Tesis por compendio de publicaciones / El consumo de tomate y productos derivados se ha relacionado con efectos beneficiosos para el organismo atribuidos al elevado contenido en varios compuestos como carotenoides, compuestos fenólicos, vitamina E, potasio y selenio. El tomate en fresco se consume principalmente en ensaladas, y se utiliza como ingrediente de muchas preparaciones culinarias. Aproximadamente el 40% de la producción total se destina a la transformación industrial dando lugar a productos derivados en forma de zumos, gazpacho, salsas, purés, pastas, conservas de tomate, etc. Como consecuencia del gran volumen de tomate procesado en la industria, se genera gran cantidad de residuos sólidos (pieles y semillas) que pueden ser utilizados para extraer compuestos bioactivos que son considerados de interés para la industria alimentaria y farmacéutica. La presente Tesis Doctoral se presenta como compendio de tres trabajos de investigación cuyos objetivos han sido estudiar los compuestos bioactivos antioxidantes presentes en distintas variedades de tomate destinados a consumo en fresco y tomates destinados a su procesado en la industria alimentaria, conocer las variaciones en los compuestos bioactivos tras determinados procesos industriales y evaluar la composición química y las propiedades de la fibra dietética del tomate como subproducto generado tras el procesado tecnológico. En el primer trabajo se ha estudiado la influencia de la variedad y el estado de maduración del fruto de tomate sobre los compuestos bioactivos y la actividad antioxidante hidrofílica. La variedad de tomate y el estado de madurez del fruto afectan de forma relevante al contenido de compuestos bioactivos antioxidantes (licopeno total y sus isómeros, β-caroteno, compuestos fenólicos totales e individuales, ácido ascórbico y folatos) y a la actividad antioxidante hidrofílica de las variedades de tomate destinadas al consumo en fresco. En las variedades destinadas a la industria (tomates maduros), las mayores diferencias se observaron en el contenido de β-caroteno, compuestos fenólicos individuales y actividad antioxidante hidrofílica, observando una fuerte correlación entre la actividad antioxidante y la rutina. Esta información puede ser de utilidad para la industria hortofrutícola, nutricionistas y tecnólogos de alimentos, ya que podrían conocer las variedades y los estados en los cuales las propiedades nutricionales del tomate y sus efectos beneficiosos son mayores para la salud con el fin de obtener productos de tomate con un valor añadido. En el segundo trabajo se ha evaluado la influencia del procesado industrial sobre el contenido de algunos compuestos bioactivos presentes en el tomate. Se analizaron dos tipos de puré de tomate utilizados habitualmente en la industria alimentaria, puré de tomate crudo (RTP) y puré de tomate “hot break” (HTP). Los procesos industriales a los que se sometieron las muestras fueron la homogeneización en una o dos etapas seguida de una pasterización. Finalmente, se aplicó un proceso de esterilización a diferentes temperaturas a las muestras HTP para evaluar el efecto de un segundo tratamiento térmico en el contenido de los compuestos bioactivos, teniendo en cuenta que este es el procedimiento más habitual para la elaboración de zumo de tomate en la industria, al utilizar como materia prima el puré HTP elaborado previamente con los tomates frescos de temporada. Para mejorar el contenido de compuestos bioactivos y la actividad antioxidante en productos procesados no solo es importante la selección de un método de procesado apropiado, sino que también lo es la condición inicial de la materia prima de partida (puré de tomate fresco o puré “hot break”). Ambos factores pueden afectar al valor nutricional del producto procesado final. Los procesos de pasterización y homogeneización producen efectos diferentes dependiendo del compuesto bioactivo analizado. Los carotenoides son relativamente estables al tratamiento térmico, mientras que el contenido de compuestos fenólicos totales y de vitamina C disminuyen significativamente. La homogeneización junto con la pasterización a 98 ºC produce un puré de tomate de textura fina con mejor calidad nutricional, ya que aumenta la cantidad de folatos extraídos. Por el contrario, la pasterización a temperatura superior a 98 ºC no es recomendable debido a que produce la degradación de la vitamina C y de los folatos. El tercer estudio se dedicó a la caracterización de la fibra dietética de tomate. Este subproducto procede de la piel de tomate la cual es deshidratada, triturada y homogeneizada. La fibra de tomate presenta un alto contenido en hemicelulosa insoluble y por sus propiedades funcionales podría ser utilizada potencialmente como espesante o agente texturizante en el desarrollo de alimentos con bajo contenido en grasas; como fuente de fibra dietética para aumentar el contenido en fibra de la dieta; y como fuente de antioxidantes (licopeno, rutina y ácido clorogénico). Sin embargo sus posibles utilizaciones están limitadas por el color y el sabor que aporta, que pueden modificar las características organolépticas del alimento al cual se añade. / The consumption of tomato and tomato-based products have been associated with beneficial effects for human health. These positive characteristics are attributed to the content of several compounds such as carotenoids, phenolic compounds, vitamin E, potassium and selenium. Fresh tomatoes are mainly consumed in salads and also as an ingredient of many recipes. Around 40% of world tomato production is allocated to foodstuff industry which produces several products such as juices, gazpacho (cold vegetable soup), sauces, purees, pastes, canned tomato, etc. A large amount of solid residues (peels and seeds) are produced as a consequence of the industrial processing. These residues could be used to extract bioactive compounds interesting to foodstuff and pharmaceutical industries. This Doctoral Thesis is presented as a compendium of three scientific articles addressing the influence of tomato variety, on-vine ripening and industrial processing on hydrophilic antioxidant activity and naturally bioactive compounds occurring in tomatoes. In addition, tomato peel fiber, a by-product derived from the tomato industry, has been studied to ascertain its nutritional composition, antioxidant compounds, and functional properties. In the first article we have studied the influence of cultivar and ripening stage of tomato fruit in the content of bioactive compounds and hydrophilic antioxidant activity. Total antioxidants (total lycopene and its isomers, β-carotene, total and individual phenolic compounds and ascorbic acid) and the hydrophilic antioxidant activity of fresh consumption tomato varieties depend significantly on the cultivar and ripening stage. Since industrial tomato varieties are commonly processed at the full ripe stage, the major differences are observed in β-carotene, individual phenolic compounds and antioxidant activity, with a strong positive correlation between hydrophilic antioxidant activity and rutin. This information could be useful to fresh vegetable processors, nutritionists and food technologists since it illustrates the varieties and stages at which the nutritional properties