Oleogels: Hur ultraljudsbehandling förbättrar Oleogel formuleringar
Oleogels är mångsidiga material med tillämpningar inom ett brett spektrum av branscher, och erbjuder unika fördelar när det gäller textur, stabilitet och funktionalitet. Att använda sond-typ sonikatorer förbättrar avsevärt syntesen och prestandan hos oleogels, vilket gör dem mer lämpliga för olika industriella applikationer.
Vad är Oleogels?
Oleogels är halvfasta system som består av en oljefas immobiliserad inom ett tredimensionellt nätverk av struktureringsmedel, såsom oleogelatorer eller gelningsmedel. Dessa struktureringsmedel hjälper till att skapa en gelliknande konsistens i oljor, vilket resulterar i en stabil, bredbar och ofta transparent eller genomskinlig produkt. Oleogels hittar tillämpningar inom olika branscher, inklusive livsmedel, kosmetika, läkemedel och industriella smörjmedel, och erbjuder fördelar som texturförbättring i livsmedelsprodukter, återfuktning i hudvårdsartiklar, kontrollerad läkemedelstillförsel i läkemedel och förbättrade smörjegenskaper i industriella och kosmetiska formuleringar.
När oleogeler produceras med hjälp av kraftfulla ultraljudsvågor, en process som kallas ultraljudsbehandling, förbättras syntesen av dessa oljebaserade geler. Läs nedan hur effekterna av ultraljudsbehandling underlättar bildandet av oleogels!
Ultraljudsbehandling UP400St för beredning av oleogels.
Ultraljudshomogneisering underlättar och förbättrar formuleringen av oleogels.
Ultraljud blandning av oleogels
Ultraljud kan förbättra syntesen av oleogeler genom att förbättra dispersionen och fördelningen av strukturämnena inom oljefasen. När högintensiva ultraljudsvågor appliceras på oljeblandningen som innehåller oleogelatorerna, främjar de enhetlig blandning och dispersion av strukturmedlen, vilket leder till ett mer homogent gelnätverk. Dessutom kan ultraljudsbehandling underlätta bildandet av mindre och mer enhetliga partiklar, vilket resulterar i finare konsistens och förbättrad stabilitet hos oleogelen. Kavitationseffekterna som genereras av ultraljud kan störa större aggregat och främja bildandet av mindre, mer jämnt fördelade strukturer i gelmatrisen.
Ultraljud direkt dispersion för oleogel syntes
Dispersion-mallad Oleogel: För den direkta dispersionsmetoden används ultraljudsbehandling för att dispergera oleogelatorn direkt i den flytande oljan vid temperaturer som överstiger dess smältpunkt, följt av en kylningsfas där gelatornätverket stelnar, kapslar in oljan inom en fast ram, vilket ger oleogelen. Genom att använda denna direkta ultraljudsdispergering tillvägagångssätt kan gelationsprocessen generera två distinkta nätverksarkitekturer, beroende på vilken typ av struktur som används: kristallitkonformationer eller självmonterade nätverk.
Ultraljud emulsion för oleogel syntes
Emulsion-mallad Oleogel: Ultraljud emulsion med sond-typ ultraljudsbehandling erbjuder flera fördelar för oleogel syntes, främst genom att ge effektiv och konsekvent blandning på mikron- och nanonivå. Högintensiva ultraljudsvågor skapar intensiva sonomekaniska skjuvkrafter och akustisk kavitation, som bryter ner oljan och gelatorn i vattenfasen till jämnt stora droppar. Detta leder till en mer stabil och homogen emulsion, vilket är viktigt för bildandet av oleogeler med önskvärd struktur och strukturella egenskaper. Dessutom kan den lokala uppvärmningseffekten av ultraljudsbehandling förbättra upplösningen och interaktionen mellan gelatorer inom oljefasen, vilket förbättrar gelningsprocessen. Följaktligen underlättar ultraljudsemulsion produktionen av oleogels med överlägsen stabilitet, konsistens och prestanda i olika applikationer, inklusive livsmedel, läkemedel och kosmetika.
Ultraljudshomogenisator för oleogelformulering i produktion med hög genomströmning.
