Oleogeli: kako sonikacija izboljša formulacije oleogelov
Oleogeli so vsestranski materiali, ki se uporabljajo v številnih industrijskih panogah in ponujajo edinstvene prednosti glede teksture, stabilnosti in funkcionalnosti. Uporaba sonikatorjev s sondo znatno izboljša sintezo in učinkovitost oleogelov, zaradi česar so primernejši za različne industrijske uporabe.
Kaj so oleogeli?
Oleogeli so poltrdni sistemi, sestavljeni iz oljne faze, imobilizirane znotraj tridimenzionalne mreže sredstev za strukturiranje, kot so oleogelatorji ali želirna sredstva. Ta sredstva za strukturiranje pomagajo ustvariti gelu podobno konsistenco olj, kar daje stabilen, mazljiv in pogosto prozoren ali prosojen izdelek. Oleogeli se uporabljajo v različnih panogah, vključno z živilsko, kozmetično in farmacevtsko industrijo ter industrijskimi mazivi, in ponujajo prednosti, kot so izboljšanje teksture živil, vlaženje pri izdelkih za nego kože, nadzorovano dovajanje zdravilnih učinkovin pri farmacevtskih izdelkih ter izboljšane mazalne lastnosti v industrijskih in kozmetičnih formulacijah.
Pri proizvodnji oleogelov z močnimi ultrazvočnimi valovi, v postopku, imenovanem sonikacija, se sinteza teh gelov na osnovi olja izboljša. V nadaljevanju preberite, kako učinki sonikacije olajšajo nastajanje oleogelov!
Sonikator UP400St za pripravo oleogelov.
Ultrazvočna homogenizacija olajša in izboljša formuliranje oleogelov.
Ultrazvočno mešanje oleogelov
Ultrazvočna obdelava lahko izboljša sintezo oleogelov z izboljšanjem dispergiranja in porazdelitve sredstev za strukturiranje v oljni fazi. Ko na oljno mešanico, ki vsebuje oleogelatorje, delujejo ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti, spodbujajo enakomerno mešanje in dispergiranje sredstev za strukturiranje, kar vodi do bolj homogene gelske mreže. Poleg tega lahko sonikacija olajša nastajanje manjših in bolj enakomernih delcev, kar zagotavlja finejšo teksturo in izboljšano stabilnost oleogela. Kavitacijski učinki, ki jih ustvarja ultrazvok, lahko razbijejo večje agregate in spodbujajo nastajanje manjših, bolj enakomerno dispergiranih struktur znotraj gelske matrice.
Neposredno ultrazvočno dispergiranje za sintezo oleogelov
Oleogel, oblikovan na osnovi disperzije: Pri metodi neposrednega dispergiranja se sonikacija uporablja za dispergiranje oleogelatorja neposredno v tekočem olju pri temperaturah nad njegovim tališčem, čemur sledi faza ohlajanja, v kateri se mreža želirnega sredstva strdi in ujame olje v trdno ogrodje, s čimer nastane oleogel. Pri uporabi tega pristopa neposrednega ultrazvočnega dispergiranja lahko postopek geliranja ustvari dve različni mrežni arhitekturi, odvisno od narave uporabljenega sredstva za strukturiranje: kristalitne konfiguracije ali samosestavljene mreže.
Ultrazvočna emulzija za sintezo oleogelov
Oleogel, oblikovan na osnovi emulzije: Ultrazvočna emulzija, pripravljena s sonikacijo s sondo, ponuja več prednosti pri sintezi oleogelov, predvsem z zagotavljanjem učinkovitega in doslednega mešanja na mikrometrski in nanometrski ravni. Ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti ustvarjajo močne sonomehanske strižne sile in akustično kavitacijo, ki olje in želirno sredstvo v vodni fazi razbijejo v kapljice enakomerne velikosti. To vodi do stabilnejše in bolj homogene emulzije, kar je pomembno za nastanek oleogelov z želeno teksturo in strukturnimi lastnostmi. Poleg tega lahko lokalni učinek segrevanja pri sonikaciji izboljša raztapljanje in medsebojno delovanje želirnih sredstev v oljni fazi ter s tem izboljša postopek geliranja. Ultrazvočna emulzija tako olajša proizvodnjo oleogelov z vrhunsko stabilnostjo, konsistenco in učinkovitostjo pri različnih uporabah, vključno z živili, farmacevtskimi izdelki in kozmetiko.
Ultrazvočni homogenizator za formuliranje oleogelov v proizvodnji z veliko zmogljivostjo obdelave.
