PL197101B1 - Sposób wytwarzania otoczek hydrożelowych na powierzchni organów roślinnych - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania otoczek hydrożelowych na powierzchni organów roślinnych, powstających w wyniku tworzenia kompleksów polielektrolitowych w procesie dwuetapowym, znamienny tym, że materiał biologiczny poddaje się w pierwszym etapie działaniu małocząsteczkowego jonowego związku żelującego (czynnik I) w postaci wodnego roztworu, a następnie po wysuszeniu wprowadza się go do wodnego roztworu polielektrolitu (czynnik II), mającego zdolność do żelowania w obecności czynnika I.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197101 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 359797 (51) Int.Cl.

A01N 3/00 (2006.01) A01C 1/06 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 22.04.2003 (54) Sposób wytwarzania otoczek hydrożelowych na powierzchni organów roślinnych

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 02.11.2004 BUP 22/04	(73) Uprawniony z patentu: Akademia Rolnicza w Szczecinie,Szczecin,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.02.2008 WUP 02/08	(72) Twórca(y) wynalazku: Artur Bartkowiak,Szczecin,PL Ludmiła Startek,Szczecin,PL Piotr Żurawik,Szczecin,PL Piotr Salachna,Szczecin,PL

⁽⁵⁷⁾ 1. Sposób wytwarzania otoczek hydrożelowych na powierzchni organów roślinnych, powstających w wyniku tworzenia kompleksów polielektrolitowych w procesie dwuetapowym, znamienny tym, że materiał biologiczny poddaje się w pierwszym etapie działaniu małocząsteczkowego jonowego związku żelującego (czynnik I) w postaci wodnego roztworu, a następnie po wysuszeniu wprowadza się go do wodnego roztworu polielektrolitu (czynnik II), mającego zdolność do żelowania w obecnoś ci czynnika I.

PL 197 101 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania otoczek hydrożelowych na powierzchni organów roślinnych, z wykorzystaniem naturalnych i chemicznie modyfikowanych biopolimerów.

Znanych jest wiele sposobów otoczkowania nasion, cebul oraz bulw roślin mających na celu ochronę materiału biologicznego przed negatywnymi skutkami bezpośredniego kontaktu ze środowiskiem zewnętrznym oraz dostarczenie substancji pokarmowych. Stosuje się w tym celu m. in. metale w postaci proszków i odpowiednie ich sole, jak podano w opisie patentowym USA nr 4 448 796. W opisie patentowym USA nr 5 525 131 opisano metodę pokrywania organów roś linnych, w której stosuje się dyspersję składającą się do 70% z odpowiednich krzemianów, a pozostałość stanowi związek hydrofobowy. Według amerykańskiego opisu patentowego nr 6 386 126 do zaprawiania nasion stosuje się wodne amoniakalne roztwory organicznych soli metali, np. amoniakalny roztwór octanu cynku.

Znane są technologie wykorzystujące zjawisko tworzenia kompleksów polielektrolitowych do pokrywania nasion i bulw. W amerykańskim opisie patentowym nr 4 779 376 przedstawiono ogólny sposób zastosowania hydrożeli do otoczkowania nasion, gdzie w pierwszym etapie odpowiedni materiał biologiczny pokrywany jest roztworem polimeru podatnego na żelowanie, a następnie do takiego układu wprowadzany jest czynnik żelujący. Jako polimery wykorzystuje się polisacharydy w postaci wodnych roztworów, które następnie poddaje się żelowaniu pod wpływem rozpuszczonych soli metali jedno- i wielowartościowych. W opisie patentowym USA nr 5 791 084 przedstawiono metodę otoczkowania z zastosowaniem związków zmniejszających zdolność wiązania kationów metali należących do grupy wielofosforanów sodu i potasu. Dzięki niej możliwe jest otrzymywanie otoczek o kontrolowanej twardości i trwałości. W innym opisie patentowym (USA nr 5 950 360) zaproponowano jednostopniową metodę formowania żeli, gdzie początkowo przygotowuje się roztwory, zawierające oprócz polimeru i substancji dodatkowych również odpowiednie substancje żelujące (np. dla karagenianu chlorek sodu). Taki roztwór służy do pokrywania materiału biologicznego. W tym przypadku otoczka powstaje w wyniku żelowania na skutek obniżenia temperatury lub częściowego odparowania wody.

Bardzo istotny jest dobór samej metody jak i materiału, z którego będzie wykonana otoczka, tak aby w trakcie procesu nie dochodziło do niekorzystnych zmian fizjologicznych określonych bulw czy nasion, a uwalniane substancje w trakcie erozji nie powodowały zagrożenia dla środowiska naturalnego. Pomimo szeroko opisanych w literaturze różnych technologii immobilizacji, ciągle pozostaje problematyczne znalezienie odpowiednich substratów i warunków reakcji, które są kompatybilne z materiałami pochodzenia naturalnego. Większość z proponowanych metod agrotechnicznego otoczkowania dotyczy zastosowania polimerów powłokowych do pokrywania granulowanych nawozów mineralnych. Niestety, zarówno stosowane syntetyczne polimery jak i warunki pokrywania nie umożliwiają zastosowania tych technologii do otoczkowania bulw i nasion roślin.

