[ES] Hoy en día, los virus de las plantas no sólo se perciben como patógenos, sino que también son capaces de establecer una asociación beneficiosa con sus huéspedes y colaborar desde un punto de vista biotecnológico. El virus, como vector, puede ser una herramienta para introducir genes heterólogos en la planta, que se procesarán junto con la información viral y producirán valiosas proteínas recombinantes, metabolitos o nanopartículas. Los vectores virales también son capaces de interferir con la maquinaria de silenciamiento de la planta dando prioridad a los genes virales. Los potyvirus son virus de ARN de plantas, que codifican principalmente una poliproteína con unas diez proteínas maduras con diferentes funciones, de las cuales las responsables de la supresión del silenciamiento son la proteína componente auxiliar (HC-Pro) y la proteína viral ligada al genoma (VPg). En la primera parte de este trabajo, utilizamos un aislado suave del virus del mosaico de la sandía (WMV; género Potyvirus, familia Potyviridae) para construir un vector para el silenciamiento génico inducido por virus (VIGS) en plantas de melón. Utilizando este virus como vector, expresamos un fragmento de ARNm de la Fitoeno desaturasa (PDS) de melón en las modalidades sentido, antisentido y horquilla para investigar el efecto de la construcción viral en el silenciamiento génico. Los resultados mostraron una expresión estable del fragmento de secuencia insertado en la planta en ambas orientaciones, sentido y antisentido, mientras que en la modalidad de horquilla el inserto se perdió pronto. Sin embargo, las tres construcciones indujeron el silenciamiento del gen PDS endógeno. Se confirmó la utilidad del WMV para el análisis genético inverso en melón expresando un fragmento de la subunidad I de la quelatasa de magnesio (CHLI). En general, nuestros resultados apoyaron que el vector WMV es útil para aplicar la tecnología VIGS en melón y, posiblemente, en otras cucurbitáceas. En la segunda parte de este trabajo, con el objetivo de fortificar las frutas comestibles con metabolitos promotores de la salud, se utilizó un vector de ARN viral derivado del virus del mosaico amarillo del calabacín (ZYMV; género Potyvirus, familia Potyviridae) para expresar una fitoeno sintasa bacteriana (crtB) en los frutos del calabacín (Cucurbita pepo L.). Esta enzima cataliza el primer paso de la biosíntesis de carotenoides. La expresión de la crtB mediada por el ZYMV dio lugar a la sobreacumulación de una serie de metabolitos de carotenoides y tocoferoles, concretamente α- y β-caroteno (provitamina A), luteína y fitoeno, así como α- y γ-tocoferol (vitamina E), tanto en la piel como en la pulpa del calabacín. Este resultado ilustra cómo se pueden enriquecer metabólicamente las frutas comestibles utilizando vectores virales sin modificar el genoma de la planta. / [CA] A dia de hui, els virus de les plantes no sols es perceben com a patògens, sinó que també són capaços d'establir una associació beneficiosa amb els seus hostes i col·laborar des d'un punt de vista biotecnològic. El virus, com a vector, pot ser una eina per a introduir gens heteròlegs en la planta, que es processaran juntament amb la informació viral i produiran valuoses proteïnes recombinants, metabòlits o nanopartícules. Els vectors virals també són capaços d'interferir amb la maquinària de silenciament de la planta donant prioritat als gens virals. Els potyvirus són virus d'ARN de plantes, que codifiquen principalment una poliproteïna d'unes deu proteïnes madures amb diferents funcions, de les quals les responsables de la supressió del silenciament són la proteïna component auxiliar (HC-Pro) i la proteïna viral lligada al genoma (VPg). En la primera part d'aquest treball, utilitzem un aïllat suau del virus del mosaic del meló d'Alger (WMV; gènere Potyvirus, família Potyviridae) per a construir un vector per al silenciament gènic induït per virus (VIGS) en plantes de meló. Utilitzant aquest virus com a vector, expressem un fragment d'ARNm de la Fitoeno desaturasa (PDS) del meló en les modalitats de sentit, antisentit i forqueta per a investigar l'efecte de la construcció viral en el silenciament gènic. Els resultats van mostrar una expressió estable del fragment de seqüència inserit en la planta en totes dues orientacions, sentit i antisentit, mentre que en la modalitat de forqueta l'inserit es va perdre prompte. No obstant això, les tres construccions van induir el silenciament del gen PDS endogen. Es va confirmar la utilitat de la WMV per a l'anàlisi genètica inversa en meló expressant un fragment de la Subunitat I de la quelatasa de magnesi (CHLI). En general, els nostres resultats van secundar que el vector WMV és útil per a aplicar la tecnologia VIGS en meló i, possiblement, en altres cucurbitáceas. En la segona part d'aquest treball, amb l'objectiu de fortificar les fruites comestibles amb metabòlits promotors de la salut, es va utilitzar un vector d'ARN viral derivat del virus del mosaic groc de la carabasseta (ZYMV; gènere Potyvirus, família Potyviridae) per a expressar una fitoeno sintasa bacteriana (crtB) en els fruits de la carabasseta (Cucurbita pepo L.). Aquest enzim catalitza el primer pas compromés de la biosíntesi de carotenoides. L'expressió de la crtB mediada pel ZYMV va donar lloc a la sobreacumulación d'una sèrie de metabòlits de carotenoides i tocoferoles, concretament α- i β caroté (provitamina A), luteïna i fitoeno, així com α- i γ--tocoferol (vitamina E), tant en la pell com en la polpa de la carabasseta. Aquest resultat il·lustra com es poden enriquir metabólicamente les fruites comestibles