Oleogēli: kā apstrāde ar ultraskaņu uzlabo oleogēlu formulācijas
Oleogēli ir daudzpusīgi materiāli, kurus izmanto daudzās nozarēs un kuri piedāvā unikālas priekšrocības tekstūras, stabilitātes un funkcionalitātes ziņā. Zondes tipa ultraskaņas procesoru izmantošana būtiski uzlabo oleogēlu sintēzi un funkcionālās īpašības, padarot tos piemērotākus dažādiem rūpnieciskiem lietojumiem.
Kas ir oleogēli?
Oleogēli ir puscietas sistēmas, ko veido eļļas fāze, kura imobilizēta strukturējošu vielu, piemēram, oleogēlu veidotāju vai gelējošu vielu, trīsdimensiju tīklā. Šīs strukturējošās vielas palīdz eļļām piešķirt gelveida konsistenci, radot stabilu, ziežamu un bieži vien caurspīdīgu vai daļēji caurspīdīgu produktu. Oleogēlus izmanto dažādās nozarēs, tostarp pārtikas, kosmētikas un farmācijas nozarē, kā arī rūpniecisko smērvielu ražošanā, nodrošinot tādas priekšrocības kā pārtikas produktu tekstūras uzlabošana, mitrināšana ādas kopšanas līdzekļos, kontrolēta zāļvielu piegāde farmaceitiskajos preparātos un uzlabotas eļļošanas īpašības rūpnieciskajās un kosmētiskajās formulācijās.
Ja oleogēlus ražo, izmantojot jaudīgus ultraskaņas viļņus, procesā, ko sauc par apstrādi ar ultraskaņu, uzlabojas šo eļļas bāzes gelu sintēze. Tālāk lasiet, kā apstrādes ar ultraskaņu iedarbība veicina oleogēlu veidošanos!
Ultraskaņas procesors UP400St oleogēlu pagatavošanai.
Ultraskaņas homogenizācija atvieglo un uzlabo oleogēlu formulāciju izstrādi.
Oleogēlu sajaukšana ar ultraskaņu
Apstrāde ar ultraskaņu var uzlabot oleogēlu sintēzi, uzlabojot strukturējošo vielu disperģēšanu un sadalījumu eļļas fāzē. Augstas intensitātes ultraskaņas viļņu iedarbība uz eļļas maisījumu, kas satur oleogēlu veidotājus, veicina strukturējošo vielu vienmērīgu sajaukšanos un disperģēšanos, radot viendabīgāku gela tīklu. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu var veicināt mazāku un vienmērīgāku daļiņu veidošanos, tādējādi nodrošinot smalkāku tekstūru un uzlabotu oleogēla stabilitāti. Ultraskaņas radītā kavitācijas iedarbība var sašķelt lielākus agregātus un veicināt mazāku, vienmērīgāk izkliedētu struktūru veidošanos gela matricā.
Tiešā disperģēšana ar ultraskaņu oleogēlu sintēzei
Ar dispersijas šablonmetodi iegūts oleogēls: Tiešās disperģēšanas metodē apstrādi ar ultraskaņu izmanto, lai oleogēla veidotāju disperģētu tieši šķidrā eļļā temperatūrā, kas pārsniedz tā kušanas temperatūru. Tam seko dzesēšanas posms, kurā gela veidotāja tīkls sacietē, ieslēdzot eļļu cietā karkasā un tādējādi radot oleogēlu. Izmantojot šo tiešās ultraskaņas disperģēšanas pieeju, gelēšanas procesā atkarībā no izmantotās strukturējošās vielas īpašībām var veidoties divas atšķirīgas tīkla arhitektūras: kristalītu konfigurācijas vai pašorganizēti tīkli.
