乳化技術について知りたい！ 乳化の原理をどう応用しているの？
乳化とは、水と油のように本来は混じり合わないものが混じり合っている状態のことを指します。ドレッシングを使う前にビンをよく振りますが、あれは振動を与えることによって内容物を乳化しているのです。私たちの周りには、乳化を利用した製品がたくさんあります。また、乳化の行い方によって製品の品質が大きく左右されるものも珍しくありません。
そこで、今回は乳化の原理と乳化技術について解説しましょう。
- 乳化の基礎知識
- 乳化技術について
- 乳化の機械について
- 乳化技術やホモジナイザーに対するよくある質問
この記事を読めば、乳化が私たちの生活にどれほど役に立っているか分かりますよ。乳化装置や乳化機の購入や買い替えを検討している方も、ぜひ読んでいてくださいね。
1．乳化の基礎知識
はじめに、乳化を行う方法や乳化の原理を利用している製品について解説します。どのような製品が乳化の原理を利用して作られているのでしょうか？
1-1．乳化の原理
乳化とは、前述したように本来ならば混じり合わない物質同士が混じり合い、一定期間安定している状態のことです。水と油を例にとって、もう少し詳しく説明しましょう。
液体や気体には界面張力（表面張力）という、分子同士が引っ張り合う力が働きます。コップの縁ぎりぎりに水を入れた時、水の表面が盛り上がってあふれないのも、界面張力のためです。水と油はお互いに界面張力が強いので、自然の状態ではお互いの界面の面積を最小限にしようとするため、混じり合うことはありません。ラーメンのスープの中に油が円形になって浮かんでいるのも界面張力が働いているためです。
つまり、乳化とはこの界面張力の力を弱めることでもあります。ちなみに、油の中に水の粒子が混ざっている状態をw/o型、水の中に油の粒子が混じっている状態をo/w型の乳化というのです。また、英語では乳化のことをエマルジョンといい、エマルジョン燃料などの言葉に使われています。
1-2．乳化の方法
もっとも簡単な乳化の方法は、攪拌（かくはん）することです。ドレッシングを使用前によく振るのも、攪拌の一種になります。しかし、攪拌だけでは時間が経てば再び水と油は分離してしまうでしょう。そのため、乳化した状態を保つ物質を加えます。これを界面活性剤、もしくは乳化剤というのです。ちなみに界面活性剤も乳化剤も作用は同じですが、食品に使う物質を乳化剤、それ以外の製品に使う物質を界面活性剤と呼んで区別しています。
なお、乳化剤や界面活性剤を使って健康に影響はないのか？ と心配している方もいるかもしれません。乳化剤や界面活性剤のほとんどが、人体に影響のないものです。特に、乳化剤は口に入れるものなので、グリセリン脂肪酸エステルをはじめ食品にも含まれている物質が使用されます。
1-3．乳化を利用した製品
乳化を利用した製品は、私たちの身の回りにたくさんあります。一例をあげると食品ではマヨネーズ・アイスクリーム・牛乳、化粧品ではファンデーション・クレンジングオイル、この他、医薬品や燃料などにも乳化を利用した製品が豊富です。また、食品を乳化させると、滑らかな舌触りや粘性が生まれるため、調理法の一つとしても取り入れられています。
1-4．乳化のメリット
乳化を行うと、前述したように食品では滑らかな舌触りが生まれます。また、水性と油性の成分が混じり合うことで適度なコクが生まれ、それがうま味になるのです。また、化粧品が滑らかに肌の上で伸びたり、すっと肌に浸透していくのも乳化を行っていないとできません。私たちは知らないうちに乳化の恩恵を受けているのです。
2．乳化技術について
この項では、乳化を行う技術について解説します。どのような技術があるのでしょうか？
2-1．乳化技術って何？
乳化技術とは、文字どおり乳化を行う技術のことです。前の項で、乳化の基本は攪拌（かくはん）であり、乳化した状態を維持するには、乳化剤や界面活性剤が必要だと説明しました。この攪拌の仕方や界面活性剤の種類を使い分けることにより、さまざまな乳化の方法が行えます。たとえば、手で混ぜた場合と泡だて器を使って混ぜた場合とでは、混ざり具合が変わってくるでしょう。これも、乳化技術の一種です。
乳化をすると、水と油、どちらか片方の中にもう一方の粒子が浮いている状態になります。この粒子がより細かく、均一化した状態であるほど、乳化した物質はなめらかで安定しているのです。そのため、より安定した乳化状態を作るため、乳化装置が発達してきました。
