Oleogely: Jak sonikace zlepšuje formulace oleogelů
Oleogely jsou všestranné materiály s uplatněním v široké škále průmyslových odvětví, které nabízejí jedinečné výhody z hlediska textury, stability a funkčnosti. Použití sonikátorů sondového typu výrazně zlepšuje syntézu a užitné vlastnosti oleogelů, díky čemuž jsou vhodnější pro různé průmyslové aplikace.
Co jsou oleogely?
Oleogely jsou polotuhé systémy tvořené olejovou fází imobilizovanou v trojrozměrné síti strukturotvorných látek, jako jsou oleogelátory nebo gelující činidla. Tyto strukturotvorné látky pomáhají vytvořit v olejích gelovitou konzistenci, výsledkem čehož je stabilní, roztíratelný a často průhledný nebo průsvitný produkt. Oleogely nacházejí uplatnění v různých odvětvích, včetně potravinářství, kosmetiky, farmacie a průmyslových maziv, a nabízejí výhody, jako je zlepšení textury potravinářských výrobků, hydratace u produktů péče o pleť, řízené uvolňování léčiv ve farmacii a zlepšené mazací vlastnosti v průmyslových a kosmetických formulacích.
Když se oleogely vyrábějí pomocí výkonných ultrazvukových vln, tedy procesem známým jako sonikace, syntéza těchto gelů na bázi oleje se zlepšuje. Přečtěte si níže, jak účinky sonikace usnadňují tvorbu oleogelů!
Sonikátor UP400St pro přípravu oleogelů.
Ultrazvuková homogenizace usnadňuje a zlepšuje formulaci oleogelů.
Ultrazvukové míchání oleogelů
Ultrazvukové ošetření může zlepšit syntézu oleogelů tím, že zlepšuje disperzi a distribuci strukturotvorných látek v olejové fázi. Při působení vysoce intenzivních ultrazvukových vln na olejovou směs obsahující oleogelátory podporují tyto vlny rovnoměrné míchání a disperzi strukturotvorných látek, což vede k homogennější gelové síti. Sonikace navíc může usnadnit tvorbu menších a rovnoměrnějších částic, což vede k jemnější textuře a lepší stabilitě oleogelu. Kavitační účinky vyvolané ultrazvukem mohou rozrušit větší agregáty a podpořit tvorbu menších, rovnoměrněji dispergovaných struktur v gelové matrici.
Ultrazvuková přímá disperze pro syntézu oleogelů
Oleogel připravený disperzním templátováním: Při metodě přímé disperze se sonikace používá k dispergaci oleogelátoru přímo do kapalného oleje při teplotách nad jeho bodem tání, po čemž následuje fáze chlazení, během níž gelátorová síť ztuhne a uzavře olej v pevné struktuře, čímž vznikne oleogel. Při tomto přístupu přímé ultrazvukové disperze může proces gelace vytvořit dvě odlišné síťové architektury v závislosti na povaze použitého strukturantu: krystalitické konformace nebo samouspořádané sítě.
Ultrazvuková emulze pro syntézu oleogelů
Oleogel připravený emulzním templátováním: Ultrazvuková emulze vytvořená sondovou sonikací nabízí pro syntézu oleogelů několik výhod, především díky účinnému a konzistentnímu míchání na mikronové a nano úrovni. Vysoce intenzivní ultrazvukové vlny vytvářejí intenzivní sonomechanické smykové síly a akustickou kavitaci, které rozbíjejí olej a gelátor ve vodné fázi na kapičky jednotné velikosti. To vede ke stabilnější a homogennější emulzi, což je důležité pro tvorbu oleogelů s žádoucí texturou a strukturními vlastnostmi. Lokalizovaný ohřev při sonikaci navíc může zlepšit rozpouštění a interakci gelátorů v olejové fázi, a tím zlepšit proces gelace. V důsledku toho ultrazvuková emulze usnadňuje výrobu oleogelů s vynikající stabilitou, konzistencí a užitnými vlastnostmi v různých aplikacích, včetně potravin, léčiv a kosmetiky.
Ultrazvukový homogenizátor pro formulaci oleogelů ve vysokokapacitní výrobě.
