Во всем мире востребованы натуральные ингредиенты и продукты повседневного спроса. Не исключением являются моющие средства, в частности, мыло. Масло сафлора является уникальным натуральным компонентом, на основе которого в Республике Казахстан разработано и серийно выпускается мыло с лечебным эффектом. Волокна сафлора и экстракт куркумы входят в состав сафлорового мыла, производства Таиланда, придавая ему соответственно свойства скраба в отношении клеток кожи и отбеливающего компонента в отношении пигментных пятен. Образцы цветков, семян сафлора и продуктов их переработки в мыло с сафлоровыми компонентами представлены на рис. 1.
Сафлор является травянистым однолетним растением, которое относится к семейству астровых или сложноцветных. Сафлор пользуется популярностью во всем мире благодаря уникальным особенностям биохимического состава. Он содержит изокартамин, картамидин, гликозид лютеолина, картамин и халконовые гликозиды. Масло из семян сафлора по пищевой ценности не уступает оливковому, а по косметическим и лечебным свойствам его превосходит [17, 20]. В частности, сафлоровое масло обладает успокаивающим и антиоксидантным эффектом, в связи с чем стимулирует регенерацию кожных покровов, оказывает противовоспалительное действие. Масло семян сафлора – незаменимый натуральный компонент в индустрии красоты. Оно входит в состав массажных масляных композиций, солнцезащитных кремов, увлажняющих и успокаивающих косметических средств. Сафлоровое масло профилактирует появление морщин, смягчает, разглаживает и гидратирует биополимерный матрикс верхних кожных покровов.
Рис. 1. Сафлор и продукты его переработки: а – цветы; б – семена; в – масло в капсулированном виде; г, д – натуральное мыло с сафлоровым маслом «Доктор Дияс»; е – сафлоровое мыло с куркумой, страна-производитель – Таиланд
В косметике сафлоровое масло применяется для лечения и предупреждения купероза и различных покраснений кожи, розацеи; как восстанавливающее и заживляющее средство; для восстановления липидного слоя сухой и очень сухой кожи; в качестве антиоксиданта в противовозрастной косметике.
Сафлоровое масло рекомендуется также в качестве профилактического средства для волос. Оно эффективно для восстановления сухих и поврежденных волос Его активные биохимические компоненты расширяют кровеносные сосуды, стимулируя приток с кровью питательных веществ к корням волос.
С использованием сафлорового масла «холодного отжима» в Республике Казахстан создано и запатентовано натуральное мыло «Доктор Дияс». Сафлор, масло которого использовано при производстве мыла, выращен в крестьянском хозяйстве «Кунар» Жуалынского района Жамбылской области, в экологически чистом предгорном районе [24]. В состав мыла также входит пальмовое и кокосовое масло, полученное в штате Селангор Малайзии, а также натуральные отдушки, полученные из цветов Заилийского Алатау.
С целью придания мылу антибактериальных свойств в состав рецептуры включено масло семян табака, в качестве альтернативы триклозану, который входит в состав популярных коммерческих антибактериальных туалетных мыл.
Большое значение в получении высококачественного сафлорового масла имеет соблюдение агротехнических приемов при выращивании сафлора в условиях засушливого климата Казахстана [2, 10, 16, 18] и разработка комплексного технического обеспечения при его переработке в условиях предприятий разной мощности [1, 7–9, 11–15, 21–23]. В качестве инновационных элементов технического обеспечения для переработки сафлора следует отметить линию подготовки зерна сафлора к переработке [12]. В состав линии входит фотосепаратор, перед которым дополнительно установлены шлифивальная машина и дуоаспиратор. Это повышает эффективность спектрального анализа состава и цвета зерна при его сортировке. В качестве факторов, интенсифицирующих разрушение структуры зерна сафлора и отделение масла от белково-полисахаридных комплексов при холодном прессовании, положительно зарекомендовали себя методы физического воздействия: кавитация [9] и обработка в поле ультразвука [13].
Отличительными особенностями технологии натурального мыла с сафлоровым маслом являются: холодный способ приготовления мыла; отсутствие синтетических пенообразователей, наполнителей, пластификаторов; натуральные компоненты; наночастицы растительного сырья; только натуральные масла, поэтому это моющее средство можно использовать также в качестве шампуня для мытья волос.
Натуральное лечебное мыло «Доктор Дияс» обладает широким спектром физиологического действия: увлажняет и питает кожу; улучшает кровообращение и тем самым придает коже здоровый цвет; обладает антиоксидантным эффектом; подавляет очаги поверхностных воспалительных процессов; эффективно при шелушении и сухости кожи; заживляет микротрещины; борется с заболеваниями кожи, делает более гладкими и блестящими волосы и предотвращает их выпадение.
Характеризуя косметическое действие сафлорового масла, следует отметить его влагоудерживающую и влагорегулирующую способность и смягчающий эффект. Наличие жирорастворимого витамина К делает сафлоровое масло ценным компонентом при куперозе, а производные серотонина и витамин Е обладают антиоксидантными и восстанавливающими свойствами.
