WO2023237802A1 - Fertilizante de liberación controlada - Google Patents

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WO2023237802A1
WO2023237802A1 PCT/ES2023/070380 ES2023070380W WO2023237802A1 WO 2023237802 A1 WO2023237802 A1 WO 2023237802A1 ES 2023070380 W ES2023070380 W ES 2023070380W WO 2023237802 A1 WO2023237802 A1 WO 2023237802A1
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fertilizer
nutrient
micronutrient
release
fertilizer according
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PCT/ES2023/070380
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Mercedes Jiménez Rosado
José Fernando RUBIO VALLE
Víctor Manuel Pérez Puyana
Antonio Guerrero Conejo
Alberto Romero García
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Universidad de Sevilla
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Universidad de Sevilla
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    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05D—INORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D9/00—Other inorganic fertilisers
    • C05D9/02—Other inorganic fertilisers containing trace elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F5/00—Fertilisers from distillery wastes, molasses, vinasses, sugar plant or similar wastes or residues, e.g. from waste originating from industrial processing of raw material of agricultural origin or derived products thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F5/00—Fertilisers from distillery wastes, molasses, vinasses, sugar plant or similar wastes or residues, e.g. from waste originating from industrial processing of raw material of agricultural origin or derived products thereof
    • C05F5/002—Solid waste from mechanical processing of material, e.g. seed coats, olive pits, almond shells, fruit residue, rice hulls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/10—Solid or semi-solid fertilisers, e.g. powders
    • C05G5/14—Tablets, spikes, rods, blocks or balls

Definitions

  • the present invention belongs to the field of fertilizers for agriculture and horticulture. Specifically, it refers to a controlled release fertilizer in tablet form, its preparation method and its use.
  • fertilizers in the agriculture and horticulture sectors are very recent. Their interest comes from the need to be more precise in the administration of nutrients to reduce and even avoid the great pollution that excess fertilizers are causing in the subsoil and groundwater, which affects essential sectors such as food and hydration. .
  • the fertilizers used are salts that contain the nutrients necessary for plants. They need them throughout their life cycle, and the supply of water is necessary for the uptake of nutrients.
  • the efficiency of fertilization is very low, since the plant captures very few nutrients compared to those that end up being dragged into the subsoil and groundwater. Due to this problem, more natural alternatives have been studied: the use of conservation tillage, avoiding the use of substances of anthropogenic origin or carrying out fallow cycles.
  • the versatility and lightness that fertilizers generate in crops make these alternatives not competitive.
  • thermomechanical processes such as injection molding or extrusion, with which fertilizer matrices are achieved that have advantages over other systems
  • fertilizer matrices comprise a soy protein isolate and can retain water and release it controlledly along with the release of micronutrient.
  • the controlled release time is limited and its production requires the use of plasticizers to facilitate the processability of the product. This represents a method more complex production process, and an increase in production cost and time.
  • the authors of the present invention have developed a fertilizer that overcomes the disadvantages and/or problems of already known fertilizers.
  • the fertilizer of the invention is very versatile and with it the kinetics of nutrient and water release can be adapted to a specific crop by, among others, modulating its biodegradability and optimizing the amount of nutrient incorporated.
  • said fertilizer is in tablet form and is manufactured using a process that is easily industrially scalable and does not use plasticizers, which shortens and facilitates the process and lowers the costs of manufacturing, distribution and the fertilizer itself.
  • the present invention relates in a first aspect to a controlled release fertilizer comprising 80-99% (w/ pt ) of a soy protein isolate and 1-20% (w/ pt ) of a nutrient, where the fertilizer is a tablet that has a density of at least 0.6 g/cm 3 and is free of plasticizer.
  • a second aspect of the present invention refers to a method for preparing the fertilizer according to the first aspect of the invention, which comprises the following steps: a) Mixing 80-99% of a soy protein isolate with 1-20% of a nutrient, until a homogeneous mixture is obtained, where the percentage is given by weight with respect to the total weight of the mixture; and b) Compress the homogeneous mixture obtaining a tablet.
  • a third aspect of the present invention relates to a fertilizer obtainable by the method of the second aspect of the invention.
  • a fourth aspect of the present invention relates to the use of the fertilizer according to the first or third aspect of the invention to promote the growth of a plant or crop.
  • Figure 1 Photographs showing the visual appearance (upper panel) and the microstructure obtained by scanning electron microscopy (lower panel) of the fertilizer of the invention before (A) and after (B) absorbing water.
  • nutrient refers to micronutrients and/or oligonutrients and/or macronutrients.
  • Micronutrients refers to elements required in small or trace amounts for plant growth, for example, zinc, boron, iron, copper, molybdenum, chlorine, manganese and cobalt.
  • Micronutrients refers to elements typically required in large quantities for plant growth, for example, nitrogen, phosphorus, potassium, carbon, oxygen and hydrogen.
  • Race element refers to elements required in lower quantities than macronutrients, e.g. example, sulfur, phosphate, magnesium and calcium.
  • the first aspect of the invention relates to a controlled release fertilizer comprising 80-99% (w/w t ) of a soy protein isolate (SPI hereinafter) and 1-20% (w/w t ) of a nutrient, where the fertilizer is a tablet that has a density of at least 0.6 g/cm 3 and is free of plasticizers.
  • SPI soy protein isolate
  • the percentages are given by weight with respect to to total weight (p/pt), unless otherwise indicated.
  • the weight percentage is given in dry weight.
  • controlled release is synonymous with sustained release.
  • the fact that the tablet is free of plasticizers means that it does not have any plasticizer, that is, that its plasticizer content is 0% w/p t .
  • the fertilizer of the present invention is a tablet (it is in the form of a tablet), that is, it has a completely different shape than the SPI-based fertilizers described in the state of the art until now (matrices). Being in tablet form, the fertilizer of the invention is easily handled and distributed, in addition to being more economical than already known fertilizers, in particular SPI matrices. Thus, the object of the first aspect of the invention is also referred to as fertilizer tablet.
  • the size and shape of the tablet can be adapted to the needs of the farmer, horticulturist, plant or crop in question.
  • the tablet has a diameter of 10-20 mm, preferably 15 mm, and/or a height of 3-10 mm, preferably 5 mm. More particularly, the tablet has a circular section (for example, it is cylindrical).
  • the fertilizer of the present invention has a higher density than that of the SPI-based fertilizer matrices known in the state of the art. This, advantageously, allows a greater amount of nutrient to be retained and distributed more slowly than already known fertilizers, in particular matrices.
  • the density of the tablet is 0.6-0.8 g/cm 3 . These densities allow the incorporation of up to 20% of nutrient and release it in a time of up to 60 days in soil.
  • the fertilizer of the present invention may have higher nutrient concentrations, particularly micronutrients, than SPI-based fertilizer matrices. known until now.
  • the fertilizer comprises 10-20% (w/p t ) of the nutrient, the different components adding up to 100%. In this way, a greater contribution of nutrient to plants and/or crops is achieved, which is of special relevance when the nutrient is or includes a micronutrient.
  • the fertilizer comprises 90-99% (w/p t ) of SPI, adding the different components of the fertilizer to 100%.
  • the fertilizer consists of 80-99% (w/p t ) of SPI and 1-20% (w/p t ) of a nutrient, adding the different components of the fertilizer 100 % (p/pt).
  • it consists of 10-20% (w/p t ) of nutrient and 80-90% (w/p t ) of SPI, adding the different components to 100% (w/pt).
  • any nutrient can be used in the present invention.
  • the nutrient is or comprises a macronutrient, an oligonutrient and/or a micronutrient.
  • the nutrient is or comprises a micronutrient.
  • the micronutrient is selected from the group consisting of zinc, boron, iron, copper, molybdenum, chlorine, manganese, cobalt and combinations thereof. More preferably, the micronutrient is zinc. All of these micronutrients require very precise control of their contribution to crops, since both excess and deficiency can have detrimental effects on crops. Advantageously, said control is achieved in a precise and simple way with the fertilizer of the present invention.
