一种可食用材料粉末的预包装料包以及使用所述料包的饮料制备系统的制作方法

本发明涉及一种用于饮料制备系统中使用的预包装料包，以及使用此类料包的饮料制备系统。背景技术：：：1、饮料制备机器领域——特别是家用的、尤其是涉及浓缩咖啡机——在过去二十年里可谓突飞猛进。相应地，一方面，人们开发了大量与预包装料包的功能有关的技术，以实现其萃取咖啡的效率以及插入和弹出的便利性。当然，预包装咖啡粉料包市场的扩大也导致了相应废弃物的异常产生，所述废弃物在大多数情况下包括相当大百分比的不可生物降解材料——其通常为所述预包装料包的容器体——并因此对环境的影响很大。2、对环境影响最小的解决方案当然是使用由柔性材料(如滤纸或类似材料)制成的容器体，所述柔性材料本质是可生物降解的、并且通常也是可堆肥的(compostable)。然而，这种类型的容器的机械稳定性较差，并且在插入和弹出过程中都会产生问题。文献wo2015105409描述了一种所谓的胶囊(pod)，其容器体至少有一个壁设有形状保持装置。此项发展旨在改善胶囊的机械特性，但效果相当有限。3、另一方面，文献wo2018002223描述了由可堆肥材料(具体来说是甘蔗纤维浆和竹纤维浆的混合物)制成的咖啡粉预包装料包的容器体。该容器体仿照了市场上最受欢迎的饮料制备系统之一的结构和运行方式，特别是咖啡制备系统，即雀巢公司的系统。由于这种系统的市场接受度高，促使人们设想一种与该系统兼容的新型可堆肥容器。于是得到预包装料包，其中容器体材料已被替换，但仍适用于相同的功能模式。结果是，这类预包装料包在不同运行方式的系统中使用时，例如没有预想到萃取水流经胶囊从开放的入口到容器体底壁的过程。此外，也未考虑到不刺穿容器体的壁以限制液体和粉末材料的损失。4、在同一申请人持有的欧洲专利ep3530153中，描述了一种用于热饮制备系统中使用的预包装料包，该预包装料包的容器体由植物纤维浆制成，所述植物纤维浆来源于甘蔗、麻、米、棉、竹等季节性作物的加工下脚料(processing scraps)，木质素(lignin)含量低于5％；所述容器体的壁在使用条件下，即在咖啡萃取过程中，能够作用为过滤器。5、从该专利中提供的、对于由甘蔗纤维浆(也称甘蔗渣)制成的胶囊的实施例中可以明显看出，一旦浸剂(infusion)液浸透了胶囊壁，胶囊的容器体就能起到作为过滤器的作用。因此，这种类型的材料能够允许浸剂通过，从而保留颗粒物质并保持结构的完整性，以便排出用过的预包装料包。浸剂通过容器体壁的渗透是通过对容器体壁表面的加工而实现的，所述容器体壁具有连续的且紧密的一个面和不连续的且皱褶的另一个面。此外，设置了所述容器体的至少一个壁的塑性变形，以促进渗透。6、不过，该专利中测试的这种胶囊还有很大的改进余地，特别是关于预包装料包的容器体的机械特性，其在机械强度和轻便性上都可以改进。7、此外，促成本发明开发的研究还考察了那些有利于容器体——在同一申请人的上述在先专利(prior patent)中所建议的意义上的——表现行为的结构特征；为此，对用于制造容器体的植物纤维浆的特性进行了验证，并且特别地，对所谓的卡帕数(kappanumber)(uni iso 302 2015)进行了评估，所述卡帕数在造纸工业中被认为是评估植物纤维浆材料的木质素含量的指标。kappa的值介于1至100之间；浆的卡帕数越高，木质素含量越高。8、文献us2022/064867描述了一种用于热萃取(如咖啡或茶的热萃取)中使用的纸张，这种纸张是由针叶树和落叶树的树木屑经牛皮纸(kraft)工艺处理后所得到的浆料制成的，所述牛皮纸(kraft)工艺处理直到得到卡帕数小于5的浆料为止。这样得到的浆料具有长纤维和低木质素含量，使其可以生产出透气性很好的纸张，并且机械性能也因其低木质素含量和纤维特性而显著得到改善。然而，使用牛皮纸工艺加工木屑以及随后为获得低卡帕数而进行的处理对这种产品的生态可持续性产生了负面影响，此外，如示例所示，这种产品主要设计用于制造胶囊而非容器。9、还应考虑的是，来源于季节性农作物下脚料的浆料在丰度和可获得性方面具有无可置疑的优势。在现有技术状态下，目前已知的众多研究表明了从季节性作物废料中加工出具有低或很低木质素含量的浆料的相对容易性，并且能够提供高性能的纸制品(如triana,o.等人著作的“energy varieties of sugar cane as a novel source fiberfor the cellulose and paper industry(《作为纤维素和造纸工业新型源纤维的甘蔗能源品种》)”(《appita journal》(《appita期刊》)，2008年)；mona,a.等人著作的“soda-aqpulping of cotton stalks(《棉花杆的soda-aq制浆》)”(tappi conference(《tappi会议》)，2001年)；fatehi,p.等人著作的“cationic-modified pvaas a dry strengthadditive for rice straw fibers(《阳离子改性pva作为稻草纤维的干态强度添加剂》)”(bioresource technology(《生物资源技术》)，2008年)；moradbak,a.