Oléogels : comment la sonication améliore les formulations d’oléogels

Les oléogels sont des matériaux polyvalents utilisés dans un large éventail d’industries, qui offrent des avantages uniques en termes de texture, de stabilité et de fonctionnalité. L’utilisation de sonicateurs à sonde améliore considérablement la synthèse et les performances des oléogels, ce qui les rend plus adaptés à diverses applications industrielles.

Que sont les oléogels ?

Les oléogels sont des systèmes semi-solides composés d’une phase huileuse immobilisée dans un réseau tridimensionnel d’agents structurants, tels que des oléogélifiants ou des agents gélifiants. Ces agents structurants contribuent à conférer aux huiles une consistance de type gel, ce qui donne un produit stable, tartinable et souvent transparent ou translucide. Les oléogels trouvent des applications dans diverses industries, notamment l’alimentation, les cosmétiques, les produits pharmaceutiques et les lubrifiants industriels, et offrent des avantages tels que l’amélioration de la texture des produits alimentaires, l’hydratation dans les produits de soin de la peau, la libération contrôlée de médicaments dans les produits pharmaceutiques et des propriétés lubrifiantes renforcées dans les formulations industrielles et cosmétiques.
Lorsque les oléogels sont produits à l’aide de puissantes ondes ultrasonores, un procédé appelé sonication, la synthèse de ces gels à base d’huile est améliorée. Découvrez ci-dessous comment les effets de la sonication facilitent la formation des oléogels !

L’homogénéisation par ultrasons facilite et améliore la formulation des oléogels.

Mélange des oléogels par ultrasons

L’ultrasonication peut améliorer la synthèse des oléogels en renforçant la dispersion et la répartition des agents structurants dans la phase huileuse. Lorsque des ondes ultrasonores de haute intensité sont appliquées au mélange huileux contenant les oléogélifiants, elles favorisent un mélange et une dispersion uniformes des agents structurants, ce qui conduit à un réseau de gel plus homogène. En outre, la sonication peut faciliter la formation de particules plus petites et plus uniformes, ce qui se traduit par une texture plus fine et une meilleure stabilité de l’oléogel. Les effets de cavitation générés par les ultrasons peuvent désagréger les agrégats de plus grande taille et favoriser la formation de structures plus petites et dispersées de manière plus homogène dans la matrice du gel.

Dispersion directe par ultrasons pour la synthèse d’oléogels

Oléogel structuré par dispersion : Dans la méthode de dispersion directe, la sonication est utilisée pour disperser l’oléogélifiant directement dans l’huile liquide à des températures supérieures à son point de fusion, suivie d’une phase de refroidissement au cours de laquelle le réseau de gélifiant se solidifie et emprisonne l’huile dans une structure solide, donnant ainsi l’oléogel. Avec cette approche de dispersion directe par ultrasons, le processus de gélification peut générer deux architectures de réseau distinctes, selon la nature de l’agent structurant utilisé : des conformations cristallites ou des réseaux auto-assemblés.

Émulsion par ultrasons pour la synthèse d’oléogels

Oléogel structuré par émulsion : L’émulsion par ultrasons au moyen d’une sonication à sonde offre plusieurs avantages pour la synthèse d’oléogels, principalement en assurant un mélange efficace et homogène à l’échelle micronique et nanométrique. Les ondes ultrasonores de haute intensité créent d’intenses forces de cisaillement sonomécaniques et une cavitation acoustique, qui fragmentent l’huile et le gélifiant dans la phase aqueuse en gouttelettes de taille uniforme. Il en résulte une émulsion plus stable et plus homogène, ce qui est important pour la formation d’oléogels présentant la texture et les propriétés structurelles souhaitées. En outre, l’effet de chauffage localisé de la sonication peut améliorer la dissolution et l’interaction des gélifiants dans la phase huileuse, ce qui améliore le processus de gélification. Par conséquent, l’émulsion par ultrasons facilite la production d’oléogels offrant une stabilité, une consistance et des performances supérieures dans diverses applications, notamment l’alimentation, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques.

