Oleogeler: Sådan forbedrer sonikering oleogelformuleringer
Oleogeler er alsidige materialer med anvendelser i en lang række brancher og tilbyder unikke fordele med hensyn til tekstur, stabilitet og funktionalitet. Brugen af sondesonikatorer forbedrer syntesen og ydeevnen af oleogeler betydeligt og gør dem mere egnede til forskellige industrielle anvendelser.
Hvad er oleogeler?
Oleogeler er halvfaste systemer, der består af en oliefase immobiliseret i et tredimensionelt netværk af strukturdannende stoffer, såsom oleogelatorer eller geleringsmidler. Disse strukturdannende stoffer bidrager til at skabe en gelagtig konsistens i olier, hvilket resulterer i et stabilt, smørbart og ofte gennemsigtigt eller gennemskinneligt produkt. Oleogeler anvendes i forskellige brancher, herunder fødevarer, kosmetik, lægemidler og industrielle smøremidler, og tilbyder fordele såsom forbedret tekstur i fødevarer, fugttilførsel i hudplejeprodukter, kontrolleret lægemiddelafgivelse i lægemidler og forbedrede smøreegenskaber i industrielle og kosmetiske formuleringer.
Når oleogeler fremstilles ved hjælp af kraftige ultralydsbølger, en proces kendt som sonikering, forbedres syntesen af disse oliebaserede geler. Læs nedenfor, hvordan virkningerne af sonikering fremmer dannelsen af oleogeler!
Sonikator UP400St til fremstilling af oleogeler.
Ultralydshomogenisering letter og forbedrer formuleringen af oleogeler.
Ultralydsblanding af oleogeler
Ultralydsbehandling kan forbedre syntesen af oleogeler ved at forbedre dispergeringen og fordelingen af de strukturdannende stoffer i oliefasen. Når ultralydsbølger med høj intensitet påføres olieblandingen, der indeholder oleogelatorerne, fremmer de ensartet blanding og dispergering af de strukturdannende stoffer, hvilket fører til et mere homogent gelnetværk. Derudover kan sonikering fremme dannelsen af mindre og mere ensartede partikler, hvilket resulterer i en finere tekstur og forbedret stabilitet af oleogelen. Kavitationseffekterne, der frembringes af ultralyd, kan bryde større aggregater op og fremme dannelsen af mindre, mere jævnt dispergerede strukturer i gelmatricen.
Direkte dispergering med ultralyd til syntese af oleogeler
Oleogel dannet med en dispersion som skabelon: Ved den direkte dispergeringsmetode bruges sonikering til at dispergere oleogelatoren direkte i den flydende olie ved temperaturer over dens smeltepunkt, efterfulgt af en afkølingsfase, hvor gelatornetværket størkner og indkapsler olien i en fast struktur, hvorved oleogelen dannes. Ved anvendelse af denne direkte ultralydsdispergering kan geleringsprocessen frembringe to forskellige netværksarkitekturer, afhængigt af det anvendte strukturdannende stofs beskaffenhed: krystallitkonformationer eller selvsamlede netværk.
Ultralydsemulsion til syntese af oleogeler
Oleogel dannet med en emulsion som skabelon: Ultralydsemulsion ved hjælp af sonikering med en sonde tilbyder flere fordele ved syntese af oleogeler, primært ved at sikre effektiv og ensartet blanding på mikro- og nanoniveau. Ultralydsbølger med høj intensitet skaber kraftige sonomekaniske forskydningskræfter og akustisk kavitation, som opdeler olien og gelatoren i den vandige fase i dråber med ensartet størrelse. Dette fører til en mere stabil og homogen emulsion, hvilket er vigtigt for dannelsen af oleogeler med ønsket tekstur og ønskede strukturelle egenskaber. Derudover kan den lokale opvarmningseffekt af sonikering forbedre opløsningen af gelatorer og deres indbyrdes vekselvirkning i oliefasen, hvilket forbedrer geleringsprocessen. Ultralydsemulsion letter derfor fremstillingen af oleogeler med overlegen stabilitet, konsistens og ydeevne i forskellige anvendelser, herunder fødevarer, lægemidler og kosmetik.
Ultralydshomogenisator til formulering af oleogeler i produktion med høj kapacitet.
