ઓલિયોજેલ: સોનિકેશન ઓલિયોજેલનાં ફોર્મ્યુલેશનને કેવી રીતે સુધારે છે

ઓલિયોજેલ બહુમુખી પદાર્થો છે, જેનો ઉપયોગ અનેક ઉદ્યોગોમાં થાય છે અને જે બનાવટ, સ્થિરતા અને કાર્યક્ષમતાની દૃષ્ટિએ વિશિષ્ટ લાભો આપે છે. પ્રોબ પ્રકારનાં સોનિકેટરનો ઉપયોગ ઓલિયોજેલના સંશ્લેષણ અને કાર્યપ્રદર્શનમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે, જેથી તે વિવિધ ઔદ્યોગિક ઉપયોગો માટે વધુ યોગ્ય બને છે.

ઓલિયોજેલ શું છે?

ઓલિયોજેલ અર્ધઘન પ્રણાલીઓ છે, જેમાં ઓલિયોજેલ બનાવનારા પદાર્થો અથવા જેલ બનાવનારા પદાર્થો જેવા સંરચનાકારી પદાર્થોના ત્રિપરિમાણીય જાળામાં તેલ પ્રાવસ્થા અચલ થયેલી હોય છે. આ સંરચનાકારી પદાર્થો તેલમાં જેલ જેવી ઘટ્ટતા ઊભી કરવામાં મદદ કરે છે, જેના પરિણામે સ્થિર, સરળતાથી ફેલાવી શકાય એવું અને ઘણીવાર પારદર્શક અથવા અર્ધપારદર્શક ઉત્પાદન બને છે. ઓલિયોજેલનો ઉપયોગ ખાદ્યપદાર્થો, સૌંદર્યપ્રસાધનો, ઔષધો અને ઔદ્યોગિક ઊંજણો સહિતના વિવિધ ઉદ્યોગોમાં થાય છે. તે ખાદ્ય ઉત્પાદનોની બનાવટમાં સુધારો, ત્વચાની સંભાળનાં ઉત્પાદનોમાં ભેજ જાળવવો, ઔષધોમાં નિયંત્રિત દવા વિતરણ અને ઔદ્યોગિક તથા સૌંદર્યપ્રસાધન ફોર્મ્યુલેશનમાં ઊંજણના ગુણધર્મોમાં વધારો જેવા લાભો આપે છે.
જ્યારે શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોનો ઉપયોગ કરીને ઓલિયોજેલ બનાવવામાં આવે છે, જેને સોનિકેશન કહે છે, ત્યારે આ તેલ આધારિત જેલનું સંશ્લેષણ સુધરે છે. સોનિકેશનની અસરો ઓલિયોજેલની રચનાને કેવી રીતે સરળ બનાવે છે તે નીચે વાંચો!

અલ્ટ્રાસોનિક સમાનાંગીકરણ ઓલિયોજેલનું ફોર્મ્યુલેશન સરળ બનાવે છે અને સુધારે છે.

ઓલિયોજેલનું અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ

અલ્ટ્રાસોનિકેશન તેલ પ્રાવસ્થામાં સંરચનાકારી પદાર્થોના વિખેરણ અને વિતરણને વધારીને ઓલિયોજેલના સંશ્લેષણમાં સુધારો કરી શકે છે. જ્યારે ઓલિયોજેલ બનાવનારા પદાર્થો ધરાવતા તેલના મિશ્રણ પર ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે સંરચનાકારી પદાર્થોના એકસરખા મિશ્રણ અને વિખેરણને પ્રોત્સાહન આપે છે, જેના પરિણામે વધુ સમાનાંગી જેલ જાળું બને છે. વધુમાં, સોનિકેશન નાના અને વધુ એકસરખા કણોની રચનાને સરળ બનાવી શકે છે, જેના પરિણામે ઓલિયોજેલની બનાવટ વધુ સૂક્ષ્મ બને છે અને તેની સ્થિરતા સુધરે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉત્પન્ન થતી કેવિટેશનની અસરો મોટા કણસમૂહોને તોડી શકે છે અને જેલ મેટ્રિક્સમાં નાની તથા વધુ સમાન રીતે વિખેરાયેલી રચનાઓના નિર્માણને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે.

