2.1. Жиры

Жиры и масла понятия однозначные. Но вместе с тем:

Жирами, обычно, называют продукты животного происхождения.

Маслами (кроме сливочного) – продукты растительного происхождения.

В организме животных и растений жиры выполняют роль запасных продуктов питания, используемых в неблагоприятных условиях. Их калорийность 39710–40964 кДж/кг, что в 2–2,5 раза выше калорийности белков и углеводов. Они способствуют лучшему усвоению человеком элементов пищи – белков и углеводов; благодаря им в организм поступают витамины в виде растворов в жирах.

Жировое сырьё, поступающее на мыловаренные заводы должно быть светлым (темное сырьё требует дополнительных мероприятий по осветлению); не иметь запаха, с содержанием влаги в пределах 0,15–1,5%мас, без наличия механических и органических примесей или при их наличии в пределах, оговоренных стандартами на такой вид сырья.

У животных жир откладывается в различных частях организма, образуя жировую ткань – сало – сырец и в костях. Из животных жиров в мыловарении, чаще всего используют говяжье, баранье, свиное и конское сало.

Животные жиры считаются наиболее ценным сырьем. В них содержится до 40%мас. насыщенных жирных кислот, в основном ряда С₁₆–С₁₈, из которых получаются твердые натриевые мыла, хорошо растворимые в теплой воде и дающие устойчивую мелкоячеистую пену.

Топленное животное сало (в основном крупного рогатого скота) – особо ценится в производстве туалетного мыла. Менее желательно использовать бараний жир, обладающий специфическим запахом. Еще менее желательно использовать свиное сало, содержащее в своем составе линолевую кислоту. Если его и вводят в рецептуру, то только в небольшом количестве.

В тоже время, частично гидрированное свиное сало можно использовать в рецептуре туалетного мыла в количестве до 30–50%мас.

Немаловажную долю в балансе используемых животных жиров занимают утильные жиры, а также гидрированные жиры морских животных (китовый жир, тюлений, и т.д.), которые используют в рецептурах в небольшом количестве, поскольку в их составе имеется значительное количество кислот с С₂₀ и больше. Состав некоторых животных жиров, используемых в мыловарении, приведен в табл. 1. Требования к ним в табл. 2.

Таблица 1

Состав животных жиров

Жирные кислоты	Содержание (%мас.) в топленом сале
	говяжьем	бараньем	свином	конском
Насыщенные
миристиновая	2–2,5	2–4	0,8–1,1	–
пальмитиновая	27–29	25–27	25–30,4	29
стеариновая	24–29	25–31	12,2–17,9	7
Ненасыщенные
олеиновая	43–44	36–43	41,2–48,1	55
линолевая	2–5	3–4	5,7–7,8	7
линоленовая, арахидоновая	–	–	Около 2	–
прочие	2,8–3,3	0,5	1,6–2,9	–

Таблица 2

Требования к животным жирам

Показатели	Топленое сало
	говяжьем	бараньем	свином	конском
Температура, 0С
плавления	10–52	44–55	28–48	29,5–43,2
застывания	30–38	34–46	23–32	22–37
Титр, 0С	38–47	–	34–42	25–38
Йодное число жира,	32–47	35–46	46–66	71,4–86,3
Число омыления,	193–200	191–206	193–200	193–200
Число Генера	95–96	94–95,5	95–96	–

Примечание. Животные жиры – очень желательный компонент сырья для производства хозяйственного и туалетного мыла.

Молекула жиров представляет собой триглицерид формулы:

.

В формуле R’, R’’, R’’’ – углеводородные радикалы соответствующих жирных кислот. В природе почти нет жиров, в молекуле которых было бы три одинаковых радикала R-остатка жирной кислоты. Обычно, в каждой молекуле жира их два или три разного строения.

Свойства жиров, обусловлены свойствами жирных кислот, входящих в их состав. Если в состав жиров входят жирные кислоты с температурой плавления выше комнатной (твердые), то и жир будет соответственно твердым. Если составляющие жир жирные, в основном ненасыщенные кислоты, жидкие, т.е. имеют температуру плавления ниже комнатной, то и жир жидкий.

Если количество твердых и жидких жирных кислот в составе жира примерно одинаково, то жир приобретает мазеобразную консистенцию.

Все жиры и масла легче воды. Их плотность колеблется от 915 до 961 кг/м³. С повышением температуры на 1⁰С плотность жиров снижается в среднем на 0,0007 кг/м³.