  • the nutrient can be provided as part of an organic or inorganic compound.
  • the nutrient is an organic or inorganic compound. More particularly, the nutrient is a sulfate, a chelate with ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), a chelate with N, N'-ethylenediamine-bisacetic acid (EDDHA), or a combination thereof.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • EDDHA N, N'-ethylenediamine-bisacetic acid
  • a sulfate of a micronutrient, a micronutrient chelate with EDTA, or a micronutrient chelate with EDDHA, or a combination thereof Preferably a sulfate of a micronutrient, a micronutrient chelate with EDTA, or a micronutrient chelate with EDDHA, or a combination thereof.
  • sulfates are sulfate monohydrate, sulfate pentahydrate, sulfate heptahydrate, and sulfate anhydrous.
  • the nutrient is selected from zinc sulfate monohydrate, zinc sulfate pentahydrate, zinc sulfate heptahydrate, zinc sulfate anhydrous, and combinations thereof.
  • the organic compound that comprises it can be, for example, zinc chelate with EDTA or zinc chelate with EDDHA.
  • micronutrients in the form of these organic and inorganic compounds, in addition to micronutrients, macronutrients and/or oligonutrients are provided, further promoting plant growth.
  • the protein component, SPI is mostly composed of nitrogen (70 to 90% by weight), a primary nutrient that can also be taken up by crops during fertilizer biodegradation.
  • the fertilizers of the present invention have a long controlled release of nutrient, in particular micronutrients, in the soil, even reaching 60 days (Example 2), a time much longer than the SPI matrices already known in the state of the art. technique that at most reaches 40 days.
  • the fertilizer of the invention has a release time of the nutrient in the soil of up to 60 days. More particularly, it has a release time of 5 to 60 days and preferably 42 to 60 days.
  • the release into soil is measured with the method described in Example 2.2.
  • the tablets are buried in nutrient-deficient soils (nutrient in a concentration lower than that required by the crop in question, which is known to the person skilled in the art) in glass tubes, more particularly with a height of 40 cm and a diameter of 2 cm.
  • These tubes are irrigated with water, more particularly with 20 mL of water, every 24 h, simulating an intensive horticultural irrigation of 20 L water/m 2 of soil.
  • the conductivity of the leachate obtained from these irrigations is measured with a BASIC 30 EC-meter (Crison, Spain) until the total absence of salts in the leachate.
  • the maximum release time is estimated when no salts are present in the leachates after 3 consecutive days of study.
  • Controlled release also occurs in water where a controlled release of up to 10 hours can be achieved (Example 2).
  • the fertilizer of the invention has a release time of the nutrient, in particular the micronutrient, in water of up to 10 hours. More particularly, the release time of micronutrient in water is 3 to 10 hours.
  • the fertilizer of the present invention is characterized in that it releases:
  • the release in water is measured with the method described in Example 2.1, in particular the conductivity is measured every 5 minutes with an EC-meter Basic 30 equipment (Spain ). The measure is taken for stability. More particularly, at least three repetitions of each test are done.
  • the % of nutrient released is the % of micronutrient released.
  • the fertilizer tablet of the invention has a water absorption capacity of at least 120% w/ w (Example 3). More particularly, it has a water absorption capacity of 120%-140% w/ w . This allows irrigation reductions of up to 45%, in particular 20-45%.
  • the fertilizer of the present invention has high biodegradability (it degrades completely in 20-60 days) and its removal is not necessary (Example 4).
  • the protein component, SPI is composed mostly of nitrogen (between 70 and 90% by weight), a primary nutrient that can also be taken up by crops during the biodegradation of the tablet, closing the life cycle of the tablet. product without any waste, thus supporting a circular economy.
  • the fertilizer tablet is completely degraded in the soil in 20-60 days, preferably in 42-60 days.
  • said degradation is measured with the method described in Example 4, in particular by visual observation, more particularly every 3 days, after unearthing the tablets that are subjected to a composting medium with 80% water saturation (2:1 cropland: compost, the same proportion of inert/organic materials as specified by ISO 20200 (“ISO 20200:2004. Plastics — Determination of the degree of disintegration of plastic materials under simulated composting conditions in a laboratory-scale test," 2004). The degradation time was established as the time after which no part of the tablet (> 1 mm) could be unearthed.
  • the fertilizer of the present invention is capable of retaining water and releasing it controlledly along with the release of the nutrient. over a long time and gradually, and is highly biodegradable. In addition, it is capable of incorporating more nutrients, particularly micronutrients, than already known matrices. Being able to release nutrients, particularly micronutrients, in a controlled manner makes it possible to control the amount supplied, avoiding a defect or excess that could cause problems in the yield and final crop. Furthermore, the fertilizer of the present invention is very versatile and the kinetics of nutrient and/or water release can be adapted to a specific crop by, among others, modulating its biodegradability and optimizing the amount of nutrient incorporated. Likewise, as it is a tablet, it is a product that is easy to handle and distribute both to the place of application and throughout said place (for example, crop land), and has a lower cost.
  • the second aspect of the invention refers to a method for preparing a fertilizer according to any one of the embodiments of the first aspect of the invention, which comprises the following steps: a) Mixing 80-99% by weight of an SPI with 1 -20% by weight of a nutrient, until a homogeneous mixture is obtained, where the percentages are given by weight with respect to the total weight of the mixture; and b) Compress the homogeneous mixture obtaining a tablet.
  • the SPI and the nutrient are provided in powder form.
  • the method of the invention consists of compacting a mixture of powders.
  • the grains that make up the powder are plastically deformed, creating a surface tension that keeps them together in the form of a tablet or tablet.
  • heat treatment of the tablets after compaction can be used to strengthen the mechanical properties of the tablets and modulate or delay the release of the nutrient.
  • the compression pressure can be varied by also modifying the release properties of the nutrient.
  • the method of the invention comprises an additional step c) in which the tablet obtained in step b) is subjected to a heat treatment. More particularly, the heat treatment is carried out at 30°C-80°C and preferably at 50°C-60°C.
  • the duration of the heat treatment is easily determined by the person skilled in the art, particularly, it can range from 1 to 24 hours, preferably 4 or 24 hours.
  • step b) the compression of step b) is carried out uniaxially, that is, through the use of a uniaxial pressure system.
  • the compression of step b) is carried out at a pressure of 200 MPa to 900 MPa, more preferably 300 MPa to 800 MPa.
  • these pressures make it possible to modulate the particular release characteristics of the tablet, for example, the maximum controlled release time (see Example 2).
  • the compression time is easily determined by the person skilled in the art, for example, it may be at least 30 seconds, preferably at least 1 minute and more preferably, 1 minute to 5 minutes.
  • the method of the present invention does not require the use of plasticizers, nor is injection or extrusion molding necessary, steps that were essential in the methods known in the state of the art.
  • the method does not comprise any step of adding plasticizer, removing plasticizer, injection molding or extrusion. More particularly, the method of the invention It consists of stages a) and b), and optionally c).
  • the tablet is capable of capturing water and then releasing it in a sustained manner.
  • the release of nutrients, and optionally water can be customized according to the conditions used in the tablet preparation method (eg, pressure, heat treatment) (see Examples 2 and 3).
  • the controlled release characteristics of nutrient and/or water can be customized according to the particular needs of each plant or crop.
  • the particular and preferred embodiments defined in the first aspect of the invention are applicable to the second aspect of the invention (for example, quantitative composition, nutrients, etc.).
  • the characteristics of the fertilizer tablet obtained by said method can be modulated.
  • the third aspect of the invention refers to a fertilizer, in particular a controlled release fertilizer, characterized in that it is obtainable by the method according to any one of the embodiments of the second aspect of the invention. Since the fertilizer obtainable by the method of the invention is a tablet, the object of the third aspect of the invention also refers to a fertilizer tablet obtainable by the method according to any one of the embodiments of the second aspect of the invention.
  • the fertilizer or fertilizer tablet of the third aspect of the invention has a density of at least 0.6 g/cm 3 , preferably 0.6-0.8 g/cm 3 .
