الهلاميات الزيتية: كيف تحسّن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تركيبات الهلام الزيتي
الهلاميات الزيتية مواد متعددة الاستخدامات تُطبَّق في مجموعة واسعة من الصناعات، وتوفر مزايا فريدة من حيث القوام والثبات والوظائف. ويؤدي استخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار إلى تحسين تحضير الهلاميات الزيتية وأدائها بدرجة كبيرة، مما يجعلها أكثر ملاءمة لمختلف التطبيقات الصناعية.
ما الهلاميات الزيتية؟
الهلاميات الزيتية أنظمة شبه صلبة تتكون من طور زيتي مُثبَّت داخل شبكة ثلاثية الأبعاد من عوامل تشكيل البنية، مثل عوامل تكوين الهلام الزيتي أو عوامل التهلم. وتساعد عوامل تشكيل البنية هذه على إكساب الزيوت قوامًا شبيهًا بالهلام، مما ينتج عنه منتج ثابت وقابل للدهن، وغالبًا ما يكون شفافًا أو شبه شفاف. وتُستخدم الهلاميات الزيتية في صناعات متعددة، تشمل الأغذية ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية ومواد التزليق الصناعية، وتوفر مزايا مثل تحسين قوام المنتجات الغذائية، وترطيب مستحضرات العناية بالبشرة، والإيصال المتحكم فيه للأدوية في المستحضرات الصيدلانية، وتعزيز خصائص التزليق في التركيبات الصناعية والتجميلية.
عندما تُنتَج الهلاميات الزيتية باستخدام موجات فوق صوتية قوية، في عملية تُعرف بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية، يتحسن تحضير هذه الهلاميات القائمة على الزيت. اقرأ أدناه كيف تسهّل تأثيرات المعالجة بالموجات فوق الصوتية تكوّن الهلاميات الزيتية!
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UP400St لتحضير الهلاميات الزيتية.
يسهّل التجانس بالموجات فوق الصوتية صياغة تركيبات الهلام الزيتي ويحسّنها.
خلط الهلاميات الزيتية بالموجات فوق الصوتية
يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تحسين تحضير الهلاميات الزيتية من خلال تعزيز تشتيت عوامل تشكيل البنية وتوزيعها داخل الطور الزيتي. وعند تطبيق موجات فوق صوتية عالية الشدة على مزيج الزيت المحتوي على عوامل تكوين الهلام الزيتي، فإنها تعزز الخلط والتشتيت المنتظمين لعوامل تشكيل البنية، مما يؤدي إلى شبكة هلامية أكثر تجانسًا. إضافةً إلى ذلك، يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تسهيل تكوّن جسيمات أصغر وأكثر انتظامًا، مما ينتج عنه قوام أدق وثبات محسّن للهلام الزيتي. ويمكن لتأثيرات التجويف الناتجة عن الموجات فوق الصوتية تفكيك التجمعات الأكبر وتعزيز تكوّن بُنى أصغر وأكثر انتظامًا في توزيعها داخل المصفوفة الهلامية.
التشتيت المباشر بالموجات فوق الصوتية لتحضير الهلام الزيتي
الهلام الزيتي المُشكَّل باستخدام التشتيت قالبًا: في طريقة التشتيت المباشر، تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتشتيت عامل تكوين الهلام الزيتي مباشرةً في الزيت السائل عند درجات حرارة تتجاوز نقطة انصهاره، ثم تلي ذلك مرحلة تبريد تتصلب فيها شبكة عامل التهلم، فتحتجز الزيت داخل هيكل صلب، وينتج بذلك الهلام الزيتي. وباستخدام نهج التشتيت المباشر بالموجات فوق الصوتية هذا، يمكن لعملية التهلم أن تولّد بنيتين شبكيتين مختلفتين، تبعًا لطبيعة عامل تشكيل البنية المستخدم: ترتيبات من بلورات دقيقة أو شبكات ذاتية التجمع.
الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية لتحضير الهلام الزيتي
الهلام الزيتي المُشكَّل باستخدام المستحلب قالبًا: يوفر الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية باستخدام المعالجة من نوع المسبار مزايا عديدة لتحضير الهلام الزيتي، وذلك أساسًا بتوفير خلط كفؤ ومتسق على المستويين الميكروني والنانوي. وتولّد الموجات فوق الصوتية عالية الشدة قوى قص ميكانيكية صوتية شديدة وتجويفًا صوتيًا، يؤديان إلى تفتيت الزيت وعامل التهلم في الطور المائي إلى قطيرات متجانسة الحجم. وينتج عن ذلك مستحلب أكثر ثباتًا وتجانسًا، وهو أمر مهم لتكوّن هلاميات زيتية ذات قوام وخصائص بنيوية مرغوبة. إضافةً إلى ذلك، يمكن لتأثير التسخين الموضعي الناتج عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تعزيز ذوبان عوامل التهلم وتفاعلها داخل الطور الزيتي، مما يحسّن عملية التهلم. ومن ثم، يسهّل الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية إنتاج هلاميات زيتية ذات ثبات وتجانس وأداء متفوق في تطبيقات مختلفة، تشمل الأغذية والمستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل.
