Incorporação de compostos voláteis atrativos e repelentes em matrizes biopoliméricas para aplicação como sistemas de controlo de pragas florestais

Abstract

Em Portugal, o Monochamus galloprovincialis é o único inseto vetor do nemátode da madeira do pinheiro (NMP), agente causal da doença da murchidão do pinheiro (DMP). O custo associado a ações de controlo do NMP e do seu inseto vetor é elevado e a durabilidade, eficácia e dificuldade de aplicação dos produtos disponíveis no mercado impedem a sua monitorização eficiente. Neste contexto, o objetivo da presente dissertação foi o desenvolvimento de sistemas particulados à base de quitosano através de técnicas de gelificação iónica com incorporação de α-pineno (atrativo) ou eucaliptol (repelente), e a incorporação destas em matrizes biopoliméricas de κ-carragenano, para controlar de forma mais eficaz a libertação do composto bioativo volátil, para aplicação em armadilhas comerciais ou em armazéns de madeira. As partículas de quitosano com 2 mm de diâmetro individualmente e incorporadas no gel de κ-carragenano apresentaram algumas alterações, quer das bandas que indicam degradação dos materiais na análise FTIR-ATR, quer das temperaturas de degradação das partículas, quando expostas a uma degradação acelerada com exposição à radiação UV. A incorporação do α-pineno e eucaliptol nas partículas foi de 67 e 42%, respetivamente, o que pode ser devido à lixiviação do eucaliptol durante o processo de produção das partículas tendo em conta a sua maior solubilidade em água. A incorporação das partículas carregadas numa matriz de κ-carragenano permitiu diminuir a concentração de bioativos voláteis libertada numa ordem de grandeza e prolongar a sua libertação até ~ 3 dias. Os ensaios de dessorção permitiram determinar a cinética, a ordem e o mecanismo de libertação dos sistemas formulados, tendo-se concluído que este resulta de uma combinação de fenómenos de difusão e dessorção de água. A resistência mecânica dos géis contendo partículas carregadas foi superior à do gel sem partículas, o que sugere que a incorporação destas promove a reticulação do sistema e favorece a sua integridade mecânica durante o seu armazenamento. Através da realização deste trabalho foi possível preparar sistemas de libertação de semioquímicos através da utilização de biopolímeros e controlar a sua libertação, para atração ou repelência do inseto vetor do NMP, com aplicação em armadilhas nas florestas ou em armazéns de madeira.

In Portugal, Monochamus galloprovinvialis is the insect vector of the pinewood nematode (PWN), which is the causal agent of the pine wilt disease (PWD). Costs associated with control actions of the PWN and its insect vector are huge and the shelf life and difficult application of market products available for that purpose decreases their effectiveness and hamper an efficient monitorization. The objective of this thesis was the development of chitosan based particulate systems, through ionic gelation techniques, loaded with volatile compounds that attract (α-pinene) or repel (eucalyptol) the PWN insect vector, and their incorporation in κ-carrageenan biopolymeric matrices, aiming to develop prototypes to be applied in commercial traps or wood stores which are able to effectively control the release of these volatile bioactive compounds. Accelerated degradation experiments showed that both chitosan particles and κ-carrageenan gel present evidences of degradation after UV exposure for 72 h, as confirmed from FTIR-ATR and thermogravimetric analysis. The yields of α-pinene and eucalyptol incorporation in chitosan particles was 67 and 42%, respectively, being the later most probably due to leaching of eucalyptol during the production of the particles based on its higher solubility in water. The incorporation of these loaded particles in a κ-carrageenan matrix allowed the decrease of volatile bioactive release concentration in one order of magnitude, and for a longer period of ~ 3 days. Dessorption experiments allowed to determine the kinetic parameters for the release of α-pinene and eucalyptol from different matrices and to infer about their release mechanism which resulted from a combination of volatile diffusion and water desorption from the matrices. The mechanical resistance of loaded particles incorporated in the κ-carrageenan matrix was higher than that obtained for the gel without particles, suggesting that the incorporation of the particles into the gel favored its mechanical integrity during storage. With the accomplishment of this work it was possible to prepare semiochemical release systems using biopolymer based systems and to control in a more efficient way their release rate from the matrices into the environment.