BR102016029351A2 - processos de produção de microencapsulados de consórcios de microrganismos e microencapsulados de consórcios de microrganismos - Google Patents
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Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
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- Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)
Abstract
processos de produção de microencapsulados de consórcios de microrganismos e microencapsulados de consórcios de microrganismos, este pedido de patente de invenção descreve um processo de produção de consórcios microbiológicos, ou microrganismos de forma individualizada, microencapsulados em polímeros biodegradáveis para aplicação na agricultura ou para biorremediação de passivos ambientais; dentro do escopo da presente invenção é tratada a proteção de consórcios microbiano por meio do microencapsulamento, permitindo o uso desses ativos em ambientes com condições adversas, que, se de outra forma, afetariam a sobrevivência dos microrganismos contidos nas microcápsulas; o microencapsulamento confere eficiência e estabilidade às formulações microbianas em diferentes veículos ou ambiência.
Description
(54) Título: PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS E
MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS (51) Int. Cl.: C12N 11/04; C12N 1/20; B09C 1/10; C12R 1/07 (73) Titular(es): SUPER BAC - PROTEÇÃO AMBIENTAL S.A.
(72) Inventor(es): LUIZ AUGUSTO CHACON DE FREITAS FILHO (74) Procurador(es): TINOCO SOARES SOCIEDADE DE ADVOGADOS (57) Resumo: PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS E MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, este pedido de Patente de Invenção descreve um processo de produção de consórcios microbiológicos, ou microrganismos de forma individualizada, microencapsulados em polímeros biodegradáveis para aplicação na agricultura ou para biorremediação de passivos ambientais; dentro do escopo da presente invenção é tratada a proteção de consórcios microbiano por meio do microencapsulamento, permitindo o uso desses ativos em ambientes com condições adversas, que, se de outra forma, afetariam a sobrevivência dos microrganismos contidos nas microcápsulas; o microencapsulamento confere eficiência e estabilidade às formulações microbianas em diferentes veículos ou ambiência.
1/21 “PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS E MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS
CAMPO DE APLICAÇÃO [001] Este pedido de Patente de Invenção propõe um processo de produção de consórcios microbiológicos, ou microrganismos de forma individualizada, microencapsulados em polímeros biodegradáveis para aplicação na agricultura ou para biorremediação de passivos ambientais. Este pedido de patente também objetiva os consórcios microbiológicos assim obtidos para as finalidades para as quais são destinados. PREÂMBULO [002] A proteção de consórcios microbiano por meio do microencapsulamento inova pela oportunidade do uso desses ativos em ambientes com condições adversas, que, se de outra forma, afetariam a sobrevivência dos microrganismos contidos nas microcápsulas. O microencapsulamento confere eficiência e estabilidade às formulações microbianas em diferentes veículos ou ambiência.
[003] A presente patente explora uma técnica de proteção às células bacterianas para a aplicação das mesmas na área da agricultura e proteção ambiental. ESTADO DA TÉCNICA [004] As bactérias são microrganismos procarióticos, cosmopolitas, que se reproduzem facilmente em seus habitats naturais, ou quando cultivados em condições artificiais apropriadas. Muitas bactérias são utilizadas para fins industriais, seja na área farmacêutica, de alimentos, de cosméticos, ambiental, na agricultura, entre outras. Quando esses microrganismos estão em condições ambientais
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2/21 desfavoráveis, como a falta de nutrientes, exposição a altas temperaturas ou potenciais redox, eles podem ser destruídos. Porém, algumas bactérias conseguem entrar em estágio de dormência ou “repouso”, quando expostas a situações limitantes como as descritas acima, e desenvolvem uma estrutura protetora chamada de esporo. A formação de esporos é um mecanismo natural de conservação e proteção do material genético de determinados microrganismos, mas nem todos possuem esta capacidade. A maioria das espécies microbianas bacterianas permanecem na forma vegetativa, metabolicamente ativa e facilmente inativada quando em condições desfavoráveis.
[005] Algumas técnicas de conservação de microrganismos não esporulantes foram desenvolvidas, visando manter um estoque microbiano para pesquisas e também para fins comerciais. Basicamente essas técnicas possuem o princípio da diminuição da atividade de água da célula microbiana [006] Em diversas atividades relacionadas à produção agrícola, proteção e remediação ambiental, demanda-se o uso de microrganismos protegidos e de liberação gradual. Muitas vezes, para a remediação ambiental com o uso de formulações microbianas, os microrganismos entram em contato com efluentes tóxicos, o que pode inviabilizar a sobrevivência ou atividade dos mesmos. Para tanto o uso de microrganismos de forma protegida pode conferir eficácia e estabilidade para essa aplicação.
