Oleogelovi: Kako ultrazvučna obrada poboljšava formulacije oleogelova
Oleogelovi su svestrani materijali s primjenom u širokom rasponu industrija, koji nude jedinstvene prednosti u pogledu teksture, stabilnosti i funkcionalnosti. Upotreba sonikatora sondnog tipa značajno poboljšava sintezu i svojstva oleogelova, čineći ih pogodnijima za različite industrijske primjene.
Šta su oleogelovi?
Oleogelovi su polučvrsti sistemi sastavljeni od uljne faze imobilizirane unutar trodimenzionalne mreže sredstava za strukturiranje, kao što su oleogelatori ili sredstva za geliranje. Ta sredstva za strukturiranje pomažu u stvaranju konzistencije nalik gelu u uljima, što rezultira stabilnim, mazivim i često prozirnim ili providnim proizvodom. Oleogelovi se primjenjuju u raznim industrijama, uključujući prehrambenu, kozmetičku i farmaceutsku industriju te industriju industrijskih maziva, a nude prednosti poput poboljšanja teksture u prehrambenim proizvodima, hidratacije u proizvodima za njegu kože, kontrolirane isporuke lijekova u farmaceutskim proizvodima i poboljšanih svojstava podmazivanja u industrijskim i kozmetičkim formulacijama.
Kada se oleogelovi proizvode pomoću snažnih ultrazvučnih valova, postupkom poznatim kao ultrazvučna obrada (sonikacija), sinteza ovih gelova na bazi ulja se poboljšava. U nastavku pročitajte kako efekti ultrazvučne obrade olakšavaju stvaranje oleogelova!
Sonikator UP400St za pripremu oleogelova.
Ultrazvučna homogenizacija olakšava i poboljšava formulaciju oleogelova.
Ultrazvučno miješanje oleogelova
Ultrazvučna obrada može poboljšati sintezu oleogelova jer unapređuje disperziju i raspodjelu sredstava za strukturiranje unutar uljne faze. Kada se ultrazvučni valovi visokog intenziteta primijene na uljnu smjesu koja sadrži oleogelatore, oni potiču ravnomjerno miješanje i disperziju sredstava za strukturiranje, što dovodi do homogenije gel mreže. Osim toga, ultrazvučna obrada može olakšati stvaranje manjih i ujednačenijih čestica, što rezultira finijom teksturom i poboljšanom stabilnošću oleogela. Efekti kavitacije koje stvara ultrazvuk mogu razgraditi veće agregate i potaknuti stvaranje manjih, ravnomjernije raspoređenih struktura unutar gel matrice.
Ultrazvučna direktna disperzija za sintezu oleogelova
Oleogel s disperzijom kao šablonom: U metodi direktne disperzije ultrazvučna obrada koristi se za dispergiranje oleogelatora direktno u tečno ulje na temperaturama iznad njegove tačke topljenja, nakon čega slijedi faza hlađenja u kojoj se mreža gelatora učvršćuje i obuhvata ulje unutar čvrstog okvira, čime nastaje oleogel. Primjenom ovog pristupa direktnog ultrazvučnog dispergiranja proces geliranja može stvoriti dvije različite mrežne arhitekture, ovisno o prirodi upotrijebljenog strukturnog sredstva: kristalitne konformacije ili samoorganizirane mreže.
Ultrazvučna emulzija za sintezu oleogelova
Oleogel s emulzijom kao šablonom: Ultrazvučna emulzija uz upotrebu sonikacije sondnog tipa nudi nekoliko prednosti za sintezu oleogelova, prvenstveno omogućavajući učinkovito i dosljedno miješanje na mikronskom i nano nivou. Ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju snažne sonomehaničke smične sile i akustičnu kavitaciju, koje razbijaju ulje i gelator u vodenoj fazi na kapljice ujednačene veličine. To dovodi do stabilnije i homogenije emulzije, što je važno za stvaranje oleogelova poželjne teksture i strukturnih svojstava. Osim toga, efekt lokaliziranog zagrijavanja pri ultrazvučnoj obradi može poboljšati otapanje i interakciju gelatora unutar uljne faze, čime se poboljšava proces geliranja. Posljedično, ultrazvučna emulzija olakšava proizvodnju oleogelova vrhunske stabilnosti, konzistencije i performansi u raznim primjenama, uključujući prehranu, farmaciju i kozmetiku.
Ultrazvučni homogenizator za formulaciju oleogelova u proizvodnji visokog protoka.
