Productos biológicos para la protección de plantas y bioestimulantes: desafíos de formulación.

Los productos fitosanitarios desempeñan un papel importante en la protección de los cultivos contra plagas, malezas, enfermedades y mohos, mientras que los bioestimulantes ayudan a las plantas contra condiciones climáticas adversas y mejoran su estado general. Su utilidad es indiscutible. En los últimos años, la búsqueda de sustitutos de los plaguicidas químicos se ha intensificado, y las alternativas biológicas han cobrado mayor importancia. Esta categoría incluye sustancias de origen natural que controlan las plagas mediante mecanismos bioquímicos naturales. Se trata de sustancias de origen vegetal o animal (p. ej., aceites, saponinas, ácidos orgánicos) o metabolitos bacterianos (p. ej., spinosad, abamectina, toxinas Bt). En el caso de los reguladores del crecimiento vegetal, también se han desarrollado preparados que contienen sustancias naturales como auxinas, citoquininas y giberelinas [ 2].

Los productos fitosanitarios biológicos también incluyen macroorganismos y microorganismos. Los microorganismos que son ingredientes activos en las biopreparaciones incluyen virus, bacterias (principalmente Bacillus y Pseudomonas ) y hongos ( Trichoderma, Beauveria , Coniothyrium, Matharhizium, Pythium ) ^[2] .

También se ha avanzado significativamente en el desarrollo de bioestimulantes que apoyan los procesos biológicos en las plantas. Hay muchos productos disponibles en el mercado basados ​​en: extractos de algas marinas, extractos de plantas, aminoácidos y proteínas, ácidos húmicos y microorganismos. Este último grupo es único porque los microorganismos pueden apoyar a las plantas de muchas maneras: promoviendo el desarrollo del sistema radicular, convirtiendo los nutrientes en formas más fácilmente disponibles y, además, combatiendo insectos u hongos. Por lo tanto, los bioestimulantes basados ​​en microorganismos a menudo también pueden registrarse como productos fitosanitarios ^{[ 3, 4, 5]} .

Ambos grupos de agroquímicos descritos anteriormente actúan de una manera muy específica, son fácilmente biodegradables y seguros para el medio ambiente y los consumidores y, lo que es más importante, aumentan de manera muy eficaz el rendimiento de los cultivos ^{[ 3]} .

Preparaciones biológicas a base de microorganismos

Los productos fitosanitarios microbiológicos son la clase de biopesticidas más utilizada e investigada . Se trata de preparados que contienen microorganismos como bacterias, hongos y virus. Los plaguicidas microbiológicos eliminan las larvas de insectos o inhiben el crecimiento de malezas en los campos cultivados. Actúan sobre los patógenos y plagas de las plantas mediante diversos mecanismos, como la producción de toxinas, la secreción de enzimas, los compuestos volátiles, la colonización directa o el consumo del huésped. Pueden controlar muchos tipos diferentes de plagas, aunque cada ingrediente activo es relativamente específico. Se caracterizan por su capacidad de multiplicarse potencialmente en los cultivos después de su aplicación. También promueven el crecimiento de las plantas y mejoran la calidad de los cultivos ^.

Bioestimulantes y productos fitosanitarios a base de Bacillus

Diversas especies de bacterias pueden usarse contra patógenos vegetales transmitidos por el suelo, plagas de insectos o nematodos fitoparásitos. Estas son bacterias formadoras de esporas, incluyendo Bacillus (por ejemplo, B. amyloliquefaciens, B. subtilis y B. thuringiensis ) y Streptomyces , así como especies no formadoras de esporas de géneros como Pasteuria y Pseudomonas ^{[ 2]} .

Los bioestimulantes basados ​​en bacterias Bacillus ocupan un lugar especial entre los agentes microbiológicos utilizados en la agricultura. Consisten en esporas liofilizadas mezcladas con aditivos ycoadyuvantes (sustancias de soporte) y aportan una serie de beneficios a las plantas ^{[ 7]} .

La diversidad metabólica y genética de Bacillus spp . les permite adaptarse a diferentes condiciones ambientales. Se ha demostrado que las bacterias asociadas con las plantas aumentan su resistencia al estrés causado, por ejemplo, por la salinidad del suelo o la sequía. También son capaces de producir fitohormonas (hormonas vegetales) que tienen un efecto positivo en el crecimiento y desarrollo de las plantas ^{[ 7].}

La clave del éxito: una formulación bien preparada.

El proceso de formulación de preparaciones de biopesticidas conduce a la creación del producto final mediante la mezcla del componente microbiológico con varios portadores y adyuvantes para una mejor protección contra las condiciones ambientales, una mayor supervivencia de los agentes biológicos y una bioactividad y estabilidad de almacenamiento mejoradas ^{[ 6]} .

