Liczba zmydlania

Cytuję za Wikipedią:  ilość mg wodorotlenku potasu potrzebna do zobojętnienia wolnych kwasów i zmydlenia estrów zawartych w 1 g substancji. 

Nie zagłębiajmy się teraz w znaczenie słowa „estry”, dla nas to tłuszcze reagujące z wodorotlenkiem w wyniku czego powstaje mydło. Jeśli damy za mało wodorotlenku, część kwasów tłuszczowych nie przereaguje i w gotowym produkcie prócz mydła, będzie też tłuszcz. Wielu mydlarzy dąży do takiej właśnie sytuacji, niewielka ilość tłuszczu w gotowym mydle nadaje mu właściwości pielęgnacyjnych. Gorzej, jeśli dodamy zbyt dużą ilość wodorotlenku, wtedy mydło działa drażniąco na naszą skórę.

W definicji zmydlania wykorzystuje się wodorotlenek potasu, ale znacznie częściej mydlarze używają wodorotlenku sodu. Dlatego posługujemy się liczbą zmydlania dla NaOH (SSV) oraz liczbą zmydlania dla KOH (SV). Ważne, by umieć tę liczbę wykorzystać przy tworzeniu receptury. W nawiasie podałam często stosowane oznaczenia tych liczb w literaturze anglojęzycznej. Do polskiej nie dotarłam, ale poszukuję jakiegoś kompendium na temat składu chemicznego tłuszczów.

Jak wyznaczyć ilość wodorotlenku? Mnożymy masę tłuszczu podaną w gramach przez liczbę zmydlania podzieloną przez tysiąc. Np., jeśli robimy mydło z tłuszczu o masie 500 g o liczbie zmydlania 126, to ilość wodorotlenku wynosi 500 g  x 0,126 = 63 g. W przypadku tłuszczu o liczbie zmydlania 76 obliczenia wyglądają następująco: 500 g x 0,076 = 38 g.
Jeśli robimy mydło z kilku różnych tłuszczów, to obliczenia prowadzimy dla każdego tłuszczu oddzielnie i sumujemy masy wodorotlenków wyznaczone dla każdego tłuszczu.

Niestety, pojawia się pewien problem. Każdy olej/tłuszcz składa się z różnych kwasów tłuszczowych, ich skład jest zmienny. Zależy od różnych warunków, w tym od pogody, gleby… itd. Wiadomo, że pewne kwasy w danym oleju są, ale ich ilość podaje się w przybliżeniu. Na przykład w oliwie z oliwek jest 60-75% kwasu oleinowego, to duża rozpiętość. To powoduje, że ustalenie liczby zmydlania danego tłuszczu w sposób jednoznaczny nie jest możliwe, podaje się, wyznaczone w sposób doświadczalny (miareczkowanie, nie wiem, czy są inne metody), najniższą i najwyższą możliwą liczbę zmydlania.

Poniżej liczby zmydlania dla NaOH dla tłuszczów najczęściej stosowanych ( cytuję za Scientific Soapmaking The Chemistry of the cold Process, Kevin M.Dunn, K.M.Dunn zaczerpnął te informacje z Physical and Chemical Characteristics of Oils, Fats, and Waxes, 3rd Edition, Edited by David Firestone – nawet znalazłam, 150 dolarów, nie przeszukałam internetu, możliwe, że byłoby coś po polsku):

oliwa z oliwek – 131 – 140
olej kokosowy – 176 – 189
masło kakaowe – 136 – 143
olej palmowy – 135 – 149
olej za słodkich migdałów – 134 – 143
olej rzepakowy – 129 – 138
olej rycynowy – 125 – 133

Jak użyć powyższych danych? Załóżmy, że chcemy zrobić mydło tylko z oliwy z oliwek. Ile NaOH użyć? Liczba zmydlania dla oliwy, to liczba z przedziału 131 – 140. Jeśli chcemy mieć pewność, że cały wodorotlenek przereaguje z kwasami tłuszczowymi, powinniśmy przyjąć liczbę zmydlania dla oliwy – 131. Zatem robiąc mydło z 500 g oliwy, używamy nie więcej, niż 65,5 g NaOH. Kalkulatory (mydlarskie) podają najczęściej średnią wartość liczby zmydlania, dla oliwy jest to liczba 135. Jeśli jednak trafimy na oliwę, dla której liczba zmydlania wynosi np. 132, to będziemy mieć problem, w mydle pozostanie część wodorotlenku, który nie przereagował z kwasami tłuszczowymi.

