โอเลโอเจล: การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงสูตรโอเลโอเจลได้อย่างไร

โอเลโอเจลเป็นวัสดุอเนกประสงค์ที่ใช้ได้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท โดยให้ประโยชน์เฉพาะด้านเนื้อสัมผัส ความคงตัว และการทำหน้าที่ การใช้เครื่องอัลตราซาวนด์แบบโพรบช่วยปรับปรุงการสังเคราะห์และสมรรถนะของโอเลโอเจลอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

โอเลโอเจลคืออะไร?

โอเลโอเจลเป็นระบบกึ่งแข็งที่ประกอบด้วยเฟสน้ำมันซึ่งถูกตรึงไว้ภายในโครงข่ายสามมิติของสารสร้างโครงสร้าง เช่น สารก่อโอเลโอเจลหรือสารก่อเจล สารสร้างโครงสร้างเหล่านี้ช่วยให้น้ำมันมีความข้นคล้ายเจล ส่งผลให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่คงตัว เกลี่ยได้ และมักมีลักษณะใสหรือโปร่งแสง โอเลโอเจลมีการใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมถึงอาหาร เครื่องสำอาง เภสัชภัณฑ์ และสารหล่อลื่นอุตสาหกรรม โดยให้ประโยชน์ เช่น การปรับปรุงเนื้อสัมผัสในผลิตภัณฑ์อาหาร การเพิ่มความชุ่มชื้นในผลิตภัณฑ์ดูแลผิว การนำส่งยาแบบควบคุมในเภสัชภัณฑ์ และการเพิ่มสมบัติการหล่อลื่นในสูตรผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมและเครื่องสำอาง
เมื่อผลิตโอเลโอเจลโดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูง ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ การสังเคราะห์เจลที่มีน้ำมันเป็นฐานเหล่านี้จะดีขึ้น อ่านรายละเอียดด้านล่างว่าผลของการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยให้โอเลโอเจลก่อตัวได้อย่างไร!

การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้การพัฒนาสูตรโอเลโอเจลง่ายขึ้นและดีขึ้น

การผสมโอเลโอเจลด้วยอัลตราซาวนด์

การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์สามารถปรับปรุงการสังเคราะห์โอเลโอเจลได้โดยเพิ่มการกระจายตัวและการกระจายของสารสร้างโครงสร้างภายในเฟสน้ำมัน เมื่อใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงกับส่วนผสมน้ำมันที่มีสารก่อโอเลโอเจล คลื่นจะส่งเสริมให้สารสร้างโครงสร้างผสมและกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ ทำให้โครงข่ายเจลเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น นอกจากนี้ การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ยังสามารถช่วยให้เกิดอนุภาคที่เล็กลงและสม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้โอเลโอเจลมีเนื้อสัมผัสละเอียดขึ้นและมีความคงตัวดีขึ้น ผลของคาวิเทชันที่เกิดจากอัลตราซาวนด์สามารถสลายกลุ่มอนุภาคขนาดใหญ่และส่งเสริมการก่อตัวของโครงสร้างที่เล็กลงและกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอมากขึ้นภายในเมทริกซ์เจล

การกระจายตัวโดยตรงด้วยอัลตราซาวนด์สำหรับการสังเคราะห์โอเลโอเจล

โอเลโอเจลที่ใช้การกระจายตัวเป็นแม่แบบ: สำหรับวิธีการกระจายตัวโดยตรง จะใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เพื่อกระจายสารก่อโอเลโอเจลลงในน้ำมันเหลวโดยตรงที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของสารนั้น ตามด้วยขั้นตอนการทำให้เย็น ซึ่งโครงข่ายสารก่อเจลจะแข็งตัวและกักน้ำมันไว้ภายในโครงสร้างแข็ง จึงได้เป็นโอเลโอเจล เมื่อใช้วิธีการกระจายตัวโดยตรงด้วยอัลตราซาวนด์นี้ กระบวนการเกิดเจลสามารถสร้างโครงข่ายที่มีสถาปัตยกรรมแตกต่างกันสองแบบ ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารสร้างโครงสร้างที่ใช้ ได้แก่ การจัดเรียงตัวของผลึกขนาดเล็ก หรือโครงข่ายที่ประกอบตัวเอง