مجانس بالموجات فوق الصوتية لصياغة تركيبات الهلام الزيتي في الإنتاج ذي معدل المعالجة المرتفع.
التجانس بالموجات فوق الصوتية لمستحلبات الماء داخل الهلام الزيتي داخل الماء
توفر مستحلبات الماء داخل الهلام الزيتي داخل الماء (W/O/W) وظائف استثنائية تجعلها مثالية للتطبيقات الغذائية. فعلى سبيل المثال، تبيّن أن مستحلبات الماء داخل الهلام الزيتي داخل الماء تمثل حاملًا ممتازًا لإيصال البروبيوتيك والحفاظ على روائح الأغذية. ويمزج الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية الأطوار المائية والزيتية بكفاءة لتكوين مستحلبات مزدوجة، أي مستحلبات W/O/W. ويؤدي إدماج القطيرات المائية داخل الكريات الزيتية للمنتجات الدهنية إلى خفض محتواها من الدهون. ويمنح تهلم الطور الزيتي في مستحلبات W/O/W تماسكًا بنيويًا ويحدّ من ظواهر زعزعة الثبات، مثل اندماج قطيرات الماء داخل الطور الزيتي.
يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية أن تساعد في صياغة مستحلبات الماء داخل الهلام الزيتي داخل الماء (W/O/W) من خلال تسهيل تشتيت مكونات المستحلب وتجانسها. ويمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الشدة ومنخفضة التردد (بترددات تقارب 20-26kHz) تفتيت القطيرات الأكبر إلى قطيرات أصغر وأكثر انتظامًا، مما يعزز تكوّن مستحلبات ثابتة. إضافةً إلى ذلك، يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تعزيز إدماج القطيرات المائية في الطور الزيتي وتحسين تشتيت عامل تكوين الهلام الزيتي داخل الطور الزيتي، مما يؤدي إلى تهلم أكثر كفاءة وثبات محسّن للمستحلب. كما يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية المساعدة في التحكم في توزيع أحجام قطيرات المستحلب، مما ينتج عنه مستحلبات ذات خصائص مرغوبة، مثل تحسين القوام والإحساس في الفم والصفات الحسية.
مخطط يوضح أنواعًا مختلفة من أنظمة المستحلبات القائمة على الهلام الزيتي.
الدراسة والصورة: ©Pinto et al., 2021
مثبت علميًا: فعالية تشتيت الهلاميات الزيتية بالموجات فوق الصوتية
درس Noonim et al. (2022) تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP200St من Hielscher على الخصائص الفيزيائية والحرارية والبنيوية وثبات التخزين للهلاميات الزيتية القائمة على زيت النخيل، والمحضّرة باستخدام تراكيز مختلفة من شمع الكرنوبا (5% أو 10%)، وقارنوها بهلاميات زيتية محضّرة باستخدام مجانس (2000 rpm لمدة 10 min). وأتاحت المعالجة بالموجات فوق الصوتية تحضير هلاميات زيتية بتركيز أعلى من شمع الكرنوبا (10%)، وحسّنت بفعالية خصائص الهلام الزيتي القائم على زيت النخيل وثباته (p < 0.05).
الهلام الزيتي للتطبيقات الغذائية
بروتوكول لتحضير هلام زيتي لإنتاج مايونيز نباتي صرف
كريمة طهي نباتية صرفة قائمة على الهلام الزيتي
(راجع Szymanska et al., 2024)
المكونات:
- زيت بذور اللفت
- زيت النخيل
- زيت بذور الكتان
- شمع الكانديليلا
- مشروب الصويا
حُضِّرت الهلاميات الزيتية (100 g) على النحو التالي: أولًا، شُتِّت شمع الكانديليلا بنسبة 3–7% (w/w) في مزيج من زيتَي بذور اللفت وبذور الكتان المكررين (1:1 w/w)، بالتسخين لمدة 10 min عند 80 ± 1 °C في حمام مائي، ثم بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 s (26 kHz، 72 W، نبض 100%، سعة 100%) باستخدام مجانس بالموجات فوق الصوتية UP200St (Hielscher Ultrasonics)، المزوّد بسونوترود من التيتانيوم S26d7. وبُرِّد المزيج الصافي والمتجانس في حالة سكون داخل حجرة ذات تحكم حراري لمدة 24 h عند 20 ± 1 °C، حتى تكوّنت البنية المناسبة. وحُضِّرت الهلاميات الزيتية في ثلاث مكررات.