Wyznaczmy maksymalną ilość wodorotlenku dla mydło zrobionego z następującego przepisu:

oliwa z oliwek – 250 g
olej palmowy – 125 g
olej kokosowy – 100 g
olej rycynowy – 25 g

Jako liczby zmydlania dla poszczególnych tłuszczów przyjmijmy wartości dolne:

Ilość NaOH dla:
oliwy z oliwek: 250 g x 0,131 = 32,75 g
oleju palmowego: 125 g x 0,135 = 16,875 g
oleju kokosowego: 100 g x 0,176 = 17,6 g
oleju rycynowego: 25 g x 0,125 = 3,126 g

Sumujemy: 32,75 + 16,875 + 17,6 + 3,126 = 70,35

Użyjemy nie więcej niż 70,35 g NaOH. Ilość wody destylowanej to 70,35 g lub więcej. Ja użyłabym 140,7 g wody (podwojona masa wodorotlenku). Oczywiście, w zależności od dokładności wagi, odważamy dokładnie lub zaokrąglając masę wodorotlenku w dół np. do 70g, nigdy w górę.

Czy możemy być pewni, że postępując w sposób opisany powyżej otrzymamy bezpieczne mydło? Bazujemy tu na dokładności tablic zmydlania, dokładności wagi, uczciwości sprzedawcy/producenta, naszej uwadze/koncentracji a także na pewnej stabilności i powtarzalności warunków w jakich tłuszcz powstaje. Jeśli któryś z elementów zawiedzie, mydło może nie być bezpieczne. Ale nie zakładajmy tak drastycznej sytuacji. Róbmy mydło a przed użyciem sprawdźmy je – papierkami wskaźnikowymi, fenoloftaleiną albo językiem. Dotykamy mydła czubkiem języka, jeśli piecze, porażka, jeśli nie – sukces. Najczęściej okazuje się, że sukces 🙂

Tworząc recepturę mydła nie posługujemy się tablicami zmydlania (najczęściej), korzystamy z tzw. kalkulatorów. O kalkulatorach i przetłuszczeniu napiszę oddzielnie. Tutaj chciałam wyjaśnić czym jest liczba zmydlania i dlaczego korzystając z różnych kalkulatorów otrzymujemy różne wartości wodorotlenku, rozbieżności bywają niepokojące. Jeśli zakładamy niskie przetłuszczenie (przetłuszczenie – ilość niezmydlonych tłuszczów wyrażona jako procent wszystkich tłuszczów użytych do zrobienia mydła), warto powyższą metodą upewnić się, czy dobrze wyznaczyliśmy ilość wodorotlenku. Albo skorzystać z różnych kalkulatorów i przyjąć najniższą ilość wodorotlenku. Albo stosować na własną odpowiedzialność swoje sprawdzone metody 🙂

 

 

Redukcja wody

To pojęcie dobrze znane wszystkim zajmującym się domowym wyrobem mydła. Chodzi oczywiście o ług czyli o rozpuszczony w wodzie wodorotlenek sodu. Ustalając ilość NaOH potrzebną do zmydlenia tłuszczów, większość z nas korzysta z gotowych kalkulatorów, najpopularniejszym jest kalkulator na stronie http://soapcalc.net/calc/soapcalcwp.asp
Jest on tak ustawiony, że wylicza nam ilość wody jako część masy użytych tłuszczów, dokładniej 38%, co ma oczywiście wpływ na stężenie ługu.

Jeśli robimy mydło tylko z oliwy pomace, o przetłuszczeniu przyjmijmy 2%, to otrzymamy następującą recepturę:

1000 g – oliwa pomace
380 g – woda destylowana
131,37 g – NaOH (oczywiście zaokrąglamy do 131 g).
Tym samym stężenie ługu wynosi w przybliżeniu 25,5 %.