До 100⁰С жиры практически не растворимы в воде и при отстаивании, за счет разности в плотностях жира и воды, они легко всплывают на поверхность. Однако, в присутствии эмульгаторов легко образуют с водой стойкие, не расслаивающиеся, тонкодисперсные смеси, эмульсии. Прекрасным эмульгатором является жировое мыло, белки и т.д. И этот эффект широко используют в процессе варки мыла, что будет подробно рассмотрено ниже.

Жиры хорошо растворяются в эфире, бензине, бензоле и др. растворителях; нерастворимы в спиртах (за исключением касторового масла). Жирные кислоты, наоборот, хорошо растворимы в этиловом нагретом спирте.

В любом жире, при температурах до 40⁰С, может раствориться до 12% (объемных) кислорода или около 9% воздуха. При нагревании жиров до 110⁰С и выше кислород способствует окислительным процессам. Поэтому для получения мыл с меньшей цветностью необходимо не только откачивать воздух из аппарата, но и барботировать жир инертным газом, для удаления кислорода. Однако, в промышленном производстве мыл, таким методом не пользуются из-за его сложности, длительности и трудоемкости.

Имея большую молекулярную массу, основная часть известных жиров не подвергается дистилляции, поскольку их температура кипения лежит, в основном, выше 270⁰С и прежде чем достигается температура кипения, наблюдается разрыв основной G-связи алифатической цепочки; жиры темнеют, выделяются газообразные продукты с неприятным запахом.

Теплоёмкость жиров ниже теплоёмкости воды и составляет 1,46–2,5 кД/кг на каждый градус изменения температуры. Обычно для расчетов берут среднюю величину 2,09 кДж/кг. Теплота плавления жира составляет 121,22–146,3 кДж/кг. При плавлении саломаса, в зависимости от титра 83,6–121,2 кДж/кг.

Средняя молекулярная масса основных видов растительных масел составляет 850–880 (кокосового масла 635–650). У животных жиров – в пределах 815–885.

Последний показатель весьма важен для расчета расхода щелочи, необходимой на варку мыла из нейтральных жиров. Для этого пользуются «числом омыления», количеством миллиграммов едкого калия, необходимого для омыления 1 г жира

где: М.м. – молекулярная масса жира; 3 – количество жирных радикалов в структуре жира, подлежащих омылению (нейтрализации); ч.о. – число омыления жира; 56,1 – молекулярная масса КОН.

Среднюю молекулярную массу жирных кислот, входящих в структуру жира, определяют:

где: ч.о. – число омыления жира; 38,03 – молекулярная масса остатка (–СН–С–СН–), на который три молекулы жирных кислот меньше молекулярной массы триглицерида из которого они получены.

Для получения из жидких масел, содержащих в структуре ненасыщенные связи, твердых жиров, такие масла в определенных условиях, в присутствии катализаторов, обрабатывают водородом. Этот процесс называют гидрогенизацией жиров. Для этого, жиры помещают в автоклав, нагревают до 190–240⁰С, добавляют никелевый катализатор и через жир пропускают водород. Присоединяясь по месту двойных связей, он превращает ненасыщенные жиры в насыщенные, меняя их физическое состояние с жидкого на твердое. При этом образуется небольшая часть жиров изомерного строения.

Гидрированые жиры называют саломасами (сало полученное из масла). В зависимости от природы исходного масла и саломас носит название саломас подсолнечный, китовый и др.

Для выработки хозяйственного мыла гидрогенизируют масла до титра 46–48⁰С; для туалетного мыла – до титра 40–43⁰С.

Пример: рассчитать среднюю молекулярную массу жира и жирных кислот, входящих в его состав, если число омыления равно 192 (м.г. КОН)/г. Средняя молекулярная масса жира будет равна:

Средняя молекулярная масса жирных кислот, входящих в молекулу жира:

Растительные масла (подсолнечное, хлопковое, соевое) и саломас на их основе являются основным компонентом при производстве твердых мыл. Для хозяйственного мыла используют саломас с титром 46–48⁰С. Для туалетных сортов используют более светлые сорта саломаса с титром не выше 44⁰С (оптимально 41–42⁰С). При изготовлении туалетного мыла 78–80%мас по жирнокислотному составу, добавляют жидкие мыла для достижения титра мыла на уровне 36–37⁰С. Состав основных видов растительных масел приведен в табл. 3. Их свойства в табл. 4.

