Jak powstaje mydło: co się dzieje, gdy olej spotyka ług

Mydło nie jest mieszaniną oleju i ługu. To nowa substancja, w którą olej i ług się zamieniają, i w dobrze zrobionej kostce nie zostaje nic z żadnego z nich poza odrobiną oleju, zostawioną celowo. Ten poradnik wyjaśnia, co dzieje się w garnku, na prawdziwych liczbach, żeby kroki z innych poradników miały sens, a nie wyglądały jak same reguły.

Z czego zbudowane są oleje i tłuszcze

Oliwa z oliwek, olej kokosowy, masło shea i smalec wyglądają różnie, ale chemicznie to ten sam rodzaj substancji: triglicerydy. Trigliceryd to jedna mała cząsteczka, glicerol, która trzyma trzy długie łańcuchy zwane kwasami tłuszczowymi. Olej do mydła to prawie w całości triglicerydy; reszta, zwykle procent lub dwa (w maśle shea więcej), to inne substancje (witaminy, sterole, woski), których ług nie zamieni w mydło i które po prostu zostają w kostce.

Jeden olej od drugiego odróżnia to, jakie kwasy tłuszczowe zawiera. Oliwa to głównie kwas oleinowy, łańcuch 18 atomów węgla z jednym zagięciem. Olej kokosowy to głównie kwas laurynowy, prosty łańcuch 12 atomów. Te łańcuchy decydują prawie o wszystkim w mydle: jak jest twarde, jak się pieni, jak łagodne jest dla skóry i jak długo się przechowuje. Poradnik o kwasach tłuszczowych omawia to dokładniej; na razie wystarczy wiedzieć, że to łańcuchy stają się mydłem.

Co robi z nimi ług

Ług to silna zasada: wodorotlenek sodu (NaOH) do mydła w kostce, wodorotlenek potasu (KOH) do mydła miękkiego i w płynie. Rozpuszczony w wodzie atakuje wiązanie, które łączy każdy kwas tłuszczowy z glicerolem. Łańcuch odrywa się z ładunkiem ujemnym i łączy z sodem; glicerol odchodzi jako gliceryna. Ta reakcja to zmydlanie, czyli saponifikacja, od łacińskiego słowa oznaczającego mydło. Do początku dziewiętnastego wieku uważano, że mydło to zwykła mieszanina tłuszczu i zasady; chemik Michel Chevreul wykazał, że to przemiana chemiczna, która rozkłada tłuszcz na kwasy tłuszczowe i glicerol. Podręcznik Simmonsa i Appletona z 1908 roku przypisuje tej pracy oparcie mydlarstwa na podstawach naukowych.

100 g+NaOHNaOHNaOHŁug13,5 g−Na⁺−Na⁺−Na⁺Mydłooleinian sodu · 103,1 g+OHOHOHGliceryna10,4 g100,0 g + 13,5 g = 103,1 g + 10,4 g: nic nie ginie, wszystko się przegrupowuje.

Jedna cząsteczka tłuszczu i trzy cząsteczki ługu dają trzy cząsteczki mydła i jedną cząsteczkę gliceryny. Masy podano dla 100 g oliwy z oliwek przy liczbie zmydlania 190 mg KOH/g.

Dwie cechy tej reakcji mają znaczenie za każdym razem, gdy robisz mydło.

Jest dokładna. Jedna cząsteczka tłuszczu przyjmuje dokładnie trzy cząsteczki wodorotlenku, ani więcej, ani mniej. Za mało ługu zostawia część oleju nieprzereagowaną, co jest nieszkodliwe i co mydlarze robią celowo (zob. przetłuszczenie, niżej). Za dużo zostawia w kostce wolny ług, który jest żrący, i to jest ten jeden błąd, przed którym mają chronić kalkulatory mydła.

Wydziela ciepło. Masa mydlana sama się nagrzewa w trakcie zmydlania, dlatego blok owinięty ręcznikiem może nagrzać się tak, że w środku staje się przejrzysty (faza żelu), i dlatego przepisy bogate w cukry, mleko lub miód mogą się przegrzać. Rozpuszczanie ługu w wodzie też wydziela ciepło, osobno i szybko: świeżo przygotowany roztwór ługu może przekroczyć 90 °C (194 °F).

