Oleogeli: Kako sonikacija poboljšava formulacije oleogela
Oleogeli su svestrani materijali s primjenom u širokom rasponu industrija, nudeći jedinstvene prednosti u smislu teksture, stabilnosti i funkcionalnosti. Korištenje sonikatora tipa sonikatora značajno poboljšava sintezu i izvedbu oleogela, čineći ih prikladnijima za razne industrijske primjene.
Što su Oleogeli?
Oleogeli su polučvrsti sustavi sastavljeni od uljne faze imobilizirane unutar trodimenzionalne mreže strukturnih agenasa, kao što su oleogelatori ili gelirajući agensi. Ova sredstva za strukturiranje pomažu u stvaranju gelaste konzistencije u uljima, što rezultira stabilnim, razmazivim i često prozirnim ili prozirnim proizvodom. Oleogeli pronalaze primjenu u raznim industrijama, uključujući prehrambenu, kozmetičku, farmaceutsku i industrijska maziva, nudeći prednosti kao što su poboljšanje teksture u prehrambenim proizvodima, hidratacija u proizvodima za njegu kože, kontrolirana isporuka lijekova u farmaceutskim proizvodima i poboljšana svojstva podmazivanja u industrijskim i kozmetičkim formulacijama.
Kada se oleogeli proizvode pomoću snažnih ultrazvučnih valova, proces poznat kao sonikacija, poboljšava se sinteza ovih gelova na bazi ulja. U nastavku pročitajte kako učinci sonikacije olakšavaju stvaranje oleogela!
Sonikator UP400St za pripremu oleogela.
Ultrazvučna homogneizacija olakšava i poboljšava formulaciju oleogela.
Ultrazvučno miješanje oleogela
Ultrasonication može poboljšati sintezu oleogels povećanjem disperzije i distribucije strukturnih sredstava unutar uljne faze. Kada se ultrazvučni valovi visokog intenziteta primijene na uljnu smjesu koja sadrži oleogelatore, oni potiču ravnomjerno miješanje i disperziju strukturnih agenasa, što dovodi do homogenije mreže gela. Uz to, sonikacija može olakšati stvaranje manjih i jednoličnijih čestica, što rezultira finijom teksturom i poboljšanom stabilnošću oleogela. Učinci kavitacije koje stvara ultrazvuk mogu poremetiti veće agregate i potaknuti stvaranje manjih, ravnomjernije raspršenih struktura unutar matrice gela.
Ultrazvučna izravna disperzija za sintezu oleogela
Oleogel s uzorkom disperzije: Za metodu izravne disperzije, ultrazvuk se koristi za disperziju oleogelatora izravno u tekuće ulje na temperaturama koje prelaze njegovu talište, nakon čega slijedi faza hlađenja u kojoj se mreža gelatora skrućuje, inkapsulirajući ulje unutar čvrstog okvira, čime se dobiva oleogel. Koristeći ovaj pristup izravnog ultrazvučnog raspršivanja, proces geliranja može generirati dvije različite mrežne arhitekture, ovisne o prirodi korištenog strukturanta: kristalne konformacije ili samoskupljene mreže.
Ultrazvučna emulzija za sintezu oleogela
Oleogel s uzorkom emulzije: Ultrazvučna emulzija koja koristi ultrazvuk tipa sonde nudi nekoliko prednosti za sintezu uljanog gela, prvenstveno pružanjem učinkovitog i dosljednog miješanja na mikronskoj i nano razini. Ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju intenzivne sonomehaničke sile smicanja i akustičnu kavitaciju, koje razgrađuju ulje i gelator u vodenoj fazi u kapljice jednolike veličine. To dovodi do stabilnije i homogenije emulzije, što je važno za stvaranje oleogela sa željenom teksturom i strukturnim svojstvima. Dodatno, lokalizirani učinak zagrijavanja sonikacije može poboljšati otapanje i interakciju gelatora unutar uljne faze, poboljšavajući proces geliranja. Posljedično, ultrazvučna emulzija olakšava proizvodnju oleogela s vrhunskom stabilnošću, konzistencijom i učinkom u različitim primjenama, uključujući hranu, lijekove i kozmetiku.
Ultrazvučni homogenizator za formulaciju oleogela u visokoproduktivnoj proizvodnji.
