Oleogels: Kako ultrazvočna razbijanja izboljšuje formulacije oleogela
Oleogeli so vsestranski materiali z uporabo v številnih industrijah, ki ponujajo edinstvene prednosti v smislu teksture, stabilnosti in funkcionalnosti. Uporaba sondnih zvočnikov bistveno izboljša sintezo in delovanje oleogelov, zaradi česar so bolj primerni za različne industrijske aplikacije.
Kaj so oleogeli?
Oleogeli so poltrdni sistemi, sestavljeni iz oljne faze, imobilizirane v tridimenzionalni mreži strukturnih sredstev, kot so oleogelatorji ali želirna sredstva. Ta strukturna sredstva pomagajo ustvariti gelasto konsistenco v oljih, kar ima za posledico stabilen, mazljiv in pogosto prozoren ali prosojen izdelek. Oleogeli najdejo uporabo v različnih panogah, vključno s hrano, kozmetiko, farmacevtskimi izdelki in industrijskimi mazivi, ki ponujajo prednosti, kot so izboljšanje teksture živilskih izdelkov, vlaženje izdelkov za nego kože, nadzorovana dostava zdravil v farmacevtskih izdelkih in izboljšane mazalne lastnosti v industrijskih in kozmetičnih formulacijah.
Ko se oleogeli proizvajajo z močnimi ultrazvočnimi valovi, procesom, znanim kot ultrazvočna razbijanje, se sinteza teh gelov na oljni osnovi izboljša. Spodaj preberite, kako učinki ultrazvočnega razbijanja olajšajo nastanek oleogelov!
Sonikator UP400St za pripravo oleogelov.
Ultrazvočna homogneizacija olajša in izboljša formulacijo oleogelov.
Ultrazvočno mešanje oleogelov
Ultrasonication lahko izboljša sintezo oleogelov s povečanjem disperzije in porazdelitve strukturnih sredstev v oljni fazi. Ko se ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti nanesejo na oljno mešanico, ki vsebuje oleogelatorje, spodbujajo enakomerno mešanje in disperzijo strukturnih sredstev, kar vodi do bolj homogene mreže gelov. Poleg tega lahko ultrazvočno razbijanje olajša nastanek manjših in bolj enakomernih delcev, kar ima za posledico finejšo teksturo in izboljšano stabilnost oleogela. Učinki kavitacije, ki jih povzroča ultrazvok, lahko motijo večje agregate in spodbujajo nastanek manjših, bolj enakomerno razpršenih struktur v matrici gela.
Ultrazvočna neposredna disperzija za sintezo oleogela
Oleogel z disperzijskimi šablonami: Za metodo neposredne disperzije se ultrazvočno razbijanje uporablja za razpršitev oleogelatorja neposredno v tekoče olje pri temperaturah, ki presegajo njegovo tališče, sledi faza hlajenja, kjer se mreža gelatorjev strdi in zajame olje v trdnem okviru, s čimer nastane oleogel. Z uporabo tega neposrednega pristopa ultrazvočne disperzije lahko postopek geliranja ustvari dve različni omrežni arhitekturi, ki sta odvisni od narave uporabljene strukture: kristalitne konformacije ali samostojna omrežja.
Ultrazvočna emulzija za sintezo oleogela
Oleogel z emulzijo: Ultrazvočna emulzija s sonikacijo s sondo ponuja več prednosti pri sintezi oleogelov, predvsem zaradi učinkovitega in enakomernega mešanja na mikronski in nano ravni. Ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti ustvarjajo močne sonomehanske strižne sile in akustično kavitacijo, ki olje in gelator v vodni fazi razdelijo na kapljice enotne velikosti. To vodi do stabilnejše in bolj homogene emulzije, kar je pomembno za nastajanje oleogelov z želeno teksturo in strukturnimi lastnostmi. Poleg tega lahko lokaliziran učinek segrevanja ultrazvoka izboljša raztapljanje in interakcijo gelatorjev v oljni fazi, s čimer se izboljša proces geliranja. Posledično ultrazvočna emulzija olajša proizvodnjo oleogelov z vrhunsko stabilnostjo, konsistenco in učinkovitostjo v različnih uporabah, vključno s prehrambeno industrijo, farmacijo in kozmetiko.
Ultrazvočni homogenizator za formulacijo oleogela v visoko zmogljivi proizvodnji.
