麻疯树种子油皂化条件的探索

杨婧钰 薛舒元 张怡 吴军

摘  要：本文以麻疯树种子油为原料，研究反应时间，反应温度，KOH用量对麻疯树油皂化率的影响。结果显示经过脱胶、脱色处理的麻疯树种子油脂皂化适宜条件为65℃，碱用量为皂化值的1.1倍，反应时间30min，可完成96%油脂的皂化反应。碱用量为皂化值的1.1倍，皂化反应温度提高到80℃，皂化反应30min即可达到100%皂化率;在碱用量为皂化值的1.1倍，65℃下皂化反应时间延长到90min，也可以获得100%皂化率。

关键词：麻疯树  油脂  皂化条件  皂化率

中图分类号：S794.9                             文献标识码：A                    文章编号：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

麻疯树耐干旱、贫瘠，可在荒山荒地进行种植，是极具开发潜力的生物质能源树种之一，可用于生物柴油和生物航空油等燃料油的生产，还可开发农药、医药、肥料和饲料等产品[1-4]。麻疯树种子含油率高达40%以上， 油分集中在种仁中[5]，压榨种仁获得的小桐子毛油脂肪酸是一种标准的甘油三酸酯，主要由亚油酸（40.53%），油酸（35.44%），棕榈酸（12.28%），硬脂酸（5.33%），芥酸（2.46%）等组成，不皂化物含量低（0.787%）[6-7]，可以与NaOH、KOH等碱液发生皂化反应而形成皂基。因此，麻疯树种子油可用于肥皂生产。非洲一些国家的当地居民有用麻疯树种子油生產肥皂的传统，一些公司还生产有助于皮肤疾病治疗的麻疯树肥皂[8]。肥皂理化性质研究显示，使用麻疯树油脂制作的肥皂可用于日常洗浴[9]。一些研究还表明，麻疯树种子油具有一定还原和抑菌能力[10-11]，利用麻疯树种子油生产的肥皂具有抗真菌、细菌以及皮疹的功效[12]。基于麻疯树种子油的肥皂等洗涤产品的开发有助于麻疯树生物质能源产业链的产品多元化，促进整个产业发展。

本试验重点对麻风树油皂化条件进行研究，研究皂化时间、皂化温度、碱用量等条件对麻疯树油皂化率的影响。为使用麻疯树种子油高效生产肥皂等洗涤产品奠定基础。

1  材料与仪器

1.1 材料

麻疯树油购于凉山德农生物质能源有限公司，为麻疯树带种皮种子一次压榨油，由于麻疯树种子蛋白含量高，压榨油脂中附带有蛋白、磷脂等化合物。因此，本研究对该初级压榨油进行NaCl脱胶和活性白土脱色预处理，经过预处理后的油脂颜色和透明度都有改善（见图1），为本研究皂化反应使用的油脂。

1.2 仪器与试剂

恒温水浴锅，分析天平，低压过滤器，酸碱滴定管，胶头滴管，烧杯，浓度为0.5mol/L的HCl标准液，0.5M KOH的95%乙醇溶液，NaCl，活性白土，酚酞指示液。

2  方法

2.1 油脂预处理

脱胶：称取50gNaCl， 配制成10%NaCl溶液，加入 500g麻疯树种子初级压榨油中，在45℃下搅拌反应30min，低压过滤，获得油脂。脱色：向脱胶油中加入质量分数为8%的活性白土，75℃下搅拌30min，低压过滤，获得油脂。

2.2 实验设计

2.2.1 反应时间对麻疯树油皂化率的影响

准确称重3.600g脱盐脱色后的麻疯树油于锥形瓶中，加入25mL的0.5M KOH的乙醇溶液，温度为65℃，分别搅拌10、20、30、40min，同时进行空白试验。

皂化反应结束后在被测样和空白样中趁热滴加5mL酚酞指示液，用盐酸标准液滴定到指示液的粉色刚消失，记录盐酸消耗的体积。

2.2.2 反应温度对麻疯树油皂化率的影响

准确称重3.600g脱盐脱色后的麻疯树油于锥形瓶中，加入25mL的0.5M KOH的乙醇溶液，分別在60、65、70、75℃下，搅拌20min，同时进行空白试验。

