Օլեոգելներ. ինչպես է ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում օլեոգելային բաղադրակազմերը

Օլեոգելները բազմակողմանի նյութեր են, որոնք կիրառվում են արդյունաբերության բազմաթիվ ճյուղերում՝ ապահովելով եզակի առավելություններ հյուսվածքի, կայունության և գործառութային հատկությունների առումով։ Զոնդային տիպի սոնիկատորների օգտագործումը զգալիորեն բարելավում է օլեոգելների սինթեզն ու գործառնական հատկությունները՝ դրանք դարձնելով ավելի հարմար արդյունաբերական տարբեր կիրառությունների համար։

Ի՞նչ են օլեոգելները

Օլեոգելները կիսապինդ համակարգեր են՝ կազմված յուղային ֆազից, որն անշարժացված է կառուցվածքագոյացնող նյութերի, օրինակ՝ օլեոգելագոյացուցիչների կամ գելագոյացնող նյութերի եռաչափ ցանցում։ Այս կառուցվածքագոյացնող նյութերն օգնում են յուղերում ստեղծել գելանման թանձրություն՝ ստանալով կայուն, քսվող և հաճախ թափանցիկ կամ կիսաթափանցիկ արտադրանք։ Օլեոգելները կիրառվում են տարբեր ոլորտներում, այդ թվում՝ սննդի, կոսմետիկայի, դեղագործության և արդյունաբերական քսանյութերի արտադրության մեջ՝ ապահովելով այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են սննդամթերքի հյուսվածքի բարելավումը, մաշկի խնամքի միջոցների խոնավեցնող ազդեցությունը, դեղագործության մեջ դեղանյութերի վերահսկվող առաքումը և արդյունաբերական ու կոսմետիկ բաղադրակազմերի քսայուղման հատկությունների բարելավումը։
Երբ օլեոգելներն արտադրվում են հզոր ուլտրաձայնային ալիքների միջոցով՝ ուլտրաձայնային մշակում կոչվող գործընթացով, այս յուղային հիմքով գելերի սինթեզը բարելավվում է։ Ստորև կարդացեք, թե ինչպես են ուլտրաձայնային մշակման ազդեցությունները նպաստում օլեոգելների ձևավորմանը։

Ուլտրաձայնային հոմոգենացումը հեշտացնում և բարելավում է օլեոգելային բաղադրակազմերի պատրաստումը։

Օլեոգելների ուլտրաձայնային խառնում

Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է բարելավել օլեոգելների սինթեզը՝ ուժեղացնելով կառուցվածքագոյացնող նյութերի դիսպերսացումն ու բաշխումը յուղային ֆազում։ Երբ օլեոգելագոյացուցիչներ պարունակող յուղային խառնուրդի վրա ազդում են բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքներ, դրանք նպաստում են կառուցվածքագոյացնող նյութերի հավասարաչափ խառնմանն ու դիսպերսացմանը՝ հանգեցնելով ավելի համասեռ գելային ցանցի ձևավորմանը։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակումը կարող է նպաստել ավելի փոքր և չափերով ավելի միատեսակ մասնիկների ձևավորմանը՝ ապահովելով օլեոգելի ավելի նուրբ հյուսվածք և բարելավված կայունություն։ Ուլտրաձայնի առաջացրած կավիտացիոն ազդեցությունները կարող են քայքայել ավելի խոշոր ագրեգատները և նպաստել գելային մատրիցում ավելի փոքր ու ավելի հավասարաչափ բաշխված կառուցվածքների ձևավորմանը։

Ուլտրաձայնային ուղղակի դիսպերսացում՝ օլեոգելների սինթեզի համար

Դիսպերսիան որպես ձևավորման կաղապար օգտագործելով ստացված օլեոգել. Ուղղակի դիսպերսացման մեթոդում ուլտրաձայնային մշակումն օգտագործվում է օլեոգելագոյացուցիչն անմիջապես հեղուկ յուղի մեջ դիսպերսացնելու համար՝ դրա հալման կետը գերազանցող ջերմաստիճաններում։ Դրան հաջորդում է սառեցման փուլը, որի ընթացքում գելագոյացուցիչի ցանցը պնդանում է՝ յուղը պարփակելով պինդ հիմնակմախքի մեջ և այդպիսով առաջացնելով օլեոգել։ Ուլտրաձայնային ուղղակի դիսպերսացման այս մոտեցման կիրառմամբ գելացման գործընթացը կարող է առաջացնել ցանցային կառուցվածքի երկու տարբեր տեսակ՝ կախված օգտագործվող կառուցվածքագոյացնող նյութի բնույթից՝ բյուրեղիկների կոնֆորմացիաներ կամ ինքնակազմավորվող ցանցեր։

