Олеогелове: как ултразвуковата обработка подобрява олеогеловите формулировки

Олеогеловете са многофункционални материали с приложения в широк кръг отрасли, които предлагат уникални предимства по отношение на текстурата, стабилността и функционалността. Използването на ултразвукови устройства със сонда значително подобрява синтеза и експлоатационните характеристики на олеогеловете, като ги прави по-подходящи за различни промишлени приложения.

Какво представляват олеогеловете?

Олеогеловете са полутвърди системи, съставени от маслена фаза, имобилизирана в триизмерна мрежа от структуриращи агенти, като олеогелатори или желиращи агенти. Тези структуриращи агенти спомагат за създаването на гелообразна консистенция в маслата, което води до стабилен, лесен за намазване и често прозрачен или полупрозрачен продукт. Олеогеловете намират приложение в различни отрасли, включително хранителната, козметичната и фармацевтичната промишленост и производството на промишлени смазочни материали, като предлагат предимства като подобряване на текстурата на хранителните продукти, овлажняване при продуктите за грижа за кожата, контролирано доставяне на лекарства във фармацевтичните продукти и подобрени смазочни свойства в промишлените и козметичните формулировки.
Когато олеогеловете се произвеждат с помощта на мощни ултразвукови вълни – процес, известен като ултразвукова обработка – синтезът на тези гелове на маслена основа се подобрява. Прочетете по-долу как ефектите на ултразвуковата обработка улесняват образуването на олеогелове!

Ултразвуковата хомогенизация улеснява и подобрява формулирането на олеогелове.

Ултразвуково смесване на олеогелове

Ултразвуковата обработка може да подобри синтеза на олеогелове, като подобри диспергирането и разпределението на структуриращите агенти в маслената фаза. Когато върху маслената смес, съдържаща олеогелаторите, се прилагат ултразвукови вълни с висок интензитет, те подпомагат равномерното смесване и диспергиране на структуриращите агенти, което води до по-хомогенна гелова мрежа. Освен това ултразвуковата обработка може да улесни образуването на по-малки и по-еднородни частици, което води до по-фина текстура и подобрена стабилност на олеогела. Кавитационните ефекти, генерирани от ултразвука, могат да разрушат по-големите агрегати и да подпомогнат образуването на по-малки, по-равномерно диспергирани структури в геловата матрица.

Ултразвуково директно диспергиране за синтез на олеогелове

Олеогел, формиран чрез дисперсионен шаблон: При метода на директно диспергиране ултразвуковата обработка се използва за диспергиране на олеогелатора директно в течното масло при температури над неговата точка на топене, последвано от етап на охлаждане, при който мрежата на желиращия агент се втвърдява, затваряйки маслото в твърда структура, и така се получава олеогелът. При използването на този подход на директно ултразвуково диспергиране процесът на желиране може да създаде две различни архитектури на мрежата в зависимост от естеството на използвания структуриращ агент: кристалитни конфигурации или самосглобени мрежи.

Ултразвукова емулсия за синтез на олеогелове

Олеогел, формиран чрез емулсионен шаблон: Ултразвуковата емулсия, получена чрез ултразвукова обработка със сонда, предлага няколко предимства за синтеза на олеогелове, най-вече чрез осигуряване на ефективно и равномерно смесване на микро- и нанониво. Ултразвуковите вълни с висок интензитет създават силни сономеханични сили на срязване и акустична кавитация, които раздробяват маслото и желиращия агент във водната фаза на капчици с еднакъв размер. Това води до по-стабилна и хомогенна емулсия, което е важно за образуването на олеогелове с желаната текстура и структурни свойства. Освен това локализираният нагряващ ефект на ултразвуковата обработка може да подобри разтварянето и взаимодействието на желиращите агенти в маслената фаза, подобрявайки процеса на желиране. Следователно ултразвуковата емулсия улеснява производството на олеогелове с превъзходна стабилност, консистенция и експлоатационни характеристики в различни приложения, включително в хранителната, фармацевтичната и козметичната промишленост.

