BR102012029862A2

BR102012029862A2 - PROCESS OF PREPARATION OF A BIOCOMPOSITION FOR IMMOBILIZATION OF VEGETABLE GROWTH PROMOTING BACTERIA FOR USE AS AN INOCULANT IN AGRICULTURAL CROPS

Info

Publication number: BR102012029862A2
Application number: BR102012029862A
Authority: BR
Inventors: Luiz Martinez De Oliveira André; Mali De Oliveira Suzana; Ricardo Franco Marcelino Paulo
Original assignee: Universidade Estadual De Londrina
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2017-06-20

Abstract

processo de preparo de um bíocompõsíto para imobilização de bactérias promotoras oo crescimento vegetal para uso como inoculante em culti vos agricolas 5 a presente invenção refere-se a um sistema de veiculação de bactérias promotoras do crescimento vegetal, dito inoculante, constituldo por um biocompósito obtido pelo processo de extrusão a quente a partir de biopolímeros e nutrientes minerais. a formulação biocompôsito da presente invenção proporciona a estabilidade e viabilidade das células bacterianas imobilizadas nesta matriz previamente ao seu uso como inoculante, e oferece uma fonte de nutrientes que favorecem a pronta proliferação das células veiculadas quando aplicado como inoculante agrícola, aumentando a eficiência da inoculação e diminuindo a necessidade de aplicação de fertilizantes. 1óA process for the preparation of a biocompound for the immobilization of plant growth promoter bacteria for use as an inoculant in agricultural crops. The present invention relates to a plant for the promotion of plant growth promoting bacteria, said inoculant, constituted by a biocomposite obtained by the plant. hot extrusion process from biopolymers and mineral nutrients. The biocomposite formulation of the present invention provides the stability and viability of the bacterial cells immobilized in this matrix prior to their use as inoculant, and provides a source of nutrients that favor the prompt proliferation of the transmitted cells when applied as an agricultural inoculant, increasing inoculation efficiency and reducing the need for fertilizer application. 13th

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção Processo de Preparo de um Biocompósito para Imobilização de Bactérias Promotoras do Crescimento Vegetal para Uso como ÍNOCULANTE EM CULTIVOS AGRÍCOLAS Campo da Invenção A presente invenção refere-se a um sistema de veiculação de bactérias promotoras do crescimento vegetal, dito inoculante, constituído por um biocompósito obtido pelo processo de extrusão a quente a partir de biopolímeros e nutrientes minerais. A formulação biocompósito da presente invenção proporciona a estabilidade e viabilidade das células bacterianas imobilizadas nesta matriz previamente ao seu uso como inoculante, e oferece uma fonte de nutrientes que favorecem a pronta proliferação das células veiculadas quando aplicado como inoculante agrícola, aumentando a eficiência da inoculação e diminuindo a necessidade de aplicação de fertilizantes. A presente invenção situa-se no campo da agronomia, microbiologia, ecologia, biologia.Field of the Invention The present invention relates to a plant for the promotion of plant growth-promoting bacteria, said inoculant. , consisting of a biocomposite obtained by the hot extrusion process from biopolymers and mineral nutrients. The biocomposite formulation of the present invention provides the stability and viability of the bacterial cells immobilized in this matrix prior to their use as inoculant, and provides a source of nutrients that favor the prompt proliferation of the carrier cells when applied as an agricultural inoculant, increasing inoculum efficiency and reducing the need for fertilizer application. The present invention is in the field of agronomy, microbiology, ecology, biology.

Antecedentes da Invenção O cenário atual da agricultura apresenta-se em transição, na busca de novas estratégias de produção capazes de diminuir a dependência de insumos químicos, e aliada à garantia de manutenção e/ou do aumento dos parâmetros atuais de produtividade, necessários para prover a crescente demanda mundial por produtos agrícolas. Uma das alternativas que se apresenta a este cenário é o desenvolvimento de tecnologias fundamentadas em interações benéficas entre as diferentes espécies agrícolas cultivadas e micro-organismos pertencentes a grupos taxonômicos distintos, os quais favorecem o desenvolvimento vegetal provendo completa ou parcialmente a necessidade nutricional das culturas, ou a sua proteção contra estresses bióticos e abióticos. A tecnologia de inoculação de cultivos comerciais com bactérias promotoras do crescimento vegetal ainda é subaproveitada no Brasil, e está longe de ter todo o seu potencial utilizado pelo setor agropecuário nacional. A utilização de inoculantes microbianos em cultivos comerciais no Brasil fundamenta-se majoritariamente na relação rizóbio-soja, onde trabalhos de melhoramento de cultivares e seleção de estirpes microbianas levaram à eliminação do uso de fertilizantes nitrogenados na sojicultura. Entretanto, pesquisas realizadas em todo o mundo demonstram o uso potencial de microorganismos para o fornecimento de nitrogênio, fósforo, a proteção dos cultivos contra fungos fitopatogênicos, para as mais importantes espécies agrícolas.BACKGROUND OF THE INVENTION The current agricultural scenario is in transition, in search of new production strategies capable of reducing the dependence on chemical inputs, together with the guarantee of maintenance and / or the increase of the current productivity parameters, necessary to provide growing world demand for agricultural products. One of the alternatives to this scenario is the development of technologies based on beneficial interactions between the different cultivated agricultural species and microorganisms belonging to different taxonomic groups, which favor the plant development, providing completely or partially the nutritional need of the crops, or your protection against biotic and abiotic stresses. The technology of inoculating commercial crops with plant growth promoting bacteria is still underused in Brazil, and is far from having its full potential used by the national agricultural sector. The use of microbial inoculants in commercial crops in Brazil is based mainly on the rhizobium-soybean relationship, where work on cultivation and selection of microbial strains led to the elimination of the use of nitrogen fertilizers in soybean. However, research worldwide demonstrates the potential use of microorganisms to supply nitrogen, phosphorus, crop protection against phytopathogenic fungi for the most important agricultural species.

