地溝油制備皂粉的研究

卞惠芳

（江陰職業技術學院，江蘇江陰210005）

地溝油，泛指在生活中存在的各類劣質油，如回收的食用油、反復使用的炸油等。地溝油的主要成分是甘油三酯，但其酸值、過氧化值、水分嚴重超標，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，流向江河會造成水體營養化；人類食用“地溝油”后，它會破壞人體的白血球以及消化道黏膜，引起食物中毒現象，甚至可能致癌。所以“地溝油”是禁止用于食用油領域的。我國每年的餐飲廢棄油脂（地溝油）產量多達300～400萬t，若能將這種廢棄油脂轉化為可利用的化工原料或現有產品的替代品，不僅能有效緩解能源供應緊張的問題，還可以解決社會群眾最關心的食品安全問題。將地溝油催化分解為高級脂肪酸和甘油，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意義和經濟意義。

1 實驗

1.1 主要試劑及儀器

地溝油（當地大型酒店采樣）；復合水解催化劑（自制）；釜式反應系統（鎮江市丹徒環球機電配件廠）；噴霧干燥器KDM-1000（上海世遠生物工程設備有限公司）。

1.2 試驗方法

將地溝油用10目篩過濾除去其中的菜葉等肉眼可見雜質，然后加入一定量的硫酸和水（80～90℃）進行酸煉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行常壓催化水解，經反復水洗、脫色，然后加入一定濃度的氫氧化鈉、控制一定溫度進行皂化，加入輔料攪拌均質后泵入噴霧干燥器進行噴霧脫水，并得到皂粉產品，對得到的皂粉進行相關分析。

2 結果討論

2.1 酸化pH值對脂肪酸得率的影響

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

由結果可見，地溝油酸化pH值對脂肪酸得率的影響呈現先上升后下降的趨勢，在地溝油酸化pH值為2.5以內，隨著地溝油酸化pH值的上升，脂肪酸得率呈現持續上升的趨勢，pH值到2.5時達到最大值，脂肪酸得率達到96.5%，而后隨著地溝油酸化pH值的上升，脂肪酸得率呈現持續下降趨勢。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，為了降低該工序對水解反應設備的要求，考察了不同催化劑對水解條件及脂肪酸得率的影響，具體見表 1，2。

表1 不同催化劑對水解脂肪酸得率的影響

表2 反應時間對常壓水解脂肪酸得率的影響（自制復合催化劑）

由表1，2可以看出，反應條件、催化劑對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（與其對應的反應溫度較高）與較長的水解時間，所得脂肪酸產品顏色較淺；適宜的催化劑明顯能夠降低反應條件，自制復合催化劑在低溫、常壓和較短的水解時間等條件下取得了較高的脂肪酸得率，并且其產品顏色較淺，其具體原因有待今后進一步研究。

2.3 精制方法與條件對脂肪酸得率及其色澤的影響

2.3.1 精制方法對脂肪酸得率及其色澤的影響

在實驗研究中精制過程主要包括脫色工序，主要研究脫色方法對脂肪酸得率及其色澤的影響，從前面的參考文獻中可以看出，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，在本次實驗過程中，主要考察了復合脫色方法（比例為1∶1（質量））對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 復合脫色方法對脂肪酸得率及其色澤的影響

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

2.3.2 脫色劑加入量對脂肪酸得率及其色澤的影響

采用自制復合脫色劑對粗脂肪酸進行脫色研究，固定脫色時間為1h，考察其加入量對其脫色效果及其得率的影響，具體見表4。

從表4可以看出，采用自制復合脫色劑的添加量對脂肪酸得率及其色澤的影響較大。

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

表4 脫色劑加入量對脂肪酸得率及其色澤的影響

2.4 皂化條件對皂化度的影響

2.4.1 反應時間對皂化度的影響

反應時間對皂化度的影響結果為：當反應時間（h）為：1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 時，皂化度（%）為：39.5、57.5、81.6、95.5、95.5、94.3、93.8。

由結果可見，隨著反應時間的延長，皂化度越來越大，但到了4h以后，皂化度趨于平穩，變化幅質較小，這說明皂化已基本達到平衡，而且越往后，皂化度略有下降，產品顏色越來越深，因此最佳的皂化時間應為4h。

