Oleogeelid: kuidas ultraheli töötlus (sonikeerimine) parandab oleogeelide koostisi
Oleogeelid on mitmekülgsed materjalid, mida kasutatakse paljudes tööstusharudes ning mis pakuvad ainulaadseid eeliseid tekstuuri, stabiilsuse ja funktsionaalsuse osas. Sondtüüpi sonikaatorite kasutamine parandab oluliselt oleogeelide sünteesi ja omadusi, muutes need sobivamaks erinevateks tööstuslikeks rakendusteks.
Mis on oleogeelid?
Oleogeelid on poolkindlad süsteemid, mis koosnevad õlifaasist, mis on immobiliseeritud struktureerivate ainete, näiteks oleogeelitajate ehk geelistavate ainete kolmemõõtmelises võrgustikus. Need struktureerivad ained aitavad luua õlides geelitaolise konsistentsi, mille tulemuseks on stabiilne, määrdutav ja sageli läbipaistev või poolläbipaistev toode. Oleogeele kasutatakse erinevates tööstusharudes, sealhulgas toiduainetööstuses, kosmeetikas, farmaatsias ja tööstuslikes määrdeainetes, pakkudes selliseid eeliseid nagu toiduainete tekstuuri parandamine, nahahooldustoodete niisutav toime, ravimite kontrollitud manustamine farmaatsias ning paremad määrdeomadused tööstuslikes ja kosmeetilistes koostistes.
Kui oleogeele toodetakse võimsate ultrahelilainete abil – protsessi nimetatakse ultraheli töötluseks (sonikeerimiseks) –, paraneb nende õlipõhiste geelide süntees. Lugege allpool, kuidas ultraheli töötluse mõjud soodustavad oleogeelide teket!
Sonikaator UP400St oleogeelide valmistamiseks.
Ultraheli homogeniseerimine soodustab ja parandab oleogeelide koostist.
Oleogeelide ultraheliga segamine
Ultraheli töötlus võib parandada oleogeelide sünteesi, tõhustades struktureerivate ainete dispergeerumist ja jaotumist õlifaasis. Kui oleogeelitajaid sisaldavale õlisegule rakendatakse suure intensiivsusega ultrahelilaineid, soodustavad need struktureerivate ainete ühtlast segunemist ja dispergeerumist, mis viib homogeensema geelivõrgustikuni. Lisaks võib ultraheli töötlus soodustada väiksemate ja ühtlasemate osakeste teket, mille tulemuseks on peenem tekstuur ja oleogeeli parem stabiilsus. Ultraheli tekitatud kavitatsiooniefektid võivad lõhkuda suuremaid agregaate ning soodustada väiksemate ja ühtlasemalt jaotunud struktuuride teket geelimaatriksis.
Ultraheli otsene dispergeerimine oleogeeli sünteesiks
Dispersioonmatriitsiga oleogeel: Otsese dispergeerimise meetodi puhul kasutatakse ultraheli töötlust oleogeelitaja dispergeerimiseks otse vedelasse õlisse temperatuuridel, mis ületavad selle sulamistemperatuuri, millele järgneb jahutusfaas, kus geelitaja võrgustik tahkub, kapseldades õli tahkesse struktuuri ja andes seeläbi oleogeeli. Seda otsest ultraheli dispergeerimise lähenemist kasutades võib geelistumisprotsess tekitada kaks erinevat võrgustiku arhitektuuri, olenevalt kasutatud struktureerija laadist: kristalliitsed konformatsioonid või isekoostuvad võrgustikud.
Ultraheli emulgeerimine oleogeeli sünteesiks
Emulsioonmatriitsiga oleogeel: Sondtüüpi ultraheli töötlust kasutav ultraheli emulgeerimine pakub oleogeeli sünteesiks mitmeid eeliseid, eelkõige tänu tõhusale ja ühtlasele segamisele mikromeetri- ja nanotasandil. Suure intensiivsusega ultrahelilained tekitavad intensiivseid sonomehaanilisi nihkejõude ja akustilist kavitatsiooni, mis lõhuvad õli ja geelitaja vesifaasis ühtlase suurusega tilkadeks. See viib stabiilsema ja homogeensema emulsioonini, mis on oluline soovitud tekstuuri ja struktuuriomadustega oleogeelide tekkeks. Lisaks võib ultraheli töötluse lokaalne kuumutav mõju parandada geelitajate lahustumist ja koostoimet õlifaasis, tõhustades geelistumisprotsessi. Seetõttu soodustab ultraheli emulgeerimine suurepärase stabiilsuse, konsistentsi ja toimivusega oleogeelide tootmist erinevates rakendustes, sealhulgas toiduainetööstuses, farmaatsias ja kosmeetikas.
Ultraheli homogenisaator oleogeelide koostamiseks suure läbilaskevõimega tootmises.
