Pomůže stlačený oxid uhličitý v boji proti škodlivému hmyzu?

Časté používání syntetických insekticidů v zemědělství vede k vytváření rezistentních populací hmyzu, ohrožuje ostatní organismy, a navíc jejich zbytková množství v potravním řetězci mohou být nebezpečná lidskému zdraví.

Některé rostliny se přitom hmyzím škůdcům samy brání tím, že produkují látky, které jsou pro hmyz jedovaté nebo ho jako repelenty odpuzují či působí proti jejich požeru. Mohou také ovlivňovat jeho hormonální aktivitu a potlačovat růst a vývoj juvenilních stadií. Na tom je založen nový trend v ochraně rostlin botanickými insekticidy, což jsou výtažky z rostlin bohatých na tyto ochranné látky. Ty eliminují problémy se syntetickými insekticidy na minimum, jsou většinou pro savce neškodné a snadno se v přírodě rozkládají.

Takové přípravky vyrábí již několik firem v Evropě (Trifolio-M v Německu; Agromed ve Španělsku a další). Přestože jsou technologické postupy ještě v počátcích (rostlinný materiál je především mimoevropského původu a vzhledem k variabilitě obsahu účinných látek v rostlině je problematická standardizace přípravků) a ceny výrobků jsou vyšší než u syntetických insekticidů, botanické insekticidy se dnes už používají v systémech biologického zemědělství, v ochraně skladovaných potravin a u malospotřebitelů. Celosvětová poptávka po nich ročně narůstá o 6 až 10 %. Výzkum se zaměřuje na hledání nových rostlinných zdrojů a technologií zlevňujících výrobu a zvyšujících účinnost a standardizaci těchto přípravků.

Pro hmyz jedovaté, rychle působící látky jsou většinou součástí silic neboli éterických (esenciálních) olejů. Ty se už po staletí z rostlin získávají jednoduchou a levnou metodou, destilací vodní párou. Naproti tomu účinné netěkavé látky s dlouhodobějšími účinky je nutno z rostliny extrahovat, tj. rozpustit je ve vhodné tekutině, obvykle v organickém rozpouštědle. Při obou těchto metodách může dojít k částečné degradaci účinných látek, ať už působením vysokých teplot při destilaci, nebo při odpařování rozpouštědla z extraktu; navíc při práci se zdraví škodlivými těkavými rozpouštědly dochází k jejich úniku do životního prostředí. Vhodnou alternativou těchto postupů je superkritická extrakce oxidem uhličitým, který je netoxický, nehořlavý, nevýbušný, lehce dostupný v požadované čistotě a ve srovnání s organickými rozpouštědly šetrný k životnímu prostředí.

Oproti konvenčním extrakčním metodám má superkritická extrakce řadu výhod. Jednou z nich je aplikace nízkých teplot, což umožňuje i zpracování tepelně labilních látek. Superkritická extrakce patří mezi zelené technologie, nemá negativní vliv na životní prostředí, rozpouštědlo je netoxické a je z extraktu snadno odstranitelné. Její další výhodou je možnost regulace rozpouštěcí síly pomocí tlaku a teploty, což usnadňuje standardizaci extraktu. Oproti tradičním metodám je navíc časově a energeticky méně náročná. Suchý rostlinný materiál po extrakci může být ještě využit k dalším účelům.

V Indii byla už koncem 20. století patentována superkritická extrakce azadirachtinu, jednoho z nejúčinnějších rostlinných insekticidů, ze semen stromu nimba (Azadirachta indica). Výtažek s vysokou koncentrací azadirachtinu se takto úspěšně vyrábí a exportuje.

V Ústavu chemických procesů AV ČR, v. v. i., jsme se při výzkumu superkritické extrakce botanických insekticidů zaměřili na výtažky z rostlin mírného pásma. Projekt 2B06049 s názvem Optimalizace superkritické extrakce pro maximální výtěžnost biologicky aktivních látek z rostlin podporovaný Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy jsme řešili v letech 2006 až 2011 společně s Výzkumným ústavem rostlinné výroby, v. v. i., kde byly účinky výtažků testovány na hmyzu, a s firmou AGRA Group, a. s., která vyvíjela pěstební postupy pro zvýšení obsahu účinných látek v rostlinách během jejich pěstování. Z více než dvaceti výchozích druhů rostlin byly mnohočetným testováním (testováním účinků různými metodami připravených výtažků na různé druhy hmyzu v různých stadiích vývoje) vybrány nejperspektivnější rostliny pro podrobný výzkum. Dalším cílem bylo najít optimální podmínky SFE pro dosažení vysoké insekticidní aktivity extraktů. Díky snadné regulaci rozpouštěcí síly superkritického CO₂ pomocí tlaku, teploty a složení rozpouštědla byly připraveny různé typy extraktů, které se lišily jak složením, tak i insekticidními účinky. Kromě publikací o dílčích výsledcích výzkumu byly vypracovány užitné vzory a podány patentové přihlášky na dva přípravky proti hmyzu na bázi výtažků ze saturejky zahradní (Satureja hortensis) a routy vonné (Ruta graveolens).

V tomto výzkumu pokračujeme od roku 2011 projektem TA01010578 (Výzkum a vývoj nových produktů pro komplexní ochranu rostlin založených na využití přírodních látek získaných pomocí superkritické extrakce a hydrodestilace), podporovaném Technologickou agenturou ČR, na kterém spolupracuje Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i., s firmou Matoušek CZ, a. s., a Výzkumným ústavem rostlinné výroby, v. v. i. Tento projekt je zaměřen na testování insekticidních a fungicidních účinků výtažků získaných superkritickou extrakcí a hydrodestilací rostlin dovezených z Jižní Afriky, které jsou díky vlivu subtropického podnebí bohaté na silice a další bioaktivní látky. Výtažky získané superkritickou extrakcí vykazují často vyšší biologickou aktivitu než výtažky získané klasickými separačními metodami, především díky práci při nízké teplotě.

I když botanické insekticidy zatím nacházejí uplatnění jen při ochraně rostlin na malých plochách, jako jsou zahrádky nebo skleníky, vzhledem k jejich přednostem při ochraně životního prostředí lze očekávat, že zájem o ně poroste. Metoda extrakce oxidem uhličitým najde uplatnění především tam, kde hlavní účinné rostlinné látky jsou netěkavé a rozpustné v tucích.