麻瘋樹種子油皂化條件的探索

楊婧鈺 薛舒元 張怡 吳軍

摘? 要：本文以麻瘋樹種子油為原料，研究反應(yīng)時間，反應(yīng)溫度，KOH用量對麻瘋樹油皂化率的影響。結(jié)果顯示經(jīng)過脫膠、脫色處理的麻瘋樹種子油脂皂化適宜條件為65℃，堿用量為皂化值的1.1倍，反應(yīng)時間30min，可完成96%油脂的皂化反應(yīng)。堿用量為皂化值的1.1倍，皂化反應(yīng)溫度提高到80℃，皂化反應(yīng)30min即可達到100%皂化率;在堿用量為皂化值的1.1倍，65℃下皂化反應(yīng)時間延長到90min，也可以獲得100%皂化率。

關(guān)鍵詞：麻瘋樹? 油脂? 皂化條件? 皂化率

中圖分類號：S794.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）08（a）-0109-04

Abstract： The effects of reaction time， reaction temperature and KOH dosage on saponification rate of jatropha curcas seed oil were studied. The results showed that the suitable conditions for saponification of jatropha jatropha seeds were 65℃， the amount of alkali was 1.1 times the saponification value， and the reaction time was 30 minutes. The saponification reaction of oil can be completed by 96%. The content of alkali is 1.1 times of the saponification value， the saponification reaction temperature is increased to 80℃， the saponification reaction 30 minutes can reach 100% saponification rate; 100% saponification rate can also be obtained when the amount of alkali is 1.1 times the saponification value and the saponification reaction time is extended to 90 minutes at 65℃.

Key Words： Jatropha; Oil; Saponification conditions， The saponification rate

麻瘋樹耐干旱、貧瘠，可在荒山荒地進行種植，是極具開發(fā)潛力的生物質(zhì)能源樹種之一，可用于生物柴油和生物航空油等燃料油的生產(chǎn)，還可開發(fā)農(nóng)藥、醫(yī)藥、肥料和飼料等產(chǎn)品[1-4]。麻瘋樹種子含油率高達40%以上， 油分集中在種仁中[5]，壓榨種仁獲得的小桐子毛油脂肪酸是一種標(biāo)準(zhǔn)的甘油三酸酯，主要由亞油酸（40.53%），油酸（35.44%），棕櫚酸（12.28%），硬脂酸（5.33%），芥酸（2.46%）等組成，不皂化物含量低（0.787%）[6-7]，可以與NaOH、KOH等堿液發(fā)生皂化反應(yīng)而形成皂基。因此，麻瘋樹種子油可用于肥皂生產(chǎn)。非洲一些國家的當(dāng)?shù)鼐用裼杏寐榀倶浞N子油生產(chǎn)肥皂的傳統(tǒng)，一些公司還生產(chǎn)有助于皮膚疾病治療的麻瘋樹肥皂[8]。肥皂理化性質(zhì)研究顯示，使用麻瘋樹油脂制作的肥皂可用于日常洗浴[9]。一些研究還表明，麻瘋樹種子油具有一定還原和抑菌能力[10-11]，利用麻瘋樹種子油生產(chǎn)的肥皂具有抗真菌、細(xì)菌以及皮疹的功效[12]?；诼榀倶浞N子油的肥皂等洗滌產(chǎn)品的開發(fā)有助于麻瘋樹生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)品多元化，促進整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

本試驗重點對麻風(fēng)樹油皂化條件進行研究，研究皂化時間、皂化溫度、堿用量等條件對麻瘋樹油皂化率的影響。為使用麻瘋樹種子油高效生產(chǎn)肥皂等洗滌產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

1? 材料與儀器

1.1 材料

麻瘋樹油購于涼山德農(nóng)生物質(zhì)能源有限公司，為麻瘋樹帶種皮種子一次壓榨油，由于麻瘋樹種子蛋白含量高，壓榨油脂中附帶有蛋白、磷脂等化合物。因此，本研究對該初級壓榨油進行NaCl脫膠和活性白土脫色預(yù)處理，經(jīng)過預(yù)處理后的油脂顏色和透明度都有改善（見圖1），為本研究皂化反應(yīng)使用的油脂。

1.2 儀器與試劑

恒溫水浴鍋，分析天平，低壓過濾器，酸堿滴定管，膠頭滴管，燒杯，濃度為0.5mol/L的HCl標(biāo)準(zhǔn)液，0.5M KOH的95%乙醇溶液，NaCl，活性白土，酚酞指示液。

2? 方法

2.1 油脂預(yù)處理

脫膠：稱取50gNaCl， 配制成10%NaCl溶液，加入 500g麻瘋樹種子初級壓榨油中，在45℃下攪拌反應(yīng)30min，低壓過濾，獲得油脂。脫色：向脫膠油中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的活性白土，75℃下攪拌30min，低壓過濾，獲得油脂。

2.2 實驗設(shè)計

2.2.1 反應(yīng)時間對麻瘋樹油皂化率的影響

準(zhǔn)確稱重3.600g脫鹽脫色后的麻瘋樹油于錐形瓶中，加入25mL的0.5M KOH的乙醇溶液，溫度為65℃，分別攪拌10、20、30、40min，同時進行空白試驗。

皂化反應(yīng)結(jié)束后在被測樣和空白樣中趁熱滴加5mL酚酞指示液，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定到指示液的粉色剛消失，記錄鹽酸消耗的體積。

