Prodotti fitosanitari biologici e biostimolanti: sfide di formulazione

I prodotti fitosanitari svolgono un ruolo significativo nella protezione delle colture da parassiti, erbe infestanti, malattie e muffe, mentre i biostimolanti supportano le piante contro le condizioni meteorologiche avverse e ne migliorano lo stato generale. La loro utilità è indiscutibile. Negli ultimi anni, la ricerca di sostituti per i pesticidi chimici si è intensificata, con le alternative biologiche che hanno acquisito sempre maggiore importanza. Questa categoria comprende sostanze presenti in natura che controllano i parassiti attraverso meccanismi biochimici naturali. Si tratta di sostanze di origine vegetale o animale (ad esempio oli, saponine, acidi organici) o metaboliti batterici (ad esempio spinosad, abamectina, tossine Bt). Nel caso dei regolatori della crescita delle piante, sono stati sviluppati anche preparati contenenti sostanze naturali come auxine, citochinine e gibberelline. I prodotti fitosanitari biologici includono anche macroorganismi e microrganismi. I microrganismi che sono ingredienti attivi nei biopreparati includono virus, batteri (principalmente Bacillus e Pseudomonas ) e funghi ( Trichoderma, Beauveria , Coniothyrium, Matharhizium, Pythium ) ^[2] .

Sono stati compiuti progressi significativi anche nello sviluppo di biostimolanti che supportano i processi biologici nelle piante. Sono disponibili sul mercato molti prodotti a base di: estratti di alghe, estratti vegetali, amminoacidi e proteine, acidi umici e microrganismi. Quest’ultimo gruppo è unico perché i microrganismi possono supportare le piante in molti modi: promuovendo lo sviluppo dell’apparato radicale, convertendo i nutrienti in forme più facilmente assimilabili e combattendo inoltre insetti o funghi. Pertanto, i biostimolanti a base di microrganismi possono spesso essere registrati anche come prodotti fitosanitari ^{[ 3, 4, 5]} .

Entrambi i gruppi di agrofarmaci sopra descritti agiscono in modo molto specifico, sono facilmente biodegradabili e sicuri per l’ambiente e i consumatori e, soprattutto, aumentano in modo molto efficace le rese delle colture ^{[ 3]} .

Preparati biologici a base di microrganismi

I prodotti fitosanitari microbiologici sono la classe di biopesticidi più utilizzata e studiata . Si tratta di preparati contenenti microrganismi come batteri, funghi e virus.

I pesticidi microbiologici uccidono le larve degli insetti o inibiscono la crescita delle erbe infestanti nei campi coltivati. Agiscono su patogeni e parassiti delle piante attraverso vari meccanismi, come la produzione di tossine, la secrezione di enzimi, composti volatili, la colonizzazione diretta o il consumo dell’ospite. Possono controllare molti tipi diversi di parassiti, sebbene ogni singolo principio attivo sia relativamente specifico. Sono caratterizzati dalla loro capacità di moltiplicarsi potenzialmente sulle colture dopo l’applicazione. Inoltre, promuovono la crescita delle piante e migliorano la qualità del raccolto ^{[ 6]} .

Biostimolanti e prodotti fitosanitari a base di Bacillus

Diverse specie di batteri possono essere utilizzate contro patogeni vegetali presenti nel suolo, insetti nocivi o nematodi parassiti delle piante. Si tratta di batteri sporigeni, tra cui Bacillus (ad esempio B. amyloliquefaciens, B. subtilis e B. thuringiensis ) e Streptomyces , nonché specie non sporigeni appartenenti a generi come Pasteuria e Pseudomonas ^{[ 2]} .

I biostimolanti a base di batteri Bacillus occupano un posto speciale tra gli agenti microbiologici utilizzati in agricoltura. Sono costituiti da spore liofilizzate mescolate con additivi ecoadiuvanti (sostanze di supporto) e apportano numerosi benefici alle piante ^{[ 7]} .

La diversità metabolica e genetica delle specie di Bacillus consente loro di adattarsi a diverse condizioni ambientali. È stato dimostrato che i batteri associati alle piante aumentano la loro resistenza allo stress causato, ad esempio, dalla salinità del suolo o dalla siccità. Sono inoltre in grado di produrre fitormoni (ormoni vegetali) che hanno un effetto positivo sulla crescita e sullo sviluppo delle piante ^{[ 7].}

La chiave del successo: una formulazione ben preparata.

Il processo di formulazione dei preparati biopesticidi porta alla creazione del prodotto finale mediante la miscelazione del componente microbiologico con vari vettori e coadiuvanti per una migliore protezione contro le condizioni ambientali, una maggiore sopravvivenza degli agenti biologici e una migliore bioattività e stabilità di conservazione ^[6] .

