Oleogel: Cách xử lý siêu âm cải thiện công thức oleogel
Oleogel là vật liệu đa dụng được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, mang lại những lợi ích độc đáo về kết cấu, độ ổn định và tính năng. Việc sử dụng thiết bị siêu âm dạng đầu dò cải thiện đáng kể quá trình tổng hợp và hiệu năng của oleogel, giúp chúng phù hợp hơn với nhiều ứng dụng công nghiệp.
Oleogel là gì?
Oleogel là hệ bán rắn gồm một pha dầu được cố định trong mạng lưới ba chiều của các chất tạo cấu trúc, chẳng hạn như chất tạo oleogel hoặc chất tạo gel. Các chất tạo cấu trúc này giúp dầu có độ đặc giống gel, tạo ra sản phẩm ổn định, dễ phết và thường trong suốt hoặc bán trong suốt. Oleogel được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và chất bôi trơn công nghiệp, mang lại những lợi ích như cải thiện kết cấu của sản phẩm thực phẩm, dưỡng ẩm trong sản phẩm chăm sóc da, phân phối thuốc có kiểm soát trong dược phẩm và tăng cường đặc tính bôi trơn trong các công thức công nghiệp và mỹ phẩm.
Khi oleogel được sản xuất bằng sóng siêu âm mạnh, thông qua một quá trình gọi là xử lý siêu âm, quá trình tổng hợp các gel nền dầu này được cải thiện. Hãy đọc phần dưới đây để tìm hiểu cách các tác động của xử lý siêu âm tạo thuận lợi cho sự hình thành oleogel!
Thiết bị siêu âm UP400St để điều chế oleogel.
Đồng nhất hóa bằng siêu âm tạo thuận lợi và cải thiện việc tạo công thức oleogel.
Trộn oleogel bằng siêu âm
Xử lý siêu âm có thể cải thiện quá trình tổng hợp oleogel bằng cách tăng cường sự phân tán và phân bố của các chất tạo cấu trúc trong pha dầu. Khi sóng siêu âm cường độ cao được áp dụng vào hỗn hợp dầu chứa chất tạo oleogel, chúng thúc đẩy sự trộn và phân tán đồng đều của các chất tạo cấu trúc, tạo ra mạng lưới gel đồng nhất hơn. Ngoài ra, xử lý siêu âm có thể tạo thuận lợi cho sự hình thành các hạt nhỏ hơn và đồng đều hơn, giúp oleogel có kết cấu mịn hơn và độ ổn định cao hơn. Các hiệu ứng xâm thực do siêu âm tạo ra có thể phá vỡ các khối kết tụ lớn hơn và thúc đẩy sự hình thành các cấu trúc nhỏ hơn, phân tán đồng đều hơn trong nền gel.
Phân tán trực tiếp bằng siêu âm để tổng hợp oleogel
Oleogel được tạo theo khuôn phân tán: Trong phương pháp phân tán trực tiếp, xử lý siêu âm được sử dụng để phân tán chất tạo oleogel trực tiếp vào dầu lỏng ở nhiệt độ cao hơn điểm nóng chảy của chất tạo oleogel, tiếp theo là giai đoạn làm nguội, trong đó mạng lưới chất tạo gel đông rắn, bao giữ dầu trong một khung rắn, từ đó tạo thành oleogel. Khi áp dụng phương pháp phân tán trực tiếp bằng siêu âm này, quá trình tạo gel có thể tạo ra hai kiểu kiến trúc mạng lưới khác nhau, tùy thuộc vào bản chất của chất tạo cấu trúc được sử dụng: các cấu hình tinh thể nhỏ hoặc mạng lưới tự lắp ráp.