  • the fertilizer or fertilizer tablet of the third aspect of the invention has a release time of the nutrient in the soil of up to 60 days, more particularly, from 5 to 60 days and preferably from 42 to 60 days (Example 2).
  • the fertilizer or fertilizer tablet of the third aspect of the invention has a release time of the nutrient in water of up to 10 hours, more particularly, from 3 to 10 hours (Example 2) .
  • the tablet of the third aspect of the invention has a water absorption capacity of at least 120% w/p t , more particularly, of 120%-140% w/p t (see Example 3). This allows irrigation reductions of up to 45%, in particular 20-45%.
  • the fertilizer or fertilizer tablet of the third aspect of the invention is a tablet with high biodegradability, completely degrading in 20-60 days, in particular 42-60 days (Example 4).
  • both the fertilizer of the first aspect of the invention and that of the third aspect of the invention can be used for the controlled release of nutrients or nutrients and water, and can be used as fertilizers or additives for compost and/or soil for ornamental plants and/or for agricultural production plants.
  • the fertilizer is useful in promoting the growth of such plants.
  • the fourth aspect of the invention refers to the use of a fertilizer according to any one of the embodiments of the first or third aspect of the invention to promote the growth of a plant and/or a crop.
  • fertilizer as an additive for compost and/or soil for ornamental plants and/or for agricultural or horticultural production plants.
  • the fourth aspect of the invention also relates to a method of promoting or improving the growth of a plant or a crop comprising the addition or application of the fertilizer of any one of the embodiments of the first or third aspect of the invention to said plant or crop.
  • the amount of fertilizer to use or add is easily determined by the expert in the field according to the needs of the plant or crop in question.
  • the crop may be an agricultural or horticultural crop, and the plant an ornamental plant.
  • the fertilizer of the first or third aspect of the invention is added or applied to the medium in which said plant or crop is growing or is expected to grow.
  • Said medium can be, for example, compost, soil, soil or soil.
  • SPI was used as the matrix of the fertilizer tablets. This protein is a byproduct of the industrial production of soybean oil. Its composition is mainly protein (91% by weight), with some moisture (max. 5% by weight) and other minor components (max. 5% by weight).
  • the SPI was supplied by Protein Technologies International (SUPRO 500E, Belgium).
  • Zinc was selected as a micronutrient to incorporate due to its great influence on the crop. Low amounts of zinc can cause yield losses of up to 60%, while an excess of zinc can cause crop poisoning. Zinc was incorporated by introducing a salt, specifically zinc sulfate monohydrate (ZnSCU -H2O), provided by Panreac Qu ⁇ mica S.A. (Spain).
  • ZnSCU -H2O zinc sulfate monohydrate
  • the preparation method of SPI-based fertilizer tablets consisted of two stages. First, SPI and ZnSÜ4 - H2O were mixed manually at a ratio of 9:1. The homogenized raw materials were compacted subsequently using a laboratory-scale uniaxial compression system (Pilot, Costa Rica). To do this, a pressure of 333 MPa, 416 MPa or 776 MPa was applied for 1 minute, obtaining cylindrical tablets with a diameter of 15 mm and a height of 5 mm. Additionally, the tablets obtained were not subjected to any heat treatment (Oh heat treatment) or were subjected to heat treatment (HT) at 50 °C for 4 or 24 h.
  • any heat treatment Oh heat treatment
  • HT heat treatment
  • the objective of the tablets of the present invention is the controlled release of a micronutrient, in this example zinc.
  • Essawy et al., 2016, proposed a method to quickly evaluate this release. To do this, the tablets were immersed in 300 mL of distilled water, where the zinc is slowly released. To evaluate the release produced, the conductivity of the medium was measured over time, which will change as the salt concentration in the immersion water increases. The release will end when the conductivity remains constant for more than 1 h, which allows measuring the maximum release time of the different systems. Conductivity was measured every 5 minutes with a perfectly calibrated EC-meter BASIC 30 (Chson, Spain). The measure was taken for stability. At least three repetitions of each test were done.
  • a blank was made where no tablets were incorporated into the soil, in order to counteract the presence of other salts in the soil in addition to those of the tablets.
  • Time Maximum release was considered when the conductivity remained constant and equal to the blank for 3 consecutive days. Additionally, intermediate and end points of release were monitored by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) with a SpectroBlue TI ICP (Spectro, Germany).
  • the conductivities were analyzed as cumulative. The last conductivity value is considered as 100% release of the micronutrient. The release percentage (%) was calculated by multiplying by 100 the ratio between the conductivity at a given time and the final conductivity.
  • the different superscripts indicate significant differences obtained with a confidence level of 95% (p ⁇ 0.05) after applying a Tukey test.
  • the application of heat treatment and/or different pressures allows modulating the particular release characteristics of the compressed.
  • it strengthens the structure of the tablet, which improves its mechanical properties and delays the release of zinc.
  • This allows the generation of customizable tablets for each crop, for example, based on the specific growth time of each crop. Therefore, the present invention provides a versatile fertilizer tablet, because with small modifications in the production parameters, the maximum release time can be optimized, among others.
  • the release profile is also adjustable over time, which advantageously allows customizing the amount of micronutrient released in each moment.
  • the release profile adapts to the nutrient needs of the crops.
  • the release is faster at the beginning (first 60 minutes), when the plants need a greater amount of nutrients for their growth; reducing its speed until the complete release of the micronutrient, when the plant needs fewer nutrients to maintain itself and form its fruits.
  • This profile is also easily adjustable by changing the pressure or including a heat treatment during tablet processing.
  • the tablets of the present invention are competent and industrializable than the matrices of the state of the art, for example, those disclosed in Jiménez-Rosado et al., 2021.
  • the tablets of the present invention allow a faster release. extended over time, expanding the range of crops to which they could be applied.
  • One of the added values of the tablets of the present invention is their water absorption capacity.
  • the ability to retain water and release it in a controlled manner allows the tablets of the present invention to be used as a water source. This quality is very useful in croplands with difficult access to water, as it reduces the amount of irrigation water needed for production.
  • the method described in Jiménez-Rosado et al., 2021 was carried out.
  • each tablet was immersed in 300 mL of distilled water for 24 h, following the ASTM D570-98 standard.
  • the water absorption capacity (WUC) was calculated using equation 2: • loo (2) where m 2 is the weight of the system after immersion in water and m 3 is the weight of the system after immersion in water and drying by freeze-drying.
  • the water absorption capacity was characterized in the tablets of Example 1 prepared by applying a pressure of 416 MPa without heat treatment (0 h HT) and with heat treatment of 4 h (4 h HT) and 24 h (24 h HT). The results are shown in Table 3.
  • the tablets of the present invention have a water absorption capacity greater than 120% (by weight with respect to the weight of the dry tablet). This allows irrigation reductions of more than 20%, which in difficult-to-access terrain is a huge advantage.
  • Biodegradability was measured by burying the fertilizer tablets of the present invention at room temperature in a composting medium with 80% water saturation (2:1 cropland:compost, the same proportion of inert/organic materials specified by ISO 20200 ("ISO 20200:2004. Plastics — Determination of the degree of disintegration of plastic materials under simulated composting conditions in a laboratory-scale test," 2004). The test was carried out with all the tablets prepared in Example 1. The tablets were They were dug up to be visually evaluated on different days, taking photographs of all of them (data not shown). The test ended when no part of the tablet (> 1 mm) could be unearthed, at which time the total biodegradation time was established. The time Biodegradation time was 42 to 60 days.
  • the maximum zinc release time of the tablets of the present invention is more than three times longer than that of the SPI matrices.
  • the amount of micronutrient released at the same time is also different.
  • the release profile of the tablets of the invention allows a more gradual, uniform and long-lasting release, which in the case of micronutrients is essential to guarantee the improvement of the growth of the plant or crop.

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Abstract

La presente invención se refiere a un fertilizante de liberación controlada en forma de comprimido, a su método de preparación y a sus usos.

