čtvrtek 20. září 2012

Základní principy výroby mýdla od základu

Tohle je pokračování úvodní sekce: Jak vyrobit domácí mýdlo.

V této sekci se dozvíte základní principy výroby mýdla od základu a vše potřebné k sestavení vlastního receptu!

Výroba mýdla připomíná tak trochu pečení. Jedna mydlářka v jistém blogu se přiznala, že začala s výrobou mýdla, protože ji strašně baví pečení, ale vadí , že se pak přejídá .. Můžete si být jisti, že z mýdla nepřiberete :). V principu vypadá domácí výroba následovně.

1) Smícháme hydroxid + tuky / oleje

2) Mícháme (nejlépe ponorným mixérem, ale jde to i ručně) dokud hmota nezhoustne (nezemulguje)

3) Přidáme do hmoty barviva, vůně, případně další složky

4) Vylijeme mýdlo do forem / formy

5) Po cca 24 hodinách (záleží od receptu) mýdlo vyklopíme z forem / formy a pokud jsme dělali velký mýdlový blok, tak ho nakrájíme

6) Necháme mýdlo dozrát 2-3 týdny (aby doběhla případná - ještě přítomná - reakce zmýdelnění a odpařila se voda - tím mýdlo ztvrdne a nabyde delší životnost)

Existují dvě základní metody výroby mýdla od základu: výroba za studena a výroba za tepla, které se liší v bodě 2. Při metoda za tepla se po zhoustnutí hmoty ještě hmota uměle zahřívá, aby se urychlil proces zmýdelnění. Mýdlo je pak použitelné hned - tedy není alkalické - a nemusí se čekat dva - tři týdny, i když to má zas další nevýhody.

Než se ale pustíte do výroby vlastního mýdla, je třeba seznámit se základními principy.



Zmýdelnění (saponifikace)


Základními surovinami pro proces výroby mýdla od základu jsou oleje / tuky, které reprezentují
kyseliny a hydroxid sodný (sodný louh, NaOH), případně hydroxid draselný (draselný louh, KOH), reprezentující zásadité látky (dále označené zásady).

Reakcí zásad a kyselin vzniká sůl a mýdlo je vlastně sůl mastných kyselin. Tento proces se nazývá zmýdelněním mastných kyselin (saponifikace) a pomocí chemických vzorců se dá zapsat následovně:




Všimněte si, že kromě mýdla (tedy soli) vzniká ještě glycerin, látka která má vynikající zvlhčující vlastnosti a používá se v kosmetice, potravinářském i farmaceutickém průmyslu. V průmyslové výrobě se glycerin z tohoto procesu odstraňuje a zbytek - jádrové mýdlo - tedy čistá sůl mastných kyselin - se dále zpracovává do konečné podoby mýdla přidáním různých aditiv, barviv a podobně. Glycerin - cenná látka - je dále prodáván samostatně.

Pokud si vyrábíte mýdlo sami, glycerin v něm zůstává a takové mýdlo má na pokožku velice blahodárný efekt. Některé zdroje (1) uvádějí, že používání mýdel tohoto druhu dokonce pomáhá při chronických kožních onemocněních jako psoriáza, případně ekzémy. Nemám to vyzkoušené, protože žádnou z těchto nemocí netrpím, avšak odkdy používám vlastní mýdla, téměř jsem zapomněla co je to krém na ruce - vůbec ho totiž (s výjimkou extrémně chladného počasí) nepotřebuji!

Po zmýdelnění v konečném produktu nezbývá žádný hydroxid, protože tento kompletně reaguje s oleji a vytvoří mýdlo a glycerin.

Aby se zajistilo kompletní zmýdelnění hydroxidů, domácí mydláři snižují množství potřebného hydroxidu o 5 až 10% (anglicky se to nazývá superfatting).

Toto snížení zajistí, reakci všech molekul hydroxidu a navíc 5-10% molekul mastných kyselin zůstane nezreagovaných. Tyto nezmýdelněné oleje pak představují vedle glycerinu další výživnou složku mýdla.

