Oleogels: Hoe Sonicatie Oleogel Formuleringen verbetert
Oleogels zijn veelzijdige materialen met toepassingen in een groot aantal industrieën, die unieke voordelen bieden op het gebied van textuur, stabiliteit en functionaliteit. Het gebruik van sonische sondes verbetert de synthese en prestaties van oleogels aanzienlijk, waardoor ze geschikter worden voor diverse industriële toepassingen.
Wat zijn Oleogels?
Oleogels zijn halfvaste systemen die bestaan uit een oliefase die geïmmobiliseerd is in een driedimensionaal netwerk van structurerende stoffen, zoals oleogelatoren of geleermiddelen. Deze structurerende stoffen helpen bij het creëren van een gelachtige consistentie in oliën, wat resulteert in een stabiel, smeerbaar en vaak transparant of doorschijnend product. Oleogels vinden toepassingen in verschillende industrieën, waaronder voedingsmiddelen, cosmetica, farmaceutica en industriële smeermiddelen, en bieden voordelen zoals textuurverbetering in voedingsmiddelen, hydratatie in huidverzorgingsproducten, gecontroleerde medicijnafgifte in farmaceutica en verbeterde smeereigenschappen in industriële en cosmetische formules.
Wanneer oliegels worden geproduceerd met krachtige ultrasone geluidsgolven, een proces dat bekend staat als sonicatie, wordt de synthese van deze op olie gebaseerde gels verbeterd. Lees hieronder hoe de effecten van sonicatie de vorming van oliegels vergemakkelijken!
Sonicator UP400ST voor de bereiding van olieogels.
Ultrasone homogneisatie vergemakkelijkt en verbetert de formulering van oleogels.
Ultrasoon mengen van oleogels
Ultrasoon geluid kan de synthese van oleogels verbeteren door de dispersie en distributie van de structurerende stoffen in de oliefase te verbeteren. Wanneer ultrasone geluidsgolven met hoge intensiteit worden toegepast op het oliemengsel dat de oleogelatoren bevat, bevorderen ze een gelijkmatige vermenging en dispersie van de structurerende stoffen, wat leidt tot een homogener gelnetwerk. Bovendien kan sonicatie de vorming van kleinere en meer uniforme deeltjes vergemakkelijken, wat resulteert in een fijnere textuur en een verbeterde stabiliteit van de oleogel. De cavitatie-effecten die worden gegenereerd door ultrageluid kunnen grotere aggregaten verstoren en de vorming van kleinere, gelijkmatiger verspreide structuren binnen de gelmatrix bevorderen.
Ultrasone directe dispersie voor oleogelsynthese
Gedispergeerde Oleogel: Bij de directe dispersiemethode wordt sonicatie gebruikt om de oleogelator direct in de vloeibare olie te dispergeren bij temperaturen boven het smeltpunt, gevolgd door een afkoelfase waarin het gelatornetwerk stolt en de olie inkapselt in een vast kader, waardoor de oleogel ontstaat. Door gebruik te maken van deze directe ultrasone dispergeerbenadering kan het geleringsproces twee verschillende netwerkarchitecturen genereren, afhankelijk van de aard van de gebruikte structurant: kristallietconformaties of zelfgeassembleerde netwerken.
Ultrasone emulsie voor oleogelsynthese
Emulsie-gemodelleerde Oleogel: Ultrasone emulsie met behulp van sonificatie van het sonde-type biedt verschillende voordelen voor de synthese van oleogels, voornamelijk door een efficiënte en consistente menging op micron- en nano-niveau. Ultrasone golven met een hoge intensiteit creëren intense sonomechanische schuifkrachten en akoestische cavitatie, die de olie en gelator in de waterfase opsplitsen in druppeltjes van uniforme grootte. Dit leidt tot een stabielere en homogenere emulsie, wat belangrijk is voor de vorming van oleogels met de gewenste textuur en structurele eigenschappen. Daarnaast kan het plaatselijke verwarmingseffect van sonicatie het oplossen en de interactie van geleermiddelen in de oliefase verbeteren, waardoor het geleringsproces verbetert. Bijgevolg vergemakkelijkt ultrasone emulsie de productie van oleogels met superieure stabiliteit, consistentie en prestaties in verschillende toepassingen, waaronder voeding, farmaceutica en cosmetica.
Ultrasone homogenisator voor oleogelformulering in productie met hoge verwerkingscapaciteit.
