利用咖啡渣制造手工香皂

随着消费观念和消费水平的不断提升，越来越多的消费者拒绝使用化学合成的化妆品，崇尚天然、健康的手工洗护用品。现在市面上的手工香皂价格较高，多为羊奶皂、精油皂、海盐皂等，咖啡渣制成的手工香皂数量较少。为了深入贯彻落实垃圾分类理念，合理高效地利用生活垃圾，本项目以咖啡渣为原料制作手工皂，不仅处理了数量巨大的咖啡渣废料，顺应了绿色化学的潮流，而且保护生态平衡，促进经济的可持续发展。

①利用咖啡渣为原料，探究合成咖啡渣手工香皂的最佳工艺流程

a.检验原料“纯度”：

结合光谱技术、色谱技术检验橄榄油、小麦胚芽油等天然油脂中是否有其它化学试剂添加，保证原料的“纯天然”。

b.天然油脂皂化反应：

通过调整碱液类别、碱液浓度、无机添加剂的用量，总结最佳皂化条件；使用脂肪酸法检测皂化率的同时，应用电导法研究在不同碱液浓度和试验温度、添加剂存在下，分析油脂皂化反应速率常数的变化情况，保证产品中碱液“零残留”。

c.添加牛奶、精油、中药材等天然物质改善香皂品质：

低温下添加牛奶、精油、中药材等天然物质，保证这些天然物质不发生化学反应和滋生微生物。

d.制备咖啡渣香皂：

将咖啡渣预处理后，研磨至不同粒径范围，使用比表面仪测定咖啡渣的比表面积，比较不同比表面积咖啡渣在合成手工皂时性质的差异，选择合适粒度范围的咖啡渣加入到香皂中，制得咖啡渣香皂。

②手工香皂产品检测及后期产品包装设计等

a.通过检测手工香皂含水量、样品灰分、密度、折射率、总碱度等指标，评判产品是否符合国家相关标准；

b.兼顾审美元素，自制模具，设计香皂的形状和包装，赋予手工皂“美丽灵魂”；

c.将合格的手工香皂样品请同学免费试用，根据使用反馈优化咖啡渣工艺流程。

香皂是一种传统的洗涤用品，主要成分是高级脂肪酸钠盐，由油脂和碱液经皂化反应制作而成。手工香皂的历史由来已久，最早的一块手工皂可追溯至公元前2000年古巴比伦人制衣过程，在其中手工皂用来清洗纺织品和棉花。随着工业的发展，机器生产的工业皂价格便宜、杀菌效果显著，工业皂的销量很高。近年来，人们开始崇尚简约、天然健康的化妆品，手工皂又重新出现在大众视线中。

有关工业皂的争议最主要集中在抗菌及抗微生物的香皂是否削弱了人体的免疫系统，从而产生了超级菌或其他状况（超级菌可能会侵扰皮肤自身的免疫系统，令皮肤更容易引发炎症和感染）。而且工业香皂使用后的产物不能自行分解，大量使用工业皂会对生态环境造成负担与污染。与工业皂相比，手工皂可根据不同肤质和个人对香味的喜好添加不同的牛乳、精油和中药材等，制作成形状各异的皂块。手工香皂不仅清洁能力好，滋润程度强，而且不会对环境造成任何污染，目前备受消费者青睐，拥有巨大的利润空间和广阔的市场。

手工香皂的制法大致可以分为三类：热制皂、冷制皂和研磨皂。热制皂持续性加工成型，制皂时间短，仅需2小时，但是营养流失较多。冷制皂制皂时间较长，一般需1至5周才能成熟使用，该法节能环保，营养流失少。研磨皂是将热制皂刨成丝，加热融化成糊状后再放入牛奶精油等物质后，重新凝结成皂。目前，国内外的成品手工皂多为冷制皂，在各精品专柜均有销售，这些手工香皂通常加入了玫瑰、薰衣草、紫丁香等精油，或是人参、当归、冬虫夏草、何首乌、茯苓等中药成分，所以价格过于昂贵。如果能调整制备工艺、生产出性能优异而价格便宜的手工皂必然有很大的市场，其经济效益也是比较可观的。

近几年来，天然化妆品、绿色化妆品，以及化妆品的功能化越来越受到人们的重视。油脂能在皮肤表面形成疏水性薄膜，在给予皮肤柔软、润滑和光泽性的同时，还能在一定程度上防止外部有害物质的侵入和抵御来自自然界多种因素的侵袭。油脂还可以抑制水分的蒸发，防止皮肤干裂，使干燥的皮肤和硬化的角质层再水和，使角质层恢复柔软和单性，使皮肤光滑、柔润、富有弹性，令皮肤保持在良好的健康状态下。依据相似相溶原理，油脂还能溶解皮肤表面的油溶性污垢，从而作为主要的成分被用于皮肤表面的清洁产品中^[1-2]。天然油脂皂化后对皮肤和眼睛温和，刺激性愈小，使用安全性好。其次，天然油脂的清洗性能和泡沫性质良好，且不受溶液pH和温度的影响或影响甚微。