2.2.2 反應(yīng)溫度對麻瘋樹油皂化率的影響

準(zhǔn)確稱重3.600g脫鹽脫色后的麻瘋樹油于錐形瓶中，加入25mL的0.5M KOH的乙醇溶液，分別在60、65、70、75℃下，攪拌20min，同時進行空白試驗。

皂化反應(yīng)結(jié)束后在被測樣和空白樣中趁熱滴加5mL酚酞指示液，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定到指示液的粉色剛消失，記錄鹽酸消耗的體積。

2.2.3 KOH用量對麻瘋樹油皂化率的影響

分別準(zhǔn)確稱取3.600g，3.200g，2.900g，2.600g的麻瘋樹油，放入錐形瓶中，均加入25mL的0.5M KOH的乙醇溶液，進行皂化反應(yīng)。

皂化反應(yīng)結(jié)束后在被測樣和空白樣中趁熱滴加5mL酚酞指示液，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定到指示液的粉色剛消失，記錄鹽酸消耗的體積。

2.3 麻瘋樹油皂化值的測定方法

本研究麻瘋樹油脂的皂化值測定采用國標(biāo)GBT5534-2008。

2.4 皂化率計算方法

麻瘋樹油皂化率

3? 結(jié)果與分析

3.1 預(yù)處理油脂皂化值的確定

有研究顯示，不同區(qū)域、不同收獲期種子以及不同處理方式獲得的麻瘋樹種子油脂的皂化值不同[13]。而皂化率的計算涉及皂化值，因此，本研究對本批次使用的麻瘋樹種子壓榨油經(jīng)過脫膠、脫色預(yù)處理的油脂進行了5次皂化值測定。結(jié)果顯示本研究使用的麻瘋樹預(yù)處理油脂平均皂化值為195mg/g，與報道的麻瘋樹種子油脂皂化值相近。

3.2 反應(yīng)時間對麻瘋樹油皂化率的影響

本研究設(shè)計皂化反應(yīng)溫度為65℃，KOH用量為油脂量對應(yīng)理論值情況下，測試皂化反應(yīng)時間與皂化率關(guān)系。結(jié)果表明反應(yīng)時間在30min以內(nèi)，隨著反應(yīng)時間的延長，皂化率逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)進行到30min后，隨著反應(yīng)時間的延長，皂化率上升的趨勢變緩，趨于穩(wěn)定（見圖2）。因此，考慮到工作效率，選擇最佳反應(yīng)時間為30min。

3.3 反應(yīng)溫度對麻瘋樹油皂化率的影響

根據(jù)前面測試結(jié)果，設(shè)計60℃、65℃、70℃、75℃ 四個溫度梯度，以皂化反應(yīng)30min后測試皂化率，來研究油皂化反應(yīng)溫度與皂化率關(guān)系。結(jié)果顯示溫度低于 65℃ 時，皂溫度升高，皂化率隨之增大;皂化溫度在65℃ 時，皂化率達到96%;溫度超過65℃后，皂化率約有升高，但變化不明顯（見圖3）。

3.4 KOH用量對麻瘋樹油皂化率的影響

本研究中為了分析KOH用量對皂化率的影響，在測定該批次預(yù)處理油脂皂化值的基礎(chǔ)上，使用理論皂化值對應(yīng)堿量的90%、100%、110%、120%的堿進行皂化反應(yīng)，溫度設(shè)計為70°C ，皂化反應(yīng)時間為30min。結(jié)果表明，隨著堿用量的增加，皂化率逐漸變大，當(dāng)KOH用量為皂化值對應(yīng)堿量的110%時，在確定的相對較優(yōu)皂化時間內(nèi)的皂化率最大，皂化率可達96%以上，較使用皂化值對應(yīng)堿量的100%皂化率提高1.4%，但繼續(xù)增加堿用量皂化率變化不明顯（見圖4）。

3.5 最大皂化率的反應(yīng)條件

根據(jù)以上溫度、反應(yīng)時間與皂化率關(guān)系，設(shè)計皂化反應(yīng)溫度80℃，堿用量為皂化值對應(yīng)堿量的110%，反應(yīng)30min，重復(fù)3次，測定的皂化率可達到100%;設(shè)計皂化反應(yīng)溫度65℃，堿用量為皂化值對應(yīng)堿量的110%，反應(yīng)1h，重復(fù)3次，測定的皂化率可達到100%。

4? 結(jié)語

從皂化時間、皂化溫度和皂化反應(yīng)KOH用量對皂化率的影響分析，工業(yè)中使用麻瘋樹油進行皂化反應(yīng)時，在相同的反應(yīng)時間和溫度條件下，堿用量應(yīng)在皂化值的1.1倍時可獲得較好的皂化反應(yīng)效果。

本研究顯示，對于脫膠、脫色后的麻瘋樹種子油，使用皂化值對應(yīng)堿量，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)30min，則可使95%的油脂發(fā)生皂化，但某些需要皂化反應(yīng)徹底的工藝，如透明皂的制作，可以通過提高溫度，適當(dāng)增加堿用量可獲得皂化完全的效果，如本實驗中提高皂化反應(yīng)溫度到80℃，使用皂化值1.1倍的堿量，反應(yīng)30min可獲得100%的皂化率。另外，如果采用相對較低的反應(yīng)溫度，可通過延長反應(yīng)時間，適當(dāng)增加堿用量也可獲得皂化完全的效果，如本實驗由30min反應(yīng)時間延長到60min，使用皂化值1.1倍的堿量，也可獲得100%的皂化率。

為了探索皂化時間、皂化溫度及堿用量之間互作對皂化率的影響，需要進一步設(shè)計不同因素的正交實驗。

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