Oleogel: Bagaimana Sonikasi Meningkatkan Formulasi Oleogel

Oleogel merupakan bahan serbaguna dengan aplikasi di berbagai industri, yang menawarkan manfaat unik dalam hal tekstur, stabilitas, dan fungsionalitas. Penggunaan sonikator tipe probe secara signifikan meningkatkan sintesis dan kinerja oleogel, sehingga lebih sesuai untuk berbagai aplikasi industri.

Apa Itu Oleogel?

Oleogel merupakan sistem semipadat yang terdiri atas fase minyak yang diimobilisasi dalam jaringan tiga dimensi bahan pembentuk struktur, seperti oleogelator atau bahan pembentuk gel. Bahan pembentuk struktur ini membantu menghasilkan konsistensi seperti gel pada minyak, sehingga menghasilkan produk yang stabil, mudah dioleskan, dan sering kali transparan atau translusen. Oleogel digunakan di berbagai industri, termasuk pangan, kosmetik, farmasi, dan pelumas industri, dengan manfaat seperti perbaikan tekstur produk pangan, pelembapan dalam produk perawatan kulit, penghantaran obat terkontrol dalam sediaan farmasi, serta peningkatan sifat pelumasan dalam formulasi industri dan kosmetik.
Ketika oleogel diproduksi menggunakan gelombang ultrasonik berdaya tinggi, melalui proses yang dikenal sebagai sonikasi, sintesis gel berbasis minyak ini menjadi lebih baik. Baca penjelasan di bawah ini tentang bagaimana efek sonikasi mempermudah pembentukan oleogel!

Homogenisasi ultrasonik mempermudah dan meningkatkan formulasi oleogel.

Pencampuran Ultrasonik Oleogel

Ultrasonikasi dapat meningkatkan sintesis oleogel dengan meningkatkan dispersi dan distribusi bahan pembentuk struktur di dalam fase minyak. Ketika gelombang ultrasonik berintensitas tinggi diterapkan pada campuran minyak yang mengandung oleogelator, gelombang tersebut mendorong pencampuran dan dispersi bahan pembentuk struktur secara merata, sehingga menghasilkan jaringan gel yang lebih homogen. Selain itu, sonikasi dapat mempermudah pembentukan partikel yang lebih kecil dan lebih seragam, sehingga menghasilkan tekstur yang lebih halus dan meningkatkan stabilitas oleogel. Efek kavitasi yang dihasilkan oleh ultrasonik dapat memecah agregat yang lebih besar dan mendorong pembentukan struktur yang lebih kecil dan terdispersi lebih merata di dalam matriks gel.

Dispersi Langsung Ultrasonik untuk Sintesis Oleogel

Oleogel dengan Templat Dispersi: Pada metode dispersi langsung, sonikasi digunakan untuk mendispersikan oleogelator langsung ke dalam minyak cair pada suhu yang melampaui titik leleh oleogelator, kemudian dilanjutkan dengan tahap pendinginan ketika jaringan pembentuk gel memadat, mengenkapsulasi minyak di dalam kerangka padat, sehingga menghasilkan oleogel. Dengan pendekatan pendispersian langsung ultrasonik ini, proses gelasi dapat menghasilkan dua arsitektur jaringan yang berbeda, bergantung pada sifat bahan pembentuk struktur yang digunakan: konformasi kristalit atau jaringan yang terbentuk melalui perakitan mandiri.

Emulsi Ultrasonik untuk Sintesis Oleogel

Oleogel dengan Templat Emulsi: Emulsi ultrasonik menggunakan sonikasi tipe probe menawarkan beberapa keunggulan untuk sintesis oleogel, terutama dengan menyediakan pencampuran yang efisien dan konsisten pada skala mikron dan nano. Gelombang ultrasonik berintensitas tinggi menghasilkan gaya geser sonomekanis yang kuat dan kavitasi akustik, yang memecah minyak dan bahan pembentuk gel dalam fase berair menjadi tetesan berukuran seragam. Hal ini menghasilkan emulsi yang lebih stabil dan homogen, yang penting untuk pembentukan oleogel dengan tekstur dan sifat struktural yang diinginkan. Selain itu, efek pemanasan lokal dari sonikasi dapat meningkatkan pelarutan dan interaksi bahan pembentuk gel di dalam fase minyak, sehingga memperbaiki proses gelasi. Dengan demikian, emulsi ultrasonik mempermudah produksi oleogel dengan stabilitas, konsistensi, dan kinerja yang unggul dalam berbagai aplikasi, termasuk pangan, farmasi, dan kosmetik.