of tomatoes and their beneficial effects for human health are greatest in order to obtain tomato products with an added value. The second article was designed to investigate how the content of several bioactive compounds naturally occurring in tomatoes were affected by industrial processing. Two types of tomato puree commonly used in the food industry, namely raw tomato puree (RTP) and “hot break” tomato puree (HTP), were employed. Industrial processes included homogenization in either one or two steps followed by pasteurization. Finally, pasteurization at different temperatures was also applied to the HTP to assess the effect of a second thermal treatment on bioactive compounds, considering that this is the most usual procedure to make industrial tomato juice since it uses as raw material the HTP puree processed previously with fresh seasonal tomatoes. The results of this study showed that not only the selection of an appropriate processing method is important, but also is the initial condition of the sample (raw or “hot break” tomato puree). This could influence the nutritional value of the final product. Pasteurization after homogenization produced a different effect depending on the evaluated compound. Carotenoids were relatively resistant to thermal degradation, whereas total phenolic content and ascorbic acid significantly decreased. Homogenization together with pasteurization at 98ºC produces a smooth tomato puree and improves the nutritional quality by increasing the folate extractability. However, pasteurization temperatures over 98°C are not recommended because it causes degradation of vitamin C and folates. The third study was dedicated to the characterization of dietetic tomato fiber. This by-product derived from the tomato industry and consisted in tomato peels which are drum dried, milled, and homogenized. Tomato fiber is rich in insoluble hemicelluloses and due to its functional properties it could be potentially used as a volume replacer, thickening, or texturizing agent in the development of foods with low-fat content; as a rich dietary fiber source; and as an antioxidant enhancer (lycopene, rutin and chlorogenic acid). However, colour and flavour must be considered in its applications to avoid a negative effect on sensory characteristics of food to which it is added.

El mètode tradicional utilitzat en la producció de vins escumosos (com el cava i el champagne) es caracteritza per una segona fermentació que té lloc dins l’ampolla. Aquesta segona fermentació presenta unes característiques molt específiques com són un alt contingut d’etanol, una pressió de CO2 creixent, baixa disponibilitat de nutrients i baixa temperatura. En aquesta tesi, s’ha analitzat en primer lloc l’efecte de factors ambientals sobre la cinètica fermentativa de Saccharomyces cerevisiae durant la segona fermentació, mitjançant el seguiment de la segona fermentació amb afròmetres. En segon lloc hem analitzat quin efecte tenen pràctiques habituals com l’addició de nutrients al vi base sobre la composició final del vi escumós, mitjançant l’anàlisi per HPLC del contingut d’aminoàcids i polisacàrids del vi i la seva capacitat escumant (mosalux). Finalment ens vàrem proposar identificar les bases genètiques de la segona fermentació mitjançant la detecció i validació de Quantitative Trait Locus (QTL). Els resultats obtinguts ens han permès identificar la temperatura, el vi base utilitzat, la soca de llevat i la font de nitrogen utilitzada en l’aclimatació del llevat com els factors que tenen més impacte en la segona fermentació. En segon lloc respecte a la composició final del vi escumós, hem pogut detectar que l’adició de nitrogen al vi base afavoreix, l’alliberament d’aminoàcids. Mentre que, l’adició de llevats secs inactius, promou la alliberació de polisacàrids i afavoreix l’escumabilitat del vi escumós. Finalment, hem identificat quatre gens, la variació al·lèlica dels quals explica la variació fenotípica observada entre soques. / El método tradicional utilizado en la producción de vinos espumosos (como el cava y el champagne) se caracteriza por una segunda fermentación que tiene lugar dentro de la botella. Esta segunda fermentación presenta unas características muy específicas como son un alto contenido de etanol, una presión de CO2 creciente, baja disponibilidad de nutrientes y baja temperatura. En esta tesis, se han analizado en primer lugar el efecto de factores ambientales sobre el desarrollo de la segunda fermentación, mediante su seguimiento con afrómetros. En segundo lugar hemos analizado qué efecto tienen prácticas habituales como la adición de nutrientes al vino base sobre la composición final del vino espumoso, mediante el análisis por HPLC del contenido de aminoácidos y polisacáridos del vino y su capacidad espumante (mosalux). Finalmente nos propusimos identificar las bases genéticas de la segunda fermentación mediante la detección y validación de “Quantitative Trait Locus” (QTL). Los resultados obtenidos nos han permitido identificar la temperatura, el vino base utilizado, la cepa de levadura y la fuente de nitrógeno utilizada en la aclimatación de la levadura como los factores que tienen mayor impacto en la segunda fermentación. En segundo lugar respecto a la composición final del vino espumoso, hemos podido detectar que la adición de nitrógeno al vino base favorece, la liberación de aminoácidos. Mientras que, la adición de levaduras secas inactivas, promueve la liberación de polisacáridos y favorece la espumabilidad del vino espumoso. Por último, hemos identificado cuatro genes, la variación alélica de los que explica la variación fenotípica observada entre cepas. / The traditional method used to produce sparkling wines (such as cava and champagne) is characterized by a second fermentation that takes place inside the bottle. This second fermentation has very specific characteristics such as a high ethanol content, increasing CO2 pressure, low temperature and low nutrient availability. In this thesis, we have firstly analyzed the effect of environmental factors on fermentation kinetics of Saccharomyces cerevisiae during the second fermentation, by monitoring the second fermentation development using aphrometers. Secondly, we analyzed what effect have common practices such as adding nutrients to the base wine on the final composition of the sparkling wine by HPLC analysis of content of amino acids and polysaccharides and its foaming capacity (mosalux) of the sparkling wine. Finally we aimed to identify the genetic basis of the second fermentation using Quantitative Trait Locus (QTL) mapping and validation approach. The results obtained enabled us to identify the temperature, the base wine used, the yeast strain and source of nitrogen used in the acclimatization of yeast as the factors that have the highest impact in the second fermentation kinetics. Secondly, with respect to the final composition of sparkling wine, we have found that the addition of nitrogen to the wine base favors the release of amino acids. While the addition of inactive dry yeast, promotes the release of polysaccharides and favors the foaming propoerties of the sparkling wine. Finally, we have identified four genes whose allelic variation explains the phenotypic variation observed among strains.

