Estudio experimental y teórico de sustancias con interés biológico y nutricionalespectroscopia Raman e infrarroja

Resumen

Los carotenoides son compuestos que poseen un alto poder antioxidante y su presencia en la dieta humana tiene grandes beneficios no solo desde el punto de vista nutricional, sino también en la prevención de enfermedades. Dado que los seres humanos no son capaces de sintetizarlos deben ser ingeridos en la dieta, por ello, resulta de enorme interés el estudio de dichos compuestos en frutos. El principal objetivo de esta Tesis Doctoral ha sido llevar a cabo un estudio experimental y teórico de la estructura, presencia, evolución y estabilidad térmica del ß-caroteno y el licopeno, en estado puro y en diversos frutos y matrices biológicas como tomates, zanahorias y mangos empleando técnicas espectroscópicas y modelización molecular con métodos DFT. Las técnicas aplicadas han sido Raman e infrarrojo. En relación con la primera metodología, se han empleado las siguientes modalidades: (1) Transmisión Raman Resonante, (2) Transmisión Raman Resonante con Luz Linealmente Polarizada, (3) Espectroscopia Raman de retrodispersión y con polarización a 90 grados. En relación con la segunda metodología (4) Espectroscopia infrarroja con reflectancia total atenuada. Las técnicas (2) y (3) se han desarrollado y puesto a punto durante este trabajo. Gracias a la espectroscopia Raman se han medido los modos vibracionales más significativos de algunos carotenoides presentes en muestras biológicas e inorgánicas asociados a las vibraciones de tensión carbono carbono (V1, V2), balanceo de los grupos metilo (V3) y flexión fuera del plano de los enlaces carbono hidrógeno (V4). Por otra parte, a través de la intensidad de la banda correspondiente al modo V1 se ha estudiado un mapa de la distribución espacial del Betacaroteno en las distintas zonas de la raíz de la zanahoria. Además, mediante el cociente de intensidades de las bandas V4:V1, se ha logrado extraer información acerca de la conformación espacial del polieno en los diversos tejidos. Se ha analizado la variación del cociente de despolarización en ciertos tipos de muestras tanto en función del espesor como en función de la concentración, encontrándose un comportamiento similar para ambas con el aumento de la densidad óptica. Mediante estos estudios se ha desarrollado un modelo teórico que ha permitido calcular algunos parámetros ópticos como el coeficiente de absorción y el de dispersión. Asimismo, mediante la medida de la intensidad Raman de la banda V1 en función del tiempo, se ha seguido el proceso de maduración en algunos tipos de tomates, observándose una tendencia general para todos ellos. Las muestras analizadas, presentaban una intensidad de la banda prácticamente constante en las etapas iniciales, que posteriormente aumentaba hasta llegar a un máximo seguido de un descenso monótono a medida que el fruto alcanzaba su etapa final de maduración. Además, se ha desarrollado un modelo teórico, cinético y espectroscópico para verificar la variación de la señal Raman y de los cocientes de despolarización de algunos modos vibracionales en tomates durante el proceso de maduración. En éste, se describe la evolución postcosecha satisfactoriamente empleando únicamente tres parámetros fundamentales: la sección eficaz Raman, la sección de atenuación del láser y la sección de atenuación de la intensidad Raman. Otro resultado significativo, tiene que ver con el estudio de las estabilidades térmicas del betacaroteno y del licopeno. Las muestras fueron calentadas a diferentes temperaturas con el fin de medir la cinética de su degradación térmica. El análisis de los datos ha permitido concluir que dicho proceso puede describirse mediante una cinética de primer orden. Finalmente, en base a cálculos ab Initio de modelización molecular se pudieron evaluar las estabilidades iniciales de los dos polienos bajo investigación, así como de algunos productos de degradación del betacaroteno, todos ellos pertenecientes a la familia de los apocarotenales, entre los que cabe destacar el retinal.