Gdybyśmy teraz chcieli zrobić mydło z oleju kokosowego kalkulator wyznaczyłby nam następującą recepturę:

1000 g – olej kokosowy
380 g – woda destylowana
179,58 g – NaOH (zaokrąglamy do 179 g)
Stężenie ługu wynosi w przybliżeniu 32%.

Możemy brnąć w procenty dalej i stwierdzić, że stężenie pierwszego ługu jest o ponad 20% mniejsze niż drugiego… itd. Ale gołym okiem widać znaczną różnicę. W pierwszym przypadku ług jest rzadszy. Czy ma to znaczenie? Czy można tej wody dać mniej? Ile być musi?

Odpowiedzi szukałam w artykule The „Water Discount” autorstwa prof. Kevina M. Dunn.
Artykuł dostępny na stronie http://cavemanchemistry.com/WaterDiscount-Dunn.pdf
W trakcie pisania tego postu eksperymentuję też z mydłem czysto oliwkowym. W tej chwili grzeje się, a raczej saponifikuje 🙂 w piekarniku w temp. 60 st.

Zajmijmy się artykułem. Prof. K.M.Dunn przygotował w identycznych warunkach (te same objętości, te same stężenia ługu, ten sam sposób mieszania) próbki mydła

1. z oleju kokosowego
2. z oleju palmowego
3. z oliwy z oliwek
4. czteroskładnikowej mieszanki (39% oliwa z oliwek, 28% olej palmowy, 28% olej kokosowy, 5% olej rycynowy).

Każde z wyżej wymienionych mydeł sporządzono w trzech wersjach, z ługiem 50% (jedna część wody, jedna część NaOH), 33% (dwie części wody, jedna część NaOH) i 25% (trzy części wody, jedna część NaOH). Na potrzeby badań i przejrzystości sformułowań użyto nazw: low-water, medium-water, high-water. Spolszczę je i tak:

nisko-wodne mydło – mydło sporządzone z wykorzystaniem ługu 50%
średnio-wodne mydło – mydło sporządzone z wykorzystaniem ługu 33%
wysoko-wodne mydło – mydło sporządzone z wykorzystaniem ługu 25%

Przy sporządzaniu próbek problem pojawił się przy oliwie z oliwek, próbka nisko-wodna zgęstniała w rozsądnym czasie, pozostałe mimo mieszania, nie gęstniały. Dlatego użyto olejku goździkowego, który przyspieszył proces gęstnienia i w ten sposób sporządzono trzy próbki mydła z oliwy. Uzyskane dla tych próbek wyniki porównano dodatkowo z wynikami nisko-wodnej próbki z czystej oliwy.

Każda próbka po wymieszaniu i uzyskaniu konsystencji budyniu została umieszczona na 4 godziny w temp. 60 st. Po czym mierzone były twardość, wilgotność i zasadowość (my mówimy o sprawdzaniu pH) wierzchniej i spodniej warstwy każdej próbki. Twardość rozumiana dosłownie, badana poprzez wywieranie na próbkę nacisku. Badania prowadzono przez 60 dni. Osoby zainteresowane szczegółowymi wykresami odsyłam do źródła, przytoczę tu jednie wnioski.

Wpływ stężenia ługu na twardość i wilgotność. Wniosek jest dość prosty, im wyższe stężenie, tym krótsze suszenie. Wydaje się to oczywiste, bo im wyższe stężenie, tym mniej wody w mydle. Przechodząc ze stężeniem o jeden stopień w górę (zwiększamy stężenie) skracamy suszenie przeciętnie o dwa tygodnie w stosunku do .poprzedniego stężenia. Dokładniej: jeśli pewna wilgotność została osiągnięta przez próbkę nisko-wodną, to porównywalna wilgotność jest osiągana przez próbkę średnio-wodną dwa tygodnie później, a przez wysoko-wodną – cztery tygodnie później.

Wpływ stężenia na zasadowość. Tutaj wyniki nie są tak jednoznaczne, ale za każdym razem uzyskano mydło o odpowiedniej dla skóry zasadowości (o odpowiednim dla skóry pH).

Interesujące było to, że w przypadku mydła czteroskładnikowego już na samym początku uzyskano akceptowalną zasadowość dla wszystkich próbek. W przypadku tego też mydła w wysoko-wodnej próbce zauważalne było rozwarstwienie, tłuszczem, który się częściowo wytrącił, była oliwa z oliwek.