The anti-atherogenic effects ascribed to a Mediterranean-type diet rich in monounsaturatedfatty acids (MUFAs) from virgin olive oil are due, partly, to an increase in, or maintenance of,plasma concentrations of high density lipoprotein (HDL) cholesterol. However, the underlyingmechanisms that may explain these concentrations are not well characterised, to-date.Apolipoprotein (apo) A-I (apoA-I) is the major HDL apo and its kinetic parameters, such asproduction rate and catabolic rate, reflect the kinetics of the HDL particle. Our workinghypothesis is as follows: a Mediterranean-type diet rich in MUFAs from virgin olive oil,compared to a STEP II diet, increases or preserves HDL cholesterol concentrations due to anincrease in apoA-I production and not to a decrease in apoA-I catabolism. Kinetic studiesusing stable isotopes are, perhaps, the best approach in physiologically evaluating apoproduction and catabolism in humans. This methodology has not as yet been implemented inSpain. Objectives: to implement the necessary methodology to perform kinetic studies of apoB-100 and, especially, of apoA-I and apoA-II in volunteers in vivo using stable isotopes tolabel proteins in vivo. Further, we used this methodology to analyse the overall effects of aMediterranean-type diet rich in monounsaturated fatty acids from virgin olive oil comparedwith a low-fat, STEP II diet, on HDL and low density lipoprotein (LDL) metabolism. Design:we conducted a crossover, randomised study with dietary intervention periods of 4 weeks,interspersed with a washout period between diets. A total of 10 healthy, moderatelyhypercholesterolaemic, male volunteers consumed the two diets. The project was approvedby the Clinical Research Ethical Committee of the Hospital Universitari de Sant Joan, Reus.Instrumentation: kinetic studies were performed at the end of each diet using a 16h primedconstant infusion of stable isotope2H3-L-leucine. Lipoprotein fractions were separated usingultracentrifugation technique. Stable isotope incorporated into proteins was measured usingGC-MS. The data obtained were analysed applying multi-compartmental modelling techniquewith the SAAM II program. ApoA-I and A-II kinetic studies were conducted in our ResearchUnit in Reus. Apo B-100 kinetic studies and kinetic parameter modelling were performed incollaboration with Dr. Caslake and Professor Packard of the Vascular Biochemistry Section,Division of Cardiovascular & Medical Sciences, Royal Infirmary, University of Glasgow,Glasgow, Scotland. Results: the Mediterranean diet, compared to the STEP II diet,significantly increases apoA-I plasma concentrations. A total of 17 kinetic studies have beenperformed but, due to methodological complexity, only the results of 7 kinetic studies (4following a Mediterranean diet and 3 following a STEP II diet) that have been analysed in aGC-MS to-date, are presented in this thesis. Despite the limitation of the low number ofkinetic studies analysed, we are able to document that the Mediterranean diet induces a highapoA-I HDL production rate compared to the STEP II diet. Also, the Mediterranean dietinduces a high apo B-100 LDL production rate and fractional catabolic rate compared to theSTEP II diet. Conclusions: we have, for the first time in Spain, implemented the necessarymethodology to perform apo B-100, apoA-I and A-II kinetic studies in vivo using stableisotopes in human subjects. A high apoA-I production rate is the main determinant of highplasma concentrations of apoA-I, and not variations in its catabolism. Lipoprotein kineticstudies enable the monitoring of lipoprotein metabolic parameters and the investigation ofnutritional and pharmacologic interventions in the primary and secondary prevention ofcardiovascular disease targets. / Els efectes antiaterogènics atribuïts a una dieta de tipus mediterrani, rica en àcids grassosmonoinsaturats (AGM), aportats per oli d'oliva verge, són deguts, en part, a l'augment o almanteniment de les concentracions plasmàtiques de colesterol de les lipoproteïnes d'altadensitat (HDL). No obstant i fins al moment, no es coneixen del tot els mecanismes queexpliquen aquestes concentracions. L'apolipoproteïna (apo) A-I (apoA-I) és l'apolipoproteïnamajoritària de les HDL i els seus paràmetres cinètics, com ara la taxa de producció i la taxade catabolisme, reflexen la cinètica de les partícules d'HDL. La nostra hipòtesi de treball és lasegüent: una dieta Mediterrània rica en AGM aportats per oli d'oliva verge, comparada ambuna dieta STEP II, incrementa o manté els nivells de colesterol de les HDL degut a unaugment de la producció i no a una disminució de la degradació d'apoA-I. Possiblement, larealització d'estudis de cinètiques utilitzant isòtops estables és la forma més fisiològicad'avaluar la producció i la degradació d'apolipoproteïnes en l'home. Objectiu: Implementar lametodologia necessària per realitzar cinètiques d'apo B-100 i, especialment, d'apoA-I id'apoA-II en voluntaris in vivo utilitzant isòtops estables com a marcatge de les proteïnes.Aplicar aquesta metodologia per comparar els efectes d'una dieta Mediterrània rica en olid'oliva verge amb una dieta pobra en greixos STEP II sobre el metabolisme de les HDL i deles lipoproteïnes de baixa densitat (LDL). Disseny: Estudi creuat randomitzat de 4 setmanesd'intervenció dietètica, amb un període de rentat entre elles. 