utilitzant vectors virals sense modificar el genoma de la planta. / [EN] Nowadays, plant viruses are not only perceived as pathogens, but also able to build a beneficial partnership with their hosts and co-work together from a biotechnological view. The virus, as a vector, can be a tool to introduce heterologous genes into the plant, which will process together with the viral information and produce valuable recombinant proteins, metabolites or nanoparticles. Viral vectors are also able to interfere with plant silencing machinery giving priority to the viral genes. Potyviruses are plant RNA viruses, mainly encoding a polyprotein of about ten mature proteins with different functions, from which the responsible of silencing suppression are helper-component proteinase (HC-Pro) and the viral protein genome-linked (VPg). In the first part of this work, we used a mild isolate of Watermelon mosaic virus (WMV; genus Potyvirus, family Potyviridae) to build a vector for virus induced gene silencing (VIGS) in melon plants. Using this virus as a vector, we expressed a fragment of melon Phytoene desaturase (PDS) mRNA in sense, antisense, and hairpin modalities to investigate the effect of the viral construct on gene silencing. The results showed a stable expression of the inserted sequence fragment in the plant in both sense and antisense orientations, whereas in the hairpin modality the insert was soon lost. Yet, all three constructs induced silencing of the endogenous PDS gene. The usefulness of the WMV for reverse genetic analysis in melon was confirmed expressing a fragment of Magnesium chelatase subunit I (CHLI). Overall, our results supported that the WMV vector is useful to apply the VIGS technology in melon and, possibly, other cucurbits. In the second part of this work, with the aim to fortify edible fruits with health promoting metabolites, a viral RNA vector derived from Zucchini yellow mosaic virus (ZYMV; genus Potyvirus, family Potyviridae) was used to express a bacterial phytoene synthase (crtB) in zucchini (Cucurbita pepo L.) fruits. This enzyme catalyzes the first committed step of carotenoid biosynthesis. The crtB expression mediated by ZYMV resulted in the overaccumulation of a range of carotenoids and tocopherols metabolites, namely α- and ß-carotene (pro-vitamin A), lutein and phytoene, as well as α- and γ-tocopherol (vitamin E), in both zucchini rind and flesh. This result illustrates how edible fruits can be metabolically fortified using viral vectors without plant genome modification. / This research was supported by grants BIO2017-83184-R, AGL2017-85563-C2-1-R and RTA2017-00061-C03-03 from Ministerio de Ciencia e Innovación (Spain), through Agencia Estatal de Investigación (cofinanced European Regional Development Fund). / Houhou, F. (2021). Biotechnological Application of Potyvirus-Based Vectors in Cucurbit Plants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177644

Tesis por compendio / [ES] La actual problemática medioambiental está demandando sistemas de producción más sostenibles, como los de la agricultura ecológica. Una buena alternativa para estos sistemas son las variedades tradicionales de pimiento, con rasgos de calidad característicos y de amplia variabilidad genética, fundamental en los programas de mejora, concretamente para la adaptación a la producción ecológica. En la presente tesis se ha estudiado la calidad nutricional y organoléptica del cultivo del pimiento (Capsicum sp.) en los dos estados de madurez comercial y bajo diferentes prácticas culturales (sistemas ecológico y convencional). Se han analizado los principales compuestos nutricionales de los frutos de pimiento: el ácido ascórbico, los compuestos fenólicos y los carotenoides; así como la fracción volátil, y se ha estudiado su variación en una amplia colección varietal. Adicionalmente, se ha estudiado la fertilidad biológica del suelo a través de las actividades enzimáticas de la fosfatasa alcalina y la catalasa en interacción con el cultivo del pimiento bajo los sistemas de cultivo convencional y ecológico. El estudio de la calidad nutricional mostró amplios rangos de variación según el factor genotipo, aunque el estado de maduración y el sistema de cultivo también contribuyeron a las diferencias observadas. En general, los frutos maduros presentaron niveles superiores de compuestos bioactivos, especialmente para el ácido ascórbico. Asimismo, el cultivo ecológico proporcionó, en general, niveles más altos de ácido ascórbico y compuestos fenólicos en estado maduro. La notable interacción genotipo × sistema de cultivo para el contenido en ácido ascórbico y fenoles totales, y en menor intensidad para el contenido en flavonoides individuales, permitió la selección de varias accesiones con alto rendimiento en estos compuestos, bajo condiciones de cultivo ecológico en ambos estados de maduración. Por el contrario, los efectos del sistema de cultivo y la interacción genotipo × sistema de cultivo no resultaron significativos en los niveles de carotenoides, cuya variación se debió principalmente al factor genotipo. El estudio de la composición volátil permitió encontrar amplias diferencias cuantitativas y cualitativas para este factor de calidad organoléptica en los frutos de pimiento, dependiendo principalmente del factor genético y del estado de maduración, mientras que el sistema de cultivo afectó en menor medida y significativamente a algunos compuestos volátiles individuales. Se encontraron un total de 124 y 122 volátiles en estado inmaduro y maduro, respectivamente. Los cambios en el perfil volátil con la maduración