Evaluación de la eficiencia de encapsulación de urea en alginato de calcio y su tasa de liberación

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

Nitrogen is one of the main constituents of various vital compounds of living beings, therefore, it is one of the most important nutrients in the fertilization of crops; more than 50% of the total fertilizers used worldwide correspond to nitrogen fertilizers, among these, urea stands out, due to the large proportion of nitrogen it contains (46%), additionally, it is a product of easy access by the farmer due to its low value in the market. When urea nitrogen fertilizer is used in agricultural crops and it comes into contact with water, a cycle with different phases begins; first, hydrolysis, where ammonium ions (NH4 +) are produced and second, nitrification, where ammonium is converted into nitrates (NO3-) by oxidation, these compounds and ammonium ions are the nitrogen forms available to plants. However, when there is an excess of nitrates and ammonium in the crop, these are not fully utilized and are lost in the environment through leaching, volatilization and denitrification processes. Various mechanisms have been reported in the scientific literature that aim to improve the efficiency of use of this nutrient in the soil, but a considerable reduction of nitrogen compounds from urea has not been reported, which generate various environmental problems such as soil acidification, loss of ions such as calcium and potassium, nitrate mobility in water and NOx volatilization. One way to control the release of compounds is through microencapsulation, this technology has gained great interest in different areas of study; it is widely used in the food industry, as well as in the pharmaceutical industry. In this way, different materials have been used for this purpose; This is the case of alginate, a natural polysaccharide polymer extracted from brown algae, which, through an external (ionic) gelation process, becomes a gel in the presence of a divalent calcium ion. This material has optimal and attractive characteristics for use as an encapsulant due to its biocompatibility, low toxicity, inertia, low cost and high encapsulation efficiency.

Encapsulation efficiency can be defined as the final amount of the component to be encapsulated that results inside the capsule compared to the initial amount used in the encapsulation process. There are different variables that can affect said efficiency: the oily phase, the surfactant, the agitation speed, the product content, among others. In this research, the efficiency will be evaluated with the following variables of interest: the size of the capsule and the concentration of calcium alginate.

Descripción

El nitrógeno es uno de los principales constituyentes de diversos compuestos vitales de los seres vivos, por ende, es uno de los nutrientes más importantes en la fertilización de los cultivos; más del 50% del total de fertilizantes usados a nivel mundial corresponden a fertilizantes nitrogenados, entre estos, se destaca la urea, debido a la gran proporción de nitrógeno que contiene (46%), adicionalmente, es un producto de fácil acceso por el agricultor por su bajo valor en el mercado. Cuando el fertilizante de nitrógeno uréico se emplea en los cultivos agrícolas y éste entra en contacto con agua, se inicia un ciclo con diferentes fases; primero, la hidrólisis, en donde se producen iones de amonio (NH4+) y segundo, la nitrificación, en donde el amonio se convierten en nitratos (NO3-) por oxidación, estos compuestos y los iones de amonio son las formas nitrogenadas disponibles para las plantas. Sin embargo, cuando existe un exceso de nitratos y amonio dentro del cultivo estos no son aprovechados en su totalidad y se pierden en el ambiente mediante procesos de lixiviación, volatilización y esnitrificación. En la literatura científica se han reportado diversos mecanismos que pretenden mejorar la eficiencia de uso de este nutriente en el suelo, pero no se ha reportado una reducción considerable de los compuestos nitrogenados provenientes de la urea que generan varias problemáticas ambientales como la acidificación del suelo, perdida de los iones como el calcio y el potasio, movilidad de nitrato en agua y volatilización de NOx. Una forma de controlar la liberación de compuestos es por medio de la microencapsulación, esta tecnología ha cobrado gran interés en diferentes áreas de estudio; se utiliza en gran medida en la industria alimenticia, así como en la farmacéutica. De esta manera, se han llegado a utilizar diferentes materiales para este fin; tal es el caso del alginato, polímero polisacárido natural extraído de algas pardas, el cual, mediante un proceso de gelificación externa (iónica) se convierte en un gel en la presencia de un ión divalente de calcio. Este material presenta características óptimas y atractivas para ser utilizado como encapsulante debido a su biocompatibilidad, baja toxicidad, inercia, bajo costo y alta eficiencia de encapsulación. La eficiencia de encapsulación se puede definir como la cantidad final del componente que se quiere encapsular que resulta dentro de la cápsula en comparación a la cantidad inicial utilizada en el proceso de encapsulación. Existen diferentes variables que pueden afectar dicha eficiencia: la fase oleosa, el surfactante, la velocidad de agitación, el contenido de producto, entre otros. En la presente investigación se evaluara la eficiencia con las siguientes variables de interés: el tamaño de la cápsula y la concentración del alginato de calcio.

Palabras clave

Alginato de sodio, Encapsulación, Urea, Nitrógeno

Materias

Ingeniería Ambiental -- Tesis y disertaciones académicas , Abonos nitrogenados , Microencapsulación , Suelos , Agricultura sostenible

Citación