Description

FERTILIZANTE DE LIBERACIÓN CONTROLADA
DESCRIPCIÓN
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo de los fertilizantes para agricultura y horticultura. En concreto, se refiere a un fertilizante de liberación controlada en forma de comprimido, a su método de preparación y a su uso.
Antecedentes de la invención
La liberación controlada de fertilizantes en los sectores de agricultura y horticultura es muy reciente. Su interés proviene de la necesidad de ser más precisos en la administración de nutrientes para reducir e incluso evitar la gran contaminación que el exceso de fertilizantes está provocando en el subsuelo y las aguas subterráneas, lo que afecta a sectores esenciales como la alimentación y la hidratación. Por lo general, los fertilizantes utilizados son sales que contienen los nutrientes necesarios para las plantas. Estas los necesitan durante todo su ciclo de vida, siendo necesario el aporte de agua para la captación de los nutrientes. No obstante, debido a la alta solubilidad que presentan las sales usadas convencionalmente, la eficiencia de la fertilización es muy baja, ya que la planta capta muy pocos nutrientes con respecto a los que acaban arrastrados hacia el subsuelo y aguas subterráneas. Debido a esta problemática se han estudiado alternativas más naturales: el uso de la labranza de conservación, el evitar el uso de sustancias de origen antropogénico o el realizar ciclos de barbecho. Sin embargo, la versatilidad y ligereza que los fertilizantes generan en los cultivos hacen que estas alternativas no sean competitivas.
La última tendencia en este ámbito es el estudio de sistemas fertilizantes de liberación lenta, que pueden adaptarse a las necesidades de los cultivos y mejorar la eficiencia de asimilación de los mismos. Así, diferentes sistemas plásticos han sido comercializados industrialmente (por ejemplo, Nutricote® de Projar o Multicote® de Haifa). Estos sistemas se basan en realizar recubrimientos plásticos porosos a los fertilizantes para reducir su contacto con el agua, y así, evitar su arrastre hasta el subsuelo. Así, el aporte de agua permite la salida de los fertilizantes de forma más lenta (más prolongada en el tiempo), aumentando la eficiencia de la fertilización. No obstante, estos sistemas presentan problemas debido a la baja biodegradabilidad de los plásticos usados, que permanecen en el suelo dificultando su retirada (necesaria para la no intoxicación del suelo de cultivo), incrementando así el costo del proceso y limitando su uso.
Por otro lado, también ha ganado interés en este sector el uso de sistemas dedicados a la retención y liberación controlada de agua, como Creasorb® de Evonic o Luquasorb® de BASF. Estos sistemas están compuestos de plásticos superabsorbentes que son capaces de absorber y retener entre un 800-1000 % de su peso en agua y liberarla controladamente según las necesidades del cultivo, mejorando el ciclo del uso de agua y reduciendo la frecuencia de riego necesaria para los cultivos. Estos sistemas han permitido cultivar en terrenos donde la irrigación es más complicada y cara. No obstante, también presentan problemas de biodegradabilidad, siendo necesaria la retirada del producto una vez usado.
En este sentido, muchas han sido las invenciones creadas con la finalidad de aumentar la biodegradabilidad de estos sistemas para poder mejorar su funcionalidad. Así, se pueden encontrar algunas patentes de sistemas biodegradables para la liberación controlada de micronutrientes (LIS20190031574) o para la retención y liberación de agua (US08697843, ES2502967), pero ninguno de ellos aúna ambas propiedades. Además, los métodos descritos para la elaboración de estos sistemas son difícilmente industrializadles, encareciendo su precio de puesta en el mercado, como son la fermentación, formación de hidrogeles o sputtering.
Existe una solución más industrializadle gracias a procesos termomecánicos como el moldeo por inyección o la extrusión, con los que se consiguen matrices fertilizantes que presentan ventajas frente a los demás sistemas (Jiménez-Rosado et al., 2021). Estas matrices comprenden un aislado proteico de soja y pueden retener agua y liberarla controladamente junto con la liberación de micronutriente. Sin embargo, el tiempo de liberación controlada es limitado y para su producción se necesita el uso de plastificantes para facilitar la procesabilidad del producto. Esto supone un método de producción más complejo, y un aumento del coste y tiempo de producción.
Sorprendentemente, los autores de la presente invención han desarrollado un fertilizante que supera las desventajas y/o problemas de los fertilizantes ya conocidos. En particular, el fertilizante de la invención es muy versátil y con él se puede adecuar la cinética de liberación de nutrientes y agua a un cultivo específico mediante, entre otros, la modulación de su biodegradabilidad y la optimización de la cantidad de nutriente incorporado. Además, dicho fertilizante está en forma de comprimido y se fabrica mediante un proceso fácilmente escalable industrialmente y que no usa plastificantes, lo que acorta y facilita el proceso y abarata los costes de fabricación, de distribución y del fertilizante en sí.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere en un primer aspecto a un fertilizante de liberación controlada que comprende 80-99 % (p/pt) de un aislado proteico de soja y 1-20% (p/pt) de un nutriente, donde el fertilizante es un comprimido que tiene una densidad de al menos 0,6 g/cm3 y está libre de plastificante.
Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un método para preparar el fertilizante según el primer aspecto de la invención, que comprende las siguientes etapas: a) Mezclar 80-99% de un aislado proteico de soja con 1-20% de un nutriente, hasta obtener una mezcla homogénea, donde el porcentaje está dado en peso con respecto al peso total de la mezcla; y b) Comprimir la mezcla homogénea obteniendo un comprimido.
Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un fertilizante obtenible por el método del segundo aspecto de la invención.
Un cuarto aspecto de la presente invención se refiere al uso del fertilizante de acuerdo con el primer o tercer aspecto de la invención para promover el crecimiento de una planta o cultivo. Otros objetos, características, ventajas y aspectos de la presente solicitud serán evidentes para el experto en la materia a partir de la descripción y las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de las figuras
Figura 1 : Fotografías mostrando el aspecto visual (panel superior) y la microestructura obtenida mediante microscopía electrónica de barrido (panel inferior) del fertilizante de la invención antes (A) y después (B) de absorber agua.
Descripción de la invención
Como se usa en la presente solicitud, las formas en singular “un/uno”, “una” y “el/la" incluyen sus correspondientes plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. A menos que se defina otra cosa, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el significado que un experto en la técnica a la que esta invención pertenece entiende habitualmente.
En el contexto de la presente invención, "nutriente" se refiere a micronutrientes y/u oligonutrientes y/o macronutrientes. "Micronutrientes" se refiere a elementos requeridos en cantidades pequeñas o trazas para el crecimiento de las plantas, por ejemplo, zinc, boro, hierro, cobre, molibdeno, cloro, manganeso y cobalto. “Macronutrientes" se refiere a elementos requeridos típicamente en grandes cantidades para el crecimiento de las plantas, por ejemplo, nitrógeno, fósforo, potasio, carbono, oxígeno e hidrógeno. “Oligoelemento” se refiere a elementos requeridos en menores cantidades que los macronutrientes, por ejemplo, azufre, fosfato, magnesio y calcio.
El primer aspecto de la invención se refiere a un fertilizante de liberación controlada que comprende 80-99 % (p/pt) de un aislado proteico de soja (SPI de aquí en adelante) y 1-20% (p/pt) de un nutriente, donde el fertilizante es un comprimido que tiene una densidad de al menos 0,6 g/cm3 y está libre de plastificantes.
En el contexto de la presente invención los porcentajes están dados en peso respecto al peso total (p/pt), a no ser que se indique lo contrario. El porcentaje en peso está dado en peso seco. El total de los componentes que comprende o en los que consiste el fertilizante suman 100%.
En el contexto de la presente invención liberación controlada es sinónimo de liberación sostenida. Por otro lado, que el comprimido esté libre de plastificantes significa que no tiene ningún plastificante, es decir, que su contenido de plastificante es del 0% p/pt.