Тем не менее, SWOT-анализ особенностей технологии производства мыла с использованием сафлорового масла позволяет выделить определенные процессы, требующие коррекции режимов и особого внимания при их реализации в связи со спецификой жирнокислотного состава сафлорового масла по сравнению с другими жидкими маслами. На долю линолевой кислоты приходится 73–79 % их суммы, далее располагаются олеиновая (14–21 %), пальмитиновая (6–7,5 %), стеариновая (1,5–4 %), арахиновая (около 0,4 %), миристиновая и линолевая (до 0,2 % каждая). Для сафлорового масла характерно самое большое среди растительных масел содержание конъюгированной линолевой кислоты (КГЛ), достигающее значения 0,7 мг/г. К биоактивным компонентам сафлорового масла относятся также витамин К, производные серотонина, витамин Е [19].
Со спецификой жирнокислотного и в целом биохимического состава сафлорового масла связаны его физико-химические свойства: йодное число 138–155; температура застывания от минус 13 до минус 20оС; кинематическая вязкость (61–85)×10–6 м/с при температуре 20оС.
Физико-химические свойства и специфика биохимического состава сафлорового масла лимитируют его дозировку в рецептуре мыла на уровне 5–15%, хотя оно придает мылу выраженные увлажняющие свойства [5, 6]. При этом актуальны вопросы, связанные с решением проблем порчи и стабилизации мыл с биоактивными компонентами при их производстве и хранении. К недостаткам технологии производства сафлорового мыла «Доктор Дияс» относятся большая длительность производственного цикла и существенный объем незавершенного производства. Порча мыл окислением вызывается появлением в них веществ, придающих мылу специфический запах и окраску, которые образуются в основном в результате авто- и фотоокисления жиров, масел и натриевых солей кислородом воздуха в ходе процесса варки мыла и его cушки [4]. В этой работе показано, что окисление олеиновой кислоты, равно как линолевой и линоленовой кислот, относится к типу химических процессов автокатализа, протекающих по радикально-цепному и частично ионному механизмам с образованием альдегидов (пеларгонового, капронового, малонового и др.) и окислением их в соответствующие низкомолекулярные кислоты.
Сушка мыла является важным технологическим процессом, оказывающим непосредственное влияние на его показатели качества, регламентируемые нормативной документацией [3]. В соответствии с требованиями этого документа качественное число (КЧ), то есть масса жирных кислот в пересчете на номинальную массу куска мыла 100 г должно соответствовать интервалу 74–78 г. В то же время массовая концентрация омыленных жирных кислот в мыльной основе туалетного мыла составляет 63–64%, а воды – от 25 до 20%. Для обеспечения стандартных показателей КЧ часть воды необходимо удалить.
С целью разработки и обоснования подходов к интенсификации процесса сушки сафлорового мыла и стабилизации показателей его качества при хранении необходимо основываться на закономерностях формирования и разрушения эмульсий прямого и обратного типа. Наименьшей энергией связи влаги с материалом характеризуется эмульсия в точке инверсии фаз (рис. 2).
Рис. 2. Схема инверсии фаз эмульсий: 1, 2 – области стабильных эмульсий типа М/В (масло – вода) и В/М (вода – масло); 3 – область нестабильной эмульсии М/МВ/В; 4 – точка инверсии фаз (ТИФ)
Рассматриваемая эмульсия представляет собой мыльно-щелочную эмульсию в виде жидкокристаллической фазы с ламеллярной, то есть пластинчатой, структурой. Ламеллярная структура мыла агрегативно устойчива, в связи с чем продолжительность процесса удаления воды методами конвективной или контактной сушки составляет десятки часов.
Пример технического решения по организации процесса влагоудаления из мыльной эмульсии в интенсивном режиме, в соответствии с рекомендациями [4], приведен на рис. 3. В качестве фактора интенсификации процесса использовано термическое воздействие на ламеллярную структуру в точке инверсии фаз. С целью обеспечения энергоэффективного режима процесс влагоудаления реализуется в вакууме при остаточном давлении 0,3–0,35 мПа. В состав узла сушки вакуум-сушильной установки входят теплообменник и вакуум-сушильная камера. В нижнюю часть вертикального трубчатого теплообменника подается мыльная основа, в верхнюю – пар. При этом ламеллярную структуру жидкокристаллической фазы мыльной основы переводят в неустойчивое состояние, для чего осуществляют ее нагрев до температуры в точке ТИФ (≈145°С) в трубчатом теплообменнике.
Рис. 3. Схема узла сушки вакуум-сушильной установки: 1 – теплообменник; 2 – вакуум-сушильная камера
В дальнейшем модель механизма удаления воды (влаги) при сушке мыла может быть представлена следующей последовательностью тепломассообменных процессов:
• в трубках греющей камеры теплообменника происходит выпаривание части воды и дополнительно разрушение ламеллярной структуры за счет давления водяного пара;
• в выпарной зоне теплообменника образуется парожидкостная смесь из раствора мыла и водяного пара;
• теплота охлаждения высушиваемой мыльной массы используется для самоиспарения воды из распыливаемой через форсунки парожидкостной смеси в вакуум-сушильной камере.