Oleogels: hoe sonicatie oleogelformuleringen verbetert

Oleogels zijn veelzijdige materialen met toepassingen in uiteenlopende industrieën en bieden unieke voordelen op het gebied van textuur, stabiliteit en functionaliteit. Het gebruik van sonicators met sonde 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 is geïmmobiliseerd in een driedimensionaal netwerk van structurerende stoffen, zoals oleogelatoren of geleermiddelen. Deze structurerende stoffen helpen een gelachtige consistentie in oliën te creëren, wat resulteert in een stabiel, smeerbaar en vaak transparant of doorschijnend product. Oleogels worden toegepast in diverse industrieën, waaronder de voedingsmiddelenindustrie, cosmetica, farmaceutica en industriële smeermiddelen. Ze bieden voordelen zoals een verbeterde textuur van voedingsmiddelen, hydratatie in huidverzorgingsproducten, gecontroleerde geneesmiddelafgifte in farmaceutische producten en verbeterde smeereigenschappen in industriële en cosmetische formuleringen.
Wanneer oleogels worden geproduceerd met krachtige ultrasone golven, een proces dat sonicatie wordt genoemd, wordt de synthese van deze gels op oliebasis verbeterd. Lees hieronder hoe de effecten van sonicatie de vorming van oleogels vergemakkelijken!

Ultrasone homogenisatie vergemakkelijkt en verbetert de formulering van oleogels.

Ultrasoon mengen van oleogels

Ultrasone behandeling kan de synthese van oleogels verbeteren door de dispersie en verdeling van de structurerende stoffen in de oliefase te verbeteren. Wanneer ultrasone golven met hoge intensiteit worden toegepast op het oliemengsel dat de oleogelatoren bevat, bevorderen ze een uniforme menging en dispersie van de structurerende stoffen, wat leidt tot een homogener gelnetwerk. Daarnaast kan sonicatie de vorming van kleinere en uniformere deeltjes vergemakkelijken, wat resulteert in een fijnere textuur en een verbeterde stabiliteit van de oleogel. De door ultrasoon geluid opgewekte cavitatie-effecten kunnen grotere aggregaten opbreken en de vorming van kleinere, gelijkmatiger gedispergeerde structuren in de gelmatrix bevorderen.

Ultrasone directe dispersie voor de synthese van oleogels

Oleogel op basis van een dispersiesjabloon: Bij de directe dispersiemethode wordt sonicatie gebruikt om de oleogelator rechtstreeks in de vloeibare olie te dispergeren bij temperaturen boven zijn smeltpunt. Daarna volgt een afkoelfase waarin het netwerk van de gelator stolt en de olie insluit in een vast raamwerk, waardoor de oleogel ontstaat. Bij deze directe ultrasone dispersiemethode kan het geleringsproces twee verschillende netwerkarchitecturen opleveren, afhankelijk van de aard van de gebruikte structurerende stof: kristallietconformaties of netwerken die door zelfassemblage ontstaan.

Ultrasone emulsie voor de synthese van oleogels

Oleogel op basis van een emulsiesjabloon: Ultrasone emulsie met behulp van sonicatie met een sonde biedt verschillende voordelen voor de synthese van oleogels, vooral doordat deze zorgt voor efficiënt en consistent mengen op micro- en nanoschaal. Ultrasone golven met hoge intensiteit creëren sterke sonomechanische afschuifkrachten en akoestische cavitatie, die de olie en de gelator in de waterfase verdelen in druppels 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 gelatoren in de oliefase versterken, waardoor het geleringsproces verbetert. Daardoor vergemakkelijkt ultrasone emulsie de productie van oleogels met superieure stabiliteit, consistentie en prestaties in diverse toepassingen, waaronder voedingsmiddelen, farmaceutica en cosmetica.