fueron evidentes y muy diversos según el genotipo. En general, el sistema de cultivo ecológico favoreció la acumulación de compuestos volátiles en ambos estados de maduración y durante el proceso de maduración. Las actividades enzimáticas fosfatasa alcalina y catalasa aumentaron durante la fase de cultivo, con actividades máximas generales en la fase intermedia, especialmente para la fosfatasa alcalina. El sistema de cultivo tuvo una mayor contribución a la variación, resultado significativo y superior para el sistema convencional en fase intermedia para ambas actividades y estando generalmente seguido del factor genotipo, significativo para la fosfatasa alcalina en fase intermedia. La interacción genotipo × sistema de cultivo permitiría seleccionar variedades, con capacidad para que los suelos acumularan mayores valores de las actividades enzimáticas fosfatasa alcalina y catalasa, en el sistema de cultivo ecológico. En definitiva, los resultados de este trabajo proporcionarán información de especial utilidad para programas de investigación en hortalizas de alto valor añadido y programas de mejora de la calidad en agricultura ecológica, así como para el control de autenticidad de variedades tradicionales. / [CA] L'actual problemàtica mediambiental està demandant sistemes de producció més sostenibles, com els de l'agricultura ecològica. Una bona alternativa per a aquests sistemes són les varietats tradicionals de pebrot, amb trets de qualitat característics i d'àmplia variabilitat genètica, fonamental en els programes de millora, concretament per a l'adaptació a la producció ecològica. En la present tesi s'ha estudiat la qualitat nutricional i organolèptica del cultiu del pebrot (Capsicum sp.) en els dos estats de maduresa comercial i sota diferents pràctiques culturals (sistemes ecològic i convencional). S'han analitzat els principals compostos nutricionals dels fruits de pebrot: l'àcid ascòrbic, els compostos fenòlics i els carotenoides; així com la fracció volàtil, i s'ha estudiat la seva variació en una àmplia col·lecció varietal. Addicionalment, s'ha estudiat la fertilitat biològica de terra a través de les activitats enzimàtiques de la fosfatasa alcalina i la catalasa en interacció amb el cultiu del pebrot sota els sistemes de cultiu convencional i ecològic. L'estudi de la qualitat nutricional mostrar amplis rangs de variació segons el factor genotip, encara que l'estat de maduració i el sistema de cultiu també van contribuir a les diferències observades. En general, els fruits madurs van presentar nivells superiors de compostos bioactius, especialment per a l'àcid ascòrbic. Així mateix, el cultiu ecològic va proporcionar, en general, nivells més alts d'àcid ascòrbic i compostos fenòlics en estat madur. La notable interacció genotip × sistema de cultiu per al contingut en àcid ascòrbic i fenols totals, i en menor intensitat per al contingut en flavonoides individuals, va permetre la selecció de diverses accessions amb alt rendiment en aquests compostos, sota condicions de cultiu ecològic en els dos estats de maduració. Per contra, els efectes de el sistema de cultiu i la interacció genotip × sistema de cultiu no van resultar significatius en els nivells de carotenoides, la variació es va deure principalment al factor genotip. L'estudi de la composició volàtil va permetre trobar àmplies diferències quantitatives i qualitatives per aquest factor de qualitat organolèptica en els fruits de pebrot, depenent principalment del factor genètic i de l'estat de maduració, mentre que el sistema de cultiu va afectar en menor mesura i significativament a alguns compostos volàtils individuals. Es van trobar un total de 124 i 122 volàtils en estat immadur i madur, respectivament. Els canvis en el perfil volàtil amb la maduració van ser evidents i molt diversos segons el genotip. En general, el sistema de cultiu ecològic va afavorir l'acumulació de compostos volàtils en els dos estats de maduració i durant el procés de maduració. Les activitats enzimàtiques fosfatasa alcalina i catalasa van augmentar durant la fase de cultiu, amb activitats màximes generals en la fase intermèdia, especialment per a la fosfatasa alcalina. El sistema de cultiu va tenir una major contribució a la variació, resultat significatiu i superior per al sistema convencional en fase intermèdia per a ambdues activitats i estant generalment seguit del factor genotip, significatiu per a la fosfatasa alcalina en fase intermèdia. La interacció genotip × sistema de cultiu permetria seleccionar varietats, amb capacitat perquè els sòls acumulessin grans valors de les activitats enzimàtiques fosfatasa alcalina i catalasa, en el sistema de cultiu ecològic. En definitiva, els resultats d'aquest treball proporcionaran informació d'especial utilitat per a programes d'investigació en hortalisses d'alt valor afegit i programes de millora de la qualitat en agricultura ecològica, així com per al control d'autenticitat de varietats tradicionals. / [EN] The current environmental problem is demanding more sustainable production systems, such as organic farming. A good alternative for these systems are the traditional varieties of pepper, with characteristic quality traits and wide genetic variability, essential in breeding programs, specifically for adaptation to organic production. In this thesis, the nutritional and organoleptic quality of the pepper crop (Capsicum sp.) at the two ripening stages and under different cultural practices (ecological and conventional systems) has been studied. The main nutritional compounds of pepper fruits have been analysed: ascorbic acid, phenolic