Encapsulamento de Trichoderma harzianum em matrizes à base de nanocelulose e carboximetilcelulose para aplicação na agricultura
| dc.contributor.advisor1 | Farinas, Cristiane Sanchez | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9933650905615452 | por |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-9985-190X | por |
| dc.contributor.author | Wolf, Mariana Govoni Brondi | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/2753123048179923 | por |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0002-2228-8960 | por |
| dc.date.accessioned | 2023-07-24T18:20:35Z | |
| dc.date.available | 2023-07-24T18:20:35Z | |
| dc.date.issued | 2023-06-21 | |
| dc.description.abstract | Microbial inoculants are a sustainable alternative to increase agricultural productivity and reduce environmental and health problems caused by the exacerbated use of agrochemicals. These bio-based products are formulations with living microorganisms that are able to increase the productivity of vegetal crops. Nevertheless, for the commercial success of these bioproducts, some challenges still need to be overcome, particularly those related to increasing the inoculant shelf life, and its protection during storage and after its application. In this sense, a suitable formulation plays a crucial role in the survival and efficacy of inoculants. For instance, encapsulating microorganisms in natural polymeric matrices has shown promising results in meeting the requirements for a good formulation. These materials have advantages such as biocompatibility, biodegradability, renewability and can be used as a nutrient source by microorganisms. In this context, although still underexplored for this type of application, the evaluation of cellulose-based materials, such as carboxymethyl cellulose or nanocellulose, may result in positive outcomes on increasing microbial inoculants protection. Therefore, the objective of this thesis was to assess the use of cellulose nanocrystals (CNC) and the CNC:carboxymethyl cellulose (CNC:CMC) composite for increasing the shelf-life and protection of the fungus Trichoderma harzianum, a well-known microbial inoculant mainly due to its effect as a biocontrol agent. To this end, dispersions of 5% (w/v) CNC and a 5% (w/v) CNC mixed with a 1.5% (w/v) CMC at a volumetric ratio of 3:1 (CNC:CMC), containing a spore concentration of 109 spores/g of polymers, were dripped to a crosslinking solution of CaCl2 (1 M). After coagulation, the viability of the microorganism was evaluated, and the produced beads were stored wet under refrigeration (4 °C). Characterizations such as X-ray microtomography and scanning electron microscopy (SEM) showed a good dispersion of the polymers in the encapsulating matrices, as well as the presence of the microorganism on the capsules’ surface. Shelf-life experiments highlighted that both matrices were able to reduce the mortality of encapsulated spores compared to the free microorganism (stored under the same conditions) after 9 and 12 months of storage. Additionally, the encapsulation increased the fungus protection when exposed to a temperature of 40 °C, a direct UV-C radiation, and during the contact with a commercial fungicide. Furthermore, after 1 year of storage, the biocontrol action of T. harzianum against the phytopathogen Fusarium solani remained preserved. Thus, the evaluated materials proved to be efficient in enhancing the protection of microbial inoculants, offering an interesting alternative for the formulation of these materials and for moving agriculture towards more sustainable practices aligned with the concepts of bioeconomy and climate change concerns. | eng |
| dc.description.resumo | Inoculantes microbianos são uma alternativa sustentável para se aumentar a produtividade agrícola e reduzir os problemas ambientais e de saúde causados pelo uso exacerbado de produtos agroquímicos. Estes bioprodutos são formulações com microrganismos vivos que são capazes de aumentar o crescimento e o desenvolvimento das plantas. No entanto, para que os inoculantes tenham sucesso comercial, alguns desafios precisam ser enfrentados, tais como o aumento da vida útil desses bioprodutos e a proteção dos microrganismos após a aplicação no solo. Nesse sentido, uma formulação adequada desempenha um papel crucial na sobrevivência e eficácia dos inoculantes. O encapsulamento de microrganismos em matrizes de polímeros naturais tem se mostrado uma solução promissora em atender esses requisitos. Ademais, esses materiais apresentam vantagens como biocompatibilidade, biodegradabilidade, são renováveis e podem ser utilizados como fonte de nutrientes pelos microrganismos. Embora ainda pouco explorados para esse tipo de aplicação, a avaliação de materiais obtidos a partir da celulose, tais como a carboximetilcelulose ou a nanocelulose, podem apresentar resultados interessantes no aumento da proteção de inoculantes. Desse modo, esta tese teve como objetivo avaliar o uso de nanocristais de celulose (CNC) e do compósito CNC:carboximetilcellulose (CNC:CMC) no aumento do tempo de prateleira e da proteção do fungo Trichoderma harzianum, um inoculante microbiano muito reportado na literatura, principalmente devido a sua ação como agente de controle biológico. Para tanto, dispersões de 5% (m/v) CNC e a mistura de 5% (m/v) CNC com 1,5% (m/v) CMC na razão volumétrica de 3:1 (CNC:CMC), contendo uma concentração de esporos de 109 esporos/g polímeros foram gotejadas em uma solução reticulante de CaCl2 (1 M). Após a coagulação, a viabilidade do microrganismo foi avaliada e as esferas produzidas foram armazenadas úmidas e sob refrigeração (4 °C). Caracterizações como microtomografia de raio-X e microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram a boa dispersão dos polímeros nas matrizes de encapsulamento, além da presença do microrganismo na superfície do material. Experimentos de tempo de prateleira ressaltaram que ambas as matrizes foram capazes de reduzir a mortalidade dos esporos encapsulados em comparação com o microrganismo livre (armazenado nas mesmas condições) após até 12 meses de armazenamento. O encapsulamento também foi capaz de aumentar a proteção do microrganismo contra a exposição prolongada a temperatura de 40 °C, a incidência direta de radiação UV-C e ao contato com um fungicida químico comercial. Além disso, após 1 ano de armazenamento, a ação de biocontrole do T. harzianum contra o fitopatógeno Fusarium solani manteve-se preservada. Sendo assim, os materiais aqui avaliados se mostraram eficientes no aumento da proteção de inoculantes microbianos, mostrando-se uma alternativa interessante para a formulação desses materiais e para fazer com que a agricultura caminhe no sentido de práticas mais sustentáveis, alinhadas aos conceitos de bioeconomia. | por |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
| dc.description.sponsorshipId | CNPq processo n° 141303/2019-0 | por |
| dc.description.sponsorshipId | CAPES financiamento 001 | por |
| dc.identifier.citation | WOLF, Mariana Govoni Brondi. Encapsulamento de Trichoderma harzianum em matrizes à base de nanocelulose e carboximetilcelulose para aplicação na agricultura. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/18304. | por |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/18304 | |
| dc.language.iso | eng | por |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | por |
| dc.publisher.initials | UFSCar | por |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Nanocelulose | por |
| dc.subject | Carboximetilcelulose | por |
| dc.subject | Inoculantes microbianos | por |
| dc.subject | Encapsulamento | por |
| dc.subject | Tempo de prateleira | por |
| dc.subject | Trichoderma harzianum | por |
| dc.subject | Nanocellulose | eng |
| dc.subject | Carboxymethylcellulose | eng |
| dc.subject | Microbial inoculant | eng |
| dc.subject | Encapsulation | eng |
| dc.subject | Shelf-life | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | por |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | por |
| dc.title | Encapsulamento de Trichoderma harzianum em matrizes à base de nanocelulose e carboximetilcelulose para aplicação na agricultura | por |
| dc.title.alternative | Encapsulation of Trichoderma harzianum in nanocellulose and carboxymethyl cellulose based matrices for agricultural applications | eng |
| dc.type | Tese | por |
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