Ultraskaņas emulsija oleogēlu sintēzei
Ar emulsijas šablonmetodi iegūts oleogēls: Emulsijas iegūšana, izmantojot apstrādi ar zondes tipa ultraskaņas procesoru, piedāvā vairākas priekšrocības oleogēlu sintēzē, galvenokārt nodrošinot efektīvu un vienmērīgu sajaukšanu mikro- un nanolīmenī. Augstas intensitātes ultraskaņas viļņi rada intensīvus sonomehāniskus bīdes spēkus un akustisko kavitāciju, kas ūdens fāzē sadala eļļu un gela veidotāju vienāda izmēra pilienos. Tādējādi veidojas stabilāka un viendabīgāka emulsija, kas ir svarīgi, lai iegūtu oleogēlus ar vēlamo tekstūru un strukturālajām īpašībām. Turklāt apstrādes ar ultraskaņu lokālās sasilšanas efekts var uzlabot gela veidotāju šķīšanu un mijiedarbību eļļas fāzē, uzlabojot gelēšanas procesu. Līdz ar to emulsijas iegūšana ar ultraskaņu atvieglo tādu oleogēlu ražošanu, kuriem ir izcilāka stabilitāte, konsistence un funkcionālās īpašības dažādos lietojumos, tostarp pārtikā, farmācijā un kosmētikā.
Ultraskaņas homogenizators oleogēlu formulāciju iegūšanai ražošanā ar augstu ražīgumu.
Emulsiju „ūdens oleogēlā ūdenī” ultraskaņas homogenizācija
Ūdens–oleogēls–ūdens (W/O/W) emulsijām piemīt izcilas funkcionālās īpašības, kas tās padara ideāli piemērotas izmantošanai pārtikā. Piemēram, ir konstatēts, ka ūdens–oleogēls–ūdens emulsijas ir lielisks nesējs probiotiku piegādei un pārtikas aromātu aizsardzībai. Emulģēšana ar ultraskaņu efektīvi sajauc ūdens un eļļas fāzes, veidojot dubultās emulsijas, proti, W/O/W emulsijas. Ūdens pilienu iekļaušana taukus saturošu produktu eļļas lodītēs samazina šo produktu tauku saturu. Eļļas fāzes gelēšana W/O/W emulsijās nodrošina struktūras integritāti un mazina destabilizācijas parādības, piemēram, ūdens pilienu koalescenci eļļas fāzē.
Apstrāde ar ultraskaņu var palīdzēt ūdens–oleogēls–ūdens (W/O/W) emulsiju izgatavošanā, veicinot emulsijas komponentu disperģēšanu un homogenizāciju. Augstas intensitātes, zemas frekvences apstrāde ar ultraskaņu (aptuveni 20–26kHz frekvencē) var sadalīt lielākus pilienus mazākos, vienmērīgākos pilienos, veicinot stabilu emulsiju veidošanos. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu var veicināt ūdens pilienu iekļaušanu eļļas fāzē un uzlabot oleogēlatora disperģēšanu eļļas fāzē, tādējādi nodrošinot efektīvāku gelēšanu un lielāku emulsijas stabilitāti. Apstrāde ar ultraskaņu var arī palīdzēt kontrolēt emulsijas pilienu izmēru sadalījumu, iegūstot emulsijas ar vēlamām īpašībām, piemēram, uzlabotu tekstūru, sajūtu mutē un sensorajām īpašībām.
Shēma, kurā attēloti dažādi uz oleogēlu bāzes veidotu emulsiju sistēmu veidi.
Pētījums un attēls: ©Pinto et al., 2021
Zinātniski pierādīts: oleogēlu disperģēšanas ar ultraskaņu efektivitāte
Noonim et al. (2022) pētīja, kā apstrāde ar ultraskaņu, izmantojot Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīci UP200St, ietekmē uz palmu eļļas bāzes veidotu oleogēlu fizikālās, termiskās un strukturālās īpašības, kā arī stabilitāti uzglabāšanas laikā. Oleogēli tika sagatavoti, izmantojot dažādas karnaubas vaska koncentrācijas (5% vai 10%), un salīdzināti ar oleogēliem, kas sagatavoti ar homogenizatoru (2000 rpm, 10 min). Apstrāde ar ultraskaņu ļāva sagatavot oleogēlus ar augstāku karnaubas vaska koncentrāciju (10%) un efektīvi uzlaboja uz palmu eļļas bāzes veidota oleogēla īpašības un stabilitāti (p < 0,05).