Ultrazvočna homogenizacija emulzij voda v oleogelu v vodi
Emulzije Water-In-Oleogel-In-Water (W/O/W) ponujajo izjemne funkcionalnosti, zaradi česar so idealne za uporabo v živilih. Na primer, ugotovljeno je bilo, da so emulzije Water-In-Oleogel-In-Water odličen nosilec za dostavo probiotikov in zaščito arom hrane. Ultrazvočna emulzifikacija učinkovito združuje vodne in oljne faze v dvojne emulzije, tj. W / O / W emulzije. Vključitev vodnih kapljic v oljne kroglice maščobnih izdelkov zmanjša vsebnost maščobe. Geliranje oljne faze v emulzijah W / O / W daje strukturno celovitost in blaži destabilizacijske dogodke, kot je koalescencija vodnih kapljic v oljni fazi.
Sonication lahko pomaga pri oblikovanju emulzij Water-In-Oleogel-In-Water (W/O/W) z olajšanjem disperzije in homogenizacije emulzijskih komponent. Visokointenzivna, nizkofrekvenčna ultrazvočna razbijanje (pri frekvencah približno 20-26 kHz) lahko razgradi večje kapljice v manjše, bolj enakomerne kapljice, kar spodbuja tvorbo stabilnih emulzij. Poleg tega lahko ultrazvočno razbijanje poveča vključitev vodnih kapljic v oljno fazo in izboljša disperzijo oleogelatorja v oljni fazi, kar vodi do učinkovitejšega geliranja in povečane stabilnosti emulzije. Poleg tega lahko ultrazvočno razbijanje pomaga nadzorovati porazdelitev velikosti emulzijskih kapljic, kar ima za posledico emulzije z zaželenimi lastnostmi, kot so izboljšana tekstura, občutek v ustih in senzorične lastnosti.
Shema, ki predstavlja različne vrste emulzijskih sistemov na osnovi oleogela.
Študija in slika: ©Pinto et al., 2021
Znanstveno dokazano: učinkovitost ultrazvočne disperzije oleogelov
(2022) so raziskali učinek ultrazvočnega razbijanja z uporabo Hielscherjevega sonikatorja UP200St na fizikalne, toplotne in strukturne lastnosti ter stabilnost shranjevanja oleogelov na osnovi palmovega olja, pripravljenih z uporabo različnih koncentracij karnaubskega voska (5% ali 10%), in jih primerjali z oleogeli, pripravljenimi s homogenizatorjem (2000 vrt / min za 10 minut). Sonikacija je omogočila pripravo oleogelov z višjo koncentracijo karnauba voska (10%) in učinkovito izboljšala lastnosti in stabilnost oleogela na osnovi palmovega olja (p < 0.05).
Oleogel za uporabo v živilih
Protokol za Oleogel, izdelan za vegansko majonezo
Veganska kulinarična krema na osnovi oleogela
(prim. Szymanska et al., 2024)
Sestavine:
- repično olje
- Palmovo olje
- Laneno olje
- Candelilla vosek
- Sojina pijača
Oleogele (100 g) smo pripravili na naslednji način: Najprej smo 3–7 % kandelilla voska (m/m) razpršili v mešanici rafiniranega oljne ogrščice in lanenega olja (1:1 m/m) s segrevanjem 10 minut pri 80 ± 1 °C v vodni kopeli in nato ultrazvočno razbijanjem 10 s (26 kHz, 72 W, 100 % pulz, 100 % amplituda) z uporabo ultrazvočnega homogenizatorja UP200St (Hielscher Ultrasonics), opremljen s titanovo sonotrodo S26d7. Bistra, homogena zmes je bila statično hlajena v termostatski omari 24 ur pri 20 ± 1 °C, dokler ni bila oblikovana ustrezna struktura. Oleogeli so bili pridobljeni v treh ponovitvah.
Če vas zanima ultrazvočna emulgacija majoneze, boste tukaj našli recept, video in podrobne informacije!
Priprava kremnih emulzij z ultrazvočnim oleogelom
Kremne emulzije O/W (30/70 w/m) (100 g) so bile pripravljene po postopku v naši predhodni raziskavi [38] z manjšimi spremembami. Tako vodno fazo (sojina pijača, ki vsebuje 2,6 % m/m beljakovin) kot lipidno fazo (palmovo olje ali oleogel) smo predhodno segreli na 55 °C in takoj homogenizirali z ultrazvočnim homogenizatorjem UP200St (Hielscher Ultrasonics) s frekvenco 26 kHz. Uporabljeni so bili naslednji parametri: 100% impulz, 80% amplituda, 15 mm potopitev sonotrode v osrednji del čaše (prostornina 200 ml). Čas homogenizacije 2,5 min (τ) je bil določen na podlagi rezultatov tehnoloških preskusov in predhodnih preskusov, ob upoštevanju naraščajoče temperature vzorcev (za τ = 2,5 min: energijska gostota: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, maksimalna temperatura: 61,0 ± 0,3 °C). Natrijev benzoat z 0,15 % (m/m) je bil dodan vodni fazi kot antibakterijsko sredstvo.
