Acciones técnicas

A. Acciones preparatorias

Se han seleccionado y acopiado una serie de subproductos agroalimentarios, tanto residuos de cultivos como residuos agroindustriales que se presentan en la galería A1 acopio de subproductos, con compuestos bioactivos con capacidad biocida conocida y contrastada.

El objetivo es elaborar un plan de aprovisionamiento de la biomasa residual para la elaboración de extractos que intervendrán en la composición de los nuevos formulados pesticidas, en sustitución de los pesticidas de origen químico que se utilizan convencionalmente.

El equipo del ICA-CSIC y del CTAEX han seleccionado y recogido tres tipos de subproductos agrícolas y agroindustriales como fuente de compuestos biocidas:
a)    residuos sólidos de la destilación de aceites esenciales de especies aromáticas: ajenjo, ajedrea, ditrichia, tomillo rojo, lavandín groso, orégano y olivardila.
b)    residuos del procesado de varios vegetales: residuos de alcachofas y espárragos escaldados y su agua de escaldado, y alperujo, subproducto de elaboración del aceite de oliva.
c)    residuos de poda de diversas especies vegetales: limón, naranja y pomelo, olivo, eucalipto y los finos de las astillas de poda de eucalipto, encina y chopo.

Se han recopilado las fechas de generación de las biomasas residuales, sus condiciones y las cantidades generadas, asegurando así proveedores para el escalado piloto de las extracciones. Toda la información se recoge en el correspondiente entregable.

B. Acciones de implementación

Se dispone de los siguientes ocho subproductos agrarios:

1.    Residuo Alcachofa escaldada. Extracción Sohxlet (etanol)
2.    Agua escaldado alcachofa. Extracción Liquido-liquido (acetato de etilo)
3.    Residuo esparrago escaldado. Extracción Sohxlet (etanol)
4.    Agua escaldado esparrago. Extracción Liquido-liquido (acetato de etilo)
5.    Ajenjo var. Candial. Extracción Sohxlet (etanol)
6.    AJEDREA: Satureja montana cepas madre. Extracción Sohxlet (etanol)
7.    SAMO: S. montana var. Martín. Extracción Sohxlet (etanol)
8.    Dittrichia graveolens. Extracción Sohxlet (etanol)

Los residuos frescos de vegetales y agua de la alcachofa y el espárrago procedentes del los proceso de enlatado se congelaron y liofilizaron. Todos los materiales solidos se secaron en una estufa con aire circulante a 35ºC. Una vez seco, se procedio a su molienda y posterior extracción.

Extracción: según el material de partida, se realiza una extracción sólido-líquido (tipo Sohxlet) o líquido-líquido, siguiendo los protocolos establecidos en esta acción.

Se ha desarrollado un protocolo extractivo para la obtención de micro-extractos de los subproductos agroalimentarios con potencial capacidad bioplaguicida acopiados. Debido a la diferente naturaleza física de los residuos, se han definido dos procesos:
-    Extracción sólido- líquido tipo Soxhlet, para los residuos sólidos y aquellos líquidos que requieren ser liofilizados previamente, como las aguas de escaldado; etanol ha sido elegido solvente extractante.
-    Extracción liquido-líquido, también con etanol como disolvente, para los subproductos líquidos.

 

El objetivo es obtener micro extractos de los subproductos con los que se evaluará su capacidad biocida sobre los organismos causantes de las principales plagas y enfermedades de los frutales de hueso.
Los equipos del ICA-CSIC y del CTAEX han elaborado los extractos de los residuos y calculado los rendimientos extractivos, de cara a su escalado industrial. 

Se ha determinado la capacidad insecticida, nematicida, bactericida y antifúngica de los extractos de los subproductos elaborados mediante protocolos estandarizados en los laboratorios de ICA-CSIC y CTAEX. Estos ensayos incluyen: actividad anti alimentaria de insectos fitófagos, pruebas con nematodos fitopatógenos, y capacidad fungistática y bactericida. Se han seleccionado los extractos con mayor actividad bio plaguicida, con los que se establecerán mezclas binarias para la potenciación de su actividad sinérgica.

