The main goal of food preservation is to ensure foods' microbiological stability and safety, at least, during their shelf life. For this purpose, intense heat treatments have been traditionally applied. However, for some years now, there is a need to search for new alternatives because heat penalizes the properties of foods, while consumer demands for minimally processed products, without synthetic additives. In response to this demand, nowadays it is promoted the application of non-thermal preservation technologies and the use of natural antimicrobials, which allow compliance of the current legislation, while maintaining or improving the nutritional, sensory and functional profile of fresh foods. In this sense, the hurdle technology, which proposes the combination of preservation methods with synergistic effects, has been developed to achieve the objectives of stability and security by minimizing the intensity and the impact of the chosen methods. Accordingly, this doctoral thesis poses the study of a combined strategy to reduce or control the concentration of pathogenic microorganisms in minimally processed foods, free of synthetic additives. Specifically, it was studied the effect of combining the use of plant-based antimicrobials with high pressure processing, to extend the shelf life of plant-based beverages, containing fresh fruit juices. With this aim, the antimicrobial potential of carvacrol, citral, açaí and stevia was first evaluated, from a kinetic point of view, in reference medium, at different temperatures. Then, a plant-based beverage was formulated and the antimicrobial potential of stevia alone and in combination with the application of high hydrostatic pressures was quantified from a kinetic point of view, at different temperatures. Finally, the combination was optimized using the response surface methodology, evaluating also its effect on the inhibition of enzymes involved in food spoilage as well as its effect on the total phenolic content and the antioxidant activity of the food developed. According to the results, carvacrol, citral, açaí and stevia could affect the survival or growth of pathogenic microorganisms in minimally processed foods. Therefore, those antimicrobials could be used as additional measures for microbiological control during storage. On the other hand, according to the results obtained in the beverage, combining the addition of stevia with high pressure processing could be a good strategy to meet the microbiological standards required for juices and similar foods. Furthermore, this combination could (i) inhibit the action of enzymes involved in browning (specifically, polyphenoloxidase and peroxidase activities), (ii) improve the functional quality of plant-based beverages (as an increase both in the total phenolic content and the antioxidant activity was observed in an extract obtained from juices), and (iii) avoid the addition of sugars or synthetic sweeteners (given the sweetening power of the steviol glycosides present in stevia leaves). / La conservación de alimentos tiene como principal objetivo garantizar su estabilidad y seguridad microbiológica, al menos, durante el tiempo de vida útil. Para ello, tradicionalmente se han aplicado tratamientos térmicos intensos. Sin embargo, desde hace algunos años se buscan alternativas porque la aplicación de calor merma las propiedades de cualquier alimento, mientras que el consumidor demanda productos poco procesados, sin aditivos sintéticos. En respuesta a esta demanda, hoy en día se promueve la aplicación de tecnologías de conservación no térmicas y el uso de antimicrobianos de origen natural, que permitan cumplir con la legislación vigente y, a la vez, mantener o mejorar el perfil nutricional, sensorial y funcional de los alimentos frescos. En este sentido se ha desarrollado la tecnología de barreras, que propone la combinación de métodos con efectos sinérgicos, para alcanzar los objetivos de estabilidad y seguridad planteados, minimizando la intensidad y el impacto de los métodos escogidos. En consecuencia, la presente tesis doctoral plantea el estudio de una estrategia combinada para reducir o controlar la concentración de microorganismos patógenos en alimentos mínimamente procesados, libres de aditivos sintéticos. En concreto, se estudió el efecto obtenido