Sód daje kostki, potas mydło w płynie

Cząsteczka mydła to w obu przypadkach ten sam łańcuch kwasu tłuszczowego; zmienia się tylko partner. Mydła sodowe układają się w zwarte kryształy, dlatego wodorotlenek sodu daje twarde kostki, o których większość ludzi myśli, mówiąc „mydło”. Mydła potasowe są znacznie lepiej rozpuszczalne w wodzie, dlatego wodorotlenek potasu daje miękką pastę, którą można rozcieńczyć do mydła w płynie. Mydła do golenia i mydła kremowe często zawierają mieszankę obu, którą kalkulator obsługuje jako NaOH i KOH razem.

Te dwa ługi nie są wymienne gram za gram. Atom potasu jest cięższy od atomu sodu, więc trzeba 56,1 g KOH, żeby wykonać pracę 40,0 g NaOH. Kalkulator przelicza jeden na drugi na podstawie tych mas molowych.

Ile ługu: liczba zmydlania

Każdy olej potrzebuje własnej ilości ługu, a liczba, która mówi, ile, to jego liczba zmydlania (SAP): liczba miligramów wodorotlenku potasu potrzebna do zmydlenia jednego grama tego oleju. Mierzy się ją w laboratorium standardową metodą (AOCS Cd 3-25), a normy żywnościowe publikują zakres, w którym mieści się każdy olej.

Olej	Liczba zmydlania (mg KOH/g)	NaOH na 100 g oleju
Oliwa z oliwek	184–196	13,1–14,0 g
Olej kokosowy	248–265	17,7–18,9 g
Olej palmowy	190–209	13,5–14,9 g
Masło kakaowe	188–198	13,4–14,1 g
Smalec	192–203	13,7–14,5 g
Olej rycynowy	176–182	12,5–13,0 g

Zakresy z norm żywnościowych Codex i innych dokumentów źródłowych na stronie każdego oleju. Kolumna NaOH to wartość dla KOH pomnożona przez 39,997 ÷ 56,106.

Dlaczego olej kokosowy potrzebuje o jedną trzecią więcej ługu niż oliwa? Bo jego łańcuchy są krótsze. Gram oleju kokosowego zawiera więcej cząsteczek tłuszczu niż gram oliwy, a każda cząsteczka potrzebuje swoich trzech wodorotlenków. Można to sprawdzić na samych cząsteczkach: czysta trilauryna (trzy łańcuchy kwasu laurynowego) daje 263 mg KOH/g, a czysta trioleina (trzy łańcuchy kwasu oleinowego) 190, i dokładnie tam leżą olej kokosowy i oliwa.

Ług w przepisie to suma po wszystkich olejach: masa każdego oleju razy jego liczba zmydlania. To cała arytmetyka i właśnie dlatego nikt nie powinien robić mydła z przepisu, którego nie przeliczono w kalkulatorze z olejami, które naprawdę trafią do garnka. Olej kokosowy potrzebuje około 35 % więcej ługu niż oliwa, więc jeśli wstawisz na jego miejsce oliwę i zostawisz dawną ilość ługu, kostka będzie żrąca.

Policz to sam. Na 1000 g oliwy z oliwek potrzeba 135,4 g wodorotlenku sodu do pełnego zmydlenia. Przy przetłuszczeniu 5 % kalkulator podaje 128,7 g.

Otwórz w kalkulatorze

Dlaczego mydlarze dają mniej ługu, niż potrzebują oleje

Prawie każdy przepis zawiera o kilka procent mniej ługu, niż oleje mogłyby przyjąć. Ten niedobór to przetłuszczenie: przy 5 % ługu wystarcza na 95 % olejów, a pozostałe 5 % zostaje w kostce jako olej. Są na to trzy dobre powody.

Liczby zmydlania to zakresy, a nie stałe. Oliwa może mieć cokolwiek od 184 do 196. Kalkulator musi wybrać jedną wartość, a przetłuszczenie pokrywa różnicę między nią a twoją butelką.
Wagi i czystość ługu nie są doskonałe, a ług czasem się rozsypie. Kilka procent zapasu sprawia, że mały błąd ważenia daje nieco miększą kostkę, a nie ostrą dla skóry.
Odrobina wolnego oleju jest przyjemniejsza dla skóry. Większość kostek na co dzień ma od 3 do 8 %.

