Difusão e sorção do isotiocianato alilo e o seu efeito no controle de Sitophilus zeamais e na qualidade do milho

Abstract

Neste trabalho, teve-se como meta avaliar o transporte do isotiocianato alilo (AITC) através da massa de grãos de milho, bem como o seu efeito fumigante nas fases de desenvolvimento de Sitophilus zeamais Motsch. (Coleoptera: Curculionidae) e na qualidade dos grãos de milho. O trabalho, conduzido na Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, MG, foi realizado em três etapas. Na primeira, avaliou-se o transporte do AITC por meio do estudo do mecanismo de sorção e da difusão deste gás através da massa de grãos. Em todo o experimento, foram utilizados grãos de milho com teor de água de 13% e porosidade de 40%, na temperatura de 25 oC. Para o estudo do processo de sorção, fez-se a injeção de vapor saturado de AITC em frascos de vidro contendo os grãos. Por meio de um manômetro de coluna líquida, registrou- se a diferença de pressão a cada 10 min até o tempo final de 130 min. Esse procedimento também foi realizado sem a presença do AITC. Modelos cinéticos de ordem zero, de primeira e de segunda ordem foram ajustados aos dados de concentração do AITC, com a finalidade de determinar a constante da taxa de sorção. Para o estudo da difusão, utilizou-se um protótipo com uma câmara de gás e uma coluna cilíndrica para contenção dos grãos. Amostras foram coletadas a cada 1h50min, em sete pontos da coluna e na câmara, e injetadas imediatamente em um cromatógrafo a gás. Com os dados da constante da taxa de sorção e concentração do AITC, determinou-se o coeficiente efetivo de difusão do AITC na massa de grãos, por meio do modelo matemático que descreve a difusão em regime transiente, ao qual foi adicionado o termo referente à taxa de sorção. Na segunda etapa, grãos de milho infestados com as fases imaturas (ovo, larva de terceiro ínstar e pupa) e adulta de S. zeamais foram submetidos ao tratamento com AITC nas concentrações de 0; 1,25; e 1,87 µL L-1, durante 10 períodos de exposição (6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54 e 60 h). A avaliação da mortalidade dos insetos adultos foi realizada depois de 48 h do final de cada período de exposição e a das fases imaturas, depois de completar 42 dias da data em que foi feita a postura, contando-se o número de insetos adultos emergidos. Os tempos letais (TL50 e TL95) das fases imaturas e adulta de S. zeamais foram estimados pela análise de Probit, utilizando-se o programa SAS versão 6.12. Na terceira etapa, grãos de milho foram submetidos às mesmas concentrações de AITC e períodos de exposição do experimento realizado para estimar os tempos letais das fases de desenvolvimento de S. zeamais. A cada 6 h, foram avaliados o teor de água, a condutividade elétrica e o potencial de germinação até completar 60 h de exposição. Verificou-se que o modelo cinético para o mecanismo de sorção é o de primeira ordem e a constante da taxa de sorção, igual a 6,26x10-4 s-1. O valor do coeficiente efetivo de difusão do AITC através da massa de grãos de milho é de 7,2x10-3 cm2 s-1. Com relação ao efeito fumigante, observou-se que o aumento no período de exposição elevou a eficácia dos tratamentos com AITC em todas as fases de desenvolvimento estudadas do S. zeamais. A fase ovo requer maiores tempos letais, ao passo que a larva de terceiro ínstar exige menores tempos letais de 50 e 95%. Os ovos e as pupas foram as fases mais tolerantes, enquanto os adultos e as larvas foram as mais sensíveis ao AITC. Os tratamentos com AITC não afetaram a qualidade dos grãos de milho ao longo de 60 h de exposição. Conclui-se que o transporte do AITC através da massa de grãos de milho é lento, devido ao baixo valor do coeficiente efetivo de difusão e à elevada taxa de sorção desse componente pelos grãos. No entanto, a capacidade do isotiocianato alilo em controlar todas as fases de desenvolvimento do inseto-praga S. zeamais e o fato de não afetar a qualidade dos grãos indicam a potencialidade como fumigante.

This study was done to evaluate allyl isothiocyante (AITC) transport through the grain bulk of maize, and determine its fumigant effect on different developmental phases of Sitophilus zeamais Motsch. (Coleoptera: Curculionidae) and on maize quality. The study was done in three steps at the Universidade Federal de Viçosa, in Viçosa, MG. In the first, the AITC transport was evaluated by studying sorption mechanisms and diffusion through the grain bulk. In all studies the grains with 13% moisture content and 40% bulk porosity, at 25 oC were used. The sorption was determined by injecting saturated vapors of AITC in to a hermetically sealed glass jar containing the grains. The pressure alterations were monitored at 10-minute interval for 130 minutes with use of a liquid column manometer. This procedure took place without the presence of AITC. The sorption rate constant was estimated by adjusting the kinetic models of the zero, first and second order to the AITC concentration data. An apparatus having a gas chamber attached to a cylindrical grain column was used to determine diffusion pattern. After the gas release, the samples were collected after 110 minutes, from the gas chamber and from seven heights of the grain column, and immediately injected into a gas chromatograph. With the use of sorption rate constant and AITC concentration, AITC effective diffusion coefficient through the grain bulk was calculated by use of the mathematical models describing transient diffusion, by adding the term about the sorption rate. In the second step, the maize grains were infested with immature phases (egg, third instar larvae and pupa) and adults of S. zeamais and subjected to AITC fumigation for 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54 or 60 h at concentration of 0; 1.25 or 1.87 µL L-1. The mortality of adult insects was determined after 48h of each exposure period and that of immature phases after 42 days of posture by counting the number of emerged adult insects. The lethal time (LT50 & LT95) of the immature phases and the adults of S. zeamais were estimated by Probit analysis. In the third step, the fumigated grains were used to evaluate moisture content, electrical conductivity and germination. The sorption data fitted the first order the kinetic model and sorption rate constant was estimated to be 6.26x10-4 s-1. The effective diffusion coefficient of AITC through the bulk grain was estimated to be 7.2x10-3 cm2 s-1. The efficacy of AITC fumigation on the insect-pest mortality increased with increasing exposure period independent of the developmental phase. The egg phase required longer exposure period, while the third instar larvae required the least for 50 or 95% mortality. The eggs and pupa were most tolerant phases, while the adults and larvae were most sensitive to AITC. The fumigation for 60 h did not affect grain quality. It was concluded that AITC transport through the bulk of maize grain is slow due to low effective diffusion coefficient and high grain sorption rate. However, the capacity of AITC to control all phases of S. zeamais and not affecting grain quality indicates that it has the potential as a good grain fumigant.