TIP: V domácí výrobě mýdla se po dokončení větší části mýdlotvorné reakce, tedy ve fázi stopy (co je stopa se dozvíte v příštím příspěvku Postup výroby mýdla metodou za studena), ještě před vylitím do formy, přidávají do hmoty další látky, které by jinak celou reakci zmýdelnění z různých důvodů nepřežili. Patří sem barviva, vůně (esenciální oleje) ale i vzácnější oleje, jejichž zmýdelnění chceme zabránit, protože je potřebujeme využít pro vyživující účinky. Olejů se v této fázi nesmí přidat příliš mnoho, tak aby celkové množství nezmydelnených olejů nepřekročilo 10% (tedy je nutné započítat i nezmýdelněné oleje, které již ve směsi jsou). Příliš mnoho nezmýdelněných olejů podléhá časem rozkladu oxidací (žluknutí) a snižuje kvalitu a životnost mýdla.


Hydroxidy (zásady)


Existuje velké množství zásaditých látek, které by se daly použít na výrobu mýdla, ale nejlepší vlastnosti pro (nejen) domácí použití mají hydroxid sodný - NaOH a hydroxid draselný - KOH.

V celém tomto blogu budou pojmy KOH a NaOH vždy představovat 100% koncentrovaný hydroxid, který se vyskytuje v pevném skupenství (v podobě kuliček, nebo vloček), pokud nebude uvedeno jinak. Rozpuštěnou formu budu nazývat roztok hydroxidu (roztok NaOH, roztok KOH).




Voda a příprava roztoku NaOH

Ke zmýdelnění tuků potřebujeme hydroxid rozpustit ve vodě

Jednak proto, aby se molekuly hydroxidu lépe dostaly do kontaktu s molekulami mastných kyselin - jen těžko by se kuličky / vločky hydroxidu po nasypání do olejů rovnoměrně rozdělili - můžete míchat jak chcete. Z chemického pohledu se při rozpouštění NaOH ve vodě vlastně jedná o hydrolýzu NaOH na Na + a OH-, ionty, které pak hydrolyzují triestery mastných kyselin a glycerolu. Příliš málo vody může způsobit, že molekuly NaOH se nebudou moci rovnoměrně rozptýlit po celé hmotě a reakce zmýdelnění nemusí všude proběhnout rovnoměrně. Riskujeme mýdlo, které bude mít nezmydelnené části a bude silně zásadité! Mýdlo tvořené s roztokem NaOH, kde je příliš málo vody, se bude rovněž velmi pravděpodobně rozpadat. Bez dostatku vody to skrátka nejde.

Avšak pozor, příliš mnoho vody vytvoří příliš zředěný roztok a ionty hydroxidu budou mnohem déle hledat mastné kyseliny a reagovat s nimi. Reakce se tedy velmi zpomalí, pokud ne ještě hůř - zastaví. Rovněž mýdlu bude trvat velmi dlouhou dobu, než se z něj odpaří voda a nabude požadovanou pevnost.

Dobrý poměr NaOH a vody, který nezklame je zhruba 1:2 (NaOH: voda), tedy přidat hydroxid do dvojnásobku jeho váhy (pokud máme použít 100 g hydroxidu, tak ho třeba smíchat s 200g vody).

Voda se může vypočítávat i jako podíl tuků které chceme zmýdelňuje. Můj oblíbený kalkulátor SoapCalc počítá množství vody jako 38% hmotnosti olej
ů/tuků v receptu.

Trochu jsem pátrala po referencích pro "nejlepší koncentraci NaOH", tedy po nějakém vědeckém zdroji, který by diskutoval množství vody určené pro rozpuštění NaOH. Zjistila jsem, že tomuto tématu se vědecky věnuje Kevin M. Dunn ve své knize Scientific Soapmaking. Zkoumal koncentrace NaOH od 25% do 50% ve čtyřech různých mýdlech (palmové, kokosové, olivové a smíšené) a zjistil, že koncentrace NaOH nemá vliv na výsledné mýdlo, co se týká jeho alkalinity. Zjistil ale, že vyšší koncentrace NaOH dramaticky snižují čas odpařování vody při zrání (to že se sníží doba odpařování vody je logické, začínáme s menším obsahem vody, ale překvapivý byl velký rozdíl) a tím čas pro dosažení stejné tvrdosti mýdla, mezi 25% a 50% koncentrací NaOH byl dokonce rozdíl 4 týdnů!

