Oleogele: Wie die Sonikation Oleogel-Formulierungen verbessert

Oleogele sind vielseitige Materialien, die in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt werden und einzigartige Vorteile in Bezug auf Textur, Stabilität und Funktionalität bieten. Der Einsatz von Sondenschalldämpfern verbessert die Synthese und Leistung von Oleogelen erheblich und macht sie für verschiedene industrielle Anwendungen geeigneter.

Was sind Oleogele?

Oleogele sind halbfeste Systeme, die sich aus einer Ölphase zusammensetzen, die in einem dreidimensionalen Netz von Strukturgebern, wie Oleogelatoren oder Geliermitteln, immobilisiert ist. Diese Strukturierungsmittel tragen dazu bei, Ölen eine gelartige Konsistenz zu verleihen, was zu einem stabilen, streichfähigen und oft transparenten oder durchscheinenden Produkt führt. Oleogele werden in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, z. B. in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie sowie für industrielle Schmiermittel. Sie bieten Vorteile wie die Verbesserung der Textur von Lebensmitteln, die Befeuchtung von Hautpflegeprodukten, die kontrollierte Abgabe von Medikamenten in der Pharmazie und verbesserte Schmiereigenschaften in industriellen und kosmetischen Formulierungen.
Bei der Herstellung von Oleogelen mit Hilfe starker Ultraschallwellen, einem Verfahren, das als Sonikation bezeichnet wird, wird die Synthese dieser Gele auf Ölbasis verbessert. Lesen Sie unten, wie die Auswirkungen der Beschallung die Bildung von Oleogelen erleichtern!

Die Homogenisierung mit Ultraschall erleichtert und verbessert die Formulierung von Oleogelen.

Mischen von Oleogelen mit Ultraschall

Die Ultraschallbehandlung kann die Synthese von Oleogelen verbessern, indem sie die Dispersion und Verteilung der Strukturierungsmittel in der Ölphase fördert. Wenn das Ölgemisch, das die Oleogelatoren enthält, mit hochintensiven Ultraschallwellen beschallt wird, fördern sie die gleichmäßige Durchmischung und Dispersion der Strukturierungsmittel, was zu einem homogeneren Gelnetz führt. Darüber hinaus kann die Beschallung die Bildung kleinerer und gleichmäßigerer Partikel erleichtern, was zu einer feineren Struktur und einer besseren Stabilität des Oleogels führt. Die durch Ultraschall erzeugten Kavitationseffekte können größere Aggregate aufbrechen und die Bildung kleinerer, gleichmäßiger verteilter Strukturen innerhalb der Gelmatrix fördern.

Ultraschall-Direktdispergierung für die Oleogel-Synthese

Dispersionsgeschichtetes Oleogel: Bei der direkten Dispersionsmethode wird der Oleogelator durch Beschallung direkt in das flüssige Öl dispergiert, und zwar bei Temperaturen, die über seinem Schmelzpunkt liegen, gefolgt von einer Abkühlphase, in der sich das Gelator-Netzwerk verfestigt und das Öl in ein festes Gerüst einkapselt, wodurch das Oleogel entsteht. Mit diesem direkten Ultraschall-Dispergierverfahren kann der Gelierungsprozess zwei verschiedene Netzwerkarchitekturen erzeugen, die von der Art des verwendeten Strukturierungsmittels abhängen: kristallite Konformationen oder selbstorganisierte Netzwerke.

Ultraschall-Emulsion für die Oleogel-Synthese

Oleogel in Emulsionsform: Die Ultraschallemulsion mit Sondenbeschallung bietet mehrere Vorteile für die Oleogelsynthese, vor allem durch effizientes und gleichmäßiges Mischen im Mikron- und Nanobereich. Hochintensive Ultraschallwellen erzeugen intensive sonomechanische Scherkräfte und akustische Kavitation, die das Öl und den Gelator in der wässrigen Phase in Tröpfchen gleichmäßiger Größe aufspalten. Dies führt zu einer stabileren und homogeneren Emulsion, die für die Bildung von Oleogelen mit den gewünschten Textur- und Struktureigenschaften wichtig ist. Darüber hinaus kann die örtlich begrenzte Erwärmung durch die Beschallung die Auflösung und Wechselwirkung der Gelatoren in der Ölphase fördern und so den Gelierungsprozess verbessern. Folglich erleichtert die Ultraschallemulsion die Herstellung von Oleogelen mit hervorragender Stabilität, Konsistenz und Leistung in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Lebensmitteln, Arzneimitteln und Kosmetika.