Nhũ hóa bằng siêu âm để tổng hợp oleogel
Oleogel được tạo theo khuôn nhũ tương: Nhũ hóa bằng siêu âm sử dụng thiết bị siêu âm dạng đầu dò mang lại nhiều lợi thế cho quá trình tổng hợp oleogel, chủ yếu nhờ khả năng trộn hiệu quả và nhất quán ở cấp độ micromet và nanomet. Sóng siêu âm cường độ cao tạo ra lực cắt cơ học mạnh do siêu âm và hiện tượng xâm thực âm, phân chia dầu và chất tạo gel trong pha nước thành các giọt có kích thước đồng đều. Điều này tạo ra nhũ tương ổn định và đồng nhất hơn, có ý nghĩa quan trọng đối với sự hình thành oleogel có kết cấu và đặc tính cấu trúc mong muốn. Ngoài ra, hiệu ứng gia nhiệt cục bộ của xử lý siêu âm có thể tăng cường sự hòa tan và tương tác của các chất tạo gel trong pha dầu, cải thiện quá trình tạo gel. Nhờ đó, nhũ hóa bằng siêu âm tạo thuận lợi cho việc sản xuất oleogel có độ ổn định, độ đồng nhất và hiệu năng vượt trội trong nhiều ứng dụng, bao gồm thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.
Thiết bị đồng nhất hóa bằng siêu âm để tạo công thức oleogel trong sản xuất năng suất cao.
Đồng nhất hóa nhũ tương nước trong oleogel trong nước bằng siêu âm
Nhũ tương nước trong oleogel trong nước (W/O/W) có các tính năng vượt trội, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng thực phẩm. Chẳng hạn, nhũ tương nước trong oleogel trong nước đã được chứng minh là chất mang rất tốt để đưa lợi khuẩn vào thực phẩm và bảo vệ hương thơm của thực phẩm. Quá trình nhũ hóa bằng siêu âm phối trộn hiệu quả pha nước và pha dầu thành nhũ tương kép, tức là nhũ tương W/O/W. Việc đưa các giọt nước vào bên trong các giọt dầu của sản phẩm giàu chất béo làm giảm hàm lượng chất béo của chúng. Quá trình tạo gel của pha dầu trong nhũ tương W/O/W giúp duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc và giảm thiểu các hiện tượng gây mất ổn định như sự hợp giọt của các giọt nước trong pha dầu.
Xử lý bằng siêu âm có thể hỗ trợ bào chế nhũ tương nước trong oleogel trong nước (W/O/W) bằng cách tạo thuận lợi cho quá trình phân tán và đồng nhất hóa các thành phần nhũ tương. Xử lý siêu âm cường độ cao, tần số thấp (ở tần số khoảng 20–26kHz) có thể phá vỡ các giọt lớn thành những giọt nhỏ hơn, đồng đều hơn, thúc đẩy sự hình thành nhũ tương ổn định. Ngoài ra, xử lý bằng siêu âm có thể tăng cường việc đưa các giọt nước vào pha dầu và cải thiện sự phân tán của chất tạo oleogel trong pha dầu, giúp quá trình tạo gel hiệu quả hơn và tăng độ ổn định của nhũ tương. Hơn nữa, xử lý bằng siêu âm có thể giúp kiểm soát phân bố kích thước giọt nhũ tương, tạo ra nhũ tương có các đặc tính mong muốn như kết cấu, cảm giác trong miệng và các thuộc tính cảm quan được cải thiện.
Sơ đồ biểu diễn các loại hệ nhũ tương dựa trên oleogel khác nhau.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Pinto et al., 2021
Đã được khoa học chứng minh: Hiệu quả của quá trình phân tán oleogel bằng siêu âm
Noonim et al. (2022) đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc xử lý bằng siêu âm sử dụng thiết bị siêu âm UP200St của Hielscher đối với các tính chất vật lý, nhiệt và cấu trúc cũng như độ ổn định khi bảo quản của oleogel nền dầu cọ được điều chế với các nồng độ sáp carnauba khác nhau (5% hoặc 10%), đồng thời so sánh với oleogel được điều chế bằng máy đồng nhất hóa (2000 rpm trong 10 min). Xử lý bằng siêu âm cho phép điều chế oleogel có nồng độ sáp carnauba cao hơn (10%) và cải thiện hiệu quả các tính chất cũng như độ ổn định của oleogel nền dầu cọ (p < 0,05).
