1.2 Chemické složení a fyzikální vlastnosti

Chemické vlastnosti vosku

Včelí vosk je velmi složitá směs uhlovodíků, esterů vyšších mastných kyselin s vyššími alkoholy, volných mastných kyselin, sterolů, barviv a aromatických látek.

V literatuře se uvádí toto složení přírodního včelího vosku: 72 % esterů kyselin s alkoholy (myricylpalmitát, myricylcerotát, myricylpalmitoleát aj.), 0,8 % esterů cholesterolu s palmitolejovou kyselinou, 0,6 % laktonů, 13–13,5 % volných kyselin (cerotová, montanová, melissová a neocerotové), 12–12,5 % uhlovodíků (hlavně nonakosan a hentriakontan) a 1–2 % vody.

Aromatické látky jsou ve včelím vosku jen v nepatrném množství. Jejich chemické složení bylo zjištěno teprve nedávno, jsou to estery nižších mastných kyselin. Aroma včelího vosku je silně závislé na jeho původu a zpracování, proto se jednotlivé druhy vosku tolik liší. Vosk pohlcuje také aromatické látky z nektaru a pylu.

Aby bylo možné charakterizovat různé vosky a vzájemně je porovnat, neprovádí se zpravidla kompletní chemický rozbor, ale stanovují se vybrané hodnoty:

  • Číslo kyselosti udává obsah volných mastných kyselin ve vosku. Je to množství hydroxidu draselného v miligramech potřebného k neutralizaci kyselin přítomných v jednom gramu vosku.
  • Číslo esterové udává obsah esterů mastných kyselin s alkoholy ve vosku. Je to množství hydroxidu draselného v miligramech potřebného ke zmýdelnění esterů obsažených v jednom gramu vosku.
  • Číslo zmýdelnění je součet čísla kyselosti a čísla esterového.
  • Číslo jódové je mírou chemické nenasycenosti sloučenin obsažených ve vosku. Udává se v množství halogenu počítaného jako jód (vyjádřeno v procentech), které se naváže na nenasycené vazby v uhlíkatém řetězci sloučenin za určitých podmínek.
  • Číslo acetylové udává obsah hydroxylových skupin (alkoholů), které lze acetylovat anhydridem kyseliny octové. Jsou to miligramy hydroxidu draselného potřebné k neutralizaci kyseliny octové uvolněné zmýdelněním jednoho gramu acetylovaného vosku.
  • Číslo Büchnerovo udává množství 0,1 N hydroxidu draselného potřebného k neutralizaci kyselin v 5 g vosku rozpustných v 80% alkoholu. Používá se ke zjištění kyseliny stearové ve vosku.
  • Nezmýdelnitelný podíl tvoří veškeré látky ve vosku, které nereagují s alkoholickým roztokem hydroxidu draselného a které jsou po zředění zkoušeného roztoku vodou extrahovatelné do éteru. Ve včelím vosku tvoří nezmýdelnitelný podíl směs alkoholů a uhlovodíků. Směs lze dále rozdělit rozpuštěním nezmýdelnitelného podílu ve směsi amylalkoholu s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou, uhlovodíky vyloučí na povrchu roztoku alkoholů.
  • Číslo Hüblovo je poměr čísla esterového k číslu kyselosti.

Pro všechna tato stanovení jsou potřebné metody mezinárodně harmonizovány, aby bylo možné výsledky srovnávat.

Fyzikální vlastnosti vosku

Včelí vosk patří svou podstatou mezi plastické látky. Má některé vlastnosti jak pevných látek, tak kapalin. Je velmi tvárný již při pokojové teplotě. Tato jeho výborná vlastnost se výrazně zvyšuje s rostoucí teplotou.

Konzistence (tvrdost) vosku se objektivně měří pomocí tvrdoměrů. Tyto přístroje buď zjišťují sílu potřebnou k vtlačení kovového trnu do zkoumané látky na určitou vzdálenost, nebo se nechá kuželovitý hrot po přesnou dobu gravitačně zapichovat do vzorku a měří se hloubka vpichu. Viskozita vosku se měří po jeho roztavení. Konzistence tuhého a viskozita roztaveného vosku se značně mění s teplotou. U včelího vosku záleží stejně jako u většiny přírodních látek na jeho původu, tj. z jakých plástů byl získán a jakou technologií. Bělením se tvrdost vosku zvyšuje. Kvalitní vosky se vyznačují výrazným poklesem tvrdosti při úlové teplotě kolem 35 ºC.

Bod tání. Včelí vosk je směsí několika látek s různým bodem tání, proto je tato fyzikální vlastnost vosku silně závislá na jeho chemickém složení. Žlutý včelí vosk má bod tání mezi 62–65 °C, u běleného vosku se pohybuje v širším rozmezí od 60 do 70 °C. Měření bodu tání je uvedeno v kapitole Kontrola jakosti vosku.

Bod tuhnutí. Včelí vosk má podobně jako celá řada tuků, plastických látek a směsí bod tuhnutí vždy o něco nižší než bod tání. Pouze přesně definované chemicky čisté látky mají totožný bod tání a tuhnutí. Bod tuhnutí včelího vosku bývá o 1–3 °C nižší než bod tání, tj. v rozmezí 60–63 °C.