Ultrazvučna homogenizacija emulzija tipa voda-u-oleogelu-u-vodi
Emulzije tipa voda-u-oleogelu-u-vodi (W/O/W) nude izuzetne funkcionalnosti koje ih čine idealnim za primjenu u prehrani. Na primjer, utvrđeno je da su emulzije tipa voda-u-oleogelu-u-vodi odličan nosač za isporuku probiotika i očuvanje aroma hrane. Ultrazvučna emulzifikacija učinkovito miješa vodenu i uljnu fazu u dvostruke emulzije, tj. W/O/W emulzije. Ugrađivanje vodenih kapljica unutar uljnih globula masnih proizvoda smanjuje njihov sadržaj masti. Geliranje uljne faze u W/O/W emulzijama daje strukturni integritet i ublažava pojave destabilizacije poput koalescencije kapljica vode unutar uljne faze.
Ultrazvučna obrada može pomoći u formulaciji emulzija tipa voda-u-oleogelu-u-vodi (W/O/W) olakšavajući dispergiranje i homogenizaciju komponenti emulzije. Ultrazvučna obrada visokog intenziteta i niske frekvencije (na frekvencijama od oko 20-26kHz) može razbiti veće kapljice u manje, ujednačenije kapljice, potičući stvaranje stabilnih emulzija. Osim toga, ultrazvučna obrada može poboljšati ugrađivanje vodenih kapljica u uljnu fazu i unaprijediti disperziju oleogelatora unutar uljne faze, što dovodi do učinkovitijeg geliranja i povećane stabilnosti emulzije. Nadalje, ultrazvučna obrada može pomoći u kontroli raspodjele veličine kapljica emulzije, što rezultira emulzijama poželjnih svojstava, kao što su poboljšana tekstura, osjećaj u ustima i senzorna svojstva.
Shema različitih tipova emulzijskih sistema na bazi oleogelova.
Studija i slika: ©Pinto et al., 2021
Naučno dokazano: Učinkovitost ultrazvučne disperzije oleogelova
Noonim et al. (2022) istraživali su učinak ultrazvučne obrade pomoću Hielscher sonikatora UP200St na fizička, termička i strukturna svojstva te stabilnost pri skladištenju oleogelova na bazi palminog ulja, pripremljenih s različitim koncentracijama karnauba voska (5% ili 10%), te su ih uporedili s oleogelovima pripremljenim homogenizatorom (2000 rpm tokom 10 min). Ultrazvučna obrada omogućila je pripremu oleogelova s višom koncentracijom karnauba voska (10%) i učinkovito poboljšala svojstva i stabilnost oleogela na bazi palminog ulja (p < 0,05).
Oleogel za primjenu u prehrani
Protokol za oleogel proizveden za veganski majonez
Veganska kulinarska krema na bazi oleogela
(usp. Szymanska et al., 2024)
Sastojci:
- repičino ulje
- palmino ulje
- laneno ulje
- kandelila vosak
- sojino piće
Oleogelovi (100 g) pripremljeni su na sljedeći način: Najprije je 3–7% kandelila voska (w/w) dispergirano u smjesi rafiniranog repičinog i lanenog ulja (1:1 w/w) zagrijavanjem tokom 10 min na 80 ± 1 °C u vodenoj kupelji, a zatim ultrazvučnom obradom tokom 10 s (26 kHz, 72 W, 100% pulsa, 100% amplitude) pomoću ultrazvučnog homogenizatora UP200St (Hielscher Ultrasonics), opremljenog titanskom sonotrodom S26d7. Bistra, homogena smjesa statički je hlađena u termostatskom ormaru tokom 24 h na 20 ± 1 °C, dok se nije formirala odgovarajuća struktura. Oleogelovi su dobiveni u tri ponavljanja.
Ako vas zanima ultrazvučna emulzifikacija majoneza, ovdje ćete pronaći recept, video i detaljne informacije!
Priprema emulzija kremastog tipa pomoću ultrazvučnog oleogela
Emulzije kremastog tipa O/W (30/70 w/w) (100 g) pripremljene su prema postupku iz našeg prethodnog istraživanja [38] uz neznatne izmjene. I vodena faza (sojino piće s 2,6% w/w proteina) i lipidna faza (palmino ulje ili oleogel) prethodno su zagrijane do 55 °C i odmah homogenizirane pomoću ultrazvučnog homogenizatora UP200St (Hielscher Ultrasonics) frekvencije 26 kHz. Korišteni su sljedeći parametri: 100% pulsa, 80% amplitude, uronjenost sonotrode od 15 mm u središnjem dijelu čaše (kapaciteta 200 mL). Vrijeme homogenizacije od 2,5 min (τ) određeno je na osnovu rezultata tehnoloških testova i preliminarnih ispitivanja, uzimajući u obzir porast temperature uzoraka (za τ = 2,5 min: gustoća energije: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, maks. temperatura: 61,0 ± 0,3 °C). Natrijev benzoat u količini od 0,15% (w/w) dodan je vodenoj fazi kao antibakterijsko sredstvo.