[007] A fertilidade do solo e o crescimento das plantas são diretamente influenciados pela assistência microbiana. As atividades dos microrganismos são fundamentais para assegurar o equilíbrio do solo e produtividade das
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3/21 culturas agrícolas e ecossistemas naturais. O uso de microrganismos na agricultura, visando o aumento da produtividade agrícola, e o uso de bactérias promotoras de crescimento, ou fixadoras de nitrogênio, vem sendo bastante explorados pelas indústrias, porém, não se tem uma forma prática e efetiva de aplicação de formulações microbianas. A capacidade de produzir e liberar vários metabólitos que afetam a saúde e crescimento das plantas são características que podem ser exploradas em algumas espécies de microrganismos. Eles podem atuar por meio da fitoestimulação, biofertilização, biorremediação, ou controle biológico de patógenos de plantas. Geralmente os biofertilizantes e inoculantes são encontrados nas seguintes formas de apresentação: pó, líquido ou granulados. Cada uma delas apresenta suas vantagens e limitações técnicas.
[008] A alta salinidade dos adubos minerais compromete a sobrevivência dos microrganismos, que precisam ser protegidos para que não houvesse inativação da germinação deles.
[009] As formulações são normalmente compostas pelos microrganismos, que representam o ativo biológico, e o veículo para dispersão. Pode conter também aditivos variados que sejam de interesse para a promoção da estabilidade do composto, ou com outra função de interesse. Deve-se ter em vista que as formulações precisam ser de fácil aplicação e rentáveis. A forma de preparo também influencia no prazo de validade do produto e na eficácia após sua aplicação.
[010] A apresentação granulada de uma formulação possui as vantagens de apresentar manutenção da
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4/21 viabilidade dos microrganismos durante a produção, o armazenamento, o transporte e a aplicação em campo. Além de maior estabilidade, maior vida de prateleira, fácil transporte e menor volume de manuseio, se comparado a formulações líquidas ou em pó. Neste contexto, a microencapsulação demonstra-se uma boa alternativa para viabilizar o uso de formulações na agricultura e bioremediação. As formas convencionais de formulações, como líquidas e em pó, não fornecem a proteção adequada para os microrganismos contidos em sua composição. A bioencapsulação melhora a proteção das células e permite uma liberação controlada de bactérias.
[011] Uma formulação de microrganismos microencapsulados é composta por cápsulas formadas pelo material de parede, ou encapsulante, e pelo núcleo formado pelo material ativo (encapsulado). A técnica de empacotamento permite que as formulações permaneçam em alto grau de desidratação o que confere alto potencial para a conservação dos microrganismos. Os materiais de núcleo vão sendo libertados lentamente pelas paredes das cápsulas por difusão ou quando as condições externas levam a cápsula paredes a explodir, derreter ou dissolver.
[012] O material gelificante a ser escolhido precisa possuir uma série de características que viabilizem e otimizem o microencapsulamento. A principal característica a ser buscada é que o material seja biocompatível e não reativo com o conteúdo microbiano e que permita alta taxa de sobrevivência desses microrganismos.
[013] O polímero deve ainda ser de custo reduzido para viabilizar economicamente o processo, conferir
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5/21 um bom revestimento, que apresente resistência física, tenha secagem rápida, flexibilidade, coesão, permeabilidade controlada, sorção de umidade e que seja biodegradável.
[014] Há diferentes materiais inertes que são adicionados como veículo na formulação granulares, como os polissacáridos como gomas, amidos, extratos de algas, extratos de plantas, gomas microbiais e alginato.
[015] O alginato de sódio é um dos produtos mais usados para a bioencapsulação de microrganismos. A bioencapsulação de formulações microbianas é realizada com a incorporação de um ingrediente ativo no núcleo do encapsulado, seguida por uma operação mecânica, e, finalmente, a estabilização por um processo químico ou físico-químico.
[016] O ácido algínico, ou alginato, é um polissacarídeo, presente em algas marrons, composto por dois monômeros ácidos que por dissolução em meio aquoso forma um hidrocolóide que gelifica sob a adição de cátions bivalentes como Ca2+, Sr2+ ou Ba2+.
[017] Esta propriedade de gelificação permite a encapsulação de vários componentes, e, pelo fato de faltar ligantes após a reação com os cátions bivalentes, o material gelificado se apresenta inerte por lhe faltarem posições ligantes disponíveis.
[018] O alginato é o biopolímero mais abundante disponível que pode ser no solo. Trata-se do biomaterial mais comum para o encapsulamento de bactérias e outras células. Um material natural que não é prejudicial para a sobrevivência dos microrganismos ou para o meio ambiente.
[019] O alginato forma uma matriz porosa que pode ser observada em microscopia de varredura, as
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6/21 bactérias tendem a ocupar os poros do material reticulado. Essa reticulação formada pelo gel permite a proteção das células contra o estresse mecânico, facilita a sobrevivência do material encapsulado por períodos prolongados de armazenamento e ajuda na liberação gradual das células contidas nos grânulos.
[020] Aditivos são as substâncias que auxiliam na estabilização e proteção das células microbianas de uma formulação durante armazenamento, transporte, e na zona alvo de aplicação. O aditivo é um dos principais fatores de custo em várias formulações, sendo sempre necessária a busca de alternativas com aplicações similares que possam reduzir os valores empregados.
[021] Materiais como gelatina, leite em pó, soro de leite, soro de proteínas, são aditivos utilizados para fornecer os nutrientes necessários para a sobrevivência dos microrganismos encapsulados.
[022] Essa escolha deve ser realizada cuidadosamente com base no tipo de microrganismo que se está trabalhando, pois isso terá papel importante na sobrevivência e posterior eficácia dos microrganismos.
[023] A suplementação adicional dos grânulos com nutrientes presume aumentar a estabilidade das células encapsuladas. O uso de leite desnatado e argila são as adições mais aplicadas para inoculantes microbianos os quais se espera que apresentem bom desempenho no solo.
[024] A manutenção da atividade metabólica dos microrganismos encapsulados pode ser ainda melhorada pelo fornecimento de nutrientes que permitam a construção de um ambiente que promova a fermentação e, consequente, a
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7/21 multiplicação dos microrganismos após a ativação no ambiente alvo da aplicação. Assim, mesmo com a aplicação de biomassa reduzida, ainda será possível ter boa quantidade de ativo após a aplicação, oferecendo formulações muito mais rentáveis.
[025] A biodegradação do material ocorre através da ação de enzimas e/ou deterioração química associada aos organismos vivos no solo. Este evento pode ocorrer em duas etapas: a primeira é a fragmentação dos polímeros em compostos de massa molecular menor por reações abióticas como a oxidação, fotodegradação ou hidrólise.
[026] Em seguida ocorrem as reações bióticas, ou seja, degradações por microrganismos, que consistem na assimilação dos fragmentos do polímero por microrganismos e sua subsequente mineralização. Portanto, a biodegradabilidade depende da origem do polímero, da sua estrutura química e das condições degradantes ambientais.
[027] Não é conveniente que a degradabilidade em solo aconteça muito rápido, pois o interesse é explorar a lenta degradação e liberação gradual dos componentes do interior do encapsulado. Portanto, devese conhecer a natureza das ligações químicas entre os monômeros para a correta escolha do biopolímero, seja para finalidade agrícola ou ambiental.
[028] O encapsulamento é um processo de empacotamento de partículas. Consiste em um processo mecânico ou físico-químico que cobre, imobiliza e protege os microrganismos em um material encapsulante.
[029] O material resultante são partículas que vão de nanômetros a poucos milímetros de diâmetro, capazes
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8/21 de manter a estrutura celular desses seres unicelulares, mesmo sob as condições adversas do meio.
[030] Quando em local adequado, as cápsulas são dissolvidas, liberando o material encapsulado no local de ação onde exercerá a função desejada.
[031] O encapsulamento de células pode ser classificado de acordo com o tamanho da partícula a ser englobada. Macroencasulação, resultando em grânulos maiores, onde os tamanhos variam de milímetros até centímetros de diâmetro, e a microencapsulação, que gera pequenas partículas, com poucos milímetros de diâmetro.
[032] A forma, tamanho e textura dos grânulos variam com o tipo de material a ser revestimento e também quanto ao método de encapsulação utilizado, as cápsulas podem assumir diferentes morfologias, sendo o formato esférico o mais comum alcançado.
[033] As microcápsulas apresentam maior uniformidade de distribuição, dessa forma, os microrganismos podem cobrir maior área superficial. Quanto menor o tamanho do grânulo, melhor a performance apresentada.
[034] Os grânulos são preparados a partir do gotejamento ou extrusão de uma solução de alginato de sódio em uma solução de sal de cálcio. Neste processo, os microrganismos são misturados à solução hidrocoloidal, sendo depois pulverizada na forma de gotículas em uma solução de endurecimento do hidrocolóide feita a partir de cloreto de cálcio.
[035] O polímero utilizado neste método é o alginato de sódio, que reage com cloreto de cálcio ocorrendo a formação de alginato de cálcio, substância insolúvel em
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9/21 água. A reação entre alginato e os cátions multivalentes da solução de endurecimento forma um pequeno corpúsculo de gel com porosidade.
