Saponificación – Proceso de fabricación de jabón con ultrasonidos

La saponificación es el proceso químico de fabricación del jabón. Es la reacción en la que la materia prima de grasas o aceites (triglicéridos) reacciona con un reactivo alcalino para formar jabón. La ultrasonicación mejora la catálisis de transferencia de fase, lo que se traduce en una mayor velocidad de reacción, una conversión más completa y evita el uso excesivo de reactivos base como el hidróxido de potasio (KOH) o el hidróxido de sodio (NaOH). La hidrólisis alcalina iniciada por ultrasonidos puede aplicarse fácilmente en la fabricación comercial de jabón. Los reactores ultrasónicos para saponificación producen un mayor rendimiento en menos tiempo sin utilizar ningún catalizador o reduciendo las cantidades de catalizador utilizadas.

Saponificación por ultrasonidos

Casos prácticos de saponificación ultrasónica

Diversas investigaciones han demostrado que la sonicación favorece la saponificación de los triglicéridos en jabón. La saponificación ultrasónica acelera y aumenta la conversión al tiempo que ahorra o evita el uso de catalizador. Esto hace de la saponificación ultrasónica un método de producción muy eficaz.

Iniciación ultrasónica de la hidrólisis alcalina de triglicéridos (saponificación) sin catalizador de fase

Mercantili et al. (2013) estudiaron los efectos de la ultrasonicación en la hidrólisis alcalina de triglicéridos, conocida como saponificación. Utilizaron la sonicación para iniciar la hidrólisis alcalina del aceite de girasol. Como base alcalina se utilizó hidróxido de potasio (KOH). Se demostró que los ultrasonidos son eficaces como fuente de energía para iniciar e impulsar la reacción, que se consigue un alto rendimiento de reacción en sólo 15 minutos de aplicación total de energía mientras se trabaja a temperatura ambiente, y que no se generan subproductos detectables durante la reacción. La comparación entre un baño de ultrasonidos y un ultrasonocador tipo sonda muestra que la sonda de ultrasonidos es la técnica superior. El estudio demuestra que la saponificación ultrasónica da lugar a una buena conversión sin necesidad de un exceso de álcali ni de catálisis de transferencia de fase.

Hidrólisis alcalina del triacilglicerol

Reacción de transferencia de fase promovida por ultrasonidos para la saponificación

Bhatkhande et al. (1998) demostraron que la sonicación de aceites vegetales como el aceite de soja podía saponificarse eficazmente utilizando KOH acuoso y diferentes PTC a temperatura ambiente. El grado de saponificación se estudió utilizando el valor de saponificación como referencia. Se llevaron a cabo optimizaciones de diversos parámetros, como el tiempo, la selección de catalizadores de transferencia de fase, la cantidad de catalizador utilizado, la cantidad de KOH y la cantidad de agua, mediante sonicación y agitación. Para estudiar el efecto de los ultrasonidos, también se llevó a cabo la saponificación a 35ºC en diferentes condiciones, a saber, agitación, sonicación, agitación y sonicación, y calentamiento a 100ºC. Se descubrió que la saponificación heterogénea en fase líquida-líquida de diferentes aceites vegetales utilizando KOH/CTAB acuoso se aceleraba significativamente a 35ºC bajo sonicación y agitación.

Ultrasonicadores de alto rendimiento

Hielscher Ultrasonics suministra equipos de ultrasonidos de alto rendimiento para laboratorio, producción piloto e industrial. Los robustos y fiables ultrasonicadores se utilizan para diversas reacciones sonoquímicas, como la saponificación. Los ultrasonidos de tipo sonda de Hielscher pueden utilizarse en modo por lotes y en línea. Todos los parámetros importantes del proceso – amplitud, presión, temperatura – pueden controlarse con precisión y garantizar resultados reproducibles.
El control digital registra automáticamente los parámetros del proceso y los almacena en la tarjeta SD integrada. Los preajustes y el control remoto por navegador hacen que el proceso de sonicación sea muy sencillo y fácil de usar.
Para muchas reacciones sonoquímicas debe mantenerse una temperatura determinada, por lo que el control de la temperatura es importante. Los ultrasonicadores digitales de Hielscher vienen con un termoacoplador y control de temperatura. La célula de flujo encamisada permite la disipación del calor.
La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite su funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes y con cargas pesadas.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrasound assisted PTC catalyzed saponification of vegetable oils using aqueous alkali. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Issue 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Iniciación ultrasónica de la hidrólisis alcalina de triglicéridos (saponificación) sin catálisis de fase. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Isssue 1, Jan 2014. 133-141.

