Wie wird Seife hergestellt? Die Verseifung einfach erklärt

Seife ist keine Mischung aus Öl und Lauge. Sie ist ein neuer Stoff, zu dem Öl und Lauge werden, und in einer gut gemachten Seife ist von beiden nichts mehr übrig außer ein wenig Öl, und das mit Absicht. Diese Anleitung erklärt, was im Topf passiert, mit den echten Zahlen, damit die Schritte in den anderen Anleitungen einen Sinn ergeben, statt sich wie bloße Regeln anzufühlen.

Woraus Öle und Fette bestehen

Olivenöl, Kokosöl, Sheabutter und Schweineschmalz sehen verschieden aus, chemisch sind sie aber dieselbe Art von Stoff: Triglyceride. Ein Triglycerid ist ein kleines Molekül, das Glycerol, das drei lange Ketten hält, die Fettsäuren. Ein Öl zum Seifensieden besteht fast ganz aus Triglyceriden; der Rest, meist ein, zwei Prozent (bei Sheabutter mehr), sind andere Stoffe (Vitamine, Sterole, Wachse), die Lauge nicht zu Seife machen kann und die einfach in der Seife bleiben.

Was ein Öl vom anderen unterscheidet, ist, welche Fettsäuren es trägt. Olivenöl besteht überwiegend aus Ölsäure, einer Kette aus 18 Kohlenstoffatomen mit einem Knick darin. Kokosöl besteht überwiegend aus Laurinsäure, einer geraden Kette aus 12. Diese Ketten bestimmen fast alles an der Seife: wie hart sie ist, wie sie schäumt, wie mild sie sich anfühlt und wie lange sie hält. Die Anleitung zu den Fettsäuren geht darauf ein; für den Moment genügt: Die Ketten sind der Teil, der zu Seife wird.

Was Lauge mit ihnen macht

Lauge ist ein starkes Alkali: Natriumhydroxid (NaOH) für Stückseife, Kaliumhydroxid (KOH) für Schmier- und Flüssigseife. In Wasser gelöst, greift sie die Bindung an, mit der jede Fettsäure am Glycerol hängt. Die Kette löst sich mit einer negativen Ladung und verbindet sich mit dem Natrium; das Glycerol löst sich als Glycerin. Die Reaktion heißt Verseifung, in der Fachsprache Saponifikation, nach dem lateinischen Wort für Seife. Bis ins frühe neunzehnte Jahrhundert hielt man Seife für eine einfache Mischung aus Fett und Alkali; der Chemiker Michel Chevreul zeigte, dass sie eine chemische Umwandlung ist, die das Fett in Fettsäuren und Glycerol spaltet. Das Handbuch von Simmons und Appleton von 1908 schreibt dieser Arbeit zu, das Seifensieden auf eine wissenschaftliche Grundlage gestellt zu haben.

100 g+NaOHNaOHNaOHLauge13,5 g−Na⁺−Na⁺−Na⁺SeifeNatriumoleat · 103,1 g+OHOHOHGlycerin10,4 g100,0 g + 13,5 g = 103,1 g + 10,4 g: Nichts geht verloren, alles wird neu geordnet.

Zwei Dinge an dieser Reaktion zählen jedes Mal, wenn Sie Seife sieden.

Sie ist exakt. Ein Fettmolekül nimmt genau drei Hydroxidmoleküle auf, nicht mehr und nicht weniger. Zu wenig Lauge lässt etwas Öl unverseift, was harmlos ist und was Seifensieder absichtlich tun (siehe Überfettung, weiter unten). Zu viel lässt freie Lauge in der Seife zurück, die ätzend ist, und das ist der eine Fehler, den Seifenrechner verhindern sollen.

Sie gibt Wärme ab. Der Seifenleim erwärmt sich beim Verseifen von selbst. Deshalb kann ein in ein Handtuch gewickelter Block so warm werden, dass er in der Mitte durchscheinend wird (die Gelphase), und deshalb können Rezepte mit viel Zucker, Milch oder Honig überhitzen. Auch das Lösen der Lauge in Wasser gibt Wärme ab, unabhängig davon und schnell: Eine frisch angesetzte Laugenlösung kann über 90 °C (194 °F) heiß werden.

