Oleogeluri: cum îmbunătățește sonicarea formulările de oleogel

Oleogelurile sunt materiale versatile, cu aplicații într-o gamă largă de industrii, care oferă beneficii unice în ceea ce privește textura, stabilitatea și funcționalitatea. Utilizarea sonicatoarelor cu sondă îmbunătățește semnificativ sinteza și performanța oleogelurilor, făcându-le mai potrivite pentru diverse aplicații industriale.

Ce sunt oleogelurile?

Oleogelurile sunt sisteme semisolide compuse dintr-o fază uleioasă imobilizată într-o rețea tridimensională de agenți de structurare, cum ar fi oleogelatorii sau agenții de gelifiere. Acești agenți de structurare contribuie la crearea unei consistențe de tip gel în uleiuri, rezultând un produs stabil, tartinabil și adesea transparent sau translucid. Oleogelurile își găsesc aplicații în diverse industrii, inclusiv în industria alimentară, cosmetică, farmaceutică și în cea a lubrifianților industriali, oferind beneficii precum îmbunătățirea texturii produselor alimentare, hidratarea în produsele de îngrijire a pielii, eliberarea controlată a medicamentelor în domeniul farmaceutic și proprietăți de lubrifiere îmbunătățite în formulările industriale și cosmetice.
Atunci când oleogelurile sunt produse cu ajutorul undelor ultrasonice puternice, un proces cunoscut sub numele de sonicare, sinteza acestor geluri pe bază de ulei este îmbunătățită. Citiți mai jos cum efectele sonicării facilitează formarea oleogelurilor!

Omogenizarea cu ultrasunete facilitează și îmbunătățește formularea oleogelurilor.

Amestecarea cu ultrasunete a oleogelurilor

Ultrasonicarea poate îmbunătăți sinteza oleogelurilor prin intensificarea dispersării și distribuției agenților de structurare în faza uleioasă. Atunci când undele ultrasonice de înaltă intensitate sunt aplicate amestecului de ulei care conține oleogelatorii, acestea favorizează amestecarea și dispersarea uniformă a agenților de structurare, conducând la o rețea de gel mai omogenă. În plus, sonicarea poate facilita formarea unor particule mai mici și mai uniforme, rezultând o textură mai fină și o stabilitate îmbunătățită a oleogelului. Efectele de cavitație generate de ultrasunete pot dezintegra agregatele mai mari și pot favoriza formarea unor structuri mai mici, dispersate mai uniform în matricea gelului.

Dispersarea directă cu ultrasunete pentru sinteza oleogelurilor

Oleogel cu șablon de dispersie: În metoda dispersiei directe, sonicarea este utilizată pentru a dispersa oleogelatorul direct în uleiul lichid la temperaturi care depășesc punctul său de topire, urmată de o fază de răcire în care rețeaua gelatorului se solidifică, încapsulând uleiul într-o structură solidă și obținându-se astfel oleogelul. Prin utilizarea acestei abordări de dispersare directă cu ultrasunete, procesul de gelifiere poate genera două arhitecturi de rețea distincte, în funcție de natura agentului de structurare utilizat: conformații cristalitice sau rețele autoasamblate.

Emulsionarea cu ultrasunete pentru sinteza oleogelurilor

Oleogel cu șablon de emulsie: Emulsionarea cu ultrasunete prin sonicare cu sondă oferă mai multe avantaje pentru sinteza oleogelurilor, în primul rând prin asigurarea unei amestecări eficiente și consecvente la nivel micrometric și nanometric. Undele ultrasonice de înaltă intensitate creează forțe de forfecare sonomecanice intense și cavitație acustică, care descompun uleiul și gelatorul din faza apoasă în picături de dimensiuni uniforme. Acest lucru conduce la o emulsie mai stabilă și mai omogenă, ceea ce este important pentru formarea oleogelurilor cu textura și proprietățile structurale dorite. În plus, efectul de încălzire localizată al sonicării poate intensifica dizolvarea și interacțiunea gelatorilor în faza uleioasă, îmbunătățind procesul de gelifiere. În consecință, emulsionarea cu ultrasunete facilitează producerea de oleogeluri cu stabilitate, consistență și performanță superioare în diverse aplicații, inclusiv în domeniul alimentar, farmaceutic și cosmetic.