Ultrazvočna homogenizacija emulzij voda v oleogelu v vodi
Emulzije voda v oleogelu v vodi (W/O/W) ponujajo izjemne funkcionalne lastnosti, zaradi katerih so idealne za uporabo v živilih. Ugotovljeno je bilo na primer, da so emulzije voda v oleogelu v vodi odličen nosilec za dovajanje probiotikov in ohranjanje arom živil. Ultrazvočno emulgiranje učinkovito meša vodne in oljne faze v dvojne emulzije, tj. emulzije W/O/W. Vključevanje vodnih kapljic v oljne kroglice maščobnih izdelkov zmanjšuje njihovo vsebnost maščob. Geliranje oljne faze v emulzijah W/O/W zagotavlja strukturno celovitost in blaži destabilizacijske pojave, kot je koalescenca vodnih kapljic v oljni fazi.
Sonikacija lahko pomaga pri formuliranju emulzij voda v oleogelu v vodi (W/O/W), saj olajša dispergiranje in homogenizacijo sestavin emulzije. Sonikacija visoke intenzivnosti in nizke frekvence (pri frekvencah približno 20–26kHz) lahko večje kapljice razbije v manjše, bolj enakomerne kapljice in s tem spodbuja nastajanje stabilnih emulzij. Poleg tega lahko sonikacija izboljša vključevanje vodnih kapljic v oljno fazo in dispergiranje oleogelatorja v oljni fazi, kar vodi do učinkovitejšega geliranja in večje stabilnosti emulzije. Sonikacija lahko tudi pomaga nadzorovati porazdelitev velikosti kapljic emulzije, kar daje emulzije z želenimi lastnostmi, kot so izboljšana tekstura, občutek v ustih in senzorične lastnosti.
Shema, ki prikazuje različne vrste emulzijskih sistemov na osnovi oleogelov.
Študija in slika: ©Pinto et al., 2021
Znanstveno dokazano: učinkovitost ultrazvočnega dispergiranja oleogelov
Noonim et al. (2022) so raziskali vpliv sonikacije s sonikatorjem Hielscher UP200St na fizikalne, toplotne in strukturne lastnosti ter stabilnost med shranjevanjem oleogelov na osnovi palmovega olja, pripravljenih z različnimi koncentracijami karnaubskega voska (5% ali 10%), in jih primerjali z oleogeli, pripravljenimi s homogenizatorjem (2000 rpm, 10 min). Sonikacija je omogočila pripravo oleogelov z višjo koncentracijo karnaubskega voska (10%) ter učinkovito izboljšala lastnosti in stabilnost oleogela na osnovi palmovega olja (p < 0,05).
Oleogel za uporabo v živilih
Protokol za oleogel, pripravljen za vegansko majonezo
Veganska smetana za kuhanje na osnovi oleogela
(prim. Szymanska et al., 2024)
Sestavine:
- repično olje
- palmovo olje
- laneno olje
- kandelilski vosek
- sojin napitek
Oleogeli (100 g) so bili pripravljeni na naslednji način: najprej je bilo 3–7% kandelilskega voska (w/w) dispergiranega v mešanici rafiniranega repičnega in lanenega olja (1:1 w/w) s segrevanjem 10 min pri 80 ± 1 °C v vodni kopeli, nato pa s sonikacijo 10 s (26 kHz, 72 W, 100% pulz, 100% amplituda) z ultrazvočnim homogenizatorjem UP200St (Hielscher Ultrasonics), opremljenim s titanovo sonotrodo S26d7. Bistra, homogena mešanica se je statično ohlajala v termostatski komori 24 h pri 20 ± 1 °C, dokler ni nastala ustrezna struktura. Oleogeli so bili pridobljeni v treh ponovitvah.
Če vas zanima ultrazvočno emulgiranje majoneze, boste tukaj našli recept, videoposnetek in podrobne informacije!
Priprava emulzij tipa smetane z uporabo ultrazvočno pripravljenega oleogela
Emulzije O/W tipa smetane (30/70 w/w) (100 g) so bile pripravljene po postopku iz naše predhodne raziskave [38] z manjšimi spremembami. Tako vodna faza (sojin napitek z vsebnostjo beljakovin 2,6% w/w) kot lipidna faza (palmovo olje ali oleogel) sta bili predhodno segreti do 55 °C in takoj homogenizirani z ultrazvočnim homogenizatorjem UP200St (Hielscher Ultrasonics) pri frekvenci 26 kHz. Uporabljeni so bili naslednji parametri: 100% pulz, 80% amplituda, potopitev sonotrode za 15 mm v osrednjem delu čaše (prostornina 200 mL). Čas homogenizacije 2,5 min (τ) je bil določen na podlagi rezultatov tehnoloških in predhodnih preskusov ob upoštevanju naraščajoče temperature vzorcev (za τ = 2,5 min: energijska gostota: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, najvišja temperatura: 61,0 ± 0,3 °C). Vodni fazi je bil kot protibakterijsko sredstvo dodan natrijev benzoat v deležu 0,15% (w/w).
