地溝油制備皂粉的研究

卞惠芳

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇江陰210005）

地溝油，泛指在生活中存在的各類劣質(zhì)油，如回收的食用油、反復(fù)使用的炸油等。地溝油的主要成分是甘油三酯，但其酸值、過氧化值、水分嚴(yán)重超標(biāo)，其主要的危害物——黃曲霉素的毒性則是砒霜的100倍[1，2]。地溝油含有的毒素，流向江河會(huì)造成水體營(yíng)養(yǎng)化；人類食用“地溝油”后，它會(huì)破壞人體的白血球以及消化道黏膜，引起食物中毒現(xiàn)象，甚至可能致癌。所以“地溝油”是禁止用于食用油領(lǐng)域的。我國(guó)每年的餐飲廢棄油脂（地溝油）產(chǎn)量多達(dá)300～400萬(wàn)t，若能將這種廢棄油脂轉(zhuǎn)化為可利用的化工原料或現(xiàn)有產(chǎn)品的替代品，不僅能有效緩解能源供應(yīng)緊張的問題，還可以解決社會(huì)群眾最關(guān)心的食品安全問題。將地溝油催化分解為高級(jí)脂肪酸和甘油，可深度加工為生物柴油、甘油、皂粉和洗衣粉等日常用品。開展地溝油高值化利用才是解決地溝油不重回餐桌和食品的根本途徑。本文采用地溝油為原料制備皂粉，具有較為顯著的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑及儀器

地溝油（當(dāng)?shù)卮笮途频瓴蓸樱?；?fù)合水解催化劑（自制）；釜式反應(yīng)系統(tǒng)（鎮(zhèn)江市丹徒環(huán)球機(jī)電配件廠）；噴霧干燥器KDM-1000（上海世遠(yuǎn)生物工程設(shè)備有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

將地溝油用10目篩過濾除去其中的菜葉等肉眼可見雜質(zhì)，然后加入一定量的硫酸和水（80～90℃）進(jìn)行酸煉1h，靜置分層，放出水層，用熱水洗滌（廢水回用），稱取一定量的經(jīng)酸洗、熱水洗滌除雜后的地溝油放入三口燒瓶中，裝好回流冷凝裝置，并通好冷卻水，加入少量的催化劑并升溫至一定溫度進(jìn)行常壓催化水解，經(jīng)反復(fù)水洗、脫色，然后加入一定濃度的氫氧化鈉、控制一定溫度進(jìn)行皂化，加入輔料攪拌均質(zhì)后泵入噴霧干燥器進(jìn)行噴霧脫水，并得到皂粉產(chǎn)品，對(duì)得到的皂粉進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果討論

2.1 酸化pH值對(duì)脂肪酸得率的影響

為了除去地溝油中的酸溶物，考察了酸化pH值對(duì)提取脂肪酸反應(yīng)的影響，其結(jié)果為：當(dāng)酸化pH 值 分 別 為 ：0.5、1.0、2.0、2.5、3.0、4.0、5.5、7.0時(shí)，脂肪酸得率 （%） 分別為：63.7、80.5、88.3、96.5、87.7、77.6、53.2、23.1。

由結(jié)果可見，地溝油酸化pH值對(duì)脂肪酸得率的影響呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在地溝油酸化pH值為2.5以內(nèi)，隨著地溝油酸化pH值的上升，脂肪酸得率呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢(shì)，pH值到2.5時(shí)達(dá)到最大值，脂肪酸得率達(dá)到96.5%，而后隨著地溝油酸化pH值的上升，脂肪酸得率呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)。因此，適宜的地溝油酸化pH值為2.5。

2.2 地溝油水解條件對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響

地溝油水解條件主要有水解溫度和水解時(shí)間，其具體條件主要取決于所采用的催化劑，為了降低該工序?qū)λ夥磻?yīng)設(shè)備的要求，考察了不同催化劑對(duì)水解條件及脂肪酸得率的影響，具體見表 1，2。

表1 不同催化劑對(duì)水解脂肪酸得率的影響

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)常壓水解脂肪酸得率的影響（自制復(fù)合催化劑）

由表1，2可以看出，反應(yīng)條件、催化劑對(duì)廢油脂的水解影響很大，要獲得較好的脂肪酸得率，在不采用適宜催化劑的條件下，往往需要較高的水解壓力（與其對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度較高）與較長(zhǎng)的水解時(shí)間，所得脂肪酸產(chǎn)品顏色較淺；適宜的催化劑明顯能夠降低反應(yīng)條件，自制復(fù)合催化劑在低溫、常壓和較短的水解時(shí)間等條件下取得了較高的脂肪酸得率，并且其產(chǎn)品顏色較淺，其具體原因有待今后進(jìn)一步研究。

