[001] A presente invenção está relacionada com um Biocatalisador e seu uso no processo de produção, transporte e acumulo de sacarose na cultura de cana-de-açúcar.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] A cultura da cana-de-açúcar foi introduzida no Brasil durante o período colonial, tendo se transformado em uma das principais culturas da economia brasileira.

[003] O Brasil, além de ser o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo, é também o primeiro na produção de açúcar e de álcool (etanol), o que o faz conquistar, cada vez mais, o mercado externo com o uso do biocombustível como alternativa energética.

[004] A economicidade de uma cultura de cana-de-açúcar é função da produção agrícola (tonelada de cana/ha) e da quantidade de açúcares (ATR - açúcar total recuperável) que uma determinada variedade apresenta na data da sua colheita.

[005] Hoje são conhecidas variedades com baixos teores de fibras e altos teores de sacarose, que podem proporcionar ótimas produtividades agrícolas e industriais. Contudo, nem sempre é possível cultivar variedades ideais nos diferentes ambientes de produção. Isto porque, é preciso conciliar o início da safra (precocidade e maturação) com a época de colheita e industrialização, de maneira a atender a demanda de Pol (% de sacarose) necessária para uma produção economicamente ideal.

[006] Sabe-se que desde os primeiros meses de crescimento e desenvolvimento da cana-de-açúcar, o armazenamento do açúcar se processa, paulatinamente, nos entrenós completamente desenvolvidos da base do colmo. O acúmulo máximo de sacarose só ocorre quando a planta encontra condições restritivas ao seu crescimento, sendo o processo de acúmulo total de açúcares, comumente descrito como amadurecimento.

[007] A maturação da cana-de-açúcar é um processo fisiológico que envolve basicamente três processos: (i) a síntese de açúcares nas folhas (fotossíntese), (ii) a translocação ou transporte dos produtos foto assimilados, e (iii) o armazenamento da sacarose nos colmos.

[008] A maturação, como todo processo biológico, além de complexo é também bastante dinâmico, podendo sofrer alterações em função das condições climáticas do ano em curso. Interrupção nas precipitações pluviais bem como queda da temperatura média são condições determinantes para estabelecer o seu início.

[009] Por exemplo, na região sudeste do Brasil, a maturação tem início à partir de meados de abril, quando a temperatura média começa a baixar, desfavorecendo o desenvolvimento vegetativo sem, contudo, afetar o processo de fotossíntese que continua ocorrendo nas folhas ativas. Assim, com taxa de crescimento tendendo a zero, a planta passa a estocar os açúcares produzidos, com o ponto máximo de maturação sendo atingido no período de setembro/outubro (ver Figura 1 ).

[0010] De acordo com os dados do gráfico da Figura 1 , é possível se verificar que os resultados médios de pol % cana, obtidos em condições experimentais em programas de melhoramento, demonstram que somente a partir do mês de maio as variedades disponíveis no mercado começam a atingir ponto de maturação para corte e industrialização. Observando-se o limite inferior estabelecido peio valor médio de pol % cana menos o desvio padrão (curva inferior), é possível se constatar que existem variedades que só atingem o ponto de maturação a partir de junho, ou seja, já tendo decorrido mais de 30 dias da safra.

[0011] A utilização de produtos reguladores vegetais em áreas e variedades colhidas neste período é uma técnica que, reconhecidamente, antecipa a maturação das canas e proporciona aumento de produtividade.

[00 2] Ocorre que, atualmente, é comum o plantio de cana-de-açúcar durante todo o ano, e havendo condições de temperatura média alta e umidade no solo, é possível encontrar, ainda no meio da safra, variedades que, plantadas durante o inverno do ano anterior à sua colheita, apresentam baixo rendimento industrial por não apresentarem estágio adequado de maturação. Neste cenário também seria interessante e vantajoso utilizar-se do recurso da antecipação forçada da maturação.

[0013] Sabe-se que uma cana-de-açúcar pode estar com alto teor de açúcar com apenas alguns meses de idade, bastando para isso ausência de água, nutrientes e outros fatores necessários ao seu desenvolvimento, não significando este fato que ela estará fisiologicamente madura, isto é, em ponto de colheita. Seguindo este raciocínio, é possível deduzir que apenas idade adulta não significa maturação total.