Le formulazioni biopesticidi possono essere suddivise in tipi liquidi e secchi . I preparati liquidi possono essere a base di acqua, oli vegetali, esteri a base di questi oli, alcoli grassi, lattidi o combinazioni di questi. I preparati a base acquosa (concentrati in sospensione (SC), emulsioni concentrate (EW), sospensioni in capsule (CS) , ecc.) richiedono l’aggiunta di ingredienti inerti come disperdenti , emulsionanti , agenti bagnanti , addensanti, modificatori di reologia , monomeri reticolanti, coloranti, composti antigelo e nutrienti aggiuntivi. A seconda del tipo di formulazione, il processo di formulazione prevede miscelazione semplice o ad alto taglio, macinazione a umido o polimerizzazione in situ . Le formulazioni secche (polveri disperdibili (WP) e granuli disperdibili (WG), granuli (GR) o compresse (TB) per applicazione diretta , ecc.) possono essere prodotte utilizzando diverse tecnologie come l’essiccazione a spruzzo, la liofilizzazione, l’essiccazione ad aria, con o senza l’uso di un letto fluidizzato. Esistono anche diverse tecniche di granulazione: granulazione a umido mediante rivestimento, granulazione a secco mediante compattazione e frantumazione delle polveri, nonché mediante estrusione e sferonizzazione. Anche in questo caso vengono aggiunti leganti, eccipienti, disperdenti, agenti bagnanti, ecc. Le formulazioni più diffuse di biopesticidi e biostimolanti sono: SL, OD, CS e WP o WG. Come già accennato, i microrganismi sono particolarmente sensibili a fattori esterni come la radiazione solare, l’umidità o le eccessive fluttuazioni della temperatura di conservazione, motivo per cui le formulazioni OD e CS sono particolarmente adatte a loro. L’olio protegge i microrganismi dalle radiazioni UV, li isola dall’umidità e li protegge dalle variazioni di temperatura. Nelle formulazioni CS, i microrganismi sono racchiusi in capsule, il che li rende anche meno vulnerabili ai fattori esterni. Le endospore o spore di batteri e funghi possono essere essiccate, motivo per cui si trovano anche nelle formulazioni WP e WG. La maggior parte degli estratti utilizzati come biostimolanti sono altamente solubili in acqua e possono essere conservati con conservanti, motivo per cui si trovano spesso nelle formulazioni SL ^{[ 7, 8]} .

Gli organismi utilizzati nelle formulazioni sono sospesi in un vettore adatto, integrato con additivi per massimizzare la sopravvivenza, ottimizzare l’applicazione al bersaglio e proteggere gli organismi dopo l’applicazione ^{[ 7, 8]} .

Le formulazioni contengono una o più sostanze attive e una serie di ingredienti aggiuntivi per migliorarne l’efficacia. Tra questi figurano fitoprotettori (agenti protettivi contro gli erbicidi), sinergizzanti, vettori, sostanze addensanti e adesive, agenti bagnanti e altri.

Sfide di formulazione

L’efficacia dei prodotti fitosanitari biologici dipende in larga misura dalla loro formulazione. Questi preparati, a base di sostanze naturali, sono molto più sensibili alle condizioni ambientali rispetto alle loro controparti chimiche. Ciò è particolarmente vero per i biostimolanti a base di batteri Bacillus . Pertanto, l’industria si trova ad affrontare una serie di sfide di formulazione per garantire che i microrganismi vivi rimangano efficaci e stabili per un lungo periodo di tempo ^{[ 7, 8]} .

Sensibilità dei microrganismi ai fattori ambientali

Alcuni microrganismi sono instabili e si degradano rapidamente se esposti a luce, aria o alte temperature. La breve durata d’azione e l’efficacia variabile limitano il numero di sostanze naturali che possono essere commercializzate nel settore dei prodotti fitosanitari. Una soluzione in questo ambito è lo sviluppo di formulazioni più stabili ed efficaci che massimizzino la vitalità e l’efficacia dei derivati, in particolare quelli del Bacillus . La microincapsulazione rappresenta un progresso significativo. In questo processo, le spore vengono racchiuse in una matrice protettiva che le protegge dagli stress ambientali. Il rivestimento si degrada gradualmente, rilasciando i batteri nel luogo e nel ^momento opportuni.

Rilascio controllato del principio attivo

Il rilascio controllato di sostanze attive ne aumenta l’efficacia, riducendo così la necessità di applicazioni frequenti e abbassando i costi complessivi. Una delle soluzioni più utilizzate è l’impiego, già menzionato, di microcapsule. Vengono utilizzate anche matrici dedicate, che rilasciano l’ingrediente in risposta a stimoli specifici, ad esempio variazioni di pH o umidità. Una soluzione interessante è l’utilizzo di vettori polimerici. L’impiego di polimeri biodegradabili come vettori per il rilascio mirato e controllato di sostanze alle piante attraverso foglie o radici è molto promettente ( ). Il rilascio avviene lentamente man mano che il polimero si degrada (a seconda della posizione) per effetto della luce solare o della microflora del suolo. La velocità di rilascio dei biopesticidi può essere regolata utilizzando diversi monomeri e additivi reticolanti e selezionando il loro rapporto appropriato. Un esempio altrettanto interessante è l’utilizzo di strutture nanoporose ^{[ 8, 9]} .