皂化反应结束后在被测样和空白样中趁热滴加5mL酚酞指示液，用盐酸标准液滴定到指示液的粉色刚消失，记录盐酸消耗的体积。

2.2.3 KOH用量对麻疯树油皂化率的影响

分别准确称取3.600g，3.200g，2.900g，2.600g的麻疯树油，放入锥形瓶中，均加入25mL的0.5M KOH的乙醇溶液，进行皂化反应。

皂化反应结束后在被测样和空白样中趁热滴加5mL酚酞指示液，用盐酸标准液滴定到指示液的粉色刚消失，记录盐酸消耗的体积。

2.3 麻疯树油皂化值的测定方法

本研究麻疯树油脂的皂化值测定采用国标GBT5534-2008。

2.4 皂化率计算方法

麻疯树油皂化率

3  结果与分析

3.1 预处理油脂皂化值的确定

有研究显示，不同区域、不同收获期种子以及不同处理方式获得的麻疯树种子油脂的皂化值不同[13]。而皂化率的计算涉及皂化值，因此，本研究对本批次使用的麻疯树种子压榨油经过脱胶、脱色预处理的油脂进行了5次皂化值测定。结果显示本研究使用的麻疯树预处理油脂平均皂化值为195mg/g，与报道的麻疯树种子油脂皂化值相近。

3.2 反应时间对麻疯树油皂化率的影响

本研究设计皂化反应温度为65℃，KOH用量为油脂量对应理论值情况下，测试皂化反应时间与皂化率关系。结果表明反应时间在30min以内，随着反应时间的延长，皂化率逐渐增大。当反应进行到30min后，随着反应时间的延长，皂化率上升的趋势变缓，趋于稳定（见图2）。因此，考虑到工作效率，选择最佳反应时间为30min。

3.3 反应温度对麻疯树油皂化率的影响

根据前面测试结果，设计60℃、65℃、70℃、75℃ 四个温度梯度，以皂化反应30min后测试皂化率，来研究油皂化反应温度与皂化率关系。结果显示温度低于 65℃ 时，皂温度升高，皂化率随之增大;皂化温度在65℃ 时，皂化率达到96%;温度超过65℃后，皂化率约有升高，但变化不明显（见图3）。

3.4 KOH用量对麻疯树油皂化率的影响

本研究中为了分析KOH用量对皂化率的影响，在测定该批次预处理油脂皂化值的基础上，使用理论皂化值对应碱量的90%、100%、110%、120%的碱进行皂化反应，温度设计为70°C ，皂化反应时间为30min。结果表明，随着碱用量的增加，皂化率逐渐变大，当KOH用量为皂化值对应碱量的110%时，在确定的相对较优皂化时间内的皂化率最大，皂化率可达96%以上，较使用皂化值对应碱量的100%皂化率提高1.4%，但继续增加碱用量皂化率变化不明显（见图4）。

3.5 最大皂化率的反应条件

根据以上温度、反应时间与皂化率关系，设计皂化反应温度80℃，碱用量为皂化值对应碱量的110%，反应30min，重复3次，测定的皂化率可达到100%;设计皂化反应温度65℃，碱用量为皂化值对应碱量的110%，反应1h，重复3次，测定的皂化率可达到100%。

4  结语

从皂化时间、皂化温度和皂化反应KOH用量对皂化率的影响分析，工业中使用麻疯树油进行皂化反应时，在相同的反应时间和温度条件下，碱用量应在皂化值的1.1倍时可获得较好的皂化反应效果。

本研究显示，对于脱胶、脱色后的麻疯树种子油，使用皂化值对应碱量，反应温度60℃，反应30min，则可使95%的油脂发生皂化，但某些需要皂化反应彻底的工艺，如透明皂的制作，可以通过提高温度，适当增加碱用量可获得皂化完全的效果，如本实验中提高皂化反应温度到80℃，使用皂化值1.1倍的碱量，反应30min可获得100%的皂化率。另外，如果采用相对较低的反应温度，可通过延长反应时间，适当增加碱用量也可获得皂化完全的效果，如本实验由30min反应时间延长到60min，使用皂化值1.1倍的碱量，也可获得100%的皂化率。

为了探索皂化时间、皂化温度及碱用量之间互作对皂化率的影响，需要进一步设计不同因素的正交实验。

参考文献

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