Oleogély: Ako sonikácia zlepšuje formulácie oleogélov
Oleogély sú všestranné materiály s využitím v širokom spektre priemyselných odvetví, ktoré ponúkajú jedinečné výhody z hľadiska textúry, stability a funkčnosti. Používanie sondových sonikátorov výrazne zlepšuje syntézu a úžitkové vlastnosti oleogélov, vďaka čomu sú vhodnejšie na rôzne priemyselné aplikácie.
Čo sú oleogély?
Oleogély sú polotuhé systémy tvorené olejovou fázou imobilizovanou v trojrozmernej sieti štruktúrotvorných látok, ako sú oleogelátory alebo želírujúce látky. Tieto štruktúrotvorné látky pomáhajú vytvárať v olejoch gélovitú konzistenciu, čím vzniká stabilný, roztierateľný a často priehľadný alebo priesvitný produkt. Oleogély nachádzajú uplatnenie v rôznych odvetviach vrátane potravinárstva, kozmetiky, farmaceutického priemyslu a priemyselných mazív, pričom ponúkajú výhody, ako sú zlepšenie textúry potravinových výrobkov, hydratácia v prípravkoch na starostlivosť o pokožku, riadené dodávanie liečiv vo farmaceutických prípravkoch a zlepšené mazacie vlastnosti v priemyselných a kozmetických formuláciách.
Pri výrobe oleogélov pomocou silných ultrazvukových vĺn, teda procesom známym ako sonikácia, sa syntéza týchto gélov na báze oleja zlepšuje. Nižšie si prečítajte, ako účinky sonikácie uľahčujú tvorbu oleogélov!
Sonikátor UP400St na prípravu oleogélov.
Ultrazvuková homogenizácia uľahčuje a zlepšuje formulovanie oleogélov.
Ultrazvukové miešanie oleogélov
Pôsobenie ultrazvuku môže zlepšiť syntézu oleogélov tým, že zlepšuje dispergovanie a distribúciu štruktúrotvorných látok v olejovej fáze. Keď na olejovú zmes obsahujúcu oleogelátory pôsobia ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou, podporujú rovnomerné miešanie a dispergovanie štruktúrotvorných látok, čo vedie k homogénnejšej gélovej sieti. Sonikácia môže navyše uľahčiť tvorbu menších a rovnomernejších častíc, čo vedie k jemnejšej textúre a lepšej stabilite oleogélu. Kavitačné účinky vyvolané ultrazvukom môžu rozrušovať väčšie agregáty a podporovať tvorbu menších, rovnomernejšie dispergovaných štruktúr v gélovej matrici.
Priame ultrazvukové dispergovanie pri syntéze oleogélov
Oleogél templátovaný disperziou: Pri metóde priameho dispergovania sa sonikácia používa na dispergovanie oleogelátora priamo do kvapalného oleja pri teplotách prevyšujúcich jeho teplotu topenia. Nasleduje fáza chladenia, počas ktorej sieť gelátora tuhne a uzatvára olej v pevnej štruktúre, čím vzniká oleogél. Pri použití tohto postupu priameho ultrazvukového dispergovania môže proces gélovatenia vytvoriť dve odlišné architektúry siete v závislosti od povahy použitej štruktúrotvornej látky: usporiadania kryštalitov alebo samousporiadané siete.
Ultrazvukové emulgovanie pri syntéze oleogélov
Oleogél templátovaný emulziou: Ultrazvukové emulgovanie pomocou sondovej sonikácie ponúka pri syntéze oleogélov niekoľko výhod, predovšetkým tým, že zabezpečuje účinné a konzistentné miešanie na mikrometrovej a nanometrovej úrovni. Ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou vytvárajú intenzívne sonomechanické šmykové sily a akustickú kavitáciu, ktoré rozbíjajú olej a gelátor vo vodnej fáze na kvapôčky rovnakej veľkosti. To vedie k stabilnejšej a homogénnejšej emulzii, čo je dôležité pre tvorbu oleogélov s požadovanou textúrou a štruktúrnymi vlastnosťami. Lokálny tepelný účinok sonikácie môže navyše zlepšiť rozpúšťanie a interakcie gelátorov v olejovej fáze, čím sa zlepšuje proces gélovatenia. Ultrazvukové emulgovanie tak uľahčuje výrobu oleogélov s vynikajúcou stabilitou, konzistenciou a úžitkovými vlastnosťami v rôznych aplikáciách vrátane potravinárstva, farmaceutického priemyslu a kozmetiky.
Ultrazvukový homogenizátor na formulovanie oleogélov pri výrobe s vysokou výrobnou kapacitou.
