Олеогели: как обработка ультразвуком улучшает составы олеогелей

Олеогели – универсальные материалы, применяемые в самых разных отраслях и обладающие уникальными преимуществами в отношении текстуры, стабильности и функциональности. Использование ультразвуковых аппаратов зондового типа значительно улучшает синтез и эксплуатационные характеристики олеогелей, делая их более подходящими для различных промышленных применений.

Что такое олеогели?

Олеогели – это полутвёрдые системы, состоящие из масляной фазы, иммобилизованной внутри трёхмерной сетки структурообразующих веществ, таких как олеогеляторы или гелеобразователи. Эти структурообразующие вещества помогают придать маслам гелеобразную консистенцию, в результате чего получается стабильный, легко намазываемый и часто прозрачный или полупрозрачный продукт. Олеогели применяются в различных отраслях, включая пищевую промышленность, косметику, фармацевтику и производство промышленных смазочных материалов, обеспечивая такие преимущества, как улучшение текстуры пищевых продуктов, увлажнение в средствах для ухода за кожей, контролируемая доставка лекарственных веществ в фармацевтических препаратах и улучшение смазывающих свойств промышленных и косметических составов.
При получении олеогелей с помощью мощных ультразвуковых волн, то есть в процессе обработки ультразвуком, синтез этих гелей на основе масла улучшается. Читайте далее, как эффекты обработки ультразвуком способствуют образованию олеогелей!

Ультразвуковая гомогенизация облегчает и улучшает приготовление составов олеогелей.

Ультразвуковое смешивание олеогелей

Обработка ультразвуком может улучшить синтез олеогелей за счёт более эффективного диспергирования и распределения структурообразующих веществ в масляной фазе. При воздействии ультразвуковых волн высокой интенсивности на масляную смесь, содержащую олеогеляторы, они способствуют равномерному смешиванию и диспергированию структурообразующих веществ, что приводит к образованию более однородной гелевой сетки. Кроме того, обработка ультразвуком может способствовать образованию более мелких и однородных частиц, обеспечивая более тонкую текстуру и улучшенную стабильность олеогеля. Кавитационные эффекты, создаваемые ультразвуком, могут разрушать крупные агрегаты и способствовать образованию более мелких, равномернее распределённых структур внутри гелевой матрицы.

Прямое ультразвуковое диспергирование для синтеза олеогелей

Олеогель, формируемый на основе дисперсии: При использовании метода прямого диспергирования обработка ультразвуком применяется для диспергирования олеогелятора непосредственно в жидком масле при температурах выше его температуры плавления. Затем следует этап охлаждения, во время которого сетка гелеобразователя затвердевает, заключая масло внутри твёрдого каркаса и тем самым образуя олеогель. При таком подходе с прямым ультразвуковым диспергированием процесс гелеобразования может создавать два различных типа сетчатых структур в зависимости от природы используемого структурообразователя: конфигурации кристаллитов или самоорганизующиеся сетки.

Ультразвуковая эмульсия для синтеза олеогелей

Олеогель, формируемый на основе эмульсии: Ультразвуковая эмульсия, получаемая с помощью обработки ультразвуком зондового типа, обеспечивает ряд преимуществ при синтезе олеогелей, прежде всего благодаря эффективному и равномерному смешиванию на микро- и наноуровне. Ультразвуковые волны высокой интенсивности создают мощные сономеханические силы сдвига и акустическую кавитацию, которые дробят масло и гелеобразователь в водной фазе на капли одинакового размера. Это приводит к образованию более стабильной и однородной эмульсии, что важно для формирования олеогелей с желаемой текстурой и структурными свойствами. Кроме того, локальный нагрев при обработке ультразвуком может усиливать растворение и взаимодействие гелеобразователей внутри масляной фазы, улучшая процесс гелеобразования. В результате ультразвуковая эмульсия облегчает получение олеогелей с превосходной стабильностью, консистенцией и эксплуатационными характеристиками для различных применений, включая пищевую промышленность, фармацевтику и косметику.

