Hoe wordt zeep gemaakt? Wat er gebeurt als olie en loog samenkomen

Zeep is geen mengsel van olie en loog. Het is een nieuwe stof waarin olie en loog veranderen, en in een goed gemaakt stuk zeep is van geen van beide nog iets over, behalve een beetje olie, en dat met opzet. Deze handleiding legt uit wat er in de pan gebeurt, met de echte getallen, zodat de stappen in de andere handleidingen logisch worden in plaats van als regels aan te voelen.

Waaruit oliën en vetten bestaan

Olijfolie, kokosolie, sheaboter en reuzel zien er verschillend uit, maar chemisch zijn ze hetzelfde soort stof: triglyceriden. Een triglyceride is één klein molecuul, glycerol, dat drie lange ketens vasthoudt, de vetzuren. Een zeepolie bestaat bijna helemaal uit triglyceriden; de rest, meestal een procent of twee (meer bij sheaboter), zijn andere stoffen (vitamines, sterolen, wassen) die loog niet in zeep kan omzetten en die gewoon in de zeep blijven.

Wat de ene olie van de andere onderscheidt, is welke vetzuren ze draagt. Olijfolie bestaat vooral uit oliezuur, een keten van 18 koolstofatomen met één knik erin. Kokosolie bestaat vooral uit laurinezuur, een rechte keten van 12. Die ketens bepalen bijna alles aan de zeep: hoe hard ze is, hoe ze schuimt, hoe mild ze aanvoelt en hoe lang ze goed blijft. De handleiding over vetzuren gaat daarop in; voor nu is genoeg: de ketens zijn het deel dat zeep wordt.

Wat loog ermee doet

Loog is een sterke base: natriumhydroxide (NaOH) voor vaste zeep, kaliumhydroxide (KOH) voor zachte en vloeibare zeep. Opgelost in water valt de loog de binding aan die elk vetzuur aan het glycerol vasthoudt. De keten komt los met een negatieve lading en vormt een paar met het natrium; het glycerol komt vrij als glycerine. De reactie heet verzeping (saponificatie, naar het Latijnse woord voor zeep). Tot in het begin van de negentiende eeuw dacht men dat zeep een eenvoudig mengsel van vet en alkali was; de scheikundige Michel Chevreul toonde aan dat het een chemische omzetting is die het vet splitst in vetzuren en glycerol, het werk dat volgens het handboek van Simmons en Appleton uit 1908 de zeepmakerij op een wetenschappelijke basis heeft gezet.

100 g+NaOHNaOHNaOHLoog13,5 g−Na⁺−Na⁺−Na⁺Zeepnatriumoleaat · 103,1 g+OHOHOHGlycerine10,4 g100,0 g + 13,5 g = 103,1 g + 10,4 g: er gaat niets verloren, alles wordt herschikt.

Eén vetmolecuul plus drie moleculen loog geeft drie moleculen zeep plus één molecuul glycerine. De massa's gelden voor 100 g olijfolie bij een verzepingsgetal van 190 mg KOH/g.

Twee dingen aan deze reactie doen er elke keer toe als je zeep maakt.

Ze is exact. Eén vetmolecuul neemt precies drie hydroxidemoleculen op, niet meer en niet minder. Te weinig loog laat wat olie onverzeept, wat onschadelijk is en wat makers met opzet doen (zie overvetting, hieronder). Te veel laat vrije loog in de zeep achter, die bijtend is, en dat is de ene fout die zeepcalculators moeten voorkomen.

Ze geeft warmte af. Het zeepbeslag warmt zichzelf op terwijl het verzeept. Daarom kan een blok dat in een handdoek is gewikkeld zo warm worden dat het in het midden doorschijnend wordt (de gelfase), en daarom kunnen recepten met veel suiker, melk of honing oververhit raken. Ook het oplossen van loog in water geeft warmte af, los daarvan en snel: een vers gemengde loogoplossing kan boven 90 °C (194 °F) komen.