Dále zjišťoval vliv teploty a obsahu vody na dosažení gelové fáze, a zjistil, že mýdla s vyšším (ale ne příliš vysokým) obsahem vody potřebují menší teplotu na to aby prošly gelovou fází.

Příliš mnoho vody u olivového oleje (25% koncentrace NaOH) způsobilo nemožnost dosažení stopy a oddělení fází.


Vyšší koncentrace NaOH (já bych to odhadla na 41 - 50%) urychlí stopu a zrání a doporučuje se při mýdlech, které déle ztrácejí vlhkost, jako například kokosové a olivové. Rovněž se doporučují při použití jednomýdlových forem - takhle vyrobené mýdlo se
z forem pak snadno vyklápí .

Nižší koncentrace NaOH (30-40%) se zas doporučuje při mýdlech, které se vyrábějí v blocích, aby se daly snadněji krájet, a v případě, že chceme dosáhnout gelovou fázi.

Toto není úplný výpočet a zřejmě časem ještě doplním o nejnovější informace.

Roztoky NaOH a KOH jsou silně alkalické, a podobně jako silné kyseliny - jsou žíravé. Při manipulaci s nimi je důležité dodržovat tyto základní bezpečnostní zásady.

!!!! VŽDY LIJTE HYDROXID DO VODY, NIKDY NE NAOPAK !!!!


Tvrdost vody

Co se týče vody, k výrobě mýdla je nejlepší voda destilovaná, nebo dešťová, případně, pokud víte, že máte vodu měkkou, tak může být i z kohoutku, a to ze dvou důvodů:

1) tvrdá voda obsahuje různé minerální sloučeniny, které mohou zčásti zreagovat s hydroxidem a oslabit tak roztok na výrobu mýdla, zatímco například vápník může reagovat s částí mastných kyselin za tvorby mýdla nerozpustného

2) podle experimentů z knihy KMDunn Scientific Soapmaking, přítomnost kovových sloučenin ve vodě (např. sloučenin vápníku v tvrdé vodě) také urychluje hydrolýzu mastných kyselin a tím pádem jejich žluknutí. Tvrdá voda použitá v mýdle tedy bude urychlovat žluknutí mýdla a tvorbu nevzhledných oranžových skvrn.



Oleje a tuky ve výrobě mýdla

Mýdlo se dá vyrobit z jakéhokoliv živočišného či rostlinného oleje nebo tuku (tedy nelze vyrobit z minerálního oleje). Co se bude lišit, jsou jeho vlastnosti, které jsou přímo podmíněny vlastnostmi / složením použitých olejů a tuků. Jak jsem zmiňovala v úvodní sekci, sem patří:

  • pevnost mýdla
  • schopnost tvořit mýdlové bubliny
  • trvanlivost mýdlových bublin
  • velikost bublin
  • čistící schopnost
  • výživný efekt na pokožku
Vhodnou kombinací olejů a tuků vytvoříte mýdlo s požadovanými vlastnostmi. Následující tabulka zobrazuje, jaké vlastnosti poskytují konečnému produktu jednotlivé oleje / tuky).
Olej/tuk SAP (KOH) SAP (NaOH)  Tvrdost Čistící schopnost Schopnost tvorby bublinek Stabilita pěny Výživný efekt
Arašídový olej (peanut oil) 192.1 137.0 měkké ujde to malá vysoká výborný
Avokádový olej (avocado oil) 187.5 133.7 měkké ujde to velká nízká nejlepší
Jojobový olej (jojoba oil) 97.5 69.5 měkké ujde to malá vysoká výborný
Kokosový olej (coconut oil) 268.0 191.1 tvrdé výborná velká nízká vysušující
Kukuřičný olej (corn oil) 192.0 136.9 měkké ujde to malá nízká výborný
Kukujový ořech (kukui nut oil) 190.0 135.5 měkké dobrá malá vysoká výborný
Mandlový olej (sweet almond oil) 192.5 137.3 měkké dobrá malá vysoká nejlepší
Olivový olej (olive oil) 189.7 135.3 měkké dobrá malá nízká výborný
Palmový olej (palm oil) 199.1 142.0 tvrdé výborná malá vysoká nic moc
Řepkový olej (canola/rapeseed oil) 174.7 124.6 měkké ujde to malá nízká výborný
Ricínový olej (castor oil) 180.3 128.6 měkké ujde to velká vysoká výborný
Sojový olej (soybean oil) 190.6 135.9 měkké dobrá malá vysoká nic moc
Slunečnicový olej (sunflower oil) 188.7 134.5 měkké ujde to malá nízká výborný

