Oleogeles: Cómo la sonicación mejora las formulaciones de oleogeles

Los oleogeles son materiales versátiles con aplicaciones en una amplia gama de industrias, que ofrecen ventajas únicas en términos de textura, estabilidad y funcionalidad. El uso de sonicadores tipo sonda mejora significativamente la síntesis y el rendimiento de los oleogeles, haciéndolos más adecuados para diversas aplicaciones industriales.

¿Qué son los oleogeles?

Los oleogeles son sistemas semisólidos compuestos por una fase oleosa inmovilizada dentro de una red tridimensional de agentes estructurantes, como oleogelantes o gelificantes. Estos agentes estructurantes ayudan a crear una consistencia gelatinosa en los aceites, dando como resultado un producto estable, untable y, a menudo, transparente o translúcido. Los oleogeles tienen aplicaciones en diversos sectores, como el alimentario, el cosmético, el farmacéutico y el de los lubricantes industriales, y ofrecen ventajas como la mejora de la textura en productos alimentarios, la hidratación en artículos para el cuidado de la piel, la administración controlada de fármacos en productos farmacéuticos y la mejora de las propiedades lubricantes en formulaciones industriales y cosméticas.
Cuando los oleogeles se producen utilizando potentes ondas ultrasónicas, un proceso conocido como sonicación, se mejora la síntesis de estos geles a base de aceite. Lea a continuación cómo los efectos de la sonicación facilitan la formación de oleogeles.

La homogeneización ultrasónica facilita y mejora la formulación de oleogeles.

Mezcla ultrasónica de oleogeles

La ultrasonicación puede mejorar la síntesis de oleogeles al potenciar la dispersión y distribución de los agentes estructurantes dentro de la fase oleosa. Cuando se aplican ondas ultrasónicas de alta intensidad a la mezcla de aceite que contiene los oleogelantes, se favorece la mezcla uniforme y la dispersión de los agentes estructurantes, lo que da lugar a una red de gel más homogénea. Además, la sonicación puede facilitar la formación de partículas más pequeñas y uniformes, dando como resultado una textura más fina y una mayor estabilidad del oleogel. Los efectos de cavitación generados por los ultrasonidos pueden romper los agregados más grandes y promover la formación de estructuras más pequeñas y uniformemente dispersas dentro de la matriz del gel.

Dispersión directa por ultrasonidos para la síntesis de oleogel

Oleogel moldeado por dispersión: En el método de dispersión directa, se utiliza la sonicación para dispersar el oleogelante directamente en el aceite líquido a temperaturas superiores a su punto de fusión, seguida de una fase de enfriamiento en la que la red de gelatinas se solidifica, encapsulando el aceite dentro de una estructura sólida, lo que da lugar al oleogel. Empleando este método de dispersión ultrasónica directa, el proceso de gelificación puede generar dos arquitecturas de red distintas, en función de la naturaleza del estructurante utilizado: conformaciones cristalinas o redes autoensambladas.

Emulsión ultrasónica para la síntesis de oleogel

Oleogel moldeado por emulsión: La emulsión ultrasónica mediante sonicación tipo sonda ofrece varias ventajas para la síntesis de oleogeles, principalmente al proporcionar una mezcla eficiente y consistente a nivel micrométrico y nanométrico. Las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean intensas fuerzas de cizallamiento sonomecánicas y cavitación acústica, que descomponen el aceite y el gelator de la fase acuosa en gotitas de tamaño uniforme. Esto da lugar a una emulsión más estable y homogénea, lo que es importante para la formación de oleogeles con la textura y las propiedades estructurales deseables. Además, el efecto de calentamiento localizado de la sonicación puede potenciar la disolución y la interacción de los gelificantes dentro de la fase oleosa, mejorando el proceso de gelificación. En consecuencia, la emulsión ultrasónica facilita la producción de oleogeles con una estabilidad, consistencia y rendimiento superiores en diversas aplicaciones, entre ellas las alimentarias, farmacéuticas y cosméticas.

