اولئوژل‌ها: فراصوت‌دهی چگونه فرمولاسیون‌های اولئوژل را بهبود می‌دهد
اولئوژل‌ها موادی چندمنظوره با کاربرد در طیف گسترده‌ای از صنایع هستند که از نظر بافت، پایداری و کارکرد مزایای منحصربه‌فردی ارائه می‌دهند. استفاده از سونیکاتورهای پروبی، سنتز و عملکرد اولئوژل‌ها را به‌طور چشمگیری بهبود می‌دهد و آن‌ها را برای کاربردهای صنعتی گوناگون مناسب‌تر می‌کند.
اولئوژل‌ها چیستند؟
اولئوژل‌ها سامانه‌هایی نیمه‌جامد هستند که از یک فاز روغنی تثبیت‌شده درون شبکه‌ای سه‌بعدی از عوامل ساختاردهنده، مانند اولئوژل‌سازها یا عوامل ژل‌ساز، تشکیل شده‌اند. این عوامل ساختاردهنده به ایجاد قوام ژل‌مانند در روغن‌ها کمک می‌کنند و محصولی پایدار، قابل‌مالیدن و اغلب شفاف یا نیمه‌شفاف به وجود می‌آورند. اولئوژل‌ها در صنایع گوناگون، از جمله صنایع غذایی، آرایشی، دارویی و روانکارهای صنعتی کاربرد دارند و مزایایی مانند بهبود بافت در محصولات غذایی، رطوبت‌رسانی در محصولات مراقبت از پوست، دارورسانی کنترل‌شده در محصولات دارویی و بهبود خواص روانکاری در فرمولاسیون‌های صنعتی و آرایشی ارائه می‌دهند.
هنگامی که اولئوژل‌ها با استفاده از امواج فراصوت پرقدرت، طی فرایندی موسوم به فراصوت‌دهی، تولید می‌شوند، سنتز این ژل‌های روغن‌پایه بهبود می‌یابد. در ادامه بخوانید که اثرات فراصوت‌دهی چگونه تشکیل اولئوژل‌ها را تسهیل می‌کنند!
سونیکاتور UP400St برای تهیهٔ اولئوژل‌ها.
همگن‌سازی فراصوتی، فرمولاسیون اولئوژل‌ها را تسهیل می‌کند و بهبود می‌دهد.
اختلاط فراصوتی اولئوژل‌ها
فراصوت‌دهی می‌تواند با بهبود پراکنده‌سازی و توزیع عوامل ساختاردهنده در فاز روغنی، سنتز اولئوژل‌ها را بهبود دهد. هنگامی که امواج فراصوت با شدت بالا به مخلوط روغنی حاوی اولئوژل‌سازها اعمال می‌شوند، اختلاط و پراکنده‌سازی یکنواخت عوامل ساختاردهنده را تقویت می‌کنند و به ایجاد شبکهٔ ژلی همگن‌تر می‌انجامند. افزون بر این، فراصوت‌دهی می‌تواند تشکیل ذرات کوچک‌تر و یکنواخت‌تر را تسهیل کند و در نتیجه بافتی ظریف‌تر و پایداری بیشتری در اولئوژل ایجاد کند. اثرات کاویتاسیون ناشی از فراصوت می‌توانند تجمعات بزرگ‌تر را از هم بگسلند و تشکیل ساختارهای کوچک‌تر با پراکندگی یکنواخت‌تر در ماتریس ژل را تقویت کنند.
پراکنده‌سازی مستقیم فراصوتی برای سنتز اولئوژل
اولئوژل با قالب پراکنه: در روش پراکنده‌سازی مستقیم، از فراصوت‌دهی برای پراکنده‌سازی مستقیم اولئوژل‌ساز در روغن مایع، در دماهایی بالاتر از نقطهٔ ذوب آن، استفاده می‌شود. پس از آن، مرحلهٔ سردکردن انجام می‌شود که در آن شبکهٔ ژل‌ساز جامد می‌شود و روغن را در یک چارچوب جامد محصور می‌کند؛ به این ترتیب اولئوژل به دست می‌آید. با به‌کارگیری این رویکرد پراکنده‌سازی مستقیم فراصوتی، فرایند ژل‌شدن می‌تواند بسته به ماهیت عامل ساختاردهندهٔ مورد استفاده، دو معماری شبکه‌ای متمایز ایجاد کند: آرایش‌های بلورکی یا شبکه‌های خودآرا.