إذا كنت مهتمًا باستحلاب المايونيز بالموجات فوق الصوتية، فستجد هنا وصفة وفيديو ومعلومات تفصيلية!
تحضير مستحلبات من نوع الكريمة باستخدام الهلام الزيتي المحضّر بالموجات فوق الصوتية
حُضِّرت مستحلبات من نوع الكريمة O/W (30/70 w/w) بكمية (100 g) وفقًا للإجراء الوارد في بحثنا الأولي [38]، مع تعديلات طفيفة. وسُخِّن كلٌّ من الطور المائي (مشروب فول الصويا المحتوي على بروتين بنسبة 2.6% w/w) والطور الدهني (زيت النخيل أو الهلام الزيتي) مسبقًا إلى 55 °C، ثم أُجري لهما التجانس فورًا باستخدام مجانس بالموجات فوق الصوتية UP200St (Hielscher Ultrasonics) بتردد 26 kHz. واستُخدمت المعلمات التالية: نبض 100%، سعة 80%، وغمر السونوترود بمقدار 15 mm في الجزء الأوسط من الكأس (بسعة 200 mL). وحُدِّد زمن التجانس البالغ 2.5 min (τ) بناءً على نتائج الاختبارات التكنولوجية والاختبارات الأولية، مع مراعاة ارتفاع درجة حرارة العينات (عند τ = 2.5 min: كثافة الطاقة: 69.1 ± 0.4 J∙g–1، درجة الحرارة القصوى: 61.0 ± 0.3 °C). وأُضيفت بنزوات الصوديوم بنسبة 0.15% (w/w) إلى الطور المائي بوصفها عاملًا مضادًا للبكتيريا.
عوامل تكوين الهلام الزيتي الأكثر استخدامًا في الهلاميات الزيتية الصالحة للاستخدام الغذائي.
المخطط: ©Perta-Crisan et al., 2023.
اتصل بنا! / اسألنا!
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT للإنتاج الصناعي للهلاميات الزيتية.
المؤلفات / المراجع
- Szymanska, I.; Zbikowska, A.; Onacik-Gür, S. (2024): New Insight into Food-Grade Emulsions: Candelilla Wax-Based Oleogels as an Internal Phase of Novel Vegan Creams. Foods 2024, 13, 729.
- Noonim, P.; Rajasekaran, B.; Venkatachalam, K. (2022): Structural Characterization and Peroxidation Stability of Palm Oil-Based Oleogel Made with Different Concentrations of Carnauba Wax and Processed with Ultrasonication. Gels 2022, 8, 763.
- H. Pehlivanoglu, A. Akcicek, A.M. Can, S. Karasu, M. Demirci, M.T. Yilmaz (2021): Effect of oil type and concentration on solid fat contents and rheological properties of watery oleogels. La Rivista Italiana Delle Sostanze Grasse No 3, 2021.
- Pinto, Tiago; Martins, Artur; Pastrana, Lorenzo; Pereira, Maria; Cerqueira, Miguel (2021): Oleogel-Based Systems for the Delivery of Bioactive Compounds in Foods. Gels 7(3), 2021.
- Perta-Crisan, S.; Ursachi, C.-S, .; Chereji, B.-D.; Tolan, I.; Munteanu, F.-D. (2023): Food-Grade Oleogels: Trends in Analysis, Characterization, and Applicability. Gels 9, 386; 2023.
حقائق جديرة بالمعرفة
ما الهلاميات الزيتية؟ – تعريف الهلاميات الزيتية
تمثل الهلاميات نوعًا من الغرويات يتكون من شبكة ثلاثية الأبعاد شبيهة بالصلب، يُحتجَز داخلها طور سائل.
يمكن تقسيم التركيبات الهلامية إلى فئتين رئيسيتين وفقًا للمذيب المستخدم في إنتاجها؛ إذ يشير مصطلح الهلاميات المائية إلى الحالة التي يكون فيها الطور السائل ماءً، ومصطلح الهلاميات العضوية (أو الهلاميات الزيتية) إلى الحالة التي يكون فيها السائل المشتت مذيبًا عضويًا، ويُشكَّل هيكله بواسطة عامل تكوين الهلام العضوي.