I jeszcze jedno, mydło wykonane z czystej oliwy z oliwek bez olejku goździkowego ma naprawdę dobre parametry 🙂

Ja z tego artykułu i po zrobieniu własnego doświadczenia wyciągnęłam następujące wnioski:

  1. Ustalając ilość wody kieruję się ilością NaOH, którą mam dodać do tłuszczów. Zatem w kalkulatorze w punkcie 3.water zaznaczam Lye Concentration i wpisuję stężenie ługu. Liczba ta nie może być większa niż 50%, na początek lepiej mniejsza, np 30 – 35%. Zacznę przy następnym mydle wieloskładnikowym od 35%.sc_02
  2. Mydło z czystej oliwy robię tylko z ługiem 50%. Nawet, jeśli będę musiała to mydło potem ogrzewać. Dla mnie to wyjątkowe mydło, bo kiedy każde inne zawodzi, to myje bez podrażnień. To jest też mydło dla osób po zabiegach chirurgicznych i choćby dlatego należy się mu specjalne traktowanie. Mydłem tym można też myć dzieci i to bez względu na ich wiek. Tu dygresja – nie zachęcam do mycia noworodków mydłem, to mydło dla dziecka, które poznaje świat raczkując czy dotykając wszystkiego w zasięgu rączek. Opóźniajcie użycie mydła tak długo jak się da.
  3. Pozostałe mydła – decyzję co do stężeń ługu bliskiego 50% podejmę, gdy zrozumiem, czy i jak to stężenie wpływa na proces żelowania. Jeśli tak wysokie stężenie będzie wymagało ogrzewania mydła, to wolę je dłużej suszyć niż grzać, lepiej ćwiczyć cierpliwość niż płacić wyższe rachunki 🙂
  4. Mimo bardzo zachęcających wyników co do zasadowości próbek (szczególnie tej wieloskładnikowej) i tak będę swoje starannie sprawdzać zanim pozwolę komukolwiek użyć.

Zanim usiadłam do komputera przygotowałam próbkę mydła z oliwy pomace nisko-wodnego, czyli z 50% ługiem.

Użyte składniki:
250 g – oliwa pomace
32 g – NaOH
32 g – woda destylowana.

Nigdy nie robiłam ługu o stężeniu 50%, trochę się tego bałam, zupełnie niesłusznie, osiągnął temperaturę ok. 60 st., być może ze względu na małą ilość, tego nie wiem, robiąc duże ilości mydła zachowam ostrożność. Minusem było rozpuszczanie, trudniejsze niż przy większej ilości wody. Jak widać na zdjęciu, ług mieszałam w żaroodpornej szklance.dos_01
Po wlaniu do oliwy i kilkukrotnym zamieszaniu silikonową łopatką całość mocno pociemniała. Zmierzyłam czas miksowania blenderem do uzyskania budyniu.  Całość, od momentu włączenia stopera, włożenia rękawiczek i miksowanie do fazy budyniu, trwała ok. 55 sekund, mistrzostwo świata, nie pamiętam, czy kiedykolwiek tak krótko miksowałam. I znów, nie popadam w euforię, może mała ilość masy wymaga krótszego miksowania, może, gdy będę robić to mydło z 2 kg oliwy, trzeba będzie miksować dłużej, znów – nie wiem. Za jakiś czas sprawdzę. Przelałam do foremek, zrobiłam zdjęcie, żeby zapamiętać niezbyt ładny kolor masy i wstawiłam do piekarnika na 4 godziny. Przepraszam za nieostre zdjęcie, już lepszego nie zrobię. Kolor, musicie przyznać, paskudny.dos_02

Co jakiś czas sprawdzałam, bo nie ma sensu grzać, jeśli faza żelowa się zakończy. Nic z tego, 4 godziny i ani minuty krócej 🙂 Cudnie kremowe mydełka. Jedno odrywałam od foremki, nie odczekałam. dos_03

Zważone leżakują w pudełeczku wyłożonym papierem.  Będę je ważyć codziennie, bo chcę sprawdzić, w jakim tempie będą tracić wodę. Moje mydła niestety nie maja dobrego pH, papierki granatowe. To pH też będę sprawdzać, ale już nie tak precyzyjnie.