Oleogély: Ako sonikácia zlepšuje formulácie oleogélu
Oleogély sú všestranné materiály s aplikáciami v širokej škále priemyselných odvetví a ponúkajú jedinečné výhody z hľadiska textúry, stability a funkčnosti. Použitie sondových sonikátorov výrazne zlepšuje syntézu a výkon oleogélov, vďaka čomu sú vhodnejšie pre rôzne priemyselné aplikácie.
Čo sú oleogély?
Oleogély sú polotuhé systémy zložené z olejovej fázy imobilizovanej v trojrozmernej sieti štrukturálnych činidiel, ako sú oleogélizátory alebo želírujúce činidlá. Tieto štrukturálne činidlá pomáhajú vytvárať gélovitú konzistenciu v olejoch, výsledkom čoho je stabilný, roztierateľný a často priehľadný alebo priesvitný produkt. Oleogély nachádzajú uplatnenie v rôznych priemyselných odvetviach vrátane potravín, kozmetiky, farmaceutických výrobkov a priemyselných mazív a ponúkajú výhody, ako je zlepšenie textúry potravinárskych výrobkov, hydratácia v výrobkoch starostlivosti o pleť, kontrolované dodávanie liekov vo farmaceutických výrobkoch a zlepšené mazacie vlastnosti v priemyselných a kozmetických prípravkoch.
Keď sa oleogély vyrábajú pomocou silných ultrazvukových vĺn, čo je proces známy ako sonikacia, syntéza týchto gélov na báze oleja sa zlepšuje. Nižšie si prečítajte, ako účinky sonikácie uľahčujú tvorbu oleogélov!
Sonikátor UP400St na prípravu oleogélov.
Ultrazvuková homogneizácia uľahčuje a zlepšuje formuláciu oleogélov.
Ultrazvukové miešanie oleogélov
Ultrazvuk môže zlepšiť syntézu oleogélov zvýšením disperzie a distribúcie štrukturálnych činidiel v olejovej fáze. Keď sa na olejovú zmes obsahujúcu oleogélizátory aplikujú ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou, podporujú rovnomerné miešanie a disperziu štrukturálnych činidiel, čo vedie k homogénnejšej gélovej sieti. Okrem toho môže sonikácia uľahčiť tvorbu menších a rovnomernejších častíc, čo má za následok jemnejšiu textúru a lepšiu stabilitu oleogélu. Kavitačné účinky generované ultrazvukom môžu narušiť väčšie agregáty a podporiť tvorbu menších, rovnomernejšie rozptýlených štruktúr v gélovej matrici.
Ultrazvuková priama disperzia pre syntézu oleogélu
Oleogél s disperznou šablónou: Pri metóde priamej disperzie sa sonikácia používa na rozptýlenie oleogelátora priamo do tekutého oleja pri teplotách presahujúcich jeho teplotu topenia, po ktorej nasleduje fáza ochladzovania, pri ktorej sieť gelátora tuhne a zapuzdrí olej do pevného rámca, čím sa získa oleogél. Pomocou tohto prístupu priameho ultrazvukového dispergovania môže proces gélovania generovať dve odlišné sieťové architektúry v závislosti od povahy použitého štrukturantu: konformácie kryštalitu alebo samozostavené siete.
Ultrazvuková emulzia na syntézu oleogélu
Oleogél s emulznou šablónou: Ultrazvuková emulzia využívajúca sonikáciu sondovým typom ponúka pri syntéze oleogélov viacero výhod, predovšetkým vďaka efektívnemu a konzistentnému premiešavaniu na mikrónovej a nanoúrovni. Ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou vytvárajú silné sonomechanické šmykové sily a akustickú kavitáciu, ktoré rozbijú olej a gélotvornú látku vo vodnej fáze na kvapôčky jednotnej veľkosti. To vedie k stabilnejšej a homogénnejšej emulzii, čo je dôležité pre tvorbu oleogélov s požadovanou textúrou a štrukturálnymi vlastnosťami. Okrem toho môže lokálny ohrievací účinok ultrazvukovej úpravy zlepšiť rozpúšťanie a interakciu gélotvorných látok v olejovej fáze, čím sa zefektívni proces gélovania. V dôsledku toho ultrazvuková emulzia uľahčuje výrobu oleogélov s vynikajúcou stabilitou, konzistenciou a výkonnosťou v rôznych aplikáciách, vrátane potravinárstva, farmaceutického priemyslu a kozmetiky.
Ultrazvukový homogenizátor pre formuláciu oleogélu vo vysokovýkonnej výrobe.
