Mikrokapseln erhalten die Lebensfähigkeit von Beauveria bassiana aufrecht.

Forscher haben Carboxymethylcellulose-Mikrokapseln entwickelt, die die Vermehrungseinheiten des entomopathogenen Pilzes Beauveria bassiana während der Lagerung konservieren können. Das mit Aluminiumionen vernetzte System ermöglichte nach fünf Monaten bei minus 18 Grad Celsius eine Keimfähigkeit von 85 %. Nicht verkapselte Konidien, die unter denselben Bedingungen gelagert wurden, zeigten eine Lebensfähigkeit von 69 %.

Die Studie verglich Aluminium- und Calciumionen als Vernetzungsmittel für Carboxymethylcellulose (doi 10.1021/acsomega.5c06970). Das Forschungsteam suchte nach einer geeigneten Matrix für den Transport biologischer Bekämpfungsmittel. Aluminium führte zu gleichmäßigeren Partikeln, höherer Wasseraufnahme und besserer Strukturstabilität. Die Ergebnisse deuten auf Potenzial für Formulierungen zur Bekämpfung von Schädlingen mit Entwicklungsstadien im Boden hin.

Polymernetzwerke

Carboxymethylcellulose bildet durch ionotrope Gelierung polymere Netzwerke. Dabei interagieren Metallionen mit den im Polymer vorhandenen Carboxylat- und Hydroxylgruppen. Das Verfahren ist wenig aufwendig, schnell durchzuführen und ermöglicht die Herstellung von Partikeln, die Wirkstoffe schützen können.

Die mit Aluminium vernetzten Partikel behielten nach dem Trocknen eine nahezu kugelförmige Gestalt. Der mittlere Durchmesser betrug 1,92 Millimeter, die Abweichung 0,11 Millimeter (siehe Studienzusammenfassung). Die mit Calcium hergestellten Strukturen kollabierten und verschmolzen. Dabei entstanden unregelmäßige Konglomerate mit heterogener Korngröße.

Größere positive Ladung

Die Forscher führten diesen Unterschied auf die höhere positive Ladung von Aluminium zurück. Das dreiwertige Ion bildete stärkere und dichtere Ionenbindungen mit Carboxymethylcellulose. Diese Wechselwirkung begünstigte ein kompaktes, dreidimensionales Netzwerk, das formstabil war. Calcium hingegen, mit seiner zweiwertigen Ladung, führte zu schwächeren Bindungen und einer weniger stabilen Matrix bei Wasserverlust.

Die Absorptionskapazität unterschied die Materialien ebenfalls. Partikel mit Aluminium absorbierten ein Wasservolumen, das etwa 780 % ihrer Ausgangsmasse entsprach. Strukturen mit Calcium erreichten etwa 240 %. Laut der Studie bewahrte das durch das Aluminium gebildete Netzwerk während des Trocknungsprozesses die miteinander verbundenen Poren. Diese Struktur erleichterte das Eindringen von Wasser.

Thermische Analysen

Thermische Analysen ergaben unterschiedliche Profile. Aluminiumhaltige Partikel zeigten Hauptzersetzungsstufen bei 165,76 und 386,71 °C. Das calciumhaltige Material wies Ereignisse bei 211,78, 223,22, 309,29 und 368,95 °C auf. Das komplexeste Muster deutete auf eine heterogene Vernetzung im System mit Calcium hin.

Nach einem Vergleich wählte das Team Aluminium zur Verkapselung der Blastosporen des Beauveria bassiana-Stammes IBCB66. Die Flüssigkultur erreichte eine Konzentration von zwei Milliarden Blastosporen pro Milliliter. Die Forscher mischten die Kultur mit einer Carboxymethylcellulose-Lösung und fügten ein Tensid hinzu, um die Dispersion zwischen Pilz und Polymer zu verbessern.

Durch die Zugabe des Mikroorganismus erhöhte sich die durchschnittliche Kapselgröße auf 2,42 Millimeter (Abweichung: 0,28 Millimeter). Die Strukturen wiesen eine dünne Außenschicht und einen porösen Kern auf. Die Formulierung wurde eingefroren, gefriergetrocknet und bei minus 18 Grad Celsius gelagert.

Nach zwei Monaten keimten alle Granulate innerhalb von drei bis vier Tagen. Die Konzentration erreichte 1,87 Millionen Konidien pro Granulat. Nach fünf Monaten benötigte die Keimung sieben Tage und erreichte 85 %. Die Konzentration blieb bei 1,24 Millionen Konidien pro Granulat. Die Granulate behielten während des gesamten Zeitraums ein trockenes und lockeres Aussehen.

Metabolische Dormanz

Die Forscher interpretierten die verzögerte Keimung als reversible metabolische Dormanz, ohne Anzeichen für einen Verlust der Pilzintegrität. Die Carboxymethylcellulose-Matrix hätte den durch Austrocknung verursachten Stress reduziert und oxidative Schäden während der Lagerung begrenzt.

Der Stamm IBCB66 gehört zur „Oldemar Cardim Abreu“-Sammlung entomopathogener Mikroorganismen, die vom Biologischen Institut in Campinas, São Paulo, verwaltet wird. Die Studie belegt die Pathogenität dieses Stammes gegenüber Organismen mit bodenlebenden Phasen, darunter Ceratitis capitata, Pratylenchus brachyurus, Spodoptera cosmioides, Chrysomya megacephala und Atta sexdens rubropilosa.

Die Ergebnisse demonstrierten erstmals in dieser Studie eine praktikable Methode zur Verkapselung von Blastosporen von Beauveria bassiana in aluminiumvernetzten Carboxymethylcellulose-Partikeln. Diese Formulierung könnte die Entwicklung von Trockenprodukten zur biologischen Bekämpfung von Bodenschädlingen unterstützen.

O trabalho foi desenvolvido pelos cientistas Mayté P. Zaldivar, Jean Carlos F. Machado, Lívia C. Massimino, Marcel S. Marques, José Eduardo M. de Almeida, Ana Paula S. Bartels, Ricardo Bortoletto-Santos e Hernane da S. Barud.