El fertilizante de la presente invención es un comprimido (está en forma de comprimido), es decir, tiene una forma totalmente distinta a la de los fertilizantes basados en SPI descritos en el estado de la técnica hasta ahora (matrices). Al estar en forma de comprimido, el fertilizante de la invención es fácilmente manejable y distribuible, además, de ser más económico que los fertilizantes ya conocidos, en particular las matrices de SPI. Así, el objeto del primer aspecto de la invención también se refiere como comprimido fertilizante.
El tamaño y la forma del comprimido pueden adaptarse a las necesidades del agricultor, horticultor, la planta o el cultivo en cuestión. En una realización particular, el comprimido tiene un diámetro de 10-20 mm, preferentemente 15 mm, y/o una altura de 3-10 mm, preferentemente 5 mm. Más particularmente, el comprimido tiene una sección circular (por ejemplo, es cilindrico).
El fertilizante de la presente invención tiene una densidad mayor que la de las matrices fertilizantes basadas en SPI conocidas en el estado de la técnica. Esto, ventajosamente, permite retener una mayor cantidad de nutriente y distribuirla más lentamente que los fertilizantes ya conocidos, en particular las matrices.
En una realización particular, la densidad del comprimido es de 0,6-0.8 g/cm3. Estas densidades permiten la incorporación de hasta un 20% de nutriente y liberarlo en un tiempo de hasta 60 días en suelo.
El fertilizante de la presente invención puede tener concentraciones mayores de nutriente, en particular micronutrientes, que las matrices fertilizantes basadas en SPI conocidas hasta ahora. Así, en una realización preferente según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el fertilizante comprende 10-20% (p/pt) del nutriente, sumando los distintos componentes un 100%. De esta manera, se consigue un mayor aporte de nutriente a las plantas y/o cultivos, lo que es de especial relevancia cuando el nutriente es o comprende un micronutriente.
En otra realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el fertilizante comprende 90-99% (p/pt) de SPI, sumando los distintos componentes del fertilizante un 100%.
En otra realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el fertilizante consiste en 80-99% (p/pt) de SPI y 1-20% (p/pt) de un nutriente, sumando los distintos componentes del fertilizante 100% (p/pt). Preferentemente consiste en 10-20% (p/pt) de nutriente y 80-90% (p/pt) de SPI, sumando los distintos componentes 100% (p/pt).
Cualquier nutriente puede ser utilizado en la presente invención. Así, en una realización particular el nutriente es o comprende un macronutriente, un oligonutriente y/o un micronutriente. Preferentemente, el nutriente es o comprende un micronutriente.
En una realización preferente según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el micronutriente se selecciona del grupo formado por zinc, boro, hierro, cobre, molibdeno, cloro, manganeso, cobalto y combinaciones de los mismos. Más preferiblemente, el micronutriente es zinc. Todos estos micronutrientes requieren un control muy preciso de su aporte a los cultivos, ya que tanto el exceso como la deficiencia pueden tener efectos perjudiciales para los cultivos. Ventajosamente, dicho control se consigue de una forma precisa y sencilla con el fertilizante de la presente invención.
El nutriente se puede aportar como parte de un compuesto orgánico o inorgánico. Así, en una realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el nutriente es un compuesto orgánico o inorgánico. Más particularmente, el nutriente es un sulfato, un quelato con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), un quelato con ácido N, N'-etilendiamino-bisacético (EDDHA), o una combinación de los mismos. Preferentemente un sulfato de un micronutriente, un quelato de micronutriente con EDTA, o quelato de micronutriente con EDDHA, o una combinación de los mismos.
Ejemplos de sulfatos son sulfato monohidratado, sulfato pentahidratado, sulfato heptahidratado y sulfato anhidro. Así, por ejemplo, cuando el micronutriente es zinc, el nutriente se selecciona de sulfato de zinc monohidratado, sulfato de zinc pentahidratado, sulfato de zinc heptahidratado, sulfato de zinc anhidro, y combinaciones de los mismos. Igualmente, en el caso del zinc, el compuesto orgánico que lo comprende puede ser, por ejemplo, quelato de zinc con EDTA o quelato de zinc con EDDHA. Estos mismos ejemplos aplican a los demás micronutrientes: boro, hierro, cobre, molibdeno, cloro, manganeso, cobalto y combinaciones de los mismos. Al proporcionar los micronutrientes en forma de estos compuestos orgánicos e inorgánicos, se aportan, además de los micronutrientes, macronutrientes y/u oligonutrientes, favoreciendo más aún el crecimiento de las plantas. Además, el componente proteico, SPI, está compuesto en su mayoría por nitrógeno (entre un 70 y un 90 % en peso), un nutriente primario que también puede ser captado por los cultivos durante la biodegradación del fertilizante.
Ventajosamente, los fertilizantes de la presente invención tienen una larga liberación controlada de nutriente, en particular micronutrientes, en el suelo, llegando incluso a los 60 días (Ejemplo 2), tiempo muy superior a las matrices de SPI ya conocidas en el estado de la técnica que a lo sumo llegan a 40 días. Así, en una realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el fertilizante de la invención tiene un tiempo de liberación del nutriente en el suelo de hasta 60 días. Más particularmente, tiene un tiempo de liberación de 5 a 60 días y preferentemente de 42 a 60 días. En una realización preferente de la invención, la liberación en el suelo se mide con el método descrito en el Ejemplo 2.2. En particular, los comprimidos se entierran en suelos deficientes de nutriente (nutriente en una concentración inferior a la necesaria por el cultivo en cuestión, la cual es conocida por el experto en la materia) en tubos de vidrio, más particularmente de una altura de 40 cm y un diámetro de 2 cm. Estos tubos se irrigan con agua, más particularmente con 20 mL de agua, cada 24 h, simulando un riego hortícola intensivo de 20 L agua/m2 de suelo. La conductividad de los lixiviados obtenidos de estos riegos se mide con un EC-metro BASIC 30 (Crison, España) hasta la ausencia total de sales en los lixiviado. El tiempo máximo de liberación se estima cuando no se presenten sales en los lixiviados tras 3 días seguidos de estudio.
La liberación controlada también ocurre en agua donde se puede conseguir una liberación controlada de hasta 10 horas (Ejemplo 2). Así, en una realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el fertilizante de la invención tiene un tiempo de liberación del nutriente, en particular del micronutriente, en agua de hasta 10 horas. Más particularmente, el tiempo de liberación de micronutriente en agua es de 3 a 10 horas.
De manera interesante, cabe destacar que este perfil de liberación en agua es totalmente distinto al de las matrices de SPI ya conocidas. La liberación es más sostenida en el tiempo y se libera el nutriente de una manera más gradual (Ejemplo 5). Así, en una realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el fertilizante de la presente invención se caracteriza porque libera:
- hasta el 35% del nutriente en 1 h (es decir, en la primera hora), preferentemente libera del 20-35%; y/o
- hasta el 50% del nutriente en 2 h (es decir, en las primeras dos horas), preferentemente libera del 40-50%; y/o
- hasta el 60% del nutriente en 3 h (es decir, en las primeras tres horas), preferentemente libera del 52-60%; y/o
- hasta el 75% del nutriente en 5 h (es decir, en las primeras cinco horas), preferentemente libera del 65-75%; y/o
- hasta el 100% del nutriente en 9-10 h (es decir, en las primeras 9-10 horas), preferentemente libera del 85-100%.
En una realización particular según una cualquiera de las realizaciones de los dos últimos párrafos, la liberación en agua se mide con el método descrito en el Ejemplo 2.1 , en particular la conductividad se mide cada 5 minutos con un equipo EC-metro Basic 30 (España). La medida se toma por estabilidad. Más particularmente, se hacen al menos tres repeticiones de cada ensayo. En otra realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el % de nutriente liberado es el % de micronutriente liberado.
