オレオゲルソニケーションによるオレオゲル製剤の改良
オレオゲルは、テクスチャー、安定性、機能性の面でユニークな利点を提供し、幅広い産業分野で応用される万能材料である。プローブ型ソニケーターを使用することで、オレオゲルの合成と性能が大幅に改善され、様々な産業用途に適しています。
オレオゲルとは？
オレオゲルは、オレオゲル化剤やゲル化剤などの構造化剤の3次元ネットワーク内に固定化された油相からなる半固体システムである。これらの構造化剤は、油にゲル状のコンシステンシーを作り出すのに役立ち、その結果、安定し、広がりやすく、しばしば透明または半透明の製品が得られる。オレオゲルは、食品、化粧品、医薬品、工業用潤滑剤など、様々な産業で応用されており、食品のテクスチャー改善、スキンケア製品の保湿、医薬品のドラッグデリバリー制御、工業用および化粧品製剤の潤滑特性向上などの利点を提供する。
超音波処理として知られる強力な超音波を使用してオレオゲルを製造すると、これらの油性ゲルの合成が改善される。超音波処理の効果がどのようにオレオゲルの形成を促進するかは以下をお読みください！
ソニケーターUP400ST オレオゲルの調製に使用する。
超音波ホモグナイゼーションは、オレオジェルの製剤化を容易にし、改善する。
オレオゲルの超音波混合
超音波照射は、油相中の構造化剤の分散と分布を促進することにより、オレオゲル合成を改善することができる。オレオゲル化剤を含む混合油に高強度の超音波を照射すると、構造化剤の均一な混合と分散が促進され、より均質なゲルネットワークが形成される。さらに、超音波処理により、より小さく均一な粒子の形成が促進され、オレオゲルのきめが細かくなり、安定性が向上する。超音波により発生するキャビテーション効果は、より大きな凝集体を破壊し、ゲルマトリックス内でより小さく均一に分散した構造の形成を促進する。
超音波直接分散によるオレオゲル合成
分散テンプレート化されたオレオゲル： 直接分散法では、超音波処理を用いてオレオゲル化剤を融点を超える温度で液体油中に直接分散させ、その後冷却してゲル化剤ネットワークを固化させ、油を固体骨格内に封じ込め、オレオゲルを得る。この直接超音波分散法を用いることで、ゲル化プロセスは、使用する構造化剤の性質に応じて、2つの異なるネットワーク構造を生成することができる。
オレオゲル合成のための超音波エマルジョン
エマルション・テンプレーテッド・オレオゲル： プローブ型超音波処理を用いた超音波エマルションは、オレオゲル合成において、主にミクロン・ナノレベルでの効率的で一貫した混合を提供することにより、いくつかの利点をもたらす。高強度の超音波は、強力なソノメカニカルせん断力と音響キャビテーションを発生させ、水相中の油分とゲル化剤を均一な大きさの液滴に分解する。これは、より安定で均質なエマルションにつながり、望ましいテクスチャーと構造特性を持つオレオゲルの形成に重要である。さらに、超音波処理による局所的な加熱効果により、油相内でのゲル化剤の溶解と相互作用が促進され、ゲル化プロセスが改善される。その結果、超音波エマルションは、食品、医薬品、化粧品を含む様々な用途において、優れた安定性、一貫性、および性能を有するオレオゲルの製造を容易にする。
高スループット生産におけるオレオゲル製剤用の超音波ホモジナイザー。
水中油型エマルションの超音波ホモジナイゼーション
水-オレオゲル-イン-ウォーター（W/O/W）エマルションは、食品用途に理想的な卓越した機能性を提供します。例えば、水-オレオゲル-イン-ウォーターエマルションは、プロバイオティクスのデリバリーや食品のアロマを保護するための優れたキャリアであることが分かっています。超音波乳化は、水相と油相を効率的にブレンドしてダブルエマルション、すなわちW/O/Wエマルションにします。油脂製品の油球内に水性液滴を組み込むと、脂肪含量が減少する。W/O/W型エマルションにおける油相のゲル化は、構造的完全性を付与し、油相内での水滴合体のような不安定化現象を緩和する。
超音波処理は、エマルション成分の分散と均質化を促進することで、水中油型（W/O/W）エマルションの製剤化に役立ちます。高強度、低周波数の超音波処理（周波数約20～26kHz）は、大きな液滴をより小さく均一な液滴に分解し、安定したエマルションの形成を促進します。さらに、超音波処理により、水性液滴の油相への取り込みが促進され、油相内でのオレオゲル化剤の分散が改善され、より効率的なゲル化とエマルションの安定性が向上します。さらに、超音波処理により、エマルション液滴のサイズ分布を制御することができ、その結果、食感、口当たり、官能特性が改善されるなど、望ましい特性を有するエマルションが得られる。
異なるタイプのオレオゲル系エマルジョンシステムを表すスキーム。
研究および画像：©Pinto et al, 2021
科学的に証明されたオレオゲルの超音波分散の効果
Noonimら（2022）は、異なる濃度のカルナウバワックス（5％または10％）を用いて調製したパーム油ベースのオレオゲルの物理的、熱的、構造的特性および保存安定性に対するHielscherソニケーターUP200Stを用いた超音波処理の効果を調査し、ホモジナイザー（2000rpm、10分間）を用いて調製したオレオゲルと比較した。超音波処理により、より高いカルナウバワックス濃度（10%）のオレオゲルを調製することができ、パーム油ベースのオレオゲルの特性と安定性を効果的に改善した（p < 0.05).