[036] Seja por gotejamento ou extrusão a solução de alginato deve formar gotículas, moldadas através um bocal e deve-se deixar as gotículas terem contato com a solução de endurecimento adequada. O material mais simples para esse procedimento é o uso de uma seringa, com ou sem agulha, dependendo da viscosidade da mistura.
[037] A capacidade de produção fica então limitada pela velocidade de formação de gotículas. Portanto, deve-se otimizar o processo utilizando diversas saídas, aplicando-se pressão ao fluido, ou usar um sistema formador de gotículas (fluxo de ar coaxial, gerador eletrostático de gotículas, método de ressonância, e método de jato de corte), que são utilizados para se obter gotículas menores.
[038] O tamanho e forma dos grânulos pode variar de acordo com a espessura da boca do gotejador e a distância da queda livre entre a saída do gotejador e a solução de endurecimento.
[039] O fluxo do material no gotejador, a temperatura do material e do equipamento devem ser considerados ao projetar o molde de extrusão e gotejamento, pois esses fatores também influenciam na formação dos grânulos.
[040] O bombeamento pode ser utilizado para tornar o fluxo e formação de gotas constante e uniforme, o escoamento deve levar em consideração a viscosidade da mistura, e ser ajustado para que sejam formadas pequenas gostas e grânulos estáveis.
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10/21 [041] A técnica de encapsulação de microrganismos protege as células, tanto de estresses mecânicos quanto às condições adversas do ambiente exterior, fornecendo um microambiente constante e protegido. Fatores como a contaminação da formulação por outros microrganismos, até mesmo antagonistas do solo, ação da temperatura, secura, luz UV, a tensão mecânica, podem ser evitados.
[042] O uso de cápsulas pode fornecer e facilitar a aplicação de diversas bactérias ou fungos sob condições de campo. O uso dessas microcápsulas secas, contendo microrganismos específicos com ações para o incremento da produtividade das culturas agrícolas, podem substituir ou reduzir o uso de fertilizantes minerais na agricultura, os quais são obtidos em fontes não renováveis na qual a extração pode causar problemas ambientais sérios.
[043] As formulações a serem exploradas na agricultura são as mais diversas, tendo como objetivo a promoção do crescimento de plantas, a ajuda à assimilação de nutrientes do solo, biocontrole de pragas das plantas e do solo e controle de ataque de nematoides.
[044] Os microrganismos Bacillus, possuem diversas funções de agricultura. Algumas espécies podem ser exploradas na formulação do produto, buscando alguns benefícios como a transformação de nitrogênio atmosférico em nitrogênio amoniacal para sua utilização pela planta, formação de nódulos em leguminosas para fixação de nitrogênio atmosférico, promoção de crescimento das plantas, solubilização do fosfato, degradação de poluentes ambientais, equilíbrio hormonal das plantas, formando de biofilme benéfico que do gênero interesse à
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11/21 previne a infecção da planta por agentes patógenos, indução à resistência de plantas a algumas doenças e auxiliar na estrutura química, física e biológica do solo.
[045] Além do encapsulamento de microrganismos individualizados ou em consórcios, é possível fazer a associação desses microrganismos com produtos químicos de baixa dosagem, reduzindo assim o impacto ambiental, ou metabólitos de microrganismos ou substâncias de interesse à agricultura, como o enriquecimento do grânulo com ácido húmico e fúlvico.
[046] Ácidos húmicos e fúlvicos são condicionadores do solo, originados da decomposição química e biológica da matéria orgânica. Influenciam diretamente na estrutura física, química e microbiológica do solo e no metabolismo vegetal, promovendo o crescimento das plantas. Os ácidos húmicos são compostos escuros, quimicamente complexos e com alta capacidade de troca catiônica. Já os ácidos fúlvicos apresentam frações coloridas, quimicamente constituídas por polissacarídeos, aminoácidos e compostos fenólicos. Apresentam capacidade redutora no solo formando complexos de Fe, Cu, Ca e Mg. Fazem com que a liberação de nutrientes ocorra de acordo com a necessidade da planta cultivada, sem perdas por lixiviação ou a acidificação do solo. Apresenta baixo custo e inúmeros benefícios.
[047] O processo de microencapsulamento de microrganismos ou substâncias é bastante conhecido e aplicado nas áreas de alimentos e em farmacêuticas. Bem como se pode consultar patentes sobre o assunto como: US 2010/0055083 A1 de março de 2010 (ENCAPSULATION OF HEAT AND MOISTURE SENSITIVE SUBSTANCES); US 2012/0107395 A1 de maio de 2012 (PROBIOTIC
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SOFT GEL COMPOSITIONS); US 2012/0263826 A1 de outubro de 2012 (ENCAPSULATION SYSTEM FOR PROTECTION OF PROBIOTICS DURING PROCESSING); WO 2012098239 A1 (MICROENCAPSULATED PROBIOTIC SUBSTANCE AND PROCESS OF MANUFACTURE); onde acreditamos existirem ainda outros trabalhos sobre o assunto.
