Oleożele: Jak sonikacja poprawia formulacje oleożeli
Oleożele są wszechstronnymi materiałami o zastosowaniach w wielu gałęziach przemysłu, oferującymi wyjątkowe korzyści pod względem tekstury, stabilności i funkcjonalności. Zastosowanie sonikatorów znacznie poprawia syntezę i wydajność oleożeli, czyniąc je bardziej odpowiednimi do różnych zastosowań przemysłowych.
Czym są oleożele?
Oleożele to półstałe układy składające się z fazy olejowej unieruchomionej w trójwymiarowej sieci środków strukturyzujących, takich jak oleożelatory lub środki żelujące. Te środki strukturyzujące pomagają stworzyć żelową konsystencję w olejach, co skutkuje stabilnym, łatwym do rozprowadzania i często przezroczystym lub półprzezroczystym produktem. Oleożele znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym i smarach przemysłowych, oferując takie korzyści, jak poprawa tekstury produktów spożywczych, nawilżanie produktów do pielęgnacji skóry, kontrolowane dostarczanie leków w farmaceutykach i lepsze właściwości smarne w preparatach przemysłowych i kosmetycznych.
Gdy oleożele są wytwarzane przy użyciu silnych fal ultradźwiękowych, procesu znanego jako sonikacja, synteza tych żeli na bazie oleju ulega poprawie. Przeczytaj poniżej, jak efekty sonikacji ułatwiają tworzenie oleożeli!
Sonicator UP400ST do przygotowania oleożeli.
Homogenizacja ultradźwiękowa ułatwia i poprawia formułowanie oleożeli.
Ultradźwiękowe mieszanie oleożeli
Ultradźwięki mogą poprawić syntezę oleożeli poprzez zwiększenie dyspersji i dystrybucji środków strukturyzujących w fazie olejowej. Gdy fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności są stosowane do mieszaniny oleju zawierającej oleogelatory, promują one równomierne mieszanie i dyspersję środków strukturyzujących, prowadząc do bardziej jednorodnej sieci żelowej. Dodatkowo, sonikacja może ułatwić tworzenie mniejszych i bardziej jednorodnych cząstek, co skutkuje drobniejszą teksturą i lepszą stabilnością oleożelu. Efekty kawitacji generowane przez ultradźwięki mogą rozbijać większe agregaty i promować tworzenie mniejszych, bardziej równomiernie rozproszonych struktur w matrycy żelowej.
Ultradźwiękowa dyspersja bezpośrednia do syntezy oleożelu
Oleożel oparty na dyspersji: W przypadku metody bezpośredniej dyspersji, sonikacja jest stosowana do rozpraszania oleożelu bezpośrednio w ciekłym oleju w temperaturach przekraczających jego temperaturę topnienia, po której następuje faza chłodzenia, w której sieć żelatora zestala się, zamykając olej w stałej strukturze, dając w ten sposób oleożel. Stosując to bezpośrednie podejście do dyspergowania ultradźwiękowego, proces żelowania może generować dwie różne architektury sieci, w zależności od charakteru zastosowanego środka strukturyzującego: konformacje krystalitów lub sieci samoorganizujące się.
Emulsja ultradźwiękowa do syntezy oleożelu
Oleożel na bazie emulsji: Emulsja ultradźwiękowa wykorzystująca sonikację typu sondowego oferuje szereg korzyści dla syntezy oleożelu, przede wszystkim poprzez zapewnienie wydajnego i spójnego mieszania na poziomie mikronów i nano. Fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności tworzą intensywne sonomechaniczne siły ścinające i kawitację akustyczną, które rozbijają olej i żelator w fazie wodnej na kropelki o jednolitej wielkości. Prowadzi to do bardziej stabilnej i jednorodnej emulsji, co jest ważne dla tworzenia oleożeli o pożądanej teksturze i właściwościach strukturalnych. Dodatkowo, zlokalizowany efekt ogrzewania sonikacji może zwiększyć rozpuszczanie i interakcję żelatorów w fazie olejowej, poprawiając proces żelowania. W związku z tym emulsja ultradźwiękowa ułatwia produkcję oleożeli o doskonałej stabilności, konsystencji i wydajności w różnych zastosowaniach, w tym w żywności, farmaceutykach i kosmetykach.
Homogenizator ultradźwiękowy do formulacji oleożelu w produkcji o wysokiej wydajności.