El fertilizante, además de liberar de manera controlada el nutriente, es capaz de absorber agua sin perder su estructura (ver Figura 1), que después puede ir liberando de manera controlada. Esto supone una gran ventaja ya que mejora el ciclo de uso del agua y disminuye la necesidad de riego de la planta o cultivo. Así, en una realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el comprimido fertilizante de la invención tiene una capacidad de absorción de agua de al menos 120% p/pt (Ejemplo 3). Más particularmente, tiene una capacidad de absorción de agua de 120%- 140% p/pt. Esto permite reducciones del riego de hasta un 45%, en particular del 20-45%.
Ventajosamente, el fertilizante de la presente invención tiene una alta biodegradabilidad (se degrada completamente en 20-60 días) no siendo necesaria su retirada (Ejemplo 4). Además, el componente proteico, SPI, está compuesto en su mayoría por nitrógeno (entre un 70 y un 90 % en peso), un nutriente primario que también puede ser captado por los cultivos durante la biodegradación del comprimido, cerrando el ciclo de vida del producto sin ningún residuo, apoyando así una economía circular. Así, en una realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el comprimido fertilizante se degrada completamente en el suelo en 20-60 días, preferentemente en 42-60 días. En una realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, dicha degradación se mide con el método descrito en el Ejemplo 4, en particular mediante observación visual, más particularmente cada 3 días, tras desenterrar los comprimidos que están sometidos a un medio de compostaje con una saturación en agua del 80% (2:1 tierras de cultivo: compost, la misma proporción de materiales inertes/orgánicos especificada por ISO 20200 (“ISO 20200:2004. Plastics — Determination of the degree of disintegration of plastic materials under simulated composting conditions in a laboratory-scale test," 2004). El tiempo de degradación se estableció como el tiempo tras el cual ninguna parte del comprimido (> 1 mm) pudo ser desenterrada.
Teniendo en cuenta todo lo anterior, el fertilizante de la presente invención es capaz de retener agua y liberarla controladamente junto con la liberación del nutriente durante un largo tiempo y de manera gradual, y es altamente biodegradable. Además, es capaz de incorporar más cantidad de nutriente, en particular micronutriente, que las matrices ya conocidas. El poder liberar los nutrientes, en particular los micronutrientes, de forma controlada permite controlar la cantidad suministrada evitando un defecto o exceso de los mismos que pueda provocar problemas en el rendimiento y cultivo final. Además, el fertilizante de la presente invención es muy versátil y se puede adecuar la cinética de liberación de nutrientes y/o agua a un cultivo específico mediante, entre otros, la modulación de su biodegradabilidad y la optimización de la cantidad de nutriente incorporado. Asimismo, al ser un comprimido, es un producto de fácil manipulación y distribución tanto hasta el lugar de aplicación como por dicho lugar (por ejemplo, terreno de cultivo), y tiene un menor coste.
Como se ha indicado anteriormente, los autores de la presente invención han desarrollado una técnica sencilla e industrializadle para la elaboración de fertilizantes de liberación controlada en forma de comprimidos, que además no requiere de la utilización de plastificantes, haciéndolos más competitivos, menos contaminantes y más respetuosos con el ambiente que los fertilizantes convencionales. En particular, dicha técnica se basa en la compactación de polvos. Así, el segundo aspecto de la invención se refiere a un método para preparar un fertilizante según una cualquiera de las realizaciones del primer aspecto de la invención, que comprende las siguientes etapas: a) Mezclar 80-99% en peso de un SPI con 1-20% en peso de un nutriente, hasta obtener una mezcla homogénea, donde los porcentajes están dados en peso con respecto al peso total de la mezcla; y b) Comprimir la mezcla homogénea obteniendo un comprimido.
El SPI y el nutriente se aportan en forma de polvo.
Así, el método de la invención consiste en la compactación de una mezcla de polvos. De este modo, los granos que componen el polvo se deforman plásticamente, creando una tensión superficial que los mantiene unidos en forma de pastilla o comprimido. Además, tal y como se muestra en el Ejemplo 2, se puede utilizar un tratamiento térmico de los comprimidos tras la compactación para reforzar las propiedades mecánicas de los comprimidos y modular o retardar la liberación del nutriente. Igualmente, se puede vahar la presión de compresión modificando también las propiedades de liberación del nutriente.
Por ello, en una realización particular, el método de la invención comprende una etapa adicional c) en la que el comprimido obtenido en la etapa b) se somete a un tratamiento térmico. Más particularmente, el tratamiento térmico se realiza a 30°C- 80°C y preferentemente a 50°C-60°C. La duración del tratamiento térmico es fácilmente determinable por el experto en la materia, particularmente, puede vahar de 1 a 24 horas, siendo preferentemente de 4 o 24 horas.
En otra realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, la compresión de la etapa b) se lleva a cabo de manera uniaxial, es decir, mediante el uso de un sistema de presión uniaxial.
En otra realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, la compresión de la etapa b) se lleva a cabo a una presión de 200 MPa a 900 MPa, más preferentemente de 300 MPa a 800 MPa. Ventajosamente, estas presiones permiten modular las características particulares de liberación del comprimido, por ejemplo, el tiempo máximo de liberación controlada (ver Ejemplo 2). El tiempo de la compresión es fácilmente determinable por el experto en la materia, por ejemplo, puede ser de al menos 30 segundos, preferentemente al menos 1 minuto y más preferentemente, de 1 minuto a 5 minutos.
Sorprendentemente, el método de la presente invención no requiere del uso de plastificantes, ni es necesario el moldeo por inyección o extrusión, etapas que eran esenciales en los métodos conocidos en el estado de la técnica. Así, además de reducir el uso de plastificantes, se reduce tanto el coste de obtención del fertilizante como el de manejo, distribución y aplicación del mismo. Por ello, en una realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el método no comprende ninguna etapa de adición de plastificante, eliminación de plastificante, moldeo por inyección o extrusión. Más particularmente, el método de la invención consiste en las etapas a) y b), y opcionalmente c).
Como se ha explicado anteriormente, dependiendo de las condiciones utilizadas en el método de la invención, se consigue personalizar las características de liberación de nutriente del comprimido, pudiendo hacerlo así más específico para las necesidades particulares de cada planta o cultivo. Además, como se ha explicado en el primer aspecto de la invención, el comprimido es capaz de captar agua y después liberarla de manera sostenida. La liberación de nutrientes, y opcionalmente agua, puede ser personalizada según las condiciones utilizadas en el método de preparación del comprimido (por ejemplo, presión, tratamiento térmico) (ver Ejemplos 2 y 3). Así, ventajosamente, con la presente invención se pueden personalizar las características de liberación controlada de nutriente y/o agua según las necesidades particulares de cada planta o cultivo.
Las realizaciones particulares y preferentes definidas en el primer aspecto de la invención son aplicables al segundo aspecto de la invención (por ejemplo, composición cuantitativa, nutrientes, etc.).
Como se ha indicado anteriormente, según las condiciones del método de la invención, entre otras la compresión y el tratamiento térmico, se pueden modular las características del comprimido fertilizante obtenido por dicho método (por ejemplo, las características de liberación sostenida). Así, el tercer aspecto de la invención se refiere a un fertilizante, en particular un fertilizante de liberación controlada, caracterizado por que es obtenible por el método según una cualquiera de las realizaciones del segundo aspecto de la invención. Puesto que el fertilizante obtenible por el método de la invención es un comprimido, el objeto del tercer aspecto de la invención también se refiere a un comprimido fertilizante obtenible por el método según una cualquiera de las realizaciones del segundo aspecto de la invención.
Las realizaciones particulares y preferentes definidas en el primer aspecto de la invención, y sus ventajas, son aplicables al tercer aspecto de la invención (por ejemplo, composición cuantitativa, nutrientes, etc.). En particular, el fertilizante o comprimido fertilizante del tercer aspecto de la invención tiene una densidad de al menos 0,6 g/cm3, preferentemente 0,6-0, 8 g/cm3. En otra realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el fertilizante o comprimido fertilizante del tercer aspecto de la invención tiene un tiempo de liberación del nutriente en el suelo de hasta 60 días, más particularmente, de 5 a 60 días y preferentemente de 42 a 60 días (Ejemplo 2).