Ուլտրաձայնային էմուլսիա՝ օլեոգելների սինթեզի համար

Էմուլսիան որպես ձևավորման կաղապար օգտագործելով ստացված օլեոգել. Զոնդային տիպի ուլտրաձայնային մշակմամբ ստացվող ուլտրաձայնային էմուլսիան օլեոգելների սինթեզի համար մի շարք առավելություններ է ապահովում՝ հիմնականում միկրոնային և նանոմակարդակներում արդյունավետ ու կայուն խառնման շնորհիվ։ Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքներն առաջացնում են ուժեղ ձայնամեխանիկական սահքի ուժեր և ակուստիկ կավիտացիա, որոնք ջրային ֆազում յուղն ու գելագոյացուցիչը մասնատում են միատեսակ չափերի կաթիլների։ Սա հանգեցնում է ավելի կայուն և համասեռ էմուլսիայի ձևավորմանը, ինչը կարևոր է ցանկալի հյուսվածքով և կառուցվածքային հատկություններով օլեոգելներ ստանալու համար։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակման տեղային տաքացման ազդեցությունը կարող է ուժեղացնել գելագոյացուցիչների լուծումն ու փոխազդեցությունը յուղային ֆազում՝ բարելավելով գելացման գործընթացը։ Հետևաբար, ուլտրաձայնային էմուլսիան հեշտացնում է գերազանց կայունություն, թանձրություն և գործառնական հատկություններ ունեցող օլեոգելների արտադրությունը տարբեր կիրառությունների համար, այդ թվում՝ սննդի, դեղագործության և կոսմետիկայի ոլորտներում։

«Ջուր՝ օլեոգելի մեջ՝ ջրի մեջ» տիպի էմուլսիաների ուլտրաձայնային հոմոգենացում

Ջուր–օլեոգել–ջուր (W/O/W) էմուլսիաներն օժտված են բացառիկ գործառական հատկություններով, որոնք դրանք դարձնում են իդեալական սննդային կիրառությունների համար։ Օրինակ՝ պարզվել է, որ ջուր–օլեոգել–ջուր էմուլսիաները հիանալի կրիչ են պրոբիոտիկների առաքման և սննդի բույրերի պահպանման համար։ Ուլտրաձայնային էմուլգացումն արդյունավետորեն խառնում է ջրային և յուղային ֆազերը՝ առաջացնելով կրկնակի էմուլսիաներ, այսինքն՝ W/O/W էմուլսիաներ։ Ճարպային մթերքների յուղային գնդիկների մեջ ջրային կաթիլների ներառումը նվազեցնում է այդ մթերքների ճարպի պարունակությունը։ W/O/W էմուլսիաներում յուղային ֆազի գելացումը հաղորդում է կառուցվածքային ամբողջականություն և մեղմում է անկայունացման երևույթները, օրինակ՝ յուղային ֆազում ջրային կաթիլների միաձուլումը։
Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է նպաստել ջուր–օլեոգել–ջուր (W/O/W) էմուլսիաների պատրաստմանը՝ հեշտացնելով էմուլսիայի բաղադրիչների դիսպերսումն ու հոմոգենացումը։ Բարձր ինտենսիվության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնային մշակումը (մոտավորապես 20–26kHz հաճախականություններով) կարող է խոշոր կաթիլները բաժանել ավելի փոքր, ավելի միատեսակ կաթիլների՝ նպաստելով կայուն էմուլսիաների ձևավորմանը։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակումը կարող է ուժեղացնել ջրային կաթիլների ներառումը յուղային ֆազի մեջ և բարելավել օլեոգելացնող նյութի դիսպերսումը յուղային ֆազում՝ հանգեցնելով ավելի արդյունավետ գելացման և էմուլսիայի ավելի բարձր կայունության։ Ավելին, ուլտրաձայնային մշակումը կարող է օգնել վերահսկել էմուլսիայի կաթիլների չափային բաշխումը՝ ստանալով ցանկալի հատկություններով էմուլսիաներ, ինչպիսիք են բարելավված հյուսվածքը, բերանում առաջացող զգացողությունը և զգայորոշման հատկանիշները։

Օլեոգելների հիմքով էմուլսիոն համակարգերի տարբեր տեսակները ներկայացնող սխեմա։
Ուսումնասիրությունը և պատկերը՝ ©Pinto և համահեղինակներ, 2021

Գիտականորեն ապացուցված է. օլեոգելների ուլտրաձայնային դիսպերսման արդյունավետությունը