2.4.2 反應溫度對皂化度的影響

反應溫度對皂化度的影響結果為：當反應溫度（℃）為：60、70、80、90、100、120 時，皂化度（%）為：73.0、83.5、92.6、93.5、94.5、95.3。

由結果可見，隨著反應溫度的增加，皂化度越來越大，考慮到常壓實驗較容易，故選擇適宜反應溫度為100℃。

2.4.3 燒堿用量對皂化度的影響

燒堿用量對皂化度的影響結果為：

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

由結果可見，燒堿用量對其皂化度影響較大，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 燒堿質量分數對皂化度的影響

燒堿質量分數對皂化度的影響結果為：當燒堿質量分數（%）為：10、20、25、30、40、60 時，皂化度（%）為：68.2、82.3、92.9、94.7、91.4、81.4。

由結果可見，燒堿質量分數對其皂化度影響較大，隨著燒堿質量分數的增加，皂化度呈現先增加后下降的趨勢，其皂化度在30%時達到最大值（94.7%）。在其質量分數為30%以內，隨著燒堿質量分數的增大，皂化度越來越大；超過30%以后，隨著燒堿質量分數的增大，皂化度越來越小，故燒堿質量分數的適宜值為30%。

2.4.5 燒堿加入方式對皂化度的影響

燒堿加入方式對皂化度的影響結果為：當加入方式為：一次加入、連續滴加、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，皂化度（%）為：73.8、83.6、93.1、94.9。

由此可見，燒堿加入方式對其皂化度影響較大，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 攪拌速度對皂化度的影響

攪拌速度（rpm）對皂化度的影響結果為：當攪拌速度（rpm）為：50、100、200、300、500 時，皂化度（%）為 33.7、78.5、93.4、94.7、96.3。

由此可見，攪拌速度對其皂化度影響較大，隨著攪拌速度的增加，皂化度有不斷增大的趨勢，這是因為隨著攪拌速度的加快，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，隨著攪拌速度的加快，皂化膜破裂速度加快、促進了原料與產物的更替速度加快，從而提高了皂化反應速度。因此，提高攪拌速度有利于油脂皂化完全。考慮到生產實現的容易性、安全性等因素，適宜的攪拌速度為300～500rpm。

2.4.7 助劑對皂化度的影響

對于皂化反應來說，用于提高皂化速度的助劑主要有乳化劑、乙醇等，這些助劑對皂化度的影響（考慮到成本問題，其添加量均為1%）結果為：當助劑為：無、乙醇、乳化劑、自制復合助劑時，皂化度（%）為：88.0、93.4、94.3、96.5。

由此可見，助劑對其皂化度影響較大，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，尤以自制復合助劑對提高油脂的皂化度效果最好，所以，適宜的助劑為自制復合助劑。

2.5 噴霧條件對皂粉產率及其色度的影響

對皂化后物料添加一下輔料、經攪拌等均質后即可進行噴霧操作?？紤]到當代皂粉等細化產品的無磷化的需要，輔料中不添加有磷的原料。在噴霧研究過程中，影響因數較多，諸如進口溫度、通針速度、進料速度、鼓風量等，其中通針速度主要是為了保證物料在進料過程中不發生堵塞而確定的，本次選擇5次/分基本滿足了本實驗的需要，至于進料速度、鼓風量等參數主要是依據進料噴霧過程中成霧情況隨時調節的，因此本次實驗真正可調的就是物料進口溫度，物料進口溫度對皂粉產率及其色澤的影響見表5。

表5 物料進口溫度對皂粉產率及其色澤的影響

從表5可以看出，物料進口溫度對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，在物料進口溫度200℃以內，脂肪酸的得率基本保持在97%以上，產品顏色均為白色，當物料進口溫度達到250℃時，產品脂肪酸的得率略有下降，其值為96.5%，而且產品白度小于80，呈淺黃色，結合物料的噴霧速度等因數，適宜的物料進口溫度應為180～200℃。

3 皂粉產品的物性與性能

采用優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標對比見表6。

從表6可見，本實驗制備的皂粉物性及去污均達到了國家標準和市售洗衣皂粉要求，可以進一步放大制備，為今后的工業生產做準備，具有一定的工業應用價值。

表6 自制皂粉物性與洗滌性能