Encapsulación de aceites esenciales funcionales para su aplicación en agricultura

Abstract

[EN] The application of microcapsules has been spread in recent years in many different sectors such as food, medical, cosmetic and textile due to the benefits that these systems have, with respect to the use of the unencapsulated active compounds. The microcapsules get a progressive and effective release of highly volatile to ensure their functionality over time molecules.

Essential oils are volatile liquid fractions biosynthesized by plants that have very interesting properties, such as antimicrobial, insecticide or pesticide capacity.

To take advantage of these properties of oils for use in agriculture, the microencapsulation has been studied by different techniques: spray drying, interfacial polymerization and co-extrusion/gelling, because each technique allows the use of a membrane material, and different operating conditions which result in microcapsules with very different properties.

The microcapsules developed were characterized by using different techniques. Thermal analysis using Differential Scanning Calorimetry (DSC) has provided useful information about the thermal stability of the starting materials to select conditions most suitable microencapsulation process, and to determine the thermal stability of the microcapsules obtained. By using electron microscopy (SEM) state and morphology of the microcapsules were determined. Meanwhile, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) has corroborated the presence of essential oils inside the microcapsules, such as the antimicrobial trial performed.

Parallel to the development of the microcapsules, obtaining a biodegradable textile substrate to serve as a vehicle for applying microcapsules has been studied. The textile substrate consisted of a nonwoven fabric made from hemp pruning waste with a high capacity for disintegration, which can be encompassed in the field of bio blankets application in agriculture.

Microcapsules have been applied on the nonwoven fabric by applying a binder; in this case, the use of two completely biodegradable natural polymers was studied, given the final application substrate. Nonwoven fabrics have been characterized by different techniques, among them; the antimicrobial activity and resistance to weathering under real conditions were evaluated.

With the development of this research it is intended to harness the potential provided by microencapsulation, in order to functionalize a product providing it with greater added value while maintaining the concept of sustainability.

[ES] La aplicación de las microcápsulas se ha extendido en los últimos años en diversos sectores tan diferentes como el alimentario, médico, cosmético o textil por los beneficios que estos sistemas presentan, con respecto al empleo de los compuestos activos sin encapsular. Las microcápsulas consiguen una liberación progresiva y eficaz de moléculas altamente volátiles para garantizar su funcionalidad en el tiempo.

Los aceites esenciales son fracciones liquidas volátiles biosintetizadas por las plantas que presentan propiedades muy interesantes, como su capacidad antimicrobiana, insecticida o pesticida.

Con el fin de aprovechar estas propiedades de los aceites para su aplicación en agricultura, se ha estudiado su microencapsulación mediante diferentes técnicas: secado por atomización, polimerización interfacial y co-extrusión/gelificación, pues cada una de ellas permite el empleo de unos materiales membrana, y condiciones de operación diferentes que dan lugar a microcápsulas con propiedades muy diversas.

Las microcápsulas desarrolladas han sido caracterizadas mediante diferentes técnicas. El análisis térmico realizado mediante análisis de calorimetría diferencial (DSC) ha proporcionado información útil sobre la estabilidad térmica de los materiales de partida para seleccionar las condiciones del proceso de microencapsulación más adecuadas, así como determinar la estabilidad térmica de las microcápsulas obtenidas. Mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) se ha determinado el estado y morfología de las microcápsulas. Por su parte, la espectroscopia de infrarrojos (FTIR) ha permitido corroborar la presencia de los aceites esenciales en el interior de las microcápsulas, al igual que el ensayo antimicrobiano realizado.

En paralelo al desarrollo de las microcápsulas, se ha estudiado la obtención de un sustrato textil biodegradable que sirva de vehículo para aplicar las microcápsulas. El sustrato textil ha consistido en un tejido no tejido, elaborado a partir de residuos de poda del cáñamo, con una elevada capacidad de desintegración, que puede englobarse en el campo de las bio-mantas de aplicación en agricultura. Las microcápsulas han sido aplicadas sobre el tejido no tejido mediante la aplicación de un ligante, en este caso se ha estudiado el uso de dos polímeros naturales completamente biodegradables, dada la aplicación final del sustrato. Los tejidos no tejidos han sido caracterizados mediante diferentes técnicas, entre ellas, se ha evaluado la capacidad antimicrobiana y, la resistencia a la intemperie en condiciones reales. Con el desarrollo de esta investigación se pretende aprovechar las posibilidades que la microencapsulación ofrece, con el fin de funcionalizar un producto dotándolo de un mayor valor añadido manteniendo el concepto de sostenibilidad.

[CA] L' aplicació de microcàpsules s'ha estès al llarg dels últims anys a sectors industrials tan diferents com l'alimentari, cosmètic, mèdic o tèxtil, a causa dels beneficis que aquests sistemes presenten, respecte a l'ús dels compostos actius sense microencapsular. Les microcàpsules aconseguixen una alliberació eficaç i gradual de molècules molt volàtils que garantix la seua funcionalitat al llarg del temps.

Els olis essencials són fraccions líquides volàtils biosintetitzades per les plantes que tenen propietats molt interessants, com antimicrobianes, insecticides o pesticides.

Amb la finalitat d'aprofitar aquestes propietats dels olis per a la seua aplicació en agricultura, s'ha estudiat la seua microencapsulació mitjançant diferents tecnologies: assecament per polvorització, polimerització interfacial i co-extrusió/gelificació, ja que cadascuna d'elles permet l'ús d'uns materials membrana, així como d'unes condicions d'encapsulació diferents que donen lloc a microcàpsules amb propietats molt concretes.

Les microcàpsules desenvolupades han sigut caracteritzades mitjançant diferents tècniques. L'anàlisi tèrmic realitzat per calorimetria diferencial (DSC) ha permès obtindre informació útil sobre l'estabilitat tèrmica dels materials per tal de seleccionar les condicions de procés per a la microencapsulació més optimes. Mitjançant la microscòpia electrònica de barreig (SEM) s'ha obtés informació de l'estat i morfologia de les microcàpsules. D'altra banda, l'Espectroscòpia Infraroja per Transformada de Fourier (FTIR) corroborà la presència dels olis a l'interior de les microcàpsules, així com també ho feu l'assaig antimicrobià.

Paral·lelament al desenvolupament de les microcàpsules s'ha estudiat l'obtenció d'un substrat tèxtil biodegradable, per utilitzar-lo com a vehicle per aplicar les microcàpsules. Aquest substrat tèxtil ha estat format per un teixit no teixit obtés a partir de residus de les plantes de cànem, amb gran capacitat de desintegració, el qual pot classificar-se dintre de les conegudes com a bio mantes d'aplicació en agricultura. Les microcàpsules s'han aplicat sobre el teixit no teixit mitjançant l'aplicació d'un lligam, en aquest cas s'ha estudiat l'ús de dos polímers naturals completament biodegradables, donada l'aplicació final. Els teixits no teixits han estat caracteritzats per diferent assajos, entre ells, l'evolució de la capacitat antimicrobiana i la resistència en condicions reals.

Amb el desenvolupament d'aquesta investigació es pretén aprofitar les possibilitat que ofereix la microencapsulació, amb la finalitat d'obtindre un producte de valor agregat mantenint la sostenibilitat.