Vesi-oleogeelis-vees emulsioonide ultraheli homogeniseerimine
Vesi-oleogeelis-vees (W/O/W) emulsioonid pakuvad erakordseid omadusi, mis muudavad need toiduainetes kasutamiseks ideaalseks. Näiteks on Vesi-oleogeelis-vees emulsioonid osutunud suurepäraseks kandjaks probiootikumide kohaletoimetamisel ja toidu aroomide säilitamisel. Ultraheliemulgeerimine segab tõhusalt vesi- ja õlifaasid topeltemulsioonideks, st W/O/W emulsioonideks. Vesitilkade lisamine rasvaste toodete õliglobulitesse vähendab nende rasvasisaldust. W/O/W emulsioonide õlifaasi geelistumine annab struktuurse terviklikkuse ning leevendab destabiliseerumisnähtusi, näiteks veetilkade koalestsentsi õlifaasis.
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) võib toetada vesi-oleogeelis-vees (W/O/W) emulsioonide koostamist, hõlbustades emulsiooni komponentide dispergeerimist ja homogeniseerimist. Suure intensiivsusega madalsageduslik ultraheli töötlus (sagedustel ca 20–26 kHz) võib suuremad tilgad purustada väiksemateks ja ühtlasemateks tilkadeks, soodustades stabiilsete emulsioonide teket. Lisaks võib ultraheli töötlus parandada vesitilkade sulandumist õlifaasi ja oleogeelimoodustaja dispersiooni õlifaasis, mis toob kaasa tõhusama geelistumise ja emulsiooni suurema stabiilsuse. Samuti aitab ultraheli töötlus kontrollida emulsioonitilkade suurusjaotust, mille tulemusena saadakse soovitud omadustega emulsioonid, näiteks parema tekstuuri, suutunnetuse ja sensoorsete omadustega.
Skeem, mis kujutab erinevat tüüpi oleogeelipõhiseid emulsioonisüsteeme.
Uuring ja pilt: ©Pinto et al., 2021
Teaduslikult tõestatud: oleogeelide ultraheli dispergeerimise tõhusus
Noonim et al. (2022) uurisid Hielscheri sonikaatori UP200St abil teostatud ultraheli töötluse mõju palmiõlipõhiste oleogeelide füüsikalistele, termilistele ja struktuurilistele omadustele ning säilivusstabiilsusele; oleogeelid valmistati karnaubavaha erinevate kontsentratsioonidega (5% või 10%) ning neid võrreldi homogenisaatoriga (2000 p/min 10 min) valmistatud oleogeelidega. Ultraheli töötlus võimaldas valmistada suurema karnaubavaha kontsentratsiooniga (10%) oleogeele ning parandas tõhusalt palmiõlipõhise oleogeeli omadusi ja stabiilsust (p < 0,05).
Oleogeel toidurakendustes
Protokoll vegan-majoneesi jaoks valmistatud oleogeelile
Oleogeelil põhinev vegan-kokanduskreem
(vrd Szymanska et al., 2024)
Koostisosad:
- rapsiõli
- palmiõli
- linaseemneõli
- kandelillavaha
- sojajook
Oleogeelid (100 g) valmistati järgmiselt: kõigepealt dispergeeriti 3–7% kandelillavaha (w/w) rafineeritud rapsi- ja linaseemneõli segus (1:1 w/w), kuumutades 10 min temperatuuril 80 ± 1 °C veevannis, ning seejärel töödeldi ultraheliga 10 s (26 kHz, 72 W, 100% impulss, 100% amplituud) ultraheli homogenisaatoriga UP200St (Hielscher Ultrasonics), mis oli varustatud titaanist sonotroodiga S26d7. Selge homogeenne segu jahutati staatiliselt termostaatkapis 24 h temperatuuril 20 ± 1 °C, kuni oli tekkinud sobiv struktuur. Oleogeelid saadi kolmes korduses.
Kui olete huvitatud majoneesi ultraheliemulgeerimisest, leiate siit retsepti, video ja üksikasjalikku teavet!
Kreemitaoliste emulsioonide valmistamine ultraheli oleogeeli abil
Koorejaadi tüüpi O/W (30/70 w/w) emulsioonid (100 g) valmistati vastavalt meie eelneva uuringu [38] protseduurile väikeste muudatustega. Nii vesifaas (sojajook, mis sisaldas 2,6% w/w valku) kui ka lipiidifaas (palmiõli või oleogeel) kuumutati eelnevalt kuni 55 °C-ni ning homogeniseeriti kohe ultraheli homogenisaatoriga UP200St (Hielscher Ultrasonics) sagedusel 26 kHz. Kasutati järgmisi parameetreid: 100% pulss, 80% amplituud, sonotroodi 15 mm sukeldussügavus keeduklaasi (mahutavus 200 mL) keskosas. Homogeniseerimisaeg 2,5 min (τ) määrati tehnoloogiliste katsete ja eelkatsete tulemuste põhjal, võttes arvesse proovide temperatuuri tõusu (τ = 2,5 min korral: energiatihedus: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, max. temperatuur: 61,0 ± 0,3 °C). Vesifaasile lisati antibakteriaalse ainena naatriumbensoaati 0,15% (w/w).