Natrium geeft vaste zeep, kalium vloeibare zeep

Het zeepmolecuul is in beide gevallen dezelfde vetzuurketen; alleen de partner verandert. Natriumzepen pakken samen tot stevige kristallen, dus natriumhydroxide geeft de harde stukken die de meeste mensen bedoelen met ‘zeep’. Kaliumzepen lossen veel beter op in water, dus kaliumhydroxide geeft een zachte pasta die je tot vloeibare zeep kunt verdunnen. Scheerzepen en crèmezepen gebruiken vaak een mengsel van beide, dat de calculator verwerkt als NaOH en KOH samen.

De twee zijn niet gram voor gram uitwisselbaar. Een kaliumatoom is zwaarder dan een natriumatoom, dus er is 56,1 g KOH nodig om het werk van 40,0 g NaOH te doen. De calculator rekent met die molmassa’s van de ene loog naar de andere om.

Hoeveel loog: het verzepingsgetal

Elke olie heeft haar eigen hoeveelheid loog nodig, en het getal dat zegt hoeveel is haar verzepingsgetal, of SAP-waarde: het aantal milligram kaliumhydroxide dat nodig is om één gram van die olie te verzepen. Het wordt in een laboratorium gemeten volgens een standaardmethode (AOCS Cd 3-25), en levensmiddelennormen publiceren het bereik waarin elke olie valt.

Olie	Verzepingsgetal (mg KOH/g)	NaOH per 100 g olie
Olijfolie	184–196	13,1–14,0 g
Kokosolie	248–265	17,7–18,9 g
Palmolie	190–209	13,5–14,9 g
Cacaoboter	188–198	13,4–14,1 g
Reuzel	192–203	13,7–14,5 g
Ricinusolie	176–182	12,5–13,0 g

Bereiken uit de Codex-levensmiddelennormen en de andere primaire documenten op de pagina van elke olie. De NaOH-kolom is het KOH-getal maal 39,997 ÷ 56,106.

Waarom heeft kokosolie een derde meer loog nodig dan olijfolie? Omdat haar ketens korter zijn. Een gram kokosolie bevat meer vetmoleculen dan een gram olijfolie, en elk molecuul heeft zijn drie hydroxiden nodig. Je kunt het alleen al uit de moleculen nagaan: zuiver trilaurine (drie laurinezuurketens) komt uit op 263 mg KOH/g en zuiver trioleïne (drie oliezuurketens) op 190, en daar liggen kokosolie en olijfolie ook echt.

De loog van een recept is de som over zijn oliën: het gewicht van elke olie maal haar verzepingsgetal. Dat is de hele berekening, en daarom zou niemand zeep moeten maken van een recept dat niet door een calculator is gehaald met de oliën die echt in de pan gaan. Kokosolie neemt ongeveer 35 % meer loog dan olijfolie: zet olijfolie op haar plaats, houd de oude hoeveelheid loog aan, en de zeep is bijtend.

Reken het zelf na. 1000 g olijfolie heeft 135,4 g natriumhydroxide nodig om volledig te verzepen. Bij 5 % overvetting vraagt de calculator om 128,7 g.

Openen in de calculator

Waarom makers minder loog gebruiken dan de oliën nodig hebben

Bijna elk recept gebruikt een paar procent minder loog dan de oliën zouden kunnen opnemen. Dat tekort is de overvetting: bij 5 % is de loog genoeg voor 95 % van de oliën, en de overige 5 % blijft als olie in de zeep. Daar zijn drie goede redenen voor.

Verzepingsgetallen zijn bereiken, geen constanten. Olijfolie kan alles tussen 184 en 196 zijn. Een calculator moet één getal kiezen, en de overvetting dekt het verschil tussen dat getal en jouw fles.
Weegschalen, loogzuiverheid en morsen zijn niet perfect. Een paar procent marge betekent dat een kleine weegfout een iets zachter stuk zeep geeft in plaats van een scherp stuk.
Een beetje vrije olie voelt beter aan op de huid. De meeste zepen voor elke dag zitten tussen 3 en 8 %.