Estes micro-organismos são geralmente denominados de Bactérias Promotoras do Crescimento Vegetal (BPCV), e não formam associações simbióticas clássicas como observadas entre os pares rizóbio-leguminosa. BPCVs em geral colonizam a rizosfera, a superfície de diferentes tecidos vegetais (raízes, folhas), ou podem habitar tecidos internos das plantas às quais se associam (ambiente endofítico). A localização específica de uma BPCV sobre sua hospedeira é dependente de fatores ainda pouco conhecidos, entretanto dependente de compatibilidade genótipo-genótipo (BPCV-hospedeira) e fatores edafoclimáticos. As técnicas desenvolvidas para a inoculação de BPCVs em plantas não-leguminosas derivam do conhecimento adquirido para a inoculação de rizóbios em leguminosas. A capacidade de colonização destas BPCVs inoculadas depende em parte de sua sobrevivência em elevadas populações junto ao propágulo vegetal, até que este último se desenvolva e proporcione as condições necessárias para uma associação eficiente.These microorganisms are commonly referred to as Plant Growth Promoting Bacteria (BPCV), and do not form classic symbiotic associations as observed between the rhizobium-legume pairs. BPCVs usually colonize the rhizosphere, the surface of different plant tissues (roots, leaves), or may inhabit the internal tissues of the plants to which they associate (endophytic environment). The specific location of a BPCV over its host is dependent on factors that are still poorly understood, but it is dependent on genotype-genotype (host BPCV) compatibility and edaphoclimatic factors. The techniques developed for inoculation of BPCVs in non-legume plants derive from the knowledge acquired for the inoculation of rhizobia in legumes. The colonization capacity of these inoculated BPCVs depends in part on their survival in high populations next to the plant propagule until the latter propagates and provides the necessary conditions for efficient association.

Diversos fatores influenciam a ocorrência de uma associação eficiente entre os microrganismos promotores do crescimento vegetal e seus respectivos hospedeiros. A heterogeneidade e variabilidade, encontrada nos diferentes ambientes agrícolas, dificultam a colonização e o estabelecimento de bactérias exóticas, que devem competir com microrganismos nativos, portanto melhor adaptados, além de sobreviver ao ataque de outros organismos predadores. Esta variabilidade na capacidade de estabelecimento de uma estirpe inoculante depende do tipo de solo e sua microbiota nativa, das espécies vegetais presentes, da densidade de inóculo e das condições edafoclimáticas. Tais fatores atuam no declínio progressivo da densidade populacional dos microrganismos introduzidos, e podem levar ao insucesso na elicitação das respostas pretendidas (Kim et ai, 1997; Bashan, 1998; 0’Callaghan et al., 2001; Strigul e Kravchenko, 2006). Os métodos utilizados para a identificação da compatibilidade entre pares associativos ainda são empiricamente determinados através de ensaios de inoculação, aonde são estudadas principalmente as variáveis agronômicas, em detrimento das microbiológicas e ambientais. Neste contexto, o desenvolvimento de formulações inoculantes para a veiculação de BPCVs que favoreçam a sobrevivência dos micro-organismos selecionados em elevada densidade sob condições de campo, que apresentem um tempo de armazenamento prolongado e proteção contra os fatores deletérios do solo, associando ainda baixo custo e facilidade de produção com o uso de materiais renováveis e biodegradáveis, pode aumentar a eficiência desta tecnologia em cultivos comerciais (Bashan et al., 2008).Several factors influence the occurrence of an efficient association between plant growth promoting microorganisms and their respective hosts. The heterogeneity and variability found in different agricultural environments make colonization and establishment of exotic bacteria difficult, which must compete with native microorganisms, therefore better adapted, and survive the attack of other predatory organisms. This variability in the establishment capacity of an inoculant strain depends on the type of soil and its native microbiota, the present plant species, the inoculum density and the edaphoclimatic conditions. Such factors act in the progressive decline in the population density of the introduced microorganisms, and may lead to failure to elicit the intended responses (Kim et al, 1997; Bashan, 1998; O'Callaghan et al., 2001; Strigul and Kravchenko, 2006). The methods used to identify the compatibility between associative pairs are still empirically determined through inoculation assays, where agronomic variables are studied, to the detriment of microbiological and environmental ones. In this context, the development of inoculant formulations for the transmission of BPCVs that favor the survival of selected microorganisms in high density under field conditions, which have a prolonged storage time and protection against deleterious soil factors, associating low cost. and ease of production using renewable and biodegradable materials can increase the efficiency of this technology in commercial crops (Bashan et al., 2008).

