Олеогелі: як ультразвукова обробка покращує формуляції олеогелів

Олеогелі – це універсальні матеріали, що мають застосування в широкому спектрі промисловостей, пропонуючи унікальні переваги з точки зору текстури, стабільності та функціональності. Використання ультразвукових гомогенізаторів зондового типу суттєво покращує синтез та ефективність олеогелів, роблячи їх більш придатними для різних промислових застосувань.

Що таке олеогелі?

Олеогелі – це напівтверді системи, що складаються з олії, іммобілізованої в тривимірній мережі структуроутворювачів, таких як олеогелюючі агенти або гелеутворювачі. Ці структуроутворювачі допомагають створити гелеподібну консистенцію в оліях, в результаті чого отримується стабільний, пластичний і часто прозорий або напівпрозорий продукт. Олеогелі знаходять застосування в різних галузях промисловості, включаючи харчову, косметичну, фармацевтичну та промислові мастила, пропонуючи такі переваги, як покращення текстури харчових продуктів, зволоження в засобах для догляду за шкірою, контрольована доставка ліків у фармацевтиці та покращені мастильні властивості в промислових і косметичних формуляціях.
Коли олеогелі виробляються за допомогою потужних ультразвукових хвиль, процес, відомий як ультразвукова обробка, покращує синтез цих олієвмісних гелів. Прочитайте нижче, як ефекти ультразвукової обробки сприяють утворенню олеогелів!

Ультразвукова гомогенізація сприяє та покращує формуляцію олеогелів.

Ультразвукове змішування олеогелів

Ультразвукова обробка може покращити синтез олеогелів, посилюючи диспергування та розподіл структуроутворювачів у олії. Коли високоінтенсивні ультразвукові хвилі застосовуються до олії, що містить олеогелюючі агенти, вони сприяють однорідному змішуванню та диспергуванню структуроутворювачів, що призводить до більш гомогенної гелевої мережі. Крім того, ультразвукова обробка може сприяти утворенню менших і більш однорідних частинок, що призводить до більш тонкої текстури та покращеної стабільності олеогелю. Ефекти кавітації, що генеруються ультразвуком, можуть руйнувати більші агрегати та сприяти утворенню менших, більш рівномірно диспергованих структур у матриці гелю.

Ультразвукове пряме диспергування для синтезу олеогелів

Олеогел на основі диспергування: Для методу прямого диспергування ультразвукова обробка використовується для диспергування олеогелюючого агента безпосередньо в рідку олію при температурах, що перевищують його температуру плавлення, за якою слідує фаза охолодження, де мережа гелеутворювача затвердіває, інкапсулюючи олію в твердому каркасі, таким чином утворюючи олеогель. Використовуючи цей підхід прямого ультразвукового диспергування, процес гелеутворення може генерувати дві різні архітектури мережі, залежно від природи використаного структуроутворювача: кристалітні конформації або самозібрані мережі.

Ультразвукова емульсія для синтезу олеогелів

Олеогел на основі емульсії: Ультразвукова емульсія за допомогою зондової ультразвукової обробки пропонує кілька переваг для синтезу олеогелів, насамперед завдяки забезпеченню ефективного та послідовного змішування на мікро- та нанорівні. Високоінтенсивні ультразвукові хвилі створюють інтенсивні сономеханічні зсувні сили та акустичну кавітацію, які розбивають олію та гелеутворювач у водній фазі на краплі однорідного розміру. Це призводить до більш стабільної та гомогенної емульсії, що важливо для утворення олеогелів із бажаними текстурними та структурними властивостями. Крім того, локальний ефект нагрівання від ультразвукової обробки може посилити розчинення та взаємодію гелеутворювачів у олії, покращуючи процес гелеутворення. Отже, ультразвукова емульсія сприяє виробництву олеогелів із вищою стабільністю, послідовністю та ефективністю в різних застосуваннях, включаючи харчову промисловість, фармацевтику та косметику.

