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エスエムテーの乳化技術

「乳化」と「分散」は、
食品や化学、医薬などの多くの産業において、
もはや欠かすことのできないキーテクノロジーです。
当社では、メーカーや研究機関の現場で使いやすく、
期待以上の結果をもたらす乳化機器をご提供しています。

乳化とは何か?

成分が安定化し、配合・供給性が向上
食品や化粧品には不可欠な製造技術

「乳化」とは、本来であれば「交じり合わないものが、混じり合う現象」のこと。水と油であれば、どちらかが微粒子化し、もう一方に浮いている(囲まれている)状態です。例えば、「ドレッシング」は、お酢と油の2つの液体成分で構成しますが、物理的に激しくふったり、かき回したりすることで一時的に混じり合います。この状態を「乳化」と呼びます(写真1)
乳化には、「(1)O/W乳化」「(2)W/O乳化」の2つがあり、牛乳やマヨネーズ、ドレッシングなどは、脂肪分がタンパク質に包まれ、油が水に囲まれているO/W乳化にあたります。対して、マーガリン、バター、チョコレート、ファンデーションなどは、油の中に水が囲まれているW/O乳化になります(図1)

乳化とは

写真1:ドレッシングは、お酢と油の2つの液体で構成。
かき混ぜ直後は、乳化するが、時間が経つと分離を始める

乳化イメージ[W/O乳化・O/W乳化]

図1:O/W乳化とW/O乳化の違い。
油と水のどちらが主体になっているかで呼称が異なる

乳化によって液体の成分が安定し、配合や供給しやすくなります。また、長期保存が可能になるというメリットもあります。
例えば、水と油が分離した状態では、食品では食感が悪くなり、化粧品や医薬品では使用感が悪くなったり、吸収性に欠けるなどのデメリットが生じますが、乳化によって解消・改善されます。
最もポピュラーな乳化物として、食品では牛乳や乳飲料が挙げられます。乳化させることで「脂肪球」が小さくなり、加熱しても安定的なものとなります。また舌触りを良くし、栄養分を効率良く配合させ、消化吸収力を向上させます。
その他にも、いろいろな産業ビジネスで乳化技術は役立っています(図2)
化粧品では、乳液やファンデーションの製造時に、必ず「乳化技術」が使われています。肌の奥に浸透させたいアンチエイジンング成分の効果的な配合や、浸透性、持続性を向上させるために利用されています。
医療品では「ドラッグデリバリーシステム(DDS)」の中核技術として、利用されています。

  • 食品
  • 飲料
  • 化粧品
  • 医薬品
  • バイオ
  • 化学

図2:食品や医薬品、化粧品をはじめ、多くの製造業、研究機関において乳化はもはや欠かすことのできない技術

圧力式ホモジナイザーについて

超高圧機構とバルブ機構の採用で
均一かつきめ細やかな乳化を実現

乳化機器の代表格である「圧力式ホモジナイザー」は、高い圧力によって液体の中にある物質を均一にする装置。分子を均質化し、液体同士を混ぜ合わせることで、「きめ細やかな乳化」が実現できます。
エスエムテーの圧力式ホモジナイザーは、処理液を安定した超高圧状態に作り出す「加圧機構」と、均質化の効果を決定する「均質バルブ機構」で構成します(図3)

間隙通過タイプの乳化メカニズム

図3:間隙通過タイプの乳化メカニズム。
C-SIPが可能で、スケールアップリスクを最小化。
量を問わない処理が可能で、メンテナンスも容易

処理前のサンプル液(E)が、高圧かつ低速でバルブシート(B)に入り、圧縮されてバルブ(A)に衝突します。調節可能であるバルブ(A)とシート(B)の狭い隙間へサンプル液が流れ出るにしたがって、速度が急激に増し、また相対して圧力が急激に低下し排出されます。
マイクロセコンド単位で起こるこの集中的なエネルギー移動によって、激しい乱流が発生し、間隙(D)から排出時に粒子が破砕・均質化されます。インパクトリング(C)に衝突し、均質化されたサンプル液(F)が次工程に必要な圧力にて排出されます。
この均質バルブは1段式と2段式の2種類の方式があり、脂肪球の塊を破砕しなければならないような製品では、このバルブを2段で均質処理を行って使用することで、2次凝集が発生する可能性を最小限に抑えられます。

エスエムテー製品の特長

独自開発のバルブで高性能を実現
現場での使いやすさも徹底追及

エスエムテーの圧力式ホモジナイザーは、独自開発の内部構造を採用することで、他社製品をしのぐ高性能と安定動作を実現。
メンテナンスや修理時の部品も安価で、ランニングや保守コストも抑えられます(写真2)。主な特長は、次の5点です。

エスエムテー製の圧力式ホモジナイザーの代表機『LAB1000/2000』

写真2:エスエムテーの圧力式ホモジナイザーの代表機『LAB1000/2000』。
コンパクトなラボ機ながら、最良な乳化・分散が可能

  • 1)均質バルブの材質は、サンプルから選定可能※1
  • 2)小型で作業台に設置でき、専用架台により移動可能※2
  • 3)低騒音設計を採用し、作動時の高い静音性を保持
  • 4)「ホモバルブシート」「ポンプバルブシート」は、脱着できて両面使用可能※2
  • 5)温度センサーを圧力ゲージに標準搭載し、効果確認のための温度表示が可能
    ※1 標準品はセラミック製 ※2 『LAB1000/2000』のみ対応

その他、お客様のご要望によってカスタマイズ対応が可能です。食品・医薬品のGMP対応や、医薬品・化粧品関連の製作実績が多数あります( IQ・OQ関連の書類も充実)。
また、FDA認可品質のパッキン類・多数オプションキット(温度管理・高粘度処理等)もご用意しています。

乳化に関するご参考データ

圧力式ホモジナイザーを用いた
水と油のエマルジョン効果

  • PremixPremix
  • 200 bar200 bar
  • 350 ba350 bar
  • 400 bar400 bar
  • 550 bar550 bar
  • 700 bar700 bar

〈油/水〉乳化での平均粒子径と均質圧力との関係

平均粒子径は、最高圧力で0.2μmまで微細化します。

上記写真時、圧力式ホモジナイザー1パス処理における平均粒子径と均質圧力の関係をまとめてみると、グラフの様に最高圧力において0.2μmまで微細化しました。

マルチパス均質化

極めて微細な粒子を求める場合、均質化を複数回行う必要があります。マルチ処理方法は直列した複数台により処理する方法と、1台の装置においてパス回数を増やして処理する方法により行われます。
油/水の乳化として図の様にパス回数を増すことにより微細な粒子を作ることができます。