Reducerea la apă

Toți fabricanții de săpun sunt familiarizați cu noțiunea de a reducere la leșie. Pentru a preveni posibilitatea excesului de leșie în săpunul finit, se folosește mai puțină leșie decât ar fi necesară pentru saponificarea completă. Aceasta este exprimată cel mai frecvent ca procent. Dacă, de exemplu, un amestec de uleiuri necesită 100 g de hidroxid de sodiu pentru saponificare completă, am putea alege să folosim în schimb 95 g (o reducere de 5%).

Noțiunea de reducere implică știm cât de mult hidroxid de sodiu este necesar pentru a concura saponificarea. Folosim un calculator de leșie sau un tabel cu valori de saponificare pentru a determina această cantitate. În cele din urmă, aceste calcule se bazează pe valorile de saponificare măsurate de cineva, undeva, pe un anumit eșantion de ulei. Deoarece valorile saponificării variază de la un eșantion la altul, uleiul pe care îl utilizați ar putea fi ușor diferit de cel care a fost folosit pentru a face masa și, în mare parte din cauza acestei incertitudini, alegem să reducem leșia.

Noțiunea de reducere implică faptul că există o valoare normală, corectă sau standard care trebuie actualizată. Deși s-ar putea să nu știți valoarea exactă a saponificării unui anumit eșantion de ulei, are, de fapt, o valoare de saponificare care ar putea fi măsurată dacă ați alege acest lucru. Valorile saponificării există deoarece saponificarea este o reacție între un alcalin (de exemplu, hidroxid de sodiu) și un ulei:

Ulei + 3 NaOH = Glicerol + 3 Săpun

Fiecare moleculă de ulei necesită trei molecule de hidroxid de sodiu pentru saponificare completă. Orice lucru mai mic decât acesta are ca rezultat o saponificare incompletă, un preț pe care suntem dispuși să îl plătim pentru a evita posibilitatea unui exces de alcali în săpunul finit. Astfel, există o cantitate normală, corectă, standard de hidroxid de sodiu și are sens să vorbim despre o reducere din această cantitate. Nu același lucru se poate spune despre apă.

Apa nu apare în reacția de saponificare. Nu există o relație fixă între numărul de molecule de apă necesare unei molecule de ulei. Apa este pur și simplu utilizată pentru a dizolva hidroxidul de sodiu, astfel încât să poată reacționa cu uleiul.

Atunci, de unde avem ideea că există o valoare normală, corectă sau standard pentru cantitatea de apă care trebuie utilizată într-o formulă de săpun?

Am analizat rețetele de săpun din patru cărți din colecția mea. Cea mai veche, Săpunul lui Ann Bramson: Making It, Enjoying It (ISBN 0-911104-57-7) poate fi considerat documentul fondator al mișcării artizanale a săpunului și a introdus nenumărați fabricanți de săpun în ambarcațiune. Publicat în 1972, îi lipsește orice discuție despre chimia saponificării, dar rețetele implică faptul că există cantități corecte atât de hidroxid de sodiu, cât și de apă. În timp ce o examinare a rețetelor arată că acestea au fost corect formulate în ceea ce privește hidroxidul de sodiu, cartea nu arată cum au fost determinate aceste cantități. Cantitatea de apă din rețete a dus la soluții de leșie care au variat între 25% - 27% hidroxid de sodiu, media fiind de 26%.

Susan Cavitch din 1997 The Soapmaker’s Companion (ISBN 0-88266-965-6) include o discuție extinsă despre chimie, inclusiv utilizarea valorilor de saponificare. Cavitch discută, de asemenea, cantitatea de apă care trebuie utilizată și înțelege că cantitatea poate fi variată, în funcție de circumstanțe precum temperatura de amestecare. Ea recomandă o valoare inițială de 30%. Cu toate acestea, în rețetele sale, ea tinde să fie oarecum mai mică, variind de la 26-29%, cu o concentrație medie de 27%. De fapt, 21 din cele 26 de rețete utilizează concentrații de leșie de exact 27%. Atât Bramson, cât și Cavitch adoptă concentrații de 26-27% și acesta poate fi motivul pentru care multe calculatoare de leșie folosesc 27% ca concentrație normală, corectă, de leșie standard.

Cărțile ulterioare au evoluat către o concentrație mai mare de leșie. Robert McDaniel’s 2000 Essentially Soap (ISBN 0-87341-832-8) folosește concentrații cuprinse între 33% și 38%, cu o medie de 34%.

Smart Soapmaking din 2007 de Anne Watson (ISBN 978-0-938497-42-4) folosește concentrații cuprinse între 30% și 37%, cu o medie de 33%. Watson discută pe scurt alegerea concentrației, susținând că saponificarea și întărirea sunt mai rapide atunci când se folosește mai puțină apă. Ea mai spune că este mai greu să dizolvați leșia la concentrații mai mari și că soluția poate degaja mai mulți vapori.