De handleiding over overvetting behandelt wanneer je hoger gaat (zoutzeep) en wanneer lager (waszeep en vloeibare zeep).

Waar de glycerine blijft

In het schema hierboven kwam uit elke 100 g olijfolie ongeveer 10 g glycerine vrij. In koudproces- en warmproceszeep blijft die allemaal in het stuk zeep. Daar trekt ze vocht aan, en ze is een van de redenen waarom handgemaakte zeep anders aanvoelt dan de meeste gekochte zeep.

Industriële zeep wordt van oudsher op een andere manier gemaakt, in het volledige kookproces: het vet wordt met loog gekookt en daarna uitgezouten, waardoor de zeep als vlokken bovenop komt te drijven terwijl de glycerine en de uitgewerkte loog onderaan weglopen, en daarna wordt de zeep nog eens gekookt met een overmaat loog om de reactie af te maken. De glycerine wordt apart verkocht. Tot het begin van de jaren 1800 lieten zeepzieders die loog als afval door de afvoer weglopen; in 1908 was ze, schreven Simmons en Appleton, ‘the chief source of profit in the manufacture of cheap soaps’ geworden. Er is niets mis met die zeep; het is gewoon een ander product.

Waarom zeep reinigt

Een zeepmolecuul heeft twee uiteinden die iets anders willen. Het geladen uiteinde, waar het natrium zit, wordt naar water getrokken. De lange vetzuurstaart wordt naar olie en vet getrokken. In water verzamelen zeepmoleculen zich rond een druppel olie, met hun staarten erin en hun geladen koppen naar buiten, en vormen zo een piepklein bolletje, een micel, dat het water kan wegvoeren. Dat werk doet de zeep zelf. Het handboek van Simmons en Appleton uit 1908 beschrijft de proef die dat aantoonde, die van Hillyer: verdund alkali emulgeerde katoenzaadolie alleen zolang de olie nog vrij vetzuur bevatte dat het tot zeep kon omzetten, en deed niets met zuurvrije olie of kerosine, terwijl een oplossing van natriumoleaat, een zeep, beide emulgeerde.

Het ene uiteinde van een zeepmolecuul zit in het water, het andere in de olie, zodat zeepmoleculen een druppel vet kunnen omhullen en wegspoelen.

Daarom is zeep ook licht alkalisch. Het is het zout van een zwak zuur (het vetzuur) en een sterke base, dus een oplossing van perfect gemaakte zeep meet ongeveer pH 9 tot 10. Dat is gewoon wat zeep is, geen teken van achtergebleven loog; de test op vrije loog is een andere, beschreven in de handleiding over de pH van zeep.

Hoe lang de reactie duurt en waar rijpen voor dient

Bij koudproceszeep is het grootste deel van de loog binnen de eerste dag of twee verbruikt, en sneller als het blok in de gelfase gaat. Tegen de tijd dat een blok stevig genoeg is om te snijden, is het zeep. De vier tot zes weken rijpen die volgen gaan vooral over water: een stuk zeep dat begint met een vijfde tot een kwart water verliest daar veel van, wordt harder, gaat langer mee onder de douche en wordt milder terwijl zijn kristalstructuur zich zet. Warmproceszeep wordt gekookt tot de reactie klaar is en is dus eerder veilig, maar heeft toch baat bij dezelfde weken waarin het water kan verdwijnen.

Dan blijven alleen de praktische vragen over, die de rest van het beginnerspad op volgorde beantwoordt: veilig werken met loog, het gereedschap dat je nodig hebt en je eerste batch, waarin je onze palmolievrije zeep voor je eerste batch maakt.