Poradnik o przetłuszczeniu omawia, kiedy iść wyżej (mydło solankowe), a kiedy niżej (mydło do prania i mydło w płynie).

Gdzie trafia gliceryna

Na schemacie powyżej każde 100 g oliwy uwolniło około 10 g gliceryny. W mydle robionym metodą na zimno i na gorąco cała gliceryna zostaje w kostce, gdzie przyciąga wilgoć, i to jeden z powodów, dla których mydło domowej roboty jest w dotyku inne niż większość kostek ze sklepu.

Mydło przemysłowe tradycyjnie robiono inaczej, warząc je z wysalaniem: tłuszcz gotuje się z ługiem, a potem wysala, przez co mydło wypływa na wierzch w postaci grudek, a gliceryna i zużyty ług spływają pod spód; potem mydło gotuje się jeszcze raz z nadmiarem ługu, żeby dokończyć reakcję. Glicerynę sprzedaje się osobno. Jeszcze w pierwszych latach po 1800 roku warzelnicy mydła spuszczali te ługi do ścieku jako odpad; w 1908 roku, jak pisali Simmons i Appleton, stały się one „głównym źródłem zysku przy wytwarzaniu tanich mydeł”. Nie ma nic złego w takim mydle; to po prostu inny produkt.

Dlaczego mydło myje

Cząsteczka mydła ma dwa końce, które ciągną w różne strony. Naładowany koniec, przy którym jest sód, ciągnie do wody. Długi ogon kwasu tłuszczowego ciągnie do oleju i tłuszczu. W wodzie cząsteczki mydła otaczają kroplę oleju, zanurzając w niej ogony i kierując naładowane główki na zewnątrz, i tworzą maleńką kulkę zwaną micelą, którą woda może unieść. Tę pracę wykonuje samo mydło. Podręcznik Simmonsa i Appletona z 1908 roku opisuje doświadczenie, które to wykazało, doświadczenie Hillyera: rozcieńczona zasada emulgowała olej bawełniany tylko dopóty, dopóki olej zawierał jeszcze wolny kwas tłuszczowy, który mogła zamienić w mydło, i nic nie robiła z olejem pozbawionym kwasów ani z naftą, podczas gdy roztwór oleinianu sodu, czyli mydła, emulgował jedno i drugie.

Jeden koniec cząsteczki mydła tkwi w wodzie, drugi w oleju, dlatego cząsteczki mydła mogą otoczyć kroplę tłuszczu i ją spłukać.

Dlatego też mydło jest lekko zasadowe. To sól słabego kwasu (kwasu tłuszczowego) i mocnej zasady, więc roztwór idealnie zrobionego mydła ma pH około 9 do 10. Taka jest natura mydła, a nie oznaka resztek ługu; na wolny ług jest osobny test, opisany w poradniku o pH mydła.

Jak długo trwa reakcja i po co jest dojrzewanie

W mydle robionym metodą na zimno większość ługu zużywa się w ciągu pierwszego dnia lub dwóch, a szybciej, jeśli blok przejdzie fazę żelu. Kiedy blok jest na tyle twardy, żeby go pokroić, jest już mydłem. Cztery do sześciu tygodni dojrzewania, które potem następują, dotyczą głównie wody: kostka, która na początku w jednej piątej do jednej czwartej składa się z wody, traci jej dużo, twardnieje, dłużej wytrzymuje pod prysznicem i staje się łagodniejsza, w miarę jak układa się jej struktura krystaliczna. Mydło robione metodą na gorąco gotuje się do zakończenia reakcji, więc wcześniej jest bezpieczne, ale i tak zyskuje na tych samych tygodniach, w których uchodzi woda.

Zostają tylko pytania praktyczne, na które po kolei odpowiada reszta ścieżki dla początkujących: bezpieczna praca z ługiem, potrzebny sprzęt i twoja pierwsza partia, z której powstaje nasze mydło na pierwszą partię bez oleju palmowego.