BR102014025682A2 - processo de tratamento de sementes por nanopartículas de nutrientes - Google Patents

Abstract

processo de tratamento de sementes por nanoparticulas de nutrientes a ser utilizado em empresas que processem e preparem sementes para serem utilizadas em atividades agrícolas.

Description

“PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES” O presente Modelo de Utilidade visa descrever um PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES a ser utilizado em empresas que processem e preparem sementes para serem utilizadas em atividades agrícolas.

As inovações tecnológicas desenvolvidas e empregadas para o tratamento de sementes nos últimos anos estão direcionadas, em grande parte, para a redução dos custos de produção dos vegetais e para o aumento da produtividade de grãos. Destaca-se o desenvolvimento de plantas geneticamente modificadas e os diferentes procedimentos de adubação do solo. Porém, algumas práticas ainda precisam ser melhor estudadas e aprimoradas, como os procedimentos que empregam o uso de micronutrientes para a produção de grãos.

Como principais problemas existentes m atual estado da técnica, cita-se os fatores associados com a produção e aos métodos de adubação, que precisam ser equilibrados e prever a aplicação não apenas de macronutrientes, mas também de micronutrientes fundamentais para o desenvolvimento das plantas. Como exemplos de grande interesse para o Brasil, na cultura do milho e da soja, destacam-se os micronutrientes de manganês (Mn), molibdênio (Mo) e de zinco (Zn), entre outros. Os micronutrientes têm grande importância em todos os estádios das plantas. O milho, por exemplo, tem aita sensibilidade à deficiência do zinco e na sua ausência desenvolve coímos com internódios curtos. Como principais consequências ocorrem a redução do desempenho do seu crescimento, a menor produção de folhas novas e a redução na produção de grãos. Em outras culturas, problemas similares podem também ocorrer e comprometer o desenvolvimento da pianía devido a ausência de micronutrientes específicos e vitais, tais quais os supracitados. A grande parte das culturas vegetais se adaptam a uma ampla variedade de solos brasileiros, porém o seu desenvolvimento é prejudicado em solos que apresentam baixa disponibilidade de micronutrientes específicos para o seu desenvolvimento, principaimente em solos com níveis de compactação alta, calagem em excesso pelo cultivo intenso e solos argissolos ou em íaíossoios aitamente intemperizado. Apesar do conhecimento acumulado e das inúmeras informações e pesquisas cientificas disponíveis na área, ainda são eminentes os desafios de se obter maiores rendimentos e produtivídades de grãos nas diversas culturas vegetais. Neste sentido, o tratamento de sementes vem sendo empregado como uma ferramenta tecnológica de importância inquestionável, empregado com a função de proteção da semente e da planta desde a germinação até a fase vegetativa e produtiva. Estes procedimentos permitem que as culturas expressem todo seu potencial genético. É importante ressaitar que a falta dessa proteção inicial pode ocasionar impactos diretos na produtividade e no rendimento da cultura. Para tanto, "o tratamento das sementes contribui para o controle des fatores patógenos, das pragas do solo, no desempenho nos estádios vegetativos e reprodutivos da planta e na presença de fungos durante o seu armazenamento. Além disso, contribuem para o controíe de macronutrientes e micronutrientes nas plantas, que são fundamentais para a garantia dc vigor, no atraso do início de epidemias e para o aumentG do seu rendimento na fase produtiva. Com todos estes fatores otimizados o custo do processo é menor comparado com o ganho no rendimento, caracterizando assim um sistema de produção equilibrado e viável para o produtor. O tratamento de sementes mais empregado atualmente na cultura de vegetais é o uso de fungicidas e de herbicidas. Nesta cultura, praticamente todas as sementes comercializadas são tratadas com fungicidas a base de cobre e grande parte tratadas com inseticidas orgânicos e tóxicos. Diante disso, o tratamento das sementes é uma prática do setor agroindustrial, porém, com tecnologias fundamentadas em materiais e em procedimentos tradicionais e com baixa eficiência. Os materiais empregados nos tratamentos tradicionais são compostos químicos de baixa pureza, que são empregados diretamente na semente em processos simples de mistura e de tratamento superficial. Estes procedimentos não garantem a incorporação dos micronutrientes e os ancoram nas superfícies das sementes, deixando-os expostos para os efeitos de degradação por agentes físicos, químicos e microbiológicos. Traía-se de um procedimento rudimentar e ineficiente.

