1. 混ざらない2つの液体、まだ乳化していない
  2. 相Iに分散した相IIのエマルジョン
  3. 不安定な乳化液は徐々に分離する
  4. 界面活性剤（粒子の周りの輪郭）は、フェーズIIとフェーズIの界面に位置し、エマルジョンを安定化させる。

エマルジョンとは、通常は液液相分離により混ざり合わない（混合またはブレンドできない） 2種類以上の液体の混合物です。エマルジョンは、コロイドと呼ばれる、より一般的な2相系物質の一部です。コロイドとエマルジョンという用語は互換的に使用されることもありますが、エマルジョンはより狭義には、分散相と連続相の両方が液体である場合を指します。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。エマルジョンの例には、ビネグレットソース、均質化牛乳、液状生体分子凝縮物、金属加工用の切削液などがあります。

2種類の液体は、異なるタイプのエマルジョンを形成できます。例えば、油と水は、まず油が分散相、水が連続相となる水中油型エマルジョンを形成します。次に、水が分散相、油が連続相となる油中水型エマルジョンを形成します。さらに、「水中油中水型」エマルジョンや「油中水中油型」エマルジョンなど、多重エマルジョンを形成することも可能です。[1]

エマルジョンは液体であるため、静的な内部構造を示さない。連続相（「分散媒」と呼ばれることもある）中に分散した液滴は、通常、統計的に分布し、ほぼ球形の液滴を形成すると想定される。

「エマルジョン」という用語は、写真フィルムの感光面を指す場合にも使用されます。このような写真乳剤は、ゼラチンマトリックス中に分散したハロゲン化銀コロイド粒子で構成されています。原子核乳剤は写真乳剤に似ていますが、粒子物理学において高エネルギー素粒子の検出に使用される点が異なります。

IUPAC

液体中に液滴が分散している流体系。

注1：定義は文献[2]の定義に基づいています

注 2 : 液滴は非晶質、液晶、または
それらの混合物である可能性があります。

注3 ：分散相を構成する液滴の直径は
通常約10nmから100μmの範囲です。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場合があります。

注 4
:分散相が有機物質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型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逆の性質を持つという誤った印象を与えます。
したがって、この用語の使用は推奨されません。[3]

語源

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（出す）+ mulgere （搾乳する）から成ります。牛乳は脂肪と水、そしてコロイド状 カゼインミセル（分泌された生体分子凝縮物の一種）などの他の成分の乳化物です。[4]

外観と性質

エマルジョンは分散相と連続相の両方を含み、相間の境界は「界面」と呼ばれます。[5]エマルジョンは、多くの相界面が 光がエマルジョンを通過する際に散乱するため、濁った外観になる傾向があります。すべての光が均等に散乱すると、エマルジョンは白く見えます。エマルジョンが十分に薄い場合、高周波（短波長）の光がより多く散乱し、エマルジ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。[6]エマルジョンが十分に濃縮されている場合、色は比較的長い波長に向かって歪み、より黄色く見えます。この現象は、脂肪分が少ない脱脂乳と、乳脂肪分がはるかに高いクリームを比較すると簡単に観察できます。 [要出典]

エマルジョンには、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つの特殊なクラスがあり、半透明に見えます。 [7]この特性は、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起因します。可視光線スペクトルは390～750ナノメートル（nm）の波長で構成されているため、エマルジョン中の液滴サイズが約100 nm未満であれば、光は散乱されることなくエマルジョンを透過します。[8]外観が類似しているため、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。特殊な装置を用いて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。[7]しかしながら、マイクロエマルジョンに必要な界面活性剤濃度は、半透明ナノエマルジョンの濃度の数倍高く、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であったり、使用を妨げたりすることがあります。さらに、マイクロエマルジョンの安定性は、希釈、加熱、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。[要出典]

一般的なエマルジョンは本質的に不安定であり、自発的に形成される傾向はありません。エマルジョンを形成するには、振盪、撹拌、均質化、または強力な超音波への曝露[9]などによるエネルギー投入が必要です。時間の経過とともに、エマルジョンはエマルジョンを構成する相の安定した状態に戻る傾向があります。この例として、ビネグレットソース の油と酢の成分の分離が挙げられます。これは不安定なエマルジョンであり、ほぼ継続的に振盪しないとすぐに分離します。この規則には重要な例外があります。マイクロエマルジョンは熱力学的に安定していますが、半透明のナノエマルジョンは運動学的に安定しています[7]。

油と水のエマルジョンが「油中水型」エマルジョンになるか「水中油型」エマルジョンになるかは、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。[10]