Unikátní a pro včelstvo nenahraditelné jsou i další tepelné vlastnosti včelího vosku. Specifické (měrné) teplo vosku je kolem 2,2 kJ/kg/K. Vosk má dobré tepelně izolační vlastnosti, ale plásty proniká infračervené záření. To má ve včelstvu význam při udržování mikroklimatu potřebného pro zdárný vývoj včelího plodu, tedy vajíček, larev a kukel.

Specifická hmotnost. Pravý včelí vosk je lehčí než voda. Jeho specifická hmotnost je vždy nižší než 1,0 g/cm3. I tato veličina je silně závislá na teplotě, obvykle bývá vztažena na 15 nebo 20 °C. Při zahřívání látek dochází k jejich roztahování a poklesu specifické hmotnosti (výjimku tvoří voda). Také v bodu tání a tuhnutí dochází k prudké změně specifické hmotnosti vosku v souvislosti s prudkou změnou objemu vosku při této teplotě. Pohybuje se od 0,958 do 0,966 g/cm3při 15 °C. Specifická hmotnost ztuhlého vosku v bodu tání je okolo 0,905 g/cm3, roztaveného vosku při téže teplotě okolo 0,835 g/cm3.

Koeficient objemové roztažnosti udává, o kolik se změní objem objemové jednotky vosku při změně teploty o l °C. U včelího vosku je to 0,00068 K-1 . Smrštění vosku při tuhnutí je 8,11 %.

Lom světla (refrakce). Tento fyzikální údaj říká, jak se změní rychlost světla při průchodu zkoumanou látkou vzhledem k rychlosti ve vakuu. V důsledku změny rychlosti světla dojde ke stočení světelného paprsku o určitý úhel, který se měří refraktometrem. Refraktometr pro měření vosku musí mít možnost temperace na vyšší teplotu, jednoduché refraktometry používané např. pro rychlé určení obsahu vody v medu vhodné nejsou. Refrakci vosku lze měřit jen v tekutém stavu, údaje se pak pro srovnání s jinými vosky přepočítávají na hodnotu platnou pro 40 °C. Parafin a stearin mají refrakci výrazně nižší než včelí vosk.

Dielektrická konstanta. Včelí vosk je dobrým izolátorem elektřiny. Jeho izolační vlastnosti se podobně jako u jiných látek vyjadřují pomocí dielektrické konstanty. Toto číslo udává izolační schopnost dané látky ve srovnání se vzduchem za přesně definovaných podmínek. Čím je tato konstanta vyšší, tím lepším je daná látka izolátorem. Ze všech přírodních vosků, které lze použít v průmyslovém měřítku, má nejvyšší hodnotu včelí vosk.

Barva. Panenský včelí vosk je bílý nebo jen mírně nažloutlý. Nově vystavěné plásty však záhy mění barvu, tmavnou. Povlak pokrývající plásty je snadno rozpustný v acetonu za vzniku žlutých roztoků. Obsažená barviva se chemickým složením blíží karotenoidům, které dodávají např. mrkvi její typickou červenou barvu. Do vosku se tato barviva dostanou s pylovými zrny, která včely sbírají a ukládají do plástů pro svoji výživu. Silně barví vosk pyl ze slunečnice, máku a pampelišky, který dodává vosku jasně žlutou barvu. Jiné pyly, např. z vojtěšky, lnu či slézu vosk nezabarvují. Velmi tmavá barva vosků z Kuby i z celé karibské oblasti je způsobena pylem tabáku. Někdy lze v takovém vosku dobře poznat i tabákovou vůni. Na barvu vosku tak má nepřímo vliv i jeho zeměpisný původ, protože každá oblast má typickou květenu a tím i včelí pastvu. Například včelí vosk z Jižní Ameriky a rovníkové Afriky bývá tmavý. Severoamerické a evropské vosky tvoří celou barevnou škálu od světle žluté až po tmavě hnědou barvu.

Později však na plástech vzniká černý pigment, který má s pylovými karotenoidy společného jen málo. Nejedná se o jednu látku, nýbrž o celou skupinu barviv a pigmentů. Chemickým rozborem pigmentů z vosku bylo zjištěno, že extraktivní tmavé látky patří do skupiny fosfoproteinů, tj. látek obsahujících vedle dusíku i fosfor.

Na tvorbu pigmentů ve vosku plástu má velký vliv nalepování různých látek v průběhu stárnutí plástů. Jsou to hlavně zbytky tzv. košilek po vylíhlém plodu. Každá včelí larva se během vývoje několikrát svléká. Mezi pátým a šestým svlékáním dojde u larvy k otevření konečníku a mezi košilky se dostanou i zbytky potravy, které také ovlivňují vznik pigmentů ve vosku. Se stářím plástů se košilky postupně hromadí na dně i na stěnách buněk, plásty získávají téměř černou barvu a neprosvítají ani proti světlu. Z takových plástů je nižší výtěžnost vosku a jejich zpracování je obtížnější.

Objektivně lze barvu vosku určovat srovnáním vzorku s barevnou stupnicí sestavenou podle určitých pravidel. K sestavení barevných stupnic se používají roztoky různých barviv.

Rozpustnost včelího vosku při pokojové teplotě je malá. Za studena je nejlépe rozpustný v chloroformu, acetonu, benzenu a pyridinu. Za tepla se dále dobře rozpouští v etanolu, metanolu, isoamylalkoholu a petroleteru. Ve vodě se včelí vosk nerozpouští, naopak je významná jeho schopnost odpuzovat vodu (hydrofobnost).