2-2．最先端の乳化技術
2005年、神奈川大学が新水ナノ粒子という物質を使い、界面活性剤を使用せずに物質を乳化させる技術を開発しました。現在、その技術は三相乳化技術として、化粧品の乳化に使われています。親水性ナノ粒子を使った乳化のメリットは、界面活性剤を利用せずに乳化が可能ということです。界面活性剤を使用すると乳化したものを元の状態に戻すことが非常に難しいのですが、親水性ナノ粒子を使用した三相乳化では、簡単に行えます。
また、界面活性剤を使った乳化方法では、油の種類によっては複数の界面活性剤を使わなければなりません。そのため、物質によっては安定した乳化の状態を保つのが難しかったのです。
三相乳化技術を応用すれば、親水性ナノ粒子さえあればどのような物質でも乳化することができます。そのため、より安定して乳化の状態を保つことができるでしょう。現在は化粧品でのみ行われている三相乳化ですが、将来はいろいろな分野への応用が期待できます。
3．乳化の機械について
この項では、乳化を行う機械について解説します。どのような機械があるのでしょうか？
3-1．乳化装置の種類について
乳化を行う代表的な機械に、攪拌機（ミキサー）とホモジナイザーがあります。攪拌機は、家庭用のミキサーがより大きく強力になったものと考えればイメージしやすいでしょう。
ホモジナイザーとは、ただ攪拌させるだけでなく物質の粒子を細分化し、均一にさせることのできる機械です。前述したように乳化は、油化水の中にもう一方の粒子が細かく均一に浮かんでいる方が安定し、滑らかになります。そのため、乳化を行う必要がある製品を製造する場合は、ホモジナイザーを使うことが多いでしょう。
3-2．ホモジナイザーの種類
前項で、ホモジナイザーは物質の中にある粒子を砕いて細かくし、均一化する装置と説明しました。物質の粒子を細かくして分散化するには、
- 超高圧で物質を狭い隙間から押し出す方法
- 超音波で物質を細かく砕く方法
- 超高速で物質を回転させ、刃で砕く方法
などがあります。ホモジナイザーは、粒子を細かく均一化する方法の分だけ種類があるといってよいでしょう。たとえば、超高圧で物質を細かくするホモジナイザーは超高圧ホモジナイザー、超音波を使うホモジナイザーは超音波ホモジナイザーと呼ばれています。それぞれの方法によって、細分化と均一化できる物質の得意・不得意がありますので、物質によって使い分けるとよいでしょう。
3-3．機械を導入する場合の注意点
食品工場や化粧品工場でホモジナイザーを導入したいという場合は、用途や細分化・均一化する物質によって最適なホモジナイザーを選ぶことが大切です。ホモジナイザーを製造・販売している会社はたくさんありますが、まずは資料を請求し、最適なホモジナイザー選びから始めましょう。三丸機械工業では、いろいろなホモジナイザーを扱っており、導入からアフターフォローまで一括して行っています。
- ホモジナイザーを導入したいのだが、自社にとって最適な製品が分からない
- ホモジナイザーを買い替えたいのだが、同じような製品がよいのかどうか、相談に乗ってくれるメーカーを探している
- 新しいホモジナイザーの性能を詳しく知りたい
- 末永く使いたいので、アフターフォローが手厚い会社の製品を購入したい
という場合は、ぜひともご相談ください。
4．乳化技術やホモジナイザーに対するよくある質問
Q．ホモジナイザーを使わずに、乳化することは難しいのでしょうか？
A．高品質の製品を製造するのは難しいと思います。
Q．乳化技術は、特許などがあるのでしょうか？
A．ご紹介した三相乳化は、神奈川大学が特許を取得しています。
Q．ホモジナイザーを新しくするメリットはあるのでしょうか？
A．より高品質の製品を作ることができるほか、省エネも期待できます。
Q．ホモジナイザーを製造ラインに組み込むことは可能ですか？
A．はい。メーカーにご相談ください。
Q．たくさんのホモジナイザーを見て、性能を比べたいのですがどうしたらよいでしょうか？
A．産業展などが定期的に開催されています。訪れてみるのもおすすめです。
5．おわりに
いかがでしたか？ 今回は、乳化技術やホモジナイザーを中心に解説しました。物質を乳化させることは決して難しくはありませんが、高品質な製品を作るのには技術が必要です。ですから、ホモジナイザーなどは定期的に最新の製品を導入した方が、品質を向上させることもできるでしょう。また、本日ご紹介した最新の乳化技術も、近い将来色々な製品に応用できる可能性があります。