Všimněte si, že tuky (jako kokosový olej nebo palmový olej) tvoří mýdla tvrdé, tekuté oleje zas mýdla měkké.

POZOR, pevnost mýdla je ale ovlivněna také použitým hydroxidem.  
  • Hydroxid sodný (NaOH) vytváří pevné mýdla, zatímco 
  • Hydroxid draselný (KOH) vytváří mýdla měkké a lépe rozpustné ve vodě, proto se používá k výrobě mýdel tekutých.

Vlastnosti olejů jsou podmíněny typem mastných kyselin a množstvím a typem nezmýdelnitelných látek, z nichž se skládají

Použité oleje a tuky mohou mít rostlinný i živočišný původ. Já se přikláním k rostlinným olejům, a proto v celém svém blogu budu používat jen tyto. Existuje celá škála rostlinných olejů, a pro vyrobení kvalitního mýdla není potřebný živočišný tuk. Pokud byste to přece chtěli vyzkoušet, na internetu najdete množství receptů, hlavně v angličtině (hledejte výrazy lard (sádlo), tallow (lůj) a soapmaking). Jinak z rostlinných olejů je loju a sedli velmi blízký složením a tím i svým efektem v koncovém produktu palmový tuk.
 


Řekněme, že jste si už vybrali kombinaci tuků a olejů a nyní chcete vyrobit mýdlo. Jak ale určíte množství potřebného hydroxidu pro jejich zmýdelnění? Na tento výpočet je důležité znát hodnotu zmýdelnění (saponifikačná hodnota - SAP) každého oleje v receptu.

Saponifikačná hodnota - SAP a výpočet množství hydroxidu pro zmýdelnění


Saponifikačná hodnota olejů určuje, kolik miligramů (mg) 100% hydroxidu draselného (KOH), třeba na zmýdelnění 1 gramu oleje.

Každý olej má jinou hodnotu SAP (viz tabulka výše, první sloupec, pro zjednodušení ve druhém sloupci uvádím i hodnoty přepočtené na NaOH), která je závislá na jeho složení.




Výše jsme si uvedli, že oleje a tuky jsou složeny hlavně z triglyceridů - tři mastné kyseliny na jedné molekule glycerolu.

Proto potřebujeme 3 molekuly NaOH / KOH pro zmýdelnění třech mastných kyselin z jednoho triglyceridu.

Tedy abychom věděli kolik molekul NaOH potřebujeme, potřebujeme znát kolik triglyceridů v tuku je! K tomu ale v tucích jsou ještě volně pobíhající mastné kyseliny, nenavázané na glycerol. Zatímco složení NaOH je přesně známo (nemluvím teď o jeho čistotě), složení tuku se mění. A mění se v závislosti nejen na jeho typu, ale i od pole / plantáže ze kterých byly rostliny sklizeny, od počasí a také od data sběru. Proto se tyto hodnoty počítají jako průměr z dlouhodobých pozorování.

Na základě hodnot zmýdelnění se dá vypočítat množství hydroxidu potřebného na jakoukoli kombinaci olejů / tuků.

Při výpočtech množství 100% hydroxidu sodného (NaOH) je třeba si uvědomit, že NaOH má v jednom miligramu hmoty více molekul než KOH. Jeho molekulární hmotnost (56.1) je tedy vyšší a proto ho stačí méně než KOH (40), přesněji 40/56.1 = 0.713 krát méně. P
ro výpočet množství NaOH touto hodnotou je tedy třeba vynásobit hodnotu SAP odvozenou z KOH.

Příklad 1:
V receptu používáme 500 g olivového oleje, jehož SAP = 189.7 mg = 189.7 mg/1000 = 0.1897 g.

