楊勇

（福建省輕工業(yè)研究所有限公司，福建 福州 350005）

透明皂是香皂的一種，根據(jù)國內(nèi)外行業(yè)約定，將通過6.35 mm厚的皂塊能看到14號（4 mm）黑體字的肥皂稱為透明皂[1]，我國行業(yè)標準QB/T 1913—2004規(guī)定透明皂的透明度≥25%[2]。與傳統(tǒng)的香皂相比，透明皂在觀賞性、可塑性、溶解性和發(fā)泡性方面具有諸多優(yōu)勢，并且因其具有美容護膚的功效，被越來越多的消費者所接受。

目前透明皂的產(chǎn)業(yè)化主要是用動植物油和堿反應(yīng)，通過研磨法或物料添加法制備，關(guān)于脂肪酸鈉透明皂的研究資料相對較少?；旌现舅嶂苯釉砘苽渫该髟砉に囅鄬Ρ容^簡便，工藝時間短，成本可控。本文將利用熱熔加入物法[3]，通過不同脂肪酸皂化和透明劑的復配，尋找一種既符合質(zhì)量標準又低成本的脂肪酸鈉透明皂配方和工藝，為工業(yè)化生產(chǎn)提供實驗依據(jù)。

1 實驗

1.1 實驗儀器及設(shè)備

CH-1006型超級恒溫槽（上海平軒科學儀器有限公司）；JJ600型電子天平（常熟市雙杰測試儀器廠）；JJ-1型增力電動攪拌器（金壇市新航儀器廠）；PHS-3C型數(shù)顯酸度計（上海佑科儀器儀表有限公司）。

1.2 實驗原料

肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、月桂酸、氫氧化鈉均為工業(yè)級；乙醇、蔗糖為食品級；甘油（精制997）、丙二醇、山梨醇均為醫(yī)藥級；表面活性劑、調(diào)理劑、香精為化妝品級。上述試劑由福建省輕工業(yè)研究所中間試驗有限公司提供。

1.3 實驗原理及基質(zhì)配方

1.3.1 實驗原理

混合脂肪酸（月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸全部或者部分）與堿中和，皂化后加入透明劑（山梨醇、丙二醇、甘油、蔗糖、乙醇等）使皂透明。研究表明，結(jié)晶物質(zhì)都有點陣結(jié)構(gòu)，固體肥皂的晶相結(jié)構(gòu)為結(jié)點在一個平面上的平面點陣。脂肪酸鈉鹽的水合體系中通常存在α、β、δ、ω四種晶相結(jié)構(gòu)[4]，其中α、δ晶相不穩(wěn)定，但在一定條件下能轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的β、ω晶相，β晶相因其平面點陣的間距僅為2.75 nm，衍射環(huán)為32 mm，晶體顆粒小至能使光線連續(xù)通過，同時結(jié)晶排列整齊，這使具有這種晶相的香皂外觀看起來是透明的。當香皂體系中加入透明劑時，脂肪酸鈉鹽的水合體系首先以α晶相結(jié)晶出來，在透明劑的沸點溫度下α晶相轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的β晶相，同時抑制其他晶相的生成，經(jīng)過快速冷卻后，脂肪酸鈉鹽體系中主要以透明的β晶相存在，就形成了透明皂（圖1）。

圖1 加入物法制備脂肪酸鈉透明皂原理

1.3.2 基質(zhì)配方（表1）

表1 透明皂基質(zhì)配方

1.4 實驗方法

1.4.1 中和劑用量的選擇

固定基質(zhì)配方中脂肪酸和其他添加劑的用量，在相同的中和反應(yīng)時間下，通過改變堿的用量，考察不同中和反應(yīng)終點對成品皂透明度和硬度的影響。