Prelucrarea experimentală a săpunului

M-am angajat să explorez efectul concentrației de leșie asupra procesului de saponificare. Am făcut o serie de săpunuri care au fost prelucrate în mod identic, cu excepția concentrației de leșie și apoi le-am măsurat greutatea, duritatea, alcalinitatea și conținutul de umiditate pe o perioadă de întărire de 8 săptămâni. Am făcut săpunuri cu un singur ulei din uleiuri de cocos, palmier și măsline. De asemenea, am făcut un săpun cu patru uleiuri dintr-un amestec de uleiuri de nucă de cocos, palmier, măsline și ricin.

Toate săpunurile au fost preparate folosind o soluție de hidroxid de sodiu 50%, cu apă suplimentară adăugată la unele săpunuri pentru a aduce concentrația de hidroxid de sodiu la 33,33% și 25%. În consecință, săpunurile acoperă o gamă de concentrații de leșie de la 50% (mai mare decât utilizează majoritatea fabricanților de săpun) la 25% (mai mică decât utilizează majoritatea fabricanților de săpun).

Toate săpunurile din acest studiu au fost preparate în mod identic, cu excepția concentrației de leșie. 50% leșie a fost preparată prin amestecarea unor greutăți egale de hidroxid de sodiu și apă distilată. Leșia a fost pregătită în prealabil și folosită la nevoie. Fiecare bară de săpun a fost preparată din 100 g ulei și o greutate standard de 50% leșie.

Pentru fiecare ulei sau amestec de ulei, au fost produse trei bare de săpun. Primul nu conținea apă suplimentară și astfel concentrația efectivă de leșie a fost de 50%. Am adăugat apă la a doua bară egală cu jumătate din greutatea leșiei, rezultând o concentrație efectivă de leșie de 33,33%. Am adăugat apă la a treia bară egală cu greutatea leșiei, rezultând o concentrație efectivă de leșie de 25%. Astfel, toate cele trei bare conțin exact aceeași proporție de hidroxid de sodiu față de ulei, dar variază în ceea ce privește conținutul de umiditate.

Compoziția fiecărei bare poate fi exprimată ca o formulă care oferă proporțiile relative de ulei, leșie și apă. Cele trei săpun cu ulei de cocos, de exemplu, aveau formule:

Cocos 1000 Lye348 (cu apă scăzută)
Cocos 1000 Lye348Aq174 (apă medie)
Cocos 1000 Lye348Aq348 (apă mare)

Pentru fiecare săpun, greutatea leșiei a fost de 0,348 ori greutatea uleiului. Prima dintre acestea a avut o concentrație efectivă de leșie de 50%, a doua 33,33%, iar a treia 25%. Aceste săpunuri vor fi descrise ca fiind cu apă scăzută, cu apă medie și, respectiv, cu apă ridicată.

Pentru fiecare bară de săpun, 100 g de ulei au fost cântărite într-o sticlă de polipropilenă de 500 ml. A fost urmată de apă, dacă era nevoie, și apoi de leșie. Capacul a fost înșurubat pe sticlă și a fost așezat pe un aparat de vopsit electric modificat, unde a fost agitat energic timp de 15 secunde. Sticla a fost apoi agitată ușor, pe măsură ce săpunul s-a îngroșat pentru o perioadă de 2 - 5 minute, în funcție de rata de îngroșare. Săpunul a fost turnat într-o matriță cu o singură bară de la Upland Soap Factory și introdus într-un cuptor pentru prăjire setat la 60 ± C (140 ± F) timp de patru ore. Acest timp și temperatură au fost stabiliți anterior ca fiind suficienți pentru saponificare completă.

A doua zi după amestecare, fiecare bară a fost îndepărtată din matriță și testată pentru concentrația de alcali, exprimată ca parte la mie (ppt) de NaOH. Acest lucru a fost determinat prin dizolvarea a 1-2 g de săpun în alcool etilic și titrarea cu o soluție standard de acid citric, folosind fenolftaleină ca indicator. Unele săpunuri s-au dovedit a nu fi alcaline și au fost titrate cu o soluție standard de KOH pentru a determina cantitatea de acid (probabil acid gras) prezent. Aceasta a fost exprimată ca o concentrație de alcali negativ, exprimată ca ppt NaOH pentru consistență cu celelalte măsurători alcaline. O concentrație alcalină mai mică de 1 ppt ar trebui considerată sigură pentru utilizare și majoritatea săpunurilor au avut în cele din urmă concentrații negative de alcali, ceea ce înseamnă că conțineau mai mulți acizi grași decât alcalii liberi. Pentru fiecare bară, concentrația de alcali din partea superioară și inferioară a barei a fost măsurată independent pentru a verifica posibila separare a săpunului.