[0014] Atualmente as usinas de cana-de-açúcar, quando querem aumentar o teor de sacarose no inicio da safra, utilizam produtos químicos chamados de maturadores, estes pertencentes ao grupo de compostos com ação herbicida, como o glifosato, ou dos inibidores de crescimento como os fitos hormônios. Porém estes produtos possuem algumas limitações de uso, como a deriva em culturas vizinhas aos canaviais, uma vez que a aplicação precisa ser feita de avião devido ao porte/altura da cana-de-açúcar.

[0015] Por sua ação herbicida podem matar ou causar injuria em cultivos vizinhos, muito comuns, por exemplo, no estado de São Paulo, maior produtor de cana-de-açúcar (e também maior produtor de laranja, além de outros cultivos como hortifruti, soja, e amendoim), ou até mesmo intoxicação das pessoas de cidades que residem próximas aos canaviais.

[0016] Outra limitação dos produtos tradicionais é a necessidade de um período de carência para que se possa realizar a colheita da cana-de- açúcar. Como se trata de 'produtos químicos' é preciso esperar de 20 até 40 dias, dependendo do produto, para que possa ser feita a colheita. Isto é importante para evitar que haja contaminação do produto químico aplicado no açúcar produzido pela cana-de-açúcar oriunda desta área. [0017] Esse período de carência, portanto, pode ser prejudicial, se a cana-de-açúcar estiver pronta e/ou precisar ser colhida pelo escalonamento de maquinas, antes deste prazo.

[0018] A busca do estado da técnica detectou algumas anterioridades relacionadas a herbicidas, controle, sacarose e culturas de cana-de-açúcar, as quais não se mostraram impeditivas da presente invenção. Entre elas podem ser citadas as seguintes:

[0019] - PI0100470-0, depositado em 08/02/2011 , intitulado "Regulação e manipulação do teor de sacarose em cana-de-açúcar". O referido pedido se refere à regulação e manipulação do teor de sacarose em uma planta que armazena açúcar, tal como cana-de-açúcar, através da regulação da atividade da enzima PFP na planta. Verificou-se que a sub- regulação da enzima PFP por meio de diminuição da concentração de uma das subunidades, isto é, a subunidade SS da enzima aumenta o teor de sacarose da planta. Em uma modalidade preferida da invenção, a atividade da enzima PFP é sub-regulada através da introdução de uma forma não traduzível ou uma forma anti-sensoria de uma sequência isolada de nucleotídeo da invenção.

[0020] - PI 9702457-0, depositado em 06/06/97, intitulado "Método para melhorar e/ou aumentar o teor de açúcar e/ou prevenir a redução do teor de açúcar de plantas, método para controle de pestes, método para controle de teredem gorgulho de cana-de-açúcar e uso de um composto". A referida invenção se refere a um método para melhorar e/ou aumentar o teor de açúcar e/ou prevenir a redução do teor de açúcar de plantas, preferivelmente cana-de-açúcar, que compreende o tratamento das plantas com uma quantidade eficaz de um composto de 1- aripirazol.

[0021] - PI 1106811-6, depositado em 27/10/2011 , intitulado "Composição herbicida sinérgica contendo penoxsulame e orizalin". A presente invenção refere-se a uma composição herbicida sinérgica compreendendo (a) penoxsulame e (b) orizalin que fornece melhor controle herbicida de ervas daninhas pós-emersão em árvores e lavouras de vinha, relva, cana-de-açúcar, faixas e pastos, parques e corredores e gerenciamento de vegetação industrial.

[00223 - PI 9400602-4, depositado em 17/02/1994, intitulado "Processo para controle de crescimento indesejado de plantas, Composição herbicida e Processo para combate de ervas daninhas em cana-de-açúcar". A invenção descreve que a co-aplicação de dimethenamid com outros herbicidas provê atividade herbicida aperfeiçoada.

[0023] Como se pode verificar, o estado da técnica ainda não descreveu um Biocatalisador para ser usado em culturas de cana-de açúcar.