compounds and carotenoids; as well as the volatile fraction, and its variation has been studied in a wide varietal collection. Additionally, the biological fertility of the soil has been studied through the enzymatic activities of alkaline phosphatase and catalase in interaction with pepper cultivation under conventional and ecological growing systems. The study of nutritional quality showed wide ranges of variation according to the genotype factor, although the ripening stage and the growing system also contributed to the differences observed. In general, fully ripe fruits presented higher levels of bioactive compounds, especially for ascorbic acid. Also, organic farming provided, in general, higher levels of ascorbic acid and phenolic compounds at the fully ripe stage. The remarkable genotype × growing system interaction for the content of ascorbic acid and total phenolics, and to a lesser extent for the content of individual flavonoids, allowed the selection of several accessions with high yield in these compounds, under organic farming conditions at both ripening stages. On the contrary, the effects of the growing system and the genotype × growing system interaction were not significant in carotenoid levels, whose variation was mainly due to the genotype factor. The study of the volatile composition allowed to find wide quantitative and qualitative differences for this organoleptic quality factor in pepper fruits, depending mainly on the genetic factor and the ripening stage, while the growing system affected to a lesser extent and significantly some individual volatile compounds. A total of 124 and 122 volatiles were found at unripe and fully ripe stages, respectively. The changes in the volatile profile with ripening were evident and very diverse depending on the genotype. In general, the organic growing system favoured the accumulation of volatile compounds at both ripening stages and during the ripening process. Alkaline phosphatase and catalase enzymatic activities increased during the growing phase, with overall peak activities in the intermediate phase, especially for alkaline phosphatase. The growing system had a greater contribution to variation, a significant and superior result for the conventional system in the intermediate phase for both activities and being generally followed by the genotype factor, significant for alkaline phosphatase in the intermediate phase. The genotype × growing system interaction would allow the selection of varieties, with the capacity for soils to accumulate higher values of the enzymatic activities alkaline phosphatase and catalase, in the organic growing system. In conclusion, the results of this work will provide information of special use for research programs in vegetables with high added value and quality breeding programs in organic farming, as well as for the authenticity control of traditional varieties. / Authors thank seeds providers included in Table 1, like P.W. Bosland, S. Lanteri, François Jourdan, I. Ruiz de Galarreta and the different Regulatory Boards of the PDOs and GPIs included in this study. Authors also thank LA UNIÓ for the availability of experimental fields and the technical support from Manuel Figueroa, Rafael Hurtado, Antonio Muñoz and Ricard Ballester in the trials. Finally, the advice of Prof. Jaime Prohens in statistical procedures is also thanked. / Ribes Moya, AM. (2020). Selección y mejora de ecotipos de pimiento (Capsicum sp.) para agricultura sostenible y calidad nutricional y organoléptica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/159886 / Compendio

[ES] Existen muchos estudios que relacionan el consumo regular de frutas con importantes beneficios para la salud. Esto es debido a la gran cantidad de fibra, vitaminas y otros compuestos bioactivos presentes en ellas, los cuales pueden ser de gran ayuda en la prevención de algunas enfermedades. En los últimos años, el consumidor se ha decantado por consumir productos con alto valor nutricional y, como consecuencia del estilo de vida actual, existe una alta demanda de productos con fácil manejo para su consumo. Algunos de los principales inconvenientes de las frutas son su estacionalidad y corta vida útil, por lo que resulta interesante ofrecer productos de fruta de alto valor nutritivo y sensorial, estables y fácil manejo. La liofilización es una técnica que permiten obtener productos altamente estables microbiológicamente, debido a su bajo contenido de humedad, y con una máxima calidad sensorial, nutritiva y funcional. Sin embargo, se trata de un proceso largo y energéticamente costoso. Con base a lo anterior, el objetivo de esta tesis ha sido seleccionar las mejores condiciones de liofilización para la obtención de dos productos de naranja, uno la propia torta liofilizada y otro el polvo obtenido por trituración de la misma. Así, la sección uno se centra en evaluar la influencia tanto del contenido de agua como de la composición en solutos de un producto naranja en algunas propiedades de la torta liofilizada y del polvo correspondiente. Las propiedades analizadas se seleccionaron teniendo en cuenta tanto la retención de los compuestos bioactivos, como la porosidad, el color y las propiedades mecánicas de la torta obtenida y del polvo conseguido tras su trituración, además de las propiedades de flujo del polvo y su comportamiento frente a la rehidratación. En base a los resultados obtenidos se ha podido concluir que el puré de naranja es más recomendable a los efectos de obtener un producto tipo snack crujiente y el zumo cuando se desee un polvo para rehidratar, en este caso