Ultrazvuková homogenizácia emulzií typu voda v oleogéli vo vode
Emulzie typu voda v oleogéli vo vode (W/O/W) ponúkajú výnimočné funkčné vlastnosti, vďaka ktorým sú ideálne na potravinárske aplikácie. Napríklad sa zistilo, že emulzie typu voda v oleogéli vo vode sú vynikajúcim nosičom na dodávanie probiotík a ochranu aróm potravín. Ultrazvuková emulgácia účinne mieša vodné a olejové fázy do dvojitých emulzií, t. j. emulzií W/O/W. Začlenenie vodných kvapôčok do olejových guľôčok tukových výrobkov znižuje ich obsah tuku. Gélovatenie olejovej fázy v emulziách W/O/W zabezpečuje štruktúrnu integritu a zmierňuje destabilizačné javy, ako je koalescencia vodných kvapôčok v olejovej fáze.
Sonikácia môže pomôcť pri príprave emulzií typu voda v oleogéli vo vode (W/O/W) tým, že uľahčuje dispergovanie a homogenizáciu zložiek emulzie. Vysokointenzívna nízkofrekvenčná sonikácia (pri frekvenciách približne 20–26kHz) môže rozbíjať väčšie kvapôčky na menšie, rovnomernejšie kvapôčky, čím podporuje tvorbu stabilných emulzií. Sonikácia môže navyše zlepšiť začlenenie vodných kvapôčok do olejovej fázy a dispergovanie oleogélotvornej látky v olejovej fáze, čo vedie k účinnejšiemu gélovateniu a zvýšenej stabilite emulzie. Sonikácia môže tiež pomôcť regulovať distribúciu veľkosti kvapôčok emulzie, čím vznikajú emulzie s požadovanými vlastnosťami, ako sú lepšia textúra, pocit v ústach a senzorické vlastnosti.
Schéma znázorňujúca rôzne typy emulzných systémov na báze oleogélov.
Štúdia a obrázok: ©Pinto et al., 2021
Vedecky preukázané: účinnosť ultrazvukového dispergovania oleogélov
Noonim et al. (2022) skúmali vplyv sonikácie pomocou sonikátora Hielscher UP200St na fyzikálne, tepelné a štruktúrne vlastnosti a stabilitu pri skladovaní oleogélov na báze palmového oleja pripravených s použitím rôznych koncentrácií karnaubského vosku (5% alebo 10%) a porovnávali ich s oleogélmi pripravenými pomocou homogenizátora (2000 rpm počas 10 min). Sonikácia umožnila pripraviť oleogély s vyššou koncentráciou karnaubského vosku (10%) a účinne zlepšila vlastnosti a stabilitu oleogélu na báze palmového oleja (p < 0,05).
Oleogél na potravinárske aplikácie
Postup prípravy oleogélu na vegánsku majonézu
Vegánska smotana na varenie na báze oleogélu
(porov. Szymanska et al., 2024)
Zložky:
- repkový olej
- palmový olej
- ľanový olej
- kandelilový vosk
- sójový nápoj
Oleogély (100 g) sa pripravili takto: Najprv sa 3–7% kandelilového vosku (w/w) dispergovalo v zmesi rafinovaného repkového a ľanového oleja (1:1 w/w) zahrievaním počas 10 min pri 80 ± 1 °C vo vodnom kúpeli a následnou sonikáciou počas 10 s (26 kHz, 72 W, 100% pulz, 100% amplitúda) pomocou ultrazvukového homogenizátora UP200St (Hielscher Ultrasonics) vybaveného titánovou sonotródou S26d7. Číra homogénna zmes sa staticky chladila v termostatickej skrini počas 24 h pri 20 ± 1 °C, kým sa nevytvorila požadovaná štruktúra. Oleogély sa pripravili v troch opakovaniach.
Ak vás zaujíma ultrazvuková emulgácia majonézy, tu nájdete recept, video a podrobné informácie!
Príprava emulzií smotanového typu s použitím ultrazvukovo pripraveného oleogélu
Emulzie typu O/W (30/70 w/w) s krémovou konzistenciou (100 g) sa pripravili podľa postupu z nášho predbežného výskumu [38] s miernymi úpravami. Vodná fáza (sójový nápoj obsahujúci 2,6% w/w bielkovín) aj lipidová fáza (palmový olej alebo oleogél) sa predhriali až na 55 °C a ihneď sa homogenizovali pomocou ultrazvukového homogenizátora UP200St (Hielscher Ultrasonics) s frekvenciou 26 kHz. Použili sa tieto parametre: 100% impulz, 80% amplitúda, ponorenie sonotródy do hĺbky 15 mm v strednej časti kadičky (objem 200 mL). Čas homogenizácie 2,5 min (τ) sa stanovil na základe výsledkov technologických skúšok a predbežných testov so zohľadnením rastúcej teploty vzoriek (pre τ = 2,5 min: hustota energie: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, max. teplota: 61,0 ± 0,3 °C). Do vodnej fázy sa pridal benzoan sodný v množstve 0,15% (w/w) ako antibakteriálna látka.
