Biologische gewasbeschermingsmiddelen en biostimulanten – uitdagingen bij de formulering

Gewasbeschermingsmiddelen spelen een belangrijke rol bij de bescherming van gewassen tegen plagen, onkruid, ziekten en schimmels, terwijl biostimulanten planten ondersteunen bij ongunstige weersomstandigheden en hun algehele conditie verbeteren. Hun nut staat buiten kijf. De laatste jaren is de zoektocht naar alternatieven voor chemische bestrijdingsmiddelen geïntensiveerd, waarbij biologische alternatieven aan belang winnen. Deze categorie omvat natuurlijk voorkomende stoffen die plagen bestrijden via natuurlijke biochemische mechanismen. Dit zijn stoffen van plantaardige of dierlijke oorsprong (bijv. oliën, saponinen, organische zuren) of bacteriële metabolieten (bijv. spinosad, abamectine, Bt-toxines). In het geval van plantengroeiregulatoren zijn ook preparaten ontwikkeld die natuurlijke stoffen bevatten zoals auxinen, cytokininen en gibberellinen [ 2].

Biologische gewasbeschermingsmiddelen omvatten ook macro-organismen en micro-organismen. Micro-organismen die als actieve bestanddelen in biopreparaten dienen ^, zijn onder andere virussen, bacteriën (voornamelijk Bacillus en Pseudomonas ) en schimmels ( Trichoderma, Beauveria , Coniothyrium, Matharhizium, Pythium ). Er is ook aanzienlijke vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van biostimulanten die biologische processen in planten ondersteunen. Er zijn veel producten op de markt verkrijgbaar op basis van: zeewierextracten, plantenextracten, aminozuren en eiwitten, humuszuur en micro-organismen. Deze laatste groep is uniek omdat micro-organismen planten op vele manieren kunnen ondersteunen: door de ontwikkeling van het wortelstelsel te bevorderen, voedingsstoffen om te zetten in beter opneembare vormen en bovendien insecten of schimmels te bestrijden. Daarom kunnen biostimulanten op basis van micro-organismen vaak ook geregistreerd worden als gewasbeschermingsmiddelen ^{[ 3, 4, 5]} . Beide groepen landbouwchemicaliën die hierboven zijn beschreven, werken op een zeer specifieke manier, zijn gemakkelijk biologisch afbreekbaar en veilig voor het milieu en de consument, en, het allerbelangrijkste, verhogen de gewasopbrengst zeer effectief ^{[ 3]} .

Biologische preparaten op basis van micro-organismen

Microbiologische gewasbeschermingsmiddelen vormen de meest gebruikte en onderzochte klasse van biopesticiden . Dit zijn preparaten die micro-organismen bevatten, zoals bacteriën, schimmels en virussen.

Microbiologische pesticiden doden insectenlarven of remmen de onkruidgroei in akkers. Ze werken in op plantenpathogenen en plagen via verschillende mechanismen, zoals de productie van toxines, enzymsecretie, vluchtige stoffen, directe kolonisatie of consumptie door de gastheer. Ze kunnen veel verschillende soorten plagen bestrijden, hoewel elk afzonderlijk actief bestanddeel relatief specifiek is. Ze worden gekenmerkt door hun vermogen om zich na toepassing potentieel te vermenigvuldigen op gewassen. Ze bevorderen ook de plantengroei en verbeteren de gewaskwaliteit ^{[ 6]} .