ઓલિયોજેલના સંશ્લેષણ માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રત્યક્ષ વિખેરણ

વિખેરણને આધાર બનાવી રચાયેલ ઓલિયોજેલ: પ્રત્યક્ષ વિખેરણ પદ્ધતિમાં, તેના ગલનબિંદુ કરતાં વધુ તાપમાને ઓલિયોજેલ બનાવનારા પદાર્થને પ્રવાહી તેલમાં સીધો વિખેરવા માટે સોનિકેશનનો ઉપયોગ થાય છે. ત્યારબાદ શીતન તબક્કામાં જેલ બનાવનારા પદાર્થનું જાળું ઘન બને છે અને ઘન માળખામાં તેલને બંધ કરી લે છે, જેનાથી ઓલિયોજેલ બને છે. આ પ્રત્યક્ષ અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ અભિગમનો ઉપયોગ કરવાથી, જેલીકરણ પ્રક્રિયા ઉપયોગમાં લેવાયેલા સંરચનાકારી પદાર્થની પ્રકૃતિના આધારે બે અલગ પ્રકારનાં જાળાકીય માળખાં ઉત્પન્ન કરી શકે છે: સૂક્ષ્મ સ્ફટિકોની ગોઠવણો અથવા સ્વયં ગોઠવાયેલાં જાળાં.

ઓલિયોજેલના સંશ્લેષણ માટે અલ્ટ્રાસોનિક પાયસ

પાયસને આધાર બનાવી રચાયેલ ઓલિયોજેલ: પ્રોબ પ્રકારના સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવતું અલ્ટ્રાસોનિક પાયસ ઓલિયોજેલના સંશ્લેષણ માટે અનેક લાભો આપે છે, મુખ્યત્વે માઇક્રોન અને નેનો સ્તરે કાર્યક્ષમ અને સાતત્યપૂર્ણ મિશ્રણ પૂરું પાડીને. ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રબળ ધ્વનિ-યાંત્રિક કર્તન બળો અને ધ્વનિજન્ય કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે, જે જલીય પ્રાવસ્થામાં રહેલા તેલ અને જેલ બનાવનારા પદાર્થને એકસરખા કદનાં ટીપાંમાં વિભાજિત કરે છે. આના પરિણામે વધુ સ્થિર અને સમાનાંગી પાયસ બને છે, જે ઇચ્છિત બનાવટ અને સંરચનાત્મક ગુણધર્મો ધરાવતા ઓલિયોજેલની રચના માટે મહત્વપૂર્ણ છે. વધુમાં, સોનિકેશનની સ્થાનિક ઉષ્મન અસર તેલ પ્રાવસ્થામાં જેલ બનાવનારા પદાર્થોના દ્રવણ અને પરસ્પર ક્રિયાને વધારી શકે છે, જેથી જેલીકરણ પ્રક્રિયા સુધરે છે. પરિણામે, અલ્ટ્રાસોનિક પાયસ ખાદ્યપદાર્થો, ઔષધો અને સૌંદર્યપ્રસાધનો સહિતના વિવિધ ઉપયોગોમાં ઉત્કૃષ્ટ સ્થિરતા, ઘટ્ટતા અને કાર્યપ્રદર્શન ધરાવતા ઓલિયોજેલનું ઉત્પાદન સરળ બનાવે છે.