Homogenisasi Ultrasonik Emulsi Air-dalam-Oleogel-dalam-Air

Emulsi air-dalam-oleogel-dalam-air (W/O/W) menawarkan fungsionalitas luar biasa yang menjadikannya ideal untuk aplikasi pangan. Sebagai contoh, emulsi air-dalam-oleogel-dalam-air telah terbukti menjadi pembawa yang sangat baik untuk menghantarkan probiotik dan melindungi aroma pangan. Emulsifikasi ultrasonik secara efisien mencampurkan fase berair dan fase minyak menjadi emulsi ganda, yaitu emulsi W/O/W. Memasukkan tetesan berair ke dalam globul minyak pada produk berlemak menurunkan kandungan lemaknya. Gelasi fase minyak dalam emulsi W/O/W memberikan integritas struktural dan mengurangi peristiwa destabilisasi seperti koalesensi tetesan air di dalam fase minyak.
Sonikasi dapat membantu formulasi emulsi air-dalam-oleogel-dalam-air (W/O/W) dengan mempermudah dispersi dan homogenisasi komponen emulsi. Sonikasi berintensitas tinggi dan berfrekuensi rendah (pada frekuensi sekitar 20–26kHz) dapat memecah tetesan yang lebih besar menjadi tetesan yang lebih kecil dan lebih seragam, sehingga mendorong pembentukan emulsi yang stabil. Selain itu, sonikasi dapat meningkatkan pemasukan tetesan berair ke dalam fase minyak dan memperbaiki dispersi oleogelator di dalam fase minyak, sehingga menghasilkan gelasi yang lebih efisien dan meningkatkan stabilitas emulsi. Sonikasi juga dapat membantu mengontrol distribusi ukuran tetesan emulsi, sehingga menghasilkan emulsi dengan sifat yang diinginkan seperti tekstur, sensasi di mulut, dan atribut sensoris yang lebih baik.

Skema yang menggambarkan berbagai jenis sistem emulsi berbasis oleogel.
Studi dan gambar: ©Pinto et al., 2021

Terbukti Secara Ilmiah: Efektivitas Dispersi Ultrasonik Oleogel

Noonim et al. (2022) meneliti pengaruh sonikasi menggunakan sonikator Hielscher UP200St terhadap sifat fisik, termal, dan struktural serta stabilitas penyimpanan oleogel berbasis minyak sawit yang dibuat menggunakan konsentrasi lilin karnauba yang berbeda (5% atau 10%), dan membandingkannya dengan oleogel yang dibuat menggunakan homogenizer (2000 rpm selama 10 min). Sonikasi memungkinkan pembuatan oleogel dengan konsentrasi lilin karnauba yang lebih tinggi (10%) dan secara efektif meningkatkan sifat serta stabilitas oleogel berbasis minyak sawit (p < 0,05).

Oleogel untuk Aplikasi Pangan

Protokol Pembuatan Oleogel untuk Mayones Vegan
 
Krim Masak Vegan Berbasis Oleogel
(lihat Szymanska et al., 2024)
 
Bahan:

• minyak biji rapa
• minyak sawit
• minyak biji rami
• lilin kandelila
• minuman kedelai

Oleogel (100 g) dibuat sebagai berikut: Pertama, lilin kandelila 3–7% (w/w) didispersikan dalam campuran minyak biji rapa dan minyak biji rami yang telah dimurnikan (1:1 w/w) dengan pemanasan selama 10 min pada 80 ± 1 °C dalam penangas air, kemudian disonikasi selama 10 s (26 kHz, 72 W, pulsa 100%, amplitudo 100%) menggunakan homogenizer ultrasonik UP200St (Hielscher Ultrasonics), yang dilengkapi dengan sonotrode titanium S26d7. Campuran yang jernih dan homogen didinginkan secara statis dalam lemari termostatik selama 24 h pada 20 ± 1 °C, hingga struktur yang sesuai terbentuk. Oleogel dibuat dalam tiga ulangan.
Jika Anda tertarik dengan emulsifikasi ultrasonik mayones, Anda dapat menemukan resep, video, dan informasi terperinci di sini!

Pembuatan Emulsi Tipe Krim Menggunakan Oleogel Hasil Proses Ultrasonik

Emulsi O/W tipe krim (30/70 w/w) (100 g) dibuat sesuai dengan prosedur dalam penelitian pendahuluan kami [38] dengan sedikit modifikasi. Fase berair (minuman kedelai yang mengandung protein 2,6% w/w) dan fase lipid (minyak sawit atau oleogel) sama-sama dipanaskan terlebih dahulu hingga 55 °C dan segera dihomogenisasi menggunakan homogenizer ultrasonik UP200St (Hielscher Ultrasonics) dengan frekuensi 26 kHz. Parameter berikut digunakan: pulsa 100%, amplitudo 80%, kedalaman pencelupan sonotrode 15 mm di bagian tengah gelas beker (kapasitas 200 mL). Waktu homogenisasi 2,5 min (τ) ditentukan berdasarkan hasil pengujian teknologi dan pengujian pendahuluan, dengan mempertimbangkan peningkatan suhu sampel (untuk τ = 2,5 min: densitas energi: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, suhu maks.: 61,0 ± 0,3 °C). Natrium benzoat sebanyak 0,15% (w/w) ditambahkan ke fase berair sebagai agen antibakteri.

Oleogelator yang paling umum digunakan untuk oleogel layak pangan.
Skema: ©Perta-Crisan et al., 2023.