การทำอิมัลชันด้วยอัลตราซาวนด์สำหรับการสังเคราะห์โอเลโอเจล

โอเลโอเจลที่ใช้อิมัลชันเป็นแม่แบบ: การทำอิมัลชันด้วยอัลตราซาวนด์แบบโพรบมีข้อดีหลายประการสำหรับการสังเคราะห์โอเลโอเจล โดยหลักแล้วช่วยให้การผสมมีประสิทธิภาพและสม่ำเสมอในระดับไมครอนและนาโน คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงสร้างแรงเฉือนเชิงกลจากเสียงที่รุนแรงและคาวิเทชันจากเสียง ซึ่งทำให้น้ำมันและสารก่อเจลในเฟสน้ำแตกตัวเป็นหยดที่มีขนาดสม่ำเสมอ จึงได้อิมัลชันที่คงตัวและเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น ซึ่งมีความสำคัญต่อการก่อตัวของโอเลโอเจลที่มีเนื้อสัมผัสและสมบัติทางโครงสร้างตามต้องการ นอกจากนี้ ผลของการให้ความร้อนเฉพาะจุดจากการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์สามารถเพิ่มการละลายและอันตรกิริยาของสารก่อเจลภายในเฟสน้ำมัน ทำให้กระบวนการเกิดเจลดีขึ้น ดังนั้น การทำอิมัลชันด้วยอัลตราซาวนด์จึงช่วยในการผลิตโอเลโอเจลที่มีความคงตัว ความสม่ำเสมอ และสมรรถนะเหนือกว่าในการใช้งานต่าง ๆ รวมถึงอาหาร เภสัชภัณฑ์ และเครื่องสำอาง

การทำให้อิมัลชันแบบน้ำในโอเลโอเจลในน้ำเป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์

อิมัลชันแบบน้ำในโอเลโอเจลในน้ำ (W/O/W) มีความสามารถในการทำหน้าที่โดดเด่น จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานด้านอาหาร ตัวอย่างเช่น พบว่าอิมัลชันแบบน้ำในโอเลโอเจลในน้ำเป็นตัวพาที่ดีเยี่ยมสำหรับการนำส่งโพรไบโอติกและการปกป้องกลิ่นหอมของอาหาร การทำอิมัลชันด้วยอัลตราซาวนด์ผสมเฟสน้ำและเฟสน้ำมันให้เป็นอิมัลชันซ้อน หรืออิมัลชัน W/O/W ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การบรรจุหยดน้ำไว้ภายในหยดน้ำมันของผลิตภัณฑ์ที่มีไขมันช่วยลดปริมาณไขมันของผลิตภัณฑ์เหล่านั้น การทำให้เฟสน้ำมันในอิมัลชัน W/O/W เกิดเจลช่วยให้โครงสร้างคงสภาพและลดเหตุการณ์ที่ทำให้สูญเสียความคงตัว เช่น การรวมตัวของหยดน้ำภายในเฟสน้ำมัน
การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์สามารถช่วยในการพัฒนาสูตรอิมัลชันแบบน้ำในโอเลโอเจลในน้ำ (W/O/W) โดยช่วยให้ส่วนประกอบของอิมัลชันกระจายตัวและเป็นเนื้อเดียวกัน การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงและความถี่ต่ำ (ที่ความถี่ประมาณ 20–26kHz) สามารถทำให้หยดขนาดใหญ่แตกตัวเป็นหยดที่เล็กลงและมีขนาดสม่ำเสมอมากขึ้น ส่งเสริมการก่อตัวของอิมัลชันที่คงตัว นอกจากนี้ การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์สามารถเพิ่มการบรรจุหยดน้ำเข้าไปในเฟสน้ำมันและปรับปรุงการกระจายตัวของสารก่อโอเลโอเจลภายในเฟสน้ำมัน ทำให้เกิดเจลได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและเพิ่มความคงตัวของอิมัลชัน อีกทั้งการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ยังสามารถช่วยควบคุมการกระจายขนาดของหยดอิมัลชัน ทำให้ได้อิมัลชันที่มีสมบัติตามต้องการ เช่น เนื้อสัมผัส ความรู้สึกในปาก และคุณลักษณะทางประสาทสัมผัสที่ดีขึ้น

แผนภาพแสดงระบบอิมัลชันที่มีโอเลโอเจลเป็นฐานประเภทต่าง ๆ
งานวิจัยและภาพ: ©Pinto et al., 2021

