Oleogels: How Sonication Improves Oleogel Formulations
Oleogels là vật liệu linh hoạt với các ứng dụng trong một loạt các ngành công nghiệp, mang lại những lợi ích độc đáo về kết cấu, độ ổn định và chức năng. Sử dụng sonicators loại đầu dò cải thiện đáng kể sự tổng hợp và hiệu suất của oleogels, làm cho chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau.
Oleogels là gì?
Oleogel là các hệ thống bán rắn bao gồm một pha dầu cố định trong một mạng lưới ba chiều của các tác nhân cấu trúc, chẳng hạn như oleogelators hoặc chất keo. Các tác nhân cấu trúc này giúp tạo ra sự nhất quán giống như gel trong dầu, dẫn đến một sản phẩm ổn định, có thể lan truyền và thường trong suốt hoặc mờ. Oleogels tìm thấy các ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và chất bôi trơn công nghiệp, mang lại những lợi ích như cải thiện kết cấu trong các sản phẩm thực phẩm, giữ ẩm trong các mặt hàng 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 mẽ, một quá trình được gọi là sonication, sự tổng hợp của các gel gốc dầu này được cải thiện. Đọc bên dưới làm thế nào các hiệu ứng của sonication tạo điều kiện cho sự hình thành của oleogels!
Sonicator UP400ST để chuẩn bị oleogels.
Siêu âm homogneization tạo điều kiện và cải thiện việc xây dựng oleogels.
Siêu âm trộn Oleogels
Ultrasonication có thể cải thiện sự tổng hợp của oleogels bằng cách tăng cường sự phân tán và phân phối của các tác nhân cấu trúc trong giai đoạn dầu. Khi sóng siêu âm cường độ cao được áp dụng cho hỗn hợp dầu có chứa oleogelators, chúng thúc đẩy sự pha trộn và phân tán đồng đều của các tác nhân cấu trúc, dẫn đến một mạng lưới gel đồng nhất hơn. Ngoài ra, sonication có thể tạo điều kiện cho sự hình thành các hạt nhỏ hơn và đồng đều hơn, dẫn đến kết cấu mịn hơn và cải thiện sự ổn định của oleogel. Các hiệu ứng xâm thực được tạo ra bởi siêu âm có thể phá vỡ các tập hợp lớn hơn và thúc đẩy sự hình thành các cấu trúc nhỏ hơn, phân tán đều hơn trong ma trận gel.
Siêu âm phân tán trực tiếp cho tổng hợp oleogel
Oleogel phân tán-khuôn mẫu: Đối với phương pháp phân tán trực tiếp, sonication được sử dụng để phân tán oleogelator trực tiếp vào dầu lỏng ở nhiệt độ vượt quá điểm nóng chảy của nó, thành công bằng pha làm mát nơi mạng lưới gelator đông đặc, đóng gói dầu trong một khung rắn, do đó mang lại oleogel. Sử dụng phương pháp phân tán siêu âm trực tiếp này, quá trình tạo gel có thể tạo ra hai kiến trúc mạng riêng biệt, tùy thuộc vào bản chất của cấu trúc được sử dụng: cấu trúc tinh thể hoặc mạng tự lắp ráp.
Nhũ tương siêu âm cho tổng hợp oleogel
Oleogel khuôn mẫu nhũ tương: Nhũ tương siêu âm sử dụng sonication loại đầu dò cung cấp một số lợi thế cho tổng hợp oleogel, chủ yếu bằng cách cung cấp trộn hiệu quả và nhất quán ở cấp độ micron và nano. Sóng siêu âm cường độ cao tạo ra lực cắt sonomechanical cường độ cao và xâm thực âm thanh, phá vỡ dầu và gelator trong pha nước thành các giọt có kích thước đồng đều. Điều này dẫn đến một nhũ tương ổn định và đồng nhất hơn, điều này rất quan trọng đối với sự hình thành các oleogel với kết cấu và tính chất cấu trúc mong muốn. Ngoài ra, hiệu ứng sưởi ấm cục bộ của sonication có thể tăng cường sự hòa tan và tương tác của gelators trong pha dầu, cải thiện quá trình tạo gel. Do đó, nhũ tương siêu âm tạo điều kiện cho việc sản xuất oleogel với sự ổn định vượt trội, tính nhất quán và hiệu suất trong các ứng dụng khác nhau, bao gồm thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.
Siêu âm homogenizer cho công thức oleogel trong sản xuất thông lượng cao.
