Oleogel: come la sonicazione migliora le formulazioni di oleogel

Gli oleogel sono materiali versatili con applicazioni in un’ampia gamma di settori e offrono vantaggi peculiari in termini di consistenza, stabilità e funzionalità. L’impiego di sonicatori a sonda migliora significativamente la sintesi e le prestazioni degli oleogel, rendendoli più adatti a varie applicazioni industriali.

Che 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 oleogelificanti o agenti gelificanti. Questi agenti strutturanti contribuiscono a conferire agli oli una consistenza simile a quella di un gel, dando origine a 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 dei prodotti alimentari, l’idratazione nei prodotti per la cura della pelle, la somministrazione controllata di farmaci nei prodotti farmaceutici e migliori proprietà lubrificanti nelle formulazioni industriali e cosmetiche.
Quando gli oleogel vengono prodotti utilizzando potenti onde ultrasoniche, mediante un processo noto come sonicazione, la sintesi di questi gel a base oleosa 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

Il trattamento a ultrasuoni può migliorare la sintesi degli oleogel favorendo la dispersione e la distribuzione degli agenti strutturanti all’interno della fase oleosa. Quando onde ultrasoniche ad alta intensità vengono applicate alla miscela oleosa contenente gli oleogelificanti, favoriscono una miscelazione e una dispersione uniformi degli agenti strutturanti, generando una rete del gel più omogenea. Inoltre, la sonicazione può facilitare la formazione di particelle più piccole e uniformi, conferendo all’oleogel una consistenza più fine e una maggiore stabilità. Gli effetti di cavitazione generati dagli ultrasuoni possono disgregare gli aggregati più grandi e favorire la formazione di strutture più piccole e disperse in modo più uniforme all’interno della matrice del gel.

Dispersione diretta a ultrasuoni per la sintesi degli oleogel

Oleogel ottenuto mediante dispersione: Nel metodo di dispersione diretta, la sonicazione viene utilizzata per disperdere l’oleogelificante direttamente nell’olio liquido a temperature superiori al suo punto di fusione, seguita da una fase di raffreddamento in cui la rete dell’agente gelificante solidifica, inglobando l’olio all’interno di una struttura solida e dando così origine all’oleogel. Utilizzando questo approccio di dispersione diretta a ultrasuoni, il processo di gelificazione può generare due distinte architetture della rete, a seconda della natura dell’agente strutturante impiegato: configurazioni di cristalliti o reti autoassemblate.

Emulsione a ultrasuoni per la sintesi degli oleogel

Oleogel ottenuto mediante emulsione: L’emulsione ottenuta mediante sonicazione a sonda offre diversi vantaggi per la sintesi degli oleogel, principalmente grazie a una miscelazione efficiente e uniforme su scala micrometrica e nanometrica. Le onde ultrasoniche ad alta intensità generano intense forze di taglio sonomeccaniche e cavitazione acustica, che suddividono l’olio e l’agente gelificante nella fase acquosa in goccioline di dimensioni uniformi. Ciò produce un’emulsione più stabile e omogenea, importante per la formazione di oleogel con la consistenza e le proprietà strutturali desiderate. Inoltre, l’effetto di riscaldamento localizzato della sonicazione può favorire la dissoluzione e l’interazione degli agenti gelificanti all’interno della fase oleosa, migliorando il processo di gelificazione. Di conseguenza, l’emulsione a ultrasuoni facilita la produzione di oleogel con stabilità, consistenza e prestazioni superiori in varie applicazioni, tra cui quelle alimentari, farmaceutiche e cosmetiche.