Enim kasutatavad oleogeelitekitajad toidukvaliteediga oleogeelide jaoks.
Skeem: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Sonikaator UIP2000hdT oleogeelide tööstuslikuks tootmiseks.
Kirjandus / viited
- 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.
Teadmist väärt fakte
Mis on oleogeelid? – Oleogeelide määratlus
Geelid on teatud tüüpi kolloidid, mis koosnevad tahkisetaolisest kolmemõõtmelisest võrgustikust, milles on vedel faas lõksus.
Geelide koostised võib jagada kahte põhiklassi vastavalt nende valmistamisel kasutatud lahustile; hüdrogeelid on juhud, kus vedel faas on vesi, ning orgaanogeelid (ehk oleogeelid) siis, kui dispergeeritud vedelik on orgaaniline lahusti ja seda struktureerib orgaanogeelitekitaja.
Orgaanogeelid on poolkindlad koostised, mida peetakse bikontinuaalseteks süsteemideks ja mis koosnevad kahest faasist: geelitekitajast ja orgaanilisest lahustist. Geelitekitaja, kui seda kasutatakse orgaanogeelide koostises alla 15% kontsentratsioonis, võib läbida füüsikalisi ja keemilisi muutusi, mis loovad isekoonduvaid struktuure; need struktuurid põimuvad üksteisega, moodustades kolmemõõtmelise võrgustiku. Orgaaniline lahusti jääb geelitekitaja võrgustiku vahedesse kinni ja immobiliseerituks. Kui kasutatav lahusti on vedel õli, siis on nende koostiste puhul sobiv ka termin oleogeel. Seetõttu võimaldavad oleogeelid uurida omadusi, millega hüdrogeelid ei ühildu, näiteks ühendite hüdrofoobsust. Üks oleogeelide peamisi eeliseid on võimalus kanda lipofiilseid bioaktiivseid ühendeid, mis on väga kasulik nii farmaatsias kui ka toidu rakendustes. Struktuuri ja tervisekasu koostoime toetab olulist rolli, mida oleogeelid võivad mängida uudsetes toiduainetes, kuna neid saab kohandada toidutoote ideaalsetele omadustele vastavaks, toimides tervisliku asendajana tahketele rasvadele.
Sööklaõlisid geelistavaid aineid võib molekulmassi alusel jämedalt jagada kahte kategooriasse: väikese molekulmassiga orgaanilised geelitekitajad (LMOG-id) ja polümeersed geelitekitajad. LMOG-id hõlmavad peamiselt vahasid, steroolipõhiseid geelitekitajaid, rasvhapete derivaate ja monoatsüülglütserooli.
Tööstusharud, kus oleogeele tavaliselt kasutatakse, on muu hulgas:
- Toidutööstus: Oleogeele kasutatakse toidutoodetes tahkete rasvade, näiteks või või margariini, asendamiseks või nende sisalduse vähendamiseks. Neid saab lisada määrdeainetele, margariinidele, pagaritoodetele, kondiitritoodetele ja töödeldud toidule, et parandada tekstuuri, suutunnet ja säilivusstabiilsust. Oleogeelid võivad toidukoostistes toimida ka maitseainete, toitainete ja funktsionaalsete koostisosade kandjatena.
- Kosmeetika ja isikuhooldus: Kosmeetika- ja isikuhooldustööstuses kasutatakse oleogeele mitmesugustes naha- ja juuksehooldustoodetes. Neid võib leida kreemidest, losjoonidest, palsamitest ja juuksestiilingu toodetest, kus nad pakuvad niisutavaid, pehmendavaid ja konditsioneerivaid omadusi. Oleogeelide eelisteks on mittemäärdumine, sujuv pealekandmine ning toimeainete parem kohaletoimetamine nahale või juustele.
- Farmaatsiatooted: Oleogeelidel on farmaatsiarakendusi kohalike ravimvormidena ravimite manustamiseks. Need võivad olla salvide, geelide ja transdermaalsete plaastrite alusteks, tagades terapeutiliste toimeainete kontrollitud vabanemise ja parema tungimise läbi naha. Oleogeelid pakuvad farmaatsiavormides selliseid eeliseid nagu pikendatud vabanemiskineetika, suurem biosaadavus ja patsientide parem ravisoostumus.
- Tööstuslikud ja kosmeetilised määrdeained: Oleogeele kasutatakse määrdeainetena tööstuslikes rakendustes, nagu metallitöötlus, mehaaniline töötlus ja määrdevaseliinid. Need pakuvad selliseid eeliseid nagu kõrge termiline stabiilsus, vastupidavus oksüdeerumisele ja tavapäraste määrdeainetega võrreldes parem määrimisvõime. Kosmeetilistes koostistes saab oleogeele lisada intiimmääretesse ja massaažiõlidesse nende sileda, mittekleepuva tekstuuri ja pikaajaliste määrimisomaduste tõttu.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborimudelitest kuni tööstusliku suuruseni.