Oleożele: jak sonikacja udoskonala formulacje oleożeli
Oleożele to wszechstronne materiały znajdujące zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, oferujące wyjątkowe korzyści pod względem tekstury, stabilności i funkcjonalności. Stosowanie sonikatorów z sonotrodą znacznie usprawnia syntezę oleożeli i poprawia ich właściwości użytkowe, dzięki czemu lepiej nadają się do różnych zastosowań przemysłowych.
Czym są oleożele?
Oleożele to układy półstałe złożone z fazy olejowej unieruchomionej w trójwymiarowej sieci substancji strukturotwórczych, takich jak oleożelatory lub substancje żelujące. Te substancje strukturotwórcze pomagają nadać olejom konsystencję żelu, tworząc stabilny produkt, który można rozsmarowywać i który często jest przezroczysty lub półprzezroczysty. Oleożele znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym oraz w produkcji przemysłowych środków smarnych, oferując takie korzyści jak poprawa tekstury produktów spożywczych, działanie nawilżające produktów do pielęgnacji skóry, kontrolowane dostarczanie leków w preparatach farmaceutycznych oraz lepsze właściwości smarne formulacji przemysłowych i kosmetycznych.
Wytwarzanie oleożeli za pomocą fal ultradźwiękowych o dużej mocy, w procesie zwanym sonikacją, usprawnia syntezę tych żeli na bazie oleju. Przeczytaj poniżej, jak efekty sonikacji ułatwiają tworzenie oleożeli!
Sonikator UP400St do przygotowywania oleożeli.
Homogenizacja ultradźwiękowa ułatwia i usprawnia opracowywanie formulacji oleożeli.
Ultradźwiękowe mieszanie oleożeli
Sonikacja może usprawniać syntezę oleożeli poprzez poprawę dyspersji i rozmieszczenia substancji strukturotwórczych w fazie olejowej. Fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności działające na mieszaninę olejową zawierającą oleożelatory sprzyjają równomiernemu mieszaniu i dyspersji substancji strukturotwórczych, prowadząc do powstania bardziej jednorodnej sieci żelowej. Ponadto sonikacja może ułatwiać tworzenie mniejszych i bardziej jednorodnych cząstek, co skutkuje delikatniejszą teksturą i lepszą stabilnością oleożelu. Efekty kawitacyjne wywoływane przez ultradźwięki mogą rozbijać większe agregaty i sprzyjać tworzeniu mniejszych, bardziej równomiernie rozproszonych struktur w matrycy żelowej.
Bezpośrednie dyspergowanie ultradźwiękowe w syntezie oleożeli
Oleożel tworzony z wykorzystaniem dyspersji jako szablonu: W metodzie bezpośredniego dyspergowania sonikacja służy do rozpraszania oleożelatora bezpośrednio w ciekłym oleju w temperaturach przekraczających jego temperaturę topnienia. Następnie przeprowadza się etap chłodzenia, podczas którego sieć substancji żelującej zestala się, zamykając olej w stałym szkielecie i tworząc w ten sposób oleożel. Przy zastosowaniu tego bezpośredniego dyspergowania ultradźwiękowego proces żelowania może prowadzić do powstania dwóch odmiennych architektur sieci, zależnie od charakteru użytej substancji strukturotwórczej: konfiguracji krystalitów lub sieci powstających w wyniku samoorganizacji.
Emulsja ultradźwiękowa w syntezie oleożeli
Oleożel tworzony z wykorzystaniem emulsji jako szablonu: Emulsja wytwarzana ultradźwiękowo za pomocą sonikacji z użyciem sonotrody oferuje szereg korzyści w syntezie oleożeli, przede wszystkim zapewniając wydajne i równomierne mieszanie w skali mikro- i nanometrycznej. Fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności wytwarzają silne sonomechaniczne siły ścinające i kawitację akustyczną, które rozbijają olej i substancję żelującą w fazie wodnej na krople o jednakowej wielkości. Prowadzi to do powstania bardziej stabilnej i jednorodnej emulsji, co ma znaczenie dla tworzenia oleożeli o pożądanej teksturze i właściwościach strukturalnych. Ponadto miejscowy efekt cieplny sonikacji może zwiększać rozpuszczanie i wzajemne oddziaływania substancji żelujących w fazie olejowej, usprawniając proces żelowania. W rezultacie emulsja wytwarzana ultradźwiękowo ułatwia produkcję oleożeli o lepszej stabilności, konsystencji i właściwościach użytkowych w różnych zastosowaniach, w tym spożywczych, farmaceutycznych i kosmetycznych.
Homogenizator ultradźwiękowy do przygotowywania formulacji oleożeli w produkcji o wysokiej wydajności.
