Oleogeelit: miten ultraäänikäsittely parantaa oleogeeliformulaatioita
Oleogeelit ovat monipuolisia materiaaleja, joilla on käyttökohteita lukuisilla teollisuudenaloilla ja jotka tarjoavat ainutlaatuisia etuja rakenteen, stabiiliuden ja toiminnallisuuden kannalta. Anturityyppisten ultraäänilaitteiden käyttö parantaa merkittävästi oleogeelien synteesiä ja suorituskykyä, mikä tekee niistä entistä sopivampia erilaisiin teollisiin sovelluksiin.
Mitä oleogeelit ovat?
Oleogeelit ovat puolikiinteitä järjestelmiä, jotka koostuvat rakennetta muodostavien aineiden, kuten oleogeelinmuodostajien tai geeliytysaineiden, kolmiulotteiseen verkostoon immobilisoidusta öljyfaasista. Nämä rakennetta muodostavat aineet auttavat luomaan öljyihin geelimäisen koostumuksen, jolloin tuloksena on stabiili, levittyvä ja usein läpinäkyvä tai läpikuultava tuote. Oleogeeleillä on käyttökohteita eri teollisuudenaloilla, kuten elintarvike-, kosmetiikka- ja lääketeollisuudessa sekä teollisuuden voiteluaineissa. Ne tarjoavat etuja, kuten elintarvikkeiden rakenteen parantaminen, ihonhoitotuotteiden kosteuttava vaikutus, lääkeaineiden hallittu annostelu lääkevalmisteissa sekä paremmat voiteluominaisuudet teollisissa ja kosmeettisissa formulaatioissa.
Kun oleogeelejä valmistetaan voimakkailla ultraääniaalloilla eli ultraäänikäsittelyllä, näiden öljypohjaisten geelien synteesi paranee. Lue alta, miten ultraäänikäsittelyn vaikutukset edistävät oleogeelien muodostumista!
Ultraäänilaite UP400St oleogeelien valmistukseen.
Ultraäänihomogenisointi helpottaa ja parantaa oleogeelien formulointia.
Oleogeelien ultraäänisekoitus
Ultraäänikäsittely voi parantaa oleogeelien synteesiä tehostamalla rakennetta muodostavien aineiden dispergointia ja jakautumista öljyfaasissa. Kun oleogeelinmuodostajia sisältävään öljyseokseen kohdistetaan suuritehoisia ultraääniaaltoja, ne edistävät rakennetta muodostavien aineiden tasaista sekoittumista ja dispergoitumista, jolloin muodostuu homogeenisempi geeliverkosto. Lisäksi ultraäänikäsittely voi edistää pienempien ja tasalaatuisempien hiukkasten muodostumista, mikä johtaa hienojakoisempaan rakenteeseen ja oleogeelin parempaan stabiiliuteen. Ultraäänen synnyttämät kavitaatiovaikutukset voivat hajottaa suurempia aggregaatteja ja edistää pienempien, tasaisemmin dispergoituneiden rakenteiden muodostumista geelimatriisiin.
Suora ultraäänidispergointi oleogeelien synteesissä
Dispersiota mallina käyttämällä muodostettu oleogeeli: Suorassa dispergointimenetelmässä oleogeelinmuodostaja dispergoidaan ultraäänikäsittelyllä suoraan nestemäiseen öljyyn sen sulamispisteen ylittävissä lämpötiloissa. Tätä seuraa jäähdytysvaihe, jossa geeliytysaineen verkosto jähmettyy ja sulkee öljyn kiinteän rakenteen sisään, jolloin muodostuu oleogeeli. Tätä suoraa ultraäänidispergointimenetelmää käytettäessä geeliytymisprosessi voi tuottaa kaksi erilaista verkostorakennetta käytetyn rakennetta muodostavan aineen luonteen mukaan: kristalliittirakenteita tai itsejärjestäytyneitä verkostoja.
