Liberación sostenida de agroquímicos a partir de matrices biopoliméricas

Abstract

En el presente trabajo se propuso desarrollar hidrogeles a base de alginato de sodio y alginato de sodio/quitosano para la liberación controlada de agroquímicos con el fin de reducir la contaminación producida en las prácticas agrícolas, el consumo de agua potable y los costos de las cosechas, así como aumentar los rendimientos y mejorar la salud de los seres vivos. Estos materiales representan una alternativa sustentable a los hidrogeles sintetizados a partir de poliacrilamida, usados actualmente para el control de humedad en suelos agrícolas, los cuales no son completamente biodegradables y presentan cierta toxicidad. El uso de materiales amigables con el medio ambiente para la liberación sostenida de agroquímicos y control de la humedad en suelos es una solución altamente promisoria en el sector productivo. El alginato es un polímero aniónico e hidrofílico proveniente de macroalgas marinas y bacterias, de bajo costo, alta disponibilidad, biodegradabilidad y ausencia de toxicidad. Además, los oligosacáridos de alginato tienen la capacidad de actuar como reguladores del crecimiento vegetal. Por otro lado, el quitosano es un polímero catiónico que proviene de los exoesqueletos de crustáceos, los cuales son fáciles de encontrar como desechos de plantas procesadoras de los mismos. Presenta propiedades antifúngicas, antibacterianas y antivirales, además de activar los mecanismos de defensa de las plantas cuando son atacadas por patógenos. Los hidrogeles basados en dichos biopolímeros se obtuvieron a partir de un procedimiento simple de gelación iónica, de bajo costo. En primer lugar, para el desarrollo de los hidrogeles de alginato para la liberación controlada de herbicidas (cletodim y sulfentrazona) se tuvieron en cuenta las siguientes variables: concentración de cloruro de calcio, ingrediente activo, medio de hinchamiento y medio de liberación. Una vez obtenidos los hidrogeles se caracterizaron en términos de eficiencia de encapsulación (EE) y cinética de hinchamiento y de liberación de herbicidas. Estos últimos dos se evaluaron en distintas calidades de agua (destilada y de red) teniendo en cuenta que los insumos serán utilizados en suelos agrícolas. Los resultados obtenidos demostraron una alta eficiencia de encapsulamiento para ambos herbicidas estudiados (mayor al 80%), con una liberación sostenida del ingrediente activo del 80-90% luego de 15 días y un alto grado de hinchamiento (GH), mayor a 2500% para las muestras con sulfentrazona en ambas calidades de agua, comparable con el de hidrogeles superabsorbentes (SA), lo que los hace muy adecuados como reservorios de agua en suelos agrícolas. Se observó que la concentración de cloruro de calcio, el herbicida encapsulado y el medio de hinchamiento y liberación son factores relevantes debido a que su variación modifica significativamente el comportamiento de los hidrogeles. Además, se realizó una caracterización termogravimétrica (TGA), cualitativa (FTIR) y morfológica (SEM) para las muestras con sulfentrazona, a partir de la cual se verificó la presencia del herbicida en la matriz biopolimérica. Para el desarrollo de hidrogeles de alginato y quitosano se analizaron dos métodos de incorporación de fertilizantes (en este caso, nitrato de potasio) a la matriz polimérica, dos concentraciones de nitratos (2500 y 5000 ppm) y dos medios de liberación (agua destilada y de red). No resultó efectivo incorporar el fertilizante en la solución polimérica previo a su gelación, sino que su carga se llevó a cabo luego de obtener los hidrogeles, sumergiendo los mismos en distintas soluciones acuosas de nitrato de potasio durante 4 h. Sin embargo, la liberación del fertilizante no cumplió las expectativas, ya que la misma no presentó una cinética apropiada, liberando todo el principio activo en las primeras 24 horas del ensayo. Finalmente, se realizó un análisis económico para la obtención de hidrogeles de alginato con sulfentrazona a nivel industrial. A partir del análisis de la Tasa Interna de Retorno (TIR) y el tiempo de repago (nr) obtenidos se concluyó que la inversión para la instalación y puesta en marcha de una planta de producción es recomendable. Los hidrogeles obtenidos a partir de un proceso simple, como la gelación iónica, y materias primas naturales, como el alginato de sodio y el quitosano, resultan competitivos con respecto a los materiales que se utilizan en la actualidad en aplicaciones agrícolas, debido a que son biodegradables y no generan residuos tóxicos. Mail de los autores Gisel Briceño <giselbri@gmail.com>