10 voluntaris, homes sans,moderadament hipercolesterolèmics van seguir ambdues dietes. Aquest estudi va seraprovat pel Comitè d'Ètica i d'Investigació Clínica de l'Hospital Universitari de Sant Joan deReus. Instrumentalització: Estudi cinètic mitjançant la injecció i perfusió d'isòtop estable 2H3-L-leucina en forma d'un bolus inicial i de perfusió durant 16h al final de cada dieta. Lesdiferents fraccions lipoproteïques es van separar per ultracentrifugació. La detecció d'isòtopincorporat va ser mitjançant GC-MS. Les dades obtingudes es van analitzar amb modelsmulticompartimentals i el programa SAAM II. Els estudis cinètics d'apoA-I i d'apoA-II es vanposat a punt i realitzat a la nostra Unitat de Recerca a Reus. Els estudis d'apo B-100 i lamodelització de les dades cinètiques es van realitzar en colClaboració amb el grup de recercade la Vascular Biochemistry Section, Division of Cardiovascular & Medical Sciences, RoyalInfirmary, University of Glasgow, Glasgow). Resultats: La dieta Mediterrània, comparadaamb la dieta STEP II, incrementa significativament la concentració plasmàtica d'apoA-I.S'han realizat 17 cinètiques però, degut a la complexitat de la metodologia, en aquesta tesises presenten els resultats de les 7 cinètiques (4 després de la dieta Mediterrània i 3 desprésde la dieta STEP II) analitzades per GC-MS fins ara. A pesar de l'escàs nombre de cinètiques,s'observen certes tendències. La dieta Mediterrània, comparada amb la dieta STEP II,presenta una major taxa de producció d'apoA-I de les HDL, així com una major taxa deproducció i de catabolisme de l'apo B-100 de les LDL. Conclusions: S'ha implementat lametodologia dels estudis de cinètiques amb isòtops estables de l'apoA-I i l'apoA-II de lesHDL i de l'apo B-100 de les VLDL1, VLDL2, IDL i LDL. El determinant de les concentracionsmés elevades d'apoA-I en plasma és una major taxa de producció d'aquesta apo i nodiferències en el seu catabolisme. Les aportacions de las cinètiques de les lipoproteïnespermetran avançar en els mecanismes lipídics involucrats en les malalties vasculars i aportarnous aspectes sobre les dianes nutricionals i farmacològiques.

La hipòtesi establerta va ser que la modificació oxidativa de les lipoproteïnes de baixa densitat (LDL) i de les lipoproteïnes d'alta densitat (HDL) augmenta el potencial aterogènic d'aquestes lipoproteïnes. Estudis anteriors havien mostrat que les LDL oxidades eren reconegudes pel receptor depurador dels macròfags i afavorien l'acúmul de colesterol dins de la cèl·lula, associat a la transformació del macròfag en cèl·lula espumosa, punt central en la formació de la placa d'ateroma. Recentment, s'ha observat que la modificació oxidativa de les HDL provoca una disminució de la sortida del colesterol cel·lular i afavoreix un major acúmul de colesterol dins de la cèl·lula. Per tant, la modificació oxidativa de les LDL i de les HDL pot jugar un paper important en la formació i desenvolupament de l'arteriosclerosi.Per un altre costat, sabem que la dieta modula la composició i el metabolisme de les LDL i HDL, la qual cosa explica, almenys en part, la diferent aterogenicitat lligada a les dietes. En particular, el nostre interès es va centrar en el fet que l'enriquiment en àcid oleic de les partícules lipoproteiques, a través de la dieta, proporcionava una protecció addicional enfront dels fenòmens oxidatius.Vam estudiar les LDL i HDL com a principals partícules lipoproteiques implicades en el transport lipídic i en la formació de la placa d'ateroma. Dins de les HDL vam estudiar les HDL3 per ser la subfracció més directament implicada en la sortida del colesterol de les cèl·lules.En el nostre estudi vam comparar els efectes d'una dieta rica en àcid linoleic, aportat per l'oli de gira-sol, i d'una dieta rica en àcid oleic, subministrat per un oli de gira-sol modificat per tal d'enriquir-lo en aquest àcid, sobre:-Les concentracions en lípids, lipoproteïnes i apolipoproteïnes del plasma.-La composició química global de les fraccions LDL i HDL3.-La composició en àcids grassos dels fosfolípids de les HDL3.-La fluidesa de les LDL i HDL3.-La peroxidació lipídica de les HDL3 natives, així com la susceptibilitat a l'oxidació de les LDL i HDL3.-La concentració en plasma, LDL i HDL3 dels antioxidants biològics: -tocoferol i +-tocoferol i retinol.-La capacitat de les LDL aïllades després de les dues dietes per a ésser reconegudes pel receptor depurador dels macròfags humans.-La capacitat de les HDL3 aïllades després de les dues dietes per extreure el colesterol cel·lular en fibroblasts i macròfags humans.Les LDL i HDL van ser obtingudes del plasma de 22 monjos sans amb una edat (mitjana  ES) de 53.7  3.1 anys. Aquests individus van ser assignats a l'atzar a dos grups de 11 individus cadascun d'ells. Es va calcular una dieta isocalòrica amb un aport de greixos del 38%, amb un 15% del total calòric provinent de l'oli (oli de gira-sol convencional o bé una nova varietat d'oli de gira-sol que conté més d'un 80% d'àcid oleic). Els nostres resultats reafirmen la hipòtesi que una dieta rica en àcid oleic augmenta la resistència de les LDL i de les HDL3 a l'estrès oxidatiu, a igualtat en el contingut d'antioxidants. Aquest fet explica, almenys en part, la menor aterogenicitat lligada a una dieta rica en àcid oleic. Per un altre costat, aquestes dues dietes, l'una rica en àcid oleic i l'altra rica en àcid linoleic, que provenen d'olis diferents originats a partir de la llavor de gira-sol, indueixen unes lipoproteïnes que han mostrat, segons les característiques estudiades, una estructura i un comportament metabòlic similar.Aquests resultats confirmen els efectes de la dieta en l'oxidació i contribueixen a explicar els mecanismes d'acció dels àcids grassos de la dieta en l'arteriosclerosi. / This study was conducted to evaluate whether diets rich in oleic acid could result in HDL3 particles with greater resistance to oxidative modification compared with a linoleic acid enriched diet, as it has been observed for LDL.Plasma LDL and HDL3 were obtained from 22 healthy monks aged 53.7  3.1 years (mean  SE), who were randomly assigned to a 32-wk crossover study of a variant of sunflower oil containing more than 80% oleic acid (oleic acid diet) compared with conventional sunflower oil containing 67% linoleic acid (linoleic acid diet). The two diet test periods of 8 weeks each contained 38% of total calories as fat respectively. HDL3 isolated after the oleic acid diet were enriched in oleic acid in phospholipids. LDL and HDL3 obtained after the oleic acid diet were remarkably resistant to oxidative modification. Plasma lipids, lipoproteins and apolipoprotein (apo) B concentrations showed no differences after the two diets, but higher levels of apo A-I and A-II were observed after the oleic acid diet. LDL and HDL3 composition, fluidity and vitamins E, A and + tocopherol concentrations were not significantly different between the two diets. Competition studies with 125I-Ox LDL in macrophages were similar after the two diets. The capacity of HDL3 to induce [3H]free cholesterol efflux from fibroblasts and macrophages also showed no differences after the two diets.These results suggest that, like LDL, HDL3 rich in oleic acid are protected against oxidation, the resistance of these lipoproteins to oxidation being mainly determined by their oleic acid content This study demonstrates the feasibility of a diet rich in oleic acid as an attractive way to cardiovascular dietary prevention.

