Oleojeller: Sonikasyon Oleojel Formülasyonlarını Nasıl İyileştirir?

Oleojeller, çok çeşitli sektörlerde uygulamaları bulunan, doku, stabilite ve işlevsellik açısından benzersiz faydalar sunan çok yönlü malzemelerdir. Prob tipi sonikatörlerin kullanılması, oleojellerin sentezini ve performansını önemli ölçüde iyileştirerek onları çeşitli endüstriyel uygulamalar için daha uygun hâle getirir.

Oleojeller Nedir?

Oleojeller, oleojel oluşturucular veya jelleştirici maddeler gibi yapılandırıcı maddelerin oluşturduğu üç boyutlu bir ağ içinde hareketsizleştirilmiş bir yağ fazından oluşan yarı katı sistemlerdir. Bu yapılandırıcı maddeler, yağlarda jel benzeri bir kıvam oluşmasına yardımcı olarak stabil, sürülebilir ve çoğunlukla şeffaf veya yarı saydam bir ürün ortaya çıkarır. Oleojeller; gıda, kozmetik, ilaç ve endüstriyel yağlayıcılar dâhil olmak üzere çeşitli sektörlerde uygulama alanı bulur ve gıda ürünlerinde dokunun iyileştirilmesi, cilt bakım ürünlerinde nemlendirme, farmasötik ürünlerde kontrollü ilaç iletimi ve endüstriyel ve kozmetik formülasyonlarda yağlama özelliklerinin geliştirilmesi gibi faydalar sunar.
Oleojeller, sonikasyon olarak bilinen bir işlemle güçlü ultrason dalgaları kullanılarak üretildiğinde, bu yağ bazlı jellerin sentezi iyileşir. Sonikasyonun etkilerinin oleojel oluşumunu nasıl kolaylaştırdığını aşağıda okuyun!

Ultrasonik homojenizasyon, oleojellerin formülasyonunu kolaylaştırır ve iyileştirir.

Oleojellerin Ultrasonik Karıştırılması

Ultrasonikasyon, yapılandırıcı maddelerin yağ fazı içindeki dispersiyonunu ve dağılımını iyileştirerek oleojellerin sentezini geliştirebilir. Oleojel oluşturucuları içeren yağ karışımına yüksek yoğunluklu ultrason dalgaları uygulandığında, yapılandırıcı maddelerin eşit biçimde karışmasını ve dağılmasını teşvik ederek daha homojen bir jel ağı oluşmasına yol açar. Ayrıca sonikasyon, daha küçük ve daha tekdüze parçacıkların oluşumunu kolaylaştırarak oleojelin daha ince bir dokuya ve daha iyi stabiliteye sahip olmasını sağlayabilir. Ultrasonun oluşturduğu kavitasyon etkileri, daha büyük agregatları parçalayabilir ve jel matrisi içinde daha küçük, daha eşit dağılmış yapıların oluşumunu teşvik edebilir.

Oleojel Sentezi için Ultrasonik Doğrudan Dispersiyon

Dispersiyon Şablonlu Oleojel: Doğrudan dispersiyon yönteminde sonikasyon, oleojel oluşturucuyu erime noktasının üzerindeki sıcaklıklarda doğrudan sıvı yağ içinde dağıtmak için kullanılır. Bunu, jelleştirici ağının katılaştığı ve yağı katı bir yapı içinde hapsederek oleojeli oluşturduğu bir soğutma aşaması izler. Bu doğrudan ultrasonik dispersiyon yaklaşımı uygulandığında, jelleşme işlemi kullanılan yapılandırıcının niteliğine bağlı olarak iki farklı ağ mimarisi oluşturabilir: kristalit konformasyonları veya kendiliğinden bir araya gelen ağlar.

Oleojel Sentezi için Ultrasonik Emülsiyon

Emülsiyon Şablonlu Oleojel: Prob tipi sonikasyonla elde edilen ultrasonik emülsiyon, öncelikle mikron ve nano düzeylerinde verimli ve tutarlı karıştırma sağlayarak oleojel sentezi için çeşitli avantajlar sunar. Yüksek yoğunluklu ultrason dalgaları, sulu fazdaki yağı ve jelleştiriciyi eşit boyutlu damlacıklara ayıran yoğun sonomekanik kesme kuvvetleri ve akustik kavitasyon oluşturur. Bu, istenen dokuya ve yapısal özelliklere sahip oleojellerin oluşumu açısından önemli olan daha stabil ve homojen bir emülsiyona yol açar. Ayrıca sonikasyonun yerel ısıtma etkisi, jelleştiricilerin yağ fazı içindeki çözünmesini ve etkileşimini artırarak jelleşme işlemini iyileştirebilir. Sonuç olarak ultrasonik emülsiyon; gıda, ilaç ve kozmetik dâhil olmak üzere çeşitli uygulamalarda üstün stabiliteye, kıvama ve performansa sahip oleojellerin üretimini kolaylaştırır.

