Oleogels: Jak sonikace zlepšuje formulace oleogelů
Oleogely jsou všestranné materiály s uplatněním v široké škále průmyslových odvětví a nabízejí jedinečné výhody z hlediska textury, stability a funkčnosti. Použití sonikátorů typu sondy výrazně zlepšuje syntézu a výkon oleogelů, díky čemuž jsou vhodnější pro různé průmyslové aplikace.
Co jsou oleogely ?
Oleogely jsou polotuhé systémy složené z olejové fáze imobilizované v trojrozměrné síti strukturních činidel, jako jsou oleogelátory nebo želírující činidla. Tato strukturující činidla pomáhají vytvářet gelovitou konzistenci v olejích, což vede ke stabilnímu, roztíratelnému a často průhlednému nebo průsvitnému produktu. Oleogely nacházejí uplatnění v různých průmyslových odvětvích, včetně potravinářství, kosmetiky, léčiv a průmyslových maziv, a nabízejí výhody, jako je zlepšení textury potravinářských výrobků, hydratace v předmětech péče o pleť, kontrolované dodávání léků ve farmacii a zlepšené mazací vlastnosti v průmyslových a kosmetických přípravcích.
Když se oleogely vyrábějí pomocí silných ultrazvukových vln, což je proces známý jako sonikace, zlepšuje se syntéza těchto gelů na bázi oleje. Níže si přečtěte, jak účinky sonikace usnadňují tvorbu oleogelů!
Sonikátor UP400ST pro přípravu oleogelů.
Ultrazvuková homogneizace usnadňuje a zlepšuje formulaci oleogelů.
Ultrazvukové míchání oleogelů
Ultrazvuku může zlepšit syntézu oleogelů zvýšením disperze a distribuce strukturačních činidel v olejové fázi. Když jsou ultrazvukové vlny o vysoké intenzitě aplikovány na olejovou směs obsahující oleogelátory, podporují rovnoměrné míchání a disperzi strukturačních činidel, což vede k homogennější gelové síti. Kromě toho může sonikace usnadnit tvorbu menších a rovnoměrnějších částic, což má za následek jemnější texturu a zlepšenou stabilitu oleogelu. Kavitační efekty generované ultrazvukem mohou narušit větší agregáty a podporovat tvorbu menších, rovnoměrněji rozptýlených struktur v gelové matrici.
Ultrazvuková přímá disperze pro syntézu oleogelu
Disperzní šablonovaný oleogel: U metody přímé disperze se sonikace používá k dispergaci oleogelátoru přímo do kapalného oleje při teplotách přesahujících jeho bod tání, následované fází chlazení, kdy síť gelátoru ztuhne a zapouzdřuje olej do pevného rámce, čímž se získá oleogel. S využitím tohoto přímého ultrazvukového dispergačního přístupu může proces gelace generovat dvě odlišné síťové architektury, které závisí na povaze použité strukturanty: krystalitové konformace nebo samouspořádané sítě.
Ultrazvuková emulze pro syntézu oleogelu
Oleogel s emulzní šablonou: Ultrazvuková emulze využívající soniku typu sondy nabízí několik výhod pro syntézu oleogelů, především tím, že poskytuje účinné a konzistentní míchání na úrovni mikronů a nano. Ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou vytvářejí intenzivní sonomechanické smykové síly a akustickou kavitaci, které rozkládají olej a gelátor ve vodné fázi na kapičky stejné velikosti. To vede ke stabilnější a homogennější emulzi, která je důležitá pro tvorbu oleogelů s požadovanou texturou a strukturními vlastnostmi. Kromě toho může lokalizovaný tepelný účinek sonikace zlepšit rozpouštění a interakci gelátorů v olejové fázi, čímž se zlepšuje proces gelování. V důsledku toho ultrazvuková emulze usnadňuje výrobu oleogelů s vynikající stabilitou, konzistencí a výkonem v různých aplikacích, včetně potravin, léčiv a kosmetiky.