Najčastejšie používané oleogelátory pre potravinárske oleogély.
Schéma: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Sonikátor UIP2000hdT na priemyselnú výrobu oleogélov.
Literatúra / Referencie
- 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.
Užitočné informácie
Čo sú oleogély? – Definícia oleogélov
Gély predstavujú typ koloidu, ktorý pozostáva z trojrozmernej siete s vlastnosťami tuhej látky, v ktorej je zachytená kvapalná fáza.
Gélové formulácie možno rozdeliť do dvoch hlavných tried podľa rozpúšťadla použitého na ich výrobu; o hydrogéloch hovoríme vtedy, keď je kvapalnou fázou voda, a o organogéloch (alebo oleogéloch) vtedy, keď je dispergovanou kvapalinou organické rozpúšťadlo, ktorého štruktúru vytvára organogelátor.
Organogély sú polotuhé formulácie považované za bikontinuálne systémy pozostávajúce z dvoch fáz: gelátora a organického rozpúšťadla. Gelátor môže pri použití vo formuláciách organogélov v koncentráciách nižších ako 15% podliehať fyzikálnym a chemickým premenám, pri ktorých vznikajú samousporiadané štruktúry; tieto štruktúry sa navzájom prepletajú a vytvárajú trojrozmernú sieť. Organické rozpúšťadlo je zadržiavané a imobilizované v priestoroch siete gelátora. Ak je použitým rozpúšťadlom kvapalný olej, je pre tieto formulácie vhodný aj pojem oleogél. Oleogély preto umožňujú skúmať vlastnosti, ktoré sú nezlučiteľné s hydrogélmi, napríklad hydrofóbnosť zlúčenín. Jednou z hlavných výhod oleogélov je možnosť prenášať lipofilné bioaktívne zlúčeniny, čo je veľmi užitočné vo farmaceutických aj potravinárskych aplikáciách. Spoločné pôsobenie štruktúry a zdravotných prínosov podporuje významnú úlohu, ktorú môžu oleogély zohrávať v nových potravinových výrobkoch, keďže ich možno prispôsobiť tak, aby dosahovali ideálne vlastnosti pre daný potravinový výrobok a slúžili ako zdravá náhrada tuhých tukov.
Látky, ktoré gélujú jedlé oleje, možno na základe ich molekulovej hmotnosti približne rozdeliť do dvoch kategórií: organické gelátory s nízkou molekulovou hmotnosťou (LMOGs) a polymérne gelátory. Medzi LMOGs patria najmä vosky, gelátory na báze sterolov, deriváty mastných kyselín a monoacylglyceroly.
Medzi odvetvia, v ktorých sa oleogély bežne používajú, patria:
- Potravinársky priemysel: Oleogély sa používajú v potravinových výrobkoch na nahradenie alebo zníženie obsahu tuhých tukov, ako sú maslo alebo margarín. Možno ich pridávať do nátierok, margarínov, pekárenských výrobkov, cukroviniek a spracovaných potravín na zlepšenie textúry, pocitu v ústach a stability počas skladovania. Oleogély môžu v potravinových formuláciách slúžiť aj ako nosiče aróm, živín a funkčných zložiek.
- Kozmetika a osobná starostlivosť: V priemysle kozmetiky a osobnej starostlivosti sa oleogély využívajú v rôznych výrobkoch na starostlivosť o pokožku a vlasy. Nachádzajú sa v krémoch, telových mliekach, balzamoch a prípravkoch na úpravu vlasov, kde zabezpečujú hydratáciu, zmäkčenie a ošetrujúce účinky. Oleogély ponúkajú výhody, ako sú nemastný charakter, hladké nanášanie a lepšie dodávanie účinných látok do pokožky alebo vlasov.
- Farmaceutický priemysel: Oleogély majú farmaceutické využitie ako prípravky na lokálne podávanie liečiv. Môžu slúžiť ako základy mastí, gélov a transdermálnych náplastí, pričom zabezpečujú riadené uvoľňovanie a zlepšený prienik liečiv cez kožu. Vo farmaceutických prípravkoch oleogély ponúkajú výhody, ako sú predĺžená kinetika uvoľňovania, zvýšená biologická dostupnosť a lepšie dodržiavanie liečebného režimu pacientmi.
- Priemyselné a kozmetické mazivá: Oleogély sa používajú ako mazivá v priemyselných aplikáciách, ako sú spracovanie kovov, obrábanie a plastické mazivá. Ponúkajú výhody, ako sú vysoká tepelná stabilita, odolnosť voči oxidácii a vynikajúca mazivosť v porovnaní s bežnými mazivami. V kozmetických prípravkoch sa oleogély môžu pridávať do intímnych lubrikantov a masážnych olejov pre ich hladkú, nelepivú textúru a dlhotrvajúce mazacie vlastnosti.
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory v rozmeroch od laboratórnych až po priemyselné.