En otra realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el fertilizante o comprimido fertilizante del tercer aspecto de la invención tiene un tiempo de liberación del nutriente en el agua de hasta 10 horas, más particularmente, de 3 a 10 horas (Ejemplo 2).
En otra realización particular según una cualquiera de las realizaciones anteriores, el comprimido del tercer aspecto de la invención tiene una capacidad de absorción de agua de al menos 120% p/pt, más particularmente, de 120%-140% p/pt (ver Ejemplo 3). Esto permite reducciones del riego de hasta un 45%, en particular del 20-45%.
Asimismo, el fertilizante o comprimido fertilizante del tercer aspecto de la invención es un comprimido con una alta biodegradabilidad, degradándose completamente en 20-60 días, en particular 42-60 días (Ejemplo 4).
Por último, tanto el fertilizante del primer aspecto de la invención como el del tercer aspecto de la invención se pueden utilizar para la liberación controlada de nutrientes o de nutrientes y agua, y se puede utilizar como fertilizantes o aditivos para compost y/o suelo para plantas ornamentales y/o para plantas de producción agrícola. De esta manera, el fertilizante es útil para promover el crecimiento de dichas plantas. Por ello, el cuarto aspecto de la invención se refiere al uso de un fertilizante según una cualquiera de las realizaciones del primer o tercer aspecto de la invención para promover el crecimiento de una planta y/o un cultivo. Además, se refiere al uso del fertilizante como aditivo para compost y/o tierra para plantas ornamentales y/o para plantas de producción agrícola u hortícolas.
El cuarto aspecto de la invención se refiere también a un método para promover o mejorar el crecimiento de una planta o un cultivo que comprende la adición o aplicación del fertilizante de una cualquiera de las realizaciones del primer o tercer aspecto de la invención a dicha planta o cultivo.
La cantidad de fertilizante a utilizar o añadir es fácilmente determinable por el experto en la materia según las necesidades de la planta o cultivo en cuestión.
En cualquiera de las realizaciones del cuarto aspecto de la invención, el cultivo puede ser un cultivo agrícola u hortícola, y la planta una planta ornamental.
En cualquiera de las realizaciones del cuarto aspecto de la invención, el fertilizante del primero o tercer aspecto de la invención se añade o aplica al medio en el que dicha planta o cultivo está creciendo o se espera que crezca. Dicho medio puede ser, por ejemplo, compost, tierra, terreno o suelo.
EJEMPLOS
Los siguientes ejemplos tienen únicamente carácter ilustrativo de esta invención, y no deben ser interpretados en sentido limitativo de la misma.
Ejemplo 1. Preparación del fertilizante
Se utilizó un SPI como matriz de los comprimidos fertilizantes. Esta proteína es un subproducto de la producción industrial de aceite de soja. Su composición es principalmente proteica (91 % en peso), con algo de humedad (máx. 5 % en peso) y otros componentes minoritarios (máx. 5 % en peso). El SPI fue suministrado por Protein Technologies International (SUPRO 500E, Bélgica).
Se seleccionó el zinc como micronutriente a incorporar debido a su gran influencia en el cultivo. Cantidades bajas de zinc pueden causar pérdidas de rendimiento de hasta el 60%, mientras que un exceso de éste puede provocar la intoxicación del cultivo. El zinc se incorporó introduciendo una sal, concretamente sulfato de zinc monohidratado (ZnSCU -H2O), proporcionada por Panreac Química S.A. (España).
El método de preparación de los comprimidos fertilizantes a base de SPI consistió en dos etapas. En primer lugar, se mezclaron manualmente SPI y ZnSÜ4 - H2O en una proporción de 9:1. Las materias primas homogeneizadas se compactaron posteriormente mediante un sistema de compresión uniaxial a escala de laboratorio (Pilot, Costa Rica). Para ello, se aplicó una presión de 333 MPa, 416 MPa o 776 MPa durante 1 minuto, obteniendo comprimidos cilindricos de 15 mm de diámetro y 5 mm de altura. Adicionalmente, los comprimidos obtenidos no fueron sometidos a ningún tratamiento térmico (Oh de tratamiento térmico) o fueron sometidos a un tratamiento térmico (HT) a 50 °C durante 4 o 24 h.
Ejemplo 2. Estudio de liberación de zinc
2.1. Liberación en agua
El objetivo de los comprimidos de la presente invención es la liberación controlada de un micronutriente, en este ejemplo zinc. Essawy et al., 2016, propusieron un método para evaluar rápidamente esta liberación. Para ello, los comprimidos se sumergieron en 300 mL de agua destilada, donde se libera lentamente el zinc. Para evaluar la liberación producida, se midió la conductividad del medio a lo largo del tiempo, que vahará al aumentar la concentración de sal en el agua de inmersión. La liberación terminará cuando la conductividad se mantenga constante durante más de 1 h, lo que permite medir el tiempo máximo de liberación de los diferentes sistemas. La conductividad se midió cada 5 minutos con un equipo EC-metro BASIC 30 (Chson, España) perfectamente calibrado. La medida se tomó por estabilidad. Se hicieron al menos tres repeticiones de cada ensayo.
2.2. Liberación en el suelo
El análisis de la liberación de micronutriente, en este caso zinc, en suelo se realizó enterrando comprimidos en suelos deficientes en zinc (concentración en zinc menor a 15 ppm) en tubos de vidrio de una altura de 40 cm y un diámetro de 2 cm (Jiménez- Rosado et al., 2021). Estos tubos se irrigaron con 20 mL de agua cada 24 h, simulando un riego hortícola intensivo de 20 L agua/m2 de suelo. La conductividad de los lixiviados obtenidos de estos riegos se midió con un EC-metro BASIC 30 (Chson, España) hasta la ausencia total de sales en los lixiviados. Se realizó un blanco donde no se incorporaron comprimidos en el suelo, con el fin de contrarrestar la presencia de otras sales en el suelo además de las de los comprimidos. El tiempo máximo de liberación se consideró cuando la conductividad permaneció constante e igual al blanco durante 3 días seguidos. Además, se controlaron puntos intermedios y finales de liberación mediante espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) con un ICP SpectroBlue TI (Spectro, Alemania).
Las conductividades se analizaron como acumulativas. El último valor de conductividad se considera como el 100% de liberación del micronutriente. El porcentaje de liberación (%) se calculó multiplicando por 100 el cociente entre la conductividad en un tiempo dado y la conductividad final.
2.3. Resultados
Los resultados de los estudios de liberación de los comprimidos preparados en el Ejemplo 1 se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Resultados del tiempo máximo de liberación en agua y suelo
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Los diferentes superíndices indican diferencias significativas obtenidas con un nivel de confianza del 95% (p < 0,05) tras aplicar un test de Tukey.
Como se puede ver en la Tabla 1 , la aplicación del tratamiento térmico y/o las distintas presiones permite modular las características particulares de liberación del comprimido. En particular, fortalece la estructura del comprimido, lo que mejora sus propiedades mecánicas y retarda la liberación de zinc. Esto permite generar comprimidos personalizadles para cada cultivo, por ejemplo, en base al tiempo de crecimiento especifico de cada cultivo. Por ello, la presente invención proporciona un comprimido fertilizante versátil, porque con pequeñas modificaciones en los parámetros de producción se puede optimizar, entre otros, el tiempo de liberación máximo.
Además, como se muestra en la Tabla 2 (para el comprimido del Ejemplo 1 preparado con una presión de 333 MPa), también es regulable el perfil de liberación a lo largo del tiempo, lo que ventajosamente permite personalizar la cantidad de micronutñente liberado en cada momento. El perfil de liberación se adapta a la necesidad de nutrientes por los cultivos. Así, la liberación es más rápida al principio (primeros 60 minutos), cuando las plantas necesitan una mayor cantidad de nutrientes para su crecimiento; reduciendo su velocidad hasta la liberación completa del micronutriente, cuando la planta necesita menos nutrientes para mantenerse y formar sus frutos. Este perfil es además fácilmente regulable a través del cambio de la presión o la inclusión de un tratamiento térmico durante el procesado de los comprimidos. Esta cualidad hace a los comprimidos de la presente invención más competentes e industrializadles que las matrices del estado de la técnica, por ejemplo, las divulgadas en Jiménez-Rosado et al., 2021. Además, los comprimidos de la presente invención permiten una liberación más prolongada en el tiempo, ampliando el rango de cultivos a los que se podrían aplicar.
