Oleogelovi: kako sonikacija poboljšava formulacije oleogelova
Oleogelovi su svestrani materijali koji se primjenjuju u širokom rasponu industrija te nude jedinstvene prednosti u pogledu teksture, stabilnosti i funkcionalnosti. Upotreba sonikatora sa sondom znatno poboljšava sintezu i svojstva oleogelova, čineći ih prikladnijima za različite industrijske primjene.
Što su oleogelovi?
Oleogelovi su polukruti sustavi sastavljeni od uljne faze imobilizirane unutar trodimenzionalne mreže sredstava za strukturiranje, poput oleogelatora ili sredstava za geliranje. Ta sredstva za strukturiranje pomažu uljima dati konzistenciju sličnu gelu, čime nastaje stabilan, maziv i često proziran ili poluproziran proizvod. Oleogelovi se primjenjuju u različitim industrijama, uključujući prehrambenu, kozmetičku i farmaceutsku industriju te industrijska maziva, nudeći prednosti poput poboljšanja teksture prehrambenih proizvoda, hidratacije u proizvodima za njegu kože, kontrolirane isporuke lijekova u farmaceutskim pripravcima te poboljšanih svojstava podmazivanja u industrijskim i kozmetičkim formulacijama.
Kada se oleogelovi proizvode primjenom snažnih ultrazvučnih valova, postupkom poznatim kao sonikacija, poboljšava se sinteza tih gelova na bazi ulja. U nastavku pročitajte kako učinci sonikacije olakšavaju nastajanje oleogelova!
Sonikator UP400St za pripremu oleogelova.
Ultrazvučna homogenizacija olakšava i poboljšava formuliranje oleogelova.
Ultrazvučno miješanje oleogelova
Ultrazvučna obrada može poboljšati sintezu oleogelova poboljšanjem dispergiranja i raspodjele sredstava za strukturiranje unutar uljne faze. Kada se ultrazvučni valovi visokog intenziteta primjenjuju na uljnu smjesu koja sadržava oleogelatore, potiču ravnomjerno miješanje i dispergiranje sredstava za strukturiranje, što dovodi do homogenije mreže gela. Osim toga, sonikacija može olakšati nastajanje manjih i ujednačenijih čestica, što rezultira finijom teksturom i poboljšanom stabilnošću oleogela. Kavitacijski učinci koje stvara ultrazvuk mogu razbiti veće agregate i potaknuti nastajanje manjih, ravnomjernije dispergiranih struktura unutar matrice gela.
Ultrazvučno izravno dispergiranje za sintezu oleogelova
Oleogel oblikovan s pomoću disperzije: U metodi izravnog dispergiranja sonikacija se upotrebljava za dispergiranje oleogelatora izravno u tekuće ulje pri temperaturama iznad njegova tališta, nakon čega slijedi faza hlađenja u kojoj se mreža sredstva za geliranje skrućuje, zarobljavajući ulje unutar čvrste strukture, čime nastaje oleogel. Primjenom tog pristupa izravnog ultrazvučnog dispergiranja proces geliranja može stvoriti dvije različite mrežne arhitekture, ovisno o prirodi upotrijebljenog sredstva za strukturiranje: konformacije kristalita ili samoudružene mreže.
Ultrazvučno emulgiranje za sintezu oleogelova
Oleogel oblikovan s pomoću emulzije: Ultrazvučno emulgiranje primjenom sonikacije sondom nudi nekoliko prednosti za sintezu oleogelova, prvenstveno osiguravanjem učinkovitog i ujednačenog miješanja na mikrometarskoj i nanometarskoj razini. Ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju snažne sonomehaničke smične sile i akustičnu kavitaciju, koje razbijaju ulje i sredstvo za geliranje u vodenoj fazi u kapljice ujednačene veličine. To dovodi do stabilnije i homogenije emulzije, što je važno za nastajanje oleogelova s poželjnom teksturom i strukturnim svojstvima. Osim toga, lokalizirani učinak zagrijavanja pri sonikaciji može poboljšati otapanje i međudjelovanje sredstava za geliranje unutar uljne faze, poboljšavajući proces geliranja. Posljedično, ultrazvučno emulgiranje olakšava proizvodnju oleogelova s vrhunskom stabilnošću, konzistencijom i svojstvima u različitim primjenama, uključujući prehrambenu, farmaceutsku i kozmetičku industriju.
Ultrazvučni homogenizator za formuliranje oleogelova u proizvodnji visokog kapaciteta.
