Oléogels : Comment la sonication améliore les formulations d'oléogels

Les oléogels sont des matériaux polyvalents qui trouvent des applications dans un large éventail d'industries et 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.

Qu'est-ce qu'un oléogel ?

Les oléogels sont des systèmes semi-solides composés d'une phase huileuse immobilisée dans un réseau tridimensionnel d'agents structurants, tels que les oléogélateurs ou les gélifiants. Ces agents structurants contribuent à donner aux huiles une consistance de gel, ce qui permet d'obtenir un produit stable, facile à étaler et souvent transparent ou translucide. Les oléogels trouvent des applications dans divers secteurs, notamment l'alimentation, les cosmétiques, les produits pharmaceutiques et les lubrifiants industriels, offrant des avantages tels que l'amélioration de la texture des produits alimentaires, l'hydratation des produits de soins de la peau, l'administration contrôlée de médicaments dans les produits pharmaceutiques et l'amélioration des propriétés de lubrification dans les formulations industrielles et cosmétiques.
Lorsque les oléogels sont produits à l'aide d'ondes ultrasonores puissantes, un processus connu sous le nom de 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 ultrasonique d'oléogels

Les ultrasons peuvent améliorer la synthèse des oléogels en renforçant la dispersion et la distribution des agents structurants dans la phase huileuse. Lorsque des ondes ultrasonores de haute intensité sont appliquées au mélange d'huile contenant les oléogélateurs, elles favorisent un mélange et une dispersion uniformes des agents structurants, ce qui permet d'obtenir un réseau de gel plus homogène. En outre, la sonication peut faciliter la formation de particules plus petites et plus uniformes, ce qui permet d'obtenir une texture plus fine et une meilleure stabilité de l'oléogel. Les effets de cavitation générés par les ultrasons peuvent perturber les agrégats plus importants et favoriser la formation de structures plus petites et plus uniformément dispersées au sein de la matrice du gel.

Dispersion directe par ultrasons pour la synthèse d'oléogels

Oléogel à base de dispersion : Pour la méthode de dispersion directe, la sonication est utilisée pour disperser l'oléogélateur 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 gélateurs se solidifie, encapsulant l'huile dans un cadre solide, donnant ainsi naissance à l'oléogélateur. Grâce à cette approche de dispersion directe par ultrasons, le processus de gélification peut générer deux architectures de réseau distinctes, en fonction de la nature du structurant utilisé : des conformations cristallines ou des réseaux auto-assemblés.

Emulsion ultrasonique pour la synthèse d'oléogels

Oléogel à base d'émulsion : L'émulsion ultrasonique utilisant la sonication par sonde offre plusieurs avantages pour la synthèse d'oléogels, principalement en permettant un mélange efficace et cohérent au niveau du micron et du nanomètre. Les ondes ultrasoniques de haute intensité créent des forces de cisaillement sonomécaniques intenses et une cavitation acoustique qui décomposent 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 ayant une texture et des propriétés structurelles souhaitables. En outre, l'effet de chauffage localisé de la sonication peut renforcer la dissolution et l'interaction des gélateurs dans la phase huileuse, améliorant ainsi le processus de gélification. Par conséquent, l'émulsion ultrasonique facilite la production d'oléogels d'une stabilité, d'une consistance et d'une performance supérieures dans diverses applications, y compris les aliments, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques.

Homogénéisation ultrasonique d'émulsions eau-oléogel-eau

Les émulsions eau-oléogel-eau (E/H/E) offrent des fonctionnalités exceptionnelles qui les rendent idéales pour les applications alimentaires. Par exemple, les émulsions eau-dans-oléogel-dans-eau se sont révélées être un excellent vecteur pour la diffusion de probiotiques et la préservation des arômes alimentaires. L'émulsification ultrasonique mélange efficacement les phases aqueuses et huileuses en émulsions doubles, c'est-à-dire en émulsions E/H/E. L'incorporation de gouttelettes aqueuses dans les globules d'huile des produits gras diminue leur teneur en matières grasses. La gélification de la phase huileuse dans les émulsions E/H/E 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 faciliter la formulation d'émulsions eau-dans-oléogel-dans-eau (E/H/E) en facilitant la dispersion et l'homogénéisation des composants de l'émulsion. La sonication à haute intensité et à basse fréquence (à des fréquences d'environ 20-26 kHz) peut décomposer les grosses gouttelettes en gouttelettes plus petites et plus uniformes, ce qui favorise la formation d'émulsions stables. En outre, la sonication peut favoriser l'incorporation de gouttelettes aqueuses dans la phase huileuse et améliorer la dispersion de l'oléogélateur dans la phase huileuse, ce qui conduit à une gélification plus efficace et à une meilleure stabilité de l'émulsion. En outre, la sonication peut aider à contrôler la distribution de la taille des gouttelettes de l'émulsion, ce qui permet d'obtenir des émulsions présentant des propriétés souhaitables telles qu'une texture, une sensation en bouche et des attributs sensoriels améliorés.

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

Prouvé scientifiquement : L'efficacité de la dispersion ultrasonique des oléogels

Noonim et al. (2022) ont étudié l'effet de la sonication à l'aide du sonicateur Hielscher UP200St sur les propriétés physiques, thermiques et structurelles et la stabilité au stockage des oléogels à base d'huile de palme préparés avec différentes concentrations de cire de carnauba (5 % ou 10 %) et les ont comparés aux oléogels préparés à l'aide d'un homogénéisateur (2 000 tr/min pendant 10 min). La sonication a permis de préparer des oléogels avec une concentration plus élevée de 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).

Oleogel pour les applications alimentaires

Protocole pour un oléogel produit pour une mayonnaise végétalienne
 
Crème culinaire végétalienne à base d'Oleogel
(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 de colza et de lin raffinées (1:1 w/w) par chauffage pendant 10 min à 80 ± 1 °C dans un bain-marie, puis par sonication pendant 10 s (26 kHz, 72 W, 100% d'impulsion, 100% d'amplitude) à l'aide de l'homogénéisateur à ultrasons UP200St (Hielscher Ultrasonics), équipé d'une sonotrode en titane S26d7. Le mélange clair et homogène a été refroidi statiquement dans une armoire thermostatique pendant 24 h à 20 ± 1 °C, jusqu'à ce que la structure appropriée soit formée. Les oléogels ont été obtenus en trois répétitions.
Si vous êtes intéressé par l'émulsification ultrasonique de la mayonnaise, vous trouverez ici une recette, une vidéo et des informations détaillées !

Préparation d'émulsions de type crème à l'aide de l'oléogel ultrasonique

Des émulsions H/E (30/70 w/w) de type crème (100 g) ont été préparées selon la procédure de notre recherche préliminaire [38] avec de légères modifications. Une phase aqueuse (boisson de soja contenant 2,6 % p/p de protéines) et une phase lipidique (huile de palme ou oléogel) ont été préchauffées à 55 °C et 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% d'impulsion, 80% d'amplitude, 15 mm d'immersion de la sonotrode dans la partie centrale du bécher (capacité de 200 ml). Le temps d'homogénéisation de 2,5 min (τ) a été déterminé sur la base des résultats des essais technologiques et des 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 maximale : 61,0 ± 0,3 °C). Du benzoate de sodium à 0,15 % (p/p) a été ajouté à la phase aqueuse en tant qu'agent antibactérien.

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