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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Chitosan-beta-cyclodextrin nanoparticles for sustained release of carvacrol and linalool aiming agriculture applications : Nanopartículas de quitosana-beta-ciclodextrina para a liberação sustentada de carvacrol e linalol visando aplicações na agricultura
Title Alternative: Nanopartículas de quitosana-beta-ciclodextrina para a liberação sustentada de carvacrol e linalol visando aplicações na agricultura
Author: Campos, Estefânia Vangelie Ramos, 1989-
Advisor: Fraceto, Leonardo Fernandes
Abstract: Resumo: Nas últimas décadas se observou um grande aumento na utilização de insumos agrícolas em todo o mundo para maximizar a produção de alimentos. Entretanto, o uso indiscriminado levou ao acumulo de resíduos tóxicos em alimentos, solo, ar e agua, seleção de pragas resistentes. Pesticidas também impactam enzimas do solo, as quais são catalisadores essenciais que controlam a qualidade do solo. Desta forma para alimentar a crescente população mundial é necessário a produção de mais alimentos de forma sustentável e segura com menor disponibilidade de terras agriculturáveis e recursos hídricos. Neste contexto, tem se aumentado o interesse por compostos que apresentem menor riscos ao ambiente e a saúde humana e aumentem a segurança alimentar. Recentemente o uso de substâncias derivadas de plantas aromáticas tem tomado destaque no cenário mundial, uma vez que as mesmas apresentam atividade para controle de pragas agrícolas, sendo resultados bem promissores. Carvacrol e linalool são compostos fenólicos extraídos de plantas aromáticas. O primeiro composto apresenta atividade inseticida enquanto que o segundo tem atividade repelente. Embora tenham potencial para serem aplicados na proteção das culturas, sua instabilidade no campo limita sua aplicação na agricultura. A instabilidade dos inseticidas botânicos está diretamente relacionada à sua alta volatilidade e fotossensibilidade. Neste contexto, surgiu o encapsulamento para reduzir os problemas de instabilidade e melhorar a eficácia desses compostos. O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar sistemas carreadores baseados em quitosana e beta ciclodextrina para os pesticidas botânicos carvacrol e linalol a fim de aumentar a estabilidade destes compostos visando uma futura aplicação no controle de pragas agrícolas. Os complexos de inclusão foram preparados através do método de kneading. Para ambos os complexos foi encontrada a estequiometria de 1:1 (host:guest) e a maior constante de afinidade foi observada a 20°C para ambas as moléculas, sendo de 170,1 mol/L para o carvacrol e 228,2 mol/L para o linalol. A funcionaização da quitosana com ß-ciclodextrina foi realizada empregando-se agentes de crosslinking EDC/NHS e às análises de RMN, DRX, DSC, TG e FTIR comprovaram a funcionalização. As nanopartículas de quitosana funcionalizadas com ciclodextrina foram produzidas pelo método de emulsão/gelificação iônica utilizando goma arábica ou tripolifosfato de sódio como agente de reticulação. As nanopartículas contendo carvacrol, linalool e a mistura desses dois compostos apresentaram diâmetro médio de 156,5±1,72 nm, 295,8±2,45 nm e 225,9±5,23 nm, respectivamente. O índice de polidispersão e potencial zeta para todas as nanoformulações foi inferior a 0,3 e inferior a 20 mV, respectivamente. As nanopartículas apresentaram alta eficiência de encapsulação para o CVC (93,9±0,9 %) e para o LNL de (86,9±0,9 %) e o no sistema misto a eficiência de encapsulação foi superior a 90 % para ambos bioativos. As nanopartículas foram capazes de modular a liberação dos ativos e ambos perfis de liberação se ajustaram melhor ao modelo matemático de Higuchi, indicando que a liberação ocorre por difusão obedecendo a Lei de Ficks. Diminuição da citotoxicidade, bem como da fitotoxicidade foi observado quando os compostos foram nanoencapsulados. Ensaios biológicos com ácaros Tetranychus urticae (Acari:Tetraichydae) e larvas "Helicoverpa armigera" (Lepidoptera: Noctuidae) apresentaram atividade inseticida para ambas espécies. Além disso, para os ácaros também foram observados atividade repelente e redução na oviposição. Estas nanoformulações são promissoras para o uso efetivo de pesticidas botânicos na agricultura, contribuindo para melhorar o manejo destas pragas agrícolas

Abstract: In recent decades, there has been a large increase in the use of agricultural inputs worldwide to maximize food production. However, the indiscriminate use led to the accumulation of toxic residues in food, soil, air and water, and selection of resistant pests. In order to feed the growing world population, it is necessary to produce more food in a sustainable and safe way with less availability of arable land and water resources. In this context, there has been an increase in interest in compounds, which present less risk to the environment and human health and increase food safety. Recently, the use of substances derived from aromatic plants has become prominent in the world scenario, once they have activity to control agricultural pests. Carvacrol (CVC) and linalool (LNL) are phenolic compounds extracted from plants. The first compound presents insecticide activity whereas the second one has repellent activity. Although they have potential to be applied in crop protection, their instability into the field limits their application in agriculture. The instability of botanical insecticides is directly related to their high volatility and photosensitivity. In this context, the encapsulation has emerged in order to reduce the instability problems and improve the efficacy of these compounds. The objective of this study was to prepare and characterize carrier systems based on chitosan and beta cyclodextrin for the botanical pesticides carvacrol and linalol in order to increase the stability of these compounds for future application in the control of agricultural pests. Inclusion complexes were prepared by the kneading method. Both complexes presented 1:1 host:guest stoichiometry and the highest affinity constants were observed at 20 °C for both molecules, with values of 170.1 and 228.2 mol/L for carvacrol and linalool, respectively. Functionalization of chitosan with ß-cyclodextrin was performed using EDC/NHS crosslinking agents and was confirmed using NMR, XRD, DSC, TG, and FTIR analyses. Cyclodextrin functionalized chitosan nanoparticles were produced by the ionic emulsion/gelling method using gum arabic or sodium tripolyphosphate as a crosslinking agent. The nanoparticles containing carvacrol, linalool and the mixture of these two compounds had a mean diameter of 156.5±1.72 nm, 295.8±2.45 nm and 225.9±5.23 nm, respectively. The polydispersity and zeta potential index for all nanoformulations was less than 0.3 and less than 20 mV, respectively. The nanoparticles presented high encapsulation efficiency for the CVC (93.9±0.9 %) and for the LNL of (86.9±0.9 %) and in the mixed system the encapsulation efficiency was higher than 90% for both bioactive. The nanoparticles were able to modulate the release of the actives and both release profiles were better fitted to the Higuchi mathematical model. Decreased cytotoxicity as well as phytotoxicity was observed when the compounds were nanoencapsulated. Biological assays with mites Tetranychus urticae (Acari:Tetraichydae) and "Helicoverpa armigera" (Lepidoptera: Noctuidae) presented insecticidal activity for both species. In addition, repellent activity and reduction in oviposition were also observed for mites. These nanoformulations are promising for the effective use of botanical pesticides in agriculture, contributing to improve the management of these agricultural pests
Subject: Inseticidas vegetais
Quitosana
Beta-ciclodextrinas
Goma arábica
Helicoverpa armigera
Tetranychus urticae
Language: English
Editor: [s.n.]
Citation: CAMPOS, Estefânia Vangelie Ramos. Chitosan-beta-cyclodextrin nanoparticles for sustained release of carvacrol and linalool aiming agriculture applications: Nanopartículas de quitosana-beta-ciclodextrina para a liberação sustentada de carvacrol e linalol visando aplicações na agricultura. 2018. 1 recurso online (198 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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