Ultrazvuková homogenizácia emulzií voda v oleogéle vo vode
Emulzie Water-In-Oleogel-In-Water (W/O/W) ponúkajú výnimočné funkcie, vďaka ktorým sú ideálne pre potravinárske aplikácie. Napríklad sa zistilo, že emulzie Water-In-Oleogel-In-Water sú skvelým nosičom na dodávanie probiotík a ochranu arómy potravín. Ultrazvuková emulgácia účinne mieša vodnú a olejovú fázu do dvojitých emulzií, t. j. emulzií W/O/W. Začlenenie vodných kvapôčok do olejových guľôčok mastných výrobkov znižuje ich obsah tuku. Gélovanie olejovej fázy v emulziách W/O/W dodáva štrukturálnu integritu a zmierňuje destabilizačné udalosti, ako je zlučovanie kvapiek vody v olejovej fáze.
Sonikácia môže pomôcť pri formulácii emulzií Water-In-Oleogel-In-Water (W/O/W) tým, že uľahčuje disperziu a homogenizáciu emulzných zložiek. Vysokointenzívna, nízkofrekvenčná sonikacia (pri frekvenciách cca. 20-26 kHz) môže rozložiť väčšie kvapôčky na menšie, rovnomernejšie kvapôčky, čím podporuje tvorbu stabilných emulzií. Okrem toho môže sonikácia zvýšiť začlenenie vodných kvapôčok do olejovej fázy a zlepšiť disperziu oleogelátora v olejovej fáze, čo vedie k účinnejšej gélácii a zvýšenej stabilite emulzie. Okrem toho môže sonikácia pomôcť kontrolovať distribúciu veľkosti kvapôčok emulzie, čo vedie k emulziám s požadovanými vlastnosťami, ako je zlepšená textúra, pocit v ústach a senzorické vlastnosti.
Schéma predstavujúca rôzne typy emulzných systémov na báze oleogélu.
Štúdia a obrázok: ©Pinto a kol., 2021
Vedecky dokázané: účinnosť ultrazvukovej disperzie oleogélov
(2022) skúmali vplyv sonikácie pomocou Hielscherovho sonikátora UP200St na fyzikálne, tepelné a štrukturálne vlastnosti a skladovaciu stabilitu oleogélov na báze palmového oleja pripravených s použitím rôznych koncentrácií karnaubského vosku (5 % alebo 10 %) a porovnali sa s oleogélmi pripravenými homogenizátorom (2000 otáčok za minútu počas 10 minút). Sonikácia umožnila pripraviť oleogély s vyššou koncentráciou karnaubského vosku (10%) a účinne zlepšila vlastnosti a stabilitu oleogélu na báze palmového oleja (p < 0.05).
Oleogel pre potravinárske aplikácie
Protokol pre Oleogel vyrobený pre vegánsku majonézu
Vegánsky kulinársky krém na báze oleogélu
(porovnaj Szymanska et al., 2024)
Prísady:
- repkový olej
- palmový olej
- ľanový olej
- kandelillový vosk
- Sójový nápoj
Oleogély (100 g) boli pripravené nasledovne: Najprv sa 3–7 % kandelillový vosk (w/w) rozptýlil v zmesi rafinovaného repkového a ľanového oleja (1:1 w/w) zahrievaním 10 minút pri teplote 80 ± 1 °C vo vodnom kúpeli a potom sonikáciou počas 10 s (26 kHz, 72 W, 100 % pulz, 100 % amplitúda) pomocou ultrazvukového homogenizátora UP200St (Hielscher Ultrasonics), vybavený titánovou sonotródou S26d7. Číra, homogénna zmes sa staticky chladila v termostatickej skrini 24 hodín pri teplote 20 ± 1 °C, kým sa nevytvorila správna štruktúra. Oleogély sa získavali v troch opakovaniach.
Ak máte záujem o ultrazvukovú emulgáciu majonézy, recept, video a podrobné informácie nájdete tu!
Príprava emulzií krémového typu pomocou ultrazvukového oleogélu
Emulzie O/W (30/70 w/w) krémového typu (100 g) boli pripravené podľa postupu v našom predbežnom výskume [38] s miernymi úpravami. Vodná fáza (sójový nápoj s obsahom 2,6 % m/w bielkovín) aj lipidová fáza (palmový olej alebo oleogél) boli predhriate na 55 °C a okamžite homogenizované pomocou ultrazvukového homogenizátora UP200St (Hielscher Ultrasonics) s frekvenciou 26 kHz. Boli použité tieto parametre: 100% impulz, 80% amplitúda, 15 mm ponorenie sonotródy do strednej časti kadičky (kapacita 200 ml). Čas homogenizácie 2,5 min (τ) bol stanovený na základe výsledkov technologických skúšok a predbežných skúšok s prihliadnutím na zvyšujúcu sa teplotu vzoriek (pre τ = 2,5 min: hustota energie: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, max. teplota: 61,0 ± 0,3 °C). Benzoan sodný s obsahom 0,15 % (w/w) bol pridaný do vodnej fázy ako antibakteriálne činidlo.