Información interesante

Sonoquímica

Los ultrasonidos de potencia se aplican a procesos químicos como la síntesis y la catálisis (también denominados sonosíntesis y sonocatálisis, respectivamente) para iniciar e intensificar la reacción. Se han investigado en profundidad diversas aplicaciones de la irradiación ultrasónica en síntesis orgánica y se han desarrollado para su producción industrial. Los tratamientos sonoquímicos pueden aumentar la velocidad de reacción, el rendimiento y la selectividad de los productos deseados en condiciones significativamente más suaves. Esto convierte al tratamiento ultrasónico en una técnica de procesamiento eficaz y respetuosa con el medio ambiente. Se ha demostrado que la catálisis por transferencia de fase (PTC) asistida por ultrasonidos es un método drásticamente más eficiente y eficaz para las reacciones orgánicas en comparación con la misma reacción en condiciones de silencio. Por ejemplo, la reacción de Cannizarro catalizada por una catálisis de transferencia de fase asistida por ultrasonidos se acelera significativamente dando lugar a una rápida conversión. Otro ejemplo destacado es la transesterificación de triglicéridos (es decir, aceites vegetales, grasas animales) y metanol en presencia de KOH como catalizador y ultrasonidos de potencia. La transesterificación ultrasónica produce biodiésel de alta calidad en una conversión rápida y un proceso muy eficaz y económico.

La extracción por ultrasonidos se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas

Saponificación

La saponificación describe la reacción química que produce jabón. En el proceso de saponificación, los aceites vegetales o las grasas animales se convierten en sales de ácidos grasos. – el "jabón" – y glicerol, que es un alcohol. La reacción requiere una solución de una base alcalina (por ejemplo, NaOH o KOH) en agua y también calor para iniciarla.
Las etapas de reacción de la saponificación son las siguientes:

1. Ataque nucleofílico de los ésteres de ácidos grasos por el hidróxido.
2. Abandono del grupo
3. Desprotonación

La reacción de saponificación se utiliza comercialmente para producir jabones y lubricantes.
Aunque el jabón duro de hidróxido sódico y el jabón blando de hidróxido potásico se utilizan para la limpieza diaria, también hay jabones especiales fabricados con otros hidróxidos metálicos. Por ejemplo, los jabones de litio y los jabones de calcio se utilizan como grasas lubricantes. También existen “jabones complejos” consistente en una mezcla de jabones metálicos.

hidrólisis

La hidrólisis consiste en la reacción de una sustancia química orgánica con el agua para formar dos o más sustancias nuevas y suele significar la ruptura de enlaces químicos mediante la adición de agua. Los ésteres pueden volver a escindirse en un ácido carboxílico y un alcohol por reacción con agua y una base. El jabón se produce por hidrólisis de los ésteres de grasa o aceite.

Base alcalina

Para la saponificación de aceites y grasas se necesitan reactivos de base alcalina (lejías). Los triglicéridos se hacen reaccionar con una base – hidróxido sódico o potásico – para producir glicerol y una sal de ácido graso, el llamado "jabón". El hidróxido de potasio es un compuesto inorgánico de fórmula KOH, que suele denominarse potasa cáustica. El hidróxido de sodio (NaOH) es otra base fuerte prototípica. Cuando se utiliza hidróxido de sodio, se produce un jabón duro, mientras que el uso de hidróxido de potasio da como resultado un jabón blando.

Reactivo frente a reactivo

Un reactivo es una sustancia que se consume en una reacción química. En comparación con un reactivo, un reactante se necesita en mayores cantidades. Un reactivo es una sustancia que se utiliza para iniciar una reacción, para apoyar la reacción y se consume en una reacción, en contraste con los catalizadores que no se consumen en una reacción.

