NMR spectroscopic analysis of exopolysaccharides produced by Weissella and Leuconostoc strains isolated from Amaranth and Sorghum

Abstract

[ES] Los exopolisacáridos (EPS) son polímeros extracelulares de alto peso molecular que las bacterias utilizan para formar biofilms. Su relevancia se ha vuelto cada vez más importante en los últimos años, ya que pueden aislarse de cultivos con rendimientos aceptables y utilizarse como hidrocoloides alimentarios. Además, se pueden determinar sus estructuras, lo que proporciona detalles sobre su funcionalidad biológica. Los EPS pueden ser producidos por varios microorganismos, pero en este estudio nos centraremos concretamente en las cepas de Weissella y Leuconostoc que se han aislado del amaranto y el sorgo. Se sabe que esta cepa produce EPS y se ha demostrado que dichos EPS son dextranos. En los últimos 10 años, los dextranos han demostrado ser efectivos para mejorar la calidad sensorial de los cereales producidos. Asimismo, la funcionalidad de dichos dextranos depende de sus propiedades estructurales. En este estudio se aislarán EPS de las cepas seleccionadas según Maina et al 208 y se determinarán sus estructuras por espectroscopía de RMN (en concreto haciendo uso de técnicas de espectroscopía de RMN 1D y 2D y realizando experimentos DQF-COSY y TOCSY). Igualmente, las estructuras se estudiarán mediante perfiles cromatográficos de oligosacáridos producidos por degradación enzimática del EPS. Las estructuras de los oligosacáridos más destacados se evaluarán con espectrometría de masas en tándem. Para producir EPS, las cepas se cultivarán en una placa de agar MRS-S en una atmósfera de dióxido de carbono a 30 ºC durante cinco días. Después de este cultivo, se recolectará la masa celular, se disolverá en solución salina tamponada con fosfato y luego se centrifugará a 10 000 rpm durante 40 min para separar los EPS de la masa celular. El EPS en el sobrenadante se recuperará mediante precipitación con etanol. El precipitado se volverá a disolver en agua y se liofilizará. La composición de monosacáridos del extracto de EPS se evaluará mediante cromatografía de gases después de metanólisis y trimetilsililación.

[EN] Exopolysaccharides (EPSs) are extracellular polymers with a high molecular weight and are used by bacteria to form biofilms. Their relevance has become more important in recent years as they can be isolated from cultures in acceptable yields and utilized as food hydrocolloids. Moreover, their structures can be characterized which provides details on the biological and technological functionality. EPSs can be produced by several organisms but in this study we will focus on Weissella and Leuconostoc strains that have been isolated from amaranth and sorghum. This strain is known to produce EPS which have been shown to be dextrans. In the last 10 years, dextrans have been shown to be effective in improving the textural and sensory quality of cereal based products. The technological functionality of dextrans depends on the structural properties. In this study, EPS from the selected strains will be isolated according to Maina et al 208 and their structures determined by NMR spectroscopy (specifically making use of 1D and 2D NMR spectroscopy techniques and carrying out DQF-COSY and TOCSY experiments). Furthermore, the structures will be studied by chromagraphic profiling of oligosaccharides produced by enzymatic degradation of the EPS. The structures of the most prominent oligosaccharides will be evaluated with tandem mass spectrometry. To produce EPS, the strains will be grown on a MRS-S agar plate in a carbon dioxide atmosphere at 30 ºC for five days. After this cultivation the cell mass will be harvested, dissolved in phosphate buffer saline and then centrifuged at 10,000 rpm for 40 min to separate the EPSs from the cell mass. The EPS in the supernatant will be recovered by ethanol precipitation. The precipitate will be redissolved in water and freeze dried. The monosaccharide composition of the EPS extract will be evaluated by gas chromatography after methanolysis and trimethylsilylation.