2.3 精制方法與條件對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響

2.3.1 精制方法對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響

在實(shí)驗(yàn)研究中精制過程主要包括脫色工序，主要研究脫色方法對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響，從前面的參考文獻(xiàn)中可以看出，用于粗脂肪酸脫色的方法較多，主要有活性炭、酸性白土、雙氧水、亞硫酸鈉等方法[3]，從研究的結(jié)果來看，單一方法往往存在效果差、成本高等缺陷，因此一般采取兩種方法組合法脫色，在本次實(shí)驗(yàn)過程中，主要考察了復(fù)合脫色方法（比例為1∶1（質(zhì)量））對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響（添加總量均為6%，脫色溫度均為85℃），具體見表3。

表3 復(fù)合脫色方法對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響

從表3可以看出，就簡(jiǎn)單復(fù)合脫色效果而言，活性白土與雙氧水的組合效果較好，其白度達(dá)到了82，用肉眼觀測(cè)為白色；而自制復(fù)合脫色劑的脫色效果更好，在相同的添加量下，其白度達(dá)到了92，用肉眼觀測(cè)為白色。

2.3.2 脫色劑加入量對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響

采用自制復(fù)合脫色劑對(duì)粗脂肪酸進(jìn)行脫色研究，固定脫色時(shí)間為1h，考察其加入量對(duì)其脫色效果及其得率的影響，具體見表4。

從表4可以看出，采用自制復(fù)合脫色劑的添加量對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響較大。

隨著自制復(fù)合脫色劑的添加量增加，脂肪酸的得率呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)，但所產(chǎn)品的白度呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，但當(dāng)其加入量達(dá)到4%以后，其產(chǎn)品顏色以為白色，其白度值上升速度變緩慢，因此，自制復(fù)合脫色劑的適意添加量為4%～6%。

表4 脫色劑加入量對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響

2.4 皂化條件對(duì)皂化度的影響

2.4.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)皂化度的影響

反應(yīng)時(shí)間對(duì)皂化度的影響結(jié)果為：當(dāng)反應(yīng)時(shí)間（h）為：1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 時(shí)，皂化度（%）為：39.5、57.5、81.6、95.5、95.5、94.3、93.8。

由結(jié)果可見，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，皂化度越來越大，但到了4h以后，皂化度趨于平穩(wěn)，變化幅質(zhì)較小，這說明皂化已基本達(dá)到平衡，而且越往后，皂化度略有下降，產(chǎn)品顏色越來越深，因此最佳的皂化時(shí)間應(yīng)為4h。

2.4.2 反應(yīng)溫度對(duì)皂化度的影響

反應(yīng)溫度對(duì)皂化度的影響結(jié)果為：當(dāng)反應(yīng)溫度（℃）為：60、70、80、90、100、120 時(shí)，皂化度（%）為：73.0、83.5、92.6、93.5、94.5、95.3。

由結(jié)果可見，隨著反應(yīng)溫度的增加，皂化度越來越大，考慮到常壓實(shí)驗(yàn)較容易，故選擇適宜反應(yīng)溫度為100℃。

2.4.3 燒堿用量對(duì)皂化度的影響

燒堿用量對(duì)皂化度的影響結(jié)果為：

當(dāng)燒堿用量（氫氧化鈉與廢油脂質(zhì)量之比）為：0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 時(shí)，皂化度（%）為：56.5、60.5、76.9、81.8、94.7、94.8。

由結(jié)果可見，燒堿用量對(duì)其皂化度影響較大，隨著燒堿的增加，皂化度越來越大，但超過0.5以后，不僅皂化度上升不明顯，而且所得皂體明顯變黃，因此選擇最佳燒堿用量為0.5。

2.4.4 燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)皂化度的影響

燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)皂化度的影響結(jié)果為：當(dāng)燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）為：10、20、25、30、40、60 時(shí)，皂化度（%）為：68.2、82.3、92.9、94.7、91.4、81.4。

由結(jié)果可見，燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)其皂化度影響較大，隨著燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，皂化度呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，其皂化度在30%時(shí)達(dá)到最大值（94.7%）。在其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%以內(nèi)，隨著燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，皂化度越來越大；超過30%以后，隨著燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，皂化度越來越小，故燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的適宜值為30%。