evitando cualquier tratamiento térmico antes de la liofilización. En la sección dos, se ha estudiado el impacto de la temperatura del secado, 30 y 50 °C, sobre los compuestos bioactivos del producto obtenido a partir del zumo de naranja formulado con goma Arábiga y fibra de bambú, así como sobre las mismas propiedades antes descritas de la torta liofilizada y de su correspondiente producto en polvo. En este caso, además, se llevó a cabo una evaluación sensorial de los productos rehidratados. Los resultados obtenidos permiten recomendar 50°C para el secado de este producto por liofilización. Esta temperatura acorta el tiempo del proceso en un 64 %, favorece la extracción de la vitamina C sin afectar al contenido total de fenoles y carotenoides, mejora las propiedades mecánicas de las tortas y no afecta a la fluidez ni a la rehidratación del producto en polvo. Finalmente, en la sección tres, se ha trabajado en la aplicación de una solución analítica basada en la ley de Darcy para modelar la cinética de pérdida de agua durante la liofilización. La solución analítica debe complementarse con una solución numérica de las ecuaciones de Fourier para la transferencia de calor. El modelo se ha ajustado a la dinámica experimental de liofilización de un producto a base de naranja formulado a partir del zumo. La pseudo-permeabilidad de Darcy obtenida fue de 2,0X10-12 con un índice de desviación de la conducta ideal de 0,5. Las ecuaciones propuestas, resueltas con la pseudo-permeabilidad de Darcy ajustada y el índice de desviación ideal, permiten reproducir la dinámica de liofilización experimental del mismo producto a diferentes temperaturas. / [CA] Existeixen molts estudis que relacionen el consum regular de fruites amb importants beneficis per a la salut. Això és degut a la gran quantitat de fibra, vitamines i altres compostos *bioactivos que es troben elles, els quals poden ser de gran ajuda en la prevenció d'algunes malalties. En els últims anys el consumidor s'ha decantat per consumir productes amb alt valor nutricional i, a conseqüència de l'estil de vida actual, existeix una alta demanda de productes amb fàcil maneig per al seu consum. Alguns dels principals inconvenients de les fruites són la seua estacionalitat i curta vida útil, per la qual cosa resulta interessant oferir productes de fruita d'alt valor nutritiu i sensorial, estables i fàcil maneig. La liofilització és una tècnica que permeten obtindre productes altament estables microbiologicament, a causa del seu baix contingut d'humitat, i amb una màxima qualitat sensorial, nutritiva i funcional. No obstant això, es tracta d'un procés llarg i energèticament costós. Amb base a l'anterior, l'objectiu d'aquesta Tesi ha sigut seleccionar les millors condicions de liofilització per a l'obtenció de dos productes de taronja, un la pròpia coca liofilitzada i un altre la pols obtinguda per trituració d'aquesta. Així, la primera part de la Tesi se centra en avaluar la influència tant del contingut d'aigua com de la composició en soluts d'un producte taronja en algunes propietats de la coca liofilitzada i de la pols corresponent. Les propietats a analitzar es van seleccionar tenint en compte tant la retenció dels compostos bioactius, com la porositat, el color i les propietats mecàniques de la coca obtinguda i de la pols aconseguida després de la seua trituració, a més de les propietats de flux de la pols i el seu comportament enfront de la rehidratació. Sobre la base dels resultats obtinguts s'ha pogut concloure que el puré de taronja és més recomanable a l'efecte d'obtindre un producte tipus snack cruixent i el suc quan es desitge una pols per a rehidratar, en aquest cas evitant qualsevol tractament tèrmic abans de la liofilització. En la segona part de la Tesi, s'ha estudiat l'impacte de la temperatura de l'assecat, 30 i 50 °C, sobre els compostos bioactius del producte obtingut a partir del suc de taronja formulat amb goma Aràbiga i fibra de bambú, així com sobre les mateixes propietats abans descrites de la coca liofilitzada i del seu corresponent producte en pols. En aquest cas, a més, es va dur a terme una avaluació sensorial dels productes rehidratats. Els resultats obtinguts permeten recomanar 50 °C per a l'assecat per liofilització d'aquest producte. Aquesta temperatura acurta el temps del procés en un 64%, afavoreix l'extracció de la vitamina C sense afectar el contingut total de fenols i carotenoids, millora les propietats mecàniques de les coques i no afecta a la fluïdesa ni a la rehidratació del producte en pols. Finalment, en la tercera part de la Tesi, s'ha treballat en l'aplicació d'una solució analítica basada en la llei de Darcy per a modelar la cinètica de pèrdua d'aigua durant la liofilització. La solució analítica ha de complementar-se amb una solució numèrica de les equacions de Fourier per a la transferència de calor. El model s'ha ajustat a la dinàmica experimental de liofilització d'un producte a base de taronja formulat a partir del suc. La pseudo-permeabilitat de Darcy obtinguda va ser de 2,0X10-12 amb un índex de desviació de la conducta ideal de 0,5. Les equacions proposades, resoltes amb la pseudo-permeabilitat de Darcy ajustada i l'índex de desviació ideal, permeten reproduir la dinàmica de liofilització experimental del mateix producte a diferents temperatures. / [EN] There are many studies linking regular fruit consumption with important health benefits. This is due to the large amount of fibre, vitamins and other bioactive compounds found in them, which can be of great help in the prevention of some diseases. In recent years, consumers have