Os inoculantes comercializados no Brasil são produzidos a partir de estirpes que apresentam elevada eficiência econômica, basicamente em duas formulações: inoculantes líquidos e inoculantes turfosos. Este mercado de inoculantes é bastante seletivo, concentrando cerca de 99% das doses comercializadas para a cultura da soja em formulações líquidas (MAPA). Historicamente as formulações inoculantes vêm sendo preparadas em veículos sólidos, basicamente a partir da turfa. A turfa é um material escuro, esponjoso, formado pela decomposição anaeróbica lenta de restos vegetais de diferentes origens e em diferentes estádios de decomposição, apresentando mais de 90% de matéria orgânica em sua composição. A sua produção comercial ocorre através da extração em jazidas turfosas, sendo que a composição química dá turfa extraída pode ser bastante variável. É, portanto, um produto oriundo de fonte não renovável, e que requer tratamento prévio ao uso como veículo carreador de células microbianas com finalidade de uso como inoculante agrícola. Por outro lado, os inoculantes líquidos apresentam problemas de transporte e armazenamento, além de existirem evidências sobre a ocorrência de baixa eficiência destas formulações em certas condições edafoclimáticas, como as encontradas no cerrado brasileiro, por exemplo (Hungria et al., 2005).Inoculants sold in Brazil are produced from strains that have high economic efficiency, basically in two formulations: liquid inoculants and peat inoculants. This inoculant market is very selective, concentrating about 99% of the commercialized soybean cultivation doses in liquid formulations (ABPM). Historically inoculant formulations have been prepared in solid vehicles, basically from peat. Peat is a dark, spongy material formed by the slow anaerobic decomposition of plant debris from different origins and at different stages of decomposition, with over 90% organic matter in its composition. Its commercial production occurs through extraction in peat deposits, and the chemical composition gives extracted peat can be quite variable. It is therefore a product from a non-renewable source and requires prior treatment for use as a carrier vehicle for microbial cells for use as an agricultural inoculant. On the other hand, liquid inoculants present transport and storage problems, and there is evidence of the low efficiency of these formulations under certain edaphoclimatic conditions, such as those found in the Brazilian cerrado, for example (Hungria et al., 2005).

Uma das estratégias mais recorrentes apresentadas como alternativa ao uso de inoculantes líquidos e turfosos é o uso de misturas poliméricas. Dentre os biopolímeros apresentados, estão carboximetilcelulose, alginato, e amido. Estes polímeros são utilizados para a formação de microcápsulas utilizando diferentes processos, incluindo a extrusão a frio. A imobilização de células microbianas em uma matriz polimérica apresenta vantagens consideráveis sobre a inoculação direta no solo ou nas sementes, entretanto alguns fatores devem ser considerados, principalmente aqueles relacionados ao custo da formulação (Bashan et al., 2008). O principal objetivo a ser alcançado pela encapsulação de PGPB, é a proteção das células de um ambiente desfavorável como o solo, reduzindo a predação e a competição com os microrganismos nativos, promovendo sua liberação gradual e contínua, facilitando assim a colonização das raízes das plantas cultivadas (Bashan, 1986; Young et al., 2006).One of the most recurrent strategies presented as an alternative to the use of liquid and peaty inoculants is the use of polymeric mixtures. Among the biopolymers presented are carboxymethylcellulose, alginate, and starch. These polymers are used for microcapsule formation using different processes, including cold extrusion. The immobilization of microbial cells in a polymeric matrix has considerable advantages over direct inoculation in soil or seeds, however some factors should be considered, especially those related to the cost of formulation (Bashan et al., 2008). The main objective to be achieved by PGPB encapsulation is to protect cells from an unfavorable soil environment, reducing predation and competition with native microorganisms, promoting their gradual and continuous release, thus facilitating colonization of plant roots. cultivated (Bashan, 1986; Young et al., 2006).

Entre as estratégias para a compatibilização de misturas complexas está o processo de extrusão de materiais sólidos a alta temperatura. Algumas vantagens podem ser obtidas através do processo de extrusão à quente (Chokshi e Zia, 2004), como a obtenção de um material de composição homogênea, a partir de substâncias que dificultam a reticulação de polímeros biológicos. Este processo vem sendo aplicado com sucesso na obtenção de espumas biodegradáveis produzidas a partir de amido, com aplicações direcionadas à substituição de derivados de petróleo (Chiellini et al., 2009). A aplicação de polímeros biodegradáveis com base no amido possui, entretanto, aplicação restrita, devido à elevada capacidade de interação deste polissacarídeo com moléculas de água, que enfraquecem e deterioram as propriedades funcionais destes materiais. A utilização de materiais de reforço como fibras vegetais, minerais na fração argila, glicerol entre outros vem demonstrando um grande potencial para a melhoria das propriedades funcionais das espumas biodegradáveis baseadas no amido obtidas por extrusão (Mali et al., 2010). O processo industrial de moldagem por extrusão a quente possibilita assim a produção de misturas estáveis contendo fibras vegetais (cana-de-açúcar), glicerol, amido, pó de rocha, óleos vegetais e outras substâncias, que podem ser exploradas na obtenção de uma matriz para a imobilização de micro-organismos promotores do crescimento de plantas, servindo como veículo inoculante de alta eficiência. O veículo inoculante assim obtido pode ainda ser adicionado de micronutrientes e outros fatores nutricionais que possam levar ao aumento da produtividade das plantas tratadas com tal mistura polimérica inoculante.Strategies for compatibilizing complex mixtures include the extrusion process of solid materials at high temperature. Some advantages can be obtained through the hot extrusion process (Chokshi and Zia, 2004), such as obtaining a material of homogeneous composition from substances that hinder the cross-linking of biological polymers. This process has been successfully applied to obtain biodegradable foam made from starch, with applications directed to the substitution of petroleum derivatives (Chiellini et al., 2009). The application of starch-based biodegradable polymers has, however, restricted application due to the high interaction capacity of this polysaccharide with water molecules, which weaken and deteriorate the functional properties of these materials. The use of reinforcing materials such as vegetable fibers, minerals in the clay fraction, glycerol among others has shown great potential for improving the functional properties of extruded starch-based biodegradable foams (Mali et al., 2010). The industrial hot extrusion molding process thus enables the production of stable mixtures containing vegetable fibers (sugarcane), glycerol, starch, rock dust, vegetable oils and other substances which can be exploited to obtain a matrix. for the immobilization of plant growth promoting microorganisms, serving as a high efficiency inoculant vehicle. The inoculant vehicle thus obtained may further be added with micronutrients and other nutritional factors that may lead to increased productivity of plants treated with such an inoculant polymer mixture.