Homogénéisation par ultrasons d’émulsions eau-dans-oléogel-dans-eau

Les émulsions eau-dans-oléogel-dans-eau (W/O/W) offrent des fonctionnalités exceptionnelles qui les rendent idéales pour les applications alimentaires. Par exemple, il a été constaté que les émulsions eau-dans-oléogel-dans-eau constituent un excellent vecteur pour l’administration de probiotiques et la préservation des arômes alimentaires. L’émulsification par ultrasons mélange efficacement les phases aqueuse et huileuse en émulsions doubles, c’est-à-dire en émulsions W/O/W. L’incorporation de gouttelettes aqueuses dans les globules d’huile des produits gras réduit leur teneur en matières grasses. La gélification de la phase huileuse dans les émulsions W/O/W confère une intégrité structurelle et atténue les phénomènes de déstabilisation tels que la coalescence des gouttelettes d’eau dans la phase huileuse.
La sonication peut contribuer à la formulation d’émulsions eau-dans-oléogel-dans-eau (W/O/W) en facilitant la dispersion et l’homogénéisation des composants de l’émulsion. Une sonication de haute intensité et de basse fréquence (à des fréquences d’env. 20-26kHz) peut fragmenter les gouttelettes plus grosses en gouttelettes plus petites et plus uniformes, favorisant ainsi la formation d’émulsions stables. En outre, la sonication peut améliorer l’incorporation des gouttelettes aqueuses dans la phase huileuse et la dispersion de l’oléogélifiant dans la phase huileuse, ce qui conduit à une gélification plus efficace et à une meilleure stabilité de l’émulsion. De plus, la sonication peut aider à contrôler la distribution granulométrique des gouttelettes de l’émulsion, ce qui donne des émulsions aux propriétés souhaitables, telles qu’une texture, une sensation en bouche et des caractéristiques sensorielles améliorées.

Schéma représentant différents types de systèmes d’émulsion à base d’oléogel.
Étude et image : ©Pinto et al., 2021

Scientifiquement prouvé : l’efficacité de la dispersion des oléogels par ultrasons

Noonim et al. (2022) ont étudié l’effet de la sonication, réalisée avec le sonicateur Hielscher UP200St, sur les propriétés physiques, thermiques et structurelles ainsi que sur la stabilité au stockage d’oléogels à base d’huile de palme préparés avec différentes concentrations de cire de carnauba (5 % ou 10 %), et les ont comparés à des oléogels préparés à l’aide d’un homogénéisateur (2000 rpm pendant 10 min). La sonication a permis de préparer des oléogels à plus forte concentration en cire de carnauba (10 %) et a amélioré efficacement les propriétés et la stabilité de l’oléogel à base d’huile de palme (p < 0,05).

Oléogel pour applications alimentaires

Protocole pour un oléogel produit pour une mayonnaise végane

Crème culinaire végane à base d’oléogel
(cf. Szymanska et al., 2024)

Ingrédients :

• huile de colza
• huile de palme
• huile de lin
• cire de candelilla
• boisson au soja

Les oléogels (100 g) ont été préparés comme suit : tout d’abord, 3–7 % de cire de candelilla (w/w) ont été dispersés dans un mélange d’huiles raffinées de colza et de lin (1:1 w/w) par chauffage pendant 10 min à 80 ± 1 °C au bain-marie, puis par sonication pendant 10 s (26 kHz, 72 W, 100 % pulse, 100 % amplitude) à l’aide de l’homogénéisateur à ultrasons UP200St (Hielscher Ultrasonics), équipé de la sonotrode en titane S26d7. Le mélange limpide et homogène a été refroidi statiquement dans une armoire thermostatée pendant 24 h à 20 ± 1 °C, jusqu’à la formation de la structure appropriée. Les oléogels ont été obtenus en trois répétitions.
Si l’émulsification de la mayonnaise par ultrasons vous intéresse, vous trouverez ici une recette, une vidéo et des informations détaillées !

Préparation d’émulsions de type crème à l’aide de l’oléogel obtenu par ultrasons

Des émulsions H/E de type crème (30/70 w/w) (100 g) ont été préparées selon la procédure de nos recherches préliminaires [38], avec de légères modifications. Une phase aqueuse (boisson au soja contenant 2,6 % w/w de protéines) et une phase lipidique (huile de palme ou oléogel) ont toutes deux été préchauffées jusqu’à 55 °C, puis immédiatement homogénéisées à l’aide de l’homogénéisateur à ultrasons UP200St (Hielscher Ultrasonics) à une fréquence de 26 kHz. Les paramètres suivants ont été utilisés : 100 % pulse, 80 % amplitude, immersion de la sonotrode de 15 mm dans la partie centrale du bécher (capacité de 200 mL). La durée d’homogénéisation de 2,5 min (τ) a été déterminée sur la base des résultats d’essais technologiques et d’essais préliminaires, en tenant compte de l’augmentation de la température des échantillons (pour τ = 2,5 min : densité d’énergie : 69,1 ± 0,4 J∙g–1, température max. : 61,0 ± 0,3 °C). Du benzoate de sodium à 0,15 % (w/w) a été ajouté à la phase aqueuse comme agent antibactérien.

Oléogélifiants les plus couramment utilisés pour les oléogels de qualité alimentaire.
Schéma : ©Perta-Crisan et al., 2023.