Jedną z grup związków, które mogłyby być zastosowane do otoczkowania materiałów biologicznych, są polisacharydy. Po przebadaniu ich wpływu na kiełkowanie nasion, wzrost siewek, metabolizm roślin, ultrastrukturę komórek liści, a także na wiroidy, wirusy, bakterie oraz grzyby okazało się, iż polisacharydy, takie jak: karboksymetyloceluloza, metyloceluloza, alginiany, lignosulfoniany, chityna, chitozan, sulfodekstran, stymulują kiełkowanie nasion i wzrost siewek różnych gatunków roślin. Dodatkowo wszystkie one hamują infekcje wirusowe i bakteryjne. W przypadku grzybów właściwości inhibicyjne wykazują głównie kationowe pochodne chitiny, a w niektórych infekcjach grzybowych - również karboksymetyloceluloza.

Wszystkie znane metody otoczkowania, opisane w literaturze fachowej i patentowej, można stosować jedynie do nasion, cebul i bulw o regularnym kształcie i małych średnicach, z reguły mniejszych niż 10 mm. Ponadto, powstające otoczki charakteryzują się zmienną grubością, zależną od położenia materiału biologicznego oraz wielkości wkraplanych kropli do roztworu żelującego. Dodatkowo w celu otrzymania otoczek o zbliżonej grubości konieczne jest zastosowanie skomplikowanych urządzeń, co w konsekwencji powoduje zwiększenie kosztów takiego procesu.

Sposób wytwarzania otoczek hydrożelowych na powierzchni organów roślinnych, powstających w wyniku tworzenia kompleksów polielektrolitowych w procesie dwuetapowym, wedł ug wynalazku polega na tym, że materiał biologiczny poddaje się w pierwszym etapie działaniu małocząsteczkowego jonowego związku żelującego (czynnik I) w postaci wodnego roztworu, a następnie, po wysuszeniu

PL 197 101 B1 wprowadza się go do wodnego roztworu polielektrolitu (czynnik II), mającego zdolności do żelowania w obecnoś ci czynnika I.

Jako małocząsteczkowy jonowy związek żelujący (czynnik I) alternatywnie stosuje się sole metali Na, K, Ca, Zn, Ba, Mg, Fe, Al i Co w postaci rozpuszczalnych w wodzie chlorków, siarczanów, azotanów, fosforanów, octanów, szczawianów lub mleczanów. Stosuje się także oligomeryczne substancje o charakterze kationowym, będące rozpuszczalnym w wodzie związkiem o ciężarze cząsteczkowym nie większym niż 20 tys. g/mol, mającym w łańcuchu głównym i/lub bocznym grupy aminowe o różnej rzędowości. Jako polielektrolit (czynnik II) stosuje się polisacharyd o charakterze anionowym, na przykład alginian, agar, karageniany, ksantan, gelan, gumę arabską, gumę guar, gumę karaya, pektynę, tragakantę, oraz karboksylowane i sulfonowane pochodne skrobi i celulozy lub inny biopolimer o charakterze jonowym, taki jak białko sojowe, serwatkowe lub żelatyna.

Sposób wytwarzania otoczek hydrożelowych według wynalazku umożliwia kontrolowane ingerowanie w procesy fizjologiczne otoczkowanych nasion i bulw m.in. w długość faz rozwojowych oraz w kwitnienie roślin. Bardzo ważną zaletą wynalazku jest uzyskiwanie trwałej otoczki o jednakowej grubości, co decyduje w dużym stopniu o skuteczności jej działania. Jest to wynik samego mechanizmu tworzenia takiej hydrożelowej membrany, która powstaje w procesie stopniowego rozpuszczania i dyfuzji czynników żelujących, znajdujących się na powierzchni materiału biologicznego. Grubość takiej otoczki jest kontrolowana przede wszystkim poprzez odpowiedni dobór czasu trwania drugiego etapu, który dla większości modyfikacji mieści się w przedziale od 10 sekund do 30 minut. Nie bez znaczenia dla wynalazku jest również to, że można dodatkowo wprowadzać substancje funkcjonalne oraz odpowiednie modyfikatory. Do najważniejszych substancji funkcjonalnych należą nawozy, zawierające określone makro- i mikroelementy, środki ochrony roślin oraz regulatory wzrostu. Bezpośrednie występowanie tych substancji pomocniczych w otoczce nasion i bulw zwię ksza efektywność ich działania i poś rednio zmniejsza zagrożenie dla środowiska. Wykorzystując podany sposób wytwarzania otoczek, możliwym stało się stosowanie zdecydowanie mniejszych ilości związków chemicznych w postaci nawozów i środków ochronny roślin, niż to ma miejsce obecnie w trakcie wykonywania konwencjonalnych zabiegów agrotechnicznych.