Ultraääniemulgointi oleogeelien synteesissä
Emulsiota mallina käyttämällä muodostettu oleogeeli: Anturityyppisellä ultraäänilaitteella tehtävä ultraääniemulgointi tarjoaa useita etuja oleogeelien synteesissä, ennen kaikkea mahdollistamalla tehokkaan ja tasalaatuisen sekoittumisen mikro- ja nanotasolla. Suuritehoiset ultraääniaallot synnyttävät voimakkaita sonomekaanisia leikkausvoimia ja akustista kavitaatiota, jotka hajottavat vesifaasissa olevan öljyn ja geeliytysaineen tasakokoisiksi pisaroiksi. Näin muodostuu stabiilimpi ja homogeenisempi emulsio, mikä on tärkeää halutun rakenteen ja halutut rakenteelliset ominaisuudet omaavien oleogeelien muodostumiselle. Lisäksi ultraäänikäsittelyn paikallinen lämmitysvaikutus voi tehostaa geeliytysaineiden liukenemista ja vuorovaikutusta öljyfaasissa, mikä parantaa geeliytymisprosessia. Näin ollen ultraääniemulgointi helpottaa stabiiliudeltaan, koostumukseltaan ja suorituskyvyltään ylivertaisten oleogeelien valmistusta erilaisiin käyttökohteisiin, kuten elintarvikkeisiin, lääkkeisiin ja kosmetiikkaan.
Ultraäänihomogenisaattori oleogeelien formulointiin suuren tuotantokapasiteetin prosesseissa.
Vesi–oleogeeli–vesi-emulsioiden ultraäänihomogenisointi
Vesi–oleogeeli–vesi-emulsiot (W/O/W) tarjoavat poikkeuksellisia toiminnallisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä ihanteellisia elintarvikesovelluksiin. Esimerkiksi vesi–oleogeeli–vesi-emulsioiden on havaittu olevan erinomainen kantaja probioottien annosteluun ja elintarvikkeiden aromien suojaamiseen. Ultraääniemulgointi sekoittaa vesi- ja öljyfaasit tehokkaasti kaksoisemulsioiksi eli W/O/W-emulsioiksi. Vesipisaroiden sisällyttäminen rasvapitoisten tuotteiden öljypisaroihin vähentää niiden rasvapitoisuutta. Öljyfaasin geeliytyminen W/O/W-emulsioissa antaa rakenteellista eheyttä ja vähentää epästabiiliutta aiheuttavia ilmiöitä, kuten vesipisaroiden yhdistymistä öljyfaasin sisällä.
Ultraäänikäsittely voi auttaa vesi–oleogeeli–vesi-emulsioiden (W/O/W) formuloinnissa helpottamalla emulsion komponenttien dispergointia ja homogenisointia. Suuritehoinen, matalataajuinen ultraäänikäsittely (noin 20–26kHz:n taajuuksilla) voi hajottaa suuremmat pisarat pienemmiksi, tasakokoisemmiksi pisaroiksi ja edistää stabiilien emulsioiden muodostumista. Lisäksi ultraäänikäsittely voi tehostaa vesipisaroiden sisällyttämistä öljyfaasiin ja parantaa oleogeelinmuodostajan dispergoitumista öljyfaasissa, mikä johtaa tehokkaampaan geeliytymiseen ja emulsion parempaan stabiiliuteen. Ultraäänikäsittely voi myös auttaa hallitsemaan emulsiopisaroiden kokojakaumaa, jolloin muodostuu emulsioita, joilla on toivottuja ominaisuuksia, kuten parempi rakenne, suutuntuma ja aistinvaraiset ominaisuudet.
Kaavio erityyppisistä oleogeelipohjaisista emulsiojärjestelmistä.
Tutkimus ja kuva: ©Pinto et al., 2021
Tieteellisesti todistettu: oleogeelien ultraäänidispergoinnin tehokkuus
Noonim et al. (2022) tutkivat Hielscher UP200St -ultraäänilaitteella tehdyn ultraäänikäsittelyn vaikutusta eri karnaubavahapitoisuuksilla (5% tai 10%) valmistettujen palmuöljypohjaisten oleogeelien fysikaalisiin, termisiin ja rakenteellisiin ominaisuuksiin sekä varastointistabiiliuteen ja vertasivat niitä homogenisaattorilla valmistettuihin oleogeeleihin (2 000 rpm, 10 min). Ultraäänikäsittely mahdollisti suuremman karnaubavahapitoisuuden (10%) sisältävien oleogeelien valmistamisen ja paransi tehokkaasti palmuöljypohjaisen oleogeelin ominaisuuksia ja stabiiliutta (p < 0,05).
