ოლეოგელები: როგორ აუმჯობესებს ულტრაბგერითი დამუშავება ოლეოგელის ფორმულაციებს
ოლეოგელები მრავალმხრივი მასალებია, რომლებიც გამოიყენება მრავალ სხვადასხვა ინდუსტრიაში და უნიკალურ სარგებელს იძლევა ტექსტურის, სტაბილურობისა და ფუნქციონირების თვალსაზრისით. პრობის ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატების გამოყენება მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ოლეოგელების სინთეზსა და ეფექტურობას, რაც მათ უფრო შესაფერისს ხდის სხვადასხვა სამრეწველო გამოყენებისთვის.
რა არის ოლეოგელები?
ოლეოგელები ნახევრად მყარი სისტემებია, რომლებიც შედგება ზეთის ფაზისგან, რომელიც იმობილიზებულია სტრუქტურირების აგენტების (მაგალითად, ოლეოგელატორების ან გელწარმომქმნელი აგენტების) სამგანზომილებიან ქსელში. ეს სტრუქტურირების აგენტები ხელს უწყობს ზეთებში გელის მსგავსი კონსისტენციის შექმნას, რაც იძლევა სტაბილურ, ადვილად წასასმელ და ხშირად გამჭვირვალე ან ნახევრად გამჭვირვალე პროდუქტს. ოლეოგელები გამოიყენება სხვადასხვა დარგში, მათ შორის კვების მრეწველობაში, კოსმეტიკაში, ფარმაცევტიკასა და სამრეწველო საპოხ მასალებში, და იძლევა ისეთ სარგებელს, როგორიცაა ტექსტურის გაუმჯობესება საკვებ პროდუქტებში, დატენიანება კანის მოვლის საშუალებებში, წამლის კონტროლირებადი მიწოდება ფარმაცევტიკაში და გაუმჯობესებული საპოხი თვისებები სამრეწველო და კოსმეტიკურ ფორმულაციებში.
როდესაც ოლეოგელები ძლიერი ულტრაბგერითი ტალღებით მუშავდება – პროცესით, რომელიც ულტრაბგერითი დამუშავების სახელითაა ცნობილი – ამ ზეთზე დაფუძნებული გელების სინთეზი უმჯობესდება. ქვემოთ წაიკითხეთ, თუ როგორ უწყობს ხელს ულტრაბგერითი დამუშავების ეფექტები ოლეოგელების წარმოქმნას!
ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატი UP400St ოლეოგელების მოსამზადებლად.
ულტრაბგერითი ჰომოგენიზაცია აადვილებს და აუმჯობესებს ოლეოგელების ფორმულირებას.
ოლეოგელების ულტრაბგერითი შერევა
ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია გააუმჯობესოს ოლეოგელების სინთეზი ზეთის ფაზაში სტრუქტურირების აგენტების დისპერგირებისა და განაწილების გაუმჯობესებით. როდესაც მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები მოქმედებს ოლეოგელატორების შემცველ ზეთის ნარევზე, ისინი ხელს უწყობს სტრუქტურირების აგენტების თანაბარ შერევასა და დისპერგირებას, რაც იძლევა უფრო ჰომოგენურ გელის ქსელს. გარდა ამისა, ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია ხელი შეუწყოს უფრო მცირე და თანაბარი ზომის ნაწილაკების წარმოქმნას, რაც უზრუნველყოფს უფრო ნაზ ტექსტურასა და ოლეოგელის გაუმჯობესებულ სტაბილურობას. ულტრაბგერით წარმოქმნილ კავიტაციურ ეფექტებს შეუძლია დაშალოს უფრო დიდი აგრეგატები და ხელი შეუწყოს გელის მატრიცაში უფრო მცირე, თანაბრად დისპერგირებული სტრუქტურების წარმოქმნას.