Ultrazvuková homogenizace emulzí typu voda v oleogelu ve vodě
Emulze typu voda v oleogelu ve vodě (W/O/W) nabízejí výjimečné funkční vlastnosti, díky nimž jsou ideální pro potravinářské aplikace. Například bylo zjištěno, že emulze typu voda v oleogelu ve vodě jsou vynikajícím nosičem pro dodávání probiotik a ochranu potravinových aromat. Ultrazvuková emulgace účinně mísí vodnou a olejovou fázi do dvojitých emulzí, tj. emulzí W/O/W. Začlenění vodných kapiček do olejových kuliček tučných produktů snižuje jejich obsah tuku. Gelace olejové fáze v emulzích W/O/W jim dodává strukturní integritu a zmírňuje destabilizační jevy, jako je koalescence kapiček vody v olejové fázi.
Sonikace může napomoci při formulaci emulzí typu voda v oleogelu ve vodě (W/O/W) tím, že usnadňuje disperzi a homogenizaci složek emulze. Vysoce intenzivní nízkofrekvenční sonikace (při frekvencích přibližně 20–26kHz) může rozbít větší kapičky na menší a rovnoměrnější kapičky, čímž podporuje tvorbu stabilních emulzí. Sonikace navíc může zlepšit začlenění vodných kapiček do olejové fáze a zlepšit disperzi oleogelátoru v olejové fázi, což vede k účinnější gelaci a vyšší stabilitě emulze. Dále může sonikace pomoci řídit distribuci velikosti kapiček emulze, výsledkem čehož jsou emulze s žádoucími vlastnostmi, jako je zlepšená textura, pocit v ústech a senzorické vlastnosti.
Schéma znázorňující různé typy emulzních systémů na bázi oleogelů.
Studie a obrázek: ©Pinto et al., 2021
Vědecky prokázáno: Účinnost ultrazvukové disperze oleogelů
Noonim et al. (2022) zkoumali vliv sonikace pomocí sonikátoru Hielscher UP200St na fyzikální, tepelné a strukturní vlastnosti a skladovací stabilitu oleogelů na bázi palmového oleje připravených s různými koncentracemi karnaubského vosku (5% nebo 10%) a porovnali je s oleogely připravenými pomocí homogenizátoru (2000 rpm po dobu 10 min). Sonikace umožnila připravit oleogely s vyšší koncentrací karnaubského vosku (10%) a účinně zlepšila vlastnosti a stabilitu oleogelu na bázi palmového oleje (p < 0,05).
Oleogel pro potravinářské aplikace
Protokol pro oleogel vyrobený pro veganskou majonézu
Veganský kulinářský krém na bázi oleogelu
(srov. Szymanska et al., 2024)
Složky:
- řepkový olej
- palmový olej
- lněný olej
- kandelilový vosk
- sójový nápoj
Oleogely (100 g) byly připraveny následovně: Nejprve bylo 3–7% kandelilového vosku (w/w) dispergováno ve směsi rafinovaného řepkového a lněného oleje (1:1 w/w) zahříváním po dobu 10 min při 80 ± 1 °C ve vodní lázni a následnou sonikací po dobu 10 s (26 kHz, 72 W, 100% pulz, 100% amplituda) pomocí ultrazvukového homogenizátoru UP200St (Hielscher Ultrasonics) vybaveného titanovou sonotrodou S26d7. Čirá, homogenní směs byla staticky chlazena v termostatické skříni po dobu 24 h při 20 ± 1 °C, dokud se nevytvořila správná struktura. Oleogely byly získány ve třech opakováních.
Pokud vás zajímá ultrazvuková emulgace majonézy, najdete zde recept, video a podrobné informace!
Příprava emulzí krémového typu s použitím ultrazvukového oleogelu
Emulze O/W krémového typu (30/70 w/w) (100 g) byly připraveny podle postupu z našeho předběžného výzkumu [38] s mírnými úpravami. Vodná fáze (sójový nápoj obsahující 2,6% w/w bílkovin) i lipidová fáze (palmový olej nebo oleogel) byly předehřáty až na 55 °C a ihned homogenizovány pomocí ultrazvukového homogenizátoru UP200St (Hielscher Ultrasonics) s frekvencí 26 kHz. Byly použity následující parametry: 100% pulz, 80% amplituda, ponoření sonotrody 15 mm do středové části kádinky (objem 200 mL). Doba homogenizace 2,5 min (τ) byla stanovena na základě výsledků technologických zkoušek a předběžných testů s ohledem na rostoucí teplotu vzorků (pro τ = 2,5 min: hustota energie: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, max. teplota: 61,0 ± 0,3 °C). Do vodné fáze byl jako antibakteriální činidlo přidán benzoan sodný v množství 0,15% (w/w).