Oleogeeli elintarvikesovelluksiin
Valmistusohje vegaaniseen majoneesiin valmistettavalle oleogeelille
Oleogeelipohjainen vegaaninen ruokakerma
(ks. Szymanska et al., 2024)
Ainesosat:
- rypsiöljy
- palmuöljy
- pellavansiemenöljy
- kandelillavaha
- soijajuoma
Oleogeelit (100 g) valmistettiin seuraavasti: ensin 3–7% kandelillavahaa (w/w) dispergoitiin puhdistettujen rypsi- ja pellavansiemenöljyjen seokseen (1:1 w/w) kuumentamalla 10 min ajan vesihauteessa lämpötilassa 80 ± 1 °C ja sen jälkeen ultraäänikäsittelemällä 10 s ajan (26 kHz, 72 W, 100% pulssi, 100% amplitudi) ultraäänihomogenisaattorilla UP200St (Hielscher Ultrasonics), joka oli varustettu titaanisonotrodilla S26d7. Kirkasta, homogeenista seosta jäähdytettiin liikkumattomana termostaattikaapissa 24 h ajan lämpötilassa 20 ± 1 °C, kunnes asianmukainen rakenne oli muodostunut. Oleogeelit valmistettiin kolmessa toistossa.
Jos olet kiinnostunut majoneesin ultraääniemulgoinnista, löydät täältä reseptin, videon ja yksityiskohtaisia tietoja!
Kermamaisten emulsioiden valmistus ultraäänellä valmistetun oleogeelin avulla
Kermamaiset O/W-emulsiot (30/70 w/w) (100 g) valmistettiin alustavassa tutkimuksessamme [38] kuvatun menetelmän mukaisesti pienin muutoksin. Sekä vesifaasi (soijajuoma, joka sisältää 2,6% w/w proteiinia) että lipidifaasi (palmuöljy tai oleogeeli) esilämmitettiin 55 °C:seen asti ja homogenisoitiin välittömästi ultraäänihomogenisaattorilla UP200St (Hielscher Ultrasonics) 26 kHz:n taajuudella. Käytettiin seuraavia parametreja: 100% pulssi, 80% amplitudi, sonotrodin upotussyvyys 15 mm dekantterilasin keskiosassa (tilavuus 200 mL). Homogenisointiaika 2,5 min (τ) määritettiin teknologisten kokeiden ja alustavien kokeiden tulosten perusteella ottaen huomioon näytteiden lämpötilan nousu (kun τ = 2,5 min: energiatiheys: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, enimmäislämpötila: 61,0 ± 0,3 °C). Vesifaasiin lisättiin 0,15% (w/w) natriumbentsoaattia antibakteeriseksi aineeksi.
Elintarvikekelpoisissa oleogeeleissä yleisimmin käytetyt oleogeelinmuodostajat.
Kaavio: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Ultraäänilaite UIP2000hdT oleogeelien teolliseen tuotantoon.
Kirjallisuus / Lähteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Mitä oleogeelit ovat? – Oleogeelien määritelmä
Geelit ovat kolloidityyppi, joka koostuu kiinteän aineen kaltaisesta kolmiulotteisesta verkostosta, jonka sisään nestefaasi on sulkeutunut.
Geeliformulaatiot voidaan jakaa kahteen pääluokkaan niiden valmistuksessa käytetyn liuottimen mukaan: hydrogeeleistä puhutaan, kun nestefaasi on vettä, ja organogeeleistä (tai oleogeeleistä), kun dispergoitunut neste on orgaaninen liuotin, jonka rakenne muodostuu organogeelinmuodostajan avulla.