Tabla 2. Liberación de micronutriente en agua (%)
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Ejemplo 3. Capacidad de absorción de agua
Uno de los valores añadidos de los comprimidos de la presente invención es su capacidad de captación de agua. La capacidad de retener el agua y liberarla de forma controlada permite utilizar los comprimidos de la presente invención como fuente de agua. Esta cualidad es muy útil en tierras de cultivo con difícil acceso al agua, ya que reduce la cantidad de agua de riego necesaria para la producción. Para medir esta propiedad, se llevó a cabo el método descrito en Jiménez-Rosado et al., 2021. En particular, cada pastilla se sumergió en 300 mL de agua destilada durante 24 h, siguiendo la norma ASTM D570-98. Así, la capacidad de absorción de agua (WUC) se calculó mediante la ecuación 2: • loo (2)
Figure imgf000019_0001
donde m2 es el peso del sistema tras la inmersión en agua y m3 es el peso del sistema tras la inmersión en agua y el secado por liofilización .
Se caracterizó la capacidad de absorción de agua en los comprimidos del Ejemplo 1 preparados aplicando una presión de 416 MPa sin tratamiento térmico (0 h HT) y con tratamiento térmico de 4h (4 h HT) y 24 h (24 h HT). Los resultados se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3. Resultados de absorción de agua
Figure imgf000020_0001
Como se puede ver en esta tabla, los comprimidos de la presente invención tienen una capacidad de absorción de agua mayor del 120% (en peso respecto al peso del comprimido seco). Esto permite reducciones del riego superiores al 20%, lo que en terrenos de difícil acceso supone una enorme ventaja.
Ejemplo 4. Biodeqradabilidad
La biodegradabilidad se midió enterrando los comprimidos fertilizantes de la presente invención a temperatura ambiente en un medio de compostaje con una saturación en agua del 80% (2:1 tierras de cultivo: compost, la misma proporción de materiales inertes/orgánicos especificada por ISO 20200 (“ISO 20200:2004. Plastics — Determination of the degree of disintegration of plastic materials under simulated composting conditions in a laboratory-scale test," 2004). El ensayo se realizó con todos los comprimidos preparados en el Ejemplo 1. Los comprimidos se desenterraron para ser evaluados visualmente en diferentes días, tomándose fotografías de todos ellos (datos no mostrados). El ensayo finalizó cuando ninguna parte del comprimido (> 1 mm) pudo ser desenterrada, en ese momento se estableció el tiempo total de biodegradación. El tiempo de biodegradación fue de 42 a 60 días.
Ejemplo 5. Ensayo comparativo
Por último, se realizó un ensayo comparativo del perfil de liberación de zinc en agua entre la matriz de SPI descrita en Jiménez-Rosado et al., 2021 , y nombrada como matriz E, cuyo proceso comprende una eliminación del plastificante con etanol (matriz con mejores propiedades obtenidas hasta la fecha), y los comprimidos de la presente invención. En la Tabla 4 se muestran los resultados comparativos del comprimido del Ejemplo 1 preparado con una presión de 333 MPa y 24 h de tratamiento térmico. Tabla 4. Ensayo comparativo de liberación en agua
Figure imgf000021_0001
Como se muestra en esta tabla, el tiempo máximo de liberación de zinc de lo comprimidos de la presente invención es más de tres veces mayor que el de las matrices SPI. Además, la cantidad de micronutriente liberado en un mismo tiempo es también diferente. El perfil de liberación de los comprimidos de la invención permite una liberación más gradual, uniforme y duradera, lo que en el caso de los micronutrientes es esencial para garantizar la mejora del crecimiento de la planta o cultivo.
REFERENCIAS
Jiménez-Rosado et al., 2021 , Controlled Release of Zinc from Soy Protein-Based Matrices to Plants. Agronomy, 11 (3), 580.
Essawy etal., 2016, Superabsorbent hydrogels via graft polymerization of acrylic acid from chitosan-cellulose hybrid and their potential in controlled release of soil nutrients. International Journal of Biological Macromolecules, 89, 144-151.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Fertilizante de liberación controlada caracterizado por que comprende 80-99% en peso de un aislado proteico de soja y 1-20% en peso de un nutriente, donde el fertilizante es un comprimido que tiene una densidad de al menos 0,6 g/cm3 y está libre de plastificantes, y donde el porcentaje está dado en peso con respecto al peso total del fertilizante (p/pt).
2. Fertilizante de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado por que la densidad es de 0,6-0.8 g/cm3.
3. Fertilizante de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que comprende 10-20% p/pt de nutriente y el total de los componentes del fertilizante suma 100% p/pt.
4. Fertilizante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el nutriente comprende un micronutriente.
5. Fertilizante de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado por que el micronutriente se selecciona del grupo formado por zinc, boro, hierro, cobre, molibdeno, cloro, manganeso, cobalto y combinaciones de los mismos, preferentemente el micronutriente es zinc.
6. Fertilizante de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado por que el nutriente es un sulfato del micronutriente, un quelato del micronutriente con ácido etilendiaminotetraacético, un quelato del micronutriente con ácido N, N'- etilendiamino-bisacético o una combinación de los mismos.
7. Fertilizante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tiempo de liberación del nutriente en el suelo es de hasta 60 días.
8. Fertilizante de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado por que el tiempo de liberación de micronutriente en el suelo es de 42 a 60 días.
9. Fertilizante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tiempo de liberación de nutriente en agua es de hasta 10 horas.
10. Fertilizante de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado por que el tiempo de liberación de nutriente en agua es de 3 a 10 horas.
11 . Fertilizante de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, caracterizado por que libera:
- hasta el 35% del nutriente en 1 h; y/o
- hasta el 50% del nutriente en 2 h; y/o
- hasta el 60% del nutriente en 3 h; y/o
- hasta el 75% del nutriente en 5 h; y/o
- hasta el 100% del nutriente en 9-10 h.
12. Fertilizante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el fertilizante tiene una capacidad de absorción de agua de al menos 120% p/pt.
13. Fertilizante de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado por que el fertilizante tiene una capacidad de absorción de agua de 120%-140% p/pt.
14. Método para preparar un fertilizante de liberación controlada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que comprende las siguientes etapas: a) Mezclar 80-99% de un aislado proteico de soja y 1-20% de un nutriente, hasta obtener una mezcla homogénea, donde el porcentaje está dado en peso con respecto al peso total de la mezcla; y b) Comprimir la mezcla homogénea obteniendo un comprimido.
15. Método según la reivindicación 14, caracterizado por que comprende una etapa adicional c) en la que el comprimido obtenido en la etapa b) se somete a un tratamiento térmico.
16. Método según la reivindicación 15, caracterizado por que el tratamiento térmico se realiza a 30°C-80°C.
17. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14-16, caracterizado por que la compresión de la etapa b) se lleva a cabo de manera uniaxial.
18. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14-17, caracterizado por que la compresión de la etapa b) se lleva a cabo a una presión de 200 MPa- 900 MPa.
19. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14-18, caracterizado por que el método no comprende ninguna etapa de adición de plastificante, de eliminación de plastificante, de moldeo por inyección o de extrusión.
20. Fertilizante caracterizado por que es obtenible por el método según una cualquiera de las reivindicaciones 14-19.
21. Uso del fertilizante según una cualquiera de las reivindicaciones 1-13 y 20, caracterizado por que es para mejorar el crecimiento de una planta o cultivo.
22. Método para mejorar el crecimiento de una planta o cultivo caracterizado por que comprende la adición de un fertilizante según una cualquiera de las reivindicaciones 1-13 y 20 a dicha planta o cultivo.
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