Zastosowanie zaproponowanej proekologicznej technologii otoczkowania z wykorzystaniem naturalnych polisacharydów zapewnia dobrą ochronę przed infekcją (patogeny i szkodniki), dostarczanie składników pokarmowych i regulatorów wzrostu, a także zwiększa możliwości transportu oraz kontrolowania warunków przechowywania.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w następujących przykładach wykonania.

P r z y k ł a d I.

W 500 cm³ wody destylowanej rozpuszcza się 25 g CaCl₂^2H₂O i następnie dodaje 1 g Kaptanu 50WP (substancja grzybobójcza). Do tak przygotowanej zawiesiny wprowadza się ok. 50 g nasion astra chińskiego (Calistephus chinensis) i przy delikatnym mieszaniu całość pozostawia się na 20 minut. Po tym czasie nasiona odsącza się, najlepiej za pomocą sita o oczkach mniejszych niż wielkość najmniejszych nasion, i poddaje się suszeniu w warunkach naturalnych lub w temp 25-30°C przy wymuszonym przepływie powietrza. Osuszone nasiona wprowadza się do 500 cm³ uprzednio przygotowanego roztworu 1% alginianu sodu i pozostawia na czas około 30 sekund. Następnie całość odsącza się, a otoczkowane nasiona przemywa się kilkakrotnie wodą. W ten sposób otrzymuje się trwałą otoczkę o grubości ok. 0,5-2 mm. Tak otoczkowane nasiona można wysiewać bezpośrednio lub przechowywać po uprzednim wysuszeniu w temperaturze 25-30°C.

P r z y k ł a d II.

Postępuje się analogicznie jak w przykładzie l, tylko zamiast nasion astra chińskiego stosuje się odpowiednio:

- nasiona bratka ogrodowego (Viola x wittrockiana)

- nasiona błonczatki okazałej (Hymenocallis calathina)

- cebule tulipana (Tulipa sp.)

- bulwy frezji (Freesia Eckl. ex Klatt)

- bulwy mieczyka ogrodowego (Gladiolus sp.)

- kłącza kosaćca (Iris sp.)

We wszystkich preparacjach stosuje się takie ilości, aby materiał biologiczny był całkowicie zanurzony w roztworze (zawiesinie), zarówno w pierwszym jak i w drugim etapie otoczkowania.

PL 197 101 B1

P r z y k ł a d III.

W 500 cm³ wody destylowanej rozpuszcza się 50 g NaCl i nastę pnie dodaje 2,5 g Kaptanu 50WP (substancja grzybobójcza) i 0,25 g 50% pirymifosu metylowego (substancja owadobójcza na przykład Actellic 50EC). Do tak przygotowanej zawiesiny wprowadza się bulwy frezji (Freesia Eckl. ex Klatt) o masie całkowitej 50 g i delikatnie mieszając pozostawia się je na 30 minut. Po tym czasie bulwy odsącza się, najlepiej za pomocą sita o oczkach mniejszych niż wielkość najmniejszych bulw, i poddaje się suszeniu w warunkach naturalnych lub w temp 25-30°C przy wymuszonym przepł ywie powietrza. Osuszone bulwy wprowadza się do 500 cm³ uprzednio przygotowanego roztworu 2% iota-karagenianu o temperaturze 37°C i pozostawia na około 60 sekund. Nastę pnie całość odsącza się, a otoczkowane bulwy przemywa się kilkakrotnie wodą. W ten sposób otrzymuje się trwałą otoczkę o grubości ok. 1-3 mm. Tak otoczkowane bulwy można wysadzać bezpośrednio lub przechowywać po uprzednim wysuszeniu w temperaturze 25-30°C.

P r z y k ł a d IV.

W 500 cm³ wody destylowanej rozpuszcza się 25 g Fe2(SO4)3 i następnie dodaje 2,5 g tiofanatu metylu w postaci Topsinu M500 SC (substancja grzybobójcza). Do tak przygotowanej zawiesiny wprowadza się cebule tulipana (Tulipa sp.) i przy delikatnym mieszaniu całość pozostawia się na 15 minut. Po tym czasie cebule odsącza się, najlepiej za pomocą sita o oczkach mniejszych niż wielkość najmniejszych cebul, i poddaje się suszeniu w warunkach naturalnych lub w temp 25-30°C przy wymuszonym przepływie powietrza. Osuszone cebule wprowadza się do 500 cm³ uprzednio przygotowanego roztworu 1% ksantanu i pozostawia na około 180 sekund. Następnie cebule odsącza się i przemywa kilkakrotnie wodą. W ten sposób otrzymuje się trwałą otoczkę, o grubości około 2-4 mm. Tak otoczkowane cebule można wysadzać bezpośrednio lub przechowywać po uprzednim wysuszeniu.

