Loading article…
エマルジョンとは、液液相分離によって通常は混ざり合わない（混ざり合わない、またはブレンドできない） 2種類以上の液体が混ざり合ったものです。エマルジョンは、コロイドと呼ばれるより一般的な2相系物質の一種です。コロイドとエマルジョンという用語は時として同義語として使われますが、エマルジョンは、分散相と連続相の両方が液体である場合をより狭義に指します。エマルジョンでは、一方の液体（分散相）がもう一方の液体（連続相）に分散しています。エマルジョンの例としては、ビネグレットソース、均質化牛乳、液体生体分子凝縮物、金属加工用の切削油などが挙げられます。
2種類の液体は、異なる種類の乳化物を形成することができます。例えば、油と水は、まず、油が分散相で水が連続相である水中油型乳化物を形成します。次に、水が分散相で油が連続相である油中水型乳化物を形成します。さらに、「水中油中水型」乳化物や「油中水中油型」乳化物など、多重乳化物も形成可能です。[ 1 ]
エマルションは液体であるため、静的な内部構造を示しません。連続相（「分散媒」と呼ばれることもあります）中に分散した液滴は、通常、統計的に分布してほぼ球形の液滴を形成すると想定されます。
「乳剤」という用語は、写真フィルムの感光面を指す場合にも用いられます。このような写真乳剤は、ゼラチンマトリックス中にハロゲン化銀コロイド粒子が分散した構造をしています。核乳剤は写真乳剤と似ていますが、粒子物理学において高エネルギーの素粒子を検出するために用いられます。
エマルジョンは、少なくとも 2 つの混ざり合わない液体が混合された混合物にほぼ相当するのに対し、対照的に、乳化は、乳化剤[ 2 ] (例えば、油と水の混合物中のレシチン)を使用して 2 つ以上の混ざり合わない液体を一緒に分散させるプロセスです。ナノエマルジョンは、ナノスケールでの乳化プロセスです。[ 3 ] [ 4 ]ナノエマルジョン[ 5 ] [ 6 ]は、液滴サイズが100 nm オーダーの特殊なエマルジョンです。[ 7 ]
液体中に液滴が分散している流体システム。
注1 ：この定義は参考文献[ 8 ]の定義に基づいています。
注2：液滴は非晶質、液晶質、またはそれらの混合物である可能性がある。
注3 ：分散相を構成する液滴の直径は通常約10 nmから100 μmの範囲であり、つまり、液滴はコロイド粒子の通常のサイズ制限を超える可能性があります。
注4 ：分散相が有機物で連続相が水または水溶液である場合、エマルジョンは油/水（o/w）エマルジョンと呼ばれ、分散相が水または水溶液で連続相が有機液体（「油」）である場合、水/油（w/o）エマルジョンと呼ばれます。
注5：w/oエマルジョンは、逆エマルジョンと呼ばれることもあります。「逆エマルジョン」という用語は誤解を招きやすく、エマルジョンがエマルジョンとは正反対の性質を持っていると誤って示唆します。したがって、その使用は推奨されません。[ 9 ]
エマルジョンという言葉は、ラテン語のemulgere「搾り出す」に由来し、ex「外へ」＋mulgere「搾り出す」から成り立っています。牛乳は脂肪と水のエマルジョンであり、コロイド状カゼインミセル（分泌された生体分子凝縮物の一種）などの他の成分も含まれています。[ 10 ]
エマルションは分散相と連続相の両方を含み、これらの相の境界は「界面」と呼ばれます。[ 11 ]エマルションは、多くの相界面が 光がエマルションを通過する際に散乱するため、濁った外観を呈する傾向があります。すべての光が均等に散乱されると、エマルションは白く見えます。エマルションが十分に希釈されている場合、高周波（短波長）の光がより多く散乱され、エマルションはより青く 見えます。これは「チンダル効果」と呼ばれます。[ 12 ]エマルションが十分に濃縮されている場合、色は比較的長波長側に歪み、より黄色く見えます。この現象は、脂肪分がほとんど含まれていない脱脂乳と、乳脂肪の濃度がはるかに高いクリームを比較すると容易に観察できます。
液滴サイズが 100 nm未満のマイクロエマルジョンとナノエマルジョン という2 つの特殊なエマルジョンは半透明に見えます。[ 13 ]この性質は、液滴のサイズが入射光の波長の約 4 分の 1 を超える場合にのみ光波が液滴によって散乱されるという事実によるものです。可視光のスペクトルは 390 ～ 750ナノメートル(nm) の波長で構成されているため、エマルジョンの液滴サイズが約 100 nm 未満であれば、光は散乱されずにエマルジョンを透過できます。[ 14 ]外観が似ているため、半透明のナノエマルジョンとマイクロエマルジョンはしばしば混同されます。特殊な装置で製造する必要がある半透明のナノエマルジョンとは異なり、マイクロエマルジョンは、界面活性剤、共界面活性剤、共溶媒の混合物で油分子を「可溶化」することによって自然に形成されます。[ 13 ]ただし、マイクロエマルションに必要な界面活性剤濃度は、半透明ナノエマルションに必要な濃度よりも数倍高く、分散相の濃度を大幅に上回ります。界面活性剤は多くの望ましくない副作用を引き起こすため、多くの用途においてその存在は不利または禁止されています。さらに、マイクロエマルションの安定性は、希釈、加熱、またはpHレベルの変化によって容易に損なわれることがよくあります。