પાણીમાં રહેલા ઓલિયોજેલમાં પાણી ધરાવતા પાયસનું અલ્ટ્રાસોનિક સમાનાંગીકરણ

પાણીમાં વિખેરાયેલા ઓલિયોજેલની અંદર પાણી ધરાવતા (W/O/W) ઇમલ્શનો અસાધારણ કાર્યાત્મક ગુણધર્મો પ્રદાન કરે છે, જે તેમને ખાદ્ય ઉપયોગો માટે આદર્શ બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આવા ઇમલ્શનો પ્રોબાયોટિક્સ પહોંચાડવા અને ખાદ્ય સુગંધોને સુરક્ષિત રાખવા માટે ઉત્તમ વાહક હોવાનું જાણવા મળ્યું છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્સિફિકેશન જલીય અને તૈલીય પ્રાવસ્થાઓને કાર્યક્ષમ રીતે ભેળવીને દ્વિ ઇમલ્શનો, એટલે કે W/O/W ઇમલ્શનો બનાવે છે. ચરબીયુક્ત ઉત્પાદનોના તેલના ગોળકોની અંદર જલીય ટીપાં સમાવવાથી તેમાં ચરબીનું પ્રમાણ ઘટે છે. W/O/W ઇમલ્શનોમાં તેલની પ્રાવસ્થાનું જેલીકરણ માળખાકીય અખંડિતતા પ્રદાન કરે છે અને તેલની પ્રાવસ્થાની અંદર પાણીનાં ટીપાંનું એકબીજામાં ભળી જવું જેવી અસ્થિરતા સર્જતી ઘટનાઓ ઘટાડે છે.
ઇમલ્શનના ઘટકોનું વિખેરણ અને સમાનાંગીકરણ સુગમ બનાવીને સોનિકેશન પાણીમાં વિખેરાયેલા ઓલિયોજેલની અંદર પાણી ધરાવતા (W/O/W) ઇમલ્શનો તૈયાર કરવામાં મદદ કરી શકે છે. ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળું, ઓછી આવૃત્તિવાળું સોનિકેશન (આશરે 20-26kHz આવૃત્તિઓ પર) મોટાં ટીપાંને નાનાં, વધુ સમાન કદનાં ટીપાંમાં તોડી શકે છે, જે સ્થિર ઇમલ્શનોની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે. વધુમાં, સોનિકેશન તેલની પ્રાવસ્થામાં જલીય ટીપાંનો સમાવેશ વધારી શકે છે અને તેલની પ્રાવસ્થામાં ઓલિયોજેલ બનાવતા કારકનું વિખેરણ સુધારી શકે છે, જેનાથી વધુ કાર્યક્ષમ જેલીકરણ થાય છે અને ઇમલ્શનની સ્થિરતા વધે છે. આ ઉપરાંત, સોનિકેશન ઇમલ્શનનાં ટીપાંના કદના વિતરણને નિયંત્રિત કરવામાં મદદ કરી શકે છે, જેના પરિણામે સુધારેલી રચનાત્મક ગુણવત્તા, મોઢામાં અનુભવાતી સંવેદના અને ઇન્દ્રિયગ્રાહ્ય લક્ષણો જેવા ઇચ્છનીય ગુણધર્મો ધરાવતા ઇમલ્શનો મળે છે.

ઓલિયોજેલ આધારિત વિવિધ પ્રકારની ઇમલ્શન પ્રણાલીઓ દર્શાવતું યોજનાચિત્ર.
અભ્યાસ અને ચિત્ર: ©Pinto et al., 2021

વૈજ્ઞાનિક રીતે સાબિત: ઓલિયોજેલના અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણની અસરકારકતા

Noonim et al. (2022) એ કાર્નોબા મીણની જુદી જુદી સાંદ્રતાઓ (5% અથવા 10%) વાપરીને તૈયાર કરેલા પામ તેલ આધારિત ઓલિયોજેલના ભૌતિક, ઉષ્મીય અને માળખાકીય ગુણધર્મો તથા સંગ્રહ દરમિયાનની સ્થિરતા પર Hielscher સોનિકેટર UP200St વડે કરેલા સોનિકેશનની અસરનો અભ્યાસ કર્યો અને આ ઓલિયોજેલની સરખામણી હોમોજેનાઇઝર વડે તૈયાર કરેલા ઓલિયોજેલ સાથે કરી (10 min માટે 2000 rpm). સોનિકેશનથી કાર્નોબા મીણની વધુ સાંદ્રતા (10%) ધરાવતા ઓલિયોજેલ તૈયાર કરવાનું શક્ય બન્યું અને પામ તેલ આધારિત ઓલિયોજેલના ગુણધર્મો તથા સ્થિરતામાં અસરકારક સુધારો થયો (p < 0.05).

