Utilização da Nanotecnologia para o desenvolvimento sustentável na indústria agro-alimentar

O crescimento populacional esperado para os próximos anos conduzirá à necessidade de aumentar a produção agrícola de modo a satisfazer o aumento da procura. Nos últimos anos tem-se assistido a uma evolução tecnológica nos sistemas de produção que tem permitido aumentar a produtividade agrícola, por vezes à custa de elevados consumos de energia e com práticas nem sempre ambientalmente corretas. Os desafios que se colocam atualmente são no sentido de melhorar a conservação de recursos escassos, como o solo e a água, de aumentar a eficiência de uso de fatores de produção, de encontrar novas culturas, do desenvolvimento da biotecnologia, da diminuição dos consumos energéticos e de melhorar ainda mais as tecnologias associadas à produção. De maneira a responder aos desafios emergentes da procura por alimentos, da escassez de terrenos agrícolas aráveis bem como da existência de pragas de insetos e de ervas daninhas, os pesticidas tem vindo a ser usados com maior frequência, tendo-se assistido a uma contaminação dos solos e águas subterrâneas, causando deste modo um risco para a saúde dos seres vivos. Neste sentido, vários fabricantes de pesticidas estão a desenvolver novas formulações contendo pesticidas encapsulados em nanopartículas como modo de aumentar a sua solubilidade em água, biodisponibilidade, volatilidade, estabilidade e eficácia. tendo por objetivo um desenvolvimento sustentável. Neste trabalho, procedeu-se ao estudo do encapsulamento do herbicida Oxadiargil (5-terc-butil-3-[2,4-dicloro-5-(2-propiniloxi)fenil]-1,3,4-oxadiazol-2(3H)-ona) com a 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (HP-β-CD). O estudo da formação do complexo de inclusão Oxadiargil - HP-β-CD foi realizado em diferentes meios, água desionizada, tampão acetato pH = 3,46 e pH = 5,34 e tampão fosfato pH = 7,45, com o objetivo de determinar e comparar a sua constante de estabilidade. Verificou-se, em qualquer dos casos, a ocorrência de uma relação linear entre o aumento da solubilidade do Oxadiargil e o aumento da concentração de HP-β-CD, com um declive inferior a um, o que indicia a formação de um complexo na proporção estequiométrica de 1:1. Os resultados obtidos permitiram concluir que o processo de complexação Oxadiargil - HP-β-CD não é muito influenciado pela constituição e pelo pH do meio. De facto, as constantes de estabilidade obtidas para a água desionizada e soluções-tampão pH = 3,46, pH = 5,34 e pH = 7,45 foram de 919 ± 25, 685 ± 13, 623 ± 17 e 753 ± 9, respetivamente. A solubilidade do complexo obtido nos estudos realizados, em diferentes meios, é cerca de 23 a 32 vezes superior à observada para o Oxadiargil livre. De forma a caracterizar o complexo Oxadiargil - HP-β-CD procedeu-se à sua síntese utilizando o método de “kneading”. O composto obtido foi caracterizado por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) tendo-se confirmado a formação de um complexo de inclusão na proporção estequiométrica de 1:1. O complexo obtido é mais solúvel e porventura mais estável quimicamente. O encapsulamento permite uma redução da aplicação dos pesticidas diminuindo assim os custos e o impacto negativo no ambiente. Com a nanotecnologia é possível a libertação controlada dos pesticidas, aumentando a sua eficácia e fornecendo os meios necessários para um desenvolvimento sustentável.

The expected population growth over the next few years will lead to the need to increase the agricultural production to meet the increased demand. In recent years there has been a technological change in production systems that has allowed an increase in the agricultural productivity, sometimes at the expense of high energy consumption and not always environmentally friendly practices. The current challenges are related to improve the conservation of scarce resources, such as soil and water, to increase the efficiency of use of production factors, finding new cultures, the development of biotechnology, the reduction of energy consumption and to further improve the technologies associated with production. In order to meet the challenges of the emerging demand for food, the scarcity of arable land as well as the existence of insect pests and weeds, pesticides have been used more frequently, having witnessed a contamination of soils and groundwater, thereby causing a risk to the health of living beings. In this way, several pesticides manufacturers are developing new formulations containing pesticides encapsulated in nanoparticles as a mean of increasing the solubility in water, bioavailability, volatility, stability and effectiveness with the objective of sustainable development. In this essay, we proceeded to study the encapsulation of the herbicide Oxadiargyl (5-tert-butyl-3-[2,4-dichloro-5-(2-propinyloxy)phenyl]-1,3,4-oxadiazol-2(3H)-one) in 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD). The study of the inclusion complex formation Oxadiargyl - HP-β-CD was performed in different means, deionized water, acetate buffer pH = 3,46 and pH = 5,34 and phosphate buffer pH = 7,45, in order to determine and compare their stability constant. It was verified, in both cases, the occurrence of a linear relationship between the increase in solubility of Oxadiargyl and the increasing concentrations of HP-β-CD, with a slope less than one, which indicates the formation of a complex in stoichiometric ratio of 1:1. Based on the results obtained it is possible to conclude that the complexation process Oxadiargyl - HP-β-CD isn’t much influenced by the constitution and by the medium pH. In fact, the stability constants obtained for the deionized water and buffer solutions pH = 3,46, pH = 5,34 and pH = 7,45 were 919 ± 25, 685 ± 13, 623 ± 17 and 753 ± 9, respectively. The solubility of the complex obtained in studies performed, in different means, is about 23 to 32 times higher than that observed for the free Oxadiargyl. In order to characterize the complex Oxadiargyl - HP-β-CD its synthesis has been proceeded using the “kneading” method. The obtained compound was characterized by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and it was confirmed the formation of an inclusion complex in a stoichiometric ratio of 1:1. The complex obtained is more soluble and perhaps more chemically stable. Encapsulation allows a reduction in the application of pesticides thereby reducing the costs and the negative impact on the environment. Nanotechnology allows for a controlled release of pesticides, increasing its effectiveness and providing the means for sustainable development.