[0024] A presente invenção, no intuito de sanar algumas das limitações do estado da técnica, desenvolveu um Biocatalisador para ser usado no processo de produção, transporte e acumulo de sacarose em culturas da cana-de-açúcar. O Biocatalisador da presente invenção, além de não causar prejuízos ou riscos para nenhum cultivo vizinho, também não possui período de carência para a colheita.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0025] Figura 1 - 0 Gráfico 1 , como mostrado na referida figura, traz a ilustração da curva média de maturação (Pol % Cana) de 48 clones e variedades de cana-de-açúcar existentes no mercado (Fonte: UfsCar e CTC).

RESUMO DA INVENÇÃO

[0026] Após extensiva investigação, os inventores desenvolveram Biocatalisador para uso em cultura de cana-de-açúcar. O Biocatalisador da presente invenção, além de não causar prejuízos ou riscos para nenhum cultivo vizinho, também não possui período de carência para a colheita.

[0027] Assim é um aspecto da presente invenção prover o Uso do biocatalisador no processo de produção, transporte e acumulo de sacarose na cana-de-açúcar. O uso pode se dar durante todo o ano e compreende as seguintes etapas:

identificação do momento ideal para a introdução dos nutrientes no sistema;

introdução dos nutrientes no sistema; e

atuação dos nutrientes dentro da planta.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0028] No intuito de superar os problemas encontrados no estado da técnica, a presente invenção visa descrever um Biocatalisador para cana- de açúcar e seu uso no processo de produção, transporte e acumulo de sacarose durante todo o ano.

[0029] O Biocatalisador da presente invenção, além de não causar prejuízos ou riscos para nenhum cultivo vizinho, também não possui período de carência para a colheita.

[0030] O Biocatalisador da presente invenção é baseado no balanço equilibrado de nutrientes (quais e em quais quantidades) necessário para alterar a proporção das enzimas responsáveis pelo acumulo de açucares na planta.

[0031] No passado, havia sido utilizada uma composição de 2 nutrientes (nitrogénio e potássio) para tentar promover o acumulo de açúcar no final da cultura da cana. Porém, o sucesso com a utilização desses dois nutrientes, apenas, não foi alcançado, pois com eles a cana-de-açúcar só cresceu, sem acumular açúcar.

[0032] Sob o ponto de vista económico, a cana é considerada pronta para industrialização, a partir do momento que apresenta 13% de sacarose em relação ao peso do colmo e 85% de pureza (Brieger, 1968; In: Felipe, D.C., 2008), sendo que uma cana madura pode atingir índices superiores a 90% de pureza (conforme Tabela 1 abaixo).

Tabela 1 : Componentes do caldo de cana-de-açúcar

Componentes Cana Imatura Cana madura

Água 88% 79%

*Gorduras, ceras, corantes, amido, macro e micro nutrientes etc.

[0033] Resultados obtidos de análises tecnológicas realizadas em amostras de cana-de-açúcar, em início de safra, na região de Jaboticabal, São Paulo (conforme Tabela 2), indicam que, a partir de final de abril, canas com aproximadamente 14 meses de idade já haviam iniciado o seu processo natural de maturação (Pureza = 80,1%) e trinta dias após já se encontravam maduras, aptas para colheita.

Tabela 2: Resultados de análises tecnológicas em amostras de cana realizadas em início de safra na região de Jaboticabal, SP,

(média de 12 clones/variedades).

maduras, a aplicação de reguladores vegetais deve ser feita antes deste estágio, para que haja tempo de ocorrer a maturação induzida.

[0035] Reguladores vegetais são substâncias que alteram a fisiologia da planta interferindo na síntese de aminoácidos e enzimas, ou estimulando a produção de hormônios, restringindo a divisão ou o desenvolvimento celular nos meristemas de crescimento.

[0036] Entretanto, existem evidências de que a utilização de macro e micro nutrientes, por atuarem diretamente nas etapas do processo de maturação, pode proporcionar a antecipação da maturação da cana-de- açúcar. Além disto, a utilização de nutrientes apresenta a vantagem de não oferecer risco para culturas em áreas vizinhas aos canaviais.

[0037] Foi então, a partir das evidências, que surgiu o desenvolvimento do Biocatalisador da presente invenção, para ser usado no processo de produção, transporte e acumulo de sacarose em culturas da cana-de-açúcar durante todo o ano. O uso do Biocatalisador se dá através das três etapas descritas abaixo:

Etapa 1 - Identificação do momento ideal para a introdução dos nutrientes no sistema

[0038] A forma mais adequada para determinar o momento ideal de introdução dos nutrientes no sistema, com o objetivo de aumentar o açúcar no final do ciclo, é através da analise da Pureza da cana. Esta informação é indicativa de canaviais onde esta técnica pode retornar melhores ganhos.