1.4.2 脂肪酸種類及用量的選擇

單一的脂肪酸鈉皂在水溶性、發(fā)泡性和去污力方面不盡如人意，需要幾種脂肪酸進行適當復配，以滿足消費者對脂肪酸鈉皂性能的需求。C12～C14脂肪酸可提高成皂產(chǎn)品的透明度、穩(wěn)定性，增加產(chǎn)品發(fā)泡性和溶解性；C16～C18脂肪酸可提高成皂的硬度，增加成皂的可塑性，但不宜添加過多；有研究認為低于C12的以及大于C18的脂肪酸都不適宜[5]。碳鏈較短或十八烯酸比例的增大可以提高肥皂的透明度，但如果加量過大，會使皂表面發(fā)粘，陳官士[6]認為，以3.2∶2.1來處理飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸可以生產(chǎn)出最佳效果的透明皂。

實驗考察相同的中和反應(yīng)終點、中和反應(yīng)溫度和時間以及透明劑條件下，不同混合脂肪酸（C12～C18）配比對成品皂透明度和硬度的影響。根據(jù)經(jīng)驗選擇了月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸的4因素2水平L8（24）的實驗方案（見表2），以產(chǎn)品透明度（不透明記為0分，半透明至透明為1～9分，占60%）和硬度（以同樣壓力和受力面積下皂表面凹痕計算，計分1～10，凹痕越淺，分數(shù)越高，占40%）的綜合分作為考察指標，選擇最優(yōu)的脂肪酸混合比例。

表2 脂肪酸種類及用量的選擇實驗因素水平及編碼表

1.4.3 透明劑組合及用量的選擇

透明劑的組合對透明皂的影響是重大的，常用透明劑有乙醇、甘油、蔗糖、甘露糖醇、山梨醇、丙二醇、聚乙二醇、乙二醇、N'-?；被岬膯我掖及?、二乙醇胺、三乙醇胺鹽等。單一的透明劑難以達到理想的結(jié)果，本實驗根據(jù)文獻[7-9]及實際經(jīng)驗，以山梨醇、丙二醇、甘油和蔗糖為主，乙醇為輔，固定混合脂肪酸的比例，以及中和反應(yīng)終點、時間和溫度，設(shè)計了4因素3水平L9（34）的實驗方案（見表3），以產(chǎn)品透明度（不透明記為0分，半透明至透明為1～9分，占60%）和硬度（以同樣壓力和受力面積下皂表面凹痕計算，計分1～10，凹痕越淺，分數(shù)越高，占30%）及產(chǎn)品的吸濕性（根據(jù)表面吸濕程度，計1～10分，占10%）的綜合分作為考察指標，選擇最優(yōu)的透明劑組合比例。

表3 透明劑組合及用量的選擇實驗因素水平及編碼表

1.4.4 配方工藝

⑴ 將基質(zhì)配方中1—7原料加熱至70 ℃左右，使其溶解完全。

⑵ 提高攪拌速度，將8號原料用水溶解后，緩慢加入步驟⑴中，注意調(diào)節(jié)pH值，中和反應(yīng)30～60 min，控制反應(yīng)終點pH值9.8～10.5。

⑶ 加入原料9、10，待溶解均勻后加入原料11。

⑷ 適當降低攪拌速度繼續(xù)攪拌，降溫至70 ℃左右加入12、13號原料，攪拌均勻。

⑸ 靜置5 min后出料入模，待冷卻成型后，脫模，晾干，切皂，包裝，檢測，入庫

2 性能測試

由實驗室獲得的優(yōu)化配方，制備3批次透明皂，送至檢測機構(gòu)進行檢測，依據(jù)QB/T 1913—2004標準進行檢測，檢測項目為透明度、總有效物、水分和揮發(fā)物、游離苛性堿、氯化物、發(fā)泡力。

3 結(jié)果與討論

3.1 中和劑用量的選擇

固定混合脂肪酸和透明劑的用量以及中和反應(yīng)的時間和溫度，考察中和反應(yīng)終點pH值在8.0～12.0之間對成品皂透明度和硬度的影響，實驗結(jié)果表明（表4），當中和反應(yīng)終點pH值較低時，容易導致皂化反應(yīng)不完全，成皂中游離脂肪酸較多，產(chǎn)品變得不透明，顏色偏黃或乳白色，皂體偏軟，溶解性不好，洗滌效果較差；當中和反應(yīng)終點pH值較高時，會導致成皂游離堿偏高，產(chǎn)品刺激性大，久置后容易出現(xiàn)冒霜的現(xiàn)象。實驗最終選擇控制pH值在9.8～10.5之間，由此做成的皂體顏色較淺，透明度良好，硬度適中，洗滌性能較好。