Biostimulanten en gewasbeschermingsmiddelen op basis van Bacillus

Verschillende bacteriesoorten kunnen worden ingezet tegen bodemgebonden plantpathogenen, insectenplagen of plantparasitaire nematoden. Dit zijn sporevormende bacteriën, waaronder Bacillus (bijv. B. amyloliquefaciens, B. subtilis en B. thuringiensis ) en Streptomyces , maar ook niet-sporevormende soorten uit geslachten zoals Pasteuria en Pseudomonas ^{[ 2]} . Biostimulanten op basis van Bacillus- bacteriën nemen een speciale plaats in onder de microbiologische middelen die in de landbouw worden gebruikt. Ze bestaan ​​uit gevriesdroogde sporen gemengd met additieven enhulpstoffen (ondersteunende stoffen) en bieden planten een aantal voordelen ^{[ 7]} . De metabolische en genetische diversiteit van Bacillus spp . stelt hen in staat zich aan te passen aan verschillende omgevingsomstandigheden. Het is aangetoond dat bacteriën die met planten geassocieerd zijn, hun weerstand tegen stress verhogen, bijvoorbeeld door bodemverzouting of droogte. Ze zijn ook in staat fytohormonen (plantenhormonen) te produceren die een positief effect hebben op de groei en ontwikkeling van planten ^{[ 7].}

De sleutel tot succes: een goed voorbereide formule.

Het proces van het formuleren van biopesticidepreparaten leidt tot de creatie van het eindproduct door de microbiologische component te mengen met verschillende dragers en hulpstoffen voor een betere bescherming tegen omgevingsomstandigheden, een grotere overleving van biologische agentia en een verbeterde bioactiviteit en opslagstabiliteit ^{[ 6]} .

Biopesticideformuleringen kunnen worden onderverdeeld in vloeibare en droge typen . Vloeibare preparaten kunnen gebaseerd zijn op water, plantaardige oliën, esters op basis van deze oliën, vetalcoholen, lactiden of combinaties daarvan. Preparaten op waterbasis (suspensieconcentraten (SC), geconcentreerde emulsies (EW), capsulesuspensies (CS) , enz.) vereisen de toevoeging van inerte ingrediënten zoals dispergeermiddelen , emulgatoren , bevochtigingsmiddelen , verdikkingsmiddelen, reologiemodificatoren , crosslinkingmonomeren, kleurstoffen, antivriesmiddelen en extra voedingsstoffen. Afhankelijk van het type formulering omvat het formulatieproces eenvoudig of hogesnelheidsmengen, nat malen of in situ polymerisatie. Droge formuleringen (dispergeerbare poeders (WP) en dispergeerbare korrels (WG), korrels (GR) of tabletten (TB) voor directe toepassing , enz.) kunnen worden geproduceerd met behulp van verschillende technologieën zoals sproeidrogen, vriesdrogen, luchtdrogen, met of zonder gebruik van een wervelbed. Er zijn ook verschillende granulatietechnieken: natte granulatie door coating, droge granulatie door poederverdichting en -vermalen, evenals door extrusie en sferonisatie. Ook hier worden bindmiddelen, dragers, dispergeermiddelen, bevochtigingsmiddelen, enz. toegevoegd.

De meest populaire formuleringen van biopesticiden en biostimulanten zijn: SL, OD, CS en WP of WG. Zoals reeds vermeld, zijn micro-organismen bijzonder gevoelig voor externe factoren zoals zonnestraling, vocht of grote temperatuurschommelingen tijdens opslag, waardoor OD- en CS-formuleringen bijzonder geschikt voor hen zijn. Olie beschermt micro-organismen tegen UV-straling, isoleert ze tegen vocht en beschermt ze tegen temperatuurschommelingen. In CS-formuleringen zijn micro-organismen ingesloten in capsules, waardoor ze ook minder kwetsbaar zijn voor externe factoren. Endosporen of sporen van bacteriën en schimmels kunnen worden gedroogd, vandaar dat ze ook in WP- en WG-formuleringen voorkomen. De meeste extracten die als biostimulanten worden gebruikt, zijn goed oplosbaar in water en kunnen worden geconserveerd met conserveermiddelen, vandaar dat ze vaak in SL-formuleringen worden aangetroffen ^{[ 7, 8]} . De organismen die in de formuleringen worden gebruikt, zijn gesuspendeerd in een geschikte drager, die is aangevuld met additieven om de overleving te maximaliseren, de toepassing op het doelwit te optimaliseren en de organismen na toepassing te beschermen ^{[ 7, 8]} . De formuleringen bevatten een of meer actieve stoffen en een aantal extra ingrediënten om hun effectiviteit te verbeteren. Deze omvatten safeners (herbicidebeschermingsmiddelen), synergisten, dragers, verdikkings- en hechtmiddelen, bevochtigingsmiddelen en andere.