Homogeneización ultrasónica de emulsiones de agua en oleogel en agua

Las emulsiones de agua en oleogel en agua (W/O/W) ofrecen funcionalidades excepcionales que las hacen ideales para aplicaciones alimentarias. Por ejemplo, se ha descubierto que las emulsiones de agua en oleogel en agua son un gran portador para suministrar probióticos y salvaguardar los aromas de los alimentos. La emulsificación ultrasónica mezcla eficazmente fases acuosas y aceitosas en emulsiones dobles, es decir, emulsiones W/O/W. La incorporación de gotas acuosas dentro de los glóbulos oleosos de productos grasos disminuye su contenido en grasa. La gelificación de la fase oleosa en emulsiones W/O/W confiere integridad estructural y mitiga los fenómenos de desestabilización, como la coalescencia de gotas de agua dentro de la fase oleosa.
La sonicación puede ayudar en la formulación de emulsiones de agua en oleogel en agua (W/O/W) facilitando la dispersión y homogeneización de los componentes de la emulsión. La sonicación de alta intensidad y baja frecuencia (a frecuencias de aproximadamente 20-26kHz) puede descomponer las gotas más grandes en gotas más pequeñas y uniformes, favoreciendo la formación de emulsiones estables. Además, la sonicación puede potenciar la incorporación de gotas acuosas a la fase oleosa y mejorar la dispersión del oleogelante dentro de la fase oleosa, lo que conduce a una gelificación más eficaz y a una mayor estabilidad de la emulsión. Además, la sonicación puede ayudar a controlar la distribución del tamaño de las gotitas de la emulsión, dando lugar a emulsiones con propiedades deseables, como una mejor textura, sensación en boca y atributos sensoriales.

Esquema representativo de diferentes tipos de sistemas de emulsión a base de oleogel.
Estudio e imagen: ©Pinto et al., 2021

Demostrado científicamente: La eficacia de la dispersión ultrasónica de oleogeles

Noonim et al. (2022) investigaron el efecto de la sonicación utilizando el sonicador Hielscher UP200St sobre las propiedades físicas, térmicas y estructurales y la estabilidad de almacenamiento de oleogeles a base de aceite de palma preparados utilizando diferentes concentraciones de cera carnauba (5% o 10%) y los compararon con oleogeles preparados con un homogeneizador (2000 rpm durante 10 min). La sonicación permitió preparar oleogeles con una mayor concentración de cera carnauba (10%) y mejoró eficazmente las propiedades y la estabilidad del oleogel a base de aceite de palma (p < 0.05).

Oleogel para aplicaciones alimentarias

Protocolo para un oleogel producido para una mayonesa vegana
 
Crema culinaria vegana a base de Oleogel
(cf. Szymanska et al., 2024)
 
Ingredientes:

• aceite de colza
• aceite de palma
• aceite de linaza
• cera de candelilla
• bebida de soja

Los oleogeles (100 g) se prepararon del siguiente modo: En primer lugar, se dispersó un 3-7% de cera de candelilla (p/p) en una mezcla de aceites refinados de colza y linaza (1:1 p/p) mediante calentamiento durante 10 min a 80 ± 1 °C en un baño de agua y, a continuación, sonicación durante 10 s (26 kHz, 72 W, 100% de pulso, 100% de amplitud) utilizando el homogeneizador por ultrasonidos UP200St (Hielscher Ultrasonics), equipado con el sonotrodo de titanio S26d7. La mezcla clara y homogénea se enfrió estáticamente en una cabina termostática durante 24 h a 20 ± 1 °C, hasta que se formó la estructura adecuada. Los oleogeles se obtuvieron en tres repeticiones.
Si le interesa la emulsificación ultrasónica de la mayonesa, aquí encontrará la receta, el vídeo e información detallada.

Preparación de emulsiones tipo crema con el Oleogel ultrasónico

Se prepararon emulsiones O/W tipo crema (30/70 p/p) (100 g) siguiendo el procedimiento de nuestra investigación preliminar [38] con ligeras modificaciones. Tanto una fase acuosa (bebida de soja con un 2,6% p/p de proteínas) como una fase lipídica (aceite de palma u oleogel) se precalentaron hasta 55 °C y se homogeneizaron inmediatamente utilizando el homogeneizador por ultrasonidos UP200St (Hielscher Ultrasonics) con una frecuencia de 26 kHz. Se utilizaron los siguientes parámetros 100% de pulso, 80% de amplitud, 15 mm de inmersión del sonotrodo en la parte central del vaso de precipitados (200 mL de capacidad). El tiempo de homogeneización de 2,5 min (τ) se determinó a partir de los resultados de las pruebas tecnológicas y los ensayos preliminares, teniendo en cuenta la temperatura creciente de las muestras (para τ = 2,5 min: densidad de energía: 69,1 ± 0,4 J∙g-1, temperatura máxima: 61,0 ± 0,3 °C). Se añadió benzoato sódico al 0,15% (p/p) a la fase acuosa como agente antibacteriano.

Los oleogelantes más utilizados para los oleogeles de uso alimentario.
Esquema: ©Perta-Crisan et al., 2023.