Oleogels: Hvordan sonikering forbedrer Oleogel-formuleringer
Oleogels er alsidige materialer med anvendelser i en bred vifte af industrier, der tilbyder unikke fordele med hensyn til tekstur, stabilitet og funktionalitet. Brug af sonde-type sondeapparater forbedrer syntesen og ydeevnen af oleogeller betydeligt, hvilket gør dem mere velegnede til forskellige industrielle applikationer.
Hvad er Oleogels?
Oleogels er halvfaste systemer, der består af en oliefase, der er immobiliseret inden for et tredimensionelt netværk af struktureringsmidler, såsom oleogelatorer eller geleringsmidler. Disse struktureringsmidler hjælper med at skabe en gel-lignende konsistens i olier, hvilket resulterer i et stabilt, smørbart og ofte gennemsigtigt eller gennemskinneligt produkt. Oleogels finder anvendelser på tværs af forskellige industrier, herunder fødevarer, kosmetik, lægemidler og industrielle smøremidler, og tilbyder fordele såsom teksturforbedring i fødevarer, fugtighed i hudplejeartikler, kontrolleret lægemiddellevering i lægemidler og forbedrede smøreegenskaber i industrielle og kosmetiske formuleringer.
Når oleogels produceres ved hjælp af kraftige ultralydsbølger, en proces kendt som sonikering, forbedres syntesen af disse oliebaserede geler. Læs nedenfor, hvordan virkningerne af sonikering letter dannelsen af oleogeller!
Sonicator UP400St til fremstilling af oleogeller.
Ultralydshomogneisering letter og forbedrer formuleringen af oleogeller.
Ultralydsblanding af oleogels
Ultralydbehandling kan forbedre syntesen af oleogeller ved at forbedre dispersionen og fordelingen af struktureringsmidlerne i oliefasen. Når ultralydsbølger med høj intensitet påføres olieblandingen, der indeholder oleogelatorerne, fremmer de ensartet blanding og spredning af struktureringsmidlerne, hvilket fører til et mere homogent gelnetværk. Derudover kan sonikering lette dannelsen af mindre og mere ensartede partikler, hvilket resulterer i finere tekstur og forbedret stabilitet af oleogelen. Kavitationseffekterne genereret af ultralyd kan forstyrre større aggregater og fremme dannelsen af mindre, mere jævnt spredte strukturer i gelmatrixen.
Ultralyd direkte dispersion til Oleogel-syntese
Dispersions-skabelon Oleogel: Til den direkte dispersionsmetode anvendes sonikering til at dispergere oleogelatoren direkte i den flydende olie ved temperaturer, der overstiger dets smeltepunkt, efterfulgt af en afkølingsfase, hvor gelatornetværket størkner og indkapsler olien inden for en fast ramme og dermed giver oleogelen. Ved at anvende denne direkte ultralydsdispergeringstilgang kan geleringsprocessen generere to forskellige netværksarkitekturer, der er afhængige af arten af den anvendte struktur: krystallitkonformationer eller selvsamlede netværk.
Ultralydsemulsion til Oleogel-syntese
Emulsion-skabelon Oleogel: Ultralydsemulgering ved hjælp af sondebaseret sonikering byder på adskillige fordele ved syntese af oleogeler, primært ved at sikre en effektiv og ensartet blanding på mikro- og nanoniveau. Ultralydsbølger med høj intensitet skaber kraftige sonomekaniske forskydningskræfter og akustisk kavitation, som nedbryder olien og geleringsmidlet i den vandige fase til dråber af ensartet størrelse. Dette fører til en mere stabil og homogen emulsion, hvilket er vigtigt for dannelsen af oleogeler med ønskede tekstur- og strukturelle egenskaber. Derudover kan den lokaliserede opvarmningseffekt ved ultralydsbehandlingen fremme opløsningen og interaktionen mellem geleringsmidlerne i oliefasen, hvilket forbedrer geleringsprocessen. Følgelig letter ultralydsemulgering fremstillingen af oleogeler med overlegen stabilitet, konsistens og ydeevne i forskellige anvendelser, herunder fødevarer, lægemidler og kosmetik.
Ultralydshomogenisator til oleogelformulering i produktion med høj kapacitet.