Toda esta información se recoge en el entregable Informe de validación de extractos. 

    
 

Se ha concluido la tarea de planificación, búsqueda y obtención de materias primas para diseñar formulados innovadores. Para esta selección de materias primas, se ha tenido en cuenta bibliografía científica, sus propiedades fisicoquímicas y la capacidad coadyuvante y potenciadora. También ha sido muy importante escoger sustancias que cumplan con el reglamento ecológico y así conseguir formulados sostenibles con el medio ambiente. La fotografía muestra los resultados de 4 matrices de formulación candidatas a formar parte de los nuevos formulados finales.

Cumpliendo con el protocolo interno de diseño de formulación establecido por IDAI Nature, se han llevado a cabo entre 15-20 prototipos de formulación por cada extracto vegetal suministrado. Cada prototipo de ser estable en tiempo a temperaturas extremas de almacenamiento, no debe contener precipitados y debe ser miscible en agua para permitir su aplicación en campo. Solo los prototipos que han cumplido con estas condiciones pasarán a la fase de optimización industrial.

CTAEX ha evaluado la capacidad biocida de los formulados mediante el testeo contra los mismos hongos utilizados en el proyecto y una bacteria, Erwinia spp. En los siguientes gráficos se muestra la actividad de los formulados y las matrices probadas dependiendo de su concentración y porcentaje de inhibición del crecimiento de hongo. En el caso de la bacteria se puede estimar una mínima concentración inhibitoria.

matriz 3 vs Monillia 

      

Phomopsis vs extracto de espárragos 

    

El principal objetivo de la acción B3 en su conjunto es demostrar que los productos bioplaguicidas resultantes del proyecto Waste4Green, tienen una baja o moderada toxicidad, tanto para el ser humano como para los indicadores del medio ambiente acuático y terrestre, y que su uso puede ser más seguro que los productos químicos comercializados.

La puesta en el mercado de un producto fitosanitario requiere de un proceso complejo enmarcado en la normativa europea vigente. Dentro de los diferentes pasos a seguir, la evaluación toxicológica es un punto crítico, ya que las pruebas experimentales de toxicidad (por ejemplo, estudios de largo plazo, cáncer y reproducción) tienen un coste elevado asociado, requieren mucho tiempo de ejecución (más de dos años) y emplean un gran número de animales de laboratorio. Por ello, en el caso del proyecto Waste4Green, estamos abordando el estudio toxicológico con la ayuda de las técnicas In silico, más específicamente mediante la simulación con los modelos cuantitativos de relación estructura-actividad (QSARs), que son capaces de predecir la toxicidad química sin datos experimentales, siguiendo el principio de 3R (Reemplazar, Reducir, Refinar el uso de animales de laboratorio).

Se ha iniciado la búsqueda de bibliografía disponible de los productos fitosanitarios ya comercializados, estableciendo rangos de toxicidad para la posterior elaboración de las tablas comparativas con los resultados obtenidos para los nuevos bioplaguicidas de Waste4Green

Se ha iniciado evaluación de la ecotoxicidad en medio acuático y terrestre, de los coformulantes que, potencialmente, se podrán utilizar en la elaboración de los formulados resultantes del proyecto Waste4Green, con el objetivo de conocer cuál será el efecto que se origina en el medio ambiente tras la exposición a estos productos. 

Los métodos utilizados por el ISCIII dentro del proyecto Waste4Green, siguen las Líneas Directrices de la OCDE para el control de productos químicos y de la Agencia Internacional de Estandarización (ISO) para la calidad del agua. Los marcadores de exposición y de efecto son indicadores biológicos tanto del medio acuático (Daphnia magna) como del medio terrestre, lombriz de tierra (Eisenia foetida).