Nejčastěji používané oleogelátory pro oleogely potravinářské kvality.
Schéma: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Sonikátor UIP2000hdT pro průmyslovou výrobu oleogelů.
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.
Fakta, která stojí za to znát
Co jsou oleogely? – Definice oleogelů
Gely představují typ koloidu, který se skládá z trojrozměrné sítě podobné pevné látce, v níž je zachycena kapalná fáze.
Gelové formulace lze rozdělit do dvou hlavních tříd podle rozpouštědla použitého k jejich výrobě; hydrogely označují případ, kdy je kapalnou fází voda, a organogely (neboli oleogely) případ, kdy je dispergovanou kapalinou organické rozpouštědlo strukturované organogelátorem.
Organogely jsou polotuhé formulace považované za bikontinuální systémy, které se skládají ze dvou fází: gelátoru a organického rozpouštědla. Gelátor může při použití ve formulaci organogelů v koncentracích nižších než 15% podléhat fyzikálním a chemickým přeměnám, které vytvářejí samouspořádané struktury; tyto struktury se vzájemně proplétají a vytvářejí trojrozměrnou síť. Organické rozpouštědlo je zadržováno a imobilizováno v prostorech gelátorové sítě. Pokud je použitým rozpouštědlem kapalný olej, je pro tyto formulace vhodný také termín oleogel. Oleogely proto umožňují zkoumat vlastnosti, se kterými hydrogely nejsou kompatibilní, jako je hydrofobicita sloučenin. Jednou z hlavních výhod oleogelů je možnost přenášet lipofilní bioaktivní sloučeniny, což má velký význam ve farmaceutických i potravinářských aplikacích. Kombinované působení struktury a zdravotních přínosů podporuje důležitou roli, kterou mohou oleogely hrát v nových potravinářských výrobcích, protože je lze přizpůsobit tak, aby splňovaly ideální vlastnosti potravinářského výrobku, a mohou tak sloužit jako zdravá náhrada pevných tuků.
Látky, které gelují jedlé oleje, lze podle jejich molekulové hmotnosti zhruba rozdělit do dvou kategorií: nízkomolekulární organické gelátory (LMOGs) a polymerní gelátory. LMOGs zahrnují především vosky, gelátory na bázi sterolů, deriváty mastných kyselin a monoacylglyceroly.
Mezi odvětví, kde se oleogely běžně používají, patří:
- Potravinářský průmysl: Oleogely se v potravinářských výrobcích používají k nahrazení nebo snížení obsahu pevných tuků, jako je máslo nebo margarín. Lze je začlenit do pomazánek, margarínů, pekařských výrobků, cukrovinek a zpracovaných potravin za účelem zlepšení textury, pocitu v ústech a stability při skladování. Oleogely mohou rovněž sloužit jako nosiče chuťových látek, živin a funkčních složek v potravinářských formulacích.
- Kosmetika a osobní péče: V odvětví kosmetiky a osobní péče se oleogely využívají v různých produktech péče o pleť a vlasy. Lze je najít v krémech, pleťových mlécích, balzámech a vlasových stylingových přípravcích, kde zajišťují hydratační, změkčující a kondicionační vlastnosti. Oleogely nabízejí výhody, jako je nemastnost, hladká aplikace a lepší dodávání aktivních složek do pokožky nebo vlasů.
- Farmacie: Oleogely mají farmaceutické využití jako topické formulace pro podávání léčiv. Mohou sloužit jako základy pro masti, gely a transdermální náplasti a zajišťovat řízené uvolňování a lepší penetraci léčivých látek kůží. Oleogely nabízejí ve farmaceutických formulacích výhody, jako je prodloužená kinetika uvolňování, zvýšená biologická dostupnost a lepší adherence pacientů k léčbě.
- Průmyslová a kosmetická maziva: Oleogely se používají jako maziva v průmyslových aplikacích, jako je zpracování kovů, obrábění a mazací tuky. Nabízejí výhody, jako je vysoká tepelná stabilita, odolnost vůči oxidaci a vynikající mazivost ve srovnání s konvenčními mazivy. V kosmetických formulacích lze oleogely začlenit do lubrikantů pro osobní použití a masážních olejů díky jejich hladké, nelepivé textuře a dlouhotrvajícím mazacím vlastnostem.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní po průmyslovou velikost.