TESILes procianidines són flavonoides (flavan-3-ols), de tipus oligomèric, que exerceixen efectes beneficiosos en malalties com càncer, diabetis, i malalties cardiovasculars, entre altres. Aquests efectes de les procianidines s'atribueixen, clàssicament, al seu caràcter antioxidant, eliminador d'espècies reactives d'oxigen (ROS), atès que en l'etiologia d'aquestes malalties sovint es descriu un estat associat d'estrès oxidatiu, degut a l'excés de ROS. No obstant, cal aprofundir en l'estudi dels efectes i mecanismes d'acció de les procianidines, que depassen ja aquest rol tradicional d'antioxidants, en mostrar recentment noves propietats que permeten ampliar el seu ventall d'actuació i de possibles aplicacions terapèutiques. L'objectiu principal de la tesi és, doncs, contribuir a entendre com les procianidines modulen l'equilibri redox cel·lular, tant a nivell de DNA com a nivell de l'expressió gènica d'enzims que formen part del sistema de defensa antioxidant en models d'estudi (in vivo i in vitro) induïts a estrès oxidatiu. Donat que les procianidines són força abundants en el vi negre, s'ha utilitzat com a font d'aquests compostos un extracte de procianidines de pinyol de raïm (GSPE).L'anàlisi in vitro de la capacitat antigenotòxica del GSPE, comparant-la amb la de flavonoides monomèrics mitjançant la tècnica del Comet assay, demostra que els flavonoides protegeixen el DNA de l'estrès oxidatiu, i que l'eficiència de la protecció es correlaciona estretament amb l'estructura del flavonoide. Així, les procianidines, d'estructura oligomèrica i que, per tant, posseeixen més centres reactius antioxidants respecte els seus monòmers base (catequina i epicatequina), són més efectives en la protecció contra el dany oxidatiu genòmic. No obstant, la quercetina, un flavonol descrit com estructuralment òptim per a desenvolupar un rol antioxidant, és el més efectiu entre els flavonoides analitzats. Tanmateix, l'efecte preventiu és més rellevant si, prèviament a induir les cèl·lules a estrès oxidatiu, incubem els flavonoides en el medi de cultiu. Per tant, el mecanisme d'eliminació de les ROS no és la via exclusiva d'actuació de les procianidines i dels altres flavonoides en la prevenció dels danys al DNA sinó que s'estimulen mecanismes d'adaptació cel·lular, com la modulació de l'expressió gènica dels enzims del sistema de defensa antioxidant. En aquests darrers, l'anàlisi in vitro de l'efecte de les procinidines en l'expressió gènica mostra una activació transcripcional de la glutatió peroxidasa (GPx), la glutatió S-transferasa (GST), i una regulació post-traduccional de la Cu,Zn-superòxid dismutasa (Cu,Zn-SOD) força marcada a la dosi de 15 mg/L de GSPE. Les condicions d'estrès oxidatiu s'estableixen per una disminució dels nivells de glutatió (GSH) associat a un alt índex de peroxidació lipídica. En aquestes condicions no hi ha una resposta coordinada del patró d'expressió dels enzims antioxidants malgrat que s'activen els enzims del cicle del glutatió.La pre-incubació dels hepatòcits amb procianidines prevé la disminució de glutatió, mantenint l'estat redox estable tot i exposar-los a condicions oxidants, probablement en activar els enzims limitants en la síntesi del glutatió, ajudant a regenerar-lo de nou. Aquest manteniment de l'estabilitat redox fa pensar que l'augment observat de les activitats dels enzims del cicle del glutatió comporten un enfortiment del sistema de defensa antioxidant contra possibles alteracions redox.Les procianidines regulen post-traduccionalment la Cu,Zn-SOD en un model in vivo d'hepatòcits de rata. Regulació que es confirma in vitro emprant cèl·lules Fao i que és molt marcada de nou a 15 mg/L, suggerint que aquesta dosi exerceix efectes més notables i que mereix ser estudiada en més profunditat. D'altra banda, les procianidines no exerceixen cap efecte modulador significatiu sobre el patró d'expressió gènica de la Cu,Zn-SOD in vivo, quan s'empren rates induïdes a diabetis, com a model d'estrès oxidatiu in vivo. / Procyanidins are oligomeric flavonoids (flavan-3-ols), which exert a wide range of beneficial effects on many diseases such as cancer, diabetes and cardiovascular dysfunctions. The health-protective properties of procyanidins have mainly been attributed to their antioxidant activity, which involves mechanisms such as reactive oxygen species (ROS) scavenging. It is widely accepted that increased oxidative stress is involved in the development and progression of many diseases and their complications, because of excessive ROS generation. However, the effects of procyanidins and their mechanisms must be studied because it has been reported that, as flavonoid compounds, they can act as signaling molecules and these effects, in conjunction with their known antioxidant activity, will enable them to extend their roles and possible therapeutic applications.So the main aim of the thesis is to increase understanding of how procyanidins modulate the cellular redox equilibrium, both at the level of DNA and at the level of the gene expression of the antioxidant enzyme systems in oxidative stress-induced study models (in vivo and in vitro). Since procyanidins are mainly found in red wine, a grape seed procyanidin extract (GSPE) was used as a flavonoid source.The antigenotoxic GSPE capacity in vitro, compared with monomeric flavonoids by the Comet assay, demonstrates that flavonoids protect DNA against oxidative insult and that the efficiency is correlated with the flavonoid structure. In fact, procyanidins, which are made up of oligomeric units with more antioxidant reactive cores, and therefore have greater antioxidant capacity than their basic monomers (catechin and epicatechin), are more effective against oxidative genomic injury. On the other hand, quercetin, a flavonol whose structure