al combinar el uso de antimicrobianos de origen vegetal con el procesado mediante altas presiones hidrostáticas para alargar la vida útil de bebidas vegetales elaboradas a partir de zumos de fruta fresca. En primer lugar se evaluó el potencial antimicrobiano del carvacrol, del citral, del asaí y de la estevia, desde un punto de vista cinético, en medio de referencia, a distintas temperaturas. A continuación se formuló una bebida vegetal y se cuantificó el potencial antimicrobiano de la estevia, sola y combinada con la aplicación de altas presiones hidrostáticas, desde un punto de vista cinético, a distintas temperaturas. Por último, utilizando la metodología de superficies de respuesta se optimizó la combinación de métodos, valorando también su efecto sobre la inhibición de enzimas implicados en el deterioro de los alimentos, así como sobre el contenido total de compuestos fenólicos y la actividad antioxidante de la bebida formulada. De acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que carvacrol, citral, asaí y estevia podrían afectar la supervivencia o el crecimiento de microorganismos patógenos en alimentos mínimamente procesados, y por lo tanto, que los cuatro podrían ser empleados como medidas adicionales para el control microbiológico durante el almacenamiento. Por otro lado, en vista de los resultados obtenidos en la bebida se demuestra que combinar la adición de estevia con la aplicación de altas presiones hidrostáticas podría ser una buena estrategia para cumplir con los estándares microbiológicos exigidos para zumos y bebidas similares. Además, la combinación podría (i) inhibir la acción de enzimas implicados en el pardeamiento (concretamente, las actividades polifenoloxidasa y peroxidasa); (ii) mejorar aspectos relacionados con la calidad funcional de las bebidas vegetales (habiéndose observado un incremento tanto en el contenido total de compuestos fenólicos como en la actividad antioxidante de un extracto obtenido a partir de zumos), y (iii) evitar la adición de azúcares o edulcorantes sintéticos (teniendo en cuenta el poder edulcorante de los esteviol glicósidos que se acumulan en las hojas de estevia). / La conservació d'aliments té com a principal objectiu garantir la seua estabilitat i seguretat microbiològica, almenys, durant el període de vida útil. Amb aquesta finalitat, tradicionalment s'han aplicat tractaments tèrmics intensos. No obstant això, des de fa alguns anys es busquen alternatives, perquè l'aplicació de calor minva les propietats de qualsevol aliment, mentre que el consumidor demanda productes escassament processats, sense additius sintètics. En resposta a aquesta demanda, actualment es promou l'aplicació de tecnologies de conservació no tèrmiques i l'ús d'antimicrobians d'origen natural, que permeten complir amb la legislació vigent i, alhora, mantenir o millorar el perfil nutricional, sensorial i funcional dels aliments frescos. En aquest sentit s'ha desenvolupat la tecnologia de barreres, que proposa la combinació de mètodes de conservació amb efectes sinèrgics, per a aconseguir els objectius d'estabilitat i seguretat plantejats, minimitzant la intensitat i l'impacte dels mètodes escollits. En conseqüència, la present tesi doctoral planteja l'estudi d'una estratègia combinada per a reduir o controlar la concentració de microorganismes patògens en aliments mínimament processats, lliures d'additius sintètics. En concret, es va estudiar l'efecte obtingut en combinar l'ús d'antimicrobians d'origen vegetal amb el processament mitjançant altes pressions hidrostàtiques per a allargar la vida útil de begudes vegetals preparades a partir de sucs de fruita fresca. Amb aquest objectiu, en primer lloc es va determinar el potencial antimicrobià del carvacrol, el citral, l'açaí i l'estèvia, des d'un punt de vista cinètic, en medi de referència, a diferents temperatures. A continuació, es va formular una beguda vegetal i es va quantificar el potencial antimicrobià de l'estèvia, sola i combinada amb l'aplicació d'altes pressions hidrostàtiques, des d'un punt de vista cinètic, a diferents temperatures. Finalment, emprant la metodologia de superfícies de resposta es va optimitzar la combinació de mètodes, valorant també el seu efecte sobre la inhibició d'enzims implicats en la deterioració dels aliments, així com el seu