become more inclined to consume products with high nutritional value and, as a consequence of today's lifestyle, there is a high demand for products that are easy to handle for consumption. Some of the main disadvantages of fruits are their seasonality and short shelf life, so it is interesting to offer fruit products of high nutritional and sensory value that are stable and easy to handle. Freeze-drying is a technique that makes it possible to obtain highly microbiologically stable products, due to their low moisture content, and with maximum sensory, nutritional and functional quality. However, it is a long and energy-intensive process. Based on the above, the aim of this Doctoral Thesis has been to select the best freeze-drying conditions for obtaining two orange products, one the freeze-dried cake itself and the other the powder obtained by crushing it. Thus, the first part of the Thesis focuses on evaluating the influence of both the water content and the solute composition of an orange product on some properties of the freeze-dried cake and the corresponding powder. The properties to be analysed were selected taking into account the retention of the bioactive compounds, the porosity, the colour and the mechanical properties of the cake obtained and of the powder obtained after grinding, as well as the flow properties of the powder and its behaviour against rehydration. Based on the results obtained, it can be concluded that orange puree is more recommendable for obtaining a crunchy snack-type product and juice when a powder for rehydration is desired, in this case avoiding any heat treatment before freeze-drying. In the second part of the Thesis, the impact of the drying temperature, 30 and 50 °C, on the bioactive compounds of the product obtained from orange juice formulated with gum Arabic and bamboo fibre, as well as on the same properties described above of the freeze-dried cake and its corresponding powdered product, has been studied. In this case, a sensory evaluation of the rehydrated products was also carried out. The results obtained allow to recommend 50°C for the freeze-drying of this product. This temperature shortens the processing time by 64 %, favours the extraction of vitamin C without affecting the total phenol and carotenoid content, improves the mechanical properties of the cakes and does not affect the flowability and rehydration of the powdered product. Finally, in the third part of the Thesis, we have studied the application of an analytical solution based on Darcy's law to model the kinetics of water loss during freeze-drying. The analytical solution must be complemented with a numerical solution of the Fourier equations for heat transfer. The model has been fitted to the experimental dynamics of freeze-drying an orange-based product formulated from the juice. The Darcy pseudo-permeability obtained was 2,0X10-12 with an index of deviation from ideal behaviour of 0,5. The proposed equations, solved with the adjusted Darcy pseudo-permeability and the ideal deviation index, allow to reproduce the experimental freeze-drying dynamics of the same product at different temperatures. / Uscanga Ramos, MA. (2022). Influencia de la composición y de la temperatura de secado en la calidad de un producto de naranja liofilizado. Propuesta de un modelo mecanístico para la modelización de la cinética del proceso [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181238

Tesis por compendio / [ES] En la presente tesis doctoral nos hemos centrado en estudiar la variabilidad y aportar nuevos recursos útiles para la mejora de la calidad nutricional y organoléptica de los frutos de tomate, berenjena y pimiento, adaptando los cultivos a menores aportes de nitrógeno (N). Para lograr este propósito, llevamos a cabo una caracterización exhaustiva de la composición de los frutos, junto con importantes rasgos agronómicos, de un conjunto de recursos genéticos escasamente explorados hasta la fecha. En el primer capítulo de esta tesis, se llevó a cabo una caracterización exhaustiva de 36 compuestos y parámetros de composición del fruto, que incluían azúcares, ácidos orgánicos, antioxidantes y minerales, en un conjunto de 10 accesiones por cultivo de tomate, pimiento y berenjena, cultivados en las mismas condiciones y prácticas ecológicas. Los resultados mostraron un perfil de composición considerablemente distinto entre las tres especies, principalmente en el perfil antioxidante. Además, se encontró una gran variabilidad dentro de cada especie, lo cual es de interés para la selección de variedades con mejores perfiles nutricionales y organolépticos. En el segundo capítulo de esta tesis, se abordó la caracterización de un conjunto de líneas de introgresión (ILs) de berenjena con Solanum incanum L. como parental donante. El uso de las ILs en la mejora de la berenjena requiere asegurar que los niveles de glicoalcaloides del fruto están por debajo de los límites de seguridad. En un ensayo en dos ambientes, evaluamos 25 rasgos de composición del fruto, incluyendo composición proximal, azúcares, ácidos, compuestos fenólicos, glicoalcaloides y minerales en un conjunto de 16 ILs de berenjena con S. incanum, junto con los padres recurrente y donante, y el híbrido. Los resultados mostraron que los frutos producidos por las ILs eran seguros para el consumo, con una composición similar a la del parental recurrente. También evaluamos un conjunto de 10 de estas ILs, junto con el parental recurrente S. melongena, bajo dos dosis de fertilización de N suministradas con el sistema de riego (8.25 mM de NH4NO3 añadido al agua de riego, y