Najpogosteje uporabljeni oleogelatorji za oleogele za živila.
Shema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Sonicator UIP2000hdT za industrijsko proizvodnjo oleogelov.
Literatura / Reference
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Kaj so oleogeli? – Opredelitev oleogelov
Geli predstavljajo vrsto koloida, ki je sestavljen iz trdne tridimenzionalne mreže, v katero je ujeta tekoča faza.
Formulacije gelov lahko razdelimo v dva glavna razreda glede na topilo, uporabljeno za njihovo proizvodnjo; Hidrogeli se nanašajo na primer, ko je tekoča faza voda, in organogeli (ali oleogeli), ko je dispergirana tekočina organsko topilo in je strukturirana z organogelatorjem.
Organogeli so poltrde formulacije, ki veljajo za bikontinuirane sisteme in so sestavljene iz dveh faz: gelatorja in organskega topila. Gelator, kadar se uporablja v formulaciji organogelov v koncentracijah, manjših od 15 %, lahko doživi fizikalne in kemijske preobrazbe, ki ustvarjajo samoorganizirane strukture; te strukture se med seboj prepletajo in tvorijo tridimenzionalno mrežo. Organsko topilo se zadrži in imobilizira v prostorih mreže gelatorja. Če je uporabljeno topilo tekoče olje, je za te formulacije primeren tudi izraz oleogel. Zato oleogeli omogočajo raziskovanje lastnosti, s katerimi hidrogelji niso združljivi, kot je na primer hidrofobnost spojin. Ena od glavnih prednosti oleogelov je možnost prenašanja lipofilnih bioaktivnih spojin, kar je zelo koristno tako v farmacevtskih kot v prehrambenih aplikacijah. Kombinirano 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 izpolnjujejo idealne lastnosti za živilski izdelek, pri čemer delujejo kot zdrav nadomestek za trdne maščobe.
Snovi, ki povzročajo geliranje jedilnih olj, lahko na podlagi njihove molekulske mase grobo razdelimo v dve kategoriji: organske gelatorje z nizko molekulsko maso (LMOG) in polimerne gelatorje. Med LMOG spadajo predvsem voski, gelatorji na osnovi sterolov, derivati maščobnih kislin in monoacilgliceroli.
Industrije, kjer se oleogeli pogosto uporabljajo, vključujejo:
- Živilska industrija: Oleogeli se uporabljajo v živilskih izdelkih za nadomestitev ali zmanjšanje vsebnosti trdnih maščob, kot sta maslo ali margarina. Lahko jih vključimo v namaze, margarine, pekovske izdelke, slaščice in predelana živila za izboljšanje teksture, občutka v ustih in stabilnosti polic. Oleogeli lahko služijo tudi kot nosilci okusov, hranil in funkcionalnih sestavin v živilskih formulacijah.
- Kozmetika in osebna nega: V kozmetični industriji in industriji osebne nege se oleogeli uporabljajo v različnih izdelkih za nego kože in las. Najdemo jih v kremah, losjonih, balzamih in izdelkih za oblikovanje las, ki zagotavljajo vlaženje, mehčanje in negovalne lastnosti. Oleogeli ponujajo prednosti, kot so nemastnost, gladka uporaba in izboljšana dostava aktivnih sestavin v kožo ali lase.
- Farmacevtskih izdelkov: Oleogeli imajo farmacevtsko uporabo kot topične formulacije za dostavo zdravil. Lahko služijo kot osnova za mazila, gele in transdermalne obliže, ki zagotavljajo nadzorovano sproščanje in izboljšano prodiranje terapevtskih sredstev skozi kožo. Oleogeli ponujajo prednosti, kot so kinetika podaljšanega sproščanja, izboljšana biološka uporabnost in izboljšana skladnost bolnikov s farmacevtskimi formulacijami.
- Industrijska in kozmetična maziva: Oleogeli se uporabljajo kot maziva v industrijskih aplikacijah, kot so obdelava kovin, strojna obdelava in mazalne masti. Ponujajo prednosti, kot so visoka toplotna stabilnost, odpornost na oksidacijo in vrhunska mazalnost v primerjavi z običajnimi mazivi. V kozmetičnih formulacijah se lahko oleogeli vključijo v osebna maziva in masažna olja zaradi njihove gladke, nelepljive teksture in dolgotrajnih mazalnih lastnosti.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.