Oleogēls izmantošanai pārtikā
Vegāniskai majonēzei paredzēta oleogēla izgatavošanas protokols
Vegānisks kulinārais krēms uz oleogēla bāzes
(sal. Szymanska et al., 2024)
Sastāvdaļas:
- rapšu eļļa
- palmu eļļa
- linsēklu eļļa
- kandelilas vasks
- sojas dzēriens
Oleogēlus (100 g) sagatavoja šādi: vispirms 3–7% kandelilas vaska (w/w) disperģēja rafinētas rapšu eļļas un linsēklu eļļas maisījumā (1:1 w/w), 10 min karsējot ūdens vannā 80 ± 1 °C temperatūrā un pēc tam 10 s apstrādājot ar ultraskaņu (26 kHz, 72 W, 100% impulsu režīms, 100% amplitūda), izmantojot ultraskaņas homogenizatoru UP200St (Hielscher Ultrasonics), kas aprīkots ar titāna sonotrodi S26d7. Dzidro, viendabīgo maisījumu statiskos apstākļos atdzesēja termostatiskā skapī 24 h 20 ± 1 °C temperatūrā, līdz izveidojās atbilstoša struktūra. Oleogēlus ieguva trīs atkārtojumos.
Ja jūs interesē majonēzes emulģēšana ar ultraskaņu, šeit atradīsiet recepti, video un detalizētu informāciju!
Krēmveida emulsiju sagatavošana, izmantojot ar ultraskaņu iegūtu oleogēlu
Krēmveida O/W (30/70 w/w) emulsijas (100 g) sagatavoja saskaņā ar mūsu sākotnējā pētījumā [38] aprakstīto procedūru ar nelielām izmaiņām. Gan ūdens fāzi (sojas dzērienu ar 2,6% w/w olbaltumvielu saturu), gan lipīdu fāzi (palmu eļļu vai oleogēlu) iepriekš uzsildīja līdz 55 °C un nekavējoties homogenizēja, izmantojot ultraskaņas homogenizatoru UP200St (Hielscher Ultrasonics) ar 26 kHz frekvenci. Izmantoja šādus parametrus: 100% impulss, 80% amplitūda, sonotrodes iegremdēšana 15 mm dziļumā vārglāzes centrālajā daļā (tilpums 200 mL). Homogenizācijas laiku 2,5 min (τ) noteica, pamatojoties uz tehnoloģisko pārbaužu un sākotnējo testu rezultātiem, ņemot vērā paraugu temperatūras paaugstināšanos (ja τ = 2,5 min: enerģijas blīvums: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, maks. temperatūra: 61,0 ± 0,3 °C). Ūdens fāzei pievienoja 0,15% (w/w) nātrija benzoāta kā antibakteriālu līdzekli.
Pārtikai piemērotu oleogēlu izgatavošanā visbiežāk izmantotie oleogēlu veidotāji.
Shēma: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Ultraskaņas apstrādes ierīce UIP2000hdT oleogēlu rūpnieciskai ražošanai.
Literatūra / Atsauces
- 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.
Fakti, ko vērts zināt
Kas ir oleogēli? – Oleogēlu definīcija
Gēli ir koloīdu veids, ko veido cietvielai līdzīgs trīsdimensiju tīkls, kurā ir ieslēgta šķidrā fāze.
Gēlu preparātus var iedalīt divās galvenajās grupās atkarībā no to izgatavošanā izmantotā šķīdinātāja: hidrogēlos, ja šķidrā fāze ir ūdens, un organogēlos (vai oleogēlos), ja izkliedētais šķidrums ir organisks šķīdinātājs, ko strukturē organogēla veidotājs.
