Sintesis de microesferas de quitosano para encapsular y liberar fertilizante.

DIMA JIMENA B.; SEQUEIROS CYNTHIA; ZARITZKY N. E.

La Plata

Jornada; Cuartas Jornadas de Investigacion y Transferencia de la Facultad de Ingenieria 2017; 2017

Facultad de Ingenieria Univ Nacional de La Plata

El nitrógeno es una de las fuentes de nutrición vegetal más ampliamente utilizadas a nivel mundial y la que más impacto ejerce sobre la producción de cultivos. Una planta deficiente de nitrógeno no puede hacer un óptimo uso de la luz solar, por lo que se ve afectada la capacidad de aprovechamiento y absorción de nutrientes, limitando su crecimiento y desarrollo adecuado. La urea es un fertilizante sintético de costo relativamente bajo que constituye una importante fuente de nitrógeno para los cultivos. Sin embargo es muy soluble en agua e higroscópica; no es tan estable como otros fertilizantes nitrogenados sólidos y se descompone incluso a temperatura ambiente, en particular en una atmósfera húmeda, liberando amoníaco y dióxido de carbono, lo que provoca pérdidas del fertilizante contribuyendo a una contaminación ambiental severa, que incluye degradación de los suelos y de las fuentes de agua, eutrofización de los ecosistemas marítimos, etc. En los últimos años, los productos de liberación controlada de sustancias activas han cobrado especial interés en el campo de los agroquímicos; permiten proporcionar la cantidad de fertilizante correcta, en el lugar adecuado y durante el tiempo conveniente. Además minimiza, y en algunos casos evita, que se alcancen concentraciones que pueden resultar tóxicas para las plantas. El quitosano (QS) es un biopolímero natural biodegradable, biocompatible presente en los caparazones de crustáceos y constituido por unidades de β(1-4)-2-amino-2-desoxi-D-glucosa. Se obtiene a partir de desechos de la industria pesquera y ha sido utilizado en el control de enfermedades en las plantas. Inhibe el crecimiento y desarrollo de hongos y es activo contra virus y bacterias. Microesferas de quitosano pueden constituirse en un sistema de liberación controlada adecuado para fertilizantes nitrogenados. El objetivo del presente trabajo ha sido sintetizar y evaluar la eficiencia de microesferas de quitosano en la encapsulación y liberación de urea. El quitosano se obtuvo a partir de desechos de exosqueletos de langostinos. Para la obtención de quitina los exoesqueletos molidos fueron despigmentados, descalcificados y desproteinizados. Para la obtención de quitosano la quitina fue desacetilada con NaOH al 50% a 120ºC. Asimismo se caracterizó su grado de desacetilación (método potenciométrico y espectroscopía infrarroja (FTIR) y el peso molecular por viscosimetría capilar utilizando la ecuación de Mark-Houwink.Para sintetizar microesferas de quitosano se preparó una solución de quitosano 1% en ácido acético (pH = 4,3) sin agregado de urea. Por goteo se adicionó dicha solución, a una solución de: i) TPP/Urea a diferentes concentraciones de la misma (1, 2 y 3%) y ii) NaOH 1% en etanol al 26% con iguales concentraciones de urea. En todos los casos se agregaron 2 ml de la solución conteniendo QS a 20 ml de solución receptora, bajo agitación suave a temperatura ambiente. Al entrar en contacto el QS con la solución se formaron microesferas. Éstas se filtraron, enjuagaron con agua destilada y se liofilizaron. En ambos sistemas se elaboraron esferas sin urea como controles. La concentración de nitrógeno en las microesferas se determinó utilizando un analizador elemental de C y N (CHN628 Series Elemental Analysis LECO). La concentración de urea encapsulada en las microesferas se expresó como gramos de Urea/g de QS (gU/gQS). Asimismo, se realizaron observaciones por Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). La eficiencia de encapsulación se incrementó con el aumento de urea en la solución, variando de 0,10 a 0,30 gU/gQS para la matriz de QS-TPP/urea y de 0,29 a 0,82 gU/gQS para la matriz de QS-NaOH/urea, para concentraciones de urea entre 1 y 3% respectivamente. En todos los casos el diámetro de la esfera formada fue de 2 mm. Una vez liofilizadas, las microesferas disminuyeron su tamaño en un 72%. La menor eficiencia de encapsulación de nitrógeno en la matriz con TPP podría deberse a una competencia entre el TPP (con carga negativa) y la urea por los grupos positivos del QS. Se realizaron ensayos de liberación de urea a partir de las microesferas sintetizadas en función del tiempo. Las microesferas liofilizadas se colocaron en 20 ml de agua destilada. A diferentes tiempos de contacto (3, 6, 12, 24, 48 y 72h) las esferas se recolectaron, se midieron sus tamaño (grado de hinchamiento) y contenido de Nitrógeno. Para las microesferas QS-TPP/urea, el valor de nitrógeno ureico encapsulado disminuyó en un 55,6% con respecto al valor inicial en las primeras 6h y un 75% a las 48h de contacto con el agua. En el caso del QS-NaOH/urea el valor de nitrógeno ureico disminuyó en un 39,5% en las primeras 6 h, manteniéndose estable durante 48h. Los resultados obtenidos indican que el QS resultó efectivo para la encapsulación de urea, analizándose la eficiencia y capacidad de liberación en diversos sistemas de síntesis de microesferas. Esto permitirá realizar aportes en el área de biopolímeros que se obtienen a partir de desechos industriales y contribuir al desarrollo de tecnologías ligadas a la protección del medio ambiente y mejora de los suelos.