has been reported to be optimum for an antioxidant role, is the most effective of all the flavonoids analyzed. However, the preventive effect of flavonoids is more significant if, before the cells are subjected to oxidative stress induction, we incubate the flavonoids in the culture medium. So ROS scavenging action is not the only means by which procyanidins and other flavonoids prevent oxidative insults to DNA but there is an enhancement of such cellular adaptation mechanisms as gene expression of the antioxidant defence system. In this sense, the in vitro analysis of the effect of procyanidins on gene expression shows a transcriptional activation of glutathione peroxidase (GPx) and glutathione S-transferase (GST) and a posttranslational regulation of Cu,Zn-superoxide dismutase (Cu,Zn-SOD), which is particularly high at 15 mg/L of GSPE. The oxidative conditions are established by decreasing the glutathione (GSH) levels associated to high levels of lipid peroxidation. In these conditions there is no coordinated response of the gene expression profile although there is an enhancement of glutathione cycle-related enzyme activities.Pre-incubating the hepatocytes with procyanidins prevents the glutathione from decreasing, but keeps the redox status stable despite the oxidative conditions. This is probably due to of the fact that the rate-limiting enzyme for GSH synthesis is activated, which stimulates de novo synthesis of GSH. The fact that the redox stability is maintained suggests that the increase observed in the glutathione-related enzyme activities strengthens the antioxidant defence system against possible oxidative injuries.Procyanidins post-translationally regulate the Cu,Zn-SOD in an in vivo model of rat hepatocytes. This is also confirmed in an in vitro model using Fao cells and the regulation is again more enhanced at 15 mg/L, suggesting that this dose exerts greater effects and needs to be studied in more depth. On the other hand, procyanidins do not significantly modify the Cu,Zn-SOD gene expression profile in vivo, when t

La gestació normal es caracteritza per canvis i adaptacions en la funció de la cèl • lula beta, la despesa energètica basal (DEB) i en la composició corporal per afavorir la major disponibilitat de glucosa per al fetus. Les gestants amb diabetis mellitus tipus 1 (DM1) poden presentar diferències en el DEB, en la utilització de nutrients i en l'antropometria materna al llarg de l'embaràs. Avaluem el paper del DEB en 3 ocasions mitjançant calorimetria indirecta al llarg de la gestació en gestants controls i amb DM1. Durant les avaluacions també es van realitzar determinacions de paràmetres bioquímics, avaluacions antropomètriques de la mare i aplicació d'enquestes dietètiques i d'activitat física. A més a més es van recollir dades de les exploracions ecogràfiques realitzades per la valoració del creixement fetal i en les primeres 48 hores després del part es va realitzar una avaluació antropomètrica neonatal per determinar la composició corporal del nadó. El grau d'adipositat matern va ser determinant del GEB amb independència de la presència de DM1 durant la gestació. Diversos factors materns com el enguany de pes, els nivells de glucosa i de triglicèrids materns es van associar al grau d'adipositat neonatal en ambdós grups d'estudi. La ingesta referida va ser infraestimada en ambdós grups de gestants. El grup DM1 va mostrar major adherència a la dieta mediterrània que la resta de la població. / La gestación normal se caracteriza por cambios y adaptaciones en la función de la célula beta, el gasto energético basal (GEB) y en la composición corporal para favorecer la mayor disponibilidad de glucosa para el feto. Las gestantes con diabetes mellitus tipo 1 (DM1) pueden presentar diferencias en el GEB, en la utilización de nutrientes y en la antropometría materna a lo largo del embarazo. Evaluamos el papel del GEB en 3 ocasiones mediante calorimetría indirecta a lo largo de la gestación en gestantes controles y con DM1. Durante las evaluaciones también se realizaron determinaciones de parámetros bioquímicos, evaluaciones antropométricas de la madre y aplicación de encuestas dietéticas y de actividad física. Además se recogieron datos de las exploraciones ecográficas realizadas para valoración del crecimiento fetal y en las primeras 48 horas tras el parto se realizó una evaluación antropométrica neonatal para determinar la composición corporal del recién nacido. El grado de adiposidad materno fue determinante del GEB con independencia de la presencia de DM1 durante la gestación. Diversos factores maternos como la ganancia de peso, los niveles de glucosa y de triglicéridos maternos se asociaron al grado de adiposidad neonatal en ambos grupos de estudio. La ingesta referida fue infraestimada en ambos grupos de gestantes. El grupo DM1 mostró mayor adherencia a la dieta mediterránea que el resto de la población. / Normal pregnancy is characterized by changes and adaptations in the function of the beta cell, resting energy expenditure (REE) and body composition for promoting the increased availability of glucose to the fetus. Pregnant women with type 1 diabetes mellitus may differ in the REE in nutrient utilization and maternal anthropometry during pregnancy. We evaluated the role of the REE on 3 moments by indirect calorimetry throughout gestation in control pregnant and DM1 pregnant. During evaluations we also made biochemical parameters, anthropometric assessments of mother and application of dietary and physical activity surveys. Further details ultrasound examinations were collected for evaluation of fetal growth and in the first 48 hours after birth we made neonatal anthropometric assessment to determine the body composition of the newborn. The adiposity maternal was an associate direct factor for REE independently of the presence of DM1 during gestation. Various factors such as maternal weight gain, glucose levels and triglycerides were associated with maternal level of neonatal adiposity in both study groups. The reported energy intake was underestimated in both groups of pregnant women. The DM1 group showed greater adherence to the Mediterranean diet than the rest of population.