Las formulaciones de biopesticidas se pueden dividir en tipos líquidos y secos . Las preparaciones líquidas pueden basarse en agua, aceites vegetales, ésteres basados ​​en estos aceites, alcoholes grasos, lactidas o combinaciones de los mismos. Las preparaciones a base de agua (concentrados en suspensión (SC), emulsiones concentradas (EW), suspensiones en cápsulas (CS) , etc.) requieren la adición de ingredientes inertes como dispersantes , emulsionantes , agentes humectantes , espesantes, modificadores de reología , monómeros de reticulación, colorantes, compuestos anticongelantes y nutrientes adicionales. Dependiendo del tipo de formulación, el proceso de formulación implica mezcla simple o de alto cizallamiento, molienda húmeda o polimerización in situ . Las formulaciones secas (polvos dispersables (WP) y gránulos dispersables (WG), gránulos (GR) o tabletas (TB) para aplicación directa , etc.) se pueden producir utilizando diversas tecnologías como secado por pulverización, liofilización, secado al aire, con o sin el uso de un lecho fluidizado. También existen varias técnicas de granulación: granulación húmeda por recubrimiento, granulación seca por compactación y trituración de polvo, así como por extrusión y esferonización. Aquí también, se agregan aglutinantes, portadores, dispersantes, agentes humectantes, etc.

Las formulaciones más populares de biopesticidas y bioestimulantes son: SL, OD, CS y WP o WG. Como ya se mencionó, los microorganismos son particularmente sensibles a factores externos como la radiación solar, la humedad o fluctuaciones excesivas de la temperatura de almacenamiento, por lo que las formulaciones OD y CS son particularmente adecuadas para ellos. El aceite protege a los microorganismos de la radiación UV, los aísla de la humedad y los protege de los cambios de temperatura. En las formulaciones CS, los microorganismos están encapsulados, lo que también los hace menos vulnerables a factores externos. Las endosporas o esporas de bacterias y hongos se pueden secar, por lo que también se encuentran en las formulaciones WP y WG. La mayoría de los extractos utilizados como bioestimulantes son altamente solubles en agua y se pueden conservar con conservantes, por lo que a menudo se encuentran en las formulaciones SL ^{[ 7, 8]} .

Los organismos utilizados en las formulaciones están suspendidos en un vehículo adecuado, que se complementa con aditivos para maximizar la supervivencia, optimizar la aplicación al objetivo y proteger los organismos después de la aplicación ^{[ 7, 8]} .

Las formulaciones contienen una o más sustancias activas y una serie de ingredientes adicionales para mejorar su eficacia. Estos incluyen protectores (protectores de herbicidas), sinergistas, vehículos, sustancias espesantes y adhesivas, agentes humectantes y otros.

Desafíos de formulación

La eficacia de los productos biológicos para la protección de cultivos depende en gran medida de su forma. Estas preparaciones, basadas en sustancias naturales, son mucho más sensibles a las condiciones ambientales que sus homólogas químicas. Esto es especialmente cierto en el caso de los bioestimulantes basados ​​en bacterias Bacillus . Por lo tanto, la industria se enfrenta a diversos retos de formulación para garantizar que los microorganismos vivos se mantengan eficaces y estables durante un largo periodo de tiempo ^{[ 7, 8]} .

Sensibilidad de los microorganismos a los factores ambientales

Algunos microorganismos son inestables y se degradan rápidamente al exponerse a la luz, el aire o las altas temperaturas. Su corta duración de acción y su eficacia variable limitan el número de sustancias naturales que pueden comercializarse en el sector de los productos fitosanitarios. Una solución en este ámbito es el desarrollo de formulaciones más estables y eficaces que maximicen la viabilidad y la eficacia de los derivados, en particular los de Bacillus . La microencapsulación supone un avance significativo. En este proceso, las esporas se encapsulan en una matriz protectora que las resguarda de los factores de estrés ambiental. El recubrimiento se degrada gradualmente, liberando las bacterias en el lugar y momento adecuados ^.

Liberación controlada de la sustancia activa.

La liberación controlada de sustancias activas aumenta su eficacia, reduciendo así la necesidad de aplicaciones frecuentes y disminuyendo los costos generales. Una de las soluciones más utilizadas es el uso de microcápsulas. También se emplean matrices específicas que liberan el ingrediente en respuesta a estímulos concretos, como cambios en el pH o la humedad. Una solución interesante es el uso de polímeros portadores. El uso de polímeros biodegradables como portadores para la administración dirigida y controlada de sustancias a las plantas a través de hojas o raíces resulta muy prometedor ( ). La liberación se produce lentamente a medida que el polímero se degrada (dependiendo de la ubicación) por la luz solar o la microflora del suelo. La tasa de liberación de los biopesticidas puede regularse mediante el uso de diferentes monómeros y aditivos reticulantes, y seleccionando la proporción adecuada. Un ejemplo igualmente interesante es el uso de nanoestructuras porosas ^{[ 8, 9]} .