Oleogel cho các ứng dụng thực phẩm
Quy trình điều chế oleogel dùng cho xốt mayonnaise thuần chay
Kem nấu ăn thuần chay dựa trên oleogel
(xem Szymanska et al., 2024)
Nguyên liệu:
- dầu hạt cải
- dầu cọ
- dầu hạt lanh
- sáp candelilla
- đồ uống đậu nành
Các oleogel (100 g) được điều chế như sau: Đầu tiên, 3–7% sáp candelilla (w/w) được phân tán trong hỗn hợp dầu hạt cải và dầu hạt lanh tinh luyện (1:1 w/w) bằng cách gia nhiệt trong 10 min ở 80 ± 1 °C trong bể điều nhiệt nước, sau đó xử lý bằng siêu âm trong 10 s (26 kHz, 72 W, 100% xung, 100% biên độ) bằng máy đồng nhất hóa siêu âm UP200St (Hielscher Ultrasonics), được trang bị đầu siêu âm titan S26d7. Hỗn hợp trong suốt, đồng nhất được làm nguội ở trạng thái tĩnh trong tủ ổn nhiệt trong 24 h ở 20 ± 1 °C, cho đến khi hình thành cấu trúc thích hợp. Việc điều chế oleogel được lặp lại ba lần.
Nếu bạn quan tâm đến quá trình nhũ hóa mayonnaise bằng siêu âm, bạn sẽ tìm thấy công thức, video và thông tin chi tiết tại đây!
Điều chế nhũ tương dạng kem bằng oleogel được tạo bằng siêu âm
Nhũ tương O/W dạng kem (30/70 w/w) (100 g) được điều chế theo quy trình trong nghiên cứu sơ bộ của chúng tôi [38] với một số điều chỉnh nhỏ. Cả pha nước (đồ uống từ đậu nành chứa 2,6% w/w protein) và pha lipid (dầu cọ hoặc oleogel) đều được gia nhiệt trước đến 55 °C và ngay lập tức được đồng nhất hóa bằng máy đồng nhất hóa siêu âm UP200St (Hielscher Ultrasonics) với tần số 26 kHz. Các thông số sau được sử dụng: xung 100%, biên độ 80%, đầu sonotrode được nhúng sâu 15 mm tại phần giữa cốc có mỏ (dung tích 200 mL). Thời gian đồng nhất hóa 2,5 min (τ) được xác định dựa trên kết quả của các thử nghiệm công nghệ và thử nghiệm sơ bộ, có tính đến sự gia tăng nhiệt độ của các mẫu (với τ = 2,5 min: mật độ năng lượng: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, nhiệt độ tối đa: 61,0 ± 0,3 °C). Natri benzoat ở mức 0,15% (w/w) được bổ sung vào pha nước làm chất kháng khuẩn.
Các chất tạo oleogel được sử dụng phổ biến nhất cho oleogel cấp thực phẩm.
Sơ đồ: ©Perta-Crisan et al., 2023.
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Máy siêu âm UIP2000hdT để sản xuất oleogel ở quy mô công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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.
Những điều đáng biết
Oleogel là gì? – Định nghĩa về oleogel
Gel là một loại hệ keo gồm một mạng lưới ba chiều có tính chất giống chất rắn, trong đó một pha lỏng bị giữ lại.
Các công thức gel có thể được chia thành hai nhóm chính theo dung môi được sử dụng để sản xuất; hydrogel chỉ trường hợp pha lỏng là nước, còn organogel (hoặc oleogel) chỉ trường hợp chất lỏng phân tán là dung môi hữu cơ và được tạo cấu trúc bởi một chất tạo gel hữu cơ.