Siêu âm Homogenization của nhũ tương nước-trong-oleogel-trong-nước
Nhũ tương Water-In-Oleogel-In-Water (W / O / W) cung cấp các chức năng đặc biệt khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng thực phẩm. Ví dụ, nhũ tương Water-In-Oleogel-In-Water đã được tìm thấy là một chất mang tuyệt vời để cung cấp men vi sinh và bảo vệ hương liệu thực phẩm. Siêu âm nhũ tương hóa hiệu quả pha trộn nước và dầu vào nhũ tương kép, tức là nhũ tương W / O / W. Kết hợp các giọt nước trong các hạt dầu của các sản phẩm béo làm giảm hàm lượng chất béo của chúng. Sự tạo gel của pha dầu trong nhũ tương W / O / W truyền đạt tính toàn vẹn cấu trúc và giảm thiểu các sự kiện mất ổn định như sự kết hợp giọt nước trong pha dầu.
Sonication có thể hỗ trợ trong việc xây dựng nhũ tương Water-In-Oleogel-In-Water (W / O / W) bằng cách tạo điều kiện cho sự phân tán và đồng nhất của các thành phần nhũ tương. Sonication cường độ cao, tần số thấp (ở tần số khoảng 20-26kHz) có thể phá vỡ các giọt lớn hơn thành các giọt nhỏ hơn, đồng đều hơn, thúc đẩy sự hình thành nhũ tương ổn định. Ngoài ra, sonication có thể tăng cường sự kết hợp của các giọt nước vào pha dầu và cải thiện sự phân tán của oleogelator trong pha dầu, dẫn đến tạo gel hiệu quả hơn và tăng cường sự ổn định của nhũ tương. Hơn nữa, sonication có thể giúp kiểm soát sự phân bố kích thước của các giọt nhũ tương, dẫn đến nhũ tương với các đặc tính mong muốn như cải thiện kết cấu, cảm giác miệng và các thuộc tính cảm giác.
Sơ đồ đại diện cho các loại hệ thống nhũ tương dựa trên oleogel khác nhau.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Pinto et al., 2021
Khoa học đã chứng minh: hiệu quả của phân tán siêu âm của oleogels
Noonim et al. (2022) đã điều tra ảnh hưởng của sonication bằng cách sử dụng sonicator Hielscher UP200St đối với các đặc tính vật lý, nhiệt và cấu trúc và độ ổn định lưu trữ của oleogel gốc dầu cọ được điều chế bằng cách sử dụng các nồng độ sáp carnauba khác nhau (5% hoặc 10%) đã được nghiên cứu và so sánh với oleogel được điều chế bằng máy đồng nhất (2000 vòng / phút trong 10 phút). Sonication cho phép chuẩn bị oleogel với nồng độ sáp carnauba cao hơn (10%) và cải thiện hiệu quả các tính chất và độ ổn định của oleogel gốc dầu cọ (p < 0.05).
Oleogel cho các ứng dụng thực phẩm
Giao thức cho một Oleogel được sản xuất cho Mayonnaise thuần chay
Kem ẩm thực thuần chay dựa trên Oleogel
(xem Szymanska và cộng sự, 2024)
Ingredients:
- dầu hạt cải
- dầu cọ
- Dầu hạt lanh
- sáp candelilla
- nước đậu nành
Các oleogel (100 g) được chuẩn bị như sau: Đầu tiên, 3-7% sáp candelilla (w / w) được phân tán trong hỗn hợp dầu hạt cải tinh chế và dầu hạt lanh (1: 1 w / w) bằng cách đun nóng trong 10 phút ở 80 ± 1 ° C trong bồn nước và sau đó sonication trong 10 giây (26 kHz, 72 W, 100% xung, biên độ 100%) bằng cách sử dụng máy đồng nhất siêu âm UP200St (Siêu âm Hielscher), được trang bị titanium sonotrode S26d7. Hỗn hợp trong suốt, đồng nhất được làm lạnh tĩnh trong tủ tĩnh nhiệt trong 24 giờ ở 20 ± 1 °C, cho đến khi cấu trúc thích hợp được hình thành. Các oleogel thu được trong ba lần lặp lại.
Nếu bạn quan tâm đến việc nhũ hóa siêu âm mayonnaise, bạn sẽ tìm thấy công thức, video và thông tin chi tiết ở đây!
Chuẩn bị nhũ tương loại kem bằng cách sử dụng Oleogel siêu âm
Nhũ tương O / W loại kem (30/70 w / w) (100 g) đã được chuẩn bị theo quy trình trong nghiên cứu sơ bộ của chúng tôi [38] với những sửa đổi nhỏ. Cả pha nước (nước uống đậu nành chứa 2,6% protein w / w) và pha lipid (dầu cọ hoặc oleogel) đều được làm nóng trước lên đến 55 ° C và ngay lập tức đồng nhất bằng cách sử dụng máy đồng nhất siêu âm UP200St (Siêu âm Hielscher) với tần số 26 kHz. Các thông số sau đã được sử dụng: xung 100%, biên độ 80%, ngâm 15 mm của sonotrode ở phần trung tâm của cốc (dung tích 200 mL). Thời gian đồng nhất hóa 2,5 phút (τ) được xác định trên cơ sở kết quả thử nghiệm công nghệ và thử nghiệm sơ bộ, có tính đến nhiệt độ tăng của mẫu (đối với τ = 2,5 phút: mật độ năng lượng: 69,1 ± 0,4 J∙g–1, nhiệt độ tối đa: 61,0 ± 0,3 °C). Natri benzoat 0,15% (w / w) đã được thêm vào pha nước như một chất kháng khuẩn.