امولسیون فراصوتی برای سنتز اولئوژل
اولئوژل با قالب امولسیون: تهیهٔ امولسیون فراصوتی با استفاده از فراصوت‌دهی پروبی، عمدتاً با فراهم‌کردن اختلاط کارآمد و یکنواخت در مقیاس‌های میکرونی و نانویی، مزایای متعددی برای سنتز اولئوژل دارد. امواج فراصوت با شدت بالا، نیروهای برشی صوتی‌مکانیکی شدید و کاویتاسیون آکوستیکی ایجاد می‌کنند که روغن و ژل‌ساز را در فاز آبی به قطراتی با اندازهٔ یکنواخت تبدیل می‌کنند. این امر به ایجاد امولسیونی پایدارتر و همگن‌تر می‌انجامد که برای تشکیل اولئوژل‌هایی با بافت و خواص ساختاری مطلوب اهمیت دارد. افزون بر این، اثر گرمایش موضعی فراصوت‌دهی می‌تواند انحلال و برهم‌کنش ژل‌سازها را در فاز روغنی افزایش دهد و فرایند ژل‌شدن را بهبود بخشد. در نتیجه، تهیهٔ امولسیون فراصوتی، تولید اولئوژل‌هایی با پایداری، قوام و عملکرد برتر را برای کاربردهای گوناگون، از جمله صنایع غذایی، دارویی و آرایشی تسهیل می‌کند.
هموژنایزر فراصوتی برای فرمولاسیون اولئوژل در تولید با ظرفیت پردازش بالا.
همگن‌سازی فراصوتی امولسیون‌های آب در اولئوژل در آب
امولسیون‌های آب در اولئوژل در آب (W/O/W) قابلیت‌های عملکردی استثنایی دارند که آن‌ها را برای کاربردهای غذایی ایدئال می‌کند. برای نمونه، مشخص شده است که امولسیون‌های آب در اولئوژل در آب حامل بسیار مناسبی برای رسانش پروبیوتیک‌ها و حفظ رایحه‌های مواد غذایی هستند. امولسیون‌سازی فراصوتی، فازهای آبی و روغنی را به‌طور کارآمد با هم ترکیب می‌کند و امولسیون‌های دوگانه، یعنی امولسیون‌های W/O/W، به وجود می‌آورد. جای‌دادن قطرات آبی درون گویچه‌های روغنِ محصولات چرب، محتوای چربی آن‌ها را کاهش می‌دهد. ژل‌شدن فاز روغنی در امولسیون‌های W/O/W به آن‌ها یکپارچگی ساختاری می‌بخشد و پدیده‌های ناپایدارکننده، مانند هم‌جوشی قطرات آب در فاز روغنی، را کاهش می‌دهد.
فراصوت‌دهی می‌تواند با تسهیل پراکنده‌سازی و همگن‌سازی اجزای امولسیون، به فرمولاسیون امولسیون‌های آب در اولئوژل در آب (W/O/W) کمک کند. فراصوت‌دهی با شدت بالا و فرکانس پایین (در فرکانس‌های حدود 20-26kHz) می‌تواند قطرات بزرگ‌تر را به قطرات کوچک‌تر و یکنواخت‌تر تبدیل کند و تشکیل امولسیون‌های پایدار را تقویت کند. افزون بر این، فراصوت‌دهی می‌تواند جای‌گیری قطرات آبی در فاز روغنی را افزایش دهد و پراکنده‌سازی اولئوژل‌ساز را در فاز روغنی بهبود بخشد که به ژل‌شدن کارآمدتر و افزایش پایداری امولسیون می‌انجامد. همچنین، فراصوت‌دهی می‌تواند به کنترل توزیع اندازهٔ قطرات امولسیون کمک کند و امولسیون‌هایی با خواص مطلوب، مانند بافت، حس دهانی و ویژگی‌های حسی بهتر، به وجود آورد.
طرح‌واره‌ای از انواع مختلف سامانه‌های امولسیونی مبتنی بر اولئوژل.
پژوهش و تصویر: ©Pinto et al., 2021
اثبات‌شده از نظر علمی: اثربخشی پراکنده‌سازی فراصوتی اولئوژل‌ها
Noonim et al. (2022) تأثیر فراصوت‌دهی با استفاده از سونیکاتور UP200St ساخت Hielscher را بر خواص فیزیکی، حرارتی و ساختاری و پایداری طی نگهداریِ اولئوژل‌های مبتنی بر روغن پالم که با غلظت‌های مختلف موم کارنائوبا (5% یا 10%) تهیه شده بودند، بررسی کردند و آن‌ها را با اولئوژل‌های تهیه‌شده با هموژنایزر (2000 rpm به‌مدت 10 min) مقایسه کردند. فراصوت‌دهی امکان تهیهٔ اولئوژل‌هایی با غلظت بالاتر موم کارنائوبا (10%) را فراهم کرد و خواص و پایداری اولئوژل مبتنی بر روغن پالم را به‌طور مؤثری بهبود داد (p < 0٫05).