Natrium ergibt Stückseife, Kalium Flüssigseife

Das Seifenmolekül ist in beiden Fällen dieselbe Fettsäurekette; nur der Partner wechselt. Natriumseifen lagern sich zu festen Kristallen zusammen, deshalb ergibt Natriumhydroxid die harten Stücke, die die meisten meinen, wenn sie „Seife“ sagen. Kaliumseifen sind in Wasser weit besser löslich, deshalb ergibt Kaliumhydroxid eine weiche Paste, die sich zu Flüssigseife verdünnen lässt. Rasierseifen und Cremeseifen verwenden oft eine Mischung aus beiden, die der Rechner als Mischlauge behandelt.

Die beiden sind nicht Gramm für Gramm austauschbar. Ein Kaliumatom ist schwerer als ein Natriumatom, deshalb braucht es 56,1 g KOH, um die Arbeit von 40,0 g NaOH zu leisten. Der Rechner rechnet mit diesen molaren Massen von der einen in die andere um.

Wie viel Lauge: die Verseifungszahl

Jedes Öl braucht seine eigene Menge Lauge, und die Zahl, die sagt, wie viel, ist seine Verseifungszahl, kurz VZ: die Milligramm Kaliumhydroxid, die nötig sind, um ein Gramm dieses Öls zu verseifen. Sie wird im Labor nach einer Standardmethode gemessen (AOCS Cd 3-25), und Lebensmittelstandards veröffentlichen die Spanne, in die jedes Öl fällt.

Spannen aus den Codex-Lebensmittelstandards und den übrigen Primärdokumenten auf der Seite jedes Öls. Die NaOH-Spalte ist der KOH-Wert mal 39,997 ÷ 56,106.

Warum braucht Kokosöl ein Drittel mehr Lauge als Olivenöl? Weil seine Ketten kürzer sind. Ein Gramm Kokosöl enthält mehr Fettmoleküle als ein Gramm Olivenöl, und jedes Molekül braucht seine drei Hydroxide. Das lässt sich allein aus den Molekülen nachprüfen: Reines Trilaurin (drei Laurinsäureketten) kommt auf 263 mg KOH/g, reines Triolein (drei Ölsäureketten) auf 190, und genau dort liegen Kokos- und Olivenöl tatsächlich.

Die Lauge eines Rezepts ist die Summe über seine Öle: das Gewicht jedes Öls mal seine Verseifungszahl. Das ist die ganze Rechnung, und deshalb sollte niemand Seife nach einem Rezept sieden, das nicht mit den Ölen, die tatsächlich in den Topf kommen, durch einen Rechner gelaufen ist. Kokosöl braucht etwa 35 % mehr Lauge als Olivenöl. Nehmen Sie also Olivenöl an seiner Stelle, behalten Sie die alte Laugenmenge bei, und die Seife ist ätzend.

Warum Seifensieder weniger Lauge nehmen, als die Öle brauchen

Fast jedes Rezept verwendet ein paar Prozent weniger Lauge, als die Öle aufnehmen könnten. Die Differenz ist die Überfettung: Bei 5 % reicht die Lauge für 95 % der Öle, und die übrigen 5 % bleiben als Öl in der Seife. Dafür gibt es drei gute Gründe.

1. Verseifungszahlen sind Spannen, keine Konstanten. Olivenöl kann irgendwo zwischen 184 und 196 liegen. Ein Rechner muss sich für einen Wert entscheiden, und die Überfettung deckt den Unterschied zwischen diesem Wert und Ihrer Flasche ab.
2. Waagen, Laugenreinheit und Verschüttetes sind nicht perfekt. Ein paar Prozent Spielraum bedeuten, dass ein kleiner Wiegefehler eine etwas weichere Seife ergibt statt einer scharfen.
3. Ein wenig freies Öl fühlt sich auf der Haut besser an. Die meisten Seifen für jeden Tag liegen zwischen 3 und 8 %.