Ultrazvučna homogenizacija emulzija vode u uljnom gelu u vodi
Voda-u-oleogel-u-vodi (W/O/W) emulzije nude iznimne funkcionalnosti što ih čini idealnim za primjenu u hrani. Na primjer, utvrđeno je da su emulzije Water-In-Oleogel-In-Water odličan nosač za isporuku probiotika i očuvanje aroma hrane. Ultrazvučna emulgacija učinkovito miješa vodenu i uljnu fazu u dvostruke emulzije, tj. V/U/V emulzije. Uključivanje vodenih kapljica u uljne kuglice masnih proizvoda smanjuje njihov sadržaj masti. Geliranje uljne faze u W/O/W emulzijama daje strukturni integritet i ublažava događaje destabilizacije poput koalescencije kapljica vode unutar uljne faze.
Sonikacija može pomoći u formuliranju emulzija voda-u-oleogel-u-vodi (V/U/V) olakšavanjem disperzije i homogenizacije komponenti emulzije. Ultrazvuk visokog intenziteta, niske frekvencije (na frekvencijama od približno 20-26 kHz) može razbiti veće kapljice u manje, jednoličnije kapljice, potičući stvaranje stabilnih emulzija. Uz to, sonikacija može poboljšati ugradnju vodenih kapljica u uljnu fazu i poboljšati disperziju oleogelatora unutar uljne faze, što dovodi do učinkovitijeg geliranja i povećane stabilnosti emulzije. Nadalje, sonikacija može pomoći u kontroli raspodjele veličine kapljica emulzije, što rezultira emulzijama sa poželjnim svojstvima kao što su poboljšana tekstura, osjećaj u ustima i senzorska svojstva.
Shema koja prikazuje različite tipove emulzijskih sustava na bazi uljanih gelova.
Studija i slika: ©Pinto et al., 2021
Znanstveno dokazano: Učinkovitost ultrazvučne disperzije oleogela
Noonim i sur. (2022.) istraživali su učinak sonikacije koristeći Hielscher sonikator UP200St na fizička, toplinska i strukturna svojstva i stabilnost pri skladištenju oleogela na bazi palminog ulja pripremljenog korištenjem različitih koncentracija karnauba voska (5% ili 10%), ispitani su i uspoređeni s oleogelovima pripremljeno u homogenizatoru (2000 okretaja u minuti 10 min). Sonikacija je omogućila pripremu oleogela s većom koncentracijom karnauba voska (10%) i učinkovito poboljšala svojstva i stabilnost oleogela na bazi palminog ulja (p < 0.05).
Oleogel za primjenu u hrani
Protokol za Oleogel proizveden za vegansku majonezu
Veganska kulinarska krema na bazi Oleogela
(usp. Szymanska i sur., 2024.)
Sastojci:
- uljane repice
- palmino ulje
- laneno ulje
- kandelila vosak
- piće od soje
Oleogeli (100 g) pripremljeni su na sljedeći način: Prvo je 3-7% kandelila voska (w/w) dispergirano u mješavini rafiniranih ulja repice i lanenog ulja (1:1 w/w) zagrijavanjem 10 minuta na 80°C. ± 1 °C u vodenoj kupelji i zatim sonikacija 10 s (26 kHz, 72 W, 100 % puls, 100 % amplituda) pomoću ultrazvučnog homogenizatora UP200St (Hielscher Ultrasonics), opremljenog titanskom sonotrodom S26d7. Bistra, homogena smjesa statički je hlađena u termostatskom ormariću 24 sata na 20 ± 1 °C, dok se nije formirala odgovarajuća struktura. Oleogeli su dobiveni u tri ponavljanja.
Ako ste zainteresirani za ultrazvučnu emulzifikaciju majoneze, ovdje ćete pronaći recept, video i detaljne informacije!
Priprema kremastih emulzija pomoću ultrazvučnog oleogela
Kremaste O/W (30/70 w/w) emulzije (100 g) pripremljene su prema postupku iz našeg preliminarnog istraživanja [38] uz male modifikacije. I vodena faza (napitak od soje koji sadrži 2,6% w/w proteina) i lipidna faza (palmino ulje ili oleogel) prethodno su zagrijane do 55 °C i odmah homogenizirane pomoću ultrazvučnog homogenizatora UP200St (Hielscher Ultrasonics) s frekvencijom od 26 kHz. Korišteni su sljedeći parametri: 100% puls, 80% amplituda, 15 mm uronjenost sonotrode u središnji dio čaše (kapaciteta 200 mL). Vrijeme homogenizacije od 2,5 min (τ) određeno je na temelju rezultata tehnoloških ispitivanja 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). Natrijev benzoat od 0,15% (w/w) dodan je u vodenu fazu kao antibakterijsko sredstvo.