Su İçinde Oleojel İçinde Su Emülsiyonlarının Ultrasonik Homojenizasyonu

Su içinde oleojel içinde su (W/O/W) emülsiyonları, onları gıda uygulamaları için ideal kılan olağanüstü işlevler sunar. Örneğin, su içinde oleojel içinde su emülsiyonlarının probiyotiklerin iletilmesi ve gıda aromalarının korunması için mükemmel bir taşıyıcı olduğu bulunmuştur. Ultrasonik emülsifikasyon, sulu ve yağlı fazları verimli biçimde birleştirerek çift emülsiyonlar, yani W/O/W emülsiyonları oluşturur. Yağlı ürünlerin yağ küreciklerinin içine sulu damlacıkların dâhil edilmesi, yağ içeriklerini azaltır. W/O/W emülsiyonlarında yağ fazının jelleşmesi, yapısal bütünlük kazandırır ve yağ fazı içindeki su damlacıklarının birleşmesi gibi destabilizasyon olaylarını azaltır.
Sonikasyon, emülsiyon bileşenlerinin dispersiyonunu ve homojenizasyonunu kolaylaştırarak su içinde oleojel içinde su (W/O/W) emülsiyonlarının formülasyonuna yardımcı olabilir. Yüksek yoğunluklu, düşük frekanslı sonikasyon (yaklaşık 20–26kHz frekanslarda), büyük damlacıkları daha küçük ve daha tekdüze damlacıklara ayırarak stabil emülsiyonların oluşumunu teşvik edebilir. Ayrıca sonikasyon, sulu damlacıkların yağ fazına dâhil edilmesini artırabilir ve oleojel oluşturucunun yağ fazı içindeki dispersiyonunu iyileştirerek daha verimli jelleşmeye ve emülsiyon stabilitesinin artmasına yol açabilir. Bunun yanı sıra sonikasyon, emülsiyon damlacıklarının boyut dağılımını kontrol etmeye yardımcı olarak iyileştirilmiş doku, ağız hissi ve duyusal nitelikler gibi istenen özelliklere sahip emülsiyonlar elde edilmesini sağlayabilir.

Farklı oleojel bazlı emülsiyon sistemi türlerini gösteren şema.
Çalışma ve görsel: ©Pinto et al., 2021

Bilimsel Olarak Kanıtlanmış: Oleojellerin Ultrasonik Dispersiyonunun Etkinliği

Noonim et al. (2022), Hielscher UP200St sonikatörüyle uygulanan sonikasyonun, farklı karnauba mumu konsantrasyonları (%5 veya %10) kullanılarak hazırlanan palm yağı bazlı oleojellerin fiziksel, termal ve yapısal özellikleri ile depolama stabilitesi üzerindeki etkisini araştırmış ve bu oleojelleri bir homojenizatörle hazırlanan oleojellerle karşılaştırmıştır (10 min boyunca 2000 rpm). Sonikasyon, daha yüksek karnauba mumu konsantrasyonuyla (%10) oleojellerin hazırlanmasına olanak tanımış ve palm yağı bazlı oleojelin özelliklerini ve stabilitesini etkili biçimde iyileştirmiştir (p < 0,05).

Gıda Uygulamaları için Oleojel

Vegan Mayonez için Üretilen bir Oleojelin Hazırlanma Protokolü
 
Oleojel Bazlı Vegan Yemek Kreması
(bkz. Szymanska et al., 2024)
 
Malzemeler:

• kolza yağı
• palm yağı
• keten tohumu yağı
• kandelilla mumu
• soya içeceği

Oleojeller (100 g) şu şekilde hazırlanmıştır: İlk olarak, %3–7 kandelilla mumu (w/w), rafine kolza ve keten tohumu yağlarından oluşan bir karışımda (1:1 w/w), su banyosunda 80 ± 1 °C sıcaklıkta 10 min ısıtılarak ve ardından titanyum S26d7 sonotroduyla donatılmış UP200St ultrasonik homojenizatörü (Hielscher Ultrasonics) kullanılarak 10 s sonikasyon uygulanarak dağıtılmıştır (26 kHz, 72 W, %100 darbe, %100 genlik). Berrak, homojen karışım, uygun yapı oluşana kadar termostatik bir kabinde 20 ± 1 °C sıcaklıkta 24 h boyunca hareketsiz hâlde soğutulmuştur. Oleojeller üç tekrarla elde edilmiştir.
Mayonezin ultrasonik emülsifikasyonuyla ilgileniyorsanız tarifi, videoyu ve ayrıntılı bilgileri burada bulabilirsiniz!

Ultrasonik Oleojel Kullanılarak Krema Tipi Emülsiyonların Hazırlanması

Krema tipi O/W (30/70 w/w) emülsiyonları (100 g), ön araştırmamızdaki [38] prosedüre göre küçük değişikliklerle hazırlanmıştır. Hem sulu faz (%2,6 w/w protein içeren soya içeceği) hem de lipit fazı (palm yağı veya oleojel) 55 °C’ye kadar önceden ısıtılmış ve hemen ardından 26 kHz frekanslı UP200St ultrasonik homojenizatörü (Hielscher Ultrasonics) kullanılarak homojenize edilmiştir. Şu parametreler kullanılmıştır: %100 darbe, %80 genlik, sonotrodun beherin (200 mL kapasiteli) orta kısmına 15 mm daldırılması. 2,5 min homojenizasyon süresi (τ), numunelerin artan sıcaklığı dikkate alınarak teknolojik testlerin ve ön testlerin sonuçlarına göre belirlenmiştir (τ = 2,5 min için: enerji yoğunluğu: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, maksimum sıcaklık: 61,0 ± 0,3 °C). Antibakteriyel madde olarak sulu faza %0,15 (w/w) sodyum benzoat eklenmiştir.

Gıdaya uygun oleojeller için en yaygın kullanılan oleojel oluşturucular.
Şema: ©Perta-Crisan et al., 2023.