Ultrazvukový homogenizátor pro formulaci oleogelu ve vysokokapacitní výrobě.
Ultrazvuková homogenizace emulzí voda v oleogelu ve vodě
Emulze Water-In-Oleogel-In-Water (W/O/W) nabízejí výjimečné funkce, díky nimž jsou ideální pro potravinářské aplikace. Například bylo zjištěno, že emulze voda v oleogelu ve vodě jsou skvělým nosičem probiotik a ochrany potravinových aromat. Ultrazvuková emulgace účinně mísí vodnou a olejovou fázi do dvojitých emulzí, tj. emulzí W/O/W. Začlenění vodných kapiček do olejových globulí mastných produktů snižuje jejich obsah tuku. Gelatace olejové fáze v emulzích W/O/W propůjčuje strukturální integritu a zmírňuje destabilizační události, jako je koalescence vodních kapek v olejové fázi.
Sonikace může pomoci při formulaci emulzí vody v oleogelu ve vodě (W/O/W) tím, že usnadňuje disperzi a homogenizaci složek emulze. Nízkofrekvenční sonikace s vysokou intenzitou (při frekvencích cca. 20-26kHz) může rozložit větší kapičky na menší, rovnoměrnější kapičky, což podporuje tvorbu stabilních emulzí. Kromě toho může sonikace zlepšit začlenění vodných kapiček do olejové fáze a zlepšit disperzi oleogelátoru v olejové fázi, což vede k účinnější gelovataci a zvýšené stabilitě emulze. Kromě toho může sonikace pomoci řídit distribuci velikosti kapiček emulze, což vede k emulzím s žádoucími vlastnostmi, jako je zlepšená textura, pocit v ústech a senzorické vlastnosti.
Schéma reprezentující různé typy emulzních systémů na bázi oleogelů.
Studie a obrázek: ©Pinto et al., 2021
Vědecky dokázáno: účinnost ultrazvukové disperze oleogelů
Noonim et al. (2022) zkoumali vliv sonikace pomocí Hielscher sonikátoru UP200St na fyzikální, tepelné a strukturální vlastnosti a stabilitu skladování oleogelů na bázi palmového oleje připravených pomocí různých koncentrací karnaubského vosku (5% nebo 10%) byly zkoumány a porovnávány s oleogely připravenými homogenizátorem (2000 ot./min po dobu 10 minut). 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 byl 3–7% kandelilový vosk (w/w) dispergován ve směsi rafinovaných řepkových a lněných olejů (1:1 w/w) zahříváním po dobu 10 minut při 80 ± 1 °C ve vodní lázni a poté sonikací po dobu 10 s (26 kHz, 72 W, 100% puls, 100% amplituda) pomocí ultrazvukového homogenizátoru UP200St (Hielscher Ultrasonics), vybaven titanovou sonotrodou S26d7. Čirá, homogenní směs byla staticky chlazena v termostatické skříni po dobu 24 hodin při teplotě 20 ± 1 °C, dokud nebyla vytvořena správná struktura. Oleogely byly získány ve třech opakováních.
Pokud máte zájem o ultrazvukovou emulgaci majonézy, recept, video a podrobné informace najdete zde!
Příprava emulzí krémového typu pomocí ultrazvukového oleogelu
Krémové emulze O/V (30/70 hm) (100 g) byly připraveny podle postupu v našem předběžném výzkumu [38] s mírnými úpravami. Jak vodná fáze (sójový nápoj obsahující 2,6 % hmotnostních bílkovin), tak lipidová fáze (palmový olej nebo oleogel) byly předehřáty na 55 °C a okamžitě homogenizovány pomocí ultrazvukového homogenizátoru UP200St (Hielscher Ultrasonics) s frekvencí 26 kHz. Byly použity následující parametry: 100% pulz, 80% amplituda, 15 mm ponoření sonotrody do střední části kádinky (kapacita 200 ml). Doba homogenizace 2,5 min (τ) byla stanovena na základě výsledků technologických zkoušek a předběžných zkoušek s přihlédnutím ke zvyšující se teplotě vzorků (pro τ = 2,5 min: hustota energie: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, max. teplota: 61,0 ± 0,3 °C). Benzoan sodný v rozsahu 0,15 % (hmotnostních) byl přidán do vodné fáze jako antibakteriální činidlo.