Omogeneizzazione a ultrasuoni delle emulsioni acqua in oleogel in acqua

Le emulsioni acqua in oleogel in acqua (W/O/W) offrono funzionalità eccezionali che le rendono ideali per le applicazioni alimentari. Ad esempio, è stato riscontrato che le emulsioni acqua in oleogel in acqua sono ottimi veicoli per la somministrazione di probiotici e la protezione degli aromi alimentari. L’emulsificazione a ultrasuoni miscela efficacemente le fasi acquose e oleose formando emulsioni doppie, ossia emulsioni W/O/W. L’incorporazione di goccioline acquose all’interno dei globuli oleosi dei prodotti grassi ne riduce il contenuto di grassi. La gelificazione della fase oleosa nelle emulsioni W/O/W conferisce integrità strutturale e attenua i fenomeni di destabilizzazione, come la coalescenza delle goccioline d’acqua all’interno della fase oleosa.
La sonicazione può contribuire alla formulazione di emulsioni acqua in oleogel in acqua (W/O/W) facilitando la dispersione e l’omogeneizzazione dei componenti dell’emulsione. La sonicazione ad alta intensità e bassa frequenza (a frequenze di circa 20–26kHz) può suddividere le goccioline più grandi in goccioline più piccole e uniformi, favorendo la formazione di emulsioni stabili. Inoltre, la sonicazione può favorire l’incorporazione delle goccioline acquose nella fase oleosa e migliorare la dispersione dell’oleogelificante all’interno della fase oleosa, rendendo la gelificazione più efficiente e aumentando la stabilità dell’emulsione. La sonicazione può anche contribuire a controllare la distribuzione dimensionale delle goccioline dell’emulsione, producendo emulsioni con proprietà desiderate, quali una migliore consistenza, sensazione in bocca e caratteristiche sensoriali.

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

Scientificamente dimostrata: l’efficacia della dispersione a ultrasuoni degli oleogel

Noonim et al. (2022) hanno studiato l’effetto della sonicazione mediante il sonicatore Hielscher UP200St sulle proprietà fisiche, termiche e strutturali e sulla stabilità durante la conservazione degli oleogel a base di olio di palma preparati utilizzando diverse concentrazioni di cera carnauba (5% o 10%), confrontandoli con oleogel preparati con un omogeneizzatore (2000 rpm per 10 min). La sonicazione ha consentito di preparare oleogel con una concentrazione più elevata di cera 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 vegana da cucina a base di oleogel
(cfr. Szymanska et al., 2024)
 
Ingredienti:

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

Gli oleogel (100 g) sono stati preparati come segue: inizialmente, il 3–7% di cera candelilla (w/w) è stato disperso in una miscela di oli raffinati di colza e di lino (1:1 w/w) mediante riscaldamento per 10 min a 80 ± 1 °C a bagnomaria e successiva sonicazione per 10 s (26 kHz, 72 W, 100% di funzionamento a impulsi, 100% di ampiezza) utilizzando l’omogeneizzatore a ultrasuoni UP200St (Hielscher Ultrasonics), dotato del sonotrodo in titanio S26d7. La miscela limpida e omogenea è stata raffreddata in condizioni statiche in un armadio termostatico per 24 h a 20 ± 1 °C, fino alla formazione della struttura appropriata. Gli oleogel sono stati ottenuti in tre ripetizioni.
Se siete interessati all’emulsificazione a ultrasuoni della maionese, qui troverete la ricetta, il video e informazioni dettagliate!

Preparazione di emulsioni di tipo crema utilizzando l’oleogel ottenuto mediante ultrasuoni

Le emulsioni O/W di tipo crema (30/70 w/w) (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% w/w di proteine) sia la fase lipidica (olio di palma o oleogel) sono state preriscaldate fino a 55 °C e immediatamente omogeneizzate utilizzando l’omogeneizzatore a ultrasuoni UP200St (Hielscher Ultrasonics) a una frequenza di 26 kHz. Sono stati utilizzati i seguenti parametri: 100% di funzionamento a impulsi, 80% di ampiezza, immersione del sonotrodo di 15 mm nella parte centrale del becher (capacità di 200 mL). Il tempo di omogeneizzazione di 2,5 min (τ) è stato determinato sulla base dei risultati delle prove tecnologiche e delle prove preliminari, tenendo conto dell’aumento della temperatura dei campioni (per τ = 2,5 min: densità energetica: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, temperatura max.: 61,0 ± 0,3 °C). Alla fase acquosa è stato aggiunto lo 0,15% (w/w) di benzoato di sodio come agente antibatterico.

Oleogelificanti più comunemente utilizzati per gli oleogel di grado alimentare.
Schema: ©Perta-Crisan et al., 2023.