La ricerca scientifica è in costante movimento e, in particolare, negli Stati Uniti si sta lavorando per rafforzare il mercato della gomma attraverso l’estrazione di lattice da piante autoctone del Nord America. Questo sforzo è di vitale importanza a causa delle minacce che gravano sulla fornitura di gomma del Sud-est asiatico. Gli sforzi dei ricercatori si concentrano sull’aumento dell’efficienza dell’estrazione e sul sfruttamento delle proprietà uniche del lattice di guayule. Una scoperta sorprendente ha inoltre migliorato l’estrazione del lattice di dente di leone.
Le sfide del mercato globale della gomma
Il mondo si trova di fronte a un rischio significativo per quanto riguarda la fornitura di gomma naturale, rendendo essenziali sviluppi cruciali. Di fronte alle sfide poste da malattie e alta domanda che influenzano la principale fornitura di gomma naturale nel Sud-est asiatico, gli scienziati stanno lavorando per potenziare il mercato della gomma negli Stati Uniti, avanzando metodi per estrarre lattice da due fonti vegetali sostenibili nordamericane: una specie di dente di leone e un arbusto del deserto.
I ricercatori hanno riportato i loro metodi per migliorare l’efficienza e aumentare la resa di lattice in due recenti pubblicazioni, costruendo su decenni di ricerca guidati da Katrina Cornish, professore di orticoltura e scienza delle colture e ingegneria agricola e biologica presso l’Università statale dell’Ohio.
Cornish e i suoi colleghi hanno aggiunto agenti specializzati durante l’elaborazione del dente di leone Taraxacum kok-saghyz (TK) e dell’arbusto di guayule per ottenere una maggiore quantità di lattice da entrambe le piante. Nessuna delle due fonti può essere semplicemente “tappata” – il metodo utilizzato sugli alberi tropicali che producono l’unica gomma naturale disponibile commercialmente al mondo.
La necessità di metodi di estrazione efficienti
“Abbiamo bisogno di metodi di estrazione efficienti per tutte le specie produttrici di gomma naturale alternative, specialmente su larga scala”, ha detto Cornish. “E devono essere a basso costo se si vuole competere nel mercato degli pneumatici a lungo termine.”
Il lavoro sul dente di leone TK è stato pubblicato di recente su Industrial Crops and Products, e la ricerca sul guayule su Environmental Technology & Innovation.
L’importanza di un’industria della gomma domestica
Oltre agli pneumatici, la gomma ha applicazioni in circa 50.000 prodotti. La necessità di un’industria della gomma naturale domestica è urgente: mentre gli Stati Uniti producono gomma sintetica, dipendono completamente dalle importazioni per la gomma naturale. Nel 2019, il 10% della fornitura di gomma naturale è andato perso a causa di malattie – e il rischio di trasmissione della malattia della foglia sudamericana al Sud-est asiatico è aumentato con l’espansione dei viaggi aerei diretti tra Brasile e Cina.
Non è un’esagerazione, ha detto Cornish, suggerire che se la malattia della foglia dovesse arrivare dal Sud America all’Asia, la malattia potrebbe spazzare via la maggior parte della fornitura mondiale di gomma naturale in breve tempo.
“E poi potremmo assistere al crollo delle catene di approvvigionamento mondiali e, di conseguenza, di intere economie”, ha detto. ”Abbiamo concentrato un’intera industria globale attorno a una pianta tropicale. Ma il dente di leone TK e il guayule sono sostenibili e possono crescere in condizioni temperate.”
Le qualità uniche del lattice di guayule
Il lattice di guayule proviene da cellule generalizzate nella corteccia dell’arbusto. L’estrazione del lattice comporta la macinazione della corteccia per rompere le sue cellule e rilasciare particelle di lattice in quello che Cornish chiama un “frullato”. Segue una serie di cicli di lavaggio e centrifugazione per separare il lattice da altri materiali solidi - e con ogni passaggio di centrifugazione, si perde un po’ di lattice.
