emulsjon

Emulsjon er en blanding av to væsker der den ene væsken eksisterer som dråper fordelt i den andre.

Faktaboks

uttale:
emulsjˈon
etymologi:
av latin ‘melke’

Fremstilling

Ulike typer emulsjoner som stabiliseres av overflateaktive molekyler. Den hydrofile gruppen (brun) liker seg best i vann, mens den hydrofobe halen (grønn) liker seg best i olje.

Olje og vann er væsker som ikke kan blandes på molekylært nivå. Prøver man å blande dem, vil oljen raskt legge seg oppå vannet på grunn av mindre massetetthet. Dersom man tilsetter små mengder overflateaktive molekyler mens man blander de to væskene, vil disse molekylene sette seg på overflaten mellom olje og vann og redusere overflatespenningen, og også bidra til å stabilisere små dråper av vann eller olje som dannes ved for eksempel risting.

Disse overflateaktive molekylene blir ofte kalt surfaktanter, og består gjerne av en del som dras mot vannmolekylene og en annen del som dras mot oljemolekylene. De danner et lag rundt dråpene slik at dråpene frastøter hverandre og ikke går sammen for å danne større dråper. Man sier at surfaktantene hindrer koalescens, slik at emulsjonen forblir stabil over en viss tid. På denne måten kan det dannes olje-i-vann emulsjoner, som er små dråper olje i en kontinuerlig fase av vann, eller vann-i-olje emulsjoner, som er små dråper vann i en kontinuerlig fase av olje. Dråpene kan variere i størrelse fra omtrent 100 nanometer til noen få millimeter. Dersom dråpene er mindre enn 100 nanometer, kalles det vanligvis en mikro eller nanoemulsjon.

Egenskaper

Generelt kan man si at i en emulsjon er den ene væsken i en såkalt dispergent fase, som en finfordelt mengde små dråper, fordelt utover i den andre væsken, som er i kontinuerlig fase. Det tredje overflateaktive stoffet, en emulgator, er vanligvis nødvendig for å holde dråpene finfordelt som en stabil emulsjon. Lecitin er en vanlig emulgator, som kan utvinnes for eksempel fra eggeplomme eller soya. Også ulike molekyler i for eksempel såpe kan fungere som emulgatorer.

I 1913 oppdaget Wilder Bancroft at den væskefasen emulgatoren er mest løselig i, vil være den kontinuerlige fasen. Dette kalles av og til Bancrofts regel. Olje-i-vann-emulsjoner dannes derfor dersom emulgatoren er løselig i vann. For eksempel vil vannløselige proteiner i melk virke som overflateaktive stoffer, og bidrar til dannelsen av en olje-i-vann-emulsjon. Vann-i-olje-emulsjoner dannes dersom emulgatoren er mest løselig i olje. Det er altså ikke den væsken det er mest av som nødvendigvis blir den kontinuerlige fasen. Både måten man fremstiller emulsjonen på og relativ mengde av de to væskene spiller en mindre viktig rolle sammenlignet med løseligheten til emulgatoren. Det skal likevel understrekes at man i noen tilfeller har funnet avvik fra Bancrofts regel, slik at det også er mulig å lage emulsjoner der emulgatoren opprinnelig er oppløst i den dispergente fasen.

Det finnes en rekke metoder for å skille mellom olje-i-vann og vann-i-olje emulsjoner. Siden vann leder elektrisk strøm mye bedre enn olje, vil man kunne skille de to ved å måle den elektriske ledningsevnen. Den enkleste måten er likevel kanskje å dryppe en dråpe av emulsjonen ned på et filterpapir eller annet materiale som suger til seg vann. En olje-i-vann emulsjon vil raskt spre seg på filterpapiret grunnet kapillarkrefter, mens en vann-i-olje emulsjon ikke vil spre seg like raskt eller i det hele tatt.

Pickering-emulsjoner

Stabilisering av emulsjoner ved hjelp overflateaktive surfaktanter har vært kjent svært lenge i naturen, innen matlaging og ingeniørfag, og det er usikkert hvem som først oppdaget dette. Emulsjoner kan også stabiliseres ved hjelp av små partikler som selv har egne aktive overflatemolekyler. Emulsjoner laget med partikler som emulgatorer ble først rapportert av Walter Ramsden i 1903, og senere uavhengig gjenoppdaget av Percival Spencer Umfreville Pickering i 1907. Slike partikkel-stabiliserte emulsjoner kalles ofte Pickering-emulsjoner, og kan lages for eksempel av silika eller leiremateriale i størrelsesorden 10 til 1000 nanometer. De følger ofte Bancrofts regel, slik at hydrofile partikler har en tendens til å danne olje-i-vann-emulsjoner, mens hydrofobe partikler danner vann-i-olje emulsjoner.

Tørrmelk blandet i vann kan gi olje-i-vann Pickering-emulsjoner, siden miceller av kasein stabiliserer dråper av melkefett i vandig løsning. Margarin er derimot en vann-i-olje Pickering emulsjon, der partikler som inneholder fettkrystaller av triglyserid bidrar til å stabilisere emulsjonen.

Anvendelser

Melk og smør er begge emulsjoner.

Emulsjoner spiller en viktig rolle i både matlaging, industri og natur.

En rekke sauser og dressinger er emulsjoner. For eksempel er majones en olje-i-vann-emulsjon som kan lages av eddik, olje og en emulgator som lecitin. Melk er også en olje-i-vann-emulsjon der proteinet kasein virker som emulgator. Kasein setter seg på dråper av melkefett, og stabiliserer disse og erstatter de deler av dråpemembranen som ødelegges under homogeniseringen. Kremfløte er et eksempel på en olje-i-vann-emulsjon, for her er fettpartiklene emulgert i vannfase, mens stivpisket krem er en vann-i-olje-emulsjon der vann er finfordelt i en kontinuerlig og stiv fettfase.

Fuktighetskremer er olje-i-vann emulsjoner inneholder for eksempel mineralolje eller petrolatum i form av små dråper som skal hjelpe huden å danne en barriere slik at vann ikke trenger dypere inn. Vannet i den kontinuerlige fasen bidrar samtidig til å gi de ytre lag av huden fuktigheten den trenger.

Emulsjoner spiller en viktig rolle i fremstillingen av polymerer. Ved emulsjonspolymerisasjon deles den flytende monomeren i fine dråper i en kontinuerlig fase av vann ved hjelp av en emulgator. En initiator brukes til å sette polymerisasjonen i gang. Monodisperse plastkuler lages på denne måten.

Les mer i Store norske leksikon

Litteratur

  • W.D. Bancroft, ‘The theory of emulsification, V’, J. Phys. Chem. 1913, 17, 501.
  • E. Ruckenstein, ‘Microemulsions, macroemulsions, and the Bancroft rule’, Langmuir, 1996, 6351-6365
  • K.S. Golemanov, S. Tcholakova, P.A. Kralchevsky, K.P. Ananthapadmanabhan and A. Lips, ‘Latex-particle-stabilized emulsions of Anti-Bancroft type’, Langmuir 2006, 22, 4968-4977.
  • E. Dickinson, ‘Food emulsions and foams; stabilization by particles’, Current Opinion in Colloid and Interface Science, 2010, 15, 40-49.

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg