MÉTODO DE OBTENCIÓN DE UNA SOLUCIÓN ACIDA Y HOMOGÉNEA DE QUITOSANO-SILICIO ESTABLE AL CORTO PLAZO QUE COMPRENDE; PREPARAR UNA SOLUCIÓN ACIDA DE QUITOSANO EN UNA CONCENTRACIÓN EN PESO DE

2-20 % DE QUITOSANO Y UNA SOLUCIÓN ACIDA DE SILICIO EN UNA CONCENTRACIÓN DE 2-30 % DE SILICIO.

La invención descrita corresponde a un método de obtención de una solución ácida y homogénea de quitosano al 2-20% y silicio ácido al 2-30% estable al corto plazo. Esta composición posee propiedades de biopesticida, biofertilizante, bioestimulante, efecto SAR (Resistencia Sistémica Adquirida) y tolerancia de la planta frente a condiciones de stress, lo que potencia tanto el crecimiento de la planta como la prevención de infecciones provenientes de agentes patógenos y una mejor postcosecha.

ESTADO DE LA TÉCNICA:

DESCRIPCIÓN DE LO CONOCIDO

La agricultura en Chile es una de las actividades económicas más diversas, rentables y culturalmente importantes del país, debido a su gran variedad geográfica, climática y cultural, lo que permite que esta pueda generar una gran variedad de productos agrícolas. Entre los principales productos agrícolas chilenos se encuentran las uvas, manzanas, cerezos, nogales, peras, arándanos, paltos, cítricos, cultivos y hortalizas [1 ]. Estos cultivos se encuentran diversificados a lo largo del país, y en distintas plantaciones pueden encontrarse hasta 20 especies de plantas en conjunto. De acuerdo con los datos de las exportaciones del año 2017 de la OEC, la venta de productos agrícolas de frutas y hortalizas representaron un 10% de las transacciones realizadas del país, con un total de USD 7,23 billones. Chile es un gran exportador de fruta fresca para el resto del mundo donde se enfrenta a los requerimientos de un mercado global cada vez más exigente en calidad y en el uso de pesticidas de síntesis química, restringiendo su uso cada día.

Para un cultivo eficiente, es necesario tener las condiciones adecuadas para su crecimiento, productividad y calidad. Principalmente, estas involucran el control de factores agroclimáticos como de la temperatura y humedad, agua y tipo de suelo y nutrientes del suelo como carbono orgánico, nitrógeno, potasio, fósforo, entre otros. Estos son constantemente monitoreados para el crecimiento y producción óptima del producto de interés, sea fruta o vegetal. Además, es necesario controlar la presencia de agentes patógenos como insectos, bacterias y hongos y malezas, los cuales llevan a la muerte de las plantas del cultivo y a la reducción de producción por ciclo de cosecha. Quizás el caso más relevante para el país es el de las infecciones de las vides de uva de mesa causadas por el hongo Botrytis cinérea, el cual causa anualmente una pérdida promedio de hasta un 20% de los cultivos en la pre y post cosecha [2]

Las metodologías actuales para el control de plagas y crecimiento óptimo de plantas involucran el uso de pesticidas (insecticidas, acaricidas, fungicidas, bactericidas, nematicidas y herbicidas) aplicados en ciertos horarios y en casos específicos como de alta humedad o lluvia. Sin embargo, éstas pueden generar resistencia a los agentes químicos, lo que implica un mayor uso de dosis de aplicación. Esto puede generar problemas medioambientales y a la salud, dado que estos agentes químicos tienen diversos grados de toxicidad, una baja tasa de degradación, tienen alto nivel de remanencia en las plantas y en el suelo, donde es posible que se filtren hacia aguas subterráneas, contaminando reservas acuíferas y siendo un potencial peligro para la vida humana y salvaje [3].

Por lo tanto, se han desarrollado diversos métodos alternativos al control de plagas, enfermedades y crecimiento de la planta que no tengan estos efectos perjudiciales asociados y mantengan una efectividad similar. En el estado del arte actual, se utiliza principalmente el quitosano y silicio ácido, más aditivos, como biopesticida y estimulador de crecimiento de la planta y sus frutos, para llevar a cabo la función de los plaguicidas previamente mencionados. A pesar de la sencillez de su formulación, hay una gran variedad de patentes y literatura respecto al mecanismo de acción y con diferentes concentraciones, con diferentes escenarios.

Existe una solución acuosa de quitosano al 20%, en conjunto con aceite de Xianzhuli e hidroxipropilcelulosa y otros aditivos naturales, el cual es de origen natural y tiene una función biológica hormonal en la planta para estimular el crecimiento y protección contra patógenos. El quitosano se prepara agregando quitina a una solución acuosa, en donde el quitosano es generado, disuelto y concentrado en suspensión mediante la adición de la enzima quitina deacetilasa, la cual convierte la quitina en quitosano. El quitosano se mantiene en solución tras la incorporación de los demás aditivos con agitación moderada constante (CN102067888B). También hay metodologías para preparar soluciones de quitosano de alta concentración, hasta un 20% en peso, en un medio ácido. Esto se realizó mediante la generación de una disolución acuosa de quitosano y ácido acético en un exceso de agua. La solución acuosa luego es evaporada lentamente con agitación moderada, agregando sales como cloruro de sodio, cloruro de potasio, entre otros, como aditivo con el motivo de disminuir la viscosidad de la solución, hasta llegar a un 8-20% de quitosano en solución. (W02009035413A1 ).

En Chile, hay varias patentes relacionadas al uso del quitosano para el control de plagas y optimización del crecimiento de plantas. Se pueden destacar: el uso de plaguicida biológico que consiste en un nematodo entomopatógeno, Quitosano y un ácido débil, por parte de IDEBIO, S.L., para aumentar la resistencia de las plantas a las plagas (CL 2703-2001 ); formación de pintura antiincrustante a partir de quitosano, minerales de hierro y cobre y ácido acético par aprevenir la adhesión inicial de los patógenos (CL 2791-2008); uso de nanopartículas de cobre recubiertas con quitosano y/o alginato, péptidos antibacterianos, más aditivos, para la prevención de infección por agentes patógenos en las plantas (CL 3334-2016); entre otros de formulación similar con el mismo propósito para proteger a la planta de infecciones foráneas.

También hay formulaciones que utilizan una mezcla de quitosano-silicio, en donde se utiliza como un adsorbente de metales pesados en los cuales se inocula, como mercurio, plomo, entre otros (CN104045857B). Hay una formulación similar en la literatura denominada NanoChisil, el cual es una mezcla entre silicio y quitosano para su uso como fertilizante en cultivos de maíz para mejorar la producción. Esto permite la reducción del uso de fertilizantes tradicionales como un sustituto, a partir de fuentes naturales y de bajo costo [4]

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN.

La invención descrita corresponde a un método de obtención de una (a) solución ácida y homogénea de quitosano al 2-20% en agua, y (b) silicio ácido al 2-30% estable al corto plazo. Esta composición posee propiedades de biopesticida, biofertilizante, bioestimulante, efecto SAR y tolerancia de la planta frente a condiciones de stress, lo que potencia tanto el crecimiento de la planta como la prevención de infecciones provenientes de agentes patógenos y una mejor postcosecha.

El método se compone de los pasos que a continuación se mencionan:

1 . SOLUCIÓN DE QUITOSANO:

El quitosano es un polímero procesado a partir de quitina, obtenido a partir de exoesqueletos de insectos, camarones, cangrejos, entre otros. Este tiene un efecto bioestimulador en el crecimiento de la planta y como biopesticida. La solución de quitosano al 2-20% en peso se obtiene mediante la disolución paulatina de quitosano desacetilado en una solución de un ácido y agua a pH ácido. El quitosano se disuelve progresivamente en una solución acuosa a pH ácido y el ácido actúa como un solvente efectivo adicional. La mezcla obtenida se vuelve homogénea tras agitación moderada durante aproximadamente 1 hora a temperatura ambiente, se filtran los sólidos suspendidos no disueltos y se obtiene como producto una solución clara viscosa.