efecte sobre el contingut total en compostos fenòlics i l'activitat antioxidant de la beguda desenvolupada. D'acord amb els resultats obtinguts es conclou que carvacrol, citral, açaí i estèvia podrien afectar la supervivència o el creixement de microorganismes patògens en aliments mínimament processats, i per tant, que els quatre podrien ser emprats com a mesures addicionals per al control microbiològic durant l'emmagatzematge. D'altra banda, segons els resultats obtinguts en la beguda es demostra que combinar l'addició d'estèvia amb l'aplicació d'altes pressions hidrostàtiques podria ser una bona estratègia per a complir amb els estàndards microbiològics exigits per a sucs i begudes similars. A més, la combinació podria (i) inhibir l'acció d'enzims implicats en l'embruniment (en particular, les activitats polifenoloxidasa i peroxidasa), (ii) millorar aspectes relacionats amb la qualitat funcional de la beguda (havent-se observat un increment tant en el contingut total de compostos fenòlics com en l'activitat antioxidant d'un extracte obtingut a partir de sucs), i (iii) evitar l'addició de sucres o edulcorants sintètics (tenint en compte el poder edulcorant dels esteviol glicòsids que s'acumulen en les fulles d'estèvia). / Belda Galbis, CM. (2017). APLICACIÓN CONJUNTA DE INGREDIENTES NATURALES Y TECNOLOGÍAS NO TÉRMICAS PARA LA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS MÍNIMAMENTE PROCESADOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/82693 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

[ES] Actualmente, una de las principales preocupaciones de las autoridades sanitarias y de la industria alimentaria sigue siendo garantizar la inocuidad microbiológica en la cadena alimentaria ya que a pesar de los notables esfuerzos realizados, el número de brotes y casos de enfermedades de transmisión alimentaria causadas por microorganismos sigue elevándose. Por otro lado, otro de los problemas que debe afrontar la industria alimentaria es la implementación de nuevas alternativas de producción más sostenibles, manteniendo altos estándares de seguridad y garantizando la disponibilidad de alimentos. En este contexto se enmarca la presente tesis doctoral, cuyo principal objetivo es la evaluación in vivo e in vitro de la capacidad antimicrobiana de distintas sustancias naturales procedentes de fuentes alternativas, más sostenibles (extracto de coliflor, espirulina y soluciones de quitosano), frente a microorganismos patógenos de importancia en la industria de alimentos. Los estudios demuestran la capacidad antimicrobiana in vitro del quitosano de insecto y crustáceo frente a microorganismos patógenos como E. coli, L. monocytogenes y S. Typhimurium siendo dependiente del pH del medio estudiado. Además, cuando el quitosano se combina con un tratamiento suave de altas presiones hidrostáticas, se pone de manifiesto una relación sinérgica entre ambas tecnologías llegando a inactivar completamente la carga microbiana de S. Typhimurium. Los estudios in vivo llevados a cabo con Caenorhabditis elegans muestran que el nematodo aumenta su supervivencia en presencia de extractos de coliflor y espirulina. En cuanto a la capacidad antimicrobiana, los extractos de espirulina y de coliflor reducen la colonización intestinal por S. Typhimurium en el nema todo mostrando así su capacidad antimicrobiana in vivo. En la presente tesis doctoral, se hace un recorrido completo sobre la capacidad antimicrobiana de ciertos extractos vegetales o componentes procedentes de animales, fundamentalmente basados en estudios in vivo. Este es un paso importante en la materialización de estos compuestos como alternativas más naturales y sostenibles a otros compuestos sintéticos usados en conservación de alimentos. / [CA] Actualment, una de les principals preocupacions de les autoritats sanitàries i de la indústria alimentària continua sent garantir la innocuïtat microbiològica en la cadena alimentària ja que malgrat els notables esforços realitzats, el nombre de brots i casos de malalties de transmissió alimentària causades per microorganismes continua elevant-se. D'altra banda, un altre dels problemes que ha d'afrontar la indústria alimentària és la implementació de noves alternatives de producció més sostenibles, mantenint alts estàndards de seguretat i garantint la disponibilitat