Oleogeler: Hur sonikering förbättrar oleogelformuleringar
Oleogeler är mångsidiga material med tillämpningar inom en rad olika branscher och erbjuder unika fördelar när det gäller textur, stabilitet och funktionalitet. Användning av ultraljudsapparater med sond förbättrar avsevärt syntesen och prestandan hos oleogeler, vilket gör dem mer lämpade för olika industriella tillämpningar.
Vad är oleogeler?
Oleogeler är halvfasta system som består av en oljefas immobiliserad i ett tredimensionellt nätverk av strukturbildande ämnen, såsom oleogelatorer eller gelbildande ämnen. Dessa strukturbildande ämnen bidrar till att skapa en gelliknande konsistens i oljor, vilket resulterar i en stabil, bredbar och ofta transparent eller genomskinlig produkt. Oleogeler används inom olika branscher, bland annat livsmedel, kosmetik, läkemedel och industriella smörjmedel, och erbjuder fördelar såsom förbättrad textur i livsmedelsprodukter, återfuktning i hudvårdsprodukter, kontrollerad läkemedelstillförsel i läkemedelsberedningar och förbättrade smörjegenskaper i industriella och kosmetiska formuleringar.
När oleogeler framställs med kraftfulla ultraljudsvågor, en process som kallas sonikering, förbättras syntesen av dessa oljebaserade geler. Läs nedan om hur effekterna av sonikering underlättar bildningen av oleogeler!
Ultraljudsapparaten UP400St för framställning av oleogeler.
Ultraljudshomogenisering underlättar och förbättrar formuleringen av oleogeler.
Ultraljudsblandning av oleogeler
Ultraljudsbehandling kan förbättra syntesen av oleogeler genom att förbättra dispergeringen och fördelningen av de strukturbildande ämnena i oljefasen. När högintensiva ultraljudsvågor appliceras på oljeblandningen som innehåller oleogelatorerna främjar de en jämn blandning och dispergering av de strukturbildande ämnena, vilket leder till ett mer homogent gelnätverk. Dessutom kan sonikering underlätta bildningen av mindre och mer enhetliga partiklar, vilket ger en finare textur och förbättrad stabilitet hos oleogelen. De kavitationseffekter som genereras av ultraljud kan bryta upp större aggregat och främja bildningen av mindre, jämnare dispergerade strukturer i gelmatrisen.
Direkt dispergering med ultraljud för syntes av oleogeler
Oleogel framställd med dispersion som mall: Vid metoden med direkt dispergering används sonikering för att dispergera oleogelatorn direkt i den flytande oljan vid temperaturer över dess smältpunkt, följt av en kylningsfas där gelatornätverket stelnar och innesluter oljan i en fast struktur, varigenom oleogelen bildas. Med denna metod för direkt dispergering med ultraljud kan gelbildningsprocessen generera två distinkta nätverksarkitekturer beroende på egenskaperna hos det strukturbildande ämne som används: kristallitkonformationer eller självorganiserade nätverk.
Ultraljudsemulsion för syntes av oleogeler
Oleogel framställd med emulsion som mall: Ultraljudsemulsion med hjälp av sonikering med sond erbjuder flera fördelar vid syntes av oleogeler, främst genom att ge effektiv och jämn blandning på mikro- och nanonivå. Högintensiva ultraljudsvågor skapar intensiva sonomekaniska skjuvkrafter och akustisk kavitation, som finfördelar oljan och gelatorn i vattenfasen till droppar av enhetlig storlek. Detta leder till en stabilare och mer homogen emulsion, vilket är viktigt för bildningen av oleogeler med önskvärd textur och önskvärda strukturella egenskaper. Dessutom kan den lokala uppvärmningseffekten av sonikering förbättra upplösningen av och växelverkan mellan gelatorer i oljefasen, vilket förbättrar gelbildningsprocessen. Följaktligen underlättar ultraljudsemulsion framställningen av oleogeler med överlägsen stabilitet, konsistens och prestanda i olika tillämpningar, bland annat inom livsmedel, läkemedel och kosmetik.
Ultraljudshomogenisator för formulering av oleogeler vid produktion med hög kapacitet.