一般的なエマルションは本質的に不安定であり、そのため自然には形成されません。エマルションを形成するに は、振とう、撹拌、均質化、または強力な超音波への曝露[ 15 ]によるエネルギー投入が必要です。時間が経つにつれて、エマルションはエマルションを構成する相の安定状態に戻る傾向があります。この例として、ビネグレット の油と酢の成分の分離が挙げられます。ビネグレットは不安定なエマルションであり、ほぼ連続的に振とうしない限りすぐに分離します。この規則には重要な例外があり、マイクロエマルションは熱力学的に安定であり、半透明のナノエマルションは速度論的に安定です。[ 13 ]
油と水の乳化物が「水中油型」乳化物になるか「油中水型」乳化物になるかは、両相の体積分率と存在する乳化剤（界面活性剤）の種類（下記の「乳化剤」を参照）によって決まります。[ 16 ]
エマルションの安定性とは、エマルションが時間の経過とともにその特性の変化に抵抗する能力を指します。[ 17 ] [ 18 ]エマルションの不安定性には、凝集、合体、クリーミング/沈降、オストワルド熟成の4種類があります。凝集は、液滴間に引力が働くことで、ブドウの房のように凝集塊が形成されるときに起こります。このプロセスは、その程度を制御すれば、流動挙動などのエマルションの物理的特性を調整するために望ましい場合があります。[ 19 ]合体は、液滴が互いに衝突して結合し、より大きな液滴を形成するときに起こり、平均液滴サイズは時間の経過とともに増加します。エマルションはクリーミングを起こすこともあり、これは、浮力の影響、または遠心分離機を使用したときに発生する求心力の影響で、液滴がエマルションの上部に上昇する現象です。[ 17 ]クリーミングは乳製品および非乳製品飲料（牛乳、コーヒーミルク、アーモンドミルク、豆乳など）でよく見られる現象で、通常は液滴のサイズは変化しません。[ 20 ]沈降はクリーミングとは反対の現象で、通常は水中油型エマルジョンで観察されます。[ 11 ]沈降は、分散相が連続相よりも密度が高く、重力によって密度の高い液滴がエマルジョンの底に向かって引っ張られるときに起こります。クリーミングと同様に、沈降もストークスの法則に従います。
適切な界面活性剤（または界面活性剤）は、エマルションの動的安定性を高め、液滴のサイズが時間とともに大きく変化しないようにすることができます。懸濁液と同様に、エマルションの安定性は、液滴または粒子間の反発力を示すゼータ電位の観点から研究することができます。液滴のサイズと分散が時間とともに変化しない場合、安定していると言われます。[ 21 ]例えば、モノグリセリドとジグリセリド、および界面活性剤として乳タンパク質を含む水中油型エマルションは、 25 °Cで 28 日間保存しても安定した油滴サイズを示しました。 [ 20 ]
エマルションの安定性は、光散乱、集束ビーム反射率測定、遠心分離、レオロジーなどの技術を用いて特性評価することができる。各方法には長所と短所がある。[ 22 ]
不安定化の速度論的 プロセスはかなり長く、数ヶ月、製品によっては数年に及ぶこともあります。 [ 23 ]多くの場合、製品設計中に妥当な時間内に製品をテストするために、処方者はこのプロセスを加速する必要があります。最も一般的に使用されるのは熱法で、これは、不安定化を加速するためにエマルションの温度を上げること（相転換または化学的分解の臨界温度を下回る場合）から成ります。[ 24 ]温度は粘度だけでなく、非イオン界面活性剤の場合は界面張力にも影響し、より広い範囲では、システム内の液滴間の相互作用にも影響します。エマルションを高温で保管すると、製品の現実的な条件（たとえば、夏の暑さの中で車内の日焼け止めエマルションのチューブ）をシミュレートできますが、不安定化プロセスも最大200倍加速されます。
振動、遠心分離、撹拌などの機械的加速方法も使用できる。[ 25 ]
これらの方法は、ほとんどの場合、確固たる科学的根拠を欠いた経験的なものである。
乳化剤は、油水界面張力を低下させることでエマルションを安定化させる物質です。乳化剤は、界面活性剤、または「表面活性剤」として知られるより広い化合物群の一部です。 [ 26 ]界面活性剤は、一般的に両親媒性化合物であり、極性または親水性（水溶性）部分と非極性（疎水性または親油性）部分を持っています。水に溶けやすい（そして逆に油に溶けにくい）乳化剤は、一般的に水中油型エマルションを形成し、油に溶けやすい乳化剤は油中水型エマルションを形成します。[ 27 ]