PROBLEMAS DO ESTADO DA TÉCNICA [048] A obtenção de fertilizantes minerais é muitas vezes danosa ao meio ambiente, como no caso dos fertilizantes com alta presença de nitrogênio que são obtidos via processo industrial que consomem grande quantidade de gás natural e liberam dióxido de carbono na atmosfera, o que pode ocasionar agravamento do aquecimento global. Nesse contexto, deve-se buscar alternativas que incrementem a produtividade agrícola sem explorar os recursos naturais à exaustão. O uso de microrganismos pode auxiliar na obtenção de nutrientes prontamente assimiláveis para as plantas, na fixação do nitrogênio atmosférico e na prevenção de pragas e doenças. Porém, o uso de formulações com microrganismos apresenta algumas limitações.
[049] Dentre as técnicas empregadas para a conservação de microrganismos estão o congelamento em substâncias crioprotetoras, a liofilização, a dessecação em solo, areia, sal, sílica gel e a microencapsulação. Atividades com alto grau de tecnologia envolvidos. Algumas vantagens e desvantagens são encontrados para cada técnica, porém, devese buscar a melhor estratégia para tornar cada método viável.
[050] Apesar da melhoria da viabilidade em relação à aplicação do inoculo líquido, para as formulações em pó as taxas de sobrevivência durante o processamento são baixas, especialmente no passo de desidratação, onde o tamanho
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13/21 das cápsulas não é suficiente para proporcionar maior proteção às células bacterianas. Muitas vezes é necessária a ativação em água antes da aplicação em campo, o que caracteriza um trabalho adicional.
método de a contagem [051] Para a microencapsulação, diversas técnicas podem ser empregadas para a formação de microencapsulados, porém o custo com material, velocidade de secagem, sobrevivência dos microrganismos e a eficiência na formação de grânulos devem nortear o estabelecimento do protocolo de fabricação dessas cápsulas. Outra questão importante na escolha dos materiais é quanto aos fatores ambientais, como, por exemplo, não ser tóxico aos microrganismos ou ao meio ambiente.
[052] Utilizando-se o microencapsulação é primordial garantir microbiológica alvo, que é número adequado de unidades formadoras de colônias, que deve satisfazer a necessidade da aplicação a que se empregará o material. A contagem deve-se manter constante por um bom período de tempo até que seja finalmente utilizada no campo.
[053] A seleção dos materiais que farão parte do microencapsulado é muito importante, tendo em vista que os materiais podem ser de grupos funcionais diversos e apresentarem capacidade de interagir com outros componentes da formulação. A qualidade dos microrganismos também pode afetar a sobrevivência nos encapsulados.
[054] As cápsulas precisarão apresentar estabilidade e resistência mecânica suficiente para suportarem as forças durante o processo de produção, armazenamento e transporte. Porém, as microcápsulas não
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14/21 poderão ser demasiadamente resistentes a ponto de não conseguirem se romper, se degradar ou dissolver, para liberação de seu conteúdo no ambiente.
[055] Os microencapsulados contendo esporos podem ser aplicados diretamente ao solo. Os grânulos serão rompidos e haverá a liberação dos esporos que começam a germinar e consequentemente se desenvolvem e começam a desempenhar seu papel biológico no local da aplicação. O tamanho do grânulo e a carga celular são parâmetros críticos para bactérias encapsuladas durante o armazenamento e aplicação em campo.
[056] A principal razão pela qual ainda se emprega o uso de formulações na agricultura ou biorremediação é pelo alto preço de soluções alternativas, que não permite que outras formas de apresentação sejam competitivas. Geralmente, o material usado para o encapsulamento representa o maior custo em relação às formulações. Portanto, materiais abundantes e economicamente viáveis devem ser adotados para que se compense empregar a técnica de microencapsulamento.
[057] Dependendo da técnica de microencapsulação empregada, há a necessidade de equipamentos especializados para sua produção. Principalmente para a produção por meio da secagem por pulverização. A gelificação térmica é uma forma de conferir resistência à cápsula, porém, só pode ser empregada para microrganismos termorresistentes. A gelificação iônica é atualmente o método mais adequado encontrado para encapsular bactérias.
[058] Durante a microencapsulação, deve-se ter em mente a resistência dos microrganismos à temperatura. Durante o processo de encapsulamento o controle de temperatura
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15/21 nas etapas de secagem por congelamento, secagem pulverização, micronização e condições de armazenagem são muito importantes para evitar a mortalidade de células contidas no núcleo do encapsulado e lesões na parte externa.