Organogēli ir puscieti preparāti, kurus uzskata par bikontinuālām sistēmām, kas sastāv no divām fāzēm: gēla veidotāja un organiskā šķīdinātāja. Ja gēla veidotāju organogēlu izgatavošanā izmanto koncentrācijā, kas ir mazāka par 15%, tajā var notikt fizikālas un ķīmiskas pārvērtības, kuru rezultātā rodas pašorganizētas struktūras; šīs struktūras savstarpēji savijas, veidojot trīsdimensiju tīklu. Organiskais šķīdinātājs tiek aizturēts un imobilizēts gēla veidotāja tīkla telpās. Ja izmantotais šķīdinātājs ir šķidra eļļa, šiem preparātiem ir piemērots arī termins «oleogēls». Tādējādi oleogēli ļauj izmantot īpašības, kas nav savietojamas ar hidrogēliem, piemēram, savienojumu hidrofobitāti. Viena no galvenajām oleogēlu priekšrocībām ir iespēja pārnest lipofīlus bioaktīvus savienojumus, kas ir ļoti noderīgi gan farmācijā, gan pārtikas nozarē. Struktūras un labvēlīgās ietekmes uz veselību kopējā iedarbība pamato oleogēlu iespējamo nozīmīgo lomu jaunos pārtikas produktos, jo tos var pielāgot pārtikas produktam ideālu īpašību nodrošināšanai, izmantojot kā veselīgu cieto tauku aizstājēju.
Vielas, kas pārtikas eļļas pārvērš gēlā, pēc to molekulmasas var aptuveni iedalīt divās kategorijās: mazmolekulāri organiskie gēlu veidotāji (LMOGs) un polimēru gēlu veidotāji. LMOGs galvenokārt ietver vaskus, gēlu veidotājus uz sterīnu bāzes, taukskābju atvasinājumus un monoacilglicerīnus.
Nozares, kurās oleogēlus plaši izmanto:
- Pārtikas rūpniecība: Oleogēlus izmanto pārtikas produktos, lai aizstātu cietos taukus, piemēram, sviestu vai margarīnu, vai samazinātu to saturu. Tos var pievienot ziežamiem produktiem, margarīniem, maizes un konditorejas izstrādājumiem, saldumiem un pārstrādātiem pārtikas produktiem, lai uzlabotu tekstūru, sajūtu mutē un stabilitāti uzglabāšanas laikā. Oleogēli pārtikas produktu sastāvos var kalpot arī kā aromatizētāju, uzturvielu un funkcionālo sastāvdaļu nesēji.
- Kosmētika un personīgā kopšana: Kosmētikas un personīgās kopšanas nozarē oleogēlus izmanto dažādos ādas un matu kopšanas līdzekļos. Tie ir sastopami krēmos, losjonos, balzamos un matu veidošanas līdzekļos, nodrošinot mitrināšanu, mīkstināšanu un kondicionējošas īpašības. Oleogēliem ir tādas priekšrocības kā taukainas sajūtas neesamība, vienmērīga uzklāšana un uzlabāta aktīvo sastāvdaļu piegāde ādai vai matiem.
- Farmācija: Oleogēlus farmācijā izmanto kā lokāli lietojamas zāļu ievadīšanas formas. Tie var kalpot par pamatu ziedēm, geliem un transdermāliem plāksteriem, nodrošinot kontrolētu ārstniecisko vielu atbrīvošanos un uzlabotu iekļūšanu caur ādu. Farmaceitiskajos preparātos oleogēli sniedz tādas priekšrocības kā ilgstošas atbrīvošanās kinētika, paaugstināta biopieejamība un uzlabota pacientu līdzestība.
- Rūpnieciskās un kosmētiskās smērvielas: Oleogēlus izmanto kā smērvielas rūpnieciskos lietojumos, piemēram, metālapstrādē, mehāniskajā apstrādē un plastiskajās smērvielās. Salīdzinājumā ar tradicionālajām smērvielām tie sniedz tādas priekšrocības kā augsta termiskā stabilitāte, izturība pret oksidēšanos un labāka eļļošanas spēja. Kosmētiskajos sastāvos oleogēlus var iekļaut intīmajos lubrikantos un masāžas eļļās to gludās, nelīpošās tekstūras un ilgstošo eļļošanas īpašību dēļ.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas mēroga līdz rūpnieciskam mērogam.