表4 不同中和反應(yīng)終點對成品皂透明度和硬度的影響

3.2 脂肪酸種類及用量的選擇

脂肪酸的種類影響成皂在水中的溶解性、發(fā)泡性、穩(wěn)定性以及硬度和透明度。正交實驗結(jié)果（表5）表明，在相同的中和反應(yīng)終點、反應(yīng)溫度、時間和透明劑用量等條件下，影響脂肪酸鈉皂透明度和硬度綜合因素的主次順序為D＞C＞B＞A，即硬脂酸>棕櫚酸>肉豆蔻酸＞月桂酸。硬脂酸對成皂的硬度和透明度影響最大，硬脂酸添加量的升高可以提升成皂的硬度，也有利于β晶相的形成，但同時也容易導致成皂后期變得不透明和容易開裂。脂肪酸選擇的最佳組合為A2B1C1D1，即月桂酸6%，肉豆蔻酸4%，棕櫚酸1%，硬脂酸14%。

表5 不同脂肪酸種類及用量選擇正交實驗及結(jié)果

3.3 透明劑組合及用量的選擇

透明皂的晶相是影響成皂透明度的關(guān)鍵因素[10]。當皂的成分中含有透明劑時，這些物質(zhì)在破壞大顆粒肥皂水合物的同時，會在皂的結(jié)構(gòu)中包裹油脂分子，形成細小的微乳化體系，形成透明的晶格，使得光線能夠透過皂體，從而使皂變得透明。適當?shù)耐该鲃┍壤€可以幫助提高皂的柔軟度和潤濕性，增加其使用時的舒適感。

乙醇也是一種透明劑，同時也有增溶和催化作用，可促進中和反應(yīng)的進行，有效提升成皂透明度，但是乙醇用量太多，制得的透明皂太軟，不耐使用，本實驗選擇乙醇添加量為2.0%。

透明皂“冒水”是一個普遍的現(xiàn)象，特別是遇到濕度較大的天氣，如果沒有及時包裝，將極大影響產(chǎn)品的外觀和品質(zhì)，降低使用體驗。山梨醇可以使皂基變得穩(wěn)定，不易變形，以山梨醇替代甘油，可以使得皂基成品較不易吸水，但是山梨醇的質(zhì)量以及添加容易影響皂基顏色，使最終產(chǎn)品發(fā)黃。實驗通過控制原料的添加量和反應(yīng)溫度來解決皂基產(chǎn)品發(fā)黃問題。通過不同多元醇之間的復配可以解決這個現(xiàn)象，本實驗通過透明劑中山梨醇、丙二醇和甘油的組合及用量來解決透明皂吸濕冒水現(xiàn)象，同時使透明皂具有保濕潤膚的效果，還能降低堿性對皮膚的傷害。

透明劑組合及用量的正交實驗結(jié)果（表6）表明，影響脂肪酸鈉皂透明度、硬度和吸濕性的綜合因素的主次因素為D＞A＞C＞B，即甘油＞山梨醇＞蔗糖＞丙二醇。山梨醇與甘油和蔗糖的添加有助于透明晶格的形成，但是過量反而會加重吐水現(xiàn)象甚至表面結(jié)晶的析出，溫度高的時候還會導致終產(chǎn)品顏色較深。丙二醇的添加有助于皂化反應(yīng)的進行，但是過量的話容易導致皂體易溶解。綜上，透明劑及用量的最佳組合為A1B3C1D1，即山梨醇18%，丙二醇15%，蔗糖15%，甘油5%。