Die Anleitung zur Überfettung behandelt, wann man höher geht (Salzseife) und wann niedriger (Waschseife und Flüssigseife).

Wo das Glycerin bleibt

Im Schaubild oben setzten je 100 g Olivenöl etwa 10 g Glycerin frei. In Seife aus dem Kalt- und dem Heißverfahren bleibt alles davon im Stück. Dort zieht es Feuchtigkeit an, und es ist einer der Gründe, warum sich handgemachte Seife anders anfühlt als die meisten gekauften Seifen.

Industrieseife wird traditionell stattdessen im Siedeverfahren hergestellt: Das Fett wird mit Lauge gekocht und dann ausgesalzen, wodurch die Seife als Kern nach oben steigt, während Glycerin und verbrauchte Lauge unten als Unterlauge ablaufen, und dann wird die Seife noch einmal mit einem Überschuss an Lauge gekocht, um die Reaktion abzuschließen. Das Glycerin wird getrennt verkauft. Bis in die frühen 1800er-Jahre ließen Seifensieder diese Unterlaugen als Abfall in den Ausguss laufen; 1908 waren sie, wie Simmons und Appleton schrieben, „the chief source of profit in the manufacture of cheap soaps“ geworden. An dieser Seife ist nichts falsch; sie ist einfach ein anderes Produkt.

Warum Seife reinigt

Ein Seifenmolekül hat zwei Enden, die Verschiedenes wollen. Das geladene Ende, an dem das Natrium sitzt, zieht es zum Wasser. Der lange Fettsäureschwanz zieht es zu Öl und Fett. Im Wasser drängen sich Seifenmoleküle um einen Öltropfen, die Schwänze darin und die geladenen Köpfe nach außen, und bilden eine winzige Kugel, eine Mizelle, die das Wasser fortspülen kann. Diese Arbeit leistet die Seife selbst. Das Handbuch von Simmons und Appleton von 1908 berichtet über den Versuch, der das gezeigt hat, den von Hillyer: Verdünntes Alkali emulgierte Baumwollsaatöl nur, solange das Öl noch freie Fettsäure enthielt, die es zu Seife machen konnte, und bewirkte bei säurefreiem Öl oder Petroleum nichts, während eine Lösung von Natriumoleat, einer Seife, beides emulgierte.

Deshalb ist Seife auch leicht alkalisch. Sie ist das Salz einer schwachen Säure (der Fettsäure) und einer starken Base, und so misst eine Lösung einwandfrei gemachter Seife etwa pH 9 bis 10. Das liegt im Wesen der Seife und ist kein Zeichen übrig gebliebener Lauge; die Prüfung auf freie Lauge ist eine andere, beschrieben in der Anleitung zum pH-Wert von Seife.

Wie lange die Reaktion dauert und wozu das Reifen dient

Bei Seife im Kaltverfahren ist der größte Teil der Lauge in den ersten ein, zwei Tagen verbraucht, schneller, wenn der Block geliert. Wenn ein Block fest genug zum Schneiden ist, ist er Seife. Bei den vier bis sechs Wochen Reifezeit danach geht es vor allem um Wasser: Ein Stück, das anfangs zu einem Fünftel bis einem Viertel aus Wasser besteht, verliert viel davon, wird härter, hält unter der Dusche länger und wird milder, während sich seine Kristallstruktur setzt. Seife im Heißverfahren wird gekocht, bis die Reaktion abgeschlossen ist, und ist deshalb früher sicher, profitiert aber trotzdem von denselben Wochen, in denen das Wasser entweicht.

Bleiben nur die praktischen Fragen, die der Rest des Einsteigerwegs der Reihe nach beantwortet: sicherer Umgang mit Lauge, die Ausrüstung, die Sie brauchen, und Ihre erste Charge, aus der unsere palmölfreie Seife für die erste Charge entsteht.