Inmovilización en cápsulas biopoliméricas como método eficiente para la liberación y actividad de enzimas quitinasas de hongos filamentosos
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Resumen
El control biológico de plagas agrícolas mediante hongos entomopatógenos constituye una alternativa sostenible frente al uso intensivo de insecticidas químicos en Colombia. Sin embargo, su eficacia en campo puede verse afectada por los mecanismos de defensa del insecto, la inactivación de conidios por radiación UV y altas temperaturas que afectan la viabilidad de los conidios. Teniendo en cuenta esto, las quitinasas producidas por hongos filamentosos como Trichoderma harzianum degradan la quitina de la cutícula del insecto, facilitando el ingreso del hongo entomopatógeno y potenciando su virulencia. Con esta estrategia se permite incrementar la actividad biológica sin requerir modificaciones genéticas, evitando así restricciones regulatorias del Instituto Colombiano Agropecuario.
A pesar de su capacidad de control biológico, estas enzimas en su estado libre son altamente sensibles a temperatura, pH y radiación UV, lo que provoca pérdida de actividad catalítica durante el almacenamiento, la formulación y la aplicación foliar. Las formulaciones anteriormente desarrolladas, están orientadas a aplicaciones edáficas, lo que no garantiza la liberación rápida que se necesita para interactuar con la superficie del insecto.
Esta investigación evaluó la inmovilización de quitinasas de T. harzianum Th180 mediante gelificación iónica en cápsulas biopoliméricas, evaluando diferentes concentraciones del biopolímero Alginato de sodio con los soportes inorgánicos Sp-Z y. Sp-B, rellenos (Rc01 a Rc04), sustancias desintegrantes (Md01 a Md08) y aditivos estabilizantes (Sh, Ps-H). Se evaluó el efecto de agentes entrecruzantes (Gc01, S03) en la desintegración y dispersabilidad de las cápsulas, así como diluyentes (Sd01, Sd04, Sd05, Sd06 y agua) y métodos de secado por convección y lecho fluidizado.
El mejor prototipo logró reducir el tiempo de desintegración más del 90 % (de >240 min a 15 min con diluyente Sd04 pH 8,0), alcanzando una dispersabilidad del 73 % en 10 minutos, una eficiencia de encapsulación del 70,7 % en húmedo y en seco 18 % preservando la actividad con secado por convección ya que en lecho fluidizado se inactivó completamente la enzima. Este prototipo, conservó más del 100% de su actividad inicial tras 100 días de almacenamiento a 6 ± 2 °C.
Este sistema favoreció la liberación rápida de la enzima en el diluyente, superando las limitaciones asociadas a pH y desnaturalización. Asimismo, propone una plataforma tecnológica viable para potenciar el control biológico mediante formulaciones enzimáticas estables y de liberación eficiente para aplicación foliar. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
Biological control of agricultural pests through entomopathogenic fungi constitutes a sustainable alternative to intensive use of chemical insecticides in Colombia. However, its field efficacy can be affected by insect defense mechanisms, conidial inactivation by UV radiation and high temperatures that compromise conidial viability. Considering this, chitinases produced by filamentous fungi such as Trichoderma harzianum degrade the chitin of the insect cuticle, facilitating fungal entry and enhancing its virulence. This strategy allows for increased biological activity without requiring genetic modifications, thereby avoiding regulatory restrictions from the Colombian Agricultural Institute (Instituto Colombiano Agropecuario).
Despite their biological control capacity, these free enzymes are highly sensitive to temperature, pH and UV radiation, which causes loss of catalytic activity during storage, formulation and foliar application. Previously developed formulations were oriented toward soil applications, which does not guarantee the rapid release needed to interact with the insect surface.
This research evaluated the immobilization of chitinases from T. harzianum Th180 through ionic gelation in biopolymeric capsules, testing different concentrations of the biopolymer sodium alginate with inorganic supports Sp-Z and Sp-B, fillers (Rc01 to Rc04), disintegrating agents (Md01 to Md08) and stabilizing additives (Sh, Ps-H). The effect of crosslinking agents (Gc01, S03) on capsule disintegration and dispersibility was evaluated, as well as diluents (Sd01, Sd04, Sd05, Sd06 and water) and drying methods using convection and fluidized bed.
The best prototype achieved a >90% reduction in disintegration time (from >240 min to 15 min with diluent Sd04 pH 8.0), reaching 73% dispersibility in 10 minutes, encapsulation efficiency of 70.7% in wet form and 18% in dry form, preserving enzyme activity with convection drying, whereas fluidized bed completely inactivated the enzyme. This prototype maintained over 100% of its initial activity after 100 days of storage at 6 ± 2 °C.
This system favored rapid enzyme release in the diluent, overcoming limitations associated with pH and denaturation. Furthermore, it proposes a viable technological platform to enhance biological control through stable enzymatic formulations with efficient release for foliar application.
Descripción
ilustraciones (algunas a color), diagramas, fotografías, tablas