例的描述中并且根据这些描述变得容易理解，以下结合附图来描述本发明的优选实施例，其中：

[0040] 图1是根据现有技术的胶囊在开始将液体注射到该胶囊中时的示意性轮廓剖视图；

[0041] 图2是与图1类似的视图，其示出在注射针已经从顶部膜移开以后处于压力下的液体的回流；

[0042] 图3是示出根据本发明的叠层式顶部膜的细节的部分透视分解图；

[0043] 图4是根据本发明的胶囊的示意性透视图，其中弹性的顶部环被设置在顶部膜的表面上；

[0044] 图5是与图4相似的示意性视图，其示出本发明的替代实施例；

[0045] 图6是根据本发明的胶囊的示意性轮廓剖视图，其示出在注射针移开以后重新闭合的膜。

具体实施方式

[0046] 在本发明中，术语“顶部膜”应被理解为是被机器的流体注射针刺穿的膜，而“底部膜”应被理解为是位于胶囊的另一对向侧上的膜。当胶囊和机器两者以功能方式接合时，无论胶囊在机器中的位置如何，“顶部膜”和“底部膜”都被限定成上述定义。

[0047] 图3、图4、图5和图6中示出的胶囊1包括限定出封闭的腔室的胶囊主体，该胶囊主体用于包封大量可溶解的和/或可提取的食品材料“RG”。

[0048] 胶囊主体尤其包括：

[0049] （i）胶囊侧壁2，

[0050] （ii）能被机器的注射针4刺穿的顶部膜3，所述注射针适于将处于压力下的提取液体注射到所述腔室内部，和

[0051] （iii）底壁5，该底壁是铝膜。

[0052] 如图6所示，胶囊还包括适于在注射所述液体期间在腔室内增大的液体压力的作用下、通过与底壁相对接合打开所述腔室的装置。这些装置包括刚性构件6，在该刚性构件的朝向铝膜5的表面上具有尖刺部7。刚性构件6一般被称为“角锥板”。在液体注射到胶囊腔室内部后，形成压力，所述压力使铝膜抵靠角锥板6的尖刺部7变形，直到所述膜5被刺穿，为在胶囊内部制备好的饮料提供朝向胶囊外部、杯（未示出）的内部的通路。

[0053] 根据本发明，待被流体注射针刺穿的顶部膜表面的至少一部分含有弹性材料，该弹性材料具有高于5MPa、优选高于10MPa的抗张强度/抗拉强度以及大于100%、优选大于500%的断裂伸长率，使得所述顶部膜在所述流体注射装置已经从该顶部膜处移开以后以密封/不泄漏的方式重新闭合。更确切地，顶部膜能够在所述流体注射装置已经从该顶部膜处移开以后承受至少3bar的流体压力。

[0054] 在图3示出的第一实施例中，顶部膜3是包括多个重叠的层的叠层件8，其中叠层件的构成层中的至少一层是由弹性材料制成，所述多个重叠的层一个接一个地至少部分地组合。例如，在图3示出的实施例中，顶部膜3包括四层重叠的层。最下面的层9包括具有约10Mpa的抗张强度和约700%的断裂伸长率的弹性硅树脂层。直接设置在该最下面的层上方的第一中间层10由聚丙烯材料（约1.5GPa的杨氏模量和约40MPa的屈服强度）制成。直接设置在该第一中间层上方的第二中间层11由具有约10Mpa的抗张强度和约700%的断裂伸长率的弹性硅树脂层制成。最上面的层12由聚乙烯（约0.6GPa的杨氏模量和约35MPa的屈服强度）制成。

[0055] 在图4示出的第二实施例中，顶部膜3涂覆有硅树脂环13，所述硅树脂以液体形式沉积在胶囊顶部膜表面上。更准确地，顶部膜上表面的一部分涂覆有具有约10Mpa的抗张强度和约700%的断裂伸长率的硅树脂弹性材料层。硅树脂层以液体形式沉积并且随后通过UV光处理而在室温下变硬。所使用的硅树脂是食品级的。环13的厚度在0.1mm和1mm之间，优选在0.3mm和0.7mm之间。该环的宽度比液体注射针4的直径大，优选是针的三倍。以这样的方式将该环设置在顶部膜3上，即，使得无论胶囊在机器中的转动位置如何，针都穿透所述顶部膜的涂覆有该硅树脂环的区域。还可以想到顶部膜的下表面涂覆有弹性材料，然而这样的实施例不是优选的，因为涂覆所述顶部膜的上侧被认为更容易。

[0056] 在图5示出的第三实施例中，顶部膜3粘合有硅树脂环13。用于所述环的材料是具有约10Mpa的抗张强度和约700%的断裂伸长率的硅树脂弹性材料。环13的厚度在0.1mm和1mm之间，优选在0.3mm和0.7mm之间。该环的宽度比液体注射针4的直径大，优选是针的两倍。以这样的方式将该环设置在顶部膜3上，即，使得无论胶囊在机器中的转动位置如何，针都穿透所述顶部膜的覆有该硅树脂环的区域，如图5中所示。利用食品级的粘合剂将环13粘合到顶部膜4上。

[0057] 代替环形（当消费者不需要定向胶囊时该环形是优选的）的是，可以仅具有简单的盘片/圆片，其作为液体硅树脂盘片沉积，该液体硅树脂随后如上所述地硬化，或者替代地作为预制硅树脂盘片附着，该预制硅树脂盘片借助胶、或者热封/熔焊或超声密封——优选不密封恰好位于针穿透部下方的区域，而是在该区域周围密封——附接至膜的表面。这样的硅树脂盘片（未在图中示出）的直径是针的直径的至少两倍。在这种情况下，优选将胶囊形状改变为非圆形的形状，以便使胶囊在胶囊保持器内或在机器内的方位/取向设置成使得在操作中针刺穿该盘片。替代地，胶囊设计或者在胶囊上的图画向消费者表明胶囊在胶囊保持器内或者在机器内的正确方位。

[0058] 在上述所有实施例中，实验室测试表明，当产品制备以后胶囊内的内部剩余压力介于0.5bar与5bar（关于大气压力的相对压力）之间时，弹性体（如硅树脂）层——无论是单独还是组合为多层膜形式的层、或者作为涂层或环——其中厚度在0.05mm与1mm之间、优选厚度在0.1mm与0.5mm之间的弹性体层在重新闭合性及密封性方面具有良好的结果。

[0059] 在这样的测试中，针的直径在0.5mm与3mm之间、更准确地在1.0mm与1.6mm之间。例如，针可以具有1.5mm的直径以及30°的尖部交角/尖部夹角。用于注射液体至胶囊内的针是不锈钢的。

[0060] 应当理解的是本文中对本发明的已经描述的优选实施例做出的多种改变和变型对于本领域技术人员来说将是明显的。可以做出这样的改变和变型而不脱离本发明的精神和范围并且不减少本发明所具有的优点。因此希望这样的改变和变型由所附的权利要求书覆盖。