[059] Outro fator oneroso é o tempo de preparo, existem várias etapas sequenciais necessárias para uma encapsulação adequada. O processo de microencapsulação necessita mais tempo que o empregado para a formação de uma formulação.
[060] Os testes da dose ideal de alginato, microrganismos liofilizados e veículo são primordiais para o estudo do custo de produção. Embora o custo de produção de microrganismos microencapsulados ser maior que o de formulações no estado líquido ou em pó, o microencapsulado apresenta uma efetividade de uso muito maior, menor desperdício e são recomendados devido ao seu desempenho superior durante o armazenamento e aplicações.
[061] Espera-se que no futuro existam formulações microencapsuladas cada vez mais específicas e eficientes que conquistem o mercado para uma melhor produção agrícola e para proteger o meio ambiente do uso excessivo de materiais não-degradáveis, poluentes ou químicos, como na atualidade.
OBJETIVOS DA INVENÇÃO [062] Diante do estado da técnica e das limitações encontradas na área, configura-se como sendo um dos objetivos deste pedido de patente de invenção prover um processo de produção de microencapsulados e microencapsulados contendo microrganismos específicos e ácidos orgânicos para o uso na agricultura, que possam promover maior resistência
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16/21 e produtividade das culturas agrícolas de interesse comercial. E microencapsulado para a proteção de microrganismos que possuem função de remediação ambiental, apresentando eficiência e estabilidade no tratamento de poluentes.
[063] A presente patente objetiva o uso dessa técnica de microencapsulação para o envelopamento de microrganismos do gênero Bacillus e ácidos orgânicos, como os húmicos e fúlvicos, para uso exclusivo na agricultura, devido suas funções específicas para essa área. Além do encapsulamento de microrganismos do gênero Bacillus para aplicação em efluentes sanitários, industriais e em áreas contaminadas, visando a redução de carga orgânica.
[064] O produto aqui motivo do pedido dessa patente, visa unir os benefícios das funções específicas dos microrganismos previamente selecionados, juntamente com os ácidos húmicos e fúlvicos para uso na agricultura. Bem como a microencapsulação para microrganismos a serem utilizados no tratamento de efluentes e em áreas contaminadas com alta carga orgânica. Tanto para os microrganismos, quanto para os ácidos orgânicos, o encapsulamento garante a liberação gradual garantindo sempre o melhor e mais duradouro tratamento. DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO [065] Este pedido de Patente de Invenção propõe um processo de encapsulamento de consórcio de microrganismos, gotejados em solução de endurecimento e secos para as mais diversas aplicações no mercado agrícola e remediação ambiental. E produto final que consiste em microesferas contendo microrganismos e ácidos orgânicos de interesse para determinada aplicação na agricultura, ou
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17/21 [066]
Invenção que trata MICROENCAPSULADOS DE microrganismos com ação de remediação de carga orgânica excessiva e poluentes do meio ambiente.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
O presente pedido de Patente de de “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE
CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS E
MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, será plenamente entendido com base na descrição a seguir e ainda tomando como base as figuras abaixo relacionadas, nas quais:
[067] As figuras 1 e 2 ilustram imagens obtidas por meio de microscopia eletrônica de varredura realizadas em microcápsulas de alginato de sódio, evidenciando a integridade física dos Bacillus após o microencapsulamento.
DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO [068] Em face do acima exposto, este pedido de Patente de Invenção que trata de “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS E MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, será agora explicado de forma detalhada.
[069] Para aplicação na agricultura, o presente pedido de patente de invenção prevê um processo em que uma solução de alginato de sódio é preparada a partir da adição de água destilada ao alginato de sódio em pó até a concentração de 3,1%. Essa solução é aquecida para eliminar as bolhas de ar. Um consórcio de microrganismos previamente liofilizado em concentração microbiológica de 100 x 109 (cem bilhões) de UFC/g (unidades formadoras de colônias por grama) é adicionado diretamente à mistura. A proporção dos ingredientes é de 59g de blend de microrganismos a 100 x 109
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UFC/g, 144g de ácido húmico, 72g de ácido Fúlvico, e completar para 1000 mL com solução de alginato a 3,1%.
[070] A extrusão da mistura de alginato de sódio, microrganismos liofilizados e ácidos orgânicos, é feita pela disposição da mistura em seringas, ou equipamento equivalente, que promovam o gotejamento do material em solução de endurecimento preparada com cloreto de cálcio em água destilada a 0,75%.
[071] As cápsulas de alginato de cálcio são formadas quando a solução de alginato de sódio entra em contato com a solução de cloreto de cálcio. A mistura goteja formando pequenas cápsulas, que são separadas da solução de endurecimento com o auxílio de peneiras de aço inox logo após a conclusão da batelada adicionada às seringas.