食品用オレオゲル
ヴィーガンマヨネーズ用オレオゲルのプロトコール
オレオジェルをベースにしたヴィーガン料理用クリーム
(Szymanskaら、2024）。
原材料
- 菜種油
- パーム油
- 亜麻仁油
- キャンデリラロウ
- 大豆飲料
オレオゲル（100g）は以下のように調製した：まず、3～7％のキャンデリラワックス（w/w）を、精製菜種油と亜麻仁油の混合物（1：1 w/w）中に、水浴中で80±1℃で10分間加熱することにより分散させ、次に、チタンソノトロードS26d7を備えた超音波ホモジナイザーUP200St（Hielscher Ultrasonics社製）を用いて10秒間超音波処理（26 kHz、72 W、100％パルス、100％振幅）を行った。透明で均質な混合物を、適切な構造が形成されるまで、20±1℃で24時間、恒温キャビネット内で静置冷却した。オレオゲルは3回繰り返して得られた。
マヨネーズの超音波乳化にご興味のある方は、レシピ、ビデオ、詳細情報をご覧ください！
超音波オレオゲルを用いたクリーム状エマルションの調製
クリームタイプのO/W（30/70 w/w）エマルション（100 g）を、予備研究[38]の手順に若干の修正を加えて調製した。水相（タンパク質を2.6% w/w含む大豆飲料）と脂質相（パーム油またはオレオゲル）の両方を55℃まで予熱し、直ちに周波数26kHzの超音波ホモジナイザーUP200St（Hielscher Ultrasonics社製）を用いて均質化した。以下のパラメーターを使用した：100%パルス、80%振幅、ビーカー（容量200 mL）の中央部にソノトロードを15 mm浸漬。ホモジナイズ時間2.5分（τ）は、技術試験と予備試験の結果に基づき、試料の温度上昇を考慮して決定した（τ＝2.5分の場合：エネルギー密度：69.1±0.4J・g-1、最高温度：61.0±0.3℃）。抗菌剤として安息香酸ナトリウム0.15%(w/w)を水相に添加した。
食品用オレオゲルに最もよく使用されるオレオゲル化剤。
スキーム：©Perta-Crisan et al, 2023.
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ソニケーター UIP2000hdT オレオゲルの工業的生産のために。
文献・参考文献
- 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.
知っておくべき事実
オレオゲルとは？ – オレオジェルの定義
コロイドの一種であるゲルは、固体のような三次元ネットワークから成り、その中に液相が内包されている。
ゲル製剤は、その製造に使用される溶媒によって2つの大きなクラスに分けられる。ヒドロゲルは液相が水の場合を指し、有機ゲル（またはオレオゲル）は分散液が有機溶媒であり、有機ゲル化剤によって構造化されている場合を指す。
オルガノゲルは、ゲル化剤と有機溶媒という2つの相から構成される、二相連続系と見なされる半剛性製剤である。 ゲル化剤は、オルガノゲルの製剤において15％未満の濃度で使用された場合、自己組織化構造を形成する物理的および化学的変化を起こすことがある。これらの構造は互いに絡み合い、三次元ネットワークを形成する。 有機溶媒は、ゲル化剤のネットワークの隙間に保持され、固定化されます。使用される溶媒が液体油である場合、これらの製剤には「オレオゲル」という用語も適切です。 したがって、オレオゲルを用いることで、化合物の疎水性など、ハイドロゲルでは実現できない特性を探求することが可能になります。オレオゲルの主な利点の一つは、親油性の生物活性化合物を担持できることであり、これは医薬品および食品の双方の用途において非常に有用です。 構造と健康上の利点との相乗効果により、オレオゲルは食品に理想的な特性を満たすように調整でき、固形脂肪の健康的な代替品として機能するため、新規食品において重要な役割を果たすことができます。
食用油をゲル化させる物質は、分子量に基づいて大きく2つのカテゴリーに分類できる。すなわち、低分子量有機ゲル化剤（LMOG）と高分子ゲル化剤である。LMOGには、主にワックス、ステロール系ゲル化剤、脂肪酸誘導体、およびモノアシルグリセロールが含まれる。
オレオゲルが一般的に使用されている産業には、以下のようなものがある：
- 食品産業： オレオジェルは、バターやマーガリンなどの固形油脂の代わりに、あるいはその含有量を減らすために食品に使用される。スプレッド、マーガリン、ベーカリー製品、製菓、加工食品に配合することで、食感、口当たり、保存安定性を向上させることができる。オレオジェルはまた、食品製剤中のフレーバー、栄養素、機能性成分のキャリアーとしても機能する。
- 化粧品とパーソナルケア： 化粧品やパーソナルケア業界では、オレオジェルは様々なスキンケアやヘアケア製品に利用されている。オレオジェルはクリーム、ローション、バーム、ヘアスタイリング製品に配合され、保湿、エモリエント、コンディショニング効果を発揮します。オレオゲルは、べたつかず、なめらかに塗布でき、皮膚や毛髪への有効成分の送達を高めるなどの利点を提供する。
- 医薬品： オレオゲルは薬物送達のための局所製剤として医薬用途がある。オレオゲルは軟膏、ゲル、経皮パッチの基剤となり、制御された放出と治療薬の皮膚からの浸透を改善する。オレオゲルは、放出動態の延長、バイオアベイラビリティの向上、医薬製剤における患者のコンプライアンスの改善などの利点を提供します。
- 工業用および化粧品用潤滑油： オレオゲルは、金属加工、機械加工、潤滑グリースなどの工業用途の潤滑剤として使用されている。オレオゲルは、従来の潤滑剤と比較して、高い熱安定性、耐酸化性、優れた潤滑性などの利点があります。化粧品処方では、オレオゲルは、その滑らかでべたつかないテクスチャーと長時間持続する潤滑特性を利用して、パーソナル潤滑剤やマッサージオイルに配合することができる。