Ultrazvučna homogenizacija emulzija vode u oleogelu u vodi
Emulzije vode u oleogelu u vodi (W/O/W) nude iznimna funkcionalna svojstva koja ih čine idealnima za primjenu u prehrambenim proizvodima. Primjerice, utvrđeno je da su emulzije vode u oleogelu u vodi odličan nosač za isporuku probiotika i očuvanje aroma hrane. Ultrazvučno emulgiranje učinkovito miješa vodene i uljne faze u dvostruke emulzije, tj. W/O/W emulzije. Uklapanjem vodenih kapljica u uljne globule masnih proizvoda smanjuje se njihov udio masti. Geliranje uljne faze u W/O/W emulzijama osigurava strukturnu cjelovitost i ublažava pojave destabilizacije poput koalescencije vodenih kapljica unutar uljne faze.
Sonikacija može pomoći pri formuliranju emulzija vode u oleogelu u vodi (W/O/W) olakšavanjem dispergiranja i homogenizacije sastavnica emulzije. Sonikacija visokog intenziteta i niske frekvencije (pri frekvencijama od približno 20–26kHz) može razbiti veće kapljice u manje, ujednačenije kapljice, potičući stvaranje stabilnih emulzija. Osim toga, sonikacija može poboljšati uklapanje vodenih kapljica u uljnu fazu i dispergiranje oleogelatora unutar uljne faze, što dovodi do učinkovitijeg geliranja i veće stabilnosti emulzije. Nadalje, sonikacija može pomoći u kontroli raspodjele veličina kapljica emulzije, čime se dobivaju emulzije s poželjnim svojstvima kao što su poboljšana tekstura, osjećaj u ustima i senzorska svojstva.
Shematski prikaz različitih vrsta emulzijskih sustava na bazi oleogela.
Istraživanje i slika: ©Pinto et al., 2021
Znanstveno dokazano: učinkovitost ultrazvučnog dispergiranja oleogela
Noonim et al. (2022) istražili su učinak sonikacije Hielscher sonikatorom UP200St na fizikalna, toplinska i strukturna svojstva te stabilnost tijekom skladištenja oleogela na bazi palmina ulja pripremljenih s različitim koncentracijama karnauba voska (5% ili 10%) te su ih usporedili s oleogelima pripremljenima homogenizatorom (2000 rpm tijekom 10 min). Sonikacija je omogućila pripremu oleogela s višom koncentracijom karnauba voska (10%) i učinkovito poboljšala svojstva i stabilnost oleogela na bazi palmina ulja (p < 0,05).
Oleogel za primjenu u prehrambenim proizvodima
Protokol za oleogel proizveden za vegansku majonezu
Vegansko vrhnje za kuhanje na bazi oleogela
(usp. Szymanska et al., 2024)
Sastojci:
- repičino ulje
- palmino ulje
- laneno ulje
- kandelila vosak
- sojin napitak
Oleogeli (100 g) pripremljeni su na sljedeći način: najprije je 3–7% kandelila voska (w/w) dispergirano u smjesi rafiniranog repičina i lanenog ulja (1:1 w/w) zagrijavanjem tijekom 10 min pri 80 ± 1 °C u vodenoj kupelji, a zatim sonikacijom tijekom 10 s (26 kHz, 72 W, 100% pulsni rad, 100% amplituda) ultrazvučnim homogenizatorom UP200St (Hielscher Ultrasonics), opremljenim titanijevom sonotrodom S26d7. Bistra, homogena smjesa statički je hlađena u termostatskom ormaru tijekom 24 h pri 20 ± 1 °C, dok se nije oblikovala odgovarajuća struktura. Oleogeli su dobiveni u tri ponavljanja.
Ako vas zanima ultrazvučno emulgiranje majoneze, ovdje ćete pronaći recept, videozapis i detaljne informacije!
Priprema emulzija tipa vrhnja pomoću ultrazvučno pripremljenog oleogela
Emulzije tipa vrhnja O/W (30/70 w/w) (100 g) pripremljene su prema postupku iz našeg preliminarnog istraživanja [38] uz manje izmjene. I vodena faza (napitak od soje koji sadržava 2,6% w/w bjelančevina) i lipidna faza (palmino ulje ili oleogel) prethodno su zagrijane do 55 °C i odmah homogenizirane ultrazvučnim homogenizatorom UP200St (Hielscher Ultrasonics) pri frekvenciji od 26 kHz. Primijenjeni su sljedeći parametri: 100% pulsiranje, 80% amplituda, uronjenost sonotrode od 15 mm u središnjem dijelu laboratorijske čaše (volumena 200 mL). Vrijeme homogenizacije od 2,5 min (τ) određeno je na temelju rezultata tehnoloških i preliminarnih ispitivanja, uzimajući u obzir porast temperature uzoraka (za τ = 2,5 min: gustoća energije: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, maks. temperatura: 61,0 ± 0,3 °C). U vodenu fazu dodano je 0,15% (w/w) natrijeva benzoata kao antibakterijskog sredstva.