Introducción de nanoformulaciones en el mercado

La nanotecnología tiene el potencial de ofrecer nuevas soluciones para aumentar la eficacia de los biopesticidas. Un ejemplo es la creación de recubrimientos nanométricos que protegen el ingrediente activo de factores externos. Los avances en la creación de nanoemulsiones ofrecen posibilidades interesantes. En este caso, la sustancia activa se dispersa en un vehículo líquido. Estas preparaciones se caracterizan por una mayor dispersibilidad, lo que permite una cobertura uniforme de las plantas. Además, su pequeño tamaño permite una mejor penetración y una acción más específica. La introducción de nanoformulaciones en el mercado es una gran oportunidad, pero también presenta una serie de desafíos y dudas. Uno de los más significativos es el coste de producción relativamente alto, así como los efectos a largo plazo aún desconocidos de la introducción de nanomateriales en el medio ambiente ^.

Formulaciones multifuncionales para una protección integral de las plantas.

Una dirección interesante en el desarrollo de formulaciones de biopesticidas es la combinación sinérgica de cepas de Bacillus con otros agentes de biocontrol o bioestimulantes para crear preparaciones multifuncionales que proporcionen una protección integral a las plantas y favorezcan su crecimiento. Las diferentes cepas tienen distintos efectos y propiedades, y su combinación proporciona un apoyo integral a la planta. Además, la adición de otros ingredientes de apoyo, como ácidos húmicos o extractos ^de algas, puede potenciar aún más la acción de las bacterias.

PCC Exol como proveedor de soluciones para la formulación de biopesticidas y bioestimulantes.

El fabricante de surfactantes PCC Exol ha estado apoyando a la industria agrícola con sus productos y asesoramiento técnico durante muchos años. También estamos constantemente buscando soluciones óptimas para las formulaciones de biopesticidas y bioestimulantes descritas anteriormente, por lo que podemos recomendar varios de nuestros productos para estas categorías.

Para formulaciones SL, ofrecemos una amplia selección de agentes humectantes, potenciadores de la formación y retención de la pulverización, y penetrantes de la cutícula foliar que aumentan la absorción . Todos estos productos son fácilmente biodegradables e inocuos para el medio ambiente. Como agentes humectantes, recomendamos particularmente productos desarrollados específicamente para este propósito, como EXOwet D15 , EXOwet L5, EXOwet T7 y EXOwet OS . Muchos productos del grupo ROKAnol también tienen buenas propiedades humectantes, con NL8P4 , L5P5 , la serie DB, la serie GA y la serie ID. Como agentes que mejoran la formación y retención del aerosol, recomendamos la serie ROKAmer , incluyendo ROKAmer G4300 y G3800 , y en particular ROKAmer 6500 o su versión a base de agua y más conveniente, ROKAmer 6500W . Como penetrantes de la cutícula de la hoja, recomendamos productos a base de ácidos grasos insaturados o alcoholes grasos con HLB medio: ROKAcet O7 o ROKAnol O10 ^{[ 10]} .

En formulaciones OD, es necesario asegurar una adecuada estabilidad de la suspensión y emulsificación de la fase oleosa después de la adición al agua, por lo que los tensioactivos que combinan ambas funciones funcionan bien. Además, estos tensioactivos no deben dañar a los microorganismos, por lo que recomendamos lo siguiente para esta formulación: ROKAcets de la serie R y los grupos de productos ROKwin y ROKwinol , que también tienen un efecto positivo en las propiedades del aerosol y aumentan la efectividad de la pulverización ^{[ 10]} .

En la formulación CS , debe asegurarse una emulsificación adecuada de la fase oleosa durante la polimerización interfacial o in situ , lo que requiere la selección precisa de emulsionantes y coloides protectores, de lo contrario las micelas se aglomerarán y las cápsulas tendrán un tamaño inadecuado. Además, muchos de los solventes y emulsionantes utilizados para encapsular sustancias convencionales matan a los microorganismos, razón por la cual los aceites vegetales y los emulsionantes seleccionados adecuadamente son los más utilizados. Después del proceso de encapsulación, deben agregarse agentes humectantes y dispersantes de agua apropiados. Los mismos ROKAnoles o ROKAmers utilizados en formulaciones SL pueden usarse como agentes humectantes. Los ROKAmers estabilizan adicionalmente la suspensión actuando como codispersantes. Recomendamos EXOfos PT K25 o PT K60, SULFOROKAnol TSP95, EXOdis PC40 , Rodys OP y Rodys KP ^{[ 10]} como dispersantes.

PCC Exol también ofrece asesoramiento técnico para la resolución de diversos problemas relacionados con la formulación y desarrolla nuevos productos o variantes de los mismos a petición de los clientes. Le invitamos a consultar nuestro catálogo de productos y a ponerse en contacto con nosotros.