Ultrasone homogenisering van water-in-oliel-water-emulsies
Water-in-oleogel-in-water (W/O/W) emulsies bieden uitzonderlijke functionaliteiten waardoor ze ideaal zijn voor voedseltoepassingen. Water-in-oleogel-in-water-emulsies blijken bijvoorbeeld een geweldige drager te zijn voor het toedienen van probiotica en het beschermen van voedselaroma's. Ultrasone emulsificatie mengt waterige en olieachtige fasen efficiënt tot dubbele emulsies, d.w.z. W/O/W-emulsies. Door waterige druppels op te nemen in de oliebolletjes van vette producten wordt hun vetgehalte verlaagd. Gelering van de oliefase in W/O/W-emulsies zorgt voor structurele integriteit en vermindert destabilisatie zoals het samenklonteren van waterdruppels in de oliefase.
Sonificatie kan helpen bij de formulering van water-in-oleogel-water (W/O/W) emulsies door de dispersie en homogenisatie van de emulsiecomponenten te vergemakkelijken. Sonificatie met hoge intensiteit en lage frequentie (met frequenties van ongeveer 20-26 kHz) kan grotere druppels opbreken in kleinere, meer uniforme druppels, wat de vorming van stabiele emulsies bevordert. Bovendien kan sonicatie de opname van waterige druppels in de oliefase verbeteren en de dispersie van de oleogelator in de oliefase verbeteren, wat leidt tot een efficiëntere gelering en een grotere stabiliteit van de emulsie. Verder kan sonificatie helpen om de grootteverdeling van de emulsiedruppels te controleren, wat resulteert in emulsies met wenselijke eigenschappen zoals verbeterde textuur, mondgevoel en sensorische eigenschappen.
Schema van verschillende soorten emulsiesystemen op basis van oleogels.
Studie en beeld: ©Pinto et al., 2021
Wetenschappelijk bewezen: De doeltreffendheid van ultrasone dispersie van oleogels
Noonim et al. (2022) onderzochten het effect van sonicatie met de Hielscher sonicator UP200St op de fysische, thermische en structurele eigenschappen en de opslagstabiliteit van oleogels op palmoliebasis bereid met verschillende concentraties carnaubawas (5% of 10%) en vergeleken deze met oleogels bereid met een homogenisator (2000 rpm gedurende 10 minuten). Door sonificatie konden oleogels met een hogere carnaubawasconcentratie (10%) worden bereid en werden de eigenschappen en stabiliteit van oleogels op palmoliebasis effectief verbeterd (p < 0.05).
Oleogel voor voedseltoepassingen
Protocol voor een Oleogel geproduceerd voor een Veganistische Mayonaise
Veganistische culinaire crème op basis van Oleogel
(vgl. Szymanska et al., 2024)
Ingrediënten:
- raapzaadolie
- palmolie
- lijnzaadolie
- candelillawas
- sojadrank
De oliegels (100 g) werden als volgt bereid: Eerst werd 3-7% candelillawas (m/m) gedispergeerd in een mengsel van geraffineerde koolzaad- en lijnzaadoliën (1:1 m/m) door 10 minuten bij 80 ± 1 °C in een waterbad te verwarmen en vervolgens 10 s te soniseren (26 kHz, 72 W, 100% puls, 100% amplitude) met de ultrasone homogenisator UP200St (Hielscher Ultrasonics), uitgerust met de titanium sonotrode S26d7. Het heldere, homogene mengsel werd statisch gekoeld in een thermostaatkast gedurende 24 uur bij 20 ± 1 °C, totdat de juiste structuur was gevormd. De oleogels werden in drie herhalingen verkregen.
Als je geïnteresseerd bent in het ultrasoon emulgeren van mayonaise, vind je hier een recept, video en gedetailleerde informatie!
Bereiding van crèmetype emulsies met behulp van de ultrasone oleogel
Cream-type O/W (30/70 w/w) emulsies (100 g) werden bereid volgens de procedure in ons vooronderzoek [38] met kleine aanpassingen. Zowel een waterige fase (sojadrank met 2,6% w/w eiwit) als een lipidefase (palmolie of oleogel) werden voorverwarmd tot 55 °C en onmiddellijk gehomogeniseerd met behulp van de ultrasone homogenisator UP200St (Hielscher Ultrasonics) met een frequentie van 26 kHz. De volgende parameters werden gebruikt: 100% puls, 80% amplitude, 15 mm onderdompeling van de sonotrode in het centrale gedeelte van het bekerglas (200 ml inhoud). De homogenisatietijd van 2,5 min (τ) werd bepaald op basis van de resultaten van technologische tests en voorafgaande tests, rekening houdend met de stijgende temperatuur van de monsters (voor τ = 2,5 min: energiedichtheid: 69,1 ± 0,4 J∙g-1, max. temperatuur: 61,0 ± 0,3 °C). Natriumbenzoaat van 0,15% (m/m) werd toegevoegd aan de waterfase als antibacterieel middel.