La industria quesera demanda el desarrollo de instrumentos de medida en línea, sencillos, sanitarios y no destructivos, que permitan la monitorización del proceso de coagulación de la leche y la predicción de parámetros de control tales como tiempo de coagulación y, en especial, tiempo de corte. La determinación objetiva del tiempo de corte mejora el rendimiento quesero y la homogeneidad del producto. El objetivo general del presente trabajo ha sido el estudio de un sensor de fibra óptica que determina dispersión de radiación en el infrarrojo próximo, como método de monitorización de la coagulación y selección objetiva del tiempo de corte. A tal fin, se realizan tres experiencias mediante el empleo de sendos diseños de bloque completamente aleatorios, con tres réplicas cada uno. En cada una de estas experiencias se seleccionan diferentes factores y niveles experimentales para estudiar su influencia sobre la coagulación y, especialmente, sobre los algoritmos de predicción del tiempo de corte. / The cheese industry demands the development of simple, sanitary and non-destructive measuring instruments in the line in order to monitor the process of coagulation in the milk and predict control parameters such as clotting time and, above all, cutting time. The objective determination of cutting time improves the cheese yield and the homogeneity of the product. The general objective of this study is to analyse the use of a fibre-optic sensor to determine light scattering of near infrared radiation in order to monitor milk coagulation and objectively select the cutting time. To this end, three experiments were carried out using completely randomised block designs. Each experiment was replicated three times. In each of them different experimental factors and levels were selected with the aim of providing information concerning the influence of the different factors on clotting and, especially, on the algorithms for predicting cutting time.

En las últimas décadas la dificultad de encontrar en el comercio cuajos naturales en pasta de cordero,así como los inconvenientes legales causados por la normativa que regula sus contenidos microbiológicos ha facilitado que las industrias queseras recurran a cuajos y coagulantes lácteos comerciales estandares con la consiguiente pérdida de sabores tradicionales en una gran variedad de quesos que se logran con los cuajos en pasta.El primer objetivo de este estudio consiste en caracterizar cuatro diferentes cuajos en pasta de cordero elaborados siguiendo distintos procedimientos de fabricación a partir de abomasos de corderos lechales llenos y vacíos de leche,a los que posteriormente, se les aplica distintas tecnologías con el objetivo de conservarlos y estudiar su viabilidad práctica y comercial.En segundo término y una vez seleccionado el cuajo en pasta idóneo que combina una actividad coagulante y lipolítica adecuada,se procede a su empleo en la elaboración de Queso de Murcia al Vino,comparándolo con aquellos obtenidos con cuajo líquido de ternera,que es el que habitualmente se utiliza en la fabricación industrial.Por último,se procede a la caracterización de los quesos experimentales mediante el análisis fisicoquímico,microbiológico,reológico y sensorial para determinar el efecto que produce este tipo de cuajo en pasta de cordero sobre los quesos de Murcia al Vino y poder compararlos con los elaborados siguiendo la técnica habitual.Se demuestra que los quesos obtenidos con el cuajo natural en pasta de cordero son diferentes a los habitualmente fabricados,principalmente por alcanzar un determinado grado de madurez en un tiempo menor,reflejado en la textura,manifestar una actividad proteolítica y lipolítica más intensas causantes de la formación de sabores diferentes a los habitualmente obtenidos,principalmente algo amargos y picantes.Los resultados del análisis sensorial del panel de cata muestran que,si bien estos quesos se diferencian de los que habitualmente se obtienen mediante el uso de cuajo comercial, ofrecen una alternativa válida y novedosa al sector quesero de la Región de Murcia. / Since last decades it is so difficult to obtain lamb rennet pastes because they are generally not available and also new rules make them be out of law specially microbial levels. It led manufacturers to get other kind of rennets or coagulants. Although they can obtain cheaper rennets easyly what they lost was one of the most important things: the natural, typical traditional flavour of the cheese.The main objective of this study is the characterization of four lamb rennet pastes obtained following different sort of manufactures. This consists in treating two groups of abomasas ones full and the other ones empty of milk before the slaughter. After that these two groups of abomasas are treated with different technics so that they can be employed lately without any problem by combining adequate renneting and lipase activity. After one of them is chosen it is employed to manufacture Queso de Murcia al Vino (Murcian wine cheese) to compare with that obtained from kid liquid rennet.Secondly, several kind of analysis are made on the cheeses in order to determine its characteristics and the differences between them.As a result of this investigation we found that it exists many differences between the two types of cheeses. For example those cheeses made with rennet paste reached an adequate grade of maturity before those made with kid liquid rennet. Also we determined higher proteolysis and lipolysis activities values in those made with natural lamb rennet paste. In addition the cheeses obtained using rennet paste had a piquant and little bitter taste which was different to those made with commercial rennet.Finally, the sensory analysis gave a so good score for the cheese manufactured with rennet paste. It means that this kind of lamb rennet paste can be employed in the cheese making industrial sector as a good new alternative one.