Diferentemente dos processos de imobilização de micro-organismos inoculantes em matrizes de alginato e carboximetilcelulose, a utilização de um compósito obtido pelo processo de extrusão não se caracteriza como um veículo inerte para a entrega de micro-organismos selecionados em um ambiente agrícola. A utilização de materiais de fácil decomposição como o amido, glicerol e sacarose, em uma formulação para a imobilização de células bacterianas promove a multiplicação celular dos micro-organismos veiculados quando condições adequadas de umidade são disponibilizadas, essencialmente quando de seu uso em campo agrícola. A formulação biocompósito proporciona a estabilidade e viabilidade das células bacterianas imobilizadas nesta matriz previamente ao seu uso como inoculante, e oferece uma fonte de nutrientes que favorecem a pronta proliferação das células veiculadas quando aplicado como inoculante agrícola, aumentando a eficiência da inoculação e diminuindo a necessidade de aplicação de fertilizantes. A densidade de células viáveis por unidade de peso da formulação biocompósito é diminuída em 1000 vezes em comparação à turfa, o veículo sólido mais utilizado em formulações inoculantes agrícolas, sem diminuir a eficiência da inoculação, uma vez que ocorre a proliferação de células bacterianas após a introdução do inoculante no ambiente de cultivo. O uso do processo de extrusão a quente para a formação de um veículo que imobilize as células da estirpe inoculante, favorecendo a sua sobrevivência junto à planta hospedeira e consequentemente aumentando a eficiência da inoculação com BPCV, não foi ainda descrito na literatura.Unlike the processes of immobilization of inoculant microorganisms in alginate and carboxymethylcellulose matrices, the use of a composite obtained by the extrusion process is not characterized as an inert vehicle for the delivery of selected microorganisms in an agricultural environment. The use of easily decomposable materials, such as starch, glycerol and sucrose, in a formulation for the immobilization of bacterial cells promotes the cellular multiplication of the transmitted microorganisms when adequate humidity conditions are available, especially when used in the agricultural field. The biocomposite formulation provides the stability and viability of the bacterial cells immobilized in this matrix prior to their use as inoculant, and provides a source of nutrients that favor the prompt proliferation of the transmitted cells when applied as an agricultural inoculant, increasing inoculation efficiency and decreasing the need of fertilizer application. Viable cell density per unit weight of the biocomposite formulation is decreased 1000 times compared to peat, the most widely used solid carrier in agricultural inoculant formulations, without decreasing the efficiency of inoculation as bacterial cell proliferation occurs after introduction of inoculant into the culture environment. The use of the hot extrusion process to form a vehicle that immobilizes the cells of the inoculant strain, favoring their survival with the host plant and consequently increasing the efficiency of BPCV inoculation has not been described in the literature.

Principais diferenças entre os biocompósitos inoculantes e inoculantes já existentes: O processo desenvolvido para a produção de uma formulação biocompósito contendo bactérias promotoras do crescimento vegetal proporciona a veiculação de células bacterianas inoculantes em uma matriz biodegradável e atóxica. A matriz polimérica constituinte do biocompósito é utilizada como fonte de nutrientes para o crescimento dos micro-organismos veiculados, bem como disponibiliza nutrientes direta e indiretamente (via mineralização) para as plantas inoculadas, aumentando a viabilidade bacteriana e o desenvolvimento inicial das plantas. Este novo produto constitui, portanto, um avanço na tecnologia de inoculação de plantas com bactérias promotoras do crescimento, uma vez que sua função ultrapassa a definição de veículo inoculante inerte, como observado nos veículos utilizados atualmente em formulações inoculantes líquidas, turfosas e poliméricas.Main differences between existing inoculant and inoculant biocomposites: The process developed for the production of a biocomposite formulation containing plant growth promoting bacteria provides the delivery of inoculant bacterial cells in a biodegradable and non-toxic matrix. The polymer matrix constituting the biocomposite is used as a source of nutrients for the growth of the transmitted microorganisms, as well as providing nutrients directly and indirectly (via mineralization) to the inoculated plants, increasing bacterial viability and initial plant development. This new product is therefore a breakthrough in plant inoculation technology with growth-promoting bacteria, as its function goes beyond the definition of an inert inoculant vehicle, as observed in vehicles currently used in liquid, peat and polymeric inoculant formulations.