等人著作的“alkaline sulfite anthraquinone and methanol pulping of bamboo(gigantochloascortechinii)(《碱性亚硫酸盐蒽醌和甲醇对竹(gigantochloa scortechinii)进行制浆》)”(bioresources(《生物资源》)，2016年)。技术实现思路1、因此，本发明的目的是通过从季节性作物的加工废料中选择适当的植物纤维浆成分，来获得更轻、更薄但也更坚固的容器体，从而改善上述类型预包装料包的可堆肥容器体的结构特征和功能。2、本发明的目的是一种用于在饮料制备系统中使用的可食用材料粉末的预包装料包，所述预包装料包包括由纸或纸板制成的硬质容器体，所述硬质容器体包括相互一体制成的连续侧壁和底壁，所述硬质容器体是通过加工植物纤维浆而获得的，所述植物纤维浆来源于甘蔗、米、棉、麻、高粱、竹等季节性作物的初级加工产生的废料、并可以单独使用或相互组合使用，其中，所述植物纤维浆的卡帕(kappa)数小于2，并且其中，所述容器体的壁是以下述方式制成的，所述方式即：所述壁的至少一个面是连续的且紧密的，而另一个面是不连续的且皱褶的、并且在使用过程中能够作用为过滤器从而允许浸剂通过。优选地，在使用过程中，所述容器体的至少一个壁经受塑性变形而不引起它破裂。3、用于形成所述容器体的所述植物纤维浆优选是植物纤维浆组合物，所述植物纤维浆组合物包括所谓的甘蔗渣(sugarcane bagasse)(重量百分比范围在30％至100％)和一种或多种植物纤维浆(选自竹、麻、米或棉)(重量百分比范围在70％至0％)。有利地，所述组合物包括30％至70％的甘蔗渣和70％至30％的竹浆；优选地，所述组合物包括50％的甘蔗渣和50％的竹浆。4、之所以选择在所述植物纤维浆组合物中引入竹浆，源自于发现在机械性能上——特别是伸长率和拉伸能量吸收率(t.e.a.)——有显著提高；这种提高可归因于包括竹在内的所述组合物中不同的纤维尺寸分布。5、一般而言，可以说用于制造根据本发明的容器体的所述植物纤维浆具有下述纤维，即，所述纤维在5％至35％之间份额(fraction)上且优选在7％至30％之间份额上长度大于或等于1.3mm，所述纤维还在30％至70％之间份额上且优选在40％至60％之间份额上宽度大于16.00μm。6、在本发明的一种变型中，向所述植物浆料中加入了一种防水添加剂，比如烷基烯酮二聚体(alkyl ketene dimers，akds)并且特别是ak-15，即，2-氧杂环丁酮(2-oxethanone)、3-c12-16-烷基-4-c13-17-亚烷基(3-c12-16-alkyl-4-c13-17-alkylidene)的衍生物。此添加剂成为优选是因其作为防水剂的有效性、其几乎完全的可生物降解性、和其微不足道的毒性。该添加剂按所述植物浆料重量的2-5％添加，优选为3％。7、在本发明的一个优选实施例中，所述容器体是通过热压成型制成的。有利地，仅所述容器体的底壁具有不连续的且粗糙的外部面(outer face)。8、根据本发明的预包装料包的容器体可具有在250至600g/m2之间且优选在300至500g/m2之间的克重(grammage)(即重量与表面积之比)。所述容器体的壁厚在0.3mm到1.0mm之间，并且优选在0.4mm到0.7mm之间。所述容器体的密度在0.2g/cm3至1.0g/cm3之间的范围，并且优选在0.4g/cm3至0.8g/cm3之间。根据本发明制造的容器体具有高透气性，如采用gurley方法测得的、以给定体积的空气通过纸样品所需的时间(秒)表示；此透气性在10至60秒之间的范围，并且特别是在15至50秒之间的范围。9、本发明的另一目的是提供一种用于制备饮料的系统，所述系统包括一种可食用材料粉末的预包装料包和一种被调适成与所述预包装料包配合的浸剂组件，其中，所述预包装料包是上述类型的预包装料包，并且其中，所述浸剂组件包括浸剂室，所述浸剂室的底壁设有与分配装置连通的多个导管，所述导管的每一个被定位在凸起或凹陷处，所述凸起或凹陷能够引起所述预包装料包的容器体的底壁中的塑性变形而不会引起所述壁的破损(rupture)，从而允许浸入的饮料流穿过所述壁，所述壁以此方式作用为一种过滤器。尤为相关的是，引起浸剂流的通过的延迟，这是由于所述容器体的壁吸收液体以允许该液体通过所需耗用的时间，这实际上增强了浸剂本身，从而确保了所谓的“奶油效应(creameffect)”。10、有利地，每个凸起或凹陷具有不超过2.5mm的高度或深度；此外，每个凸起或凹陷具有不超过10.0mm的横截面。在优选的替代实施例中，所述底壁被设置有多个圆形轴向凹陷，所述多个圆形轴向凹陷的每一个在中心都设有用于与所述分配装置连通的轴向导管。11、在根据本发明的系统的另一实施例中，所述浸剂室的底壁是可移动的、并设有弹性装载装置，以便于在浸泡结束时将用尽的预包装料包弹出。有利地，所述底壁可以是可拆卸的，并且可以为同一浸剂组件设置不同的底壁，以便充分利用容器体与浸剂室壁之间的相互作用，以优化存在于预包装料包内的可食用物质的萃取。特别是，空腔或凸起的尺寸越小，萃取的速度就越慢，并且因此，可以依据要操作的浸剂类型而使用不同的浸剂室底壁。当前第1页12当前第1页12