ოლეოგელების სინთეზისთვის ულტრაბგერითი პირდაპირი დისპერსია
დისპერსიით ტემპლატირებული ოლეოგელი: პირდაპირი დისპერგირების მეთოდში ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება ოლეოგელატორის უშუალოდ თხევად ზეთში დისპერგირებისთვის, მისი დნობის წერტილზე მაღალ ტემპერატურაზე. ამას მოსდევს გაგრილების ეტაპი, რომლის დროსაც გელატორის ქსელი მყარდება და ზეთს მყარ სტრუქტურაში აქცევს, რის შედეგადაც მიიღება ოლეოგელი. პირდაპირი ულტრაბგერითი დისპერგირების ამ მიდგომის გამოყენებისას გელირების პროცესში შეიძლება წარმოიქმნას ორი განსხვავებული ქსელური არქიტექტურა, გამოყენებული სტრუქტურირების აგენტის ბუნების მიხედვით: კრისტალიტური კონფორმაციები ან თვითორგანიზებული ქსელები.
ოლეოგელების სინთეზისთვის ულტრაბგერითი ემულსია
ემულსიით ტემპლატირებული ოლეოგელი: ზონდური ტიპის სონიკატორით ულტრაბგერითი ემულგირება რამდენიმე უპირატესობას იძლევა ოლეოგელების სინთეზისთვის, ძირითადად მიკრო- და ნანოდონეზე ეფექტური და ერთგვაროვანი შერევის უზრუნველყოფით. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები ქმნის ძლიერ სონომექანიკურ ძვრის ძალებსა და აკუსტიკურ კავიტაციას, რომლებიც წყლის ფაზაში ზეთსა და გელატორს თანაბარი ზომის წვეთებად შლის. შედეგად მიიღება უფრო სტაბილური და ჰომოგენური ემულსია, რაც მნიშვნელოვანია სასურველი ტექსტურისა და სტრუქტურული თვისებების მქონე ოლეოგელების წარმოქმნისთვის. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი დამუშავების ლოკალური გათბობის ეფექტს შეუძლია გააუმჯობესოს გელატორების გახსნა და ურთიერთქმედება ზეთის ფაზაში, რაც აუმჯობესებს გელირების პროცესს. შესაბამისად, ულტრაბგერითი ემულგირება ხელს უწყობს უკეთესი სტაბილურობის, კონსისტენციისა და საექსპლუატაციო მახასიათებლების მქონე ოლეოგელების წარმოებას სხვადასხვა დანიშნულებისთვის, მათ შორის კვების მრეწველობაში, ფარმაცევტიკასა და კოსმეტიკაში.
ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი ოლეოგელის ფორმულაციისთვის მაღალი გამტარუნარიანობის წარმოებაში.
წყალი-ოლეოგელში-წყალში ემულსიების ულტრაბგერითი ჰომოგენიზაცია
წყალი-ოლეოგელში-წყალში (W/O/W) ემულსიები სთავაზობენ გამორჩეულ ფუნქციებს, რაც მათ იდეალურს ხდის საკვები პროდუქტებისთვის. მაგალითად, დადგენილია, რომ წყალი-ოლეოგელში-წყალში ემულსიები წარმოადგენენ პრობიოტიკების მიწოდებისა და საკვების არომატების დაცვის შესანიშნავ საშუალებას. ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია ეფექტურად აერთიანებს წყალსა და ზეთის ფაზებს ორმაგ ემულსიებად, ანუ W/O/W ემულსიებად. წყლის წვეთების ჩართვა ცხიმოვანი პროდუქტების ზეთის გლობულებში ამცირებს მათ ცხიმის შემცველობას. ზეთის ფაზის გელირება W/O/W ემულსიებში უზრუნველყოფს სტრუქტურულ მთლიანობას და ამცირებს დესტაბილიზაციის მოვლენებს, როგორიცაა წყლის წვეთების კოალესცენცია ზეთის ფაზაში.
ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია ხელი შეუწყოს წყალი-ოლეოგელში-წყალში (W/O/W) ემულსიების ფორმულირებას ემულსიის კომპონენტების დისპერგირებისა და ჰომოგენიზაციის გაადვილებით. მაღალი ინტენსივობის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერით დამუშავებას (დაახლოებით 20–26kHz სიხშირეებზე) შეუძლია უფრო დიდი წვეთების უფრო მცირე და ერთგვაროვან წვეთებად დაშლა, რაც ხელს უწყობს სტაბილური ემულსიების წარმოქმნას. გარდა ამისა, ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია გააუმჯობესოს წყლის წვეთების ჩართვა ზეთის ფაზაში და ოლეოგელატორის დისპერგირება ზეთის ფაზაში, რაც განაპირობებს უფრო ეფექტურ გელირებასა და ემულსიის გაუმჯობესებულ სტაბილურობას. ამასთან, ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია ხელი შეუწყოს ემულსიის წვეთების ზომების განაწილების კონტროლს, რის შედეგადაც მიიღება სასურველი თვისებების მქონე ემულსიები, გაუმჯობესებული ტექსტურით, პირის ღრუში აღქმული შეგრძნებითა და სენსორული მახასიათებლებით.
სქემა, რომელიც წარმოადგენს ოლეოგელზე დაფუძნებული ემულსიის სისტემების სხვადასხვა ტიპს.
კვლევა და სურათი: ©Pinto et al., 2021
მეცნიერულად დადასტურებული: ოლეოგელების ულტრაბგერითი დისპერსიის ეფექტურობა
Noonim et al. (2022) შეისწავლეს ულტრაბგერითი დამუშავების გავლენა Hielscher-ის სონიკატორის UP200St გამოყენებით ფიზიკურ, თერმულ და სტრუქტურულ თვისებებზე და შენახვის სტაბილურობაზე პალმის ზეთზე დაფუძნებული ოლეოგელებისა, რომლებიც მომზადდა კარნაუბის ცვილის სხვადასხვა კონცენტრაციით (5% ან 10%), და შეადარეს ჰომოგენიზატორით (2000 rpm 10 წთ-ის განმავლობაში) მომზადებულ ოლეოგელებს. ულტრაბგერითი დამუშავება საშუალებას იძლევა მომზადდეს ოლეოგელები კარნაუბის ცვილის უფრო მაღალი კონცენტრაციით (10%) და ეფექტურად გააუმჯობესა პალმის ზეთზე დაფუძნებული ოლეოგელის თვისებები და სტაბილურობა (p < 0,05).
ოლეოგელი საკვები პროდუქტებისთვის
ვეგანური მაიონეზისთვის განკუთვნილი ოლეოგელის მომზადების პროტოკოლი
ოლეოგელზე დაფუძნებული ვეგანური კულინარიული კრემი
(იხ. Szymanska et al., 2024)
ინგრედიენტები:
- რეპსის ზეთი
- პალმის ზეთი
- სელის ზეთი
- კანდელილას ცვილი
- სოიოს სასმელი
ოლეოგელები (100 გ) მომზადდა შემდეგნაირად: თავდაპირველად, 3–7% კანდელილას ცვილი (w/w) დისპერგირდა რაფინირებული რეპსისა და სელის ზეთების ნარევში (1:1 w/w), წყლის აბაზანაში 10 წთ-ის განმავლობაში 80 ± 1 °C-ზე გაცხელებით და შემდეგ 10 წმ-ის განმავლობაში ულტრაბგერითი დამუშავებით (26 kHz, 72 W, 100% იმპულსი, 100% ამპლიტუდა). გამოყენებული იყო ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი UP200St (Hielscher Ultrasonics), რომელიც აღჭურვილი იყო ტიტანის სონოტროდით S26d7. გამჭვირვალე, ერთგვაროვანი ნარევი უძრავ მდგომარეობაში გაცივდა თერმოსტატულ კარადაში 24 სთ-ის განმავლობაში 20 ± 1 °C-ზე, შესაბამისი სტრუქტურის ჩამოყალიბებამდე. ოლეოგელების მომზადება სამჯერ განმეორდა.
თუ დაინტერესებული ხართ მაიონეზის ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციით, აქ იპოვით რეცეპტს, ვიდეოს და დეტალურ ინფორმაციას!