Noonim և համահեղինակները (2022) ուսումնասիրել են Hielscher արտադրության UP200St ուլտրաձայնային սարքով մշակման ազդեցությունը կարնաուբայի մոմի տարբեր կոնցենտրացիաներով (5% կամ 10%) պատրաստված՝ արմավենու յուղի հիմքով օլեոգելների ֆիզիկական, ջերմային և կառուցվածքային հատկությունների ու պահպանման ընթացքում կայունության վրա և համեմատել դրանք հոմոգենիզատորով պատրաստված օլեոգելների հետ (2000 rpm՝ 10 min տևողությամբ)։ Ուլտրաձայնային մշակումը հնարավորություն է տվել պատրաստել կարնաուբայի մոմի ավելի բարձր կոնցենտրացիայով (10%) օլեոգելներ և արդյունավետորեն բարելավել է արմավենու յուղի հիմքով օլեոգելի հատկություններն ու կայունությունը (p < 0,05)։

Օլեոգել՝ սննդային կիրառությունների համար

Վեգան մայոնեզի համար արտադրվող օլեոգելի պատրաստման ընթացակարգ
 
Օլեոգելի հիմքով վեգան խոհարարական սերուցք
(հմմտ. Szymanska և համահեղինակներ, 2024)
 
Բաղադրիչներ՝

• հլածուկի յուղ
• արմավենու յուղ
• կտավատի յուղ
• կանդելիլայի մոմ
• սոյայի ըմպելիք

Օլեոգելները (100 g) պատրաստվել են հետևյալ կերպ։ Նախ՝ 3–7% կանդելիլայի մոմը (w/w) դիսպերսվել է զտված հլածուկի և կտավատի յուղերի խառնուրդում (1:1 w/w)՝ ջրային բաղնիքում 80 ± 1 °C ջերմաստիճանում 10 min տաքացնելով, այնուհետև 10 s ուլտրաձայնային մշակման ենթարկելով (26 kHz, 72 W, 100% իմպուլս, 100% ամպլիտուդ)՝ տիտանե S26d7 սոնոտրոդով համալրված UP200St ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորի (Hielscher Ultrasonics) միջոցով։ Թափանցիկ, համասեռ խառնուրդը ստատիկ պայմաններում սառեցվել է ջերմակարգավորվող պահարանում՝ 20 ± 1 °C ջերմաստիճանում, 24 h տևողությամբ, մինչև համապատասխան կառուցվածքի ձևավորումը։ Օլեոգելները ստացվել են երեք կրկնությամբ։
Եթե հետաքրքրված եք մայոնեզի ուլտրաձայնային էմուլգացմամբ, այստեղ կգտնեք բաղադրատոմս, տեսանյութ և մանրամասն տեղեկություններ։

Սերուցքանման էմուլսիաների պատրաստում՝ ուլտրաձայնային եղանակով ստացված օլեոգելի կիրառմամբ

Կրեմանման O/W (30/70 w/w) էմուլսիաները (100 g) պատրաստվել են մեր նախնական հետազոտության [38] մեթոդով՝ փոքր փոփոխություններով։ Ե՛վ ջրային ֆազը (2,6% w/w սպիտակուց պարունակող սոյայի ըմպելիք), և՛ լիպիդային ֆազը (արմավենու յուղ կամ օլեոգել) նախապես տաքացվել են մինչև 55 °C և անմիջապես հոմոգենացվել՝ օգտագործելով UP200St (Hielscher Ultrasonics) ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորը՝ 26 kHz հաճախականությամբ։ Կիրառվել են հետևյալ պարամետրերը՝ 100% իմպուլսային ռեժիմ, 80% ամպլիտուդ, սոնոտրոդի ընկղմում 15 mm խորությամբ բաժակի կենտրոնական մասում (տարողությունը՝ 200 mL)։ Հոմոգենացման 2,5 min (τ) տևողությունը որոշվել է տեխնոլոգիական փորձարկումների և նախնական փորձարկումների արդյունքների հիման վրա՝ հաշվի առնելով նմուշների ջերմաստիճանի բարձրացումը (τ = 2,5 min դեպքում՝ էներգիայի խտությունը՝ 69,1 ± 0,4 J∙g–1, առավելագույն ջերմաստիճանը՝ 61,0 ± 0,3 °C)։ Ջրային ֆազին ավելացվել է 0,15% (w/w) նատրիումի բենզոատ՝ որպես հակաբակտերիային նյութ։

Սննդային կիրառության օլեոգելների համար առավել հաճախ օգտագործվող օլեոգելացնող նյութերը։
Սխեմա՝ ©Perta-Crisan et al., 2023.