Tedy na 100% zmýdelnění tohoto oleje budeme potřebovat

0.1897g * 500g = 94.85 g KOH, ale pouze 189.7g * 0.713 = 67.6 g NaOH!

To je jednoduché, že?  V případě, že máte v receptu olejů více, vypočítáte potřebné zmýdelnění hodnoty pro každý z nich a skombinujete je v poměrech olejů - viz příklad 2.

Příklad 2:

V receptu používáte 500 g olivového oleje, 250 g kokosového tuku, a 250 g palmového tuku.

SAP Olivového oleje 189.7g / 1000 * 500g = 94.85g KOH * 0.713 = 67.6g NaOH
SAP Palmového oleje 199.1g / 1000 * 250g = ​​49.8g KOH * 0.713 = 35.5g NaOH
SAP Kokosového oleje 268.0 g / 1000 * 250g = ​​67.0g KOH * 0.713 = 47.8g NaOH
________________________________________________________________

Dohromady potřebujete pro zmýdelnění této směsi olejů 212g KOH nebo 213g * 0.713 = 150.9g NaOH


KOH používáte v případě, že chcete vyrobit tekuté mýdlo, NaOH v případě, že chcete vyrobit mýdlo pevné.

Kombinace KOH a NaOH
se používá při výrobě mýdla krémového.

Teď, když víte jak funguje výpočet, můžete se ponořit do světa výroby vlastních receptů!





 

Online kalkulačka pro výpočet receptu
 
Dobrá zpráva je, že existuje množství online kalkulaček pro výpočet množství hydroxidu na základě poměrů olejů, které chcete používat, a mnohé z nich mají mnohem více funkcí. Například poskytují odhad vlastností Vašeho mýdla, a tím Vám umožní recept přizpůsobit dle Vašich požadavků.

Já používám SoapCalc. se tam nastavit a sledovat úplně všechno. Po vyplnění složek a poměrů se dá v bodě číslo 5 (v tabulce nalevo) sledovat hodnota vlastností, které mýdlo bude mít. Umístíme kurzor nad hodnotu, zobrazí se vysvětlení a interval hodnot.

Konečně je třeba kliknout v položce číslo 8 (vpravo dole) na "1. Calculate recipe" - toto spočítá množství NaOH, no a na zobrazení výsledků třeba kliknout na "2. View or print recipe". Recept se otevře v novém okně prohlížeče.

Zde najdete muj videonávod pro použití SoapCalc.



Důležité!!! Saponifikační hodnoty pro KOH a NaOH platí pro 100% koncentrované hydroxidy - tedy v pevném skupenství. KOH je výjimka, protože se prodává pevný v 85% -90% koncentraci, viz níže. V případě KOH, nebo pokud jste zakoupili přímo roztok hydroxidu ve vodě, musíte množství použitého roztoku přizpůsobit jeho koncentraci!!


Příklad 3

Výše jsme spočítali, že pro zmýdelnění 500g olivového oleje potřebujeme 
67.6g 100% NaOH. Doma ale máme k dispozici jen 30% roztok NaOH (koupili jsme ho tak v obchodě, například). To znamená, že 1g roztoku obsahuje pouze 30% NaOH, tedy 0.3g NaOH. Potřebujeme  67.6g NaOH, tedy  67.6g / 0.3g = 225.3g 30% roztoku NaOH.

Tento vztah můžeme zobecnit do formulky:

M - je vypočtená hmotnost 100% hydroxidu potřebného na zmýdelnění

X - je procento oztoku hydroxidu, který máme

Hmotnost X% roztoku  = M * 100 / X

Tedy v našem případě

Hmotnost 30% roztoku =
67.6g * 100/30 = 225.3g

-------------------------------------------------------------------------
Literatura
(1) Garzena Patrizia, Tadiello Marina: Il tuo sapone naturale. 2009. Fabrizio Comolli. Milano.
(2) Susan Miller Cavitch: The Soapmaker's Companion. 1997. Storey Publishing. North Adams. MA, USA.
(3) Kevin M. Dunn: Scientific Soapmaking: The Chemistry of Cold Process. 2010, Clavicula Press

Žádné komentáře:

Okomentovat