P r z y k ł a d V.

W 500 cm³ wody destylowanej rozpuszcza się 25 g Mg(NO₃)₂OH₂O i następnie dodaje 1,25 g tlenochlorku miedziowego w postaci Miedzianu 50WP (substancja grzybobójcza). Do tak przygotowanego roztworu wprowadza się pojedynczo lub po kilka kłączy kosaćca (Iris sp.) i przy delikatnym mieszaniu całość pozostawia się na 30 minut. Po tym czasie kłącza odsącza się, najlepiej za pomocą sita i poddaje się suszeniu w warunkach naturalnych lub w temp. 25-30°C przy wymuszonym przepływie powietrza. Osuszone kłącza wprowadza się do 500 cm³ uprzednio przygotowanego roztworu 0,5% gelanu i pozostawia na około 120 sekund. Następnie otoczkowane kłącza odsącza się i przemywa kilkakrotnie wodą. W ten sposób otrzymuje się trwałą otoczkę o grubości około 2-4 mm. Tak otoczkowane kłącza można wysadzać bezpośrednio lub przechowywać po uprzednim wysuszeniu.

P r z y k ł a d VI.

W 500 cm³ wody destylowanej rozpuszcza się 50 g oligochitozanu o ciężarze cząsteczkowym w granicach 500-5000 g/mol i całość roztworu doprowadza się do pH ok. 6,5-7,0 za pomocą 1 mola NaOH. Do tak przygotowanego roztworu wprowadza się bulwy frezji (Freesia Eckl. exKlatt) i przy delikatnym mieszaniu całość pozostawia się na 60 minut. Po tym czasie bulwy odsącza się, najlepiej za pomocą sita o oczkach mniejszych niż wielkość najmniejszych bulw, i poddaje się suszeniu w warunkach naturalnych lub w temperaturze 25-30°C przy wymuszonym przepływie powietrza. Osuszone bulwy wprowadza się do 500 cm³ uprzednio przygotowanego roztworu 1% karboksymetylocelulozy o stopniu podstawienia ok. 0,5 i pozostawia na czas ok. 20 minut. Następnie otoczkowane bulwy odsącza się i przemywa kilkakrotnie wodą. W ten sposób otrzymuje się trwałą otoczkę o grubości ok. 0,5-3 mm. Tak otoczkowane bulwy można wysadzać bezpośrednio lub przechowywać po uprzednim wysuszeniu w temperaturze ok. 25°C.

Sposób według wynalazku może być stosowany do otoczkowania wszystkich organów roślinnych, które służą zarówno do rozmnażania generatywnego (nasiona) jak i wegetatywnego (głównie organy spichrzowe jak cebule, bulwy, kłącza i rozłogi).

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania otoczek hydrożelowych na powierzchni organów roślinnych, powstających w wyniku tworzenia kompleksów polielektrolitowych w procesie dwuetapowym, znamienny tym, że materiał biologiczny poddaje się w pierwszym etapie działaniu małocząsteczkowego jonowego związku żelującego (czynnik I) w postaci wodnego roztworu, a następnie po wysuszeniu wprowadza

   PL 197 101 B1 się go do wodnego roztworu polielektrolitu (czynnik II), mającego zdolność do żelowania w obecności czynnika I.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako małocząsteczkowy jonowy związek żelujący (czynnik I) alternatywnie stosuje się sole metali Na, K, Ca, Zn, Ba, Mg, Fe, Al i Co w postaci rozpuszczalnych w wodzie chlorków, siarczanów, azotanów, fosforanów, octanów, szczawianów lub mleczanów albo stosuje się oligomeryczne substancje o charakterze kationowym.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako oligomeryczną substancję o charakterze kationowym stosuje się rozpuszczalny w wodzie związek o ciężarze cząsteczkowym nie większym niż 20 tys. g/mol, mający w łańcuchu głównym i/lub bocznym grupy aminowe o różnej rzędowości.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako polielektrolit (czynnik II) stosuje się polisacharyd o charakterze anionowym lub inny biopolimer o charakterze jonowym.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako polisacharyd o charakterze anionowym stosuje się korzystnie alginian, agar, karageniany, ksantan, gelan, gumę arabską, gumę guar, gumę karaya, pektynę, tragakantę, oraz karboksylowane i sulfonowane pochodne skrobi i celulozy.
6. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako inny biopolimer o charakterze jonowym stosuje się białko sojowe, serwatkowe lub żelatynę.