众所周知，全球每年的咖啡销量很大。根据国际咖啡组织（International Coffee Organization, ICO）统计，每加工1吨咖啡豆可以生成650千克的咖啡渣，每制得1千克速溶咖啡会生成2千克的湿咖啡渣^[3-7]。研究发现，咖啡渣中仍然有许多有用成分，如油脂占20%、蛋白质占1%、碳水化合物占58%；其中含氮化物的含量为1.4%~ 1.56%、磷化物含量为2.6%~3.7%、钾含量为0.32%~0.37%（占干物质），和有机化肥的所含成分相似，所以很多人把咖啡渣当作有机化肥运用于植物栽培。另外，咖啡渣粉末比表面积大，经过100倍放大之后，呈现的是类似海绵的多孔的结构，所以咖啡渣也被大量投入高温碳化后用于活性炭的替代，主要功能特性是吸附杂物、除味、抗菌。咖啡渣中作为活性炭的替代品，不仅可以缓解当今社会能源压力，充分利用生物质能源，还能让咖啡渣变废为宝。咖啡渣还可以用于制作手工皂，做饲料、栽培基质、吸附剂、生物柴油、培育拮抗菌、制作托盘等等。比较而言，将咖啡渣用于制作手工皂获得的使用价值更高，使用范围更广^[8]。

表 1市售手工香皂统计表

目前，市场上手工香皂的种类繁多，大致可分为四大类：精油手工皂、果蔬手工皂、中药手工皂和牛（羊）奶蜂蜜手工皂，见表1。手工香皂的质量参差不一，劣质的手工皂一般有两大危害：皂化反应进行的不彻底，残余碱液对肌肤伤害很大；加入的天然原料如果汁、蔬菜、酸奶等物质未经过特殊处理，非常容易发生化学反应或滋生微生物，从而对肌肤产生不好的影响。基于上述情况，本项目将从以下三个方面出发：

第一、将废弃的咖啡渣加入手工香皂的配方中，利用咖啡渣的吸附能力进一步提升了原有手工香皂的清洁能力。

第二、针对不同的天然油脂，使用电导法研究皂化温度、碱性试剂、碱液浓度，以及加入不同量无机盐对皂化反应速率的影响，计算出皂化反应速率常数，为后续皂化反应提供数据支持。结合脂肪酸法监测残余碱液残留，使碱液“零”残留^[8-13]。

第三、低温下进行皂化反应，保证加入的天然原料不发生化学反应或滋生微生物，合成“纯天然”咖啡渣手工香皂。可以利用咖啡渣经过物理活化制得的活性炭能够对重金属离子具有良好的吸附能力，可以起到祛除异味以及去角质等效果；另外，手工香皂的价格偏高，本试验旨在制得“价廉物美”的咖啡渣手工香皂。

a.利用咖啡渣制手工香皂，符合当前绿色环保的生活理念；

b.利用化学相关检测手段，使手工皂中的碱液“零”残留。

①使用红外光谱仪、紫外可见吸收光谱仪、高效液相色谱仪检验橄榄精油等原料中是否有化学物质添加，保证原料“纯天然”；

②将新鲜咖啡渣烘干、粉碎过筛后备用；进行测定不同粒度范围内咖啡渣的比表面积；

③将NaOH与水混合配制不同浓度的碱液，水浴加热油脂使油温保持在38~40℃，当NaOH溶液温度降至38~40℃时，把碱液慢慢倒入油脂中，边倒边用打蛋器搅拌。低温时，加入咖啡渣、甘油、橄榄精油等原料搅拌10 h，静置5 h待油脂分离，打皂10 min，直至皂液变成酸奶状。使用KOH为碱源，重复上述过程。

④以脂肪酸法为对照，应用电导法检测天然油脂皂化反应速率的大小，并以此评判油脂皂化情况。根据皂化速率大小，优化碱液浓度，使碱液“零残留”。

⑤将皂液倒入模子中，上面盖好保鲜膜，将模子放入泡沫塑料保温箱中。如果室温低于30℃，建议泡一个热水袋放在保温箱里，这样可以使皂化反应完全。24 h将模子从箱子

里取出，置于避光通风处，1~2天后脱模，将脱模后的手工皂置于避光，通风，阴凉处。室温下静置1周后脱膜。

⑥检测咖啡渣香皂的含水量、灰分、密度、折射率、总碱度等理化指标，评判产品是否符合国家相关标准。

⑦兼顾审美元素，自制模具，设计香皂的形状和包装，赋予手工皂“美丽灵魂”。

⑧将合格的手工香皂样品请同学免费试用，根据使用反馈优化咖啡渣工艺流程。

2022.5-2022.7 文献检索、试验过程设计、购买原料；

2022.7-2022.9 预试验；

2022.9-2022.12 试验开展；

2022.12-2023.5 整理数据，撰写论文、可行性报告、项目下一步规划。