[0039] A Pureza representa, em porcentagem, a quantidade de sacarose presente no caldo da cana (Pol % Caldo ou Sacarose do Caldo Extraído - SCE) contida nos sólidos solúveis do caldo (Brix do Caldo). É calculada pela fórmula:

Pureza = Pol/Brix X 100

[0040] Os níveis ideais de Pureza para a obtenção dos melhores ganhos de açúcar estão entre 75 % e 85%. Neste momento devem-se introduzir os nutrientes no sistema.

Etapa 2 - Introdução dos nutrientes no sistema

[0041] A função especifica de cada nutriente para esta fase da cultura da cana de açúcar foi estudada, bem como a quantidade necessária de cada um para que possa ocorrer a reação desejada especificamente. Assim, cada nutriente tem sua importância de acordo com as características abaixo descritas:

[0042] - nitrogénio (N) presente na clorofila; pigmento presente nos cloroplastos das plantas, essencial para captação da energia solar que é transformada em energia química, tem sua síntese comprometida em situações de deficiência de nitrogénio (N), ocorrendo sintomas conhecidos como clorose. Porém, o seu excesso estimula o crescimento, fator indesejável nesta fase;

[0043] - potássio (K) é o elemento ativador de enzimas e responsável pela manutenção da turgescência celular e manutenção do protoplasma em dispersão. Regula a abertura dos estômatos, e consequentemente a entrada de C02, fonte de carbono para a síntese de açúcares. Atua no metabolismo de hexoses e tem direta influência no transporte da sacarose das folhas para o colmo;

[0044] - o fósforo (P) tem participação direta na transformação da frutose em sacarose. Além disto, é o elemento responsável pela transformação da energia luminosa em energia química (ATP) na fotossíntese;

[0045] - boro (B) é responsável pelo desenvolvimento de raízes e atua diretamente no transporte de açucares. Está diretamente relacionado ao metabolismo do cálcio, ou seja, para formação adequada da parede celular é necessária a presença desse nutriente. A função fisiológica do boro difere dos outros micronutrientes, pois este ânion não foi identificado em nenhum composto ou enzima específica. Entre as principais funções atribuídas a este micronutriente está o metabolismo de carboidratos e transporte de açúcares através das membranas; síntese de ácidos nucléicos (DNA e RNA) e de fitohormônios; formação de paredes celulares e divisão celular (Dechen et al, 1991 );

[0046] - cobre (Cu) participa da biossíntese da ferro-porfirina, precursora da clorofila; portanto, o processo fotossintético fica prejudicado na sua ausência;

[0047] - manganês (Mn) participa como doador de elétrons no Fotossistema II, na síntese dé clorofila e na formação e funcionamento dos cloroplastos. Ele atua na fotossíntese, sendo envolvido na estrutura, funcionamento e multiplicação de cloroplastos, também realizando o transporte eletrônico. É requerido para a atividade de algumas desidrogenases, descarboxiiases, quinases, oxidases e peroxidases. Está envolvido com outras enzimas ativadas por cátions e na evolução fotossintética de oxigénio (Taiz & Zeiger, 2004). Nota-se grande quantidade de manganês nas zonas de crescimento da planta, principalmente no palmito. Concentra-se, principalmente, nos tecidos meristemáticos;

[0048] - molibdênio (Mo) atua nos sistemas de fixação de nitrogénio e sua deficiência implica em níveis mais baixos de açúcares e ácido ascórbico. É essencial para o metabolismo do nitrogénio em plantas que utilizam como fonte deste nutriente o nitrato do solo e/ou o nitrogénio atmosférico proveniente do processo de fixação biológica por bactérias diazotróficas associadas à planta. A cana-de-açúcar pode receber N proveniente destas duas fontes, e, portanto, formula-se a hipótese de que o Mo é fator de produção desta cultura, pois o seu fornecimento adequado é necessário para que a elevada demanda de N pelas plantas seja atendida, principalmente pela otimização da contribuição da fixação biológica de nitrogénio (FBN) na nutrição nitrogenada. Nos sistemas biológicos, o molibdênio é constituinte de pelo menos cinco enzimas catalisadoras de reações. Três destas enzimas (redutase do nitrato, nitrogenase e oxidase do sulfito) são encontradas em plantas (Gupta & Lipsett, 1981 citados por Dechen et al, 1991);