Visando solucionar os problemas acima expostos, procedeu-se ao desenvolvimento da presente Patente de Invenção que consiste em um PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES que possibilita a incorporação dos nutrientes às sementes empregando métodos de nanotecnologia. A nanotecnologia apresenta largo espectro de oportunidades e possibilidades. Embora seja amplamente empregada por diversos segmentos, como na área de fármacos, biossensores e da eletrônica, ainda não foi empregada em estudos agronômicos. A presente patente de invenção propõe a aplicação da nanotecnologia para o melhoramento do desempenho de vegetais e da produtividade na cultura de grãos. O objeto desta patente de invenção está direcionado para o tratamento e incorporação de nutrientes na forma de nanopartícuias no interior das sementes de forma controlada e eficiente. As nanopartícuias são estáveis e inertes quimicamente, apresentam dimensões nanométricas e seus aglomerados elevada atividade superficial. A incorporação destas nanopartícuias nas sementes proporciona diversos benefícios para o desenvolvimento da planta. Por serem estáveis e inertes não sofrem efeitos negativos devido as variações de pH dos solos e não são complexadas por demais moléculas presentes no solo, nas células e tecidos vegetais da planta. Estes fatores atribuem às nanopartícuias maior tempo para as atividades como um cofator enzimático e maior livre caminho médio nas estruturas celulares ao longo da planta. A tecnologia atual emprega sais para o tratamento das sementes que, na presença de água, são dissolvidos e liberam os nutrientes na forma de íons diretamente no solo. Estes íons são facilmente complexados por determinados grupos químicos presentes nas moléculas da planta e do solo e participam das reações de neutralização dos solos com a formação de hidróxidos. Assim, são facilmente indisponibilizados para o metabolismo da planta. Por sua vez, as nanopartícuias não participam destes mecanismos e não são indisponibilizadas devido a sua elevada estabilidade química. As dimensões nanométricas das partículas atribuem elevada mobilidade para os nutrientes. Por apresentarem dimensões nanométricas podem facilmente ser absorvidas por membranas celulares e ser transportadas através de micro-vasos presentes nas estruturas celulares da planta. Nestas condições, as nanopartícuias serão portadoras de nanonutrientes para regiões da célula que ainda não são atendidas com os procedimentos tradicionais de tratamento das sementes ou dos solos. Ainda, por apresentam maior mobilidade, poderão ser conduzidas com maior estabilidade, para as regiões da planta que também ainda não foram atendidas com os métodos usuais. Desta forma, os processos metabólicos que são dependentes dos nutrientes serão favorecidos. A complexação dos íons nutrientes, bem como a sua aglomeração na formação de sais devido ao processo de neutralização que participam, gera aglomerados relativamente grandes e com baixa área de atividade superficial. Um conjunto de nanopartículas de zinco apresenta elevada área de atividade superficial devido as suas dimensões nanométricas. Esta característica é um fator positivo e diferencial em relação aos métodos tradicionais que empregam o tratamento com sais químicos. Quando na função de um agente catalizador, a área de superfície dos nutrientes afeta diretamente a função de cofator enzimático. Considerando que as maiores áreas de atividade superficial favorecem as atividades enzimáticas e os processos metabólicos da planta em todos os estádios, os nutrientes na forma de nanopartículas é uma alternativa eficiente e viável. Outra vantagem expressiva das nanopartículas em relação aos sais químicos empregados pelos métodos tradicionais é o fato de não serem solúveis em água. As sementes são plantadas em solos úmidos e recebem quantidades significativas de água, eminentes das chuvas durante o longo período de germinação. Os sais aplicados pelos métodos tradicionais são solúveis em água e dissociados ao longo deste período e transportados para regiões do solo distantes da semente. Este fato faz com que grande parte da reserva do nutriente não esteja disponível para a planta. Por sua vez, as nanopartículas são insolúveis à água e não serão dissociadas pela água presente no solo. Assim, a fração de nanopartículas que não foi absorvida pela semente nos estágios iniciais, e estão no solo ou na superfície da semente, ainda estará disponibilizada para a planta. A presente patente de invenção que consiste em um PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES vale-se do tratamento direto de sementes por soluções aquosas ou não para a incorporação de nanopartículas de nutrientes. Para um perfeito entendimento da Presente Patente de Invenção passa-se a descrever o PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES em todas as suas etapas de acordo com a figura que assim representa estas etapas: Ia ETAPA Síntese das nanopartículas: a síntese das nanopartículas de nutrientes é realizada em paralelo à 2a ETAPA Ativação das sementes, onde emprega procedimentos com rotas hidrotermais ou via sol-gei, sendo que a síntese das nanopartículas de nutrientes é realizada em paralelo ao processo da ativação celular das sementes, e as reações de síntese das nanopartículas de nutrientes são realizadas em reatores específicos, dotados de elevado nível de controle dos seus parâmetros de operação, pelo que após sua obtenção as nanopartículas de nutrientes são ativadas com radiação ultravioleta e/ou visívei e estão prontas para as operações seguintes de tratamentos das sementes, de forma que podem ser sintetizadas nanopartículas de nutrientes constituídas por diferentes composições químicas e estequiométricas, assim como monóxidos, dióxidos ou outras estruturas mais complexas, porém nanoestruturadas e de tamanho nanométrico; 2a ETAPA Ativação das sementes: a ativação das sementes é realizada em paralelo à Ia ETAPA Síntese das nanopartículas de nutrientes, onde as sementes são ativadas com soluções ácidas, básicas ou neutras, de forma que as composições, os elementos das soluções, bem como as condições físicas, químicos e microbioiógicas são previamente estabelecidos de acordo com as características da semente e da afinidade com as nanopartículas de nutrientes, peio que este procedimento tem dentre as demais funções a de tratamento e abertura dos poros e ativação de sítios reacionais específicos na estrutura interna da semente para ancoragem das nanopartículas de nutrientes, pelo que as soluções de tratamento de ativação são preparadas com diferentes compostos químicos, com concentrações controladas de acordo com os valores de pH desejados, de forma que são mantidas em temperatura constante e as sementes são imersas e mantidas em agitação por diferentes períodos de tempo conforme a demanda e necessidade apresentada, sendo que os outros fatores também são controlados neste processo, como a pressão, condições de agitação, tipo de atmosfera e/ou microrganismos empregados, pelo que os valores destes parâmetros são dependentes dos aspectos que se pretende para os poros das sementes; 3a ETAPA Lavagem das sementes ativadas: após a ativação as sementes são lavadas em soluções aquosas ou contendo solventes específicos e adequados para extrair os componentes residuais que possam danificar as sementes e/ou contaminar o meio reacional de incorporação das nanopartículas de nutrientes, sendo que este processo pode envolver diferentes valores de temperatura, agitação, pH, tempo e composição de solução, de acordo com a demanda requerida; 4a ETAPA Tratamento das sementes em reator com nanopartículas de nutrientes: esta operação é realizada em um reator com controles da temperatura, pressão, tipo de atmosfera, composição e pH do meio reacional e tipo de atmosfera, neutra ou reacional, onde os parâmetros de processos são definidos de acordo com a especificidade das demandas, de forma que o processo de tratamento das sementes celularmente ativadas é realizado com diferentes percentuais de nanopartículas de nutrientes, com solventes orgânicos ou não e com sementes in natura ou pré-tratadas, sendo as condições de reação são pré-estabeiecidas de acordo com as características que se pretende para as sementes, pelo que o reator é dotado de sistema de controle destes parâmetros e permite o ajuste e controle durante o processo de incorporação das nanopartículas de nutrientes nas estruturas celulares das sementes: 5a ETAPA Lavagem e secagem das sementes tratadas com nanopartículas de nutrientes: após a incorporação das nanopartículas de nutrientes em meios e condições reacionais específicas as sementes são lavadas com água destilada ou com solventes adequados, sendo que em razão do solvente empregado no meio reacional, no processo de incorporação das nanopartículas de nutrientes, é aplicado um solvente especifico e adequado para a total remoção da massa residual que não foi absorvida pela estrutura celular da semente, pelo que o processo de tratamento pode ser empregado com diferentes vazões de fluído, diferentes temperaturas e diferentes tempos, assim como pode ser empregado em condições estáticas de fluído, sendo que o processo de secagem é empregado tão logo se constatar a retirada total da massa residual do processo de tratamento e presente na superfície externa da semente, podendo ser empregada a secagem natural, secagem à vácuo seguida de exposição em estufa, centrifugação ou liofilização, de acordo com as características das sementes e das condições de lavagem aplicadas; 6a ETAPA Testes de incorporação e desempenho: as sementes secas, contendo as nanopartículas de nutrientes na sua estrutura interna, são analisadas quando a quantidade de nanopartículas de nutrientes incorporadas por meio de técnicas de caracterização química e física, sendo que da mesma forma também são realizados testes microbioiógicos no sentido de verificação da capacidade protetiva de microrganismos agregada na semente pelas nanopartículas, pelo que demais testes também poderão ser realizados de acordo em cumprimento as necessidades e exigências específicas para cada tipo de semente; 7a ETAPA Armazenamento e aplicação: o armazenamento das sementes é realizado somente após a operação de secagem seguida dos resultados dos testes que garantem a qualidade e segurança das sementes, devendo a secagem ser completa e as sementes embaladas em recipientes estanques e opacos a luz visívei.