Ultralydshomogenisering af vand-i-oleogel-i-vand-emulsioner
Vand-i-oleogel-i-vand-emulsioner (W/O/W) tilbyder enestående funktionelle egenskaber, som gør dem ideelle til fødevareanvendelser. For eksempel har vand-i-oleogel-i-vand-emulsioner vist sig at være en fremragende bærer til tilførsel af probiotika og beskyttelse af fødevarearomaer. Ultralydsemulgering blander effektivt vandige og olieholdige faser til dobbeltemulsioner, dvs. W/O/W-emulsioner. Indlejring af vandige dråber i oliedråberne i fedtholdige produkter reducerer deres fedtindhold. Gelering af oliefasen i W/O/W-emulsioner giver strukturel integritet og begrænser destabiliserende hændelser såsom koalescens af vanddråber i oliefasen.
Sonikering kan bidrage til formuleringen af vand-i-oleogel-i-vand-emulsioner (W/O/W) ved at lette dispergeringen og homogeniseringen af emulsionskomponenterne. Sonikering med høj intensitet og lav frekvens (ved frekvenser på ca. 20–26kHz) kan opdele større dråber i mindre, mere ensartede dråber og dermed fremme dannelsen af stabile emulsioner. Derudover kan sonikering forbedre indlejringen af vandige dråber i oliefasen og forbedre dispergeringen af oleogelatoren i oliefasen, hvilket fører til mere effektiv gelering og øget stabilitet af emulsionen. Desuden kan sonikering bidrage til at styre emulsionsdråbernes størrelsesfordeling, hvilket resulterer i emulsioner med ønskede egenskaber såsom forbedret tekstur, mundfølelse og sensoriske egenskaber.
Skematisk fremstilling af forskellige typer oleogelbaserede emulsionssystemer.
Undersøgelse og billede: ©Pinto et al., 2021
Videnskabeligt dokumenteret: Effektiviteten af ultralydsdispergering af oleogeler
Noonim et al. (2022) undersøgte virkningen af sonikering med sonikatoren UP200St fra Hielscher på fysiske, termiske og strukturelle egenskaber samt lagringsstabilitet af palmeoliebaserede oleogeler fremstillet med forskellige koncentrationer af carnaubavoks (5% eller 10%) og sammenlignede dem med oleogeler fremstillet med en homogenisator (2000 rpm i 10 min). Sonikering gjorde det muligt at fremstille oleogeler med en højere koncentration af carnaubavoks (10%) og forbedrede effektivt egenskaberne og stabiliteten af palmeoliebaseret oleogel (p < 0,05).
Oleogel til fødevareanvendelser
Protokol for en oleogel fremstillet til en vegansk mayonnaise
Vegansk madlavningsfløde baseret på oleogel
(jf. Szymanska et al., 2024)
Ingredienser:
- rapsolie
- palmeolie
- hørfrøolie
- candelillavoks
- sojadrik
Oleogelerne (100 g) blev fremstillet som følger: Først blev 3–7% candelillavoks (w/w) dispergeret i en blanding af raffineret rapsolie og hørfrøolie (1:1 w/w) ved opvarmning i 10 min ved 80 ± 1 °C i et vandbad og derefter sonikering i 10 s (26 kHz, 72 W, 100% puls, 100% amplitude) med ultralydshomogenisatoren UP200St (Hielscher Ultrasonics), udstyret med titaniumsonotroden S26d7. Den klare, homogene blanding blev afkølet under statiske forhold i et termostatskab i 24 h ved 20 ± 1 °C, indtil den rette struktur var dannet. Oleogelerne blev fremstillet i tre gentagelser.
Hvis du er interesseret i ultralydsemulgering af mayonnaise, finder du opskrift, video og detaljerede oplysninger her!
Fremstilling af flødelignende emulsioner med den ultralydsbehandlede oleogel
Flødelignende O/W-emulsioner (30/70 w/w) (100 g) blev fremstillet efter proceduren i vores indledende forskning [38] med mindre ændringer. Både en vandig fase (sojadrik indeholdende 2,6% w/w protein) og en lipidfase (palmeolie eller oleogel) blev forvarmet op til 55 °C og straks homogeniseret med ultralydshomogenisatoren UP200St (Hielscher Ultrasonics) ved en frekvens på 26 kHz. Følgende parametre blev anvendt: 100% puls, 80% amplitude, 15 mm nedsænkning af sonotroden i den centrale del af bægerglasset (kapacitet på 200 mL). Homogeniseringstiden på 2,5 min (τ) blev fastlagt ud fra resultaterne af teknologiske forsøg og indledende forsøg 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 i en koncentration på 0,15% (w/w) blev tilsat den vandige fase som antibakterielt middel.