Ultraljudshomogenisering av vatten-i-oleogel-i-vatten-emulsioner
Vatten-i-oleogel-i-vatten-emulsioner (W/O/W) erbjuder exceptionella funktionella egenskaper som gör dem idealiska för livsmedelstillämpningar. Exempelvis har vatten-i-oleogel-i-vatten-emulsioner visat sig vara utmärkta bärare för tillförsel av probiotika och skydd av livsmedelsaromer. Ultraljudsemulgering blandar effektivt vatten- och oljefaser till dubbele emulsioner, dvs. W/O/W-emulsioner. Genom att innesluta vattendroppar i fettrika produkters oljedroppar minskar man deras fetthalt. Gelning av oljefasen i W/O/W-emulsioner ger strukturell integritet och motverkar destabiliserande förlopp såsom sammansmältning av vattendroppar i oljefasen.
Ultraljudsbehandling kan underlätta formuleringen av vatten-i-oleogel-i-vatten-emulsioner (W/O/W) genom att underlätta dispergering och homogenisering av emulsionskomponenterna. Högintensiv, lågfrekvent ultraljudsbehandling (vid frekvenser på cirka 20–26kHz) kan sönderdela större droppar till mindre, mer enhetliga droppar och därmed främja bildningen av stabila emulsioner. Dessutom kan ultraljudsbehandling förbättra införlivandet av vattendroppar i oljefasen och förbättra dispergeringen av oleogelbildaren i oljefasen, vilket leder till effektivare gelning och förbättrad emulsionsstabilitet. Vidare kan ultraljudsbehandling bidra till att kontrollera emulsionsdropparnas storleksfördelning, vilket ger emulsioner med önskvärda egenskaper såsom förbättrad textur, munkänsla och sensoriska egenskaper.
Schematisk bild av olika typer av oleogelbaserade emulsionssystem.
Studie och bild: ©Pinto et al., 2021
Vetenskapligt bevisat: effektiviteten hos ultraljudsdispergering av oleogeler
Noonim et al. (2022) undersökte effekten av ultraljudsbehandling med Hielscher-ultraljudsapparaten UP200St på fysikaliska, termiska och strukturella egenskaper samt lagringsstabilitet hos palmoljebaserade oleogeler framställda med olika koncentrationer av karnaubavax (5% eller 10%) och jämförde dem med oleogeler framställda med en homogenisator (2000 rpm i 10 min). Ultraljudsbehandling gjorde det möjligt att framställa oleogeler med högre koncentration av karnaubavax (10%) och förbättrade effektivt egenskaperna och stabiliteten hos palmoljebaserad oleogel (p < 0,05).
Oleogel för livsmedelstillämpningar
Protokoll för en oleogel framställd för vegansk majonnäs
Vegansk matlagningsgrädde baserad på oleogel
(jfr Szymanska et al., 2024)
Ingredienser:
- rapsolja
- palmolja
- linfröolja
- kandelillavax
- sojadryck
Oleogelerna (100 g) framställdes enligt följande: Först dispergerades 3–7% kandelillavax (w/w) i en blandning av raffinerad rapsolja och linfröolja (1:1 w/w) genom uppvärmning i 10 min vid 80 ± 1 °C i ett vattenbad och därefter ultraljudsbehandling i 10 s (26 kHz, 72 W, 100% puls, 100% amplitud) med ultraljudshomogenisatorn UP200St (Hielscher Ultrasonics), utrustad med titansonotroden S26d7. Den klara, homogena blandningen kyldes utan omrörning i ett termostatskåp i 24 h vid 20 ± 1 °C, tills den rätta strukturen hade bildats. Oleogelerna framställdes i tre upprepningar.
Om du är intresserad av ultraljudsemulgering av majonnäs hittar du recept, video och detaljerad information här!
Framställning av gräddliknande emulsioner med hjälp av den ultraljudsbehandlade oleogelen
O/W-emulsioner av gräddtyp (30/70 w/w) (100 g) framställdes enligt förfarandet i vår preliminära forskning [38] med mindre ändringar. Både en vattenfas (sojadryck med 2,6% w/w protein) och en lipidfas (palmolja eller oleogel) förvärmdes till upp till 55 °C och homogeniserades omedelbart med ultraljudshomogenisatorn UP200St (Hielscher Ultrasonics) vid en frekvens på 26 kHz. Följande parametrar användes: 100% puls, 80% amplitud, sonotroden nedsänkt 15 mm i bägarens centrala del (volymkapacitet 200 mL). Homogeniseringstiden på 2,5 min (τ) fastställdes utifrån resultaten från tekniska tester och preliminära tester, med hänsyn till provernas stigande temperatur (för τ = 2,5 min: energitäthet: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, maximal temperatur: 61,0 ± 0,3 °C). Natriumbensoat i en halt av 0,15% (w/w) tillsattes till vattenfasen som antibakteriellt medel.
