Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей Эмили Колдуэлл, Университет штата Огайо, о том, что болезнь каучукового дерева гевеи стимулирует к поиску растительных альтернатив.
…Поскольку болезни гевеи и высокий спрос создают угрозу мировым поставкам первичного натурального каучука, исследователи из Университета штата Огайо разработали усовершенствованные методы извлечения латекса из двух устойчивых растительных источников, которые также произрастают в Северной Америке. Работа была проведена под руководством Катрины Корниш, профессора садоводства и растениеводства, пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии в Университете штата Огайо.
Корниш с коллегами добавили специальные агенты при обработке одуванчика Taraxacum kok-saghyz (кок-сагыз) и кустарника гваюлы, чтобы получить большее количество каучука из обоих растений.
«США нужны эффективные методы добычи всех альтернативных видов натурального каучука, особенно в больших масштабах, — говорит Корниш. - И они должны быть дешевыми, если вы хотите конкурировать на рынке шин в долгосрочной перспективе».
Помимо шин, каучук применяется примерно в 50 000 товарах. Потребность в отечественной промышленности натурального каучука острая: хотя Соединенные Штаты производят синтетический каучук, они полностью зависят от импорта натурального каучука. Однако, в 2019 году 10% поставок натурального каучука было потеряно из-за фитофтороза листьев, а риск передачи южноамериканского фитофтороза листьев в Юго-Восточную Азию увеличился с расширением прямых авиаперевозок между Бразилией и Китаем.
«Не будет преувеличением предположить, что, если фитофтороз листьев распространится из Южной Америки в Азию, эта болезнь может в короткие сроки уничтожить большую часть мировых запасов натурального каучука. И тогда мы можем стать свидетелями коллапса мировых цепочек поставок, а впоследствии и целых экономик, поскольку сконцентрировали всю мировую индустрию вокруг тропического растения. Но одуванчик кок-сагыз и гювала продуктивны и крайне устойчивы, это хорошие альтернативы», - отмечает ученый.
Каучук от гваюлы происходит из клеток коры кустарника. Извлечение включает в себя измельчение коры, чтобы раскрыть ее клетки и высвободить частицы латекса в то, что Корниш называет «молочным коктейлем». Далее следует серия циклов «стирки и отжима», чтобы отделить латекс от другого твердого материала.
Исследовательская группа обнаружила, что добавление в «молочный коктейль» химических веществ, называемых флокулянтами, помогает связывать вместе другие твердые материалы и отделять их от латекса, эффективно сокращая последующие циклы обработки вдвое и улучшая общий выход каучука. Добавление одного вещества увеличило количество доступного каучука вдвое, а при добавлении кремообразователя для очистки этот выход увеличился в 12 раз.
«Благодаря добавлению флокулянтов экстракция каучука становится более эффективной. Мы рады, что нашли специальные флокулянты, которые лучше всего улучшают качество экстракции латекса и сокращают время, необходимое для этого. Исследование также показало, что подача оставшихся твердых частиц обратно через систему обработки позволяет извлечь еще больше латекса, а также снижает воздействие всего процесса на окружающую среду», — говорит первый автор исследования Биниш Саба, постдокторант в области пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии в Университете штата Огайо.
Гваюла содержит особенно привлекательный высокоэффективный латекс, который прочнее и мягче, чем любой другой известный полимер, а это означает, что в процессе производства можно добавлять больше наполнителя без какой-либо потери его ценных свойств. Корниш использовала гваюлевый латекс для разработки первой гипоаллергенной медицинской перчатки, блокирующей как радиацию, так и болезнетворные микроорганизмы.
Хотя каучук одуванчика кок-сагыз производится из корней растения, процесс экстракции аналогичен: корни обрезаются, смешиваются с суспензией и фильтруются для удаления твердых кусков растительного материала и грязи. Латекс, плавающий поверх оставшейся жидкости, собирают пипеткой и промывают до трех раз для очистки, а затем сушат. Этот способ также оптимизировали. Натаниэль Кинг-Смит, аспирант лаборатории Корниша, обнаружил, что обработанные образцы, находившиеся в лаборатории в течение трех месяцев, содержали значительно больше латекса, плавающего на поверхности. Анализ показал, что тяжелые двухвалентные катионы, такие как магний, связанные с мембранами латексных частиц, утяжеляют частицы — до тех пор, пока соединение в конечном итоге не разрушается.
Команда обнаружила, что добавление ЭДТА, хелатора, который связывается с двухвалентными катионами, при обработке корней одуванчика позволяет извлечь более чем в два раза больше латекса, чем было экстрагировано без добавления ЭДТА.
«Наш вопрос заключался в том, как мы можем высвободить тяжелую фракцию, не дожидаясь трех месяцев, пока частицы резины внезапно станут легче и всплывут? — рассказывает Кинг-Смит. - Мы обнаружили, что дополнительный выход латекса после нескольких месяцев хранения может быть достигнут немедленно при стандартной экстракции с простым добавлением ЭДТА».
Использование хелатора также увеличило содержание геля в экстрагированном латексе после его сушки — полезная информация для потенциального производства в отраслях, которым нужен каучук с более высоким содержанием геля, пояснил Кинг-Смит.
Хелатор ЭДТА может оказаться применимым для экстракции латекса из гваюлы, хотя Корниш отметила, что ее лаборатория надеется на сотрудничество с химиками-флокулянтами, которые могли бы помочь в дальнейшем усовершенствовании этого процесса. Она уже более десяти лет сажает, собирает и извлекает латекс из одуванчика кок-сагыз в Университете Огайо, а также имеет теплицу, полную гваюлы, в университетском кампусе в Вустере, где она надеется однажды построить полномасштабный завод по переработке каучука.
«Мы работаем пока в небольших масштабах и концентрируемся на рынках латекса премиум -класса, где можно сделать что-то ценное с минимальными затратами материалов, чтобы мы могли финансировать расширение», — заключила исследователь.
Соавторами статьи о гваюле, опубликованной в журнале «Экологические технологии и инновации» (2023) были Синди Баррера и Дэвид Баркер из Университета штата Огайо.
Соавторами статьи «Выход экстрагируемого латекса из корней Taraxacum kok-saghyz увеличивается за счет увеличения плавучести частиц каучука», опубликованной в журнале «Технические культуры и продукты (2023)» были Кристоф Молнар, Джошуа Блейксли, Асвати Пиллаи и Юдит Пушкас из Университета штата Огайо, Коллин МакМэхан из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США и Мейрамбек Муталханов из Казахского национального университета имени Аль-Фараби.
Источник: The Ohio State University. Автор: Эмили Колдуэлл. На заглавном фото вы видите теплицу Катрины Корниш с гювалой. Автор фото: Катрина Корниш.