Organogeelit ovat puolijäykkiä formulaatioita, joita pidetään bikontinuina järjestelminä ja jotka koostuvat kahdesta faasista: geeliytysaineesta ja orgaanisesta liuottimesta. Kun geeliytysainetta käytetään organogeelien formuloinnissa alle 15%:n pitoisuuksina, siinä saattaa tapahtua fysikaalisia ja kemiallisia muutoksia, jotka synnyttävät itsejärjestäytyneitä rakenteita. Nämä rakenteet kietoutuvat toisiinsa ja muodostavat kolmiulotteisen verkoston. Orgaaninen liuotin pysyy geeliytysaineen verkoston välitiloissa immobilisoituneena. Jos käytetty liuotin on nestemäistä öljyä, myös termi oleogeeli sopii näille formulaatioille. Oleogeelit mahdollistavat siten sellaisten ominaisuuksien tutkimisen, jotka eivät ole yhteensopivia hydrogeelien kanssa, kuten yhdisteiden hydrofobisuuden. Yksi oleogeelien tärkeimmistä eduista on mahdollisuus kuljettaa lipofiilisiä bioaktiivisia yhdisteitä, mikä on erittäin hyödyllistä sekä lääke- että elintarvikesovelluksissa. Rakenteen ja terveyshyötyjen yhteisvaikutus tukee oleogeelien mahdollista tärkeää roolia uusissa elintarvikkeissa, sillä niitä voidaan räätälöidä vastaamaan elintarvikkeen ihanteellisia ominaisuuksia ja toimimaan kiinteiden rasvojen terveellisenä korvikkeena.
Ruokaöljyjä geeliyttävät aineet voidaan jakaa karkeasti kahteen luokkaan molekyylipainonsa perusteella: pienimolekyylisiin orgaanisiin geeliytysaineisiin (LMOG) ja polymeerisiin geeliytysaineisiin. LMOG-aineisiin kuuluvat pääasiassa vahat, sterolipohjaiset geeliytysaineet, rasvahappojohdannaiset ja monoasyyliglyserolit.
Aloja, joilla oleogeelejä käytetään yleisesti, ovat:
- Elintarviketeollisuus: Oleogeelejä käytetään elintarvikkeissa korvaamaan kiinteitä rasvoja, kuten voita tai margariinia, tai vähentämään niiden määrää. Niitä voidaan lisätä levitteisiin, margariineihin, leipomotuotteisiin, makeisiin ja jalostettuihin elintarvikkeisiin parantamaan rakennetta, suutuntumaa ja säilyvyysstabiiliutta. Oleogeelit voivat myös toimia aromien, ravintoaineiden ja funktionaalisten ainesosien kantajina elintarvikeformulaatioissa.
- Kosmetiikka ja henkilökohtainen hygienia: Kosmetiikan ja henkilökohtaisen hygienian alalla oleogeelejä hyödynnetään erilaisissa ihon- ja hiustenhoitotuotteissa. Niitä voidaan käyttää voiteissa, emulsioissa, balsameissa ja hiustenmuotoilutuotteissa antamaan kosteuttavia, pehmentäviä ja hoitavia ominaisuuksia. Oleogeelit tarjoavat etuja, kuten rasvattoman tuntuman, tasaisen levittyvyyden ja vaikuttavien aineiden tehokkaamman kulkeutumisen iholle tai hiuksiin.
- Lääketeollisuus: Oleogeeleillä on farmaseuttisia käyttökohteita paikallisesti käytettävinä lääkeaineiden annosteluformulaatioina. Ne voivat toimia voiteiden, geelien ja transdermaalisten laastarien pohjina ja mahdollistaa lääkeaineiden hallitun vapautumisen sekä niiden paremman kulkeutumisen ihon läpi. Oleogeelit tarjoavat lääkeformulaatioissa etuja, kuten pitkittyneen vapautumiskinetiikan, paremman biologisen hyötyosuuden ja potilaiden paremman hoitoon sitoutumisen.
- Teolliset ja kosmeettiset voiteluaineet: Oleogeelejä käytetään voiteluaineina teollisissa sovelluksissa, kuten metallintyöstössä, koneistuksessa ja voitelurasvoissa. Ne tarjoavat etuja, kuten suuren termisen stabiiliuden, hapettumiskestävyyden ja ylivertaisen voitelevuuden tavanomaisiin voiteluaineisiin verrattuna. Kosmeettisissa formulaatioissa oleogeelejä voidaan lisätä intiimiliukuvoiteisiin ja hierontaöljyihin niiden tasaisen, tahmaamattoman koostumuksen ja pitkäkestoisten voiteluominaisuuksien vuoksi.
Hielscher Ultrasonics valmistaa tehokkaita ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriokoosta aina teolliseen kokoon asti.