Ултразвукова хомогенизация на емулсии вода в олеогел във вода

Емулсиите вода в олеогел във вода (W/O/W) предлагат изключителни функционални свойства, които ги правят идеални за хранителни приложения. Например установено е, че емулсиите вода в олеогел във вода са отличен носител за доставяне на пробиотици и запазване на хранителните аромати. Ултразвуковото емулгиране ефективно смесва водните и маслените фази в двойни емулсии, т.е. емулсии W/O/W. Включването на водни капчици в маслените глобули на мастните продукти намалява съдържанието им на мазнини. Желирането на маслената фаза в емулсиите W/O/W осигурява структурна цялост и ограничава процесите на дестабилизация, като коалесценцията на водните капчици в маслената фаза.
Ултразвуковата обработка може да подпомогне формулирането на емулсии вода в олеогел във вода (W/O/W), като улесни диспергирането и хомогенизацията на компонентите на емулсията. Ултразвуковата обработка с висок интензитет и ниска честота (при честоти приблизително 20–26kHz) може да раздроби по-големите капчици на по-малки, по-еднородни капчици, подпомагайки образуването на стабилни емулсии. Освен това ултразвуковата обработка може да подобри включването на водни капчици в маслената фаза и да подобри диспергирането на олеогелатора в маслената фаза, което води до по-ефективно желиране и повишена стабилност на емулсията. Също така ултразвуковата обработка може да помогне за контролиране на разпределението на капчиците на емулсията по размер, което води до емулсии с желани свойства, като подобрена текстура, усещане в устата и сензорни характеристики.

Схема, представяща различни видове емулсионни системи на основата на олеогелове.
Изследване и изображение: ©Pinto et al., 2021

Научно доказано: ефективността на ултразвуковото диспергиране на олеогелове

Noonim et al. (2022) изследват ефекта на ултразвуковата обработка с ултразвуковото устройство UP200St на Hielscher върху физичните, термичните и структурните свойства и стабилността при съхранение на олеогелове на основата на палмово масло, приготвени с различни концентрации на карнаубски восък (5% или 10%), и ги сравняват с олеогелове, приготвени с хомогенизатор (2000 rpm за 10 min). Ултразвуковата обработка позволява приготвянето на олеогелове с по-висока концентрация на карнаубски восък (10%) и ефективно подобрява свойствата и стабилността на олеогела на основата на палмово масло (p < 0,05).

Олеогел за хранителни приложения

Протокол за олеогел, произведен за веган майонеза
 
Веган кулинарна сметана на основата на олеогел
(вж. Szymanska et al., 2024)
 
Съставки:

• рапично масло
• палмово масло
• ленено масло
• канделилов восък
• соева напитка

Олеогеловете (100 g) са приготвени по следния начин: първо, 3–7% канделилов восък (w/w) е диспергиран в смес от рафинирани рапично и ленено масло (1:1 w/w) чрез нагряване за 10 min при 80 ± 1 °C във водна баня и след това чрез ултразвукова обработка за 10 s (26 kHz, 72 W, 100% импулсен режим, 100% амплитуда) с ултразвуковия хомогенизатор UP200St (Hielscher Ultrasonics), оборудван с титановия сонотрод S26d7. Бистрата, хомогенна смес е охладена в покой в термостатичен шкаф за 24 h при 20 ± 1 °C, докато се образува необходимата структура. Олеогеловете са получени в три повторения.
Ако се интересувате от ултразвуковото емулгиране на майонеза, тук ще намерите рецепта, видео и подробна информация!

Приготвяне на емулсии от типа сметана с помощта на ултразвуково получения олеогел

Емулсии от типа сметана O/W (30/70 w/w) (100 g) са приготвени съгласно процедурата в нашето предварително изследване [38] с леки изменения. Както водната фаза (соева напитка, съдържаща 2,6% w/w протеин), така и липидната фаза (палмово масло или олеогел) са предварително нагрети до 55 °C и незабавно хомогенизирани с ултразвуковия хомогенизатор UP200St (Hielscher Ultrasonics) с честота 26 kHz. Използвани са следните параметри: 100% импулсен режим, 80% амплитуда, потапяне на сонотрода на 15 mm в централната част на лабораторната чаша (вместимост 200 mL). Времето за хомогенизация от 2,5 min (τ) е определено въз основа на резултатите от технологични и предварителни изпитвания, като е взето предвид повишаването на температурата на пробите (за τ = 2,5 min: енергийна плътност: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, макс. температура: 61,0 ± 0,3 °C). Към водната фаза е добавен натриев бензоат в количество 0,15% (w/w) като антибактериален агент.

Най-често използваните олеогелатори за олеогелове, подходящи за хранителни приложения.
Схема: ©Perta-Crisan et al., 2023.