Najčastejšie používané oleogély pre potravinárske oleogély.
Schéma: ©Perta-Crisan a kol., 2023.
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Sonicator 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Čo sú oleogély? – Definícia oleogélov
Gély predstavujú typ koloidu, ktorý pozostáva z trojrozmernej siete podobnej pevnej látke, v ktorej je uväznená kvapalná fáza.
Gélové formulácie možno rozdeliť do dvoch hlavných tried podľa rozpúšťadla použitého na ich výrobu; Hydrogély sa vzťahujú na prípad, keď je kvapalnou fázou voda, a organogély (alebo oleogély), keď je dispergovaná kvapalina organickým rozpúšťadlom a je štruktúrovaná organogélátorom.
Organogély sú polotuhé prípravky považované za bikontinuálne systémy, ktoré pozostávajú z dvoch fáz: gélotvorného činidla a organického rozpúšťadla. Gélotvorná látka, ak sa používa v prípravkoch organogélov v koncentráciách nižších ako 15 %, môže prechádzať fyzikálnymi a chemickými premenami, ktoré vytvárajú samousporiadané štruktúry; tieto štruktúry sa navzájom preplietajú a vytvárajú trojrozmernú sieť. Organické rozpúšťadlo je zadržané a imobilizované v priestoroch siete gélotvorného činidla. Ak je použitým rozpúšťadlom tekutý olej, pre tieto prípravky je vhodný aj termín oleogel. Oleogély preto umožňujú skúmať vlastnosti, s ktorými nie sú hydrogély kompatibilné, ako napríklad hydrofóbnosť zlúčenín. Jednou z hlavných výhod oleogélov je možnosť prenášať lipofilné bioaktívne zlúčeniny, čo má veľký význam v farmaceutických aj potravinárskych aplikáciách. Kombinovaný účinok štruktúry a zdravotných prínosov potvrdzuje dôležitú úlohu, ktorú môžu oleogély zohrávať v nových potravinárskych výrobkoch, keďže ich možno prispôsobiť tak, aby spĺňali ideálne vlastnosti pre daný potravinársky výrobok, pričom pôsobia ako zdravá náhrada za tuhé tuky.
Látky, ktoré spôsobujú želatinizáciu jedlých olejov, možno na základe ich molekulovej hmotnosti zhruba rozdeliť do dvoch kategórií: organické želatinizátory s nízkou molekulovou hmotnosťou (LMOG) a polymérne želatinizátory. Medzi LMOG patria hlavne vosky, želatinizátory na báze sterolov, deriváty mastných kyselín a monoacylglyceroly.
Odvetvia, v ktorých sa oleogély bežne používajú, zahŕňajú:
- Potravinársky priemysel: Oleogély sa používajú v potravinárskych výrobkoch na nahradenie alebo zníženie obsahu tuhých tukov, ako je maslo alebo margarín. Môžu byť začlenené do nátierok, margarínov, pekárenských výrobkov, cukroviniek a spracovaných potravín na zlepšenie textúry, pocitu v ústach a stability v regáloch. Oleogély môžu tiež slúžiť ako nosiče príchutí, živín a funkčných zložiek v potravinárskych formuláciách.
- Kozmetika a osobná starostlivosť: V kozmetickom priemysle a priemysle osobnej starostlivosti sa oleogély používajú v rôznych produktoch starostlivosti o pleť a vlasy. Možno ich nájsť v krémoch, pleťových vodách, balzamoch a produktoch na úpravu vlasov, ktoré poskytujú hydratačné, zmäkčujúce a ošetrujúce vlastnosti. Oleogély ponúkajú výhody, ako je nemastnota, hladká aplikácia a vylepšené dodávanie účinných látok do pokožky alebo vlasov.
- Liekov: Oleogély majú farmaceutické aplikácie ako lokálne formulácie na podávanie liekov. Môžu slúžiť ako základ pre masti, gély a transdermálne náplasti, ktoré poskytujú riadené uvoľňovanie a lepšie prenikanie terapeutických látok cez pokožku. Oleogély ponúkajú výhody, ako je kinetika predĺženého uvoľňovania, zvýšená biologická dostupnosť a lepšia zhoda pacientov s farmaceutickými prípravkami.
- Priemyselné a kozmetické mazivá: Oleogély sa používajú ako mazivá v priemyselných aplikáciách, ako je obrábanie kovov, obrábanie a mazací tuky. Ponúkajú výhody, ako je vysoká tepelná stabilita, odolnosť proti oxidácii a vynikajúca mazivosť v porovnaní s bežnými mazivami. V kozmetických prípravkoch môžu byť oleogély začlenené do osobných lubrikantov a masážnych olejov pre ich hladkú, nelepivú textúru a dlhotrvajúce mazacie vlastnosti.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.