ningún suministro de N externo al agua de riego). Aunque se produjo una limitación significativa en el crecimiento de la planta, en la distribución de N y C, en la carga de frutos y en la materia seca como respuesta a la minimización de los aportes de N, las ILs alcanzaron, en promedio, rendimientos finales similares bajo ambos tratamientos de N, así como produjeron frutos con similar morfología, peso y contenido en compuestos fenólicos. Estos resultados potencian las ILs como materiales de mejora útiles para la adaptación de la berenjena a bajos aportes de N. Gracias a la disponibilidad del genotipado de las ILs de berenjena, las investigaciones realizadas con esta población permitieron identificar varios QTLs asociados a caracteres morfo-agronómicos y de composición del fruto, lo que proporciona nueva información relevante para ampliar el conocimiento genético de la berenjena. En el último capítulo se presenta la primera evaluación de parámetros de calidad de fruto y rendimiento de una colección de 44 variedades del tomate resiliente 'de penjar' bajo dos niveles de fertilización de N (162 kg N ha-1 y 49 kg N ha-1). Se observó una gran variación. La reducción de los aportes de N tuvo un efecto significativo en el hue, cuya media aumentó ligeramente, y en los compuestos y parámetros relacionados con el dulzor, cuya media disminuyó en un 11-16%, mientras que el rendimiento y la mayoría de los rasgos de calidad no se vieron afectados. Estos son resultados prometedores que promueven la conservación del tomate 'de penjar' y a su utilización en programas de mejora. En definitiva, creemos que estos trabajos proporcionarán nuevos recursos fenómicos y genómicos útiles para futuros programas de mejora de las hortalizas de la familia Solanaceae. / [CAT] En la present tesi doctoral ens hem centrat en estudiar la variabilitat i aportar nous recursos útils per a la millora de la qualitat nutricional i organolèptica dels fruits de tomaca, albergínia i pimentó, adaptant els cultius a menors aportacions de nitrogen (N). Per a aconseguir aquest propòsit, duem a terme una caracterització exhaustiva de la composició dels fruits, juntament amb importants trets agronòmics, d'un conjunt de recursos genètics escassament explorats fins hui. En el primer capítol d'aquesta tesi, es va dur a terme una caracterització exhaustiva de 36 compostos i paràmetres de composició del fruit, que incloïen sucres, àcids orgànics, antioxidants i minerals, en un conjunt de 10 accessions per cultiu de tomaca, pimentó i albergínia, cultivats en les mateixes condicions i pràctiques ecològiques. Els resultats van mostrar un perfil de composició considerablement diferent entre les tres espècies, principalment en el perfil antioxidant. A més, es va trobar una gran variabilitat dins de cada espècie, la qual cosa és d'interés per a la selecció de varietats amb millors perfils nutricionals i organolèptics. En el segon capítol d'aquesta tesi, es va abordar la caracterització d'un conjunt de línies de introgressió (ILs) d'albergínia amb Solanum incanum L. com a parental donant. L'ús de les ILs en la millora de l'albergínia requereix assegurar que els nivells de glucoalcaloides del fruit estan per davall dels límits de seguretat. En un assaig en dos ambients, avaluem 25 trets de composició del fruit, incloent composició proximal, sucres, àcids, compostos fenòlics, glucoalcaloides i minerals en un conjunt de 16 ILs d'albergínia amb S. incanum, juntament amb els pares recurrent i donant, i l'híbrid. Els resultats van mostrar que els fruits produïts per les ILs eren segurs per al consum, amb una composició similar a la del parental recurrent. També avaluem un conjunt de 10 d'aquestes ILs, juntament amb el parental recurrent S. melongena, sota dues dosis de fertilització de N subministrades amb el sistema de reg (8.25 mM de NH4NO3 afegit a l'aigua de reg, i cap subministrament de N extern a l'aigua de reg). Encara que es va produir una limitació significativa en el creixement de la planta, en la distribució de N i C, en la càrrega de fruits i en la matèria seca com a resposta a la minimització de les aportacions de N, les ILs van aconseguir, en mitjana, rendiments finals similars sota tots dos tractaments de N, així com van produir fruits amb similar morfologia, pes i contingut en compostos fenòlics. Aquests resultats potencien les ILs com a materials de millora útils per a l'adaptació de l'albergínia a baixes aportacions de N. Gràcies a la disponibilitat del genotipat de les ILs d'albergínia, les investigacions realitzades amb aquesta població van permetre identificar diversos QTLs associats a caràcters morf-agronòmics i de composició del fruit, la qual cosa proporciona nova informació rellevant per a ampliar el coneixement genètic de l'albergínia. En l'últim capítol es presenta la primera avaluació de paràmetres de qualitat de fruit i rendiment d'una col·lecció de 44 varietats de la tomaca resilient 'de penjar' sota dos nivells de fertilització de N (162 kg N ha-1 i 49 kg N ha-1). Es va observar una gran variació. La reducció de les aportacions de N va tindre un efecte significatiu en el hue, la mitjana del qual va augmentar lleugerament, i en els compostos i paràmetres relacionats amb la dolçor, la mitjana de la qual va disminuir en un 11-16%, mentre que el rendiment i la majoria dels trets de qualitat no es van veure afectats. Aquests són resultats prometedors que promouen la conservació de la tomaca 'de penjar' i a la seua utilització en programes de millora. En definitiva, creiem que aquests treballs proporcionaran nous recursos fenòmics i genòmics útils per a futurs