Introduzione delle nanoformulazioni sul mercato

La nanotecnologia ha il potenziale per offrire nuove soluzioni per aumentare l’efficacia dei biopesticidi. Un esempio è la creazione di rivestimenti nanometrici che proteggono il principio attivo da fattori esterni. I progressi nella creazione di nanoemulsioni offrono interessanti possibilità. In questo caso, la sostanza attiva è dispersa in un vettore liquido. Tali preparazioni sono caratterizzate da una maggiore disperdibilità, che consente una copertura uniforme delle piante. Inoltre, le loro piccole dimensioni permettono una migliore penetrazione e un’azione più mirata.

L’introduzione di nanoformulazioni sul mercato rappresenta una grande opportunità, ma presenta anche una serie di sfide e dubbi. Uno dei più significativi è il costo di produzione relativamente elevato, così come gli effetti a lungo termine ancora sconosciuti dell’introduzione di nanomateriali nell’ambiente ^{[ 8]} .

Formulazioni multifunzionali per una protezione completa delle piante.

Una direzione interessante nello sviluppo di formulazioni di biopesticidi è la combinazione sinergica di ceppi di Bacillus con altri agenti di biocontrollo o biostimolanti per creare preparati multifunzionali che forniscano una protezione completa delle piante e ne supportino la crescita. Ceppi diversi hanno effetti e proprietà differenti e la loro combinazione fornisce un supporto completo alla pianta. Inoltre, l’aggiunta di altri ingredienti di supporto, come acidi umici o estratti di alghe, può ulteriormente potenziare l’azione dei batteri. ^{[ 3, 6, 7]}

PCC Exol in qualità di fornitore di soluzioni per la formulazione di biopesticidi e biostimolanti

Il produttore di tensioattivi PCC Exol supporta da molti anni il settore agricolo con i suoi prodotti e la sua consulenza tecnica. Siamo costantemente alla ricerca di soluzioni ottimali per le formulazioni di biopesticidi e biostimolanti sopra descritte, motivo per cui possiamo raccomandare diversi nostri prodotti per queste categorie.

Per le formulazioni SL, offriamo un’ampia selezione di agenti bagnanti, potenziatori della formazione e della ritenzione dello spray e penetranti della cuticola fogliare che aumentano l’assorbimento . Tutti questi prodotti sono facilmente biodegradabili e innocui per l’ambiente. Come agenti bagnanti, raccomandiamo in particolare i prodotti sviluppati specificamente per questo scopo, come EXOwet D15 , EXOwet L5, EXOwet T7 e EXOwet OS . Anche molti prodotti del gruppo ROKAnol presentano buone proprietà bagnanti, tra cui NL8P4 , L5P5 , la serie DB, la serie GA e la serie ID. Come agenti che migliorano la formazione e la ritenzione dello spray, raccomandiamo la serie ROKAmer , inclusi ROKAmer G4300 e G3800 , e in particolare ROKAmer 6500 o la sua versione a base acquosa e più pratica, ROKAmer 6500W . Come penetranti della cuticola fogliare, raccomandiamo prodotti a base di acidi grassi insaturi o alcoli grassi con HLB medio: ROKAcet O7 o ROKAnol O10 ^{[ 10]} .

Nelle formulazioni OD, è necessario garantire un’adeguata stabilità della sospensione e l’emulsificazione della fase oleosa dopo l’aggiunta all’acqua, motivo per cui i tensioattivi che combinano entrambe queste funzioni risultano efficaci. Inoltre, questi tensioattivi non devono danneggiare i microrganismi, pertanto per questa formulazione raccomandiamo i seguenti: ROKAcets della serie R e i gruppi di prodotti ROKwin e ROKwinol , che hanno anche un effetto positivo sulle proprietà dello spray e aumentano l’efficacia della nebulizzazione ^{[ 10]} .

Nella formulazione CS , è necessario garantire un’adeguata emulsificazione della fase oleosa durante la polimerizzazione interfacciale o in situ , il che richiede la selezione precisa di emulsionanti e colloidi protettivi, altrimenti le micelle si aggregheranno e le capsule avranno una dimensione inadeguata. Inoltre, molti dei solventi ed emulsionanti utilizzati per incapsulare sostanze convenzionali uccidono i microrganismi, motivo per cui si utilizzano più comunemente oli vegetali ed emulsionanti opportunamente selezionati. Dopo il processo di incapsulamento, è necessario aggiungere agenti bagnanti e disperdenti d’acqua appropriati. Gli stessi ROKAnols o ROKAmers utilizzati nelle formulazioni SL possono essere utilizzati come agenti bagnanti. I ROKAmer stabilizzano ulteriormente la sospensione agendo come co-disperdenti. Raccomandiamo EXOfos PT K25 o PT K60, SULFOROKAnol TSP95, EXOdis PC40 , Rodys OP e Rodys KP ^{[ 10]} come disperdenti.

PCC Exol fornisce anche consulenza tecnica per la risoluzione di vari problemi relativi alla formulazione e sviluppa nuovi prodotti o varianti degli stessi su richiesta dei clienti. Vi invitiamo a visitare il nostro catalogo prodotti e a contattarci.