Ultradźwiękowa homogenizacja emulsji typu woda-w-oleju-w-wodzie
Emulsje typu woda-oleożel-w-wodzie (W/O/W) oferują wyjątkowe funkcje, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań spożywczych. Na przykład, emulsje typu woda-w-oleju-w-wodzie okazały się doskonałym nośnikiem do dostarczania probiotyków i ochrony aromatów żywności. Emulsyfikacja ultradźwiękowa skutecznie łączy fazy wodne i olejowe w podwójne emulsje, tj. emulsje W/O/W. Włączenie kropelek wodnych do kuleczek oleju w produktach tłuszczowych zmniejsza ich zawartość tłuszczu. Żelowanie fazy olejowej w emulsjach W/O/W zapewnia integralność strukturalną i łagodzi zdarzenia destabilizujące, takie jak koalescencja kropel wody w fazie olejowej.
Sonikacja może pomóc w tworzeniu emulsji typu woda w żelu w wodzie (W/O/W) poprzez ułatwienie dyspersji i homogenizacji składników emulsji. Sonikacja o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości (przy częstotliwościach ok. 20-26 kHz) może rozbić większe kropelki na mniejsze, bardziej jednolite kropelki, sprzyjając tworzeniu stabilnych emulsji. Dodatkowo, sonikacja może zwiększyć inkorporację kropelek wodnych do fazy olejowej i poprawić dyspersję oleogelatora w fazie olejowej, prowadząc do bardziej wydajnego żelowania i zwiększonej stabilności emulsji. Ponadto sonikacja może pomóc kontrolować rozkład wielkości kropelek emulsji, co skutkuje emulsjami o pożądanych właściwościach, takich jak lepsza tekstura, odczucie w ustach i cechy sensoryczne.
Schemat przedstawiający różne rodzaje układów emulsyjnych na bazie oleożelu.
Badanie i zdjęcie: ©Pinto et al., 2021
Naukowo udowodnione: Skuteczność ultradźwiękowej dyspersji oleożeli
Noonim et al. (2022) zbadali wpływ sonikacji przy użyciu sonikatora Hielscher UP200St na właściwości fizyczne, termiczne i strukturalne oraz stabilność przechowywania oleożeli na bazie oleju palmowego przygotowanych przy użyciu różnych stężeń wosku carnauba (5% lub 10%) i porównali je z oleożelami przygotowanymi przy użyciu homogenizatora (2000 obr./min przez 10 min). Sonikacja pozwoliła na przygotowanie oleożeli o wyższym stężeniu wosku carnauba (10%) i skutecznie poprawiła właściwości i stabilność oleożelu na bazie oleju palmowego (p < 0.05).
Oleożel do zastosowań spożywczych
Protokół dla oleożelu produkowanego dla wegańskiego majonezu
Wegański krem kulinarny na bazie Oleogelu
(por. Szymańska i in., 2024)
Składniki:
- olej rzepakowy
- olej palmowy
- olej lniany
- wosk kandelila
- napój sojowy
Oleożele (100 g) przygotowano w następujący sposób: Po pierwsze, 3-7% wosku kandelila (w/w) zdyspergowano w mieszaninie rafinowanych olejów rzepakowego i lnianego (1:1 w/w) przez ogrzewanie przez 10 min w temperaturze 80 ± 1 °C w łaźni wodnej, a następnie sonikację przez 10 s (26 kHz, 72 W, 100% impulsu, 100% amplitudy) przy użyciu homogenizatora ultradźwiękowego UP200St (Hielscher Ultrasonics), wyposażonego w sonotrodę tytanową S26d7. Klarowną, jednorodną mieszaninę chłodzono statycznie w szafie termostatycznej przez 24 godziny w temperaturze 20 ± 1 °C, aż do uzyskania właściwej struktury. Oleożele otrzymano w trzech powtórzeniach.
Jeśli jesteś zainteresowany ultradźwiękowym emulgowaniem majonezu, tutaj znajdziesz przepis, wideo i szczegółowe informacje!
Przygotowanie emulsji typu kremowego przy użyciu ultradźwiękowego oleożelu
Emulsje typu kremowego O/W (30/70 w/w) (100 g) przygotowano zgodnie z procedurą opisaną w naszych wstępnych badaniach [38] z niewielkimi modyfikacjami. Zarówno faza wodna (napój sojowy zawierający 2,6% w/w białka), jak i faza lipidowa (olej palmowy lub oleożel) zostały podgrzane do temperatury 55 °C i natychmiast homogenizowane przy użyciu homogenizatora ultradźwiękowego UP200St (Hielscher Ultrasonics) o częstotliwości 26 kHz. Zastosowano następujące parametry: 100% impuls, 80% amplituda, 15 mm zanurzenie sonotrody w centralnej części zlewki (pojemność 200 mL). Czas homogenizacji wynoszący 2,5 min (τ) został określony na podstawie wyników testów technologicznych i badań wstępnych, z uwzględnieniem rosnącej temperatury próbek (dla τ = 2,5 min: gęstość energii: 69,1 ± 0,4 J∙g-1, maksymalna temperatura: 61,0 ± 0,3 °C). Do fazy wodnej dodano benzoesan sodu w ilości 0,15% (w/w) jako środek przeciwbakteryjny.