Ultradźwiękowa homogenizacja emulsji typu woda w oleożelu w wodzie
Emulsje typu woda w oleożelu w wodzie (W/O/W) oferują wyjątkowe właściwości funkcjonalne, dzięki którym idealnie nadają się do zastosowań spożywczych. Stwierdzono na przykład, że emulsje typu woda w oleożelu w wodzie są doskonałym nośnikiem do dostarczania probiotyków i ochrony aromatów żywności. Emulgowanie ultradźwiękowe skutecznie łączy fazę wodną i olejową w emulsje podwójne, czyli emulsje W/O/W. Wprowadzanie kropelek fazy wodnej do globul olejowych produktów tłuszczowych zmniejsza zawartość tłuszczu w tych produktach. Żelowanie fazy olejowej w emulsjach W/O/W zapewnia integralność strukturalną i ogranicza zjawiska destabilizacji, takie jak koalescencja kropelek wody w fazie olejowej.
Sonikacja może wspomagać przygotowywanie formulacji emulsji typu woda w oleożelu w wodzie (W/O/W), ułatwiając dyspersję i homogenizację składników emulsji. Sonikacja o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości (przy częstotliwościach ok. 20–26kHz) może rozbijać większe krople na mniejsze, bardziej jednorodne krople, sprzyjając powstawaniu stabilnych emulsji. Ponadto sonikacja może ułatwiać wprowadzanie kropelek fazy wodnej do fazy olejowej i poprawiać dyspersję oleożelatora w fazie olejowej, prowadząc do wydajniejszego żelowania i większej stabilności emulsji. Sonikacja może również pomagać w kontrolowaniu rozkładu wielkości kropelek emulsji, umożliwiając uzyskanie emulsji o pożądanych właściwościach, takich jak lepsza tekstura, odczucie w ustach i cechy sensoryczne.
Schemat przedstawiający różne rodzaje układów emulsyjnych na bazie oleożeli.
Badanie i ilustracja: ©Pinto et al., 2021
Potwierdzone naukowo: skuteczność ultradźwiękowego dyspergowania oleożeli
Noonim et al. (2022) zbadali wpływ sonikacji za pomocą sonikatora Hielscher UP200St na właściwości fizyczne, termiczne i strukturalne oraz stabilność podczas przechowywania oleożeli na bazie oleju palmowego, przygotowanych z użyciem różnych stężeń wosku karnauba (5% lub 10%), i porównali je z oleożelami przygotowanymi za pomocą homogenizatora (2000 rpm przez 10 min). Sonikacja umożliwiła przygotowanie oleożeli o wyższym stężeniu wosku karnauba (10%) i skutecznie poprawiła właściwości oraz stabilność oleożelu na bazie oleju palmowego (p < 0,05).
Oleożel do zastosowań spożywczych
Procedura wytwarzania oleożelu do wegańskiego majonezu
Wegańska śmietanka do gotowania na bazie oleożelu
(por. Szymanska et al., 2024)
Składniki:
- olej rzepakowy
- olej palmowy
- olej lniany
- wosk kandelila
- napój sojowy
Oleożele (100 g) przygotowano następująco: najpierw 3–7% wosku kandelila (w/w) rozproszono w mieszaninie rafinowanego oleju rzepakowego i lnianego (1:1 w/w), ogrzewając ją przez 10 min w temperaturze 80 ± 1 °C w łaźni wodnej, a następnie poddając sonikacji przez 10 s (26 kHz, 72 W, 100% impulsów, 100% amplitudy) za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego UP200St (Hielscher Ultrasonics), wyposażonego w tytanową sonotrodę S26d7. Klarowną, jednorodną mieszaninę chłodzono bez mieszania w szafie termostatycznej przez 24 h w temperaturze 20 ± 1 °C, aż do utworzenia właściwej struktury. Oleożele uzyskano w trzech powtórzeniach.
Jeśli interesuje Cię ultradźwiękowe emulgowanie majonezu, tutaj znajdziesz przepis, film i szczegółowe informacje!
Przygotowywanie emulsji typu śmietanki z wykorzystaniem oleożelu otrzymanego ultradźwiękowo
Emulsje O/W typu śmietanki (30/70 w/w) (100 g) przygotowano zgodnie z procedurą stosowaną w naszych badaniach wstępnych [38], z niewielkimi modyfikacjami. Zarówno fazę wodną (napój sojowy zawierający 2,6% w/w białka), jak i fazę lipidową (olej palmowy lub oleożel) wstępnie ogrzano do 55 °C i natychmiast poddano homogenizacji za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego UP200St (Hielscher Ultrasonics) przy częstotliwości 26 kHz. Zastosowano następujące parametry: 100% impulsów, 80% amplitudy, zanurzenie sonotrody na głębokość 15 mm w centralnej części zlewki (o pojemności 200 mL). Czas homogenizacji wynoszący 2,5 min (τ) określono na podstawie wyników prób technologicznych i badań wstępnych, uwzględniając wzrost temperatury próbek (dla τ = 2,5 min: gęstość energii: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, maks. 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 przeznaczonych do zastosowań spożywczych.