Najčešće korišteni oleogelatori za oleogelove prehrambene kvalitete.
Shema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Sonikator UIP2000hdT za industrijsku proizvodnju oleogelova.
Literatura / Reference
- 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.
Korisne činjenice
Što su oleogelovi? – Definicija oleogelova
Gelovi su vrsta koloida koji se sastoji od trodimenzionalne mreže nalik krutini, unutar koje je zarobljena tekuća faza.
Formulacije gelova mogu se podijeliti u dvije glavne skupine prema otapalu korištenom za njihovu proizvodnju; hidrogelovi označavaju sustave u kojima je tekuća faza voda, a organogelovi (ili oleogelovi) sustave u kojima je dispergirana tekućina organsko otapalo koje strukturira organogelator.
Organogelovi su polukrute formulacije koje se smatraju bikontinuiranim sustavima, a sastoje se od dviju faza: gelatora i organskog otapala. Kada se u formulaciji organogelova upotrebljava u koncentracijama manjim od 15%, gelator može doživjeti fizikalne i kemijske promjene koje stvaraju samoudružene strukture; te se strukture međusobno isprepliću i tvore trodimenzionalnu mrežu. Organsko otapalo zadržano je i imobilizirano unutar prostora mreže gelatora. Ako je upotrijebljeno otapalo tekuće ulje, za te je formulacije prikladan i naziv oleogel. Stoga oleogelovi omogućuju istraživanje svojstava s kojima hidrogelovi nisu kompatibilni, kao što je hidrofobnost spojeva. Jedna od glavnih prednosti oleogelova jest mogućnost prijenosa lipofilnih bioaktivnih spojeva, što je vrlo korisno i u farmaceutskoj i u prehrambenoj primjeni. Zajedničko djelovanje strukture i zdravstvenih koristi podupire važnu ulogu koju oleogelovi mogu imati u novim prehrambenim proizvodima jer se mogu prilagoditi tako da postignu idealna svojstva za prehrambeni proizvod, djelujući kao zdrava zamjena za krute masti.
Tvari koje geliraju jestiva ulja mogu se okvirno podijeliti u dvije kategorije prema njihovoj molekulskoj masi: organski gelatori male molekulske mase (LMOGs) i polimerni gelatori. LMOGs uglavnom obuhvaćaju voskove, gelatore na bazi sterola, derivate masnih kiselina i monoacilglicerole.
Industrije u kojima se oleogelovi često upotrebljavaju uključuju:
- Prehrambena industrija: Oleogelovi se upotrebljavaju u prehrambenim proizvodima za zamjenu ili smanjenje udjela krutih masti kao što su maslac ili margarin. Mogu se ugraditi u namaze, margarine, pekarske proizvode, slastice i prerađenu hranu radi poboljšanja teksture, osjeta u ustima i stabilnosti tijekom čuvanja. Oleogelovi mogu služiti i kao nosači aroma, hranjivih tvari i funkcionalnih sastojaka u prehrambenim formulacijama.
- Kozmetika i osobna njega: U industriji kozmetike i osobne njege oleogelovi se upotrebljavaju u raznim proizvodima za njegu kože i kose. Mogu se naći u kremama, losionima, balzamima i proizvodima za oblikovanje kose, kojima osiguravaju hidratantna, emolijentna i njegujuća svojstva. Oleogelovi nude prednosti kao što su nemasni osjećaj, lako nanošenje i poboljšana dostava aktivnih sastojaka koži ili kosi.
- Farmaceutska industrija: Oleogelovi imaju farmaceutsku primjenu kao topikalne formulacije za isporuku lijekova. Mogu služiti kao podloge za masti, gelove i transdermalne flastere, omogućujući kontrolirano oslobađanje i poboljšano prodiranje terapijskih tvari kroz kožu. Oleogelovi u farmaceutskim formulacijama nude prednosti poput produljene kinetike oslobađanja, povećane bioraspoloživosti i boljeg pridržavanja propisane terapije.
- Industrijska i kozmetička maziva: Oleogelovi se upotrebljavaju kao maziva u industrijskim primjenama kao što su obrada metala, strojna obrada i mazive masti. Nude prednosti poput visoke toplinske stabilnosti, otpornosti na oksidaciju i vrhunskih svojstava podmazivanja u usporedbi s konvencionalnim mazivima. U kozmetičkim formulacijama oleogelovi se mogu uključiti u intimne lubrikante i ulja za masažu zbog svoje glatke, neljepljive teksture i dugotrajnih svojstava podmazivanja.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorijskih do industrijskih veličina.