programes de millora de les hortalisses de la família Solanaceae. / [EN] In the present doctoral thesis, we have focused on studying the variability and providing new useful resources for the improvement of the nutritional and organoleptic quality of tomato, eggplant and pepper fruits, adapting crops to lower nitrogen (N) inputs. To achieve this purpose, we carried out a comprehensive characterization of fruit composition, together with important agronomic traits, of a set of genetic resources scarcely explored up to date. In the first chapter of this thesis, a comprehensive characterization of 36 compounds and fruit compositional parameters, including sugars, organic acids, antioxidants and minerals, was carried out on a set of 10 accessions per cultivar of tomato, pepper and eggplant, grown under the same organic farming practices. The results showed a considerably different composition profile among the three species, mainly in the antioxidant profile. In addition, a great variability was found within each species, which is of interest for the selection of varieties with better nutritional and organoleptic profiles. In the second chapter of this thesis, the characterization of a set of eggplant introgression lines (ILs) with Solanum incanum L. as the donor parent was addressed. The use of ILs in eggplant breeding requires ensuring that fruit glycoalkaloid levels are below safety limits. In a two-environment trial, we evaluated 25 fruit compositional traits, including proximal composition, sugars, acids, phenolic compounds, glycoalkaloids, and minerals in a set of 16 eggplant ILs with S. incanum, along with the recurrent and donor parents, and the hybrid. The results showed that the fruits produced by the ILs were safe for consumption, with a composition similar to that of the recurrent parent. We also evaluated a set of 10 of these ILs, along with the recurrent parent S. melongena, under two doses of N fertilization supplied with the irrigation system (8.25 mM NH4NO3 added to the irrigation water, and no external N supply to the irrigation water). Although there was a significant limitation in plant growth, N and C distribution, fruit load and dry matter in response to minimized N inputs, the ILs achieved, on average, similar final yields under both N treatments, as well as produced fruits with similar morphology, weight and phenolic content. These results enhance ILs as useful breeding materials for the adaptation of eggplant to low N inputs. Thanks to the availability of genotyping of eggplant ILs, the investigations carried out using this population enabled the identification of several QTLs associated with morpho-agronomic and fruit composition traits, providing new relevant information to expand the genetic knowledge of eggplant. The last chapter presents the first evaluation of fruit quality and yield parameters of a collection of 44 varieties of the resilient tomato 'de penjar' under two levels of N fertilization (162 kg N ha-1 and 49 kg N ha-1). A large variation was observed. Reduced N inputs had a significant effect on hue, whose mean increased slightly, and on sweetness-related compounds and parameters, whose mean decreased by 11-16%, while yield and most quality traits were unaffected. These are promising results that promote the conservation of the 'de penjar' tomato and its use in breeding programs. Ultimately, we believe that this work will provide new phenomic and genomic resources useful for future breeding programs of vegetables of the Solanaceae family. / Elena Rosa Martínez is grateful to the Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (MINECO) for a pre-doctoral grant (no. BES-2016-077482), which has funded the doctoral thesis presented herein. This predoctoral grant is part of the research project “Mejora genética de la calidad funcional y aparente de la berenjena”, which has been funded by the Ministerio de Economía, Industria y Competitividad and the European Regional Development Fund (MINECO/FEDER) under grant no. AGL2015- 64755-R. The work presented in this thesis was also undertaken as part of the initiative “Adapting Agriculture to Climate Change: Collecting, Protecting and Preparing Crop Wild Relatives” (http://www.cwrdiversity.org/), which is supported by the Government of Norway and managed by the Global Crop Diversity Trust with the Millennium Seed Bank of the Royal Botanic Gardens, Kew; as part of three European projects, namely, G2PSOL (“Linking genetic resources, genomes and phenotypes of Solanaceous crops”) and BRESOV (“Breeding for resilient, efficient and sustainable organic vegetable production”), which have been funded by the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme under grant agreements no. 677379 and no. 77424, respectively, and SOLNUE (“Tomato and eggplant nitrogen utilization efficiency in Mediterranean environments”), in the framework of the H2020 call SusCrop-ERA-Net; ID#47, which has been funded by the Spanish Agencia Estatal de Investigación under grant agreement no. PCI2019-103375; and finally as part of the national project “Las variedades tradicionales de tomate para el desarrollo de una horticultura biodiversa y sostenible en un contexto de cambio climático”, funded by Generalitat Valenciana (Conselleria d’Innovació, Universitats, Ciència I Societat Digital) under grant agreement no. AICO/2020/042. / Rosa Martínez, E. (2022). Characterization and Enhancement of Genetic Resources for the Improvement of Nutritional and Organoleptic Quality in Solanaceae Vegetable Crops [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182169 / Compendio