Saponificación – preguntas más frecuentes

• ¿Qué es el proceso de saponificación? La saponificación es el proceso químico por el que las grasas o los aceites reaccionan con un álcali (normalmente hidróxido de sodio) para producir jabón y glicerol. Esta reacción implica la hidrólisis de los triglicéridos en sales de ácidos grasos y glicerol.
• ¿Qué tipo de reacción es la saponificación? La saponificación es un tipo de reacción de hidrólisis en la que un álcali rompe los enlaces éster de las grasas o aceites.
• ¿Por qué se llama saponificación? Su nombre se debe a su producto final, el jabón, y a su capacidad para crear jabón mediante la hidrólisis de los enlaces éster de los triglicéridos.
• ¿Para qué sirve la saponificación? El objetivo principal es producir jabón, un tensioactivo muy utilizado para limpiar y lavar.
• ¿La saponificación es hidrólisis? Sí, la saponificación es un tipo específico de hidrólisis que consiste en la descomposición de grasas o aceites mediante un álcali en glicerol y sales de ácidos grasos (jabón).
• ¿Cuál es el mecanismo de saponificación? Consiste en el ataque nucleofílico de iones hidróxido al carbono carbonilo del enlace éster de los triglicéridos, lo que da lugar a la formación de alcohol (glicerol) y jabón.
• ¿Por qué es importante la mezcla para la saponificación? Una mezcla eficaz garantiza un contacto profundo entre los reactivos, lo que favorece una reacción más completa y uniforme, crucial para lograr rendimientos óptimos. Los mezcladores ultrasónicos de Hielscher pueden mejorar este proceso mediante intensas fuerzas de cavitación y cizallamiento.
• ¿Qué es un ejemplo de saponificación? La mezcla de hidróxido de sodio con aceite de coco en presencia de un reactor ultrasónico Hielscher para producir jabón y glicerol es un ejemplo de saponificación.
• ¿Cuál es el principal producto de la saponificación? Los principales productos son el jabón (sales sódicas o potásicas de ácidos grasos) y el glicerol.
• ¿Por qué es importante el índice de saponificación? El índice de saponificación indica la cantidad de álcali necesaria para saponificar una cantidad dada de grasa o aceite, lo que ayuda a determinar el peso molecular de los ácidos grasos que contiene.
• ¿Es reversible la saponificación? En condiciones normales, la saponificación no es reversible debido a la naturaleza estable del jabón formado.
• ¿Qué es lo contrario de la saponificación? La esterificación, en la que el agua y los alcoholes reaccionan con los ácidos carboxílicos para formar ésteres y agua, es el proceso inverso.
• ¿La saponificación requiere calor? Aunque no es necesario, el calor puede acelerar el proceso de saponificación al aumentar el movimiento molecular y la velocidad de reacción.
• ¿La saponificación es exotérmica o endotérmica? La saponificación es una reacción exotérmica que libera calor a medida que avanza.
• ¿La saponificación es básica o ácida? Se trata de una reacción básica, ya que implica la acción de una base (álcali) sobre un éster (grasa/aceite).
• ¿Cómo se detiene la saponificación? La adición de un ácido para neutralizar el álcali detiene la reacción, cesando efectivamente el proceso de saponificación.
• ¿Qué ocurre después de la saponificación? Una vez completada la reacción, la mezcla suele consistir en jabón y glicerol, que pueden purificarse o procesarse más en función del uso previsto.
• ¿Es natural la saponificación? Sí, la saponificación natural puede producirse cuando la grasa entra en contacto con metales alcalinotérreos en determinados entornos geológicos o cuando los pueblos antiguos mezclaban grasas animales con cenizas en los métodos tradicionales de fabricación de jabón.
• ¿Por qué se utiliza el aceite de oliva en la saponificación? El aceite de oliva se ve favorecido en la saponificación por su rico contenido en ácido oleico, que da lugar a un jabón suave e hidratante con buenas propiedades limpiadoras y una espuma estable.
• ¿Cómo convertir la grasa en jabón? Las grasas se convierten en jabón mediante saponificación, calentándolas con una solución alcalina fuerte, normalmente hidróxido de sodio, que descompone la grasa en sales de ácidos grasos (jabón) y glicerol.
• ¿Qué aceite tiene un alto índice de saponificación? El aceite de coco tiene un alto valor de saponificación, lo que indica una mayor proporción de moléculas de ácidos grasos más pequeñas, que lo hacen muy reactivo con el álcali para producir jabón.
• ¿Qué les ocurre a los aceites durante la saponificación? Durante la saponificación, el álcali hidroliza los aceites en glicerol y sales de ácidos grasos, que forman el jabón.
• ¿Cuál es la mejor grasa para el jabón? El sebo (grasa de vacuno) y el aceite de coco se consideran unas de las mejores grasas para hacer jabón por sus propiedades espumantes y endurecedoras en el producto final.
• ¿Cómo saponificar los aceites sin lejía? La saponificación de aceites sin lejía no es posible para la fabricación tradicional de jabón; sin embargo, se pueden fabricar limpiadores similares al jabón utilizando tensioactivos y emulgentes en lugar de la saponificación con lejía.