Oleogel: Come la sonicazione migliora le formulazioni di oleogel

Gli oleogel sono materiali versatili che trovano applicazione in un'ampia gamma di settori, offrendo vantaggi unici in termini di consistenza, stabilità e funzionalità. L'uso di sonicatori a sonda migliora significativamente la sintesi e le prestazioni degli oleogel, rendendoli più adatti a varie applicazioni industriali.

Cosa sono gli oleogel?

Gli oleogel sono sistemi semisolidi composti da una fase oleosa immobilizzata all'interno di una rete tridimensionale di agenti strutturanti, come gli oleogelatori o gli agenti gelificanti. Questi agenti strutturanti contribuiscono a creare una consistenza gelatinosa negli oli, ottenendo un prodotto stabile, spalmabile e spesso trasparente o traslucido. Gli oleogel trovano applicazione in diversi settori, tra cui quello alimentare, cosmetico, farmaceutico e dei lubrificanti industriali, offrendo vantaggi quali il miglioramento della consistenza nei prodotti alimentari, l'idratazione nei prodotti per la cura della pelle, la somministrazione controllata di farmaci nei prodotti farmaceutici e il miglioramento delle proprietà lubrificanti nelle formulazioni industriali e cosmetiche.
Quando gli oleogel vengono prodotti utilizzando potenti onde ultrasoniche, un processo noto come sonicazione, la sintesi di questi gel a base di olio viene migliorata. Leggete di seguito come gli effetti della sonicazione facilitano la formazione degli oleogel!

L'omogeneizzazione a ultrasuoni facilita e migliora la formulazione degli oleogel.

Miscelazione a ultrasuoni degli oleogel

L'ultrasuonoterapia può migliorare la sintesi degli oleogel aumentando la dispersione e la distribuzione degli agenti strutturanti all'interno della fase oleosa. Quando le onde ultrasoniche ad alta intensità vengono applicate alla miscela di olio contenente gli oleogelatori, promuovono la miscelazione e la dispersione uniforme degli agenti strutturanti, portando a una rete di gel più omogenea. Inoltre, la sonicazione può facilitare la formazione di particelle più piccole e uniformi, con conseguente struttura più fine e migliore stabilità dell'oleogel. Gli effetti di cavitazione generati dagli ultrasuoni possono disgregare gli aggregati più grandi e promuovere la formazione di strutture più piccole e più uniformemente disperse all'interno della matrice gel.

Dispersione diretta a ultrasuoni per la sintesi di oleogel

Oleogel tempestato di dispersione: Per il metodo di dispersione diretta, si utilizza la sonicazione per disperdere l'oleogelatore direttamente nell'olio liquido a temperature superiori al suo punto di fusione, seguita da una fase di raffreddamento in cui la rete di gelificazione si solidifica, incapsulando l'olio all'interno di una struttura solida, dando così origine all'oleogel. Utilizzando questo approccio di dispersione diretta a ultrasuoni, il processo di gelificazione può generare due distinte architetture di rete, a seconda della natura dello strutturante utilizzato: conformazioni cristalline o reti autoassemblate.

Emulsione a ultrasuoni per la sintesi di oleogel

Oleogel templato in emulsione: Ultrasonic emulsion using probe-type sonication offers several advantages for oleogel synthesis, primarily by providing efficient and consistent mixing at micron- and nano-level. High-intensity ultrasonic waves create intense sonomechanical shear forces and acoustic cavitation, which break down the oil and gelator in the aqueous phase into uniformly sized droplets. This leads to a more stable and homogeneous emulsion, which is important for the formation of oleogels with desirable texture and structural properties. Additionally, the localized heating effect of sonication can enhance the dissolution and interaction of gelators within the oil phase, improving the gelation process. Consequently, ultrasonic emulsion facilitates the production of oleogels with superior stability, consistency, and performance in various applications, including food, pharmaceuticals, and cosmetics.