Ultraljudshomogenisering av vatten-i-oleogel-i-vatten-emulsioner
W/O/W-emulsioner (Water-In-Oleogel-In-Water) erbjuder exceptionella funktioner som gör dem idealiska för livsmedelstillämpningar. Till exempel har vatten-i-oleogel-i-vatten-emulsioner visat sig vara en bra bärare för att leverera probiotika och skydda mataromer. Ultraljudsemulgering blandar effektivt vattenhaltiga och oljiga faser till dubbla emulsioner, dvs. W/O/W-emulsioner. Genom att införliva vattenhaltiga droppar i oljekulorna av feta produkter minskar deras fetthalt. Gelning av oljefasen i W/O/W-emulsioner ger strukturell integritet och mildrar destabiliserande händelser som vattendroppars sammansmältning inom oljefasen.
Ultraljudsbehandling kan hjälpa till vid formuleringen av Water-In-Oleogel-In-Water (W / O / W) emulsioner genom att underlätta dispersion och homogenisering av emulsionskomponenterna. Högintensiv, lågfrekvent ultraljudsbehandling (vid frekvenser på ca 20-26kHz) kan bryta ner större droppar till mindre, mer enhetliga droppar, främja bildandet av stabila emulsioner. Dessutom kan ultraljudsbehandling förbättra inkorporeringen av vattenhaltiga droppar i oljefasen och förbättra dispersionen av oleogelator inom oljefasen, vilket leder till effektivare gelning och förbättrad stabilitet hos emulsionen. Dessutom kan ultraljudsbehandling bidra till att kontrollera storleksfördelningen av emulsionsdropparna, vilket resulterar i emulsioner med önskvärda egenskaper såsom förbättrad konsistens, munkänsla, och sensoriska attribut.
Schema som representerar olika typer av oleogelbaserade emulsionssystem.
Studie och bild: ©Pinto et al., 2021
Vetenskapligt bevisat: Effektiviteten av ultraljudsdispersion av oleogeler
Noonim et al. (2022) undersökte effekten av ultraljudsbehandling med hjälp av Hielscher sonicator UP200St på fysiska, termiska och strukturella egenskaper och lagringsstabilitet hos palmoljebaserade oleogeler framställda med olika koncentrationer av karnaubavax (5 % eller 10 %) undersöktes och jämfördes med oleogels framställda med en homogenisator (2000 rpm i 10 min). Ultraljudsbehandling gjorde det möjligt att förbereda oleogels med högre karnaubavaxkoncentration (10%) och effektivt förbättrade egenskaperna och stabiliteten hos palmoljebaserad oleogel (p < 0.05).
Oleogel för livsmedelsapplikationer
Protokoll för en Oleogel producerad för en vegansk majonnäs
Vegansk kulinarisk grädde baserad på Oleogel
(jfr Szymanska et al., 2024)
Ingredienser:
- rapsolja
- palmolja
- linolja
- Candelilla vax
- soja dryck
Oleogels (100 g) bereddes enligt följande: Först dispergerades 3–7 % candelillavax (w/w) i en blandning av raffinerad raps- och linolja (1:1 w/w) genom upphettning i 10 minuter vid 80 ± 1 °C i ett vattenbad och sedan ultraljudsbehandling i 10 s (26 kHz, 72 W, 100 % puls, 100 % amplitud) med hjälp av ultraljudshomogenisatorn UP200St (Hielscher Ultrasonics), utrustad med titan sonotrode S26d7. Den klara, homogena blandningen kyldes statiskt i ett termostatskåp i 24 timmar vid 20 ± 1 °C tills rätt struktur hade bildats. Oleogelerna erhölls i tre repetitioner.
Om du är intresserad av ultraljudsemulgering av majonnäs hittar du recept, video och detaljerad information här!
Beredning av emulsioner av krämtyp med hjälp av ultraljudsoleogel
Emulsioner av gräddtyp (30/70 w/w) (100 g) framställdes enligt förfarandet i vår preliminära forskning [38] med smärre modifieringar. Både en vattenfas (sojabönsdryck som innehåller 2,6 % vikt/vikt protein) och en lipidfas (palmolja eller oleogel) förvärmdes upp till 55 °C och homogeniserades omedelbart med hjälp av ultraljudshomogenisatorn UP200St (Hielscher Ultrasonics) med en frekvens på 26 kHz. Följande parametrar användes: 100 % puls, 80 % amplitud, 15 mm nedsänkning av sonotroden i den centrala delen av bägaren (200 ml kapacitet). Homogeniseringstiden på 2,5 min (τ) bestämdes på grundval av resultaten av tekniska tester och preliminära tester, med hänsyn till provernas ökande temperatur (för τ = 2,5 min: energitäthet: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, max. temperatur: 61,0 ± 0,3 °C). Natriumbensoat på 0,15 % (vikt/vikt) tillsattes till vattenfasen som ett antibakteriellt medel.