不安定

エマルジョン安定性とは、エマルジョンが時間の経過と共に特性が変化しないようにする能力のことです。[11] [12]エマルジョンには、凝集、合一、クリーミング/沈降、オストワルド熟成という4種類の不安定性があります。凝集は、液滴間に引力が生じてブドウの房のようにフロックを形成するときに起こります。このプロセスは、その程度を制御できれば、エマルジョンの流動挙動など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。[13]合一は、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、平均液滴サイズが時間の経過とともに大きくなります。エマルジョンはクリーミングを起こすこともあり、この場合、液滴は浮力の影響下で、または遠心分離機を使用したときに誘発される求心力の影響下でエマルジョンの上部に上昇します。[11]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、通常は液滴サイズは変化しません。[14]沈降はクリーミングの逆の現象で、通常は油中水型エマルジョンで観察されます。[5]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球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、沈降はストークスの法則に従います。

適切な界面活性剤（サーファクタント）は、エマルジョンの運動学的安定性を高め、液滴のサイズが時間とともに大きく変化しないようにします。懸濁液と同様に、エマルジョンの安定性は、液滴または粒子間の反発力を示すゼータ電位で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、安定していると言えます。[15]例えば、モノグリセリド、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ジョンは、25℃で28日間保存しても油滴のサイズが安定していることが示されました。[14]

物理的安定性のモニタリング

エマルジョンの安定性は、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評価できます。それぞれの方法には長所と短所があります。[16]

賞味期限予測の加速化手法

不安定化の運動学的プロセスはかなり長く、数ヶ月、製品によっては数年かかることもあります。[17]多くの場合、製品設計段階で製品を適切な時間内に試験するために、製剤設計者はこのプロセスを加速させなければなりません。最も一般的に用いられるのは熱的方法であり、これは乳化温度を上昇させて不安定化を加速させるものです（転相または化学分解の臨界温度を下回っている場合）。[18]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、より広い意味ではシステム内の液滴間の相互作用にも影響します。乳化物を高温で保管すると、製品の現実的な条件（例えば、夏の暑い日に車内に置かれた日焼け止め乳化物のチューブなど）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。[要出典]

振動、遠心分離、撹拌などの機械的な加速方法も使用することができる。[19]

これらの方法はほとんどの場合経験的であり、確かな科学的根拠はありません。[引用が必要]

乳化剤

乳化剤は、油水界面張力を低下させることで乳化液を安定させる物質です。乳​​化剤は、界面活性剤、または「表面活性剤」として知られる化合物のより広いグループの一部です。 [20]界面活性剤は典型的には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）部分を有します。水への溶解度が高い（逆に油への溶解度が低い）乳化剤は、一般的に水中油型エマルジョンを形成し、油への溶解度が高い乳化剤は油中水型エマルジョンを形成します。[21]

食品乳化剤の例は次のとおりです。

食品エマルジョンにおいて、乳化剤の種類は、胃の中でのエマルジョンの構造化と、油が胃リパーゼにどれだけアクセスしやすいかに大きく影響し、それによってエマルジョンがどれだけ速く消化され、満腹感を誘発するホルモン反応を引き起こすかに影響します。[23]

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化させます。この原理は石鹸に利用されており、洗浄を目的として油脂を除去するのに用いられています。医薬品では、クリームやローションなどの乳化剤を調製するために、様々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などが挙げられます。[24]

場合によっては、内相自体が乳化剤として作用し、その結果、内相が外相内で「ナノサイズ」の液滴に分散するナノエマルジョンが形成されます。この現象のよく知られた例である「ウーゾ効果」は、ウーゾ、パスティス、アブサン、アラック、ラキなどのアニスをベースとした強いアルコール飲料に水を注いだときに発生します。エタノールに溶解するアニソール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、飲み物の色は不透明で乳白色になります。

乳化のメカニズム

乳化のプロセスには、さまざまな化学的および物理的なプロセスとメカニズムが関与しています。[5]

  • 表面張力理論 - この理論によれば、乳化は2つの相間の界面張力の低下によって起こる。
  • 反発理論 - この理論によれば、乳化剤は一方の相の上に膜を形成し、それが球状粒子を形成し、それらが互いに反発し合う。この反発力によって、球状粒子は分散媒中に浮遊したままとなる。
  • 粘度調整 -アカシアやトラガカントなどの親水コロイド、PEG（ポリエチレングリコール）、グリセリン、CMC（カルボキシメチルセルロース）などの他のポリマーはすべて、媒体の粘度を高め、分散相の球状懸濁液の作成と維持に役立ちます。

用途

食品

マヨネーズを作るのに使用される材料の例：オリーブオイル、食塩、卵（卵黄用）、レモン（レモン汁用）。卵黄の油と水は混ざりませんが、卵黄に含まれるレシチンは乳化剤として働き、2つを混ぜ合わせます

水中油型エマルジョンは食品によく使用されます。

油中水型エマルジョンは食品ではあまり一般的ではありませんが、それでも存在します。

他の食品もエマルジョンに似た製品に変えることができます。例えば、肉エマルジョンは、真のエマルジョンに似た液体中の肉の懸濁液です

ヘルスケア

製薬、ヘアスタイリング、パーソナルケア、化粧品の分野では、エマルジョンが頻繁に使用されています。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、連続的であるかは多くの場合、医薬品の処方によって異なります。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、および意図されている投与経路に応じて、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。 [ 25 ] [ 26]最初の5つは局所投与形態であり、皮膚表面、経皮、点眼、直腸、または膣に使用できます。流動性の高いエマルジョンは経口で使用することもでき、場合によっては注射することもできます。 [25]