Formuleringsuitdagingen

De effectiviteit van biologische gewasbeschermingsmiddelen hangt grotendeels af van hun vorm. Deze preparaten, gebaseerd op natuurlijke stoffen, zijn veel gevoeliger voor omgevingsomstandigheden dan hun chemische tegenhangers. Dit geldt met name voor biostimulanten op basis van Bacillus- bacteriën. De industrie staat daarom voor een aantal uitdagingen op het gebied van formulering om ervoor te zorgen dat levende micro-organismen gedurende een lange periode effectief en stabiel blijven ^{[ 7, 8]} .

Gevoeligheid van micro-organismen voor omgevingsfactoren

Sommige micro-organismen zijn instabiel en degraderen snel bij blootstelling aan licht, lucht of hoge temperaturen. Een korte werkingsduur en variabele werkzaamheid beperken het aantal natuurlijke stoffen dat op de markt gebracht kan worden in de sector van gewasbeschermingsmiddelen. Een oplossing hiervoor is de ontwikkeling van stabielere en effectievere formuleringen die de levensvatbaarheid en werkzaamheid van derivaten maximaliseren, met name die van Bacillus . Micro-encapsulatie is een belangrijke vooruitgang. Bij dit proces worden sporen ingesloten in een beschermende matrix die ze beschermt tegen omgevingsstressoren. De coating degradeert geleidelijk, waardoor de bacteriën op de juiste plaats en tijd vrijkomen ^{[ 8]} .

Gecontroleerde afgifte van de werkzame stof

Gecontroleerde afgifte van werkzame stoffen verhoogt hun effectiviteit, waardoor de noodzaak voor frequente toepassingen afneemt en de totale kosten dalen. Een van de meest gebruikte oplossingen is het eerdergenoemde gebruik van microcapsules. Er worden ook speciale matrices gebruikt die het ingrediënt vrijgeven als reactie op specifieke stimuli, zoals veranderingen in pH of luchtvochtigheid. Een interessante oplossing is het gebruik van polymere dragers. Het gebruik van biologisch afbreekbare polymeren als dragers voor gerichte en gecontroleerde toediening van stoffen aan planten via bladeren of wortels is zeer veelbelovend ( ). De afgifte vindt langzaam plaats doordat het polymeer (afhankelijk van de locatie) wordt afgebroken door zonlicht of bodemmicroflora. De afgiftesnelheid van biopesticiden kan worden gereguleerd door verschillende monomeren en crosslinking-additieven te gebruiken en de juiste verhouding te kiezen. Een even interessant voorbeeld is het gebruik van nanoporeuze structuren ^{[ 8, 9]} .

Introductie van nanoformuleringen op de markt

Nanotechnologie heeft de potentie om nieuwe oplossingen te bieden voor het verhogen van de effectiviteit van biopesticiden. Een voorbeeld hiervan is de ontwikkeling van nanometrische coatings die het actieve bestanddeel beschermen tegen externe factoren. Vooruitgang in de ontwikkeling van nano-emulsies biedt interessante mogelijkheden. In dit geval is de werkzame stof verspreid in een vloeibare drager. Dergelijke preparaten kenmerken zich door een grotere dispergeerbaarheid, waardoor een gelijkmatige bedekking van planten mogelijk is. Bovendien zorgt hun kleine formaat voor een betere penetratie en een meer gerichte werking.

De introductie van nanoformuleringen op de markt is een grote kans, maar brengt ook een aantal uitdagingen en twijfels met zich mee. Een van de belangrijkste is de relatief hoge productiekosten, evenals de nog onbekende langetermijneffecten van de introductie van nanomaterialen in het milieu ^{[ 8]} .

Multifunctionele formules voor een complete gewasbescherming.