اولئوژل برای کاربردهای غذایی
دستورالعمل تهیهٔ اولئوژل برای مایونز وگان
خامهٔ آشپزی وگان بر پایهٔ اولئوژل
(رجوع کنید به Szymanska et al., 2024)
مواد تشکیل‌دهنده:
- روغن کلزا
- روغن پالم
- روغن بذر کتان
- موم کاندلیلا
- نوشیدنی سویا
اولئوژل‌ها (100 g) به روش زیر تهیه شدند: ابتدا 3–7% موم کاندلیلا (w/w) در مخلوطی از روغن‌های تصفیه‌شدهٔ کلزا و بذر کتان (1:1 w/w)، با گرم‌کردن به‌مدت 10 min در دمای 80 ± 1 °C در حمام آب و سپس فراصوت‌دهی به‌مدت 10 s (26 kHz، 72 W، پالس 100%، دامنهٔ 100%) با استفاده از هموژنایزر فراصوتی UP200St (Hielscher Ultrasonics)، مجهز به سونوتْرود تیتانیومی S26d7، پراکنده شد. مخلوط شفاف و همگن به‌مدت 24 h در دمای 20 ± 1 °C در محفظهٔ ترموستات‌دار، در حالت ساکن سرد شد تا ساختار مناسب شکل بگیرد. اولئوژل‌ها در سه تکرار تهیه شدند.
اگر به امولسیون‌سازی فراصوتی مایونز علاقه‌مند هستید، دستور تهیه، ویدئو و اطلاعات تفصیلی را اینجا خواهید یافت!
تهیهٔ امولسیون‌های خامه‌مانند با استفاده از اولئوژل فراصوتی
امولسیون‌های خامه‌مانند O/W (30/70 w/w) به مقدار (100 g)، طبق روش پژوهش مقدماتی ما [38] با اصلاحات جزئی تهیه شدند. هر دو فاز آبی (نوشیدنی سویا حاوی 2٫6% w/w پروتئین) و فاز لیپیدی (روغن پالم یا اولئوژل) تا دمای 55 °C پیش‌گرم شدند و بلافاصله با استفاده از هموژنایزر فراصوتی UP200St (Hielscher Ultrasonics) با فرکانس 26 kHz همگن شدند. پارامترهای زیر به کار رفتند: پالس 100%، دامنهٔ 80%، غوطه‌وری سونوتْرود به عمق 15 mm در بخش مرکزی بشر (با ظرفیت 200 mL). زمان همگن‌سازی 2٫5 min (τ) بر اساس نتایج آزمون‌های فناورانه و آزمون‌های مقدماتی، با درنظرگرفتن افزایش دمای نمونه‌ها تعیین شد (برای τ = 2٫5 min: چگالی انرژی: 69٫1 ± 0٫4 J∙g–1، حداکثر دما: 61٫0 ± 0٫3 °C). سدیم بنزوات به میزان 0٫15% (w/w) به‌عنوان عامل ضدباکتری به فاز آبی افزوده شد.
پرکاربردترین اولئوژل‌سازها برای اولئوژل‌های خوراکی.
طرح‌واره: ©Perta-Crisan et al., 2023.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
سونیکاتور UIP2000hdT برای تولید صنعتی اولئوژل‌ها.
منابع علمی / مراجع
- 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.
نکات دانستنی
اولئوژل‌ها چیستند؟ – تعریفی از اولئوژل‌ها
ژل‌ها نوعی کلوئید هستند که از یک شبکهٔ سه‌بعدی شبه‌جامد تشکیل شده‌اند و یک فاز مایع درون آن‌ها به دام افتاده است.
فرمولاسیون‌های ژل را می‌توان بر اساس حلال مورد استفاده در تولیدشان به دو دستهٔ اصلی تقسیم کرد؛ هنگامی که فاز مایع آب باشد، اصطلاح هیدروژل به کار می‌رود، و هنگامی که مایع پراکنده‌شده یک حلال آلی باشد و به‌وسیلهٔ یک ارگانوژل‌ساز ساختار یابد، اصطلاح ارگانوژل (یا اولئوژل) به کار می‌رود.