Meest gebruikte oleogelatoren voor oleogels van voedselkwaliteit.
Schema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Sonicator UIP2000hdT voor de industriële productie van oliehoudende oliën.
Literatuur / Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Wat zijn Oleogels? – Een definitie van Oleogels
Gels zijn een type colloïde dat bestaat uit een vast driedimensionaal netwerk waarin een vloeibare fase is ingesloten.
Gelformuleringen kunnen worden onderverdeeld in twee grote klassen op basis van het oplosmiddel dat wordt gebruikt voor de productie; hydrogels verwijzen naar het geval waarin de vloeibare fase water is, en organogels (of oleogels) wanneer de gedispergeerde vloeistof een organisch oplosmiddel is en wordt gestructureerd door een organogelator.
Organogels zijn halfstijve formuleringen die worden beschouwd als bicontinue systemen, bestaande uit twee fasen: de gelator en het organische oplosmiddel. Wanneer de gelator wordt gebruikt in de formulering van organogels in concentraties van <15%, may experience physical and chemical transformations that create self-assembled structures; these structures entangle with each other, forming a three-dimensional network. The organic solvent is retained and immobilized within the spaces of the gelator network. If the used solvent is a liquid oil, then the term oleogel is also appropriate for these formulations. Therefore, oleogels allow properties to be explored that hydrogels are not compatible with, such as hydrophobicity of compounds. One of the main advantages of oleogels is the possibility of carrying lipophilic bioactive compounds, which is of great utility in both pharmaceutical and food applications. The combined action between structure and health benefits supports the important role that oleogels can have in novel food products, as they can be tailored to meet the ideal properties for a food product, acting as a healthy substitute for solid fats.
Substances that gel edible oils can be roughly divided into two categories based on their molecular weight: low molecular-mass organic gelators (LMOGs), and polymeric gelators. LMOGs include mainly waxes, sterol-based gelators, fatty acid derivatives, and monoacylglycerols.
Industrieën waar oleogels vaak worden gebruikt, zijn onder andere:
- Voedingsindustrie: Oleogels worden gebruikt in voedingsmiddelen om het gehalte aan vaste vetten zoals boter of margarine te vervangen of te verminderen. Ze kunnen worden verwerkt in spreads, margarines, bakkerijproducten, snoepgoed en verwerkte voedingsmiddelen om de textuur, het mondgevoel en de houdbaarheid te verbeteren. Oleogels kunnen ook dienen als drager voor smaakstoffen, voedingsstoffen en functionele ingrediënten in voedselformules.
- Cosmetica en persoonlijke verzorging: In de cosmetica- en persoonlijke verzorgingsindustrie worden oleogels gebruikt in verschillende huid- en haarverzorgingsproducten. Ze zijn te vinden in crèmes, lotions, balsems en haarstylingsproducten om te zorgen voor hydratatie, verzachting en conditionerende eigenschappen. Oleogels bieden voordelen zoals niet vettig worden, soepel aanbrengen en een verbeterde afgifte van actieve ingrediënten aan de huid of het haar.
- Farmaceutische producten: Oleogels hebben farmaceutische toepassingen als topische formules voor het toedienen van geneesmiddelen. Ze kunnen dienen als basis voor zalven, gels en transdermale patches en zorgen voor een gecontroleerde afgifte en verbeterde penetratie van therapeutische middelen door de huid. Oleogels bieden voordelen zoals verlengde afgiftekinetiek, verbeterde biologische beschikbaarheid en betere therapietrouw in farmaceutische formuleringen.
- Industriële en cosmetische smeermiddelen: Oleogels worden gebruikt als smeermiddelen in industriële toepassingen zoals metaalbewerking, machinale bewerking en smeervetten. Ze bieden voordelen zoals hoge thermische stabiliteit, weerstand tegen oxidatie en superieure smering in vergelijking met conventionele smeermiddelen. In cosmetische formules kunnen oleogels worden verwerkt in persoonlijke smeermiddelen en massageoliën vanwege hun gladde, niet-kleverige textuur en langdurige smeereigenschappen.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.