研究人员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 Katrina Cornish 领导的数十年研究的基础上，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。
由于疾病和高需求对东南亚的世界主要天然橡胶供应构成威胁，科学家们正在努力通过改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。
Cornish 及其同事在蒲公英和银胶菊灌木的加工过程中添加了专门的试剂，以从两种植物中提取出更多的乳胶。这两种来源都不能简单地开采——这种方法用于生产世界上唯一商业化天然橡胶的热带树木。
“我们需要为任何和所有替代天然橡胶生产物种提供有效的提取方法，特别是大规模提取，”康尼什说。 “如果你想在轮胎市场上长期竞争，它们就必须是低成本的。”
TK 蒲公英研究成果最近发表在《工业作物和产品》杂志上，银胶菊研究成果发表在《环境技术与创新》杂志上。
除了轮胎之外，橡胶还应用于大约 50,000 种产品中。国内天然橡胶工业的需求十分迫切：虽然美国生产合成橡胶，但天然橡胶完全依赖进口。 2019 年，10% 的天然橡胶供应因疾病而损失，而且随着巴西和中国之间直飞航班的扩大，南美叶枯病传播到东南亚的风险也随之增加。
康尼什说，如果叶枯病从南美传播到亚洲，这种疾病可能会在短时间内消灭世界上大部分天然橡胶供应，这一说法并不夸张。
“然后我们可能会看到世界供应链的崩溃，以及随后整个经济的崩溃，”她说。 “我们将整个全球产业集中在热带植物周围。但 TK 蒲公英和银胶菊是可持续的，可以在温和的条件下生长。”
银胶菊乳胶来自灌木树皮中的广义细胞。提取乳胶需要磨碎树皮，打开细胞，将乳胶颗粒释放到康沃尔所说的“奶昔”中。随后进行一系列的洗涤和旋转循环，将乳胶与其他固体材料分离，并且每次离心步骤都会损失一些乳胶。
研究小组发现，在奶昔中添加称为絮凝剂的化学物质有助于将其他固体材料粘合在一起并将它们与乳胶分离，从而有效地将洗涤周期缩短一半并提高乳胶的总体产量。添加一种物质使可用胶乳翻倍，当添加乳化剂进行纯化时，产量增加 12 倍。
“通过添加絮凝剂，乳胶提取更加高效和清洁，”该研究的第一作者、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最能提高乳胶提取的质量并减少提取时间。”
萨巴说，该研究还表明，通过加工系统将剩余的固体送回，可以提取更多的乳胶，并减少整个操作的环境足迹。
康尼什说，银胶菊含有一种特别有吸引力的高性能乳胶，它比任何其他已知的聚合物都更强、更柔软，这意味着在生产中可以添加更多的填料，而不会损失其宝贵的特性。她使用银胶菊乳胶开发了第一款防过敏医用手套，以阻挡辐射和病原体。
虽然 TK 蒲公英乳胶是在植物的根部产生的，但提取过程是相似的 - 修剪根部，混合成浆液并过滤以去除植物材料和污垢的固体块。用移液管吸取漂浮在剩余液体顶部的乳胶，并冲洗3次以进行纯化，然后干燥。
一点偶然的机会导致了这种提取方法的改进。第一作者 Nathaniel King-Smith 是康沃尔实验室的一名研究生，他发现在实验室中放置三个月的加工样品的表面漂浮着明显更多的乳胶。分析表明，与乳胶颗粒膜结合的重二价阳离子(例如镁)会压低颗粒的重量，直到连接最终崩溃。
图形概要。图片来源：工业作物和产品 (2023)。 DOI：10.1016/j.indcrop.2023.117698 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 提取的乳胶多两倍多的乳胶。
“我们的问题是，如何才能释放重部分，而不需要等待三个月橡胶颗粒突然变轻并漂浮?”金-史密斯说道。 “我们发现，只需在纺丝前添加 EDTA，即可在标准提取中立即获得数月储存后的额外乳胶产量。”
他说，EDTA 的使用还增加了干燥后提取的乳胶的凝胶含量，这对于寻求更高凝胶橡胶的行业的潜在生产来说是有用的信息。
EDTA 可能适用于从银胶菊中提取乳胶，尽管 Cornish 表示她的实验室希望与絮凝剂化学家合作，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、收割 TK 蒲公英并提取乳胶，并在俄亥俄州立大学伍斯特校区拥有一个装满银胶菊的温室，她希望有一天能在那里建造一座全面的乳胶加工厂。
她说：“我们正在小规模开展工作，专注于优质乳胶市场，在那里你可以用最少的材料制造出有价值的东西，这样我们就可以为扩张提供资金。” “与此同时，我们正在提高提取效率，这样我们就可以使材料变得清洁和纯净。”
银胶菊论文的合著者包括俄亥俄州立大学的辛迪·巴雷拉(Cindy Barrera)和大卫·巴克(David Barker)。 TK 蒲公英论文的合著者包括俄亥俄州立大学的 Kristof Molnar、Joshua Blakeslee、Aswathy Pillai 和 Judit Puskas、美国农业部农业研究服务处的 Colleen McMahan 以及 Al-Farabi 哈萨克斯坦国立大学的 Meirambek Mutalkhanov。