კრემის ტიპის ემულსიების მომზადება ულტრაბგერითი ოლეოგელის გამოყენებით
კრემის ტიპის O/W (30/70 w/w) ემულსიები (100 გ) მომზადდა ჩვენი წინასწარი კვლევის [38] პროცედურის შესაბამისად, მცირე ცვლილებებით. როგორც წყლის ფაზა (სოიოს სასმელი, რომელიც შეიცავს 2,6% w/w ცილას), ისე ლიპიდური ფაზა (პალმის ზეთი ან ოლეოგელი) წინასწარ გაცხელდა 55 °C-მდე და დაუყოვნებლივ ჰომოგენიზირდა ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის UP200St (Hielscher Ultrasonics) გამოყენებით, 26 kHz სიხშირეზე. გამოყენებული იყო შემდეგი პარამეტრები: 100% იმპულსი, 80% ამპლიტუდა, სონოტროდის 15 mm სიღრმეზე ჩაძირვა ჭიქის (200 mL მოცულობის) ცენტრალურ ნაწილში. ჰომოგენიზაციის დრო, 2,5 წთ (τ), განისაზღვრა ტექნოლოგიური და წინასწარი ტესტების შედეგების საფუძველზე, ნიმუშების ტემპერატურის მატების გათვალისწინებით (τ = 2,5 წთ-ისთვის: ენერგიის სიმკვრივე: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, მაქს. ტემპერატურა: 61,0 ± 0,3 °C). წყლის ფაზას ანტიბაქტერიული საშუალების სახით დაემატა 0,15% (w/w) ნატრიუმის ბენზოატი.
ყველაზე ხშირად გამოყენებული ოლეოგელატორები საკვები ხარისხის ოლეოგელებისთვის.
სქემა: ©Perta-Crisan et al., 2023.
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
სონიკატორი UIP2000hdT ოლეოგელების სამრეწველო წარმოებისთვის.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- 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.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
რა არის ოლეოგელები? – ოლეოგელების განმარტება
გელები წარმოადგენს კოლოიდების ტიპს, რომელიც შედგება მყარი სხეულის მსგავსი სამგანზომილებიანი ქსელისგან, რომელშიც მოქცეულია თხევადი ფაზა.
გელის ფორმულაციები შეიძლება დაიყოს ორ ძირითად კლასად მათი წარმოებისთვის გამოყენებული გამხსნელის მიხედვით; ჰიდროგელები გულისხმობს შემთხვევას, როდესაც თხევადი ფაზა არის წყალი, ხოლო ორგანოგელები (ან ოლეოგელები) – როდესაც დისპერსირებული თხევადი ნივთიერება არის ორგანული გამხსნელი და სტრუქტურირდება ორგანოგელატორის მიერ.
ორგანოგელები არის ნახევრად მკვრივი ფორმულაციები, რომლებიც განიხილება როგორც ბიკონტინუური სისტემები, რომლებიც შედგება ორი ფაზისგან: გელატორისა და ორგანული გამხსნელისგან. გელატორი, როდესაც გამოიყენება ორგანოგელების ფორმულაციებში 15%-ზე ნაკლები კონცენტრაციით, შეიძლება განიცადოს ფიზიკური და ქიმიური გარდაქმნები, რომლებიც ქმნიან თვითორგანიზებულ სტრუქტურებს; ეს სტრუქტურები ერთმანეთში იბნევა და ქმნის სამგანზომილებიან ქსელს. ორგანული გამხსნელი შენარჩუნებულია და იმობილიზებულია გელატორის ქსელის სივრცეებში. თუ გამოყენებული გამხსნელი არის თხევადი ზეთი, მაშინ ტერმინი ოლეოგელი ასევე შესაფერისია ამ ფორმულაციებისთვის. ამიტომ, ოლეოგელები საშუალებას გვაძლევს შევისწავლოთ ისეთი თვისებები, რომლებიც ჰიდროგელებთან არ არის თავსებადი, როგორიცაა ნაერთების ჰიდროფობურობა. ოლეოგელების ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობაა ლიპოფილური ბიოაქტიური ნაერთების გადატანის შესაძლებლობა, რაც დიდი სარგებლის მომტანია როგორც ფარმაცევტულ, ისე საკვებ დანიშნულებაში. სტრუქტურასა და ჯანმრთელობის სარგებელს შორის კომბინირებული მოქმედება ამყარებს იმ მნიშვნელოვან როლს, რომელიც ოლეოგელებს შეიძლება ჰქონდეს ახალ საკვებ პროდუქტებში, რადგან ისინი შეიძლება მოერგოს საკვები პროდუქტის იდეალურ თვისებებს და იმოქმედონ როგორც მყარი ცხიმების ჯანსაღი შემცვლელი.