Najčešće korišteni oleogelatori za oleogelove prehrambene kvalitete.
Shema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Sonikator UIP2000hdT za industrijsku proizvodnju oleogelova.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice vrijedne znanja
Šta su oleogelovi? – Definicija oleogelova
Gelovi predstavljaju vrstu koloida koji se sastoji od trodimenzionalne mreže nalik čvrstom tijelu, u kojoj je zarobljena tečna faza.
Formulacije gelova mogu se podijeliti u dvije glavne klase prema otapalu korištenom za njihovu proizvodnju; hidrogelovi se odnose na slučaj kada je tečna faza voda, a organogelovi (ili oleogelovi) kada je dispergirana tečnost organsko otapalo koje je strukturirano organogelatorom.
Organogelovi su polukrute formulacije koje se smatraju bikontinuiranim sistemima, a sastoje se od dvije faze: gelatora i organskog otapala. Gelator, kada se koristi u formulaciji organogelova u koncentracijama manjim od 15%, može proći fizičke i hemijske transformacije koje stvaraju samoorganizirane strukture; te se strukture međusobno prepliću i tvore trodimenzionalnu mrežu. Organsko otapalo zadržava se i imobilizira u prostorima gelatorske mreže. Ako je upotrijebljeno otapalo tečno ulje, tada je pojam oleogel također prikladan za ove formulacije. Stoga oleogelovi omogućavaju istraživanje svojstava s kojima hidrogelovi nisu kompatibilni, kao što je hidrofobnost spojeva. Jedna od glavnih prednosti oleogelova je mogućnost prenošenja lipofilnih bioaktivnih spojeva, što je od velike koristi i u farmaceutskim i u prehrambenim primjenama. Kombinirano djelovanje strukture i zdravstvenih koristi podupire važnu ulogu koju oleogelovi mogu imati u novim prehrambenim proizvodima, jer se mogu prilagoditi tako da zadovolje idealna svojstva prehrambenog proizvoda, djelujući kao zdrava zamjena za čvrste masti.
Tvari koje geliraju jestiva ulja mogu se grubo podijeliti u dvije kategorije na osnovu njihove molekularne mase: organski gelatori male molekularne mase (LMOG) i polimerni gelatori. LMOG uključuju uglavnom voskove, gelatore na bazi sterola, derivate masnih kiselina i monoacilglicerole.
Industrije u kojima se oleogelovi uobičajeno koriste uključuju:
- Prehrambena industrija: Oleogelovi se koriste u prehrambenim proizvodima za zamjenu ili smanjenje sadržaja čvrstih masti kao što su maslac ili margarin. Mogu se ugraditi u namaze, margarine, pekarske proizvode, slastice i prerađenu hranu radi poboljšanja teksture, osjećaja u ustima i održivosti pri skladištenju. Oleogelovi također mogu poslužiti kao nosači aroma, hranjivih tvari i funkcionalnih sastojaka u prehrambenim formulacijama.
- Kozmetika i lična njega: U kozmetičkoj industriji i industriji proizvoda za ličnu njegu oleogelovi se koriste u raznim proizvodima za njegu kože i kose. Mogu se naći u kremama, losionima, balzamima i proizvodima za oblikovanje kose, gdje osiguravaju hidrataciju, emolijentna svojstva i svojstva njege. Oleogelovi nude prednosti kao što su nemasnoća, glatko nanošenje i poboljšana isporuka aktivnih sastojaka na kožu ili kosu.
- Farmaceutski proizvodi: Oleogelovi imaju farmaceutsku primjenu kao topikalne formulacije za isporuku lijekova. Mogu poslužiti kao baze za masti, gelove i transdermalne flastere, osiguravajući kontrolirano oslobađanje i poboljšan prodor terapijskih tvari kroz kožu. Oleogelovi nude prednosti kao što su produžena kinetika oslobađanja, poboljšana bioraspoloživost i bolja saradnja pacijenata u farmaceutskim formulacijama.
- Industrijska i kozmetička maziva: Oleogelovi se koriste kao maziva u industrijskim primjenama kao što su obrada metala, strojna obrada i masti za podmazivanje. Nude prednosti kao što su visoka termička stabilnost, otpornost na oksidaciju i vrhunska mazivost u poređenju s konvencionalnim mazivima. U kozmetičkim formulacijama oleogelovi se mogu ugraditi u intimne lubrikante i masažna ulja zbog njihove glatke, nelijepljive teksture i dugotrajnih svojstava podmazivanja.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijske do industrijske veličine.