d'aliments. En aquest context s'emmarca la present tesi doctoral, el principal objectiu de la qual és l'avaluació in vivo i in vitro de la capacitat antimicrobiana de diferents substàncies naturals procedents de fonts alternatives, més sostenibles (extracte de coliflor, espirulina i solucions de quitosano), enfront de microorganismes patògens d'importància en la indústria d'aliments. Els estudis demostren la capacitat antimicrobiana in vitro del quitosano d'insecte i crustaci enfront de microorganismes patògens com a E. coli, L. monocytogenes i S. Typhimurium sent dependent del pH del mig estudiat. A més, quan el quitosano es combina amb un tractament suau d'altes pressions hidroestàtiques, es posa de manifest una relació sinèrgica entre totes dues tecnologies arribant a inactivar completament la càrrega microbiana de S. Typhimurium. Els estudis in vivo duts a terme amb Caenorhabditis elegans mostren que el nematode augmenta la seua supervivència en presència d'extractes de coliflor i espirulina. Quant a la capacitat antimicrobiana, els extractes d'espirulina i de coliflor redueixen la colonització intestinal per S. Typhimurium en el nematode mostrant així la seua capacitat antimicrobiana in vivo. En la present tesi doctoral, es fa un recorregut complet sobre la capacitat antimicrobiana d'uns certs extractes vegetals o components procedents d'animals, fonamentalment basats en estudis in vivo. Aquest és un pas important en la materialització d'aquests compostos com a alternatives més naturals i sostenibles a altres compostos sintètics usats en conservació d'aliments. / [EN] Currently, one of the main concerns of the health authorities and the food industry continues to be ensuring microbiological safety in the food chain, as despite considerable efforts, the number of outbreaks and cases of foodborne diseases caused by microorganisms continues to rise. On the other hand, another chalenge facing the food industry is the implementation of new, more sustainable production alternatives while maintaining high safety standards and ensuring food availability. It is in this context, the main objective of this PhD thesis is the in vivo and in vitro evaluation of the antimicrobial capacity of different natural substances from alternative, more sustainable sources (cauliflower extract, spirulina and chitosan solutions) against pathogenic microorganisms of importance in the food industry. Studies demonstrate the in vitro antimicrobial capacity of insect and crustacean chitosan against pathogenic microorganisms such as E. coli, L. monocytogenes and S. Typhimurium, being dependent on the pH of the medium studied. Moreover, when chitosan is combined with a mild treatment of high hydrostatic pressures, a synergistic relationship between both technologies is evident, reaching the point of completely inactivating the microbial load of S. Typhimurium. In vivo studies carried out with Caenorhabditis elegans show that the nematode increases its survival in the presence of cauliflower and spirulina extracts. In terms of antimicrobial capacity, spirulina and cauliflower extracts reduce intestinal colonization by S. Typhimurium in the nematode, thus showing their antimicrobial capacity in vivo. In this doctoral thesis, a complete overview of the antimicrobial capacity of certain plant extracts or animal-derived compounds is presented, mainly based on in vivo studies. This is an important step in the materialisation of these compounds as more natural and sustainable alternatives to other synthetic compounds used in food preservation. / La presente tesis doctoral se enmarca dentro del Programa de Doctorado Ciencia, Tecnología y Gestión Alimentaria de la Universidad Politécnica de Valencia. El trabajo experimental se realizó gracias a fondos del Ministerio de Ciencia e Innovación y del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), a través del proyecto: Validación de nuevas herramientas y procesos para el análisis y la mejora de la seguridad alimentaria microbiológica: aplicación a nuevas matrices alimentarias (AGL2017-86840-C2-2-R) del Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad. / Ibáñez Peinado, D. (2022). Estudio de la capacidad antimicrobiana de sustancias naturales in vivo e in vitro [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/184317