[0049] - zinco interfere no nível do triptofano, aminoácido precursor da auxina (AIA), hormônio essencial para a elongação e aumento de volume celular; consequentemente, elongação dos internódios (espaço para armazenamento);

[0050] - enxofre (S) desempenha importante função no metabolismo e, por conseguinte, no ciclo vital das plantas. Moléculas contendo S participam da estrutura de aminoácidos essenciais, da clorofila, enzimas e coenzimas, além de participar de diversos processos metabólicos como ativação enzimática;

[0051] - magnésio (Mg) tem varias funções-chaves na cana-de- açúcar. Os processos metabólicos e as reações particularmente influenciados pelo Mg são: fotofosforilação (como a formação de ATP nos cloroplastos), fixação fotossintética do dióxido de carbono, síntese proteica, formação de clorofila, carregamento do floema, separação e utilização de foto assimilados, geração de espécies reativas de oxigénio. Consequentemente, muitos processos fisiológicos e bioquímicos são afetados pelo magnésio.

[0052] Em vista do exposto, desenvolveu-se o balanço de nutrientes da Tabela 3, aplicável para 1 hectare de cana-de-açúcar:

Tabela 3 - Balanço de nutrientes

Etapa 3: Atuacão dos nutrientes dentro da planta

[0053] A disponibilização desses nutrientes na planta atua diretamente nas etapas de (i) fotossíntese, (ii) transporte e (iii) armazenamento de açucares, catalisando e potencializando cada uma destas etapas, aumentando a eficiência do processo. Cada nutriente age, de acordo com a descrição na etapa 2, da seguinte forma:

(i) na Fotossíntese:

[0054] Com maior quantidade de glicose sendo produzida na fotossíntese, esta é transformada em sacarose no citosol das células do mesófilo, de onde é transportada para os vacúolos das células do colmo.

(ii) no Transporte:

[0055] Estando o transporte de sacarose também potencializado pela presença dos nutrientes envolvidos, não ocorrerá concentração de sacarose no apopiasto (compartimentos existentes exteriormente à membrana plasmática). Isto porque, existem evidências que em deficiência de nitrogénio, fósforo, potássio e boro a velocidade de transporte da sacarose diminui consideravelmente,

(iii) no acúmulo de Sacarose:

[0056] Uma vantagem da presente invenção é que o maior acúmulo de sacarose no apopiasto inibe a ação da invertase ácida (SAI), que é a responsável pelo desdobramento da sacarose em hexoses (glicose e frutose) que disponibiliza carbono e energia para as atividades metabólicas da planta, como processo de respiração e síntese de compostos diferenciados utilizados no crescimento. Em consequência, ocorre um estímulo na síntese de invertase neutra (NI), que é a enzima responsável pelo transporte da sacarose para armazenamento, resultando em maior acúmulo de açúcar, o que reflete em antecipação da maturação.

[0057] A título ilustrativo, o balanço enzimático da presente invenção, que pode ser alterado pela concentração de sacarose (hexoses) nas células do colmo, é representado da seguinte forma:

(Pouca Hexose)

† SAI (alta) > |NI (baixa)= Crescimento Vigoroso

(Muita Hexose)

l SAI (baixa) ->†NI (alta)= Acumulo de Açúcar

[0058] Outra vantagem da presente invenção é que a maturação artificial, através da aplicação de produtos químicos, possibilita o manejo de variedades através do aumento nos conteúdos de açúcares, nos internódios médios e apicais, promovendo a qualidade industrial da matéria- prima e contribuindo para melhores resultados económicos.

[0059] A maturação artificial é uma ferramenta importante para o planejamento de safra. Na prática, propicia a antecipação do corte de um canavial com aumento vertical na produção, ou seja, uma maior produtividade na mesma unidade de área. [0060] O corte, carregamento, transporte e industrialização também são beneficiados, por resultarem em mais açúcar e álcool por tonelada de cana.

[0061] Os versados na técnica entenderão que pequenas variações da presente invenção podem ser entendidas como dentro do escopo da invenção.