Il team di ricerca ha scoperto che l’aggiunta di sostanze chimiche chiamate flocculanti al frullato ha aiutato a legare insieme altri materiali solidi e a separarli dal lattice, riducendo efficacemente i cicli di lavaggio a metà e migliorando la resa complessiva di lattice. L’aggiunta di una sostanza ha raddoppiato il lattice disponibile e quella resa è stata aumentata di 12 volte quando è stato aggiunto un agente di scrematura per la purificazione.
“Aggiungendo flocculanti, l’estrazione del lattice è più efficiente e pulita”, ha detto l’autore principale dello studio Beenish Saba, un ricercatore post-dottorato in ingegneria agricola e biologica presso l’Ohio State. “Abbiamo trovato specifici flocculanti che funzionano meglio nel migliorare la qualità dell’estrazione del lattice e ridurre il tempo necessario.”
Lo studio ha inoltre dimostrato che il riciclo dei solidi rimanenti attraverso il sistema di elaborazione ha permesso l’estrazione di ancora più lattice e ha anche ridotto l’impronta ambientale dell’intera operazione, ha detto Saba.
Il guayule contiene un lattice ad alte prestazioni particolarmente attraente che è più forte e morbido di qualsiasi altro polimero conosciuto, ha detto Cornish, il che significa che si può aggiungere più riempitivo nella produzione senza alcuna perdita delle sue preziose proprietà. Ha utilizzato il lattice di guayule per sviluppare il primo guanto medico ipoallergenico in grado di bloccare sia le radiazioni che i patogeni.
Estrazione innovativa dal dente di leone TK
Anche se il lattice del dente di leone TK è prodotto nelle radici della pianta, il processo di estrazione è simile: le radici vengono tagliate, miscelate in una poltiglia e filtrate per rimuovere pezzi solidi di materiale vegetale e sporco. Il lattice che galleggia sulla parte superiore del liquido rimanente viene aspirato con una pipetta e risciacquato fino a tre volte per la purificazione, e poi asciugato.
Un po’ di serendipità ha portato al miglioramento di questo metodo di estrazione. L’autore principale Nathaniel King-Smith, uno studente laureato nel laboratorio di Cornish, ha scoperto che i campioni lavorati lasciati in laboratorio per tre mesi avevano significativamente più lattice galleggiante sulle loro superfici. Un’analisi ha mostrato che i cationi divalenti pesanti, come il magnesio, legati alle membrane delle particelle di lattice appesantivano le particelle – fino a quando il collegamento alla fine crollava.
Il team ha scoperto che l’aggiunta di EDTA, un chelante che si lega ai cationi divalenti, al processo delle radici di dente di leone ha permesso l’estrazione di più del doppio del lattice rispetto a quanto estratto senza l’aggiunta di EDTA.
“La nostra domanda era, come possiamo liberare la frazione pesante senza aspettare tre mesi affinché le particelle di gomma diventino improvvisamente più leggere e galleggino?”, ha detto King-Smith. “Abbiamo scoperto che la resa extra di lattice dopo mesi di stoccaggio poteva essere ottenuta immediatamente in un’estrazione standard semplicemente aggiungendo EDTA prima della centrifugazione.”
Prospettive future e collaborazioni
L’uso di EDTA ha anche aumentato il contenuto di gel del lattice estratto una volta asciugato – informazioni utili per la potenziale produzione da parte di industrie che cercano gomma ad alto contenuto di gel, ha detto.
L’EDTA potrebbe rivelarsi applicabile anche all’estrazione del lattice dal guayule, anche se Cornish ha detto che il suo laboratorio spera di collaborare con chimici flocculanti che potrebbero aiutare a perfezionare ulteriormente quel processo. Ha piantato, raccolto ed estratto lattice dal dente di leone TK per oltre un decennio in Ohio e ha una serra piena di guayule nel campus di Wooster dell’Ohio State, dove spera un giorno di costruire un impianto di lavorazione del lattice su larga scala.
“Stiamo lavorando su piccola scala e ci concentriamo su mercati di lattice premium dove è possibile realizzare qualcosa di grande valore con materiali minimi in modo da poter finanziare l’espansione”, ha detto. “E nel frattempo, stiamo rendendo l’estrazione più efficiente in modo da poter rendere il materiale pulito e puro.”