Além disso, a densidade de células viáveis veiculadas ao biocompósito é diminuída em 1000 (mil) vezes, em comparação a formulações comerciais líquidas ou turfosas, diminuindo o custo do produto. As substâncias poliméricas utilizadas na produção do biocompósito apresentam baixo valor agregado, diminuindo o custo do produto. A imobilização de bactérias inoculantes no biocompósito proporciona proteção dos micro-organismos contra estresses bióticos e abióticos do ambiente agrícola, bem como oferece proteção contra os efeitos tóxicos dos agroquímicos utilizados no tratamento de propágulos vegetais, desta forma aumentando a eficiência da inoculação e ampliando sua utilização para qualquer espécie agrícola. As características físico-químicas do biocompósito e a possibilidade de variação na granulometria final do produto permitem sua adequação para aplicação mecanizada com os mesmos implementos utilizados para as atividades de semeadura e/ou aplicação de fertilizantes minerais. O processo de produção do biocompósito por extrusão a quente proporciona a obtenção de um polímero axênico e pronto para a veiculação das estirpes bacterianas selecionadas, podendo eliminar a necessidade de esterilização e consequentemente diminuindo os custos de produção. O processo de extrusão a quente permite variações na formulação do biocompósito buscando sua adequação para diferentes espécies agrícolas e ambientes edáficos, pois compatibiliza misturas de materiais com características físico-químicas contrastantes quanto à solubilidade e composição centesimal, na produção de uma matriz polimérica homogênea.In addition, the density of viable cells transported to the biocomposite is reduced 1000 times compared to commercial liquid or peaty formulations, reducing the cost of the product. The polymeric substances used in the production of biocomposite have low added value, reducing the product cost. The immobilization of inoculant bacteria in the biocomposite provides protection of microorganisms against biotic and abiotic stresses of the agricultural environment, as well as protection against the toxic effects of agrochemicals used in the treatment of plant propagules, thereby increasing inoculation efficiency and increasing their use. for any agricultural species. The physicochemical characteristics of the biocomposite and the possibility of variation in the final grain size of the product allow its suitability for mechanized application with the same implements used for sowing and / or application of mineral fertilizers. The hot extrusion biocomposite production process provides an axenic polymer ready for delivery of the selected bacterial strains, thus eliminating the need for sterilization and thereby reducing production costs. The hot extrusion process allows variations in the biocomposite formulation seeking its suitability for different agricultural species and edaphic environments, as it combines mixtures of materials with contrasting physicochemical characteristics regarding solubility and centesimal composition, in the production of a homogeneous polymer matrix.

Sumário da Invenção A presente invenção refere-se a um processo de preparo de um biocompósito para imobilização de bactérias promotoras do crescimento vegetal para uso como inoculante em cultivos agrícolas. É, portanto, um objeto da presente invenção um processo de preparação do biocompósito que compreende seguintes etapas: a) Adicionar os componentes sólidos: amido de mandioca, bagacilho de cana-de-açúcar, fosfato de rocha (ou pó de basalto), açúcar cristal, leite em pó desnatado e extrato de levedura; b) Misturar os materiais através de movimentos circulares por um período que varia entre 5 e 15 minutos. c) Adicionar os componentes líquidos da formulação: tampão Fosfato K2HPO41,0 M, pH * 7,0 e 0 glicerol, misturando novamente por 10 minutos até sua completa homogeneização. d) deixar a formulação contendo todos os materiais homogeneamente misturados em repouso por um período entre trinta minutos e uma hora e trinta minutos sob temperatura ambiente e protegida do calor e incidência de luminosidade, dentro de recipiente impermeável. e) a mistura segue para 0 processo de extrusão a quente.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a process for preparing a biocomposite for immobilizing plant growth promoting bacteria for use as an inoculant in agricultural crops. It is therefore an object of the present invention a process for preparing the biocomposite comprising the following steps: a) Adding the solid components: cassava starch, sugarcane bagasse, rock phosphate (or basalt powder), sugar crystal, skimmed milk powder and yeast extract; (b) Mix the materials in a circular motion for a period of 5 to 15 minutes. c) Add the liquid components of the formulation: K2HPO41.0 M Phosphate Buffer, pH * 7.0 and 0 glycerol, mixing again for 10 minutes until complete homogenization. d) leave the formulation containing all homogeneously mixed materials at rest for a period of between thirty minutes and one hour and thirty minutes at room temperature and protected from heat and light in a waterproof container. e) the mixture proceeds to the hot extrusion process.

Em uma configuração preferencial, é utilizado 40 a 80 g; preferencialmente 76 g de amido de mandioca para alimentação (polvilho azedo).In a preferred embodiment, 40 to 80 g is used; preferably 76 g of cassava starch for food (sour sprinkles).

Em uma outra configuração preferencial, é utilizado 5 a 40 g, preferencialmente 10 g de glicerol.In another preferred embodiment, 5 to 40 g, preferably 10 g of glycerol is used.