Omogeneizzazione a ultrasuoni di emulsioni acqua-oleogel-acqua

Le emulsioni acqua-oleogel-acqua (W/O/W) offrono funzionalità eccezionali che le rendono ideali per le applicazioni alimentari. Ad esempio, le emulsioni acqua-in-oleogel-acqua si sono rivelate un ottimo vettore per la somministrazione di probiotici e la salvaguardia degli aromi alimentari. L'emulsificazione a ultrasuoni fonde efficacemente le fasi acquose e oleose in emulsioni doppie, ovvero emulsioni W/O/W. L'incorporazione di goccioline acquose all'interno dei globuli di olio dei prodotti grassi ne riduce il contenuto di grassi. La gelificazione della fase oleosa nelle emulsioni W/O/W conferisce integrità strutturale e attenua gli eventi di destabilizzazione come la coalescenza delle gocce d'acqua all'interno della fase oleosa.
La sonicazione può contribuire alla formulazione di emulsioni acqua-oleogel-acqua (W/O/W) facilitando la dispersione e l'omogeneizzazione dei componenti dell'emulsione. La sonicazione ad alta intensità e a bassa frequenza (a frequenze di circa 20-26 kHz) può scomporre le gocce più grandi in gocce più piccole e uniformi, favorendo la formazione di emulsioni stabili. Inoltre, la sonicazione può migliorare l'incorporazione delle gocce acquose nella fase oleosa e migliorare la dispersione dell'oleogelatore all'interno della fase oleosa, portando a una gelificazione più efficiente e a una maggiore stabilità dell'emulsione. Inoltre, la sonicazione può contribuire a controllare la distribuzione dimensionale delle goccioline dell'emulsione, ottenendo emulsioni con proprietà desiderabili come una migliore consistenza, una migliore sensazione in bocca e attributi sensoriali.

Schema che rappresenta diversi tipi di sistemi di emulsione a base di oleogel.
Studio e immagine: ©Pinto et al., 2021

Scientificamente provato: L'efficacia della dispersione a ultrasuoni degli oleogeli

Noonim et al. (2022) hanno studiato l'effetto della sonicazione con il sonicatore Hielscher UP200St sulle proprietà fisiche, termiche e strutturali e sulla stabilità allo stoccaggio di oleogel a base di olio di palma preparati con diverse concentrazioni di cera di carnauba (5% o 10%) e confrontati con oleogel preparati con un omogeneizzatore (2000 rpm per 10 min). La sonicazione ha permesso di preparare oleogel con una maggiore concentrazione di cera di carnauba (10%) e ha migliorato efficacemente le proprietà e la stabilità dell'oleogel a base di olio di palma (p < 0.05).

Oleogel per applicazioni alimentari

Protocollo per un oleogel prodotto per una maionese vegana
 
Crema culinaria vegana a base di Oleogel
(cfr. Szymanska et al., 2024)
 
Ingredienti:

• olio di colza
• olio di palma
• olio di lino
• cera di candelilla
• bevanda di soia

Gli oleogel (100 g) sono stati preparati come segue: In primo luogo, il 3-7% di cera di candelilla (p/p) è stato disperso in una miscela di oli raffinati di colza e di lino (1:1 p/p) mediante riscaldamento per 10 minuti a 80 ± 1 °C in un bagno d'acqua e poi sonicazione per 10 s (26 kHz, 72 W, 100% impulso, 100% ampiezza) utilizzando l'omogeneizzatore a ultrasuoni UP200St (Hielscher Ultrasonics), dotato del sonotrodo in titanio S26d7. La miscela chiara e omogenea è stata raffreddata staticamente in un armadio termostatico per 24 ore a 20 ± 1 °C, fino alla formazione della struttura corretta. Gli oleogel sono stati ottenuti in tre ripetizioni.
Se siete interessati all'emulsione ad ultrasuoni della maionese, qui troverete ricetta, video e informazioni dettagliate!

Preparazione di emulsioni tipo crema con l'utilizzo dell'Oleogel a ultrasuoni

Le emulsioni O/W di tipo crema (30/70 p/p) (100 g) sono state preparate secondo la procedura della nostra ricerca preliminare [38] con lievi modifiche. Sia la fase acquosa (bevanda di soia contenente il 2,6% di proteine in peso) che la fase lipidica (olio di palma o oleogel) sono state preriscaldate a 55 °C e immediatamente omogeneizzate utilizzando l'omogeneizzatore a ultrasuoni UP200St (Hielscher Ultrasonics) con una frequenza di 26 kHz. Sono stati utilizzati i seguenti parametri: 100% di impulsi, 80% di ampiezza, 15 mm di immersione del sonotrodo nella parte centrale del becher (capacità 200 mL). Il tempo di omogeneizzazione di 2,5 minuti (τ) è stato determinato sulla base dei risultati dei test tecnologici e delle prove preliminari, tenendo conto dell'aumento della temperatura dei campioni (per τ = 2,5 min: densità di energia: 69,1 ± 0,4 J∙g-1, temperatura massima: 61,0 ± 0,3 °C). Alla fase acquosa è stato aggiunto benzoato di sodio allo 0,15% (p/p) come agente antibatterico.

Gli oleogelatori più comunemente utilizzati per gli oleogel alimentari.
Schema: ©Perta-Crisan et al., 2023.