Các oleogelators được sử dụng phổ biến nhất cho các oleogel cấp thực phẩm.
Đề án: ©Perta-Crisan và cộng sự, 2023.
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Sonicator UIP2000hdT cho sản xuất công nghiệp oleogels.
Văn học / 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.
Sự thật đáng biết
Oleogels là gì? – Một định nghĩa của Oleogels
Gel đại diện cho một loại keo bao gồm một mạng ba chiều giống như chất rắn, trong đó một pha lỏng bị mắc kẹt.
Các công thức gel có thể được chia thành hai loại chính theo dung môi được sử dụng để sản xuất; Hydrogel đề cập đến trường hợp pha lỏng là nước và organogels (hoặc oleogels) khi chất lỏng phân tán là dung môi hữu cơ và được cấu trúc bởi một organogelator.
Organogels là công thức bán cứng được coi là hệ thống hai liên tục, bao gồm hai giai đoạn: gelator và dung môi hữu cơ. Các gelator, khi được sử dụng trong việc xây dựng các organogels ở nồng độ của <15%, may experience physical and chemical transformations that create self-assembled structures; these structures entangle with each other, forming a three-dimensional network. The organic solvent is retained and immobilized within the spaces of the gelator network. If the used solvent is a liquid oil, then the term oleogel is also appropriate for these formulations. Therefore, oleogels allow properties to be explored that hydrogels are not compatible with, such as hydrophobicity of compounds. One of the main advantages of oleogels is the possibility of carrying lipophilic bioactive compounds, which is of great utility in both pharmaceutical and food applications. The combined action between structure and health benefits supports the important role that oleogels can have in novel food products, as they can be tailored to meet the ideal properties for a food product, acting as a healthy substitute for solid fats.
Substances that gel edible oils can be roughly divided into two categories based on their molecular weight: low molecular-mass organic gelators (LMOGs), and polymeric gelators. LMOGs include mainly waxes, sterol-based gelators, fatty acid derivatives, and monoacylglycerols.
Các ngành công nghiệp, nơi oleogel thường được sử dụng, bao gồm:
- Food Industry: Oleogels 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 kết hợp vào phết, bơ thực vật, các sản phẩm bánh, bánh kẹo và thực phẩm chế biến để cải thiện kết cấu, cảm giác miệng và độ ổn định của kệ. Oleogels cũng có thể phục vụ như chất mang hương vị, chất dinh dưỡng và các thành phần chức năng trong công thức thực phẩm.
- Cosmetics and Personal Care: Trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân, oleogels được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da và chăm sóc tóc khác nhau. Chúng có thể được tìm thấy trong các loại kem, kem dưỡng da, dầu dưỡng và các sản phẩm tạo kiểu tóc để cung cấp các đặc tính dưỡng ẩm, làm mềm và điều hòa. Oleogels cung cấp các lợi thế như không nhờn, ứng dụng mịn màng và tăng cường cung cấp các thành phần hoạt tính cho da hoặc tóc.
- Dược phẩm: Oleogels có các ứng dụng dược phẩm như là công thức tại chỗ để phân phối thuốc. Chúng có thể đóng vai trò là cơ sở cho thuốc mỡ, gel và miếng dán qua da, cung cấp sự giải phóng có kiểm soát và cải thiện sự xâm nhập của các tác nhân trị liệu qua da. Oleogels cung cấp các lợi thế như động học giải phóng kéo dài, tăng cường khả dụng sinh học và cải thiện sự tuân thủ của bệnh nhân trong các công thức dược phẩm.
- Dầu nhờn công nghiệp và mỹ phẩm: Oleogels được sử dụng làm chất bôi trơn trong các ứng dụng công nghiệp như gia công kim loại, gia công và bôi trơn mỡ. Chúng mang lại những ưu điểm như độ ổn định nhiệt cao, khả năng chống oxy hóa và độ bôi trơn vượt trội so với các chất bôi trơn thông thường. Trong các công thức mỹ phẩm, oleogel có thể được kết hợp vào chất bôi trơn cá nhân và dầu massage để có kết cấu mịn, không dính và đặc tính bôi trơn lâu dài.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.