Em uma outra configuração preferencial, é utilizado 0 a 60 g, preferencialmente 30 g de bagacilho de cana-de-açúcar, seco em estufa a 60° C por 24 horas, e peneirado em tamis de malha 0,69.In another preferred embodiment, 0 to 60 g, preferably 30 g of sugarcane bagasse, oven dried at 60 ° C for 24 hours, and sieved in 0.69 mesh sieves is used.

Em uma outra configuração preferencial, é utilizado 0 a 80, preferencialmente 10 g Fosfato de rocha (ou pó de basalto).In another preferred embodiment, 0 to 80, preferably 10 g Rock phosphate (or basalt powder) is used.

Em uma outra configuração preferencial, é utilizado 0 a 20 g, preferencialmente 2 g de açúcar cristal para alimentação.In another preferred embodiment, 0 to 20 g, preferably 2 g of crystal sugar is used for food.

Em uma outra configuração preferencial, é utilizado 0 a 10 g, preferencialmente 1 g de leite em pó desnatado.In another preferred embodiment, 0 to 10 g, preferably 1 g of skimmed milk powder is used.

Em uma outra configuração preferencial, é utilizado 0 a 20 g, preferencialmente 5 g de extrato de levedura.In another preferred embodiment, 0 to 20 g, preferably 5 g of yeast extract is used.

Em uma outra configuração preferencial, é utilizado 5 a 40 mL, preferencialmente 11,7 mL de solução de K2HP041,0 M, pH = 7,0.In another preferred embodiment, 5 to 40 mL, preferably 11.7 mL of K2HP041.0 M solution, pH = 7.0 is used.

Em uma outra configuração preferencial, adicionalmente são adicionados aditivos osmótico-reguladores, promotores de crescimento vegetal, minerais nutrientes, aminoácidos, sais, proteínas, semelhantes ou misturas destes materiais.In another preferred embodiment, osmotic-regulating additives, plant growth promoters, nutrient minerals, amino acids, salts, proteins, the like or mixtures thereof are additionally added.

Em uma configuração preferencial, o processo de produção do biocompósito por extrusão a quente proporciona a obtenção de um polímero axênico.In a preferred embodiment, the hot extrusion biocomposite production process provides an axenic polymer.

Em uma configuração preferencial, variações na formulação do biocompósito se adéquam a diferentes espécies agrícolas e ambientes edáficos. É, ainda, um objeto da presente invenção um biocompósito cuja matriz polimérica é utilizada como fonte de nutrientes para o crescimento dos microorganismos veiculados.In a preferred embodiment, variations in biocomposite formulation suit different agricultural species and edaphic environments. A further object of the present invention is a biocomposite whose polymeric matrix is used as a source of nutrients for the growth of the transmitted microorganisms.

Descricão Detalhada da Invenção Os exemplos a seguir descrevem a presente invenção, exemplificando as inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo, sem limitar o escopo da mesma. A presente invenção refere-se a um processo de preparo de um biocompósito para imobilização de bactérias promotoras do crescimento vegetal para uso como inoculante em cultivos agrícolas. O preparo da formulação é realizado através das seguintes etapas: a) adicionar os seguintes componentes sólidos na concentração ideal: amido de mandioca, bagacilho de cana-de-açúcar, fosfato de rocha (ou pó de basalto), açúcar cristal, leite em pó desnatado e extrato de levedura; b) Misturar os materiais através de movimentos circulares por um período que varia entre 5 e 15 minutos. c) Adicionar os componentes líquidos da formulação na concentração ideal: tampão Fosfato K2HPO4 1,0 M, pH = 7,0 e o glicerol, misturando novamente por 10 minutos até sua completa homogeneização. d) deixar a formulação contendo todos os materiais homogeneamente misturados em repouso por um período entre 30 minutos e 1 hora e trinta minutos sob temperatura ambiente e protegida do calor e incidência de luminosidade, dentro de recipiente impermeável. e) a mistura segue para 0 processo de extrusão a quente. O biocompósito da presente invenção é obtido a partir da mistura dos seguintes materiais: • 40 a 80 g, preferencialmente 76 g de amido de mandioca para alimentação (polvilho azedo); • 5 a 40 g, preferencialmente 10 g de glicerol; • 0 a 60 g, preferencialmente 30 g de bagacilho de cana-de-açúcar, seco em estufa a 60° C por 24 horas, e peneirado em tamis de malha 0,69; • 0 a 80, preferencialmente 10 g Fosfato de rocha (ou pó de basalto); • 0 a 20 g, preferencialmente 2 g de açúcar cristal para alimentação; • 0 a 10 g, preferencialmente 1 g de leite em pó desnatado; • 0 a 20 g, preferencialmente 5 g de extrato de levedura; • 5 a 40 mL, preferencialmente 11,7 mL de solução de K2HP04 1,0 M, pH = 7,0. • Opcionalmente são adicionados aditivos osmótico-reguladores, promotores de crescimento vegetal, minerais nutrientes, aminoácidos; sais, proteínas, semelhantes ou misturas destes materiais.Detailed Description of the Invention The following examples describe the present invention, exemplifying the numerous ways of carrying out the invention, however without limiting the scope thereof. The present invention relates to a process for preparing a biocomposite for immobilizing plant growth promoting bacteria for use as an inoculant in agricultural crops. The preparation of the formulation is performed by the following steps: a) adding the following solid components in the optimal concentration: cassava starch, sugarcane bagasse, rock phosphate (or basalt powder), crystal sugar, milk powder skim and yeast extract; (b) Mix the materials in a circular motion for a period of 5 to 15 minutes. c) Add the liquid components of the formulation at the ideal concentration: 1.0 M K2HPO4 Phosphate Buffer, pH = 7.0 and glycerol, mixing again for 10 minutes until complete homogenization. d) leave the formulation containing all homogeneously mixed materials at rest for a period of 30 minutes to 1 hour and 30 minutes at room temperature and protected from heat and light in a waterproof container. e) the mixture proceeds to the hot extrusion process. The biocomposite of the present invention is obtained from a mixture of the following materials: • 40 to 80 g, preferably 76 g of cassava starch (sour powder); 5 to 40 g, preferably 10 g of glycerol; 0 to 60 g, preferably 30 g of sugarcane bagacillo, oven dried at 60 ° C for 24 hours and sieved in 0.69 mesh sieves; 0 to 80, preferably 10 g Rock phosphate (or basalt powder); 0 to 20 g, preferably 2 g crystal sugar for food; 0 to 10 g, preferably 1 g of skimmed milk powder; 0 to 20 g, preferably 5 g yeast extract; • 5 to 40 mL, preferably 11.7 mL of 1.0 M K2HP04 solution, pH = 7.0. • Optionally added osmotic regulating additives, plant growth promoters, nutrient minerals, amino acids; salts, proteins, the like or mixtures thereof.