Nejčastěji používané oleogelátory pro potravinářské oleogely pro lékařské účely.
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 vědět
Co jsou oleogely ? – Definice oleogelů
Gely představují typ koloidu, který se skládá z trojrozměrné sítě podobné pevné látce, ve které je zachycena kapalná fáze.
Gelové formulace lze rozdělit do dvou hlavních tříd podle rozpouštědla použitého k jejich výrobě; Hydrogely označují případ, kdy kapalnou fází je voda, a organogely (nebo oleogelsy), pokud je dispergovaná kapalina organickým rozpouštědlem a je strukturována organogelátorem.
Organogely jsou polotuhé formulace považované za bikontinuální systémy, které se skládají ze dvou fází: gelátoru a organického rozpouštědla. Gelátor, pokud se používá při formulaci organogelů v koncentracích <15%, may experience physical and chemical transformations that create self-assembled structures; these structures entangle with each other, forming a three-dimensional network. The organic solvent is retained and immobilized within the spaces of the gelator network. If the used solvent is a liquid oil, then the term oleogel is also appropriate for these formulations. Therefore, oleogels allow properties to be explored that hydrogels are not compatible with, such as hydrophobicity of compounds. One of the main advantages of oleogels is the possibility of carrying lipophilic bioactive compounds, which is of great utility in both pharmaceutical and food applications. The combined action between structure and health benefits supports the important role that oleogels can have in novel food products, as they can be tailored to meet the ideal properties for a food product, acting as a healthy substitute for solid fats.
Substances that gel edible oils can be roughly divided into two categories based on their molecular weight: low molecular-mass organic gelators (LMOGs), and polymeric gelators. LMOGs include mainly waxes, sterol-based gelators, fatty acid derivatives, and monoacylglycerols.
Mezi průmyslová odvětví, kde se oleogely běžně používají, patří:
- Potravinářský průmysl: Oleogely se používají v potravinářských výrobcích k nahrazení nebo snížení obsahu pevných tuků, jako je máslo nebo margarín. Mohou být začleněny do pomazánek, margarínů, pekařských výrobků, cukrovinek a zpracovaných potravin, aby se zlepšila textura, pocit v ústech a stabilita regálu. Oleogely mohou také sloužit jako nosiče příchutí, živin a funkčních přísad v potravinářských recepturách.
- Kosmetika a osobní péče: V kosmetickém průmyslu a průmyslu osobní péče se oleogely používají v různých produktech péče o pleť a vlasy. Lze je nalézt v krémech, pleťových vodách, balzámech a vlasových stylingových produktech, které poskytují hydratační, zvláčňující a kondicionační vlastnosti. Oleogely nabízejí výhody, jako je nemastnota, hladká aplikace a lepší přísun účinných látek do pokožky nebo vlasů.
- Léčiva: Oleogely mají farmaceutické aplikace jako topické formulace pro dodávání léčiv. Mohou sloužit jako základ pro masti, gely a transdermální náplasti, které zajišťují řízené uvolňování a lepší pronikání terapeutických látek kůží. Oleogely nabízejí výhody, jako je kinetika prodlouženého uvolňování, zvýšená biologická dostupnost a lepší dodržování farmaceutických přípravků pacientem.
- Průmyslová a kosmetická maziva: Oleogely se používají jako maziva v průmyslových aplikacích, jako je kovoobrábění, obrábění a mazací tuky. Nabízejí výhody, jako je vysoká tepelná stabilita, odolnost proti oxidaci a vynikající mazivost ve srovnání s konvenčními mazivy. V kosmetických přípravcích mohou být oleogely začleněny do osobních lubrikantů a masážních olejů pro jejich hladkou, nelepivou texturu a dlouhotrvající lubrikační vlastnosti.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.