ارگانوژل‌ها فرمولاسیون‌هایی نیمه‌صلب هستند که سامانه‌های دوپیوسته محسوب می‌شوند و از دو فاز تشکیل شده‌اند: ژل‌ساز و حلال آلی. ژل‌ساز، هنگامی که در فرمولاسیون ارگانوژل‌ها با غلظت‌های کمتر از 15% به کار می‌رود، ممکن است دگرگونی‌های فیزیکی و شیمیایی را تجربه کند که ساختارهای خودآرا ایجاد می‌کنند؛ این ساختارها در یکدیگر درهم‌تنیده می‌شوند و شبکه‌ای سه‌بعدی به وجود می‌آورند. حلال آلی در فضاهای درون شبکهٔ ژل‌ساز نگه داشته و تثبیت می‌شود. اگر حلال مورد استفاده یک روغن مایع باشد، اصطلاح اولئوژل نیز برای این فرمولاسیون‌ها مناسب است. بنابراین، اولئوژل‌ها امکان بررسی ویژگی‌هایی مانند آب‌گریزی ترکیبات را فراهم می‌کنند که با هیدروژل‌ها سازگار نیستند. یکی از مزایای اصلی اولئوژل‌ها، امکان حمل ترکیبات زیست‌فعال چربی‌دوست است که هم در کاربردهای دارویی و هم در کاربردهای غذایی بسیار سودمند است. اثر توأم ساختار و مزایای سلامت، مؤید نقش مهمی است که اولئوژل‌ها می‌توانند در محصولات غذایی نوین داشته باشند؛ زیرا می‌توان آن‌ها را برای دستیابی به خواص ایدئال یک محصول غذایی تنظیم کرد تا به‌عنوان جایگزینی سالم برای چربی‌های جامد عمل کنند.
موادی که روغن‌های خوراکی را ژل می‌کنند، بر اساس وزن مولکولی‌شان به‌طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند: ژل‌سازهای آلی با جرم مولکولی کم (LMOGs) و ژل‌سازهای پلیمری. LMOGs عمدتاً شامل موم‌ها، ژل‌سازهای مبتنی بر استرول، مشتقات اسیدهای چرب و مونوآسیل‌گلیسرول‌ها هستند.
صنایعی که اولئوژل‌ها معمولاً در آن‌ها به کار می‌روند عبارت‌اند از:
- صنایع غذایی: اولئوژل‌ها در محصولات غذایی برای جایگزینی یا کاهش مقدار چربی‌های جامد، مانند کره یا مارگارین، استفاده می‌شوند. می‌توان آن‌ها را به فرآورده‌های مالیدنی، مارگارین‌ها، محصولات نانوایی، شیرینی‌جات و غذاهای فرآوری‌شده افزود تا بافت، حس دهانی و پایداری طی نگهداری بهبود یابد. اولئوژل‌ها همچنین می‌توانند در فرمولاسیون‌های غذایی به‌عنوان حامل طعم‌دهنده‌ها، مواد مغذی و ترکیبات فراسودمند عمل کنند.
- محصولات آرایشی و مراقبت شخصی: در صنعت محصولات آرایشی و مراقبت شخصی، اولئوژل‌ها در انواع محصولات مراقبت از پوست و مو به کار می‌روند. این مواد در کرم‌ها، لوسیون‌ها، بالم‌ها و محصولات حالت‌دهندهٔ مو برای ایجاد خواص رطوبت‌رسانی، نرم‌کنندگی و بهبود حالت پوست و مو استفاده می‌شوند. اولئوژل‌ها مزایایی مانند ایجادنکردن حس چربی، پخش‌شدن روان و بهبود رسانش ترکیبات فعال به پوست یا مو دارند.
- محصولات دارویی: اولئوژل‌ها در داروسازی به‌عنوان فرمولاسیون‌های موضعی برای دارورسانی کاربرد دارند. آن‌ها می‌توانند به‌عنوان پایهٔ پمادها، ژل‌ها و چسب‌های دارورسانی از راه پوست به کار روند و رهایش کنترل‌شده و نفوذ بهتر عوامل درمانی از طریق پوست را فراهم کنند. اولئوژل‌ها در فرمولاسیون‌های دارویی مزایایی مانند سینتیک رهایش طولانی‌مدت، افزایش فراهمی زیستی و بهبود پایبندی بیمار به درمان ارائه می‌دهند.
- روانکارهای صنعتی و آرایشی: اولئوژل‌ها به‌عنوان روانکار در کاربردهای صنعتی، مانند فلزکاری، ماشین‌کاری و گریس‌های روانکار، استفاده می‌شوند. آن‌ها در مقایسه با روانکارهای متداول، مزایایی مانند پایداری حرارتی بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون و روانکاری برتر دارند. در فرمولاسیون‌های آرایشی، می‌توان اولئوژل‌ها را به‌دلیل بافت نرم و غیرچسبنده و خواص روانکاری ماندگارشان در روان‌کننده‌های شخصی و روغن‌های ماساژ به کار برد.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.