Ultralydshomogenisering af vand-i-oleogel-i-vand-emulsioner
Water-In-Oleogel-In-Water (W/O/W)-emulsioner tilbyder enestående funktionaliteter, der gør dem ideelle til fødevareapplikationer. For eksempel har Water-In-Oleogel-In-Water-emulsioner vist sig at være en god bærer til at levere probiotika og beskytte fødevarearomaer. Ultralydsemulgering blander effektivt vandige og olieagtige faser i dobbelte emulsioner, dvs. W / O / W emulsioner. Inkorporering af vandige dråber i oliekuglerne af fede produkter reducerer deres fedtindhold. Gelering af oliefasen i W/O/W-emulsioner giver strukturel integritet og afbøder destabiliseringshændelser som vanddråbekoalescens i oliefasen.
Sonikering kan hjælpe med formuleringen af Water-In-Oleogel-In-Water (W / O / W) emulsioner ved at lette dispersionen og homogeniseringen af emulsionskomponenterne. Højintensiv, lavfrekvent sonikering (ved frekvenser på ca. 20-26kHz) kan nedbryde større dråber i mindre, mere ensartede dråber, hvilket fremmer dannelsen af stabile emulsioner. Derudover kan sonikering forbedre inkorporeringen af vandige dråber i oliefasen og forbedre dispersionen af oleogelatoren i oliefasen, hvilket fører til mere effektiv gelering og forbedret stabilitet af emulsionen. Desuden kan sonikering hjælpe med at kontrollere størrelsesfordelingen af emulsionsdråberne, hvilket resulterer i emulsioner med ønskelige egenskaber såsom forbedret tekstur, mundfølelse og sensoriske egenskaber.
Skema, der repræsenterer forskellige typer oleogelbaserede emulsionssystemer.
Undersøgelse og billede: ©Pinto et al., 2021
Videnskabeligt bevist: Effektiviteten af ultralydsdispersion af oleogels
Noonim et al. (2022) undersøgte effekten af sonikering ved hjælp af Hielscher sonicator UP200St på fysiske, termiske og strukturelle egenskaber og opbevaringsstabilitet af palmeoliebaserede oleogeller fremstillet ved hjælp af forskellige koncentrationer af carnaubavoks (5% eller 10%) blev undersøgt og sammenlignet med oleogeller fremstillet med en homogenisator (2000 rpm i 10 min). Sonikering gjorde det muligt at fremstille oleogeller med højere carnaubavokskoncentration (10%) og forbedrede effektivt egenskaberne og stabiliteten af palmeoliebaseret oleogel (p < 0.05).
Oleogel til fødevareapplikationer
Protokol for en Oleogel produceret til en vegansk mayonnaise
Vegansk kulinarisk creme baseret på Oleogel
(jf. Szymanska et al., 2024)
Ingredienser:
- rapsolie
- palmeolie
- linolie
- Candelilla voks
- sojadrik
Oleogelerne (100 g) blev fremstillet som følger: Først blev 3-7% candelillavoks (w/w) dispergeret i en blanding af raffinerede raps- og linolier (1:1 w/w) ved opvarmning i 10 minutter ved 80 ± 1 °C i et vandbad og derefter sonikering i 10 s (26 kHz, 72 W, 100% puls, 100% amplitude) ved hjælp af ultralydshomogenisatoren UP200St (Hielscher Ultrasonics), udstyret med titanium sonotrode S26d7. Den klare, homogene blanding blev statisk afkølet i et termostatskab i 24 timer ved 20 ± 1 °C, indtil den korrekte struktur var dannet. Oleogelerne blev opnået i tre gentagelser.
Hvis du er interesseret i ultralydsemulgering af mayonnaise, finder du opskrift, video og detaljerede oplysninger her!
Fremstilling af creme-type emulsioner ved hjælp af ultralyd Oleogel
Creme-type O/W (30/70 w/w) emulsioner (100 g) blev fremstillet i henhold til proceduren i vores indledende forskning [38] med små modifikationer. Både en vandig fase (sojadrik indeholdende 2,6 % vægt/vægt-protein) og en lipidfase (palmeolie eller oleogel) blev forvarmet op til 55 °C og straks homogeniseret ved hjælp af ultralydshomogenisatoren UP200St (Hielscher Ultrasonics) med en frekvens på 26 kHz. Følgende parametre blev anvendt: 100 % puls, 80 % amplitude, 15 mm nedsænkning af sonotroden i den centrale del af bægerglasset (200 ml kapacitet). Homogeniseringstiden på 2,5 min (τ) blev bestemt på grundlag af resultaterne af teknologiske tests og indledende test under hensyntagen til prøvernes stigende temperatur (for τ = 2,5 min: energitæthed: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, maks. temperatur: 61,0 ± 0,3 °C). Natriumbenzoat på 0,15 % (w/w) blev tilsat til den vandige fase som et antibakterielt middel.
