Dado que las enfermedades y la alta demanda representan amenazas al principal suministro mundial de caucho natural en el sudeste asiático, los científicos están trabajando para impulsar el mercado del caucho en EE. UU. mediante el avance de métodos para extraer látex de dos fuentes vegetales sostenibles de América del Norte: una especie de diente de león y un arbusto del desierto.
por Emily Caldwell, Universidad Estatal de Ohio
Los investigadores informaron sobre sus métodos para mejorar la eficiencia y aumentar el rendimiento del látex en dos publicaciones recientes, basándose en décadas de investigación dirigida por Katrina Cornish, profesora de horticultura y ciencias de cultivos e ingeniería alimentaria, agrícola y biológica en la Universidad Estatal de Ohio.
Cornish y sus colegas agregaron agentes especializados durante el procesamiento del diente de león Taraxacum kok-saghyz (TK) y el arbusto guayule para obtener una mayor cantidad de látex de ambas plantas. Ninguna de las fuentes puede aprovecharse simplemente: el método utilizado en los árboles tropicales que producen el único caucho natural disponible comercialmente en el mundo.
«Necesitamos tener métodos de extracción eficientes para todas y cada una de las especies alternativas productoras de caucho natural, especialmente a gran escala», dijo Cornish. «Y tienen que ser de bajo costo si se quiere poder competir en el mercado de neumáticos a largo plazo».
El trabajo de TK sobre el diente de león se publicó recientemente en Industrial Crops and Products , y la investigación sobre el guayule en Environmental Technology & Innovation .
Más allá de los neumáticos, el caucho tiene aplicaciones en unos 50.000 productos. Es urgente la necesidad de una industria nacional del caucho natural: si bien Estados Unidos produce caucho sintético, depende completamente de las importaciones de caucho natural. En 2019, el 10% del suministro de caucho natural se perdió debido a enfermedades, y el riesgo de transmisión del tizón de las hojas de América del Sur al Sudeste Asiático ha aumentado con la expansión de los viajes aéreos directos entre Brasil y China.
No es una exageración, dijo Cornish, sugerir que si la plaga de las hojas llegara de América del Sur a Asia, la enfermedad podría acabar con la mayor parte del suministro mundial de caucho natural en poco tiempo.
«Y entonces podríamos ver el colapso de las cadenas de suministro del mundo y, posteriormente, de economías enteras», dijo. «Hemos concentrado toda una industria global en torno a una planta tropical. Pero el diente de león y el guayule de TK son sostenibles y pueden crecer en condiciones templadas».
El látex de guayule proviene de células generalizadas de la corteza del arbusto. Extraer el látex implica triturar la corteza para abrir sus células y liberar partículas de látex en lo que Cornish llama un «batido». Sigue una serie de ciclos de lavado y centrifugado para separar el látex de otros materiales sólidos y, con cada paso de centrifugación, se pierde algo de látex.
El equipo de investigación descubrió que agregar sustancias químicas llamadas floculantes al batido ayudó a unir otros materiales sólidos y separarlos del látex, reduciendo efectivamente los ciclos de lavado a la mitad y mejorando el rendimiento general del látex. La adición de una sustancia duplicó el látex disponible y ese rendimiento aumentó 12 veces cuando se añadió un agente cremoso para la purificación.
«Al agregar floculantes, la extracción de látex es más eficiente y limpia», dijo el primer autor del estudio, Beenish Saba, investigador postdoctoral en ingeniería alimentaria, agrícola y biológica en el estado de Ohio. «Encontramos floculantes específicos que funcionan mejor para mejorar la calidad de la extracción de látex y reducir el tiempo que lleva».
El estudio también demostró que devolver los sólidos restantes a través del sistema de procesamiento permitió extraer aún más látex y también redujo la huella ambiental de toda la operación, dijo Saba.
Guayule contiene un látex de alto rendimiento particularmente atractivo que es más fuerte y más suave que cualquier otro polímero conocido, dijo Cornish, lo que significa que se puede agregar más relleno en la producción sin pérdida de sus valiosas propiedades. Usó látex de guayule para desarrollar el primer guante médico hipoalergénico que bloquea tanto la radiación como los patógenos.
Aunque el látex de diente de león TK se produce en las raíces de la planta, el proceso de extracción es similar: las raíces se recortan, se mezclan en una suspensión y se filtran para eliminar trozos sólidos de material vegetal y tierra. El látex que flota sobre el líquido restante se sorbe con una pipeta, se enjuaga hasta tres veces para purificarlo y luego se seca.
Un poco de casualidad condujo a la mejora de este método de extracción. El primer autor, Nathaniel King-Smith, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Cornish, descubrió que las muestras procesadas que permanecieron en el laboratorio durante tres meses tenían significativamente más látex flotando en sus superficies. Un análisis mostró que los cationes divalentes pesados, como el magnesio, unidos a las membranas de las partículas de látex pesaban sobre las partículas, hasta que la conexión finalmente colapsó.
El equipo descubrió que agregar EDTA, un quelante que se une a cationes divalentes, al procesamiento de las raíces del diente de león permitió extraer más del doble de látex que el que se extraía sin la adición de EDTA.
«Nuestra pregunta era: ¿cómo podemos liberar la fracción pesada sin esperar tres meses a que las partículas de caucho se vuelvan repentinamente más ligeras y floten?» dijo King-Smith. «Descubrimos que el rendimiento adicional de látex después de meses de almacenamiento se podía lograr inmediatamente en una extracción estándar simplemente agregando EDTA antes del hilado».
El uso de EDTA también aumentó el contenido de gel del látex extraído una vez que se secó, información útil para la producción potencial de industrias que buscan caucho con mayor contenido de gel, dijo.
El EDTA puede resultar aplicable a la extracción de látex del guayule, aunque Cornish dijo que su laboratorio espera asociarse con químicos floculantes que podrían ayudar a refinar aún más ese proceso. Ha estado plantando, cosechando y extrayendo látex del diente de león TK durante más de una década en Ohio y tiene un invernadero lleno de guayule en el campus Wooster de Ohio State, donde espera algún día construir una planta de procesamiento de látex a gran escala.
«Estamos trabajando a pequeña escala y centrándonos en mercados de látex premium donde se puede hacer algo de gran valor con materiales mínimos para que podamos financiar la expansión», dijo. «Y mientras tanto, estamos haciendo que la extracción sea más eficiente para que podamos hacer que el material sea limpio y puro».
Los coautores del artículo sobre guayule incluyeron a Cindy Barrera y David Barker del estado de Ohio. Los coautores del artículo sobre el diente de león de TK incluyeron a Kristof Molnar, Joshua Blakeslee, Aswathy Pillai y Judit Puskas del estado de Ohio, Colleen McMahan del Servicio de Investigación Agrícola del USDA y Meirambek Mutalkhanov de la Universidad Nacional Kazajstán Al-Farabi.
Más información: Nathaniel King-Smith et al, El rendimiento de látex extraíble de las raíces de Taraxacum kok-saghyz aumenta al aumentar la flotabilidad de las partículas de caucho, Industrial Crops and Products (2023). DOI: 10.1016/j.indcrop.2023.117698
Beenish Saba et al, El tratamiento con floculante dependiente de base mejora la extracción de látex del guayule, Tecnología e innovación ambiental (2023). DOI: 10.1016/j.eti.2023.103388