Schemat: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Sonikator UIP2000hdT do przemysłowej produkcji oleożeli.
Literatura / Źródła
- 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.
Warto wiedzieć
Czym są oleożele? – Definicja oleożeli
Żele stanowią rodzaj koloidu składającego się z trójwymiarowej sieci o właściwościach zbliżonych do ciała stałego, w której uwięziona jest faza ciekła.
Formulacje żelowe można podzielić na dwie główne klasy według rozpuszczalnika użytego do ich wytwarzania: o hydrożelach mówimy wtedy, gdy fazą ciekłą jest woda, a o organożelach (lub oleożelach), gdy rozproszona ciecz jest rozpuszczalnikiem organicznym, któremu strukturę nadaje organożelator.
Organożele to półsztywne formulacje uznawane za układy dwuciągłe, obejmujące dwie fazy: substancję żelującą i rozpuszczalnik organiczny. Substancja żelująca, stosowana w formulacjach organożeli w stężeniach poniżej 15%, może ulegać przemianom fizycznym i chemicznym, które prowadzą do powstawania samoorganizujących się struktur; struktury te splatają się ze sobą, tworząc trójwymiarową sieć. Rozpuszczalnik organiczny jest zatrzymywany i unieruchamiany w przestrzeniach sieci substancji żelującej. Jeśli użytym rozpuszczalnikiem jest ciekły olej, określenie oleożel również jest odpowiednie dla tych formulacji. Oleożele umożliwiają zatem wykorzystanie właściwości, które nie są kompatybilne z hydrożelami, takich jak hydrofobowość związków. Jedną z głównych zalet oleożeli jest możliwość przenoszenia lipofilowych związków bioaktywnych, co jest bardzo przydatne zarówno w zastosowaniach farmaceutycznych, jak i spożywczych. Połączenie struktury i korzyści zdrowotnych podkreśla ważną rolę, jaką oleożele mogą odgrywać w nowych produktach spożywczych, ponieważ można je dostosować tak, aby zapewniały idealne właściwości produktu spożywczego, pełniąc funkcję zdrowego zamiennika tłuszczów stałych.
Substancje żelujące oleje jadalne można ogólnie podzielić na dwie kategorie według ich masy cząsteczkowej: niskocząsteczkowe organiczne substancje żelujące (LMOGs) i polimerowe substancje żelujące. LMOGs obejmują głównie woski, substancje żelujące na bazie steroli, pochodne kwasów tłuszczowych i monoacyloglicerole.
Branże, w których powszechnie stosuje się oleożele, obejmują:
- Przemysł spożywczy: Oleożele stosuje się w produktach spożywczych w celu zastąpienia lub zmniejszenia zawartości tłuszczów stałych, takich jak masło czy margaryna. Można je dodawać do produktów do smarowania pieczywa, margaryn, wyrobów piekarniczych, wyrobów cukierniczych i żywności przetworzonej, aby poprawić teksturę, odczucie w ustach i stabilność podczas przechowywania. Oleożele mogą również służyć jako nośniki aromatów, składników odżywczych i składników funkcjonalnych w formulacjach spożywczych.
- Kosmetyki i pielęgnacja osobista: W branży kosmetycznej i pielęgnacyjnej oleożele wykorzystuje się w różnych produktach do pielęgnacji skóry i włosów. Można je znaleźć w kremach, mleczkach, balsamach i produktach do stylizacji włosów, w których zapewniają właściwości nawilżające, zmiękczające i kondycjonujące. Oleożele oferują takie zalety jak brak tłustego odczucia, łatwe rozprowadzanie i lepsze dostarczanie składników aktywnych do skóry lub włosów.
- Farmacja: Oleożele znajdują zastosowanie farmaceutyczne jako formulacje do miejscowego dostarczania leków. Mogą służyć jako podłoża maści, żeli i plastrów transdermalnych, zapewniając kontrolowane uwalnianie i lepsze przenikanie substancji leczniczych przez skórę. W formulacjach farmaceutycznych oleożele oferują takie zalety jak kinetyka przedłużonego uwalniania, zwiększona biodostępność i lepsze przestrzeganie zaleceń terapeutycznych przez pacjentów.
- Przemysłowe i kosmetyczne środki smarne: Oleożele stosuje się jako środki smarne w zastosowaniach przemysłowych, takich jak obróbka metali, obróbka skrawaniem i smary plastyczne. Oferują one takie zalety jak wysoka stabilność termiczna, odporność na utlenianie i lepsza smarność w porównaniu z konwencjonalnymi środkami smarnymi. W formulacjach kosmetycznych oleożele można dodawać do lubrykantów intymnych i olejków do masażu ze względu na ich gładką, nielepką konsystencję i długotrwałe właściwości smarne.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe w rozmiarach od laboratoryjnych po przemysłowe.