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Título: Síntese de vidros polifosfato e borofosfato à baixa temperatura para aplicação como agentes antifúngicos
Título(s) alternativo(s): Synthesis of polyphosphate and borophosphate glasses at low temperature for application as antifungal agents
Autor(es): Sabao, Sergio Bernardo
Orientador(es): Busso, Cleverson
Palavras-chave: Fosfatos
Fungos fitopatogênicos
Vidro
Phosphates
Phytopathogenic fungi
Glass
Data do documento: 21-Fev-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Toledo
Citação: SABAO, Sergio Bernardo. Síntese de vidros polifosfato e borofosfato à baixa temperatura para aplicação como agentes antifúngicos. 2025. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Biotecnológicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2025.
Resumo: As doenças fúngicas representam uma das principais ameaças à produção agrícola global, causando perdas significativas na produtividade e na qualidade das culturas. Para mitigar esses impactos, o uso de fungicidas químicos tem sido a estratégia amplamente aplicada. No entanto, a crescente resistência dos fitopatógenos a esses compostos reduz sua eficácia ao longo do tempo, o que demanda a busca por alternativas de controle mais sustentáveis e eficazes. Nesse contexto, este estudo investigou a síntese de vidros de polifosfato e borofosfato à baixa temperatura, visando sua aplicação como agentes antifúngicos para o controle de fungos fitopatogênicos. Os vidros de polifosfato foram preparados pela combinação dos reagentes dihidrogenofosfato de potássio e dihidrogenofosfato de amônio, na razão molar igual a 1, enquanto vidros borofosfato consistiram na adição de ácido bórico à mesma proporção de polifosfato, utilizado o método melting-queching. Para obter vidros com maior capacidade de inibição de crescimento fúngico, foi utilizado um planejamento experimental fracionário completo com três (3) fatores: temperatura de fusão (300 a 400 ºC), tempo de fusão (1 a 2 h) e teor de ácido bórico (0 a 2%), com o objetivo de identificar as condições que resultam na melhor atividade antifúngica. Os vidros sintetizados foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, análise de absorção de umidade e determinação de densidade. Os testes microbiológicos incluíram ensaios de poço de difusão em ágar, determinação da concentração inibitória mínima (CIM), concentração fungicida mínima (CFM) e avaliação da inibição do crescimento radial do micélio para os fungos Macrophomina phaseolina, Sclerotinia sclerotiorum e Botrytis cinerea, bem como a análise de danos estruturais nas hifas por microscopia óptica após o tratamento vítreo. Além disso, os vidros foram aplicados no tratamento de morangos para verificar sua eficácia na conservação em condição de armazenamento. A caracterização por FTIR e espectroscopia Raman evidenciou a presença de bandas características de polifosfato e borofosfato com predominância de vibrações simétricas e assimétricas P-O-P e O-P-O em espécies Q2 para ambas matrizes, além de modificações estruturais relacionadas à temperatura, tempo de reação e adição de ácido bórico, com impacto direto na higroscopicidade e densidade dos vidros. Na condição de síntese de 400 ºC a 1h, os vidros de polifosfato e borofosfato demonstraram melhor atividade antifúngica frente às cepas testadas. No teste de poço difusão em ágar, o maior halo de inibição foi observado para o borofosfato para o Macrophamina phaseolina cujo diâmetro de halo de inibição chegou até 47,98 mm, enquanto nos testes de CIM e CFM os valores foram iguais para ambas as matrizes, com CIM variando de 1,95 a 3,90 mg/mL, CFM de 125 mg/mL e porcentagem de inibição de até 88,10%.A análise microscópica revelou alterações estruturais nas hifas, enquanto o uso em morangos mostrou-se eficaz no controle de B. cinerea sem comprometer a qualidade dos frutos, destacando o potencial desses materiais no controle de fungos fitopatogênicos.
Abstract: Fungal diseases represent one of the major threats to global agricultural production, causing significant losses in crop productivity and quality. To mitigate these impacts, chemical fungicides have been the most widely applied strategy. However, the increasing resistance of phytopathogens to these compounds reduces their effectiveness over time, requiring the search for more sustainable and effective control alternatives. This study investigated the synthesis of polyphosphate and borophosphate glasses at low temperatures, aiming at their application as antifungal agents for controlling phytopathogenic fungi. Polyphosphate glasses were prepared by combining potassium dihydrogen phosphate and ammonium dihydrogen phosphate in a molar ratio of 1, while borophosphate glasses were synthesized by adding boric acid to the same polyphosphate ratio using the melt-quenching method. To enhance the antifungal efficacy of the glasses, a full fractional experimental design was employed with three (3) factors: melting temperature (300–400 °C), melting time (1–2 h), and boric acid content (0–2%), aiming to identify the conditions that yield the highest antifungal activity. The synthesized glasses were characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, moisture absorption analysis, and density determination. Microbiological assays included agar well diffusion tests, determination of minimum inhibitory concentration (MIC), minimum fungicidal concentration (MFC), and evaluation of radial mycelial growth inhibition for the fungi Macrophomina phaseolina, Sclerotinia sclerotiorum, and Botrytis cinerea. Additionally, structural damage to hyphae was analyzed by optical microscopy after treatment with the glasses. The glasses were also applied in the treatment of strawberries to evaluate their efficacy in extending shelf life under storage conditions. FTIR and Raman spectroscopy characterization revealed characteristic bands of polyphosphate and borophosphate, with predominant symmetric and asymmetric P–O–P and O–P–O vibrations in Q² species for both matrices. Structural modifications were observed, attributed to variations in temperature, reaction time, and the addition of boric acid, directly impacting the hygroscopicity and density of the glasses. Under synthesis conditions of 400 °C for 1 h, both polyphosphate and borophosphate glasses exhibited superior antifungal activity against the tested strains. In the agar well diffusion test, borophosphate glasses showed the largest inhibition halo against Macrophomina phaseolina, with a diameter of up to 47.98 mm. MIC and MFC values were similar for both matrices, with MIC ranging from 1.95 to 3.90 mg/mL, MFC at 125 mg/mL, and inhibition percentages reaching up to 88.10%. Microscopic analysis revealed structural alterations in hyphae, and the application on strawberries effectively controlled B. cinerea without compromising fruit quality, highlighting the potential of these materials in controlling phytopathogenic fungi.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36193
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