Ультразвукова гомогенізація емульсій типу «вода в олеогелі в воді»

Емульсії типу «вода в олеогелі в воді» (W/O/W) пропонують виняткові функціональні властивості, що робить їх ідеальними для харчових застосувань. Наприклад, було виявлено, що емульсії типу «вода в олеогелі в воді» є чудовим носієм для доставки пробіотиків та захисту харчових ароматів. Ультразвукова емульсифікація ефективно змішує водну та олійну фази в подвійні емульсії, тобто емульсії W/O/W. Включення водних крапель у масляні глобули жирних продуктів знижує їхній вміст жиру. Гелеутворення олійної фази в емульсіях W/O/W надає структурної цілісності та пом’якшує дестабілізаційні процеси, такі як коалесценція крапель води в олійній фазі.
Ультразвукова обробка може сприяти формуванню емульсій типу «вода в олеогелі в воді» (W/O/W), полегшуючи диспергування та гомогенізацію компонентів емульсії. Ультразвукова обробка високої інтенсивності та низької частоти (на частотах приблизно 20–26 kHz) може розбивати більші краплі на менші, більш однорідні краплі, сприяючи утворенню стабільних емульсій. Крім того, ультразвукова обробка може покращити включення водних крапель в олійну фазу та покращити дисперсію олеогелатора в олійній фазі, що призводить до більш ефективного гелеутворення та підвищеної стабільності емульсії. Більш того, ультразвукова обробка може допомогти контролювати розподіл розмірів крапель емульсії, в результаті чого емульсії мають бажані властивості, такі як покращена текстура, відчуття в роті та сенсорні характеристики.

Схема, що представляє різні типи емульсійних систем на основі олеогелів.
Дослідження та зображення: ©Pinto et al., 2021

Науково доведено: Ефективність ультразвукового диспергування олеогелів

Noonim et al. (2022) досліджували вплив ультразвукової обробки за допомогою ультразвукового гомогенізатора Hielscher UP200St на фізичні, термічні та структурні властивості, а також на стабільність при зберіганні олеогелів на основі пальмової олії, приготованих з використанням різних концентрацій карнаубського воску (5% або 10%), і порівнювали їх з олеогелями, приготованими за допомогою гомогенізатора (2000 rpm протягом 10 хв). Ультразвукова обробка дозволила приготувати олеогелі з вищою концентрацією карнаубського воску (10%) та ефективно покращила властивості та стабільність олеогелів на основі пальмової олії (p < 0,05).

Олеогелі для харчових застосувань

Протокол для олеогелу, виробленого для веганського майонезу

Веганська кулінарна вершки на основі олеогелу
(див. Szymanska et al., 2024)

Інгредієнти:

• олія ріпакова
• олія пальмова
• олія лляна
• воск канделильський
• соевий напій

Олеогелі (100 g) були приготовані наступним чином: По-перше, 3–7% канделильського воску (w/w) диспергували в суміші рафінованої олії ріпакової та лляної олії (1:1 w/w) шляхом нагрівання протягом 10 хв при 80 ± 1 °C у водяній бані, а потім ультразвукової обробки протягом 10 s (26 kHz, 72 W, 100% імпульс, 100% амплітуда) за допомогою ультразвукового гомогенізатора UP200St (Hielscher Ultrasonics), обладнаного титановим сонотродом S26d7. Прозору, однорідну суміш статично охолоджували в термостатичній шафі протягом 24 h при 20 ± 1 °C, доки не утворилася належна структура. Олеогелі були отримані в трьох повтореннях.
Якщо вас цікавить ультразвукова емульсифікація майонезу, ви знайдете рецепт, відео та детальну інформацію тут!

Приготування емульсій кремового типу за допомогою ультразвукового олеогелу

Емульсії типу «крем» O/W (30/70 w/w) (100 g) були приготовані згідно з процедурою, описаною в нашому попередньому дослідженні [38], з незначними модифікаціями. І водну фазу (соевий напій, що містить 2,6% w/w білка), і ліпідну фазу (пальмова олія або олеогель) попередньо нагрівали до 55 °C і негайно гомогенізували, використовуючи ультразвуковий гомогенізатор UP200St (Hielscher Ultrasonics) з частотою 26 kHz. Були використані наступні параметри: 100% імпульс, 80% амплітуда, занурення сонотрода на 15 mm у центральну частину склянки (ємність 200 mL). Час гомогенізації 2,5 min (τ) був визначений на основі результатів технологічних тестів і попередніх випробувань, з урахуванням зростання температури зразків (для τ = 2,5 min: енергетична щільність: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, макс. температура: 61,0 ± 0,3 °C). До водної фази було додано 0,15% (w/w) бензоату натрію як антибактеріальний агент.

Найчастіше використовувані олеогелюючі агенти для олеогелів харчового класу.
Схема: ©Perta-Crisan et al., 2023.