Ultraschall-Homogenisierung von Wasser-In-Oleogel-In-Wasser-Emulsionen

Water-In-Oleogel-In-Water (W/O/W)-Emulsionen bieten außergewöhnliche Funktionalitäten, die sie ideal für Lebensmittelanwendungen machen. So haben sich beispielsweise Wasser-in-Oleogel-in-Wasser-Emulsionen als hervorragende Träger für die Abgabe von Probiotika und den Schutz von Lebensmittelaromen erwiesen. Bei der Emulgierung mit Ultraschall werden wässrige und ölige Phasen effizient zu Doppelemulsionen, d. h. W/O/W-Emulsionen, vermischt. Die Einarbeitung von wässrigen Tröpfchen in die Ölkügelchen von fetthaltigen Produkten verringert deren Fettgehalt. Die Gelierung der Ölphase in W/O/W-Emulsionen sorgt für strukturelle Integrität und mildert Destabilisierungsereignisse wie die Koaleszenz von Wassertröpfchen in der Ölphase.
Die Beschallung kann bei der Formulierung von Wasser-in-Oleogel-in-Wasser (W/O/W)-Emulsionen helfen, indem sie die Dispersion und Homogenisierung der Emulsionsbestandteile erleichtert. Hochintensive Niederfrequenzbeschallung (mit Frequenzen von ca. 20-26 kHz) kann größere Tröpfchen in kleinere, gleichmäßigere Tröpfchen aufspalten und so die Bildung stabiler Emulsionen fördern. Darüber hinaus kann die Beschallung die Einbindung wässriger Tröpfchen in die Ölphase und die Dispersion des Oleogelators in der Ölphase verbessern, was zu einer effizienteren Gelierung und einer höheren Stabilität der Emulsion führt. Darüber hinaus kann die Beschallung dazu beitragen, die Größenverteilung der Emulsionströpfchen zu steuern, was zu Emulsionen mit wünschenswerten Eigenschaften wie verbesserter Textur, besserem Mundgefühl und besseren sensorischen Eigenschaften führt.

Schema zur Darstellung verschiedener Typen von Emulsionssystemen auf Oleogel-Basis.
Studie und Bild: ©Pinto et al., 2021

Wissenschaftlich bewiesen: Die Wirksamkeit der Ultraschalldispergierung von Oleogelen

Noonim et al. (2022) untersuchten die Auswirkungen der Beschallung mit dem Hielscher Sonicator UP200St auf die physikalischen, thermischen und strukturellen Eigenschaften und die Lagerstabilität von Oleogelen auf Palmölbasis, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von Carnaubawachs (5 % oder 10 %) hergestellt wurden, und verglichen sie mit Oleogelen, die mit einem Homogenisator (2000 U/min für 10 Minuten) hergestellt wurden. Die Sonikation ermöglichte die Herstellung von Oleogelen mit einer höheren Carnaubawachs-Konzentration (10 %) und verbesserte effektiv die Eigenschaften und die Stabilität von Oleogelen auf Palmölbasis (p < 0.05).

Oleogel für Lebensmittelanwendungen

Protokoll für ein Oleogel zur Herstellung einer veganen Mayonnaise
 
Vegane kulinarische Creme auf Basis von Oleogel
(vgl. Szymanska et al., 2024)
 
Zutaten:

• Rapsöl
• Palmöl
• Leinsamenöl
• Candelillawachs
• Sojagetränk

Die Oleogele (100 g) wurden wie folgt hergestellt: Zunächst wurden 3-7 % Candelillawachs (w/w) in einem Gemisch aus raffinierten Raps- und Leinölen (1:1 w/w) dispergiert, indem es 10 min lang bei 80 ± 1 °C im Wasserbad erhitzt und anschließend 10 s lang mit dem Ultraschallhomogenisator UP200St (Hielscher Ultrasonics), ausgestattet mit der Titansonotrode S26d7, beschallt wurde (26 kHz, 72 W, 100 % Puls, 100 % Amplitude). Die klare, homogene Mischung wurde 24 Stunden lang in einem Wärmeschrank bei 20 ± 1 °C statisch gekühlt, bis sich die richtige Struktur gebildet hatte. Die Oleogele wurden in drei Wiederholungen hergestellt.
Wenn Sie sich für das Emulgieren von Mayonnaise mit Ultraschall interessieren, finden Sie hier Rezept, Video und detaillierte Informationen!

Herstellung von cremeartigen Emulsionen mit dem Ultraschall-Oleogel

Cremige O/W-Emulsionen (30/70 Gew./Gew.) (100 g) wurden nach dem Verfahren unserer Voruntersuchung [38] mit leichten Modifikationen hergestellt. Sowohl eine wässrige Phase (Sojagetränk mit 2,6 Gew.-% Protein) als auch eine Lipidphase (Palmöl oder Oleogel) wurden auf 55 °C vorgewärmt und sofort mit dem Ultraschallhomogenisator UP200St (Hielscher Ultrasonics) mit einer Frequenz von 26 kHz homogenisiert. Die folgenden Parameter wurden verwendet: 100 % Puls, 80 % Amplitude, 15 mm Eintauchen der Sonotrode in den zentralen Teil des Becherglases (200 mL Fassungsvermögen). Die Homogenisierungszeit von 2,5 min (τ) wurde auf der Grundlage der Ergebnisse der technologischen Tests und der Vorversuche unter Berücksichtigung der zunehmenden Temperatur der Proben festgelegt (für τ = 2,5 min: Energiedichte: 69,1 ± 0,4 J∙g-1, Höchsttemperatur: 61,0 ± 0,3 °C). Der wässrigen Phase wurde Natriumbenzoat in Höhe von 0,15 % (w/w) als antibakterielles Mittel zugesetzt.

Die am häufigsten verwendeten Oleogeliermittel für Oleogele in Lebensmittelqualität.
Schema: ©Perta-Crisan et al., 2023.