Empregou-se uma extrusora monorosca da marca BGM (modelo EL-25, Brasil), com temperatura entre 110 e 140 °C, preferencialmente de 120 °C nas suas quatro zonas; velocidade do parafuso entre 50 e 90 rpm, preferencialmente de 70 rpm e matriz cilíndrica de 4,0 mm de diâmetro, ou outro diâmetro compatível com a finalidade de uso. O material extrusado foi obtido na forma de “pellets” cilíndricos com aproximadamente 1,0 cm de comprimento e 0,5 cm de diâmetro, ou outro diâmetro compatível com a finalidade de uso. O biocompósito produzido apresenta as seguintes características: pH = 6,8; densidade = 0,24 g/cm3; índice de expansão IE = 0,94; Porosidade ε = 0,60; índice de absorção de água = 1,10 g H20/g biocompósito.A BGM single-screw extruder (model EL-25, Brazil) was used, with a temperature between 110 and 140 ° C, preferably 120 ° C in its four zones; screw speed between 50 and 90 rpm, preferably 70 rpm and cylindrical die of 4.0 mm diameter, or other diameter compatible with the intended use. The extruded material was obtained in the form of cylindrical pellets approximately 1.0 cm in length and 0.5 cm in diameter, or other diameter compatible with the intended use. The produced biocomposite has the following characteristics: pH = 6.8; density = 0.24 g / cm3; expansion index IE = 0.94; Porosity ε = 0.60; water absorption index = 1,10 g H20 / g biocomposite.