[072] As cápsulas são expostas ao ar ambiente para secarem até endurecer por completo, o que ocorre em cerca de 12 horas, e preparadas para passar pelo processo da liofilização até que seja sublimada toda a água contida no material. A redução de água no material deve ser de 99,4% em peso.
[073] Outros métodos de secagem podem ser empregados para eliminação água do material, como o congelamento, por exemplo. O objetivo é promover a redução da atividade de água e conservar o material e o ativo contido em seu interior.
consiste em orgânicos de agricultura. modificar a processo.
[074] O produto final microesferas contendo microrganismos e ácidos interesse para determinada aplicação na Dependendo da finalidade agrícola, pode-se formulação de microrganismos adicionados a esse
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19/21 [075] Para aplicação tratamento de efluentes/remediação ambiental, este pedido de patente de invenção prevê um processo em que uma solução preparada com alginato de sódio e água destilada na concentração de 3,4%, aquecida para a remoção de bolhas de ar, é acrescida de um consórcio de microrganismos previamente liofilizado em concentração microbiológica de 100 x 109 (cem bilhões) de UFC/g (unidades formadoras de colônias por grama), adicionado diretamente à mistura. Inclui-se silicato de alumínio para promover a diluição da concentração microbiológica e conferir viscosidade adequada à mistura para assim promover a formação de gotículas de tamanho ideal durante o gotejamento.
[076] A proporção dos ingredientes é de 92% de Alginato de Sódio a 3,4%, 1,08% de blend de microrganismos a 100 x 109 UFC/g e 6,92% de Silicato de Alumínio.
[077] A mistura de alginato de sódio, microrganismos liofilizados e dióxido de silício, é extrusada através de seringas, ou equipamento equivalente, que promova o gotejamento do material em solução de endurecimento preparada com cloreto de cálcio em água destilada a 0,75%. As cápsulas endurecidas são separadas da solução por meio de peneiras ou pelo esgotamento da solução catiônica.
[078] As cápsulas são então congeladas até endurecer por completo, cerca de 12 horas, e preparadas para passar pelo processo da liofilização até que seja sublimada toda a água contida no material.
[079] Outros métodos de secagem podem ser empregados para eliminação água do material. As cápsulas podem ser simplesmente dispostas em superfície para secagem em condições do ambiente para a remoção da umidade reduzindo a
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20/21 atividade de água e conservando o material e o ativo contido em seu interior.
[080] O produto final são microesferas contendo microrganismos de interesse para a remediação de poluentes do meio ambiente. Dependendo da finalidade ambiental, pode-se modificar a formulação de microrganismos adicionados a esse processo.
[081] Em ambos os casos, após a finalização do trabalho, para efeito de controle de qualidade, uma amostra é coletada para conferir se a contagem microbiológica do material está ideal. As características finais do produto obtido são: diâmetro médio após liofilização de 0,29mm, peso médio da microcápsula após a liofilização de 0,002 g e uma concentração de microrganismos de 1 x 104 UFC/g.
[082] O encapsulamento é um processo de empacotamento de partículas. Consiste em um processo mecânico e físico-químico que imobiliza e protege os microrganismos em um material encapsulante e aditivos de interesse, gerando partículas de poucos milímetros de diâmetro, capazes de manter a estrutura celular dos microrganismos, mesmo sob as condições adversas do meio.
[083] Quando em condições adequadas as cápsulas são dissolvidas liberando o material encapsulado no local de ação onde exercerá a função desejada. A encapsulação ainda possui o benefício do uso de menor biomassa bacteriana que compõe a formulação, representando uma dose reduzida, uma diminuição do número de aplicações e a melhoria no manuseio para aplicação em campo.
[084] O produto final obtido poderá ser armazenado por tempo a ser definido de acordo com o material
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21/21 empregado no processo e poderá ser aplicado com função de aumento da produtividade agrícola, crescimento e proteção de plantas, melhoria do ambiente produtivo agrícola. Poderá ainda fazer parte da composição de fertilizantes minerais, orgânicos ou organominerais, apresentando assim um produto final de maior valor agregado. Ou os microrganismos encapsulados poderão ser utilizados para a biorremediação de passivos ambientais.
[085] O produto poderá ser aplicado em campo manualmente ou por meio de equipamentos adequados.
[086] Os microrganismos utilizados no presente pedido de patente são do gênero Bacillus.