พิสูจน์แล้วทางวิทยาศาสตร์: ประสิทธิผลของการกระจายตัวของโอเลโอเจลด้วยอัลตราซาวนด์

Noonim et al. (2022) ศึกษาผลของการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ด้วยเครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher รุ่น UP200St ต่อสมบัติทางกายภาพ ทางความร้อน และทางโครงสร้าง รวมถึงความคงตัวระหว่างการเก็บรักษาของโอเลโอเจลที่มีน้ำมันปาล์มเป็นฐาน ซึ่งเตรียมโดยใช้ไข carnauba ที่ความเข้มข้นต่างกัน (5% หรือ 10%) และเปรียบเทียบกับโอเลโอเจลที่เตรียมด้วยเครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน (2000 rpm เป็นเวลา 10 min) การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ทำให้สามารถเตรียมโอเลโอเจลที่มีความเข้มข้นของไข carnauba สูงขึ้น (10%) และปรับปรุงสมบัติและความคงตัวของโอเลโอเจลที่มีน้ำมันปาล์มเป็นฐานได้อย่างมีประสิทธิผล (p < 0.05)

โอเลโอเจลสำหรับการใช้งานด้านอาหาร

ขั้นตอนการเตรียมโอเลโอเจลสำหรับมายองเนสวีแกน
 
ครีมประกอบอาหารวีแกนที่มีโอเลโอเจลเป็นฐาน
(เปรียบเทียบกับ Szymanska et al., 2024)
 
ส่วนผสม:

• น้ำมันเรพซีด
• น้ำมันปาล์ม
• น้ำมันลินซีด
• ไข candelilla
• เครื่องดื่มถั่วเหลือง

เตรียมโอเลโอเจล (100 g) ดังนี้: ขั้นแรก กระจายไข candelilla 3–7% (w/w) ในส่วนผสมของน้ำมันเรพซีดที่ผ่านการกลั่นและน้ำมันลินซีด (1:1 w/w) โดยให้ความร้อนเป็นเวลา 10 min ที่ 80 ± 1 °C ในอ่างน้ำ แล้วใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นเวลา 10 s (26 kHz, 72 W, พัลส์ 100%, แอมพลิจูด 100%) ด้วยเครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์ UP200St (Hielscher Ultrasonics) ที่ติดตั้งโซโนโทรดไทเทเนียม S26d7 ทำให้ส่วนผสมที่ใสและเป็นเนื้อเดียวกันเย็นลงโดยปล่อยให้อยู่นิ่งในตู้ควบคุมอุณหภูมิเป็นเวลา 24 h ที่ 20 ± 1 °C จนเกิดโครงสร้างที่เหมาะสม เตรียมโอเลโอเจลซ้ำสามครั้ง
หากคุณสนใจการทำอิมัลชันมายองเนสด้วยอัลตราซาวนด์ คุณสามารถดูสูตร วิดีโอ และข้อมูลโดยละเอียดได้ที่นี่!

การเตรียมอิมัลชันชนิดครีมโดยใช้โอเลโอเจลที่เตรียมด้วยอัลตราซาวนด์

เตรียมอิมัลชันชนิดครีม O/W (30/70 w/w) (100 g) ตามขั้นตอนในงานวิจัยเบื้องต้นของเรา [38] โดยปรับเปลี่ยนเล็กน้อย ทั้งเฟสน้ำ (เครื่องดื่มถั่วเหลืองที่มีโปรตีน 2.6% w/w) และเฟสไขมัน (น้ำมันปาล์มหรือโอเลโอเจล) ถูกอุ่นล่วงหน้าจนถึง 55 °C และทำให้เป็นเนื้อเดียวกันทันทีโดยใช้เครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์ UP200St (Hielscher Ultrasonics) ที่ความถี่ 26 kHz ใช้พารามิเตอร์ดังต่อไปนี้: พัลส์ 100%, แอมพลิจูด 80%, จุ่มโซโนโทรดลึก 15 mm ที่บริเวณกึ่งกลางบีกเกอร์ (ความจุ 200 mL) กำหนดเวลาในการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันที่ 2.5 min (τ) โดยอาศัยผลการทดสอบทางเทคโนโลยีและการทดสอบเบื้องต้น โดยคำนึงถึงอุณหภูมิของตัวอย่างที่เพิ่มขึ้น (สำหรับ τ = 2.5 min: ความหนาแน่นพลังงาน: 69.1 ± 0.4 J∙g–1, อุณหภูมิสูงสุด: 61.0 ± 0.3 °C) เติม sodium benzoate 0.15% (w/w) ลงในเฟสน้ำเพื่อเป็นสารต้านแบคทีเรีย

สารก่อโอเลโอเจลที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับโอเลโอเจลเกรดอาหาร
แผนภาพ: ©Perta-Crisan et al., 2023.