Organogel là các công thức bán cứng được xem là hệ hai pha liên tục, gồm hai pha: chất tạo gel và dung môi hữu cơ. Khi được sử dụng trong công thức organogel ở nồng độ dưới 15%, chất tạo gel có thể trải qua các biến đổi vật lý và hóa học tạo ra các cấu trúc tự lắp ráp; các cấu trúc này đan xen với nhau, hình thành một mạng lưới ba chiều. Dung môi hữu cơ được giữ lại và cố định trong các khoảng trống của mạng lưới chất tạo gel. Nếu dung môi được sử dụng là dầu lỏng, thì thuật ngữ oleogel cũng phù hợp với các công thức này. Do đó, oleogel cho phép khai thác những đặc tính không tương thích với hydrogel, chẳng hạn như tính kỵ nước của các hợp chất. Một trong những ưu điểm chính của oleogel là khả năng mang các hợp chất có hoạt tính sinh học ưa lipid, điều này rất hữu ích trong cả ứng dụng dược phẩm và thực phẩm. Tác động kết hợp giữa cấu trúc và lợi ích sức khỏe củng cố vai trò quan trọng mà oleogel có thể đảm nhiệm trong các sản phẩm thực phẩm mới, vì chúng có thể được điều chỉnh để đáp ứng các đặc tính lý tưởng cho một sản phẩm thực phẩm, đóng vai trò là chất thay thế có lợi cho sức khỏe cho chất béo rắn.
Các chất tạo gel cho dầu ăn có thể được chia sơ bộ thành hai nhóm dựa trên khối lượng phân tử: chất tạo gel hữu cơ có khối lượng phân tử thấp (LMOGs) và chất tạo gel polyme. LMOGs chủ yếu bao gồm sáp, chất tạo gel gốc sterol, dẫn xuất axit béo và monoacylglycerol.
Các ngành thường sử dụng oleogel bao gồm:
- Ngành thực phẩm: Oleogel được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm để thay thế hoặc giảm hàm lượng chất béo rắn như bơ hoặc bơ thực vật. Chúng có thể được bổ sung vào các sản phẩm phết, bơ thực vật, sản phẩm bánh, bánh kẹo và thực phẩm chế biến để cải thiện kết cấu, cảm giác trong miệng và độ ổn định trong quá trình bảo quản. Oleogel cũng có thể đóng vai trò là chất mang hương liệu, chất dinh dưỡng và các thành phần chức năng trong công thức thực phẩm.
- Mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân: Trong ngành mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân, oleogel được sử dụng trong nhiều sản phẩm chăm sóc da và tóc. Chúng có thể có mặt trong kem, sữa dưỡng, sáp dưỡng và các sản phẩm tạo kiểu tóc để cung cấp khả năng dưỡng ẩm, làm mềm và dưỡng da hoặc tóc. Oleogel mang lại các ưu điểm như không gây nhờn, dễ thoa mượt mà và tăng cường đưa hoạt chất đến da hoặc tóc.
- Dược phẩm: Oleogel được ứng dụng trong dược phẩm dưới dạng các chế phẩm dùng tại chỗ để đưa thuốc vào cơ thể. Chúng có thể làm nền cho thuốc mỡ, gel và miếng dán qua da, giúp giải phóng có kiểm soát và cải thiện khả năng thấm qua da của các hoạt chất điều trị. Oleogel mang lại những ưu điểm như động học giải phóng kéo dài, tăng sinh khả dụng và cải thiện mức độ tuân thủ điều trị của bệnh nhân khi được sử dụng trong các công thức dược phẩm.
- Chất bôi trơn công nghiệp và mỹ phẩm: Oleogel được sử dụng làm chất bôi trơn trong các ứng dụng công nghiệp như gia công kim loại, gia công cơ khí và mỡ bôi trơn. Chúng mang lại những ưu điểm như độ ổn định nhiệt cao, khả năng chống oxy hóa và tính bôi trơn vượt trội so với các chất bôi trơn thông thường. Trong các công thức mỹ phẩm, oleogel có thể được đưa vào chất bôi trơn cá nhân và dầu massage nhờ kết cấu mượt, không dính và đặc tính bôi trơn lâu dài.
Hielscher Ultrasonics sản xuất các máy đồng hóa siêu âm hiệu suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.