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Claims (8)
- REIVINDICAÇÕES1. “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, sendo caracterizado por na sua versão para a produção de microencapsulados de consórcios de microrganismos para a agricultura, uma solução de alginato de sódio é preparada a partir da adição de água destilada ao alginato de sódio em pó até a concentração de 3,1%; essa solução é aquecida para eliminar as bolhas de ar; um consórcio de microrganismos previamente liofilizado em concentração microbiológica de 100 x 109 (cem bilhões) de UFC/g (unidades formadoras de colônias por grama) é adicionado diretamente à mistura; a proporção dos ingredientes é de 59g de blend de microrganismos a 100 x 109 UFC/g, 144g de ácido húmico, 72g de ácido Fúlvico, e completar para 1000 mL com solução de alginato a 3,1%; a extrusão da mistura de alginato de sódio, microrganismos liofilizados e ácidos orgânicos, é feita pela disposição da mistura em seringas, ou equipamento equivalente, que promovam o gotejamento do material em solução de endurecimento preparada com cloreto de cálcio em água destilada a 0,75%; as cápsulas de alginato de cálcio são formadas quando a solução de alginato de sódio entra em contato com a solução de cloreto de cálcio; a mistura goteja formando pequenas cápsulas, que são separadas da solução de endurecimento com o auxílio de peneiras de aço inox logo após a conclusão da batelada adicionada às seringas; as cápsulas são expostas ao ar ambiente para secarem até endurecer por completo, o que ocorre em cerca de 12 horas, e preparadas para passar pelo processo da liofilização até que seja sublimada toda a água contida no material; a redução de água no material deve ser de 99,4% em peso.Petição 870170044044, de 26/06/2017, pág. 30/35
- 2/42. “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os microrganismos empregados no consórcio pertencem ao gênero Bacillus.
- 3. “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por prever uma etapa de controle de qualidade, na qual uma amostra é coletada para conferir se a contagem microbiológica do material está ideal.
- 4. “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, sendo caracterizado por, na sua versão para a produção de microencapsulados de consórcios de microrganismos para a tratamento de efluentes/remediação ambiental uma solução preparada com alginato de sódio e água destilada na concentração de 3,4%, aquecida para a remoção de bolhas de ar, é acrescida de um consórcio de microrganismos previamente liofilizado em concentração microbiológica de 100 x 109 (cem bilhões) de UFC/g (unidades formadoras de colônias por grama), adicionado diretamente à mistura; inclui-se silicato de alumínio para promover a diluição da concentração microbiológica e conferir viscosidade adequada à mistura para assim promover a formação de gotículas de tamanho ideal durante o gotejamento; a proporção dos ingredientes é de 92% de Alginato de Sódio a 3,4%, 1,08% de blend de microrganismos a 100 x 109 UFC/g e 6,92% de Silicato de Alumínio; a mistura de alginato de sódio, microrganismos liofilizados e dióxido de silício, é extrusada através de seringas, ou equipamento equivalente, que promova o gotejamento do material em solução de endurecimento preparada com cloreto de cálcio em água destilada a 0,75%; as cápsulas endurecidas são separadas daPetição 870170044044, de 26/06/2017, pág. 31/353/4 solução por meio de peneiras ou pelo esgotamento da solução catiônica; as cápsulas são então congeladas até endurecer por completo, cerca de 12 horas, e preparadas para passar pelo processo da liofilização até que seja sublimada toda a água contida no material.
- 5. “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os microrganismos empregados no consórcio pertencem ao gênero Bacillus.
- 6. “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por prever uma etapa de controle de qualidade, na qual uma amostra é coletada para conferir se a contagem microbiológica do material está ideal.
- 7. “MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, obtidos pelo processo da reivindicação 1, caracterizados por serem definidos como microesferas contendo microrganismos e ácidos orgânicos de interesse para determinada aplicação na agricultura, sendo que a depender da finalidade agrícola, pode-se modificar a formulação de microrganismos adicionados; as características finais do produto obtido são: diâmetro médio após liofilização de 0,29mm, peso médio da microcápsula após a liofilização de 0, 002 g e uma concentração de microrganismos de 1 x 104 UFC/g.
- 8. “MICROENCAPSULADOS DE CONSÓRCIOS DE MICRORGANISMOS, obtidos pelo processo da reivindicação 4, caracterizados por serem definidos como microesferas contendo microrganismos de interesse para a remediação de poluentes do meio ambiente, sendo que a depender da finalidade ambiental, pode-se modificar a formulação de microrganismos adicionados;Petição 870170044044, de 26/06/2017, pág. 32/354/4 as características finais do produto obtido são: diâmetro médio após liofilização de 0,29mm, peso médio da microcápsula após a liofilização de 0,002 g e uma concentração de microrganismos de 1 x 104 UFC/g.Petição 870170044044, de 26/06/2017, pág. 33/351/1
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| CN114368827A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-04-19 | 顺德职业技术学院 | 基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料 |
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