食品乳化剤の例を以下に示します。
食品エマルジョンでは、乳化剤の種類が胃の中でのエマルジョンの構造や胃リパーゼによる油へのアクセス性に大きく影響し、それによってエマルジョンの消化速度や満腹感を誘発するホルモン反応の引き起こし方に影響します。[ 29 ]
洗剤は界面活性剤の一種で、油と水の両方と物理的に相互作用し、懸濁液中の油滴と水滴の界面を安定させます。この原理は、洗浄目的でグリースを除去する石鹸に利用されています。クリームやローションなどの乳化剤を調製するために、薬学ではさまざまな乳化剤が使用されています。一般的な例としては、乳化ワックス、ポリソルベート20、セテアレス20などがあります。[ 30 ]
場合によっては、内部相自体が乳化剤として働き、内部相が外部相中に「ナノサイズ」の液滴となって分散するナノエマルジョンが形成されることがあります。この現象のよく知られた例として、「ウゾ効果」があります。これは、ウゾ、パスティス、アブサン、アラック、ラキなどのアニスを主成分とするアルコール度数の高い飲料に水を注いだときに起こります。エタノールに溶解するアニス化合物は、ナノサイズの液滴を形成し、水中で乳化します。その結果、飲み物は不透明で乳白色になります。
乳化のプロセスには、さまざまな化学的および物理的プロセスとメカニズムが関与する可能性があります。[ 11 ]
水中油型エマルジョンは食品によく見られる。
油中水型エマルジョンは食品ではあまり一般的ではないが、それでも存在する。
他の食品も乳化物に似た製品に加工することができ、例えば肉乳化物は、肉を液体中に懸濁させたもので、真の乳化物によく似ている。
医薬品、ヘアスタイリング、パーソナルケア、化粧品では、エマルジョンが頻繁に使用されます。これらは通常、油と水のエマルジョンですが、分散しており、連続しているかどうかは多くの場合、医薬品の製剤に依存します。これらのエマルジョンは、主に油と水の比率、その他の添加物、および意図された投与経路に応じて、クリーム、軟膏、リニメント（バーム）、ペースト、フィルム、または液体と呼ばれることがあります。[ 31 ] [ 32 ]最初の5つは局所用剤形であり、皮膚表面、経皮、眼科、直腸、または膣に使用できます。非常に流動性の高いエマルジョンは経口で使用したり、場合によっては注射することもできます。 [ 31 ]
マイクロエマルジョンは、ワクチンを投与したり、微生物を殺したりするために使用されています。[ 33 ]これらの技術で使用される典型的なエマルジョンは、直径400～600 nm の粒子を含む大豆油のナノエマルジョンです。 [ 34 ]このプロセスは、他のタイプの抗菌処理のように化学的ではなく、機械的です。液滴が小さいほど表面張力が高くなり、他の脂質と融合するために必要な力が大きくなります。油は、高せん断ミキサーを使用して洗剤で乳化され、エマルジョンを安定化させます。これにより、エマルジョンのナノ液滴が細菌やウイルスの細胞膜または細胞外被の脂質に遭遇すると、それらの脂質がナノ液滴と融合するように強制されます。大量規模では、これにより膜が効果的に崩壊し、病原体が殺されます。大豆油エマルジョンは、正常なヒト細胞や、精子細胞や血液細胞を除くほとんどの高等生物の細胞に害を与えません。精子細胞と血液細胞は、その膜構造の特殊性からナノエマルジョンに対して脆弱です。そのため、これらのナノエマルジョンは静脈内投与（IV）には使用されません。この種のナノエマルジョンの最も効果的な用途は、表面の消毒です。一部のナノエマルジョンは、非多孔質表面上のHIV-1や結核菌を効果的に破壊することが示されています。
乳化剤は、少量の薄い層の可燃性液体の流出（ B級火災）の消火に効果的です。このような薬剤は、燃料を燃料-水エマルジョンで包み込み、可燃性蒸気を水相に閉じ込めます。このエマルジョンは、高圧ノズルを通して水性界面活性剤溶液を燃料に塗布することによって得られます。乳化剤は、大量の液体燃料が関わる大規模火災の消火には効果的ではありません。消火に必要な乳化剤の量は燃料の体積に依存するのに対し、水性フィルム形成泡 などの他の薬剤は、蒸気抑制のために燃料の表面を覆うだけでよいからです。[ 42 ]
エマルジョンはポリマー分散液の製造に用いられます。エマルジョン相でのポリマー製造には、製品の凝固防止など、多くのプロセス上の利点があります。このような重合反応によって製造された製品は、エマルジョンそのものとして使用されることもあり、接着剤や塗料の主成分などが含まれます。合成ラテックス（ゴム）もこのプロセスで製造されます。
{{cite book}}:|work=無視されました (ヘルプ)
Wiktionaryにおけるエマルジョンの辞書定義