De vanligaste oleogelatorerna för oleogeler av livsmedelskvalitet.
Schema: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudsbehandlare UIP2000hdT för industriell produktion av oleogeler.
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 värda att känna till
Vad är oleogeler? – En definition av oleogeler
Geler är en typ av kolloid som består av ett fastliknande tredimensionellt nätverk där en vätskefas är innesluten.
Gelformuleringar kan delas in i två huvudklasser beroende på vilket lösningsmedel som används vid framställningen; hydrogeler avser fall där vätskefasen är vatten, och organogeler (eller oleogeler) fall där den dispergerade vätskan är ett organiskt lösningsmedel och struktureras av en organogelator.
Organogeler är halvstyva formuleringar som betraktas som bikontinuerliga system och består av två faser: gelatorn och det organiska lösningsmedlet. När gelatorn används vid formulering av organogeler i koncentrationer under 15% kan den genomgå fysikaliska och kemiska omvandlingar som skapar självorganiserade strukturer; dessa strukturer trasslar in sig i varandra och bildar ett tredimensionellt nätverk. Det organiska lösningsmedlet hålls kvar och immobiliseras i hålrummen i gelatorns nätverk. Om det använda lösningsmedlet är en flytande olja är även termen oleogel lämplig för dessa formuleringar. Oleogeler gör det därför möjligt att utforska egenskaper som hydrogeler inte är förenliga med, såsom föreningars hydrofobicitet. En av de främsta fördelarna med oleogeler är möjligheten att bära lipofila bioaktiva föreningar, vilket är mycket användbart inom både läkemedels- och livsmedelstillämpningar. Den kombinerade effekten av struktur och hälsofördelar stödjer den viktiga roll som oleogeler kan ha i nya livsmedelsprodukter, eftersom de kan anpassas för att uppfylla de ideala egenskaperna för en livsmedelsprodukt och fungera som en hälsosam ersättning för fasta fetter.
Ämnen som får ätliga oljor att bilda gel kan grovt delas in i två kategorier utifrån sin molekylvikt: organiska gelatorer med låg molekylmassa (LMOGs) och polymera gelatorer. LMOGs omfattar främst vaxer, sterolbaserade gelatorer, fettsyraderivat och monoacylglyceroler.
Branscher där oleogeler ofta används omfattar:
- Livsmedelsindustrin: Oleogeler används i livsmedelsprodukter för att ersätta eller minska halten av fasta fetter såsom smör eller margarin. De kan ingå i bredbara produkter, margariner, bageriprodukter, konfektyr och bearbetade livsmedel för att förbättra textur, munkänsla och lagringsstabilitet. Oleogeler kan också fungera som bärare för aromer, näringsämnen och funktionella ingredienser i livsmedelsformuleringar.
- Kosmetika och personlig vård: Inom kosmetika- och hygienindustrin används oleogeler i olika hudvårds- och hårvårdsprodukter. De kan finnas i krämer, lotioner, balsam och hårstylingprodukter för att ge återfuktande, mjukgörande och vårdande egenskaper. Oleogeler erbjuder fördelar såsom en icke-fet känsla, smidig applicering och förbättrad tillförsel av aktiva ingredienser till huden eller håret.
- Läkemedel: Oleogeler har farmaceutiska tillämpningar som topikala formuleringar för läkemedelstillförsel. De kan fungera som baser för salvor, geler och transdermala plåster och ge kontrollerad frisättning och förbättrad penetration av terapeutiska substanser genom huden. Oleogeler erbjuder fördelar som förlängd frisättningskinetik, ökad biotillgänglighet och förbättrad patientföljsamhet i farmaceutiska formuleringar.
- Industriella och kosmetiska smörjmedel: Oleogeler används som smörjmedel i industriella tillämpningar som metallbearbetning, skärande bearbetning och smörjfetter. De erbjuder fördelar som hög termisk stabilitet, oxidationsbeständighet och överlägsen smörjförmåga jämfört med konventionella smörjmedel. I kosmetiska formuleringar kan oleogeler ingå i glidmedel och massageoljor tack vare sin lena, icke-klibbiga konsistens och sina långvariga smörjande egenskaper.
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från laboratorieformat till industriell skala.