Najczęściej stosowane oleożelatory do oleożeli spożywczych.
Schemat: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Sonicator UIP2000hdT do przemysłowej produkcji oleożeli.
Literatura / Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
Czym są oleożele? – Definicja oleożeli
Żele stanowią rodzaj koloidu, który składa się z trójwymiarowej sieci przypominającej ciało stałe, w której uwięziona jest faza ciekła.
Preparaty żelowe można podzielić na dwie główne klasy w zależności od rozpuszczalnika użytego do ich produkcji; hydrożele odnoszą się do przypadku, gdy fazą ciekłą jest woda, a organożele (lub oleożele), gdy rozproszona ciecz jest rozpuszczalnikiem organicznym i jest ustrukturyzowana przez organożelator.
Organogele to półsztywne preparaty uznawane za układy dwucontinuum, składające się z dwóch faz: środka żelującego i rozpuszczalnika organicznego. Środek żelujący, stosowany w preparatach organogelowych w stężeniach poniżej 15%, może ulegać przemianom fizycznym i chemicznym, w wyniku których powstają struktury samoorganizujące się; struktury te splatają się ze sobą, tworząc trójwymiarową sieć. Rozpuszczalnik organiczny jest zatrzymywany i unieruchamiany w przestrzeniach sieci środka żelującego. Jeśli zastosowanym rozpuszczalnikiem jest olej w stanie ciekłym, wówczas termin „oleogel” jest również odpowiedni dla tych preparatów. Dzięki temu oleogele umożliwiają badanie właściwości, z którymi hydrożele nie są kompatybilne, takich jak hydrofobowość związków. Jedną z głównych zalet oleogeli jest możliwość przenoszenia lipofilnych związków bioaktywnych, co ma ogromne znaczenie zarówno w zastosowaniach farmaceutycznych, jak i spożywczych. Połączenie właściwości strukturalnych i korzyści zdrowotnych potwierdza istotną rolę, jaką oleogele mogą odgrywać w nowatorskich produktach spożywczych, ponieważ można je dostosować tak, aby spełniały idealne właściwości dla danego produktu spożywczego, pełniąc rolę zdrowego zamiennika tłuszczów stałych.
Substancje żelujące oleje jadalne można z grubsza podzielić na dwie kategorie w oparciu o ich masę cząsteczkową: organiczne środki żelujące o niskiej masie cząsteczkowej (LMOG) oraz polimerowe środki żelujące. Do grupy LMOG należą głównie woski, środki żelujące na bazie steroli, pochodne kwasów tłuszczowych oraz monoacyloglicerole.
Branże, w których oleożele są powszechnie stosowane, obejmują:
- Przemysł spożywczy: Oleożele są stosowane w produktach spożywczych w celu zastąpienia lub zmniejszenia zawartości tłuszczów stałych, takich jak masło lub margaryna. Mogą być dodawane do past do smarowania, margaryn, produktów piekarniczych, słodyczy i przetworzonej żywności w celu poprawy tekstury, odczucia w ustach i stabilności podczas przechowywania. Oleożele mogą również służyć jako nośniki aromatów, składników odżywczych i składników funkcjonalnych w recepturach żywności.
- Kosmetyki i higiena osobista: W przemyśle kosmetycznym i higieny osobistej oleożele są wykorzystywane w różnych produktach do pielęgnacji skóry i włosów. Można je znaleźć w kremach, mleczkach, balsamach i produktach do stylizacji włosów, aby zapewnić nawilżenie, zmiękczenie i właściwości kondycjonujące. Oleożele oferują takie zalety, jak nietłustość, gładka aplikacja i lepsze dostarczanie składników aktywnych do skóry lub włosów.
- Farmaceutyki: Oleożele mają zastosowanie farmaceutyczne jako preparaty do miejscowego podawania leków. Mogą służyć jako baza dla maści, żeli i plastrów transdermalnych, zapewniając kontrolowane uwalnianie i lepszą penetrację środków terapeutycznych przez skórę. Oleożele oferują takie korzyści, jak przedłużona kinetyka uwalniania, zwiększona biodostępność i lepsze przestrzeganie zaleceń przez pacjentów w preparatach farmaceutycznych.
- Smary przemysłowe i kosmetyczne: Oleożele są wykorzystywane jako środki smarne w zastosowaniach przemysłowych, takich jak obróbka metali, obróbka skrawaniem i smary. Oferują one takie zalety, jak wysoka stabilność termiczna, odporność na utlenianie i doskonała smarowność w porównaniu z konwencjonalnymi środkami smarnymi. W formulacjach kosmetycznych oleożele mogą być włączane do osobistych środków smarnych i olejków do masażu ze względu na ich gładką, nieklejącą konsystencję i długotrwałe właściwości smarne.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.