创新技术可以促进美国橡胶产量

世界自然供应面临风险，因此关键的开发至关重要。

在影响东南亚主要天然橡胶供应的疾病和高需求的挑战中，科学家们正在努力通过推进从两种可持续的北美植物来源（蒲公英物种和沙漠灌木）中提取乳胶的方法来扩大美国橡胶市场。

研究人员在最近的两篇出版物中报告了他们提高效率和增加乳胶产量的方法，这些方法建立在俄亥俄州立大学园艺和作物科学以及食品、农业和生物工程教授卡特里娜·康尼什（Katrina Cornish）领导的数十年研究的基础上。

Cornish及其同事在加工蒲公英（TK）蒲公英和瓜尤尔灌木的过程中添加了专门的试剂，以从这两种植物中哄骗更多的乳胶。这两种来源都不能简单地被利用——用于热带树木的方法，这些树木生产世界上唯一市售的天然橡胶。

“我们需要为任何和所有替代的天然橡胶生产物种提供有效的提取方法，尤其是大规模的提取方法，”Cornish说。“从长远来看，如果你要能够在轮胎市场上竞争，它们必须是低成本的。

Cornish说，如果叶枯病从南美洲传到亚洲，这种疾病可能会在短时间内消灭世界上大部分的天然橡胶供应，这并不夸张。

“然后我们可以看到世界供应链的崩溃，以及随后整个经济体的崩溃，”她说。“我们把整个全球产业都集中在热带植物周围。但TK蒲公英和瓜尤尔是可持续的，可以在温带条件下生长。

Guayule 乳胶的独特品质

瓜尤尔乳胶来自灌木树皮中的广义细胞。提取乳胶需要研磨树皮以打破其细胞并将乳胶颗粒释放到康沃尔所谓的“奶昔”中。接下来是一系列的洗涤和纺丝循环，将乳胶与其他固体材料分离，在每个离心步骤中，都会损失一些乳胶。

研究小组发现，在奶昔中加入称为絮凝剂的化学物质有助于将其他固体材料结合在一起，并将它们与乳胶分离，有效地将洗涤周期缩短一半，并提高乳胶的整体产量。添加一种物质可使可用乳胶增加一倍，当添加乳化剂进行纯化时，产量提高了 12 倍。

“通过添加絮凝剂，乳胶提取更加高效和清洁，”第一研究作者，俄亥俄州立大学食品，农业和生物工程博士后研究员Beenish Saba说。“我们发现特定的絮凝剂在提高乳胶提取质量和减少所需时间方面效果最好。”

Saba说，该研究还表明，通过加工系统将剩余的固体送回能够提取更多的乳胶，并减少了整个操作的环境足迹。

Cornish说，Guayule含有一种特别有吸引力的高性能乳胶，比任何其他已知的聚合物都更坚固、更柔软，这意味着可以在生产中添加更多的填料，而不会损失其有价值的特性。她使用guayule乳胶开发了第一款低过敏性医用手套，以阻挡辐射和病原体。

从传统蒲公英中创新提取

虽然TK蒲公英乳胶是在植物的根部生产的，但提取过程是相似的——根部被修剪，混合成浆液，并过滤以去除植物材料和污垢的固体块。用移液管啜饮漂浮在剩余液体顶部的乳胶，冲洗最多三次进行纯化，然后干燥。

一点偶然导致了这种提取方法的改进。第一作者纳撒尼尔·金-史密斯（Nathaniel King-Smith）是康沃尔实验室的研究生，他发现，在实验室中放置三个月的处理过的样品表面漂浮的乳胶明显更多。一项分析表明，与乳胶颗粒膜结合的重二价阳离子（如镁）会压低颗粒的重量，直到连接最终崩溃。

研究小组发现，在处理蒲公英根时，添加EDTA（一种与二价阳离子结合的螯合剂）可以提取比不添加EDTA时提取的乳胶多两倍以上。

“我们的问题是，我们如何才能释放出重部分，而不等待三个月，让橡胶颗粒突然变轻并漂浮起来？”金-史密斯说。“我们发现，在储存数月后，只需在纺纱前添加EDTA，就可以立即在标准萃取中实现额外的乳胶产量。”

TK蒲公英的工作最近发表在《经济作物和产品》上，guayule研究发表在《环境技术与创新》上。

国内橡胶工业的重要性

除轮胎外，橡胶还应用于约50,000种产品中。国内天然橡胶工业的需求迫在眉睫：虽然美国生产合成橡胶，但它完全依赖进口天然橡胶。2019 年，10% 的天然橡胶供应因疾病而损失——随着巴西和中国之间直飞航空旅行的扩大，南美叶枯病传播到东南亚的风险也在增加。

未来展望与合作

他说，EDTA的使用还增加了提取的乳胶干燥后的凝胶含量，这对于寻找更高凝胶橡胶的行业的潜在生产有用信息。

EDTA可能适用于从guayule中提取乳胶，尽管Cornish表示，她的实验室希望与絮凝剂化学家合作，他们可以帮助进一步完善这一过程。十多年来，她一直在俄亥俄州种植、收获和提取 TK 蒲公英乳胶，并在俄亥俄州立大学的伍斯特校区有一个装满瓜尤尔的温室，她希望有一天能在那里建立一个全面的乳胶加工厂。

“我们正在小规模工作，专注于优质乳胶市场，在那里你可以用最少的材料制造出价值巨大的东西，这样我们就可以为扩张提供资金，”她说。“与此同时，我们正在提高提取效率，这样我们就可以使材料清洁和纯净。”