Каучук и инулин

Каучук натуральный — природный полимер 1,4-цис-полиизопрен, получаемый из натурального латекса коагуляцией (осаждением) кислотами.

История каучука началась со времен Великих географических открытий. Когда Колумб вернулся в Испанию, он привез из Нового Света множество диковин. Одной из них был эластичный мяч из «древесной смолы», который отличался удивительной прыгучестью. Индейцы делали такие мячи из белого сока растения гевея, растущего на берегах Амазонки. Этот сок темнел и затвердевал на воздухе. Мячи считались священными и использовались в религиозных обрядах. У племен майя и ацтеков существовала командная игра с использованием мячей, напоминающая баскетбол. Впоследствии испанцы полюбили играть вывезенными из Южной Америки мячами. Модифицированная ими индейская игра послужила прообразом современного футбола. Сок гевеи индейцы называли «каучу» — слезы млечного дерева («кау» — дерево, «учу» — течь, плакать). От этого слова образовалось современное название материала — каучук. Кроме эластичных мячей индейцы делали из каучука непромокаемые ткани, обувь, сосуды для воды, ярко раскрашенные шарики — детские игрушки.

Цивилизованный мир стали завоевывать разнообразные изделия из резины — транспортерные ленты конвейеров и электроизоляция, «резинки» для белья, резиновая обувь, детские воздушные шары и т. д. Но основное применение этот материал получил с изобретением и распространением резиновых экипажных, а затем автомобильных шин.

С изобретением конвейерного метода сборки автомобилей потребность в резине стала настолько велика, что возник вопрос об ограниченности производства природного сырья. Надо было искать другие источники каучука. Поэтому неудивительно, что в конце ХІХ — первой половине ХХ в. во многих странах исследовались строение каучука, его физические и химические свойства, эластичность, процесс вулканизации. То, что при нагревании из каучука можно получить молекулы изопрена долгое время объясняли с помощью теории К. Харриеса, который считал, что каучук состоит из множества колец-звеньев изопрена, которые составляют устойчивую мицеллу, т. е. он представляет собой обычную коллоидную частицу. Оппонентом К. Харриеса выступал Г. Штаудингер, доказавший, что каучук является высокомолекулярным соединением, т. е. состоит из обычных, хотя и гигантских молекул, атомы в которых связаны ковалентными связями. На основании своих исследований каучука и резины он выдвинул теорию цепного строения макромолекул, предположил существование разветвленных макромолекул и трехмерной полимерной сетки.

Для получения натурального каучука млечный сок гевеи (латекс) добывают методом подсечки, надрезая кору дерева. Натуральный латекс, представляющий собой водную эмульсию каучука, содержит 34−37% каучука, 52−60% воды, а также белки, смолы углеводы и минеральные вещества. Из латекса каучук коагулируют органическими кислотами, промывают водой и прокатывают в листы, которые сушат и коптят дымом. Копчение предохраняет каучук от окисления и действия микроорганизмов.

В отличие от своих родственников Кок-сагыз является куда более эффективным каучуконосом, при этом по качеству он не уступает каучуку из гевеи, даже если растения не модифицированы и не отобраны. Извлечение каучука из Кок-сагыза не вызывает особых затруднений. Для этого корни первоначально подвергаются микробиологической (сбраживание) или химической (воздействие щелочей) обработке с целью разрушения древесинной части корня. Деструктированную таким образом массу измельчают, а затем подвергают центрифугированию, в результате чего каучук отделяется от оставшейся древесины. Этот же результат достигается, если массу обрабатывать в шаровых мельницах, в которых происходит агломерация каучука в легко отделимые от древесины желваки. После промывки и листования на вальцах технический каучук содержит около 12 грамм смол.

Уникальные свойства натурального каучука определяются целым рядом характеристик: стереорегулярной структурой, молекулярной массой, молекулярно-массовым распределением, наличием некаучуковых компонентов.

Учёные из исследовательских центров Ohio Agricultural Research and Development Center и Ohio Bio Products Innovation Center получили грант в размере 3 млн долл. США. В сотрудничестве с другими фирмами и университетами им предстоит создать проект перерабатывающего завода, который бы производил из млечного сока корней одуванчиков качественную резину за меньшие деньги.

На данный момент отрабатывается технология высадки и сбора урожая Кок-сагыза (в какие сроки и на каком расстоянии друг от друга будут выращиваться одуванчики). Учёные подыскивают болезне засухоустойчивые растения. И это притом, что одуванчик, как известно, весьма неприхотлив. Первые тесты, проведённые в лабораториях, показали, что каучук из Кок-сагыза ничем не уступает латексу гевеи. Исследователи надеются, что уже через несколько лет первый завод по производству резины из сока одуванчиков выйдет на рабочую мощность в 20 млн т ежегодно. А к 2015 г. количество продаваемого продукта увеличится втрое. Ещё одно преимущество этого вида в том, что его корни на 45% состоят из инулина, естественного углеводорода, который можно переводить в этанол. Таким образом, из сырья можно получать и каучук и инулин [10−12].

В соответствии со старыми технологиями сначала из высушенных корней одуванчика в ходе нескольких процессов выделяют инулин. Оставшийся материал смалывают в ёмкости с фарфоровыми шариками, которые снимают с корней кожицу. Затем 90−95% каучука экстрагируется с помощью воды.

Таким образом, Кок-сагыз представляет ценность еще и благодаря содержанию инулина. 45% сухого корня Кок-сагыз состоит из инулина (полифруктозана). Естественный углевод, вещество, сходное с фруктозой. Легко усваивается организмом человека, имеет сладкий вкус. Применяется в фармацевтике для изготовления препаратов и биодобавок, назначаемых при диабете, ожирении, ишемической болезни и инфаркте, желчно и почечнокаменной болезни, артритах и остеохандрозе [13].

Из инулина получают этанол таким же способом, как биотопливо из кукурузы. Инулин поможет снизить затраты на сырье для заводов, производящих этанол, следовательно количество культурных растений-энергетиков, потребляемых для этих целей, заметно снизится.

В 1971 г. советский ученый Н. Г. Ковалева отметила, что содержание инулина в одуванчике, доходящее в зимнее время до 40%, снижается к весне до 1−2% и что сок молодых листьев в весеннее время улучшает состав крови, а для уничтожения горького вкуса листья предварительно заливают на 30 минут холодной водой [14].