Oleogeles: cómo la sonicación mejora las formulaciones de oleogeles

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

¿Qué son los oleogeles?

Los oleogeles son sistemas semisólidos compuestos por una fase oleosa inmovilizada en una red tridimensional de agentes estructurantes, como oleogelificantes o agentes gelificantes. Estos agentes estructurantes ayudan a crear una consistencia similar a la de un gel en los aceites, dando lugar a un producto estable, untable y, a menudo, transparente o translúcido. Los oleogeles tienen aplicaciones en diversas industrias, entre ellas la alimentaria, la cosmética, la farmacéutica y la de lubricantes industriales, y ofrecen ventajas como la mejora de la textura de los productos alimentarios, la hidratación en productos 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 ondas ultrasónicas potentes, mediante un proceso conocido como sonicación, se mejora la síntesis de estos geles a base de aceite. ¡Descubra 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 favorecer la dispersión y la distribución de los agentes estructurantes en la fase oleosa. Cuando se aplican ondas ultrasónicas de alta intensidad a la mezcla de aceites que contiene los oleogelificantes, se favorecen la mezcla y la dispersión uniformes 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, con lo que se obtiene 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 favorecer la formación de estructuras más pequeñas y dispersas de manera más uniforme en la matriz del gel.

Dispersión directa ultrasónica para la síntesis de oleogeles

Oleogel obtenido mediante una plantilla de dispersión: En el método de dispersión directa, la sonicación se utiliza para dispersar el oleogelificante directamente en el aceite líquido a temperaturas superiores a su punto de fusión, seguida de una fase de enfriamiento en la que la red del gelificante se solidifica y encapsula el aceite en una estructura sólida, dando lugar al oleogel. Al emplear este método de dispersión directa ultrasónica, el proceso de gelificación puede generar dos arquitecturas de red distintas, dependiendo de la naturaleza del agente estructurante utilizado: conformaciones de cristalitos o redes autoensambladas.

Emulsificación ultrasónica para la síntesis de oleogeles

Oleogel obtenido mediante una plantilla de emulsión: La emulsificación ultrasónica mediante sonicación con sonda ofrece varias ventajas para la síntesis de oleogeles, principalmente al proporcionar una mezcla eficiente y uniforme a escala micrométrica y nanométrica. Las ondas ultrasónicas de alta intensidad generan intensas fuerzas de cizallamiento sonomecánicas y cavitación acústica, que dividen el aceite y el gelificante presentes en la fase acuosa en gotas de tamaño uniforme. Esto da lugar a una emulsión más estable y homogénea, lo que resulta importante para la formación de oleogeles con la textura y las propiedades estructurales deseadas. Además, el efecto de calentamiento localizado de la sonicación puede favorecer la disolución y la interacción de los gelificantes en la fase oleosa, mejorando el proceso de gelificación. Por consiguiente, la emulsificación 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 demostrado que las emulsiones de agua en oleogel en agua constituyen un excelente vehículo para administrar probióticos y proteger los aromas de los alimentos. La emulsificación ultrasónica mezcla de forma eficiente las fases acuosas y oleosas para formar emulsiones dobles, es decir, emulsiones W/O/W. La incorporación de gotas acuosas en los glóbulos de aceite de los productos grasos disminuye su contenido de grasa. La gelificación de la fase oleosa en las emulsiones W/O/W aporta integridad estructural y reduce los fenómenos de desestabilización, como la coalescencia de las gotas de agua dentro de la fase oleosa.
La sonicación puede ayudar a formular emulsiones de agua en oleogel en agua (W/O/W) al facilitar la dispersión y la homogeneización de los componentes de la emulsión. La sonicación de alta intensidad y baja frecuencia (a frecuencias de aprox. 20-26 kHz) puede dividir las gotas más grandes en gotas más pequeñas y uniformes, favoreciendo la formación de emulsiones estables. Además, la sonicación puede favorecer la incorporación de gotas acuosas a la fase oleosa y mejorar la dispersión del oleogelificante en dicha fase, lo que conduce a una gelificación más eficiente y a una mayor estabilidad de la emulsión. Asimismo, la sonicación puede ayudar a controlar la distribución de tamaños de las gotas de la emulsión, dando lugar a emulsiones con propiedades deseables, como una mejor textura, sensación en boca y atributos sensoriales.

Esquema que representa distintos tipos de sistemas de emulsión basados en oleogeles.
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 con el sonicador UP200St de Hielscher sobre las propiedades físicas, térmicas y estructurales, así como sobre la estabilidad durante el almacenamiento, de oleogeles a base de aceite de palma preparados con distintas concentraciones de cera de 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 de 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 de elaboración de un oleogel para una mayonesa vegana
 
Crema culinaria vegana a base de oleogel
(véase 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: primero, se dispersó un 3–7% de cera de candelilla (w/w) en una mezcla de aceites refinados de colza y linaza (1:1 w/w) mediante calentamiento durante 10 min a 80 ± 1 °C en un baño de agua y posterior sonicación durante 10 s (26 kHz, 72 W, 100% de pulsación, 100% de amplitud), utilizando el homogeneizador ultrasónico UP200St (Hielscher Ultrasonics), equipado con el sonotrodo de titanio S26d7. La mezcla transparente y homogénea se enfrió sin agitación en una cámara termostatizada 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 mayonesa, ¡aquí encontrará una receta, un vídeo e información detallada!

Preparación de emulsiones de tipo crema utilizando el oleogel obtenido por ultrasonidos

Las emulsiones de tipo crema O/W (30/70 w/w) (100 g) se prepararon siguiendo el procedimiento de nuestra investigación preliminar [38], con ligeras modificaciones. Tanto la fase acuosa (bebida de soja con un contenido de proteína del 2,6% w/w) como la fase lipídica (aceite de palma u oleogel) se precalentaron hasta 55 °C y se homogeneizaron inmediatamente utilizando el homogeneizador ultrasónico UP200St (Hielscher Ultrasonics) a una frecuencia de 26 kHz. Se utilizaron los siguientes parámetros: 100% de pulsación, 80% de amplitud e inmersión del sonotrodo de 15 mm 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 los ensayos tecnológicos y preliminares, teniendo en cuenta el aumento de la temperatura de las muestras (para τ = 2,5 min: densidad de energía: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, temperatura máx.: 61,0 ± 0,3 °C). Se añadió benzoato de sodio al 0,15% (w/w) a la fase acuosa como agente antibacteriano.

Oleogelificantes más utilizados para oleogeles de grado alimentario.
Esquema: ©Perta-Crisan et al., 2023.