Mest almindeligt anvendte oleogelatorer til oleogeller af fødevarekvalitet.
Skema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontakt os! / Spørg os!
Soniker UIP2000hdT til industriel produktion af oleogeller.
Litteratur / Referencer
- 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, der er værd at vide
Hvad er Oleogels? – En definition af oleogels
Geler repræsenterer en type kolloid, der består af et fast-lignende tredimensionelt netværk, hvori en flydende fase er fanget.
Gelformuleringer kan opdeles i to hovedklasser i henhold til det opløsningsmiddel, der anvendes til deres produktion; Hydrogeler refererer til det tilfælde, hvor den flydende fase er vand, og organogeller (eller oleogeler), når den dispergerede væske er et organisk opløsningsmiddel og er struktureret af en organogelator.
Organogeler er halvstive formuleringer, der betragtes som bikontinuerlige systemer, bestående af to faser: gelatorstoffet og det organiske opløsningsmiddel. Når gelatormidlet anvendes i formuleringen af organogeler i koncentrationer på under 15 %, kan det gennemgå fysiske og kemiske forandringer, der skaber selvorganiserede strukturer; disse strukturer fletter sig sammen og danner et tredimensionelt netværk. Det organiske opløsningsmiddel tilbageholdes og immobiliseres i mellemrummene i gelatorens netværk. Hvis det anvendte opløsningsmiddel er en flydende olie, er betegnelsen oleogel også passende for disse formuleringer. Oleogeler gør det derfor muligt at udforske egenskaber, som hydrogeler ikke er forenelige med, såsom forbindelsers hydrofobicitet. En af de største fordele ved oleogeler er muligheden for at bære lipofile bioaktive forbindelser, hvilket er af stor nytte i både farmaceutiske og fødevareanvendelser. Den kombinerede virkning mellem struktur og sundhedsmæssige fordele understøtter den vigtige rolle, som oleogeler kan spille i nye fødevareprodukter, da de kan skræddersys til at opfylde de ideelle egenskaber for et fødevareprodukt og fungere som et sundt alternativ til faste fedtstoffer.
Stoffer, der kan danne gel af spiselige olier, kan groft inddeles i to kategorier ud fra deres molekylvægt: organiske geleringsmidler med lav molekylvægt (LMOG’er) og polymere geleringsmidler. LMOG’er omfatter hovedsageligt voksarter, sterolbaserede geleringsmidler, fedtsyrederivater og monoacylglyceroler.
Industrier, hvor oleogeller almindeligvis anvendes, omfatter:
- Levnedsmiddelindustri: Oleogels bruges i fødevarer til at erstatte eller reducere indholdet af faste fedtstoffer såsom smør eller margarine. De kan inkorporeres i smørepålæg, margariner, bageriprodukter, konfekture og forarbejdede fødevarer for at forbedre tekstur, mundfølelse og hyldestabilitet. Oleogels kan også tjene som bærere af smag, næringsstoffer og funktionelle ingredienser i fødevareformuleringer.
- Kosmetik og personlig pleje: I kosmetik- og personlig plejeindustrien bruges oleogels i forskellige hudpleje- og hårplejeprodukter. De kan findes i cremer, lotioner, balsamer og hårstylingprodukter for at give fugt, blødgøring og plejende egenskaber. Oleogels tilbyder fordele såsom ikke-fedtethed, glat påføring og forbedret levering af aktive ingredienser til huden eller håret.
- Lægemidler: Oleogels har farmaceutiske anvendelser som topiske formuleringer til lægemiddellevering. De kan tjene som baser for salver, geler og transdermale plastre, hvilket giver kontrolleret frigivelse og forbedret penetration af terapeutiske midler gennem huden. Oleogels tilbyder fordele såsom kinetik med forlænget frigivelse, forbedret biotilgængelighed og forbedret patientcompliance i farmaceutiske formuleringer.
- Industrielle og kosmetiske smøremidler: Oleogels bruges som smøremidler i industrielle applikationer såsom metalbearbejdning, bearbejdning og smørefedt. De tilbyder fordele såsom høj termisk stabilitet, modstandsdygtighed over for oxidation og overlegen smøreevne sammenlignet med konventionelle smøremidler. I kosmetiske formuleringer kan oleogeller inkorporeres i personlige smøremidler og massageolier for deres glatte, ikke-klæbrige tekstur og langvarige smøreegenskaber.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.