Ultrasone homogenisatie van water-in-oleogel-in-wateremulsies

Water-in-oleogel-in-wateremulsies (W/O/W) bieden uitzonderlijke functionaliteiten die ze ideaal maken voor voedseltoepassingen. Zo is gebleken dat water-in-oleogel-in-wateremulsies een uitstekende drager zijn voor de afgifte van probiotica en het beschermen van voedselaroma’s. Ultrasone emulsificatie mengt waterige en olieachtige fasen efficiënt tot dubbele emulsies, oftewel W/O/W-emulsies. Het opnemen van waterige druppels in de oliedruppels van vetrijke producten verlaagt hun vetgehalte. Gelering van de oliefase in W/O/W-emulsies geeft structurele integriteit en beperkt destabilisatieverschijnselen zoals het samenvloeien van waterdruppels in de oliefase.
Sonicatie kan helpen bij de formulering van water-in-oleogel-in-wateremulsies (W/O/W) door de dispersie en homogenisatie van de emulsiecomponenten te vergemakkelijken. Sonicatie met hoge intensiteit en lage frequentie (bij frequenties van ca. 20–26kHz) kan grotere druppels opbreken tot kleinere, uniformere druppels, waardoor de vorming van stabiele emulsies wordt bevorderd. Daarnaast kan sonicatie de opname van waterige druppels in de oliefase versterken en de dispersie van de oleogelator in de oliefase verbeteren, wat leidt tot efficiëntere gelering en een verhoogde stabiliteit van de emulsie. Bovendien kan sonicatie helpen de grootteverdeling van de emulsiedruppels te beheersen, wat resulteert in emulsies met gewenste eigenschappen zoals een verbeterde textuur, mondgevoel en sensorische kenmerken.

Schema van verschillende typen emulsiesystemen op basis van oleogels.
Onderzoek en afbeelding: ©Pinto et al., 2021

Wetenschappelijk bewezen: de effectiviteit 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 basis van palmolie, bereid met verschillende concentraties carnaubawas (5% of 10%), en vergeleken deze met oleogels die met een homogenisator waren bereid (2000 rpm gedurende 10 min). Sonicatie maakte het mogelijk oleogels met een hogere concentratie carnaubawas (10%) te bereiden en verbeterde de eigenschappen en stabiliteit van oleogel op basis van palmolie effectief (p < 0,05).

Oleogel voor voedseltoepassingen

Protocol voor een oleogel die wordt geproduceerd voor een veganistische mayonaise
 
Veganistische kookroom op basis van oleogel
(vgl. Szymanska et al., 2024)
 
Ingrediënten:

• koolzaadolie
• palmolie
• lijnzaadolie
• candelillawas
• sojadrink

De oleogels (100 g) werden als volgt bereid: eerst werd 3–7% candelillawas (w/w) gedispergeerd in een mengsel van geraffineerde koolzaadolie en lijnzaadolie (1:1 w/w) door dit gedurende 10 min bij 80 ± 1 °C in een waterbad te verwarmen en vervolgens gedurende 10 s te soniceren (26 kHz, 72 W, 100% puls, 100% amplitude) met de ultrasone homogenisator UP200St (Hielscher Ultrasonics), voorzien van de titanium sonotrode S26d7. Het heldere, homogene mengsel werd gedurende 24 h bij 20 ± 1 °C zonder beweging afgekoeld in een thermostaatkast, totdat de juiste structuur was gevormd. De bereiding van de oleogels werd driemaal uitgevoerd.
Als u geïnteresseerd bent in de ultrasone emulsificatie van mayonaise, vindt u hier een recept, een video en gedetailleerde informatie!

Bereiding van roomachtige emulsies met de ultrasoon bereide oleogel

Roomachtige O/W-emulsies (30/70 w/w) (100 g) werden bereid volgens de procedure uit ons vooronderzoek [38], met kleine aanpassingen. Zowel een waterfase (sojadrink met 2,6% w/w eiwit) als een lipidenfase (palmolie of oleogel) werd voorverwarmd tot 55 °C en onmiddellijk gehomogeniseerd met de ultrasone homogenisator UP200St (Hielscher Ultrasonics) bij een frequentie van 26 kHz. De volgende parameters werden gebruikt: 100% puls, 80% amplitude, een onderdompeling van de sonotrode van 15 mm in het midden van het bekerglas (inhoud 200 mL). De homogenisatietijd van 2,5 min (τ) werd bepaald op basis van de resultaten van technologische tests en voorbereidende tests, rekening houdend met de toenemende temperatuur van de monsters (voor τ = 2,5 min: energiedichtheid: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, max. temperatuur: 61,0 ± 0,3 °C). Aan de waterfase werd 0,15% (w/w) natriumbenzoaat toegevoegd als antibacterieel middel.

Meest gebruikte oleogelatoren voor oleogels van voedingsmiddelenkwaliteit.
Schema: ©Perta-Crisan et al., 2023.