Espectroscopía raman como herramienta para la caracterización y monitoreo de biopolímeros tipo β-glucanos y posteriores estudios comparativos

Abstract

Motivación: Los exopolisacáridos microbianos han atraído interés mundial por sus propiedades fisicoquímicas únicas y variedad de aplicaciones. El escleroglucano, un β-1,3-β-1,6-glucano producido por hongos del género Sclerotium, es un biopolímero con gran potencial de comercialización. Los diferentes β-glucanos pueden variar en su tipo de enlace β y grado de ramificación. Muchas de sus propiedades deseables están relacionadas a estas características fisicoquímicas y estructurales, y podrían ser afectadas durante la biosíntesis e incluso en el proceso de recuperación1. Por ello, la caracterización y el monitoreo durante su producción y purificación constituye un aspecto crítico. La espectroscopía Raman, ampliamente utilizada en el estudio de isomerías y polimorfismos estructurales, resulta una herramienta particularmente adecuada para estos propósitos pues brinda espectros definidos de cada especie química de manera rápida y con mínima preparación de la muestra. Resultados: Se compararon los espectros obtenidos por FT-IR y Raman de diferentes glucanos de origen biológico: laminarina de Laminaria digitata (β-1,3-glucano de muy bajo grado de ramificación: 2-15% β-1,6), y escleroglucano comercial de bajo peso molecular (LSCL). En ambos casos se observó la banda diagnóstico de enlaces β-glucosídicos a ≈ 890 cm-1, así como la ausencia de las bandas características de moléculas α-enlazadas. Debido a la complejidad del estudio de estas macromoléculas, el análisis se complementó con la evaluación del comportamiento vibracional teórico de los disacáridos relacionados a la unidad repetitiva, esto es: gentiobiosa (6-O-β-D-glucopiranosil-D-glucopiranosa), y laminaribiosa (3-O-β-D-glucopiranosil-D-glucopiranosa), empleando cálculos DFT a nivel B3LYP/6-311G con el programa Gaussian 03. Se observó una buena correlación entre los datos experimentales y las predicciones computacionales. A pesar de las similitudes entre los espectros de ambos compuestos estudiados, los espectros Raman evidenciaron tres diferencias claves. La intensidad del hombro observado a 1065 cm-1, correspondiente a νC-C de anillo, aumentó de forma considerable en el espectro del polímero con mayor grado de ramificación. A su vez, la banda correspondiente a νasCOC del enlace glucosídico presenta un corrimiento hacia menores frecuencias en el caso del escleroglucano. Por último, se observaron diferencias en las intensidades de las bandas correspondientes a δCH2, encontradas a ≈ 1460 cm-1.Conclusiones: El estudio sugiere que la espectroscopía Raman es lo suficientemente sensible para evaluar y comparar β-glucanos en forma rápida y no-destructiva, pudiendo ser extensible al estudio de otros glucanos.