ખાદ્ય ઉપયોગો માટે ઓલિયોજેલ

વીગન મેયોનેઝ માટે બનાવવામાં આવતા ઓલિયોજેલની કાર્યવિધિ
 
ઓલિયોજેલ આધારિત વીગન રસોઈ ક્રીમ
(તુલના કરો: Szymanska et al., 2024)
 
ઘટકો:

• રેપસીડ તેલ
• પામ તેલ
• અળસીનું તેલ
• કેન્ડેલિલા મીણ
• સોયા પીણું

ઓલિયોજેલ (100 g) નીચે મુજબ તૈયાર કરવામાં આવ્યા: સૌપ્રથમ, શુદ્ધ કરેલા રેપસીડ અને અળસીના તેલના મિશ્રણમાં (1:1 w/w) 3–7% કેન્ડેલિલા મીણ (w/w) વિખેરવા માટે તેને જલસ્નાનમાં 80 ± 1 °C પર 10 min સુધી ગરમ કરવામાં આવ્યું અને ત્યારબાદ ટાઇટેનિયમ સોનોટ્રોડ S26d7 થી સજ્જ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ હોમોજેનાઇઝર UP200St (Hielscher Ultrasonics) વડે 10 s સુધી સોનિકેશન કરવામાં આવ્યું (26 kHz, 72 W, 100% પલ્સ, 100% કંપનવિસ્તાર). પારદર્શક, સમાનાંગી મિશ્રણને યોગ્ય માળખું રચાય ત્યાં સુધી તાપનિયંત્રિત કેબિનેટમાં 20 ± 1 °C પર 24 h સુધી સ્થિર અવસ્થામાં ઠંડું કરવામાં આવ્યું. ઓલિયોજેલ ત્રણ પુનરાવર્તનોમાં મેળવવામાં આવ્યા.
જો તમને મેયોનેઝના અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્સિફિકેશનમાં રસ હોય, તો તમને અહીં બનાવવાની રીત, વિડિયો અને વિગતવાર માહિતી મળશે!

અલ્ટ્રાસોનિક ઓલિયોજેલનો ઉપયોગ કરીને ક્રીમ પ્રકારનાં ઇમલ્શનોની તૈયારી

અમારા પ્રારંભિક સંશોધન [38]માં આપેલી પદ્ધતિમાં થોડા ફેરફારો કરીને ક્રીમ જેવા O/W (30/70 w/w) ઇમલ્શન (100 g) તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. જલીય પ્રાવસ્થા (2.6% w/w પ્રોટીન ધરાવતું સોયાબીન પીણું) અને લિપિડ પ્રાવસ્થા (પામ તેલ અથવા ઓલિયોજેલ) બંનેને અગાઉથી 55 °C સુધી ગરમ કરવામાં આવી હતી અને તરત જ 26 kHz આવૃત્તિ ધરાવતા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ હોમોજેનાઇઝર UP200St (Hielscher Ultrasonics)નો ઉપયોગ કરીને સમાનાંગીકૃત કરવામાં આવી હતી. નીચેના પરિમાણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો: 100% પલ્સ, 80% કંપવિસ્તાર, બીકરના મધ્ય ભાગમાં સોનોટ્રોડને 15 mm સુધી ડુબાડવો (બીકરની ક્ષમતા 200 mL). નમૂનાઓના વધતા તાપમાનને ધ્યાનમાં રાખીને, તકનીકી પરીક્ષણો અને પ્રારંભિક પરીક્ષણોનાં પરિણામોના આધારે સમાનાંગીકરણનો સમય 2.5 min (τ) નક્કી કરવામાં આવ્યો હતો (τ = 2.5 min માટે: ઊર્જા ઘનતા: 69.1 ± 0.4 J∙g–1, મહત્તમ તાપમાન: 61.0 ± 0.3 °C). જલીય પ્રાવસ્થામાં બેક્ટેરિયારોધક પદાર્થ તરીકે 0.15% (w/w) સોડિયમ બેન્ઝોએટ ઉમેરવામાં આવ્યું હતું.

ખાદ્ય ગુણવત્તાના ઓલિયોજેલ માટે સૌથી સામાન્ય રીતે વપરાતા ઓલિયોજેલ બનાવનારા પદાર્થો.
યોજનાચિત્ર: ©Perta-Crisan et al., 2023.