De vanligaste oleogelatorerna för oleogeler av livsmedelskvalitet.
Schema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudsbehandling UIP2000hdT för industriell produktion av oleogels.
Litteratur / Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
Vad är Oleogels? – En definition av oleogels
Geler representerar en typ av kolloid som består av ett fast tredimensionellt nätverk, där en vätskefas är instängd.
Gelformuleringar kan delas in i två huvudklasser beroende på vilket lösningsmedel som används för deras produktion; Hydrogeler hänvisar till fallet där den flytande fasen är vatten, och organogeler (eller oleogels) när den dispergerade vätskan är ett organiskt lösningsmedel och struktureras av en organogelator.
Organogel är halvstyva formuleringar som betraktas som bikontinuerliga system, som består av två faser: gelatorn och det organiska lösningsmedlet. Gelatorn, när den används vid formulering av organogels i koncentrationer av <15%, may experience physical and chemical transformations that create self-assembled structures; these structures entangle with each other, forming a three-dimensional network. The organic solvent is retained and immobilized within the spaces of the gelator network. If the used solvent is a liquid oil, then the term oleogel is also appropriate for these formulations. Therefore, oleogels allow properties to be explored that hydrogels are not compatible with, such as hydrophobicity of compounds. One of the main advantages of oleogels is the possibility of carrying lipophilic bioactive compounds, which is of great utility in both pharmaceutical and food applications. The combined action between structure and health benefits supports the important role that oleogels can have in novel food products, as they can be tailored to meet the ideal properties for a food product, acting as a healthy substitute for solid fats.
Substances that gel edible oils can be roughly divided into two categories based on their molecular weight: low molecular-mass organic gelators (LMOGs), and polymeric gelators. LMOGs include mainly waxes, sterol-based gelators, fatty acid derivatives, and monoacylglycerols.
Branscher där oleogeler ofta används inkluderar:
- Livsmedelsindustri: Oleogels används i livsmedelsprodukter för att ersätta eller minska innehållet av fasta fetter som smör eller margarin. De kan införlivas i pålägg, margariner, bageriprodukter, konfektyr och bearbetade livsmedel för att förbättra konsistensen, munkänslan och hållbarheten. Oleogels kan också fungera som bärare av smaker, näringsämnen och funktionella ingredienser i livsmedelsformuleringar.
- Kosmetika och personlig vård: Inom kosmetika- och kroppsvårdsindustrin används oleogels i olika hudvårds- och hårvårdsprodukter. De finns i krämer, lotioner, balsam och hårstylingprodukter för att ge återfuktning, mjukgörande och konditionerande egenskaper. Oleogels erbjuder fördelar som icke-fettighet, smidig applicering och förbättrad leverans av aktiva ingredienser till huden eller håret.
- Läkemedel: Oleogels har farmaceutiska tillämpningar som topikala formuleringar för läkemedelstillförsel. De kan fungera som bas för salvor, geler och depotplåster, vilket ger kontrollerad frisättning och förbättrad penetration av terapeutiska medel genom huden. Oleogels erbjuder fördelar som kinetik för fördröjd frisättning, förbättrad biotillgänglighet och förbättrad patientföljsamhet i farmaceutiska formuleringar.
- Industriella och kosmetiska smörjmedel: Oleogels används som smörjmedel i industriella applikationer som metallbearbetning, bearbetning och smörjfetter. De erbjuder fördelar som hög termisk stabilitet, motståndskraft mot oxidation och överlägsen smörjförmåga jämfört med konventionella smörjmedel. I kosmetiska formuleringar kan oleogels införlivas i personliga smörjmedel och massageoljor för deras släta, icke-klibbiga konsistens och långvariga smörjegenskaper.
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.