Ультразвуковая гомогенизация эмульсий «вода в олеогеле в воде»

Эмульсии «вода в олеогеле в воде» (W/O/W) обладают исключительными функциональными свойствами, которые делают их идеальными для пищевых применений. Например, установлено, что эмульсии «вода в олеогеле в воде» служат отличным носителем для доставки пробиотиков и сохранения пищевых ароматов. Ультразвуковое эмульгирование эффективно смешивает водную и масляную фазы в двойные эмульсии, то есть эмульсии W/O/W. Включение водных капель внутрь масляных глобул жиросодержащих продуктов снижает содержание жира в этих продуктах. Гелеобразование масляной фазы в эмульсиях W/O/W обеспечивает структурную целостность и уменьшает проявления дестабилизации, такие как коалесценция водных капель внутри масляной фазы.
Обработка ультразвуком может помогать в приготовлении эмульсий «вода в олеогеле в воде» (W/O/W), облегчая диспергирование и гомогенизацию компонентов эмульсии. Низкочастотная обработка ультразвуком высокой интенсивности (при частотах примерно 20–26kHz) может дробить крупные капли на более мелкие и однородные, способствуя образованию стабильных эмульсий. Кроме того, обработка ультразвуком может усиливать включение водных капель в масляную фазу и улучшать диспергирование олеогелятора внутри масляной фазы, обеспечивая более эффективное гелеобразование и повышенную стабильность эмульсии. Также обработка ультразвуком может помогать контролировать распределение капель эмульсии по размерам, позволяя получать эмульсии с желаемыми свойствами, такими как улучшенная текстура, ощущения во рту и органолептические характеристики.

Схема, показывающая различные типы эмульсионных систем на основе олеогелей.
Исследование и изображение: ©Pinto et al., 2021

Научно доказано: эффективность ультразвукового диспергирования олеогелей

Noonim et al. (2022) исследовали влияние обработки ультразвуком с помощью ультразвукового аппарата Hielscher UP200St на физические, термические и структурные свойства, а также стабильность при хранении олеогелей на основе пальмового масла, приготовленных с различными концентрациями карнаубского воска (5% или 10%), и сравнили их с олеогелями, приготовленными с помощью гомогенизатора (2000 rpm в течение 10 min). Обработка ультразвуком позволила приготовить олеогели с более высокой концентрацией карнаубского воска (10%) и эффективно улучшила свойства и стабильность олеогеля на основе пальмового масла (p < 0,05).

Олеогель для пищевых применений

Протокол приготовления олеогеля для веганского майонеза
 
Веганские кулинарные сливки на основе олеогеля
(см. Szymanska et al., 2024)
 
Ингредиенты:

• рапсовое масло
• пальмовое масло
• льняное масло
• канделильский воск
• соевый напиток

Олеогели (100 g) готовили следующим образом: сначала 3–7% канделильского воска (w/w) диспергировали в смеси рафинированных рапсового и льняного масел (1:1 w/w), нагревая её в течение 10 min при 80 ± 1 °C на водяной бане, а затем обрабатывая ультразвуком в течение 10 s (26 kHz, 72 W, коэффициент заполнения импульсов 100%, 100% амплитуда) с помощью ультразвукового гомогенизатора UP200St (Hielscher Ultrasonics), оснащённого титановым сонотродом S26d7. Прозрачную однородную смесь охлаждали без перемешивания в термостатическом шкафу в течение 24 h при 20 ± 1 °C до формирования надлежащей структуры. Олеогели получали в трёх повторностях.
Если вас интересует ультразвуковое эмульгирование майонеза, здесь вы найдёте рецепт, видео и подробную информацию!

Приготовление эмульсий типа сливок с использованием олеогеля, полученного с помощью ультразвука

Эмульсии типа сливок O/W (30/70 w/w) (100 g) готовили по методике нашего предварительного исследования [38] с небольшими изменениями. Как водную фазу (соевый напиток, содержащий 2,6% w/w белка), так и липидную фазу (пальмовое масло или олеогель) предварительно нагревали до 55 °C и сразу гомогенизировали с помощью ультразвукового гомогенизатора UP200St (Hielscher Ultrasonics) с частотой 26 kHz. Использовали следующие параметры: коэффициент заполнения импульсов 100%, 80% амплитуда, погружение сонотрода на 15 mm в центральной части стакана (вместимостью 200 mL). Время гомогенизации 2,5 min (τ) определяли на основании результатов технологических испытаний и предварительных тестов с учётом повышения температуры образцов (при τ = 2,5 min: плотность энергии: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, макс. температура: 61,0 ± 0,3 °C). В водную фазу добавляли 0,15% (w/w) бензоата натрия в качестве антибактериального средства.

Наиболее часто используемые олеогеляторы для пищевых олеогелей.
Схема: ©Perta-Crisan et al., 2023.