De mest almindeligt anvendte oleogelatorer til oleogeler af fødevarekvalitet.
Skematisk fremstilling: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontakt os! / Spørg os!
Sonikator UIP2000hdT til industriel fremstilling af oleogeler.
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.
Værd at vide
Hvad er oleogeler? – En definition af oleogeler
Geler er en type kolloid, der består af et faststoflignende tredimensionelt netværk, hvori en væskefase er indesluttet.
Gelformuleringer kan opdeles i to hovedklasser efter det opløsningsmiddel, der anvendes til deres fremstilling; hydrogeler betegner de tilfælde, hvor væskefasen er vand, og organogeler (eller oleogeler) de tilfælde, hvor den dispergerede væske er et organisk opløsningsmiddel og struktureres af en organogelator.
Organogeler er halvstive formuleringer, der betragtes som bikontinuerte systemer, og som består af to faser: gelatoren og det organiske opløsningsmiddel. Når gelatoren anvendes i formuleringen af organogeler i koncentrationer på mindre end 15%, kan den gennemgå fysiske og kemiske omdannelser, der skaber selvsamlede strukturer; disse strukturer vikler sig ind i hinanden og danner et tredimensionelt netværk. Det organiske opløsningsmiddel fastholdes og immobiliseres i hulrummene i gelatornetværket. 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 vigtigste fordele ved oleogeler er muligheden for at bære lipofile bioaktive forbindelser, hvilket er meget nyttigt i både lægemiddel- og fødevareanvendelser. Samspillet mellem struktur og sundhedsfordele understøtter den vigtige rolle, som oleogeler kan spille i nye fødevareprodukter, da de kan tilpasses, så de opfylder de ideelle egenskaber for et fødevareprodukt og fungerer som en sund erstatning for faste fedtstoffer.
Stoffer, der gelerer spiseolier, kan groft opdeles i to kategorier ud fra deres molekylvægt: organiske gelatorer med lav molekylmasse (LMOGs) og polymere gelatorer. LMOGs omfatter hovedsageligt voksarter, sterolbaserede gelatorer, fedtsyrederivater og monoacylglyceroler.
Brancher, hvor oleogeler almindeligvis anvendes, omfatter:
- Fødevareindustrien: Oleogeler bruges i fødevarer til at erstatte eller reducere indholdet af faste fedtstoffer såsom smør eller margarine. De kan indarbejdes i smørbare produkter, margariner, bagværk, konfekture og forarbejdede fødevarer for at forbedre tekstur, mundfølelse og lagringsstabilitet. Oleogeler kan også fungere som bærere for smagsstoffer, næringsstoffer og funktionelle ingredienser i fødevareformuleringer.
- Kosmetik og personlig pleje: I kosmetik- og plejeindustrien anvendes oleogeler i forskellige hudpleje- og hårplejeprodukter. De findes i cremer, lotioner, balsammer og hårstylingprodukter for at tilføre fugt samt blødgørende og plejende egenskaber. Oleogeler tilbyder fordele såsom en ikke-fedtende fornemmelse, jævn påføring og forbedret tilførsel af aktive ingredienser til huden eller håret.
- Lægemidler: Oleogeler har farmaceutiske anvendelser som topiske formuleringer til lægemiddelafgivelse. De kan fungere som baser for salver, geler og transdermale plastre og sikre kontrolleret frigivelse og forbedret penetration af terapeutiske stoffer gennem huden. Oleogeler tilbyder fordele såsom forlænget frigivelseskinetik, øget biotilgængelighed og forbedret efterlevelse af behandlingen hos patienter i forbindelse med lægemiddelformuleringer.
- Industrielle og kosmetiske smøremidler: Oleogeler bruges som smøremidler i industrielle anvendelser såsom metalbearbejdning, maskinbearbejdning og smørefedter. De tilbyder fordele såsom høj termisk stabilitet, modstandsdygtighed over for oxidation og overlegen smøreevne sammenlignet med konventionelle smøremidler. I kosmetiske formuleringer kan oleogeler indarbejdes i intime glideprodukter og massageolier på grund af deres glatte, ikke-klæbrige tekstur og langvarige smøreegenskaber.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra laboratoriestørrelse til industristørrelse.