الهلاميات العضوية تركيبات شبه صلبة تُعد أنظمة ذات طورين مستمرين، وتتكون من طورين: عامل التهلم والمذيب العضوي. وعند استخدام عامل التهلم في صياغة الهلاميات العضوية بتراكيز أقل من 15%، قد يخضع لتحولات فيزيائية وكيميائية تُنشئ بُنى ذاتية التجمع؛ وتتشابك هذه البُنى مع بعضها بعضًا، مكوّنةً شبكة ثلاثية الأبعاد. ويُحتجَز المذيب العضوي ويُثبَّت داخل الفراغات الموجودة في شبكة عامل التهلم. وإذا كان المذيب المستخدم زيتًا سائلًا، فإن مصطلح الهلام الزيتي يكون مناسبًا أيضًا لهذه التركيبات. ومن ثم، تتيح الهلاميات الزيتية استكشاف خصائص لا تتوافق معها الهلاميات المائية، مثل كراهية المركبات للماء. ومن المزايا الرئيسية للهلاميات الزيتية إمكانية حمل مركبات نشطة حيويًا ومحبة للدهون، وهو أمر بالغ الفائدة في التطبيقات الصيدلانية والغذائية على حد سواء. ويدعم التأثير المشترك للبنية والفوائد الصحية الدور المهم الذي يمكن أن تؤديه الهلاميات الزيتية في المنتجات الغذائية المبتكرة، إذ يمكن تكييفها لتحقيق الخصائص المثالية لمنتج غذائي، فتعمل بوصفها بديلًا صحيًا للدهون الصلبة.
يمكن تقسيم المواد التي تُحوِّل الزيوت الصالحة للأكل إلى هلام، بصورة تقريبية، إلى فئتين بناءً على وزنها الجزيئي: عوامل تكوين الهلام العضوي منخفضة الكتلة الجزيئية (LMOGs)، وعوامل التهلم البوليمرية. وتشمل LMOGs أساسًا الشموع، وعوامل التهلم القائمة على الستيرولات، ومشتقات الأحماض الدهنية، وأحاديات أسيل الغليسرول.
تشمل الصناعات التي يشيع فيها استخدام الهلاميات الزيتية ما يلي:
- الصناعة الغذائية: تُستخدم الهلاميات الزيتية في المنتجات الغذائية لاستبدال الدهون الصلبة، مثل الزبدة أو المارغرين، أو خفض محتواها. ويمكن إدماجها في مستحضرات الدهن والمارغرين ومنتجات المخابز والحلويات والأغذية المصنّعة لتحسين القوام والإحساس في الفم والثبات أثناء التخزين على الرف. كما يمكن أن تعمل الهلاميات الزيتية بوصفها حوامل للنكهات والعناصر الغذائية والمكونات الوظيفية في التركيبات الغذائية.
- مستحضرات التجميل والعناية الشخصية: تُستخدم الهلاميات الزيتية في صناعة مستحضرات التجميل والعناية الشخصية في منتجات متنوعة للعناية بالبشرة والشعر. ويمكن أن توجد في الكريمات ومستحضرات الترطيب والبلسم ومنتجات تصفيف الشعر لتوفير خصائص الترطيب والتليين وتحسين حالة البشرة والشعر. وتوفر الهلاميات الزيتية مزايا مثل عدم ترك إحساس دهني، وسلاسة التطبيق، وتعزيز إيصال المكونات الفعالة إلى البشرة أو الشعر.
- المستحضرات الصيدلانية: للهلاميات الزيتية تطبيقات صيدلانية بوصفها تركيبات موضعية لإيصال الأدوية. ويمكن أن تعمل بوصفها قواعد للمراهم والهلاميات واللصقات عبر الجلد، فتتيح تحررًا متحكمًا فيه ونفاذًا محسّنًا للعوامل العلاجية عبر الجلد. وتوفر الهلاميات الزيتية مزايا في التركيبات الصيدلانية، مثل إطالة حركية التحرر، وتعزيز التوافر الحيوي، وتحسين التزام المريض بالعلاج.
- مواد التزليق الصناعية والتجميلية: تُستخدم الهلاميات الزيتية بوصفها مواد تزليق في التطبيقات الصناعية، مثل تشغيل المعادن والتشغيل الآلي وشحوم التزليق. وتوفر مزايا مثل الثبات الحراري العالي، ومقاومة الأكسدة، وقدرة التزليق المتفوقة مقارنةً بمواد التزليق التقليدية. وفي التركيبات التجميلية، يمكن إدماج الهلاميات الزيتية في مواد التزليق الشخصية وزيوت التدليك بفضل قوامها الناعم وغير اللزج وخصائص التزليق التي تدوم طويلًا.