Para o preparo dos inoculantes, o biocompósito expandido foi embalado em plástico celofane e selado com o auxílio de uma seladora térmica. As embalagens contendo os biocompósitos devem ser esterilizadas sob calor seco de 160 °C por 4 horas previamente à adição dos microorganismos. As bactérias promotoras do crescimento vegetal devem ser adicionadas às embalagens já esterilizadas na forma de suspensão celular na concentração de 107 células/mL, utilizando-se 100 mL de suspensão por kg de material introduzido nas embalagens esterilizadas, com auxílio de uma seringa esterilizada, resultando em uma densidade de células de 106 células/g biocompósito. O processo de extrusão de polímeros consiste na utilização de altas temperaturas, pressão e cisalhamento para modificar as características físico-químicas dos materiais a serem extrusados, que são então forçados pela ação de uma “rosca” através de um orifício (matriz), produzindo assim produtos que conservam sua forma ao longo de sua extensão após o resfriamento. Na extrusão combinam-se os processos de mistura e modificação química em uma etapa única e contínua, sem a geração de efluentes, o que favorece a viabilidade comercial do produto, a um preço competitivo. O processo desenvolvido para a produção de uma formulação biocompósito contendo bactérias promotoras do crescimento vegetal proporciona a veiculação de células bacterianas inoculantes em uma matriz biodegradável e atóxica. A matriz polimérica constituinte do biocompósito é utilizada como fonte de nutrientes para o crescimento dos micro-organismos veiculados, bem como disponibiliza nutrientes direta e indiretamente (via mineralização) para as plantas inoculadas, aumentando a viabilidade bacteriana e o desenvolvimento inicial das plantas. A densidade de células viáveis veiculadas ao biocompósito da presente invenção é diminuída em 1000 (mil) vezes, em comparação a formulações comerciais líquidas ou turfosas, diminuindo o custo do produto. As substâncias poliméricas utilizadas na produção do biocompósito apresentam baixo valor agregado, diminuindo o custo do produto. A imobilização de bactérias inoculantes no biocompósito proporciona proteção dos micro-organismos contra estresses bióticos e abióticos do ambiente agrícola, bem como oferece proteção contra os efeitos tóxicos dos agroquímicos utilizados no tratamento de propágulos vegetais, desta forma aumentando a eficiência da inoculação e ampliando sua utilização para qualquer espécie agrícola. As características físico-químicas do biocompósito e a possibilidade de variação na granulometria final do produto permitem sua adequação para aplicação mecanizada com os mesmos implementos utilizados para as atividades de semeadura e/ou aplicação de fertilizantes minerais.For the preparation of the inoculants, the expanded biocomposite was packed in cellophane plastic and sealed with the aid of a thermal sealer. Packagings containing biocomposites must be sterilized in a dry heat of 160 ° C for 4 hours prior to the addition of microorganisms. Plant growth-promoting bacteria should be added to packages already sterilized as a cell suspension at a concentration of 107 cells / mL using 100 mL suspension per kg of material introduced into the sterilized packaging with the aid of a sterile syringe resulting in at a cell density of 106 cells / g biocomposite. The polymer extrusion process consists of the use of high temperatures, pressure and shear to modify the physicochemical characteristics of the materials to be extruded, which are then forced by the action of a "thread" through a hole (die), thus producing products that retain their shape along their extension after cooling. In the extrusion, mixing and chemical modification processes are combined in a single continuous step, without the generation of effluents, which favors the commercial viability of the product at a competitive price. The process developed for producing a biocomposite formulation containing plant growth promoting bacteria provides the delivery of inoculant bacterial cells in a biodegradable and non-toxic matrix. The polymer matrix constituting the biocomposite is used as a source of nutrients for the growth of the transmitted microorganisms, as well as providing nutrients directly and indirectly (via mineralization) to the inoculated plants, increasing bacterial viability and initial plant development. The density of viable biocomposite-delivered cells of the present invention is decreased 1000 (one thousand) times compared to commercial liquid or peaty formulations, lowering the cost of the product. The polymeric substances used in the production of biocomposite have low added value, reducing the cost of the product. The immobilization of inoculant bacteria in the biocomposite provides protection of microorganisms against biotic and abiotic stresses of the agricultural environment, as well as protection against the toxic effects of agrochemicals used in the treatment of plant propagules, thereby increasing inoculation efficiency and increasing their use. for any agricultural species. The physicochemical characteristics of the biocomposite and the possibility of variation in the final grain size of the product allow its suitability for mechanized application with the same implements used for sowing and / or application of mineral fertilizers.

ReivindicaçõesClaims

Claims

Process for the preparation of a biocomposite for the immobilization of plant growth promoting bacteria for use as an inoculant in agricultural crops, comprising the following steps: a) Adding the solid components: cassava starch, sugarcane bagasse, phosphate rock, crystal sugar, skimmed milk powder and yeast extract; (b) mix the materials in a circular motion for a period of 5 to 15 minutes; c) Add the liquid components of the formulation: 1.0 M K2HPO4 phosphate buffer, pH = 7.0 and 0 glycerol, mixing for 10 minutes until complete homogenization; d) leave the formulation containing all homogeneously mixed materials at rest for a period of between thirty minutes and one hour and thirty minutes at room temperature and protected from heat and light in a waterproof container. e) Bring the mixture to the hot extrusion process.

Process according to Claim 1, characterized in that it uses 40 to 80 g of cassava starch for food.

Process according to Claim 2, characterized in that it preferably uses 76 g of cassava starch for food.

Process according to Claim 1, characterized in that between 5 and 40 g of glycerol is used.

Process according to Claim 4, characterized in that it preferably uses 10 g of glycerol.

Process according to Claim 1, characterized in that it uses 0 to 60 g of sugarcane bagasse, oven dried at 60 ° C for 24 hours and sieved in 0,69 mesh sieves.

Process according to Claim 6, characterized in that it preferably uses 30 g of sugarcane bagacillo.

Process according to Claim 1, characterized in that it uses between 0 and 80 g of rock phosphate.

Process according to Claim 8, characterized in that it preferably uses 10 g of rock phosphate.

Process according to Claim 1, characterized in that it uses from 0 to 20 g of crystal sugar for food.

Process according to Claim 10, characterized in that it preferably uses 2 g of crystal sugar for food.

Process according to Claim 1, characterized in that it uses from 0 to 10 g of skimmed milk powder.

Process according to Claim 12, characterized in that it preferably uses 1 g of skimmed milk powder.

Process according to Claim 1, characterized in that it uses between 0 and 20 g of yeast extract.

Process according to Claim 14, characterized in that it preferably uses 5 g of yeast extract.

Process according to Claim 1, characterized in that between 5 and 40 ml of 1.0 M K2HPO4 solution, pH = 7.0 are used.

Process according to Claim 16, characterized in that it preferably uses 11.7 ml of 1.0 M K2HP04 solution, pH = 7.0.

Process according to Claim 1, characterized in that the osmotic-regulating additives, plant growth promoters, nutrient minerals, amino acids, salts and proteins or mixtures thereof are added.

Process according to Claim 1, characterized in that the hot extrusion process provides an axenic polymer.

Process according to claim 1, characterized in that the variations in the biocomposite formulation suit different agricultural species and edaphic environments.

Biocomposite characterized in that it is prepared by the process described in claims 1 to 20.

Biocomposite comprising a polymeric matrix used as a source of nutrients for the growth of carrier microorganisms.