Ao contrário dos processos tradicionais de tratamento de sementes, o PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES garante a obtenção de sementes contendo nanopartículas de nutrientes fundamentais para o seu desenvolvimento, em todos os seus estádios, sem o comprometimento das suas estruturas celulares, funções celulares e de conservação diante de agentes de degradação físicos, químicos e microbioiógicos. Este processo prevê a obtenção das nanopartículas de nutrientes em operações simultâneas ao processo de ativação das sementes. O processo de ativação das sementes é fundamental e é um dos diferenciais para a ancoragem das nanopartículas de nutrientes na estrutura celuiar interna das sementes. Após a ativação das sementes a estrutura celular da semente está preparada para o processo de incorporação das nanopartículas de nutrientes com alta eficiência. A incorporação das nanopartículas de nutrientes nas sementes ocorre em condições de reação controlada, em reatores projetados especificamente e com controle pleno de todos os parâmetros físicos e químicos do processo. As sementes contendo as nanopartículas incorporadas na sua estrutura celuiar interna passam pelo processo de lavagem para a retirada do excesso das nanopartículas de nutrientes e demais componentes da reação que não se fazem mais necessários. Após a conclusão da lavagem as sementes são secas e preparadas para os testes finais. Os testes finais garantem a incorporação das nanopartículas em níveis de concentrações suficientes para o aumento do desempenho da semente no campo e para o aumento da resistência a agentes degradativos quando em condições de armazenamento. Assim ocorre o processo completo de incorporação de nanopartículas em sementes. Desta forma a incorporação das nanopartículas está garantida e as sementes passam a conter os micronutrientes necessários com maior disponibilidade para os seus estádios de germinação, crescimento e de produção, gerando maior produção e produtividade das culturas assim desenvolvidas com base nas sementes tratadas por nanopartículas de nutrientes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (18)

1. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES caracterizado por possibilitar a incorporação dos nutrientes no interior de sementes in natura ou pré-tratadas empregando métodos de nanotecnologia.

2. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por utilizar nanopartículas de nutrientes que são absorvidas pelas membranas celulares das sementes e transportadas através de micro-vasos presentes nas estruturas celulares da planta.

3. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por utilizar nanopartículas de nutrientes que não são indisponibilizadas no solo por reações químicas;

4. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por utilizar nanopartículas de nutrientes que não dão dissociadas pela água no solo por mostrarem-se insolúveis.

5. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por utilizar o tratamento direto de sementes por soluções aquosas ou não para a incorporação das nanopartículas de nutrientes pelas sementes.

6. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por sintetizar as nanopartículas de nutrientes empregando procedimentos com rotas hidrotermais ou via sol-gel.

7. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por sintetizar as nanopartículas de nutrientes em paralelo à ativação celular das sementes.

8. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por após a sintetizar as nanopartículas de nutrientes realizar a sua ativação com radiação ultravioleta e/ou visível.

9. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por ativar as sementes com soluções acidas, básicas ou neutras para realizar a abertura dos poros das sementes e ativar os sítios reacionais específicos na estrutura interna da sementes para ancoragem das nanopartículas de nutrientes.

10. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por utilizar na ativação das sementes pressão, condições de agitação, tipo de atmosfera e/ou microrganismos de forma controlada.

11. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por realizar a lavagem das sementes em soluções aquosas ou contendo solventes após a sua ativação para fins de extrair os componentes residuais que possam danificar as sementes e/ou contaminar o meio reacional de incorporação das nanopartícuias de nutrientes.

12. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por utilizar na lavagem das sementes temperatura, agitação, pH, tempo e composição de soluções de forma controlada.

13. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por tratar as sementes após a sua lavagem em um reator com nanopartícuias através de temperatura, pressão, tipo de atmosfera, composição, pH, tempo de forma controlada.

14. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por realizar após o tratamento das sementes no reator uma lavagem das sementes com água destilada ou solventes adequados para remoção da massa residual que não foi absorvida pelas estrutura celular das sementes.

15. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por realizar após a lavagem e remoção da massa residual das sementes a sua secagem à vácuo seguida de exposição em estufa, centrifugação ou liofilização de acordo com o procedimento de lavagem e remoção da massa residual assim realizado.

16. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por realizar após a secagem das sementes testes de incorporação e desempenho para fins de analisar a quantidade de nanopartícuias de nutrientes incorporadas nas sementes.

17. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por realizar após os testes de incorporação e desempenho nas sementes a sua embalagem em recipientes estanques e opacos a luz visível.

18. - PROCESSO DE TRATAMENTO DE SEMENTES POR NANOPARTÍCULAS DE NUTRIENTES de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por valer-se de sete etapas: Ia ETAPA Síntese das nanopartícuias, 2a ETAPA Ativação das sementes, 3a ETAPA Lavagem das sementes, 4a ETAPA Tratamento das sementes em reator com nanopartícuias de nutrientes, 5a ETAPA Lavagem e secagem das sementes tratadas com nanopartícuias de nutrientes, 6a ETAPA Testes de incorporação e desempenho, 7a ETAPA Armazenamento e aplicação.