2.4.5 燒堿加入方式對(duì)皂化度的影響

燒堿加入方式對(duì)皂化度的影響結(jié)果為：當(dāng)加入方式為：一次加入、連續(xù)滴加、頭尾各1/6，中間分兩次加入、頭尾各1/8，中間分兩次加入時(shí)，皂化度（%）為：73.8、83.6、93.1、94.9。

由此可見，燒堿加入方式對(duì)其皂化度影響較大，一次加入的皂化度最低，頭尾各1/8，中間分兩次加入的皂化度最高，達(dá)94.9%，因此適宜的燒堿加入方式為頭尾各1/8，中間分兩次加入。

2.4.6 攪拌速度對(duì)皂化度的影響

攪拌速度（rpm）對(duì)皂化度的影響結(jié)果為：當(dāng)攪拌速度（rpm）為：50、100、200、300、500 時(shí)，皂化度（%）為 33.7、78.5、93.4、94.7、96.3。

由此可見，攪拌速度對(duì)其皂化度影響較大，隨著攪拌速度的增加，皂化度有不斷增大的趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著攪拌速度的加快，堿的接觸界面不斷得到更新使得油脂分子與堿接觸的幾率不斷增加，從而提高其皂化速度；同時(shí)，隨著攪拌速度的加快，皂化膜破裂速度加快、促進(jìn)了原料與產(chǎn)物的更替速度加快，從而提高了皂化反應(yīng)速度。因此，提高攪拌速度有利于油脂皂化完全?？紤]到生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的容易性、安全性等因素，適宜的攪拌速度為300～500rpm。

2.4.7 助劑對(duì)皂化度的影響

對(duì)于皂化反應(yīng)來說，用于提高皂化速度的助劑主要有乳化劑、乙醇等，這些助劑對(duì)皂化度的影響（考慮到成本問題，其添加量均為1%）結(jié)果為：當(dāng)助劑為：無、乙醇、乳化劑、自制復(fù)合助劑時(shí)，皂化度（%）為：88.0、93.4、94.3、96.5。

由此可見，助劑對(duì)其皂化度影響較大，在其條件相同的情況下，乳化劑、乙醇均能提高油脂的皂化度，尤以自制復(fù)合助劑對(duì)提高油脂的皂化度效果最好，所以，適宜的助劑為自制復(fù)合助劑。

2.5 噴霧條件對(duì)皂粉產(chǎn)率及其色度的影響

對(duì)皂化后物料添加一下輔料、經(jīng)攪拌等均質(zhì)后即可進(jìn)行噴霧操作。考慮到當(dāng)代皂粉等細(xì)化產(chǎn)品的無磷化的需要，輔料中不添加有磷的原料。在噴霧研究過程中，影響因數(shù)較多，諸如進(jìn)口溫度、通針?biāo)俣取⑦M(jìn)料速度、鼓風(fēng)量等，其中通針?biāo)俣戎饕菫榱吮ＷC物料在進(jìn)料過程中不發(fā)生堵塞而確定的，本次選擇5次/分基本滿足了本實(shí)驗(yàn)的需要，至于進(jìn)料速度、鼓風(fēng)量等參數(shù)主要是依據(jù)進(jìn)料噴霧過程中成霧情況隨時(shí)調(diào)節(jié)的，因此本次實(shí)驗(yàn)真正可調(diào)的就是物料進(jìn)口溫度，物料進(jìn)口溫度對(duì)皂粉產(chǎn)率及其色澤的影響見表5。

表5 物料進(jìn)口溫度對(duì)皂粉產(chǎn)率及其色澤的影響

從表5可以看出，物料進(jìn)口溫度對(duì)脂肪酸得率及其色澤的影響較大。隨著增加，脂肪酸的得率基本保持不變，在物料進(jìn)口溫度200℃以內(nèi)，脂肪酸的得率基本保持在97%以上，產(chǎn)品顏色均為白色，當(dāng)物料進(jìn)口溫度達(dá)到250℃時(shí)，產(chǎn)品脂肪酸的得率略有下降，其值為96.5%，而且產(chǎn)品白度小于80，呈淺黃色，結(jié)合物料的噴霧速度等因數(shù)，適宜的物料進(jìn)口溫度應(yīng)為180～200℃。

3 皂粉產(chǎn)品的物性與性能

采用優(yōu)化的條件制備出了的皂粉200g，其物性與洗滌性能與市售皂粉及國(guó)標(biāo)對(duì)比見表6。

從表6可見，本實(shí)驗(yàn)制備的皂粉物性及去污均達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和市售洗衣皂粉要求，可以進(jìn)一步放大制備，為今后的工業(yè)生產(chǎn)做準(zhǔn)備，具有一定的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

表6 自制皂粉物性與洗滌性能