Najčešće korišteni oleogelatori za prehrambene oleogele.
Shema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Sonikator UIP2000hdT za industrijsku proizvodnju oleogela.
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.
Činjenice koje vrijedi znati
Što su Oleogeli? – Definicija oleogela
Gelovi predstavljaju vrstu koloida koji se sastoji od čvrste trodimenzionalne mreže u kojoj je zarobljena tekuća faza.
Formulacije gela mogu se podijeliti u dvije glavne klase prema otapalu koje se koristi za njihovu proizvodnju; hidrogelovi se odnose na slučaj kada je tekuća faza voda, a organogelovi (ili oleogeli) kada je dispergirana tekućina organsko otapalo i strukturirana organogelatorom.
Organogeli su polukrute formulacije koje se smatraju bikontinuiranim sustavima, a sastoje se od dvije faze: gelatora i organskog otapala. Gelator, kada se koristi u formulaciji organogela u koncentracijama od <15%, may experience physical and chemical transformations that create self-assembled structures; these structures entangle with each other, forming a three-dimensional network. The organic solvent is retained and immobilized within the spaces of the gelator network. If the used solvent is a liquid oil, then the term oleogel is also appropriate for these formulations. Therefore, oleogels allow properties to be explored that hydrogels are not compatible with, such as hydrophobicity of compounds. One of the main advantages of oleogels is the possibility of carrying lipophilic bioactive compounds, which is of great utility in both pharmaceutical and food applications. The combined action between structure and health benefits supports the important role that oleogels can have in novel food products, as they can be tailored to meet the ideal properties for a food product, acting as a healthy substitute for solid fats.
Substances that gel edible oils can be roughly divided into two categories based on their molecular weight: low molecular-mass organic gelators (LMOGs), and polymeric gelators. LMOGs include mainly waxes, sterol-based gelators, fatty acid derivatives, and monoacylglycerols.
Industrije u kojima se oleogeli obično koriste uključuju:
- Industrija hrane: Oleogeli se koriste u prehrambenim proizvodima za zamjenu ili smanjenje sadržaja krutih masti kao što su maslac ili margarin. Mogu se ugraditi u namaze, margarine, pekarske proizvode, slastice i prerađenu hranu za poboljšanje teksture, osjećaja u ustima i stabilnosti na polici. Oleogeli također mogu poslužiti kao nosači okusa, hranjivih tvari i funkcionalnih sastojaka u formulacijama hrane.
- Kozmetika i osobna njega: U kozmetičkoj industriji i industriji osobne njege, oleogeli se koriste u raznim proizvodima za njegu kože i kose. Mogu se naći u kremama, losionima, balzamima i proizvodima za oblikovanje kose kako bi pružili svojstva hidratacije, omekšavanja i regeneracije. Oleogeli nude prednosti kao što su nemašćenje, glatko nanošenje i poboljšana isporuka aktivnih sastojaka na kožu ili kosu.
- Farmaceutika: Oleogeli imaju farmaceutsku primjenu kao topikalne formulacije za isporuku lijekova. Mogu poslužiti kao podloge za masti, gelove i transdermalne flastere, osiguravajući kontrolirano otpuštanje i poboljšano prodiranje terapeutskih sredstava kroz kožu. Oleogeli nude prednosti kao što su kinetika produljenog otpuštanja, poboljšana bioraspoloživost i poboljšana suradljivost pacijenata u farmaceutskim formulacijama.
- Industrijska i kozmetička maziva: Oleogeli se koriste kao maziva u industrijskim primjenama kao što su obrada metala, strojna obrada i masti za podmazivanje. Nude prednosti kao što su visoka toplinska stabilnost, otpornost na oksidaciju i superiorna maziva u usporedbi s konvencionalnim mazivima. U kozmetičkim formulacijama, oleogeli se mogu ugraditi u osobne lubrikante i ulja za masažu zbog njihove glatke, neljepljive teksture i dugotrajnih svojstava podmazivanja.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.