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人々の生活水準の向上に伴い、食品に対する消費者の要求は、適切な栄養価だけでなく、外観、色、香り、味、粘度、鮮度などの感覚特性においても満足のいく品質を持つことが求められるようになりました。

乳化剤は、食品の調整剤として、食品業界で重要な役割を果たしています。乳化剤の作用メカニズムを見てみましょう。

乳剤

食品中の一般的なエマルジョンは、水または水溶液で構成されており、これらを総称して親水相と呼びます。もう一方の相は、水と混ざらない有機相で、親油相とも呼ばれます。水と油のように混ざらない2つの液体は、混合すると油中水型（O/W）エマルジョンと油中水型（W/O）エマルジョンの2種類のエマルジョンを形成します。

油中水型エマルジョンでは、油は水中に小さな液滴として分散しており、油滴が分散相、水が分散媒です。例えば、牛乳はO/W型エマルジョンです。一方、油中水型エマルジョンではその逆です。水は油中に小さな液滴として分散しており、水が分散相、油が分散媒です。例えば、人工バターはW/O型エマルジョンの一種です。

乳化剤の作用機序

食品乳化剤は、界面活性剤とも呼ばれ、混ざり合わない液体を均一に分散した相（エマルジョン）に変換する物質です。食品に添加すると、油と水の間の界面張力を大幅に低下させ、混ざり合わない油（疎水性物質）と水（親水性物質）が食品添加物として安定したエマルジョンを形成することを可能にします。

一方、乳化剤は、互いに反発する相表面に薄い分子層を形成し、系全体の表面自由エネルギーを低下させ、新たな界面を形成します。乳化剤分子は親水性および親油性の官能基を有しており、油と水の互いに反発する相表面に吸着して薄い分子層を形成し、二相間の界面張力を低下させます。つまり、油分子と乳化剤の親油性部分が一方側にあり、水分子と乳化剤の親水性部分がもう一方に存在します。この両者の相互作用により、界面張力の変化が生じます。

一方、液滴表面に保護吸着層を形成することで、液滴に強力な空間安定性を与えます。乳化剤を添加するほど、界面張力の低下が大きくなります。これにより、以前は混ざり合わなかった物質が均一に混合され、均質な分散系が形成されます。これにより、元の物理的状態が変化し、食品の内部構造が改善され、品質が向上します。
親水性および親油性の平衡値

一般的に、親水性の強い乳化剤は油水エマルジョンを形成し、親水性の強い乳化剤は水油エマルジョンを形成します。乳化剤の親水性と親油性のバランスを示すために、通常はHLB値（親水性親油性バランス値）が用いられ、乳化剤の親水性を表すのにHLB値が用いられます。HLB値には様々な計算方法があります。

差分式：HLB＝親水基の親水性 - 親油基の疎水性

比率の式：HLB＝親水基の親水性／親油基の疎水性

各乳化剤のHLB値は実験的に決定できます。親油性が100%の乳化剤のHLBは0（パラフィンワックスに相当）で、親水性が100%の乳化剤のHLBは20（オレイン酸カリウムに相当）です。HLBを20等分することで、親水性と親油性の強さを表します。HLB値が大きいほど親水性が強く、小さいほど親油性が強くなります。

食用乳化剤の大部分は、HLB値が0～20の非イオン界面活性剤です。非イオン性乳化剤のHLB値とその関連特性は表に示されています。イオン性界面活性剤のHLB値は0～40です。したがって、HLB値が10未満の乳化剤は主に親油性であり、HLB値が10以上の乳化剤は親水性です。

混合乳化剤の場合、HLB値は加法的性質を持ちます。したがって、2種類以上の乳化剤を混合して使用する場合、混合乳化剤のHLB値は、その組成物中の各乳化剤の質量分率に基づいて計算できます。

HLBa,b =HLBa·A%+HLBb·B%

この式では、

HLBa、bは乳化剤aとbを混合した際のHLB値です。

HLBa および HLBb は、それぞれ乳化剤 a および b の HLB 値です。

A% と B% は、それぞれ混合乳化剤中の a と b の含有量のパーセンテージです (この式は非イオン性乳化剤にのみ適用されます)。
乳化剤の調製方法と影響要因

乳化剤の製造方法には、乾式ゲル法、湿式ゲル法、油水相混合法、機械的方法の 4 つの方法があります。

ドライゲル法は、乳化剤を含む油相に水を加えて製造する方法です。製造工程では、まずゴム粉末（乳化剤）を油と均一に混合し、一定量の水を加えて粉砕・乳化させ、初乳にした後、全量になるまで水で希釈します。

湿式ゲル法は、乳化剤を含む水相に油を加える方法です。調製の際には、まずゲル（乳化剤）を水に溶解し、スラリー状の水相を形成します。次に、油相を水相に段階的に添加し、初乳に粉砕した後、全量まで水を加えます。

油相と水相を混ぜ合わせ、乳化剤に加え、一定量の油と水を混ぜます。アラビアゴムを乳鉢で粉砕し、油水混合物を素早く粉砕して初乳とし、水で希釈します。

乳化剤の製造は主に 2 つの液体を乳化させることから成り、乳化の品質は乳化物の品質に大きな影響を与えます。

乳化に影響を与える主な要因は、界面張力、粘度と温度、乳化時間、乳化剤の使用量です。一般的には、界面張力を大幅に低減できる乳化剤が選択されます。乳化剤の最適な乳化温度は約70℃です。非イオン界面活性剤を乳化剤として使用する場合は、乳化温度がそれらのピーク温度を超えないようにする必要があります。乳化剤の使用量が多いほど、形成されるエマルジョンはより安定します。

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