ნივთიერებები, რომლებიც გელირებენ საჭმელ ზეთებს, შეიძლება დაახლოებით დაიყოს ორ კატეგორიად მათი მოლეკულური წონის მიხედვით: დაბალი მოლეკულური მასის ორგანული გელატორები (LMOGs) და პოლიმერული გელატორები. LMOGs-ში ძირითადად შედის ცვილები, სტეროლზე დაფუძნებული გელატორები, ცხიმოვანი მჟავების წარმოებულები და მონოაცილგლიცეროლები.
ინდუსტრიები, სადაც ოლეოგელები ხშირად გამოიყენება, მოიცავს:
- საკვები ინდუსტრია: ოლეოგელები გამოიყენება საკვებ პროდუქტებში მყარი ცხიმების, როგორიცაა კარაქი ან მარგარინი, ჩანაცვლების ან შემცირებისთვის. ისინი შეიძლება ჩაერთონ ნაზილებში (სპრედებში), მარგარინებში, საცხობ ნაწარმში, კონდიტერულ ნაწარმში და გადამუშავებულ საკვებში ტექსტურის, პირის ღრუს შეგრძნებისა და შენახვის სტაბილურობის გასაუმჯობესებლად. ოლეოგელები ასევე შეიძლება მოემსახურონ როგორც მატარებლები არომატებისთვის, ნუტრიენტებისთვის და ფუნქციური ინგრედიენტებისთვის საკვებ ფორმულაციებში.
- კოსმეტიკა და პირადი მოვლა: კოსმეტიკისა და პირადი მოვლის ინდუსტრიაში, ოლეოგელები გამოიყენება სხვადასხვა კანისა და თმის მოვლის პროდუქტებში. ისინი შეიძლება შეგვხვდეს კრემებში, ლოსიონებში, ბალმებში და თმის სტილიზაციის პროდუქტებში, რომლებიც უზრუნველყოფენ დამატენიანებლობას, ემოლიენტობას და კონდიციონირების თვისებებს. ოლეოგელები სთავაზობენ უპირატესობებს, როგორიცაა ცხიმოვანობის არქონა, გლუვი გამოყენება და აქტიური ინგრედიენტების გაძლიერებული მიწოდება კანისთვის ან თმისთვის.
- ფარმაცევტიკა: ოლეოგელებს აქვთ ფარმაცევტული გამოყენება წამლის მიწოდებისთვის ლოკალური ფორმულირებების სახით. ისინი შეიძლება გამოიყენებოდეს როგორც საფუძველი მაზების, გელების და ტრანსდერმალური პლასტირებისთვის, უზრუნველყოფენ თერაპიული აგენტების კონტროლირებად გამოყოფას და კანში უკეთეს შეღწევადობას. ოლეოგელებს სარგებელი მოაქვთ, როგორიცაა გახანგრძლივებული გამოყოფის კინეტიკა, ბიოშეღწევადობის გაუმჯობესება და პაციენტთა თანამშრომლობის გაზრდა ფარმაცევტულ ფორმულირებებში.
- სამრეწველო და კოსმეტიკური საპოხი მასალები: ოლეოგელები გამოიყენება როგორც საპოხი მასალები სამრეწველო დანიშნულებით, როგორიცაა მეტალდამუშავება, მექანიკური დამუშავება და საპოხი გრეზები. მათ მოაქვთ ისეთი სარგებელი, როგორიცაა მაღალი თერმული სტაბილურობა, ჟანგვის მიმართ მდგრადობა და უკეთესი საპოხი თვისებები ტრადიციულ საპოხ მასალებთან შედარებით. კოსმეტიკურ ფორმულირებებში, ოლეოგელები შეიძლება შეყვანილ იქნას პირად საპოხ მასალებსა და მასაჟის ზეთებში მათი გლუვი, არაწებოვანი ტექსტურისა და ხანგრძლივი საპოხი თვისებების გამო.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო ზომამდე.