表6 透明劑組合及用量選擇正交實驗及結(jié)果

3.4 脂肪酸鈉透明皂性能測試

根據(jù)以上正交優(yōu)化試驗得出的最佳工藝條件進行3次平行驗證實驗，得到脂肪酸鈉透明皂在透明度、硬度和吸濕性方面的綜合分分別為8.9、8.9、9.1，綜合平均值為8.97，均高于表5、表6中的所有設(shè)計實驗，說明優(yōu)化結(jié)果正確。

將3批次樣品委托檢測機構(gòu)依據(jù)QB/T 1913—2004進行相關(guān)項目的檢測，相應(yīng)的檢測結(jié)果見表7，所有性能均符合預期的指標。

表7 脂肪酸鈉透明皂性能檢測結(jié)果

4 結(jié)語

透明皂是由肥皂分子和含水的非皂物質(zhì)所構(gòu)成的均一透明的固液相結(jié)晶。采用熱熔加入物法，通過不同脂肪酸皂化和透明劑的復配，破壞脂肪酸鈉鹽水合體系中結(jié)晶顆粒較大的水合物結(jié)構(gòu)，促進微小的、光線可連續(xù)通過的β晶相和結(jié)晶顆粒的生成，使肥皂變得透明。

皂化反應(yīng)前油脂及固體原料的溶解溫度對成品成色有較大影響，實驗發(fā)現(xiàn)，當溶解溫度超過75 ℃后，皂化反應(yīng)溫度就會超過85 ℃，導致最后產(chǎn)品顏色變黃，影響透明度。當控制混合脂肪酸原料溶解溫度在60～65 ℃左右，皂化反應(yīng)溫度在78～80 ℃左右時，做出的透明皂透明度較低溫和高溫時好。

中和反應(yīng)的時間對于成皂透明度的影響是明顯的，當中和反應(yīng)時間在10 min時，其終產(chǎn)品不僅是不透明的，質(zhì)地還偏軟。隨著時間的增加，皂化反應(yīng)變得完全，當中和反應(yīng)時間在25～30 min時，皂基終產(chǎn)品即變得透明。從生產(chǎn)角度來看，選擇中和反應(yīng)30 min為宜。

實驗發(fā)現(xiàn)：皂化反應(yīng)開始后如果攪拌速度較慢，導致成皂沒有及時溶解而產(chǎn)生抱團，對后期產(chǎn)品的成色和透明度有較大的影響；而當皂化反應(yīng)結(jié)束后，在添加表面活性劑或調(diào)理劑時，如果攪拌速度太快，容易將空氣引進溶液中，影響最終產(chǎn)品的成色和透明度。

制作工藝中的溶解溫度、冷卻速度等也可影響皂的透明度，自然冷卻容易受外界環(huán)境的影響，導致皂體內(nèi)外冷卻溫度不一致，使得皂體晶相排列不整齊，影響成皂的透明度和硬度。實驗表明皂液冷卻速度越快，成皂硬度更佳，透明度也較好。

本研究以脂肪酸種類及配比、透明劑組合及用量和中和反應(yīng)終點等因素為研究對象，分析了不同脂肪酸種類和用量、透明劑組合和用量以及中和反應(yīng)終點酸堿度對脂肪酸鈉透明皂透明度、硬度及吸濕性等的影響。結(jié)果表明，通過熱熔加入物法制備脂肪酸鈉透明皂最佳的混合脂肪酸配比為月桂酸6%、肉豆蔻酸4%、棕櫚酸1%、硬脂酸14%，透明劑的最佳配比為山梨醇18%、丙二醇15%、蔗糖15%、甘油5%，中和反應(yīng)終點pH值在9.8～10.5，中和反應(yīng)溫度78～80 ℃，中和反應(yīng)時間30 min。在以上條件和工藝下制備的脂肪酸鈉透明皂具有良好的透明度、硬度、發(fā)泡性和洗滌性能，該生產(chǎn)工藝簡單，投入小，工業(yè)化可行性高，對工業(yè)化生產(chǎn)具有一定的參考意義。