マイクロエマルジョンはワクチンを送達したり、微生物を殺したりするために使用されています。[27]これらの技術で使用される一般的なエマルジョンは、粒子の直径が400〜600 nmの大豆油ナノエマルジョンです。 [28]このプロセスは、他の種類の抗菌処理のように化学的ではなく、機械的なものです。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とともに乳化され、エマルジョンを安定させます。これにより、エマルジョンのナノ液滴が細菌またはウイルスの細胞膜または細胞エンベロープ内の脂質に遭遇すると、それらの脂質がナノ液滴と融合します。大規模なスケールでは、これが膜を効果的に崩壊させ、病原体を殺します。大豆油エマルジョンは、正常なヒト細胞、そしてほとんどの高等生物の細胞に害を与えません。ただし、精子細胞と血球は、その膜構造の特殊性により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（IV）投与には使用されません。このタイプ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および結核病原体を効果的に破壊することが示されています。[要出典]

製薬業界における応用

  • 経口薬物送達：乳剤は、溶解性が低い、または生物学的利用能や溶解速度が低い薬物を投与する効率的な手段となり、溶解速度と吸収性の両方を高めて生物学的利用能を向上させます。乳剤の表面積が増加することで、薬物の溶解速度と吸収速度が向上し、生物学的利用能が向上します。[29]
  • 外用製剤：乳剤は、クリーム、ローション、軟膏などの外用薬物送達製剤の基剤として広く利用されています。乳剤を配合することで、親油性薬剤と親水性薬剤を混合し、有効成分の皮膚への浸透を最大限に高めることができます。[30]
  • 非経口薬物送達：エマルジョンは、静脈内または筋肉内投与における薬物のキャリアとして機能し、親油性薬物を可溶化すると同時に、分解を防ぎ、注射部位の刺激を軽減します。例としては、広く使用されている麻酔薬プロポフォールや、完全静脈栄養投与に使用される脂質ベースの溶液が挙げられます。[31]
  • 眼薬物送達：乳剤は点眼薬やその他の眼薬物送達システムの処方に使用でき、眼内での薬物滞留時間を延長し、角膜バリアをより容易に透過すると同時に、有効成分の持続放出を提供し、治療効果を高めます。[32]
  • 鼻腔および肺への薬物送達：乳剤は、鼻腔スプレーや吸入可能な医薬品を製造するための理想的な媒体であり、鼻腔および肺粘膜を通じた薬物吸収を高めながら、局所刺激を軽減した持続放出を提供する。[33]
  • ワクチンアジュバント：エマルジョンは、特定の抗原に対する免疫反応を強化することでワクチンアジュバントとして機能します。エマルジョンは抗原の溶解性と免疫細胞による取り込みを高めると同時に、制御放出を提供し、免疫反応を増幅させ、ひいてはその効果を増強します。[34]
  • 味覚マスキング：乳剤は苦味や不快な味の薬剤を包み込むために使用され、その味をマスキングして患者の服薬コンプライアンスを向上させることができます。特に小児用製剤では有効です。[34]
  • コスメシューティカルズ：エマルジョンは、化粧品と医薬品の特性を兼ね備えたコスメシューティカルズ製品に広く利用されています。これらのエマルジョンは、ビタミン、抗酸化物質、美白剤などの有効成分のキャリアとして機能し、皮膚への浸透性を高め、安定性を高めます。[35]

消防において

乳化剤は、可燃性液体の小規模で薄層の流出火災（クラスB火災）の消火に効果的です。このような薬剤は燃料を燃料と水のエマルジョンに包み込み、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界面活性剤水溶液を燃料に塗布することによって実現されます。乳化剤は、バルク／深層液体燃料を含む大規模火災の消火には効果的ではありません。これは、消火に必要な乳化剤の量が燃料の体積の関数であるのに対し、水性フィルム形成泡などの他の薬剤は、 蒸気緩和を達成するために燃料の表面を覆うだけでよいためです。[36]

化学合成

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、生成物の凝集防止など、多くのプロセス上の利点があります。このような重合によって生成された生成物は、エマルジョンとして利用することができます。エマルジョンには、接着剤や塗料の主成分が含まれています。合成ラテックス（ゴム）もこのプロセスで製造されます。

参照

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一般および引用文献

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  • ナルワ、HS編（2000年）。『ナノ構造材料とナ​​ノテクノロジーハンドブック』第5巻。ニューヨーク：アカデミック・プレス。501  ～ 575ページ
  • ウィクショナリーにおけるエマルジョンの辞書定義