        

De izq. a dcha.: Daphnia magna straus adulta; Daphnia magna straus Ensayo toxicidad aguda; Eisenia foetida adulta Periodo de 3 horas para vaciamiento intestinal; Ensayo de toxicidad aguda sobre papel de filtro en la lombriz de tierra Eisenia foetida

Se ha iniciado la búsqueda de bibliografía disponible de los productos fitosanitarios ya comercializados, estableciendo rangos de ecotoxicidad para la posterior elaboración de las tablas comparativas con los resultados obtenidos para los nuevos bioplaguicidas de Waste4Green

Hasta octubre de 2019 se ha desarrollado un Plan de Transferencia y Replicabilidad para sentar las bases que permitan conseguir la transferencia de los resultados del proyecto en otros cultivos y regiones europeas. El plan incluye un calendario de actuaciones, identificando los responsables para su desarrollo.Entre estas actuaciones se considera la transferencia de resultados del proyecto a los actores implicados en la replicabilidad, la validación de los productos Waste4Green en explotaciones de otros países de la UE y en otros cultivos (frutales y hortícolas), identificar nuevos socios estratégicos para ampliar la replicabilidad dentro de la UE, y el establecimiento de una estrategia de ventas a nivel internacional. El correspondiente entregable ha sido elaborado.

C. Monitoreo del impacto de las acciones del proyecto

¿Qué impactos ambientales tiene la producción, distribución y aplicación de los nuevos formulados? ¿En qué aspectos mejora con respecto a los formulados convencionales? A preguntas como éstas se dará respuesta mediante el Análisis del Ciclo de Vida. Durante el año 2020, se está trabajando en el ciclo de los productos convencionales, de forma que se puedan identificar los principales impactos y compararlos con los nuevos productos desarrollados en el LIFE Waste4Green. 

¿Cómo se comporta una explotación convencional de fruta de hueso tipo en relación a emisión de gases de efecto invernadero, consumo energético, secuestro de carbono o desempeño para con la biodiversidad? ¿Cómo mejoran o empeoran estos aspectos cuando se sustituyen algunos de los formulados convencionales para el control de plagas por los nuevos formulados desarrollados en el LIFE Waste4Green? Con la ayuda de dos herramientas innovadoras como la ACCTool y la Biodiversity Performance Tool, desde el proyecto podremos realizar la comparativa y exponer en 2022 estos resultados.

En septiembre de 2019 se definió el protocolo para monitorizar la biodiversidad agrícola en las parcelas que se utilizarán en la validación de los formulados desarrollados, mediante la evaluación de las poblaciones de artrópodos durante 3 años en parcelas en las cuales se aplicarán productos fitosanitarios formulados a base de residuos de procesos agroindustriales, comparándola con parcelas con aplicación de productos fitosanitarios convencionales.

Polinizadores y artrópodos para el control biológico de plagas son dos grupos de biodiversidad de especial interés para la producción agrícola. Durante un periodo de 3 años, se procede a evaluar cómo evolucionan a escala de parcela en superficies tratadas con formulados convencionales y con los nuevos formulados desarrollados en el proyecto, de forma que pueda realizarse una comparativa. El protocolo para este seguimiento fue desarrollado y testado en 2019, comenzando a partir de 2020 con el monitoreo propiamente dicho. A continuación, se pueden ver detalles de algunas de las técnicas utilizadas: aspiración, Vane traps azules y trampas pegajosas amarillas.

    

Conocer los impactos socioeconómicos de la sustitución de los formulados convencionales por los nuevos formulados desarrollados en el LIFE Waste4Green es de vital importancia para asegurar la sostenibilidad a corto y medio plazo y poder estimar un plan de acción a mayor escala. En 2019 se desarrolló el protocolo de monitoreo, chequeando año a año los datos derivados de los diferentes aspectos considerados. ¿Aumentan o disminuyen los costes de la explotación? ¿Y los rendimientos? ¿Qué percepción tiene la sociedad sobre mi actividad? A preguntas como esta se dará respuesta durante el desarrollo del proyecto, a través de datos proporcionados por los socios y encuestas realizadas a agricultores y técnicos.