Omogenizarea cu ultrasunete a emulsiilor de tip apă-în-oleogel-în-apă

Emulsiile de tip apă-în-oleogel-în-apă (W/O/W) oferă funcționalități excepționale, care le fac ideale pentru aplicațiile alimentare. De exemplu, s-a constatat că emulsiile de tip apă-în-oleogel-în-apă sunt un vehicul excelent pentru livrarea probioticelor și protejarea aromelor alimentare. Emulsionarea cu ultrasunete amestecă eficient fazele apoase și uleioase în emulsii duble, adică emulsii W/O/W. Încorporarea picăturilor apoase în globulele de ulei ale produselor grase reduce conținutul de grăsime al acestora. Gelifierea fazei uleioase în emulsiile W/O/W conferă integritate structurală și atenuează fenomenele de destabilizare, precum coalescența picăturilor de apă în faza uleioasă.
Sonicarea poate contribui la formularea emulsiilor de tip apă-în-oleogel-în-apă (W/O/W) prin facilitarea dispersării și omogenizării componentelor emulsiei. Sonicarea de înaltă intensitate și frecvență joasă (la frecvențe de aprox. 20–26kHz) poate descompune picăturile mai mari în picături mai mici și mai uniforme, favorizând formarea unor emulsii stabile. În plus, sonicarea poate intensifica încorporarea picăturilor apoase în faza uleioasă și poate îmbunătăți dispersarea oleogelatorului în faza uleioasă, conducând la o gelifiere mai eficientă și la o stabilitate sporită a emulsiei. Mai mult, sonicarea poate ajuta la controlul distribuției dimensionale a picăturilor emulsiei, rezultând emulsii cu proprietăți dorite, precum textură, senzație în gură și atribute senzoriale îmbunătățite.

Schemă care reprezintă diferite tipuri de sisteme de emulsie pe bază de oleogel.
Studiu și imagine: ©Pinto et al., 2021

Dovedit științific: eficacitatea dispersării cu ultrasunete a oleogelurilor

Noonim et al. (2022) au investigat efectul sonicării, utilizând sonicatorul Hielscher UP200St, asupra proprietăților fizice, termice și structurale și asupra stabilității la depozitare a oleogelurilor pe bază de ulei de palmier preparate cu diferite concentrații de ceară carnauba (5% sau 10%), comparându-le cu oleogeluri preparate cu un omogenizator (2000 rpm timp de 10 min). Sonicarea a permis prepararea de oleogeluri cu o concentrație mai mare de ceară carnauba (10%) și a îmbunătățit eficient proprietățile și stabilitatea oleogelului pe bază de ulei de palmier (p < 0,05).

Oleogel pentru aplicații alimentare

Protocol pentru un oleogel produs pentru o maioneză vegană

Cremă culinară vegană pe bază de oleogel
(cf. Szymanska et al., 2024)

Ingrediente:

• ulei de rapiță
• ulei de palmier
• ulei de in
• ceară de candelilla
• băutură din soia

Oleogelurile (100 g) au fost preparate după cum urmează: mai întâi, 3–7% ceară de candelilla (w/w) a fost dispersată într-un amestec de uleiuri rafinate de rapiță și de in (1:1 w/w) prin încălzire timp de 10 min la 80 ± 1 °C într-o baie de apă și apoi prin sonicare timp de 10 s (26 kHz, 72 W, 100% puls, 100% amplitudine) cu ajutorul omogenizatorului cu ultrasunete UP200St (Hielscher Ultrasonics), echipat cu sonotroda din titan S26d7. Amestecul limpede și omogen a fost răcit static într-un dulap termostatat timp de 24 h la 20 ± 1 °C, până la formarea structurii corespunzătoare. Oleogelurile au fost obținute în trei repetiții.
Dacă vă interesează emulsionarea cu ultrasunete a maionezei, aici găsiți rețeta, un videoclip și informații detaliate!

Prepararea emulsiilor de tip cremă folosind oleogelul obținut cu ultrasunete

Emulsiile O/W de tip cremă (30/70 w/w) (100 g) au fost preparate conform procedurii din cercetarea noastră preliminară [38], cu ușoare modificări. Atât faza apoasă (băutură din soia cu un conținut de 2,6% w/w proteine), cât și faza lipidică (ulei de palmier sau oleogel) au fost preîncălzite până la 55 °C și omogenizate imediat cu ajutorul omogenizatorului cu ultrasunete UP200St (Hielscher Ultrasonics), la o frecvență de 26 kHz. Au fost utilizați următorii parametri: 100% puls, 80% amplitudine, imersia sonotrodei la 15 mm în partea centrală a paharului (capacitate de 200 mL). Timpul de omogenizare de 2,5 min (τ) a fost stabilit pe baza rezultatelor testelor tehnologice și ale testelor preliminare, ținând cont de creșterea temperaturii probelor (pentru τ = 2,5 min: densitate energetică: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, temperatură max.: 61,0 ± 0,3 °C). Ca agent antibacterian, în faza apoasă s-a adăugat benzoat de sodiu în proporție de 0,15% (w/w).

Oleogelatorii cei mai frecvent utilizați pentru oleogelurile de calitate alimentară.
Schemă: ©Perta-Crisan et al., 2023.