Een interessante richting in de ontwikkeling van biopesticideformuleringen is de synergetische combinatie van Bacillus- stammen met andere biologische bestrijdingsmiddelen of biostimulanten om multifunctionele preparaten te creëren die een alomvattende plantenbescherming bieden en de plantengroei ondersteunen. Verschillende stammen hebben verschillende effecten en eigenschappen, en de combinatie ervan biedt een algehele ondersteuning voor de plant. Bovendien kan de toevoeging van andere ondersteunende ingrediënten, zoals humuszuur of algenextracten, de werking van de bacteriën verder versterken. ^{[ 3, 6, 7]}

PCC Exol als leverancier van oplossingen voor de formulering van biopesticiden en biostimulanten.

De fabrikant van oppervlakteactieve stoffen PCC Exol ondersteunt de landbouwsector al vele jaren met zijn producten en technisch advies. We zijn ook voortdurend op zoek naar optimale oplossingen voor de hierboven beschreven biopesticide- en biostimulantformuleringen, en daarom kunnen we diverse van onze producten voor deze categorieën aanbevelen.

Voor SL-formuleringen bieden we een ruime keuze aan bevochtigingsmiddelen, sprayvormings- en retentieversterkers en bladcuticula-penetranten die de absorptie verhogen . Al deze producten zijn gemakkelijk biologisch afbreekbaar en milieuvriendelijk. Als bevochtigingsmiddelen bevelen we met name producten aan die specifiek voor dit doel zijn ontwikkeld, zoals EXOwet D15 , EXOwet L5, EXOwet T7 en EXOwet OS . Veel producten van de ROKAnol groep hebben ook goede bevochtigingseigenschappen, zoals NL8P4 , L5P5 , de DB-serie, de GA-serie en de ID-serie. Als middelen die de sprayvorming en -retentie verbeteren, bevelen we de ROKAmer serie aan, waaronder ROKAmer G4300 en G3800 , en in het bijzonder ROKAmer 6500 of de watergebaseerde en handigere versie, ROKAmer 6500W . Als penetranten voor de bladcuticula bevelen we producten aan op basis van onverzadigde vetzuren of vetalcoholen met een gemiddelde HLB-waarde : ROKAcet O7 of ROKAnol O10 ^[10] . In OD-formuleringen is het noodzakelijk om te zorgen voor een adequate suspensiestabiliteit en emulgering van de oliefase na toevoeging aan water. Daarom werken oppervlakteactieve stoffen die beide functies combineren goed. Bovendien mogen deze oppervlakteactieve stoffen geen micro-organismen schaden. Daarom adviseren wij voor deze formulering het volgende: ROKAcets uit de R-serie en de productgroepen ROKwin en ROKwinol , die ook een positief effect hebben op de eigenschappen van de spray en de effectiviteit van het spuiten verhogen ^{[ 10]} .

In de CS-formulering moet een adequate emulgering van de oliefase tijdens interfaciale of in situ polymerisatie worden gewaarborgd. Dit vereist een nauwkeurige selectie van emulgatoren en beschermende colloïden, anders zullen de micellen samenklonteren en zullen de capsules een ongeschikte grootte hebben. Bovendien doden veel van de oplosmiddelen en emulgatoren die worden gebruikt voor het inkapselen van conventionele stoffen micro-organismen. Daarom worden plantaardige oliën en geschikte emulgatoren het meest gebruikt. Na het inkapselingsproces moeten geschikte bevochtigingsmiddelen en waterdispergeermiddelen worden toegevoegd. Dezelfde ROKAnols of ROKAmers die in SL-formuleringen worden gebruikt, kunnen als bevochtigingsmiddelen worden toegepast. ROKAmers stabiliseren de suspensie bovendien door als co-dispergeermiddel te fungeren. Wij adviseren EXOfos PT K25 of PT K60, SULFOROKAnol TSP95, EXOdis PC40 , Rodys OP en Rodys KP ^{[ 10]} als dispergeermiddelen.

PCC Exol biedt ook technisch advies bij het oplossen van diverse formulatieproblemen en ontwikkelt op verzoek van klanten nieuwe producten of varianten daarvan. Wij nodigen u van harte uit om onze productcatalogus te bekijken en contact met ons op te nemen.