Таблица 3

Состав растительных масел

Жирные кислоты	Жидкое масло			Твердое масло
	подсол-нечное	хлоп-ковое	соевое	кокосо-вое	пальмо-ядровое	пальмо-вое
Насыщенные, %мас.	10–12,4	22–25	12–14	До 90	79–83	44–57
В том числе:
лауриновая	–	–	–	44–52	46–52	–
миристиновая	До 0,1	0,3–1,4	0,1–0,4	13–19	14–17	4–4,5
пальмитиновая	3,5–6,4	20–22	2,5–6	7,5–10,5	6,5–9	32–47
стеариновая	1,6–4,6	До 2	4,5–7,3	1–3	1–2,5	2–6,5
прочие	0,7–0,9	До 1,3	0,9–2,5	10,7–21,7	7–12	–
Ненасыщенные, %мас.	До 90	75–76	75,5–86,7	До10	17–21	43–56
В том числе:
олеиновая	21–36	25–26,6	13,7–26,6	5–8	16–19	39–51
линолевая	51–68	45,1–54,2	50,9–54,7	1,5–2,5	1–2	5–11
линоленовая	–	–	8,4–9,6	–	–	–
прочие	–	–	–	0–1,3	–	0–1,5

Таблица 4

Свойства растительных масел

Показатели	Жидкое масло			Твердое масло
	подсол-нечное	хлоп-ковое	соевое	кокосо-вое	пальмо-ядровое	пальмо-вое
Температура застывания, 0С	–16– –19	–1– –6	8– –18	19–23	19–24	31–41
Титр, 0С	17–20	28–40	14–25	21–26	20–25	35–47
Йодное число,	121,4–133,6	103–109	124–133	7–10,5	12–20	48–58
Число омыления,	189–191	194–196	191–193	251–264	240–257	196–210
Число Генера	95	95–96	91–96	86–92	89–93	94–98

Для понижения титра хозяйственного мыла или при изготовлении жидкого используют различные виды растительных масел или маслосодержащие отходы, соапстоки и т.д.

Использование в мыловарении рапсового или сурепного масла нецелесообразно из-за содержащихся в них, в большом количестве эруковой кислоты (С₂₂). Получаемое, при этом мыло, легко отсаливается, крошится, плохо пенится.

Масла с большей долей высоконенасыщенных кислот (льняное, конопляное и др.), на основе которых получают мыла быстропрогоркающие, стараются не использовать даже в рецептуре хозяйственного мыла.

По этой же причине, в рецептуру туалетного мыла не вводят жидкие растительные масла с линоленовой и более ненасыщенными жирными кислотами в структуре. Как исключение, для повышения пластичности мыла, в рецептуру иногда вводят касторовое масло в количестве 3-5%мас.

Но конопляное и льняное масла используют в производстве жидкого медицинского мыла. При использовании конопляного масла мыло имеет зеленую окраску и носит название «зеленого».

Особое место среди растительных масел принадлежит кокосовому и пальмоядровому маслам.

Полученные из них твердые мыла хорошо растворяются в холодной воде и образуют мыльные растворы с обильной крупноячеистой пеной, что особенно ценно в производстве туалетных мыл и мыл для мытья в воде с повышенной жесткостью, например в морской. Туалетное мыло, сваренное без кокосового масла, плохо пенится, пилируется и спрессовывается в брусок; поверхность получается полосатой, с трещинами и другими дефектами. Часто кокосовое масло заменяют синтетическими жирными кислотами фракции С₁₀–С₁₆.

Для производства хозяйственных мыл используют расщепленные жиры; для туалетных мыл – расщепленные и дистиллированные, что обеспечивает получение мыла более высокого качества. Характеристики наиболее широко используемых жирных кислот приведены в табл. 5.

Применяемые в мыловарении жировые отходы и утильные жиры, сначала облагораживают, очищая от примесей, затем расщепляют, дистиллируют и в виде жирных кислот используют в составе жировых смесей при варке.

Нейтральные жиры хранят в обычных стальных резервуарах. Жирные кислоты – в емкостях из кислотостойких материалов. Особенно это актуально для сырья, используемого в варке туалетной основы, поскольку с железом или с его окисями или гидроокисями жирные кислоты могут образовывать «железные мыла», которые, как и железо, способствуют (катализируют) прогорканию мыла, появлению пятен на его поверхности.