Najpogosteje uporabljeni oleogelatorji za oleogele, primerne za živila.
Shema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Sonikator UIP2000hdT za industrijsko proizvodnjo oleogelov.
Literatura / Viri
- 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.
Koristna dejstva
Kaj so oleogeli? – Definicija oleogelov
Geli so vrsta koloida, ki ga sestavlja trdni snovi podobna tridimenzionalna mreža, v kateri je ujeta tekoča faza.
Gelske formulacije lahko glede na topilo, uporabljeno pri njihovi proizvodnji, razdelimo v dva glavna razreda: o hidrogelih govorimo, kadar je tekoča faza voda, o organogelih (ali oleogelih) pa, kadar je dispergirana tekočina organsko topilo, ki ga strukturira organogelator.
Organogeli so poltoge formulacije, ki veljajo za bikontinuirne sisteme in obsegajo dve fazi: želirno sredstvo in organsko topilo. Želirno sredstvo, uporabljeno pri formuliranju organogelov v koncentracijah, nižjih od 15%, lahko doživi fizikalne in kemijske pretvorbe, pri katerih nastanejo samosestavljene strukture; te se medsebojno prepletajo in tvorijo tridimenzionalno mrežo. Organsko topilo se zadrži in imobilizira v prostorih mreže želirnega sredstva. Če je uporabljeno topilo tekoče olje, je za te formulacije primeren tudi izraz oleogel. Oleogeli zato omogočajo raziskovanje lastnosti, s katerimi hidrogeli niso združljivi, kot je hidrofobnost spojin. Ena glavnih prednosti oleogelov je možnost prenašanja lipofilnih bioaktivnih spojin, kar je zelo koristno tako pri farmacevtskih uporabah kot pri uporabi v živilih. Skupno delovanje strukture in koristi za zdravje podpira pomembno vlogo, ki jo lahko imajo oleogeli v novih živilskih izdelkih, saj jih je mogoče prilagoditi tako, da dosežejo idealne lastnosti za živilski izdelek in delujejo kot zdrav nadomestek za trdne maščobe.
Snovi, ki gelirajo jedilna olja, lahko glede na njihovo molekulsko maso v grobem razdelimo v dve kategoriji: organska želirna sredstva z nizko molekulsko maso (LMOGs) in polimerna želirna sredstva. LMOGs vključujejo predvsem voske, želirna sredstva na osnovi sterolov, derivate maščobnih kislin in monoacilglicerole.
Panoge, v katerih se oleogeli pogosto uporabljajo, vključujejo:
- Živilska industrija: Oleogeli se uporabljajo v živilih za nadomeščanje ali zmanjševanje vsebnosti trdnih maščob, kot sta maslo ali margarina. Vključiti jih je mogoče v namaze, margarine, pekovske izdelke, slaščice in predelana živila za izboljšanje teksture, občutka v ustih in stabilnosti med shranjevanjem. Oleogeli lahko služijo tudi kot nosilci arom, hranil in funkcionalnih sestavin v živilskih formulacijah.
- Kozmetika in osebna nega: V industriji kozmetike in osebne nege se oleogeli uporabljajo v različnih izdelkih za nego kože in las. Prisotni so lahko v kremah, losjonih, balzamih in izdelkih za oblikovanje las, kjer zagotavljajo vlaženje, mehčanje in negovalne lastnosti. Oleogeli ponujajo prednosti, kot so nemasten občutek, gladek nanos in izboljšano dovajanje aktivnih sestavin v kožo ali lase.
- Farmacevtski izdelki: Oleogeli se v farmaciji uporabljajo kot formulacije za lokalno uporabo za dovajanje zdravilnih učinkovin. Služijo lahko kot podlage za mazila, gele in transdermalne obliže, pri čemer zagotavljajo nadzorovano sproščanje in izboljšano prehajanje terapevtskih učinkovin skozi kožo. Oleogeli v farmacevtskih formulacijah ponujajo prednosti, kot so podaljšana kinetika sproščanja, povečana biološka uporabnost in boljše sodelovanje bolnikov pri zdravljenju.
- Industrijska in kozmetična maziva: Oleogeli se uporabljajo kot maziva pri industrijskih uporabah, kot so obdelava kovin, strojna obdelava in mazalne masti. Ponujajo prednosti, kot so visoka toplotna stabilnost, odpornost proti oksidaciji in boljša mazalnost v primerjavi z običajnimi mazivi. V kozmetičnih formulacijah se oleogeli lahko vključijo v intimne lubrikante in masažna olja zaradi svoje gladke, nelepljive teksture in dolgotrajnih mazalnih lastnosti.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje v velikostih od laboratorijskih do industrijskih.