2. SOLUCIÓN DE SILICIO:

El silicato de potasio es un mineral que precipita en condiciones ácidas, polimerizando en cadenas de óxido de silicio (cuarzo). No se utiliza silicato de sodio dado que el sodio es un mineral no deseado en la agricultura. Para obtener una solución de silicio ácido, se ocupa como materia prima la sílica al 100% de silicio. Se formula al 2-30% disuelto en agua a pH 4, se produce una solución acuosa a pH 4 usando un ácido como agente acidificante. A esta solución se le agregan aditivos como alcohol etílico y propilenglicol para evitar la precipitación del silicio a pH ácido. Luego, se agita moderadamente por 30 minutos a 1 hora a temperatura ambiente para homogeneizar la mezcla, y no generar sitios de nucleación y que comience a polimerizar. 3. SOLUCIÓN DE SILICIO-QUITOSANO:

Una vez obtenidas ambas soluciones a pH 4 por separado, se mezclan las soluciones de quitosano 2-20% y silicio 2-30% en una proporción volumétrica de 1 :1. La mezcla final se homogeniza mediante agitación moderada durante 30 minutos a 1 hora a temperatura ambiente, se filtran las partículas sólidas no disueltas y se deja en reposo por 2 horas. En caso de formación de nuevos gránulos, la mezcla se vuelve a agitar, filtrar y reposar hasta que no se generen más gránulos en el corto plazo. La solución final se envasa y se almacena en bodega.

La metodología es efectiva respecto a la dificultad de generar y mantener una solución estable de la mezcla de las soluciones a alta concentración de silicio y quitosano. La mezcla obtenida de ambos productos permite la disolución del silicio y quitosano a un pH ácido y lo suficientemente estable y fluido para ser trabajado utilizando la metodología propuesta, en el corto plazo.

El principal uso de esta mezcla acuosa de silicio-quitosano es de ser un biopesticida, bioestimulante, biofertilizante, efecto SAR en las plantas y mayor tolerancia de estás bajo condiciones de stress logrando una fruta más firme, sana y con mejor condición de postcosecha.

Al ser utilizado y aplicado al follaje, este producto se adhiere a las paredes celulares de las capas cuticular y subcuticular, formando un film de óxido de silicio (cuarzo), el cual les entrega firmeza y elasticidad a los tejidos tratados. En conjunto con el quitosano, forman una barrera que disminuye la deshidratación, fotooxidación y controla la entrada de ciertos microorganismos hacia la planta. Este control se lleva a cabo en forma directa y activando de forma artificial el efecto elicitor de la planta o SAR, en donde la molécula de quitosano actúa como un señalizador hormonal que indica la presencia de daño localizado en la zona de aplicación de la planta, tanto sea mecánico como por agentes microbianos patogénicos. La planta responde a esta señal mediante la activación de su sistema inmune, generando compuestos o enzimas con actividad antimicrobiana, lo que en consecuencia reduce el daño causado por estos microorganismos. Esto permite que el cultivo de plantas tenga un mejor estado de salud y aumenta el rendimiento de los cultivos y su condición de post cosecha.

ANTECEDENTES DEL ESTADO DE LA TÉCNICA:

[1 ] Central Intelligence Agency (CIA) (2011 ). «Field Listing: Agriculture - Products» (HTML). The World Factbook (en inglés). Consultado el 19 de abril de 201 1.

[2] http://www.mundoaaropecuario.cl/new/2018/07/09/desarrollan-b iofunaicida- para-combatir-pudricion-de-la-fruta/

[3] Flint, M. L. 1998. Pests of the Garden and Small Farm. Oakland: Univ. Calif. Div. Agrie. Nat. Res. Publ. 3332.

[4] Gumilar, T.A. & Prihastanti, Erma & Haryanti, S & Subagio, Agus &

Ngadiwiyana, Ngadiwiyana. (2017). Utilization of waste silica and chitosan as fertilizer nano chisil to improve corn production in Indonesia. Advanced Science Letters. 23. 2447-2449. 10.1 166/asl.2017.8732.

[5] CN 102067888 B. 2010.

[6] WO 2009035413 A1. 2008. Renbi Bai, Wei Han

[7] CL 2703-2001 . 2001. Martínez Peña Alejandro.

[8] CL 2791 -2008. 2008. Cárdenas Triviño Galo.

[9] CL 3334-2016. 2016. Kogan Marcelo et al.

[10] CN 104045857 B. 2014.