Dispositivos microfluidos operados por fuerzas capilares son fáciles de operar plataformas para realizar herramientas Lab-On-a-Chip (LOC). Si estas “simplistas” aplicaciones LOC tengan éxito, la operación unitaria del control de flujo hay que desarrollarse. Esto es particularmente verdad para herramientas “ASSURED” (término introducido por A. Guiseppi-Elie: Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free and Deliverable) y aplicaciones bioanalíticas en las cuales la respuesta depende de la disolución de los reactivos previamente depositados, la cinética de afinidad biológica y enzimática, y el transporte en materia de productos a un transductor en los microcanales. En esta tesis el diseño, fabricación e implementación de tres alternativas electroquímicas para el control del flujo capilar se han desarrollado basadas en electrowetting usando i) superficies superhidrófobas basándose a polímeros que responden inteligentemente a los estímulos eléctricos, ii) superficies nanoporosas superhidrófobas de electrodos de carbono, y iii) electrodos con superficies superhidrófobas acoplados a otros electrodos que facilitan la generación de gradientes que pueden propulsar el líquido. La tesis estudia el mecanismo de la respuesta en cada caso en estos sistemas y demuestra opciones para la reducción a la práctica de herramientas que pueden “democratizar” la “teranostica” (theranostics). / Capillary force-operated microfluidic devices are easy to use, low cost realization platforms for Lab-on-a-Chip (LOC) configurations. If such “simplistic” LOC applications are to have success, flow control is an important unit operation to develop. This is particularly true for ASSURED (a term introduced by A. Guiseppi-Elie: Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free and Deliverable) devices for bioanalytical applications where an analytical response depends on the dissolution of previously deposited reagents, the kinetics of biological affinity and enzymatic reactions, and mass transport of products to a transducer in the microchannels. In this thesis the design, fabrication and implementation of three different electrochemically actuated capillary flow control schemes have been developed through low voltage electrowetting/ electrochemical actuation of the flow using i) electrical stimuli responsive superhydrophobic surfaces based on intelligent polymers ii) superhydrophobic nanoporous carbonaceous surfaces, and iii) superhydrophobic electrodes coupled to other electrodes that facilitate the generation of gradients to propel the liquid. The thesis unravels the mechanism of response of such systems and demonstrates ways for reduction to practice of such devices for the “democratization” of theranostics.

En la presente Tesis se ha construido un modelo informático para la simulaciónestocástica de rebaños de vacas nodrizas. El modelo ha sido validado con datosreales y utilizado para la simulación de estrategias de manejo invernal en rebaños devacas nodrizas explotadas en las condiciones de montaña del Pirineo.Para la construcción del modelo se ha descrito un submodelo de repartición de laenergía aportada por la dieta. Este submodelo ha sido utilizado para la estimación dela energía neta para mantenimiento y de la variabilidad individual de dicho parámetroen vacas de raza Parda Alpina. Para ello se utilizaron los datos individuales,productivos y de manejo nutricional, de 34 vacas en lactación y 40 vacas engestación. El valor estimado para las necesidades de mantenimiento fue de 0.55 MJEN/kg PVV0.67 y mostró una gran variabilidad entre individuos (la varianza delparámetro fue 0.015).Utilizando un modelo lineal con coeficientes aleatorios, se analizaron los pesos de318 terneros (4476 registros de peso) de raza Parda Alpina y Pirenaica, con el fin deestimar las pautas de crecimiento y variabilidad individual de los parámetros quedefinen las curvas de crecimiento predestete. El crecimiento de los terneros se puededescribir con una aproximación cuadrática (se comprobó que la utilización de unaaproximación lineal para la obtención de pesos estandarizados puede conducir asesgos importantes). Existe, por otro lado, una gran variabilidad individual en lospesos predestete de los terneros, que el modelo tiene en cuenta con un peso alnacimiento y una ganancia media diaria variables entre animales. La variabilidadestimada es suficiente como para considerar su utilización en un modelo estocástico.Las estimas sobre la variabilidad de la energía de mantenimiento de las vacasadultas, del peso al nacimimento y de la ganancia diaria de los terneros, fueronutilizadas en un modelo estocástico de simulación de lotes de animales sometidos aun manejo nutricional y reproductivo concreto. Dicho modelo fue validado utilizandolos resultados productivos de 10 lotes de entre 12 y 17 vacas. La validación delmodelo propuesto permite afirmar su adecuación a la hora de simular la media y lavariabilidad de la respuesta productiva a lo largo de un periodo de tiempo largo de unlote de vacas y terneros con alimentación restringida. / A computer model was developed in order to make stochastic simulation of sucklercows herds. The model has been validated using actual data and was used forsimulation of winter management strategies of suckler cow herds in mountainconditions.A submodel for the diet energy distribution has been described as a part of the model.This submodel has been used for estimating the net energy for maintenance and theindividual variability of that parameter in Parda Alpina cows. Productive and nutritionalmanagement individual data from 34 lactating and 40 pregnant cows have been used.The maintenance requirements estimated value was 0.55 MJ NE/kg EBW0.67 and itshowed a high variability between animals.Data from 318 Parda Alpina and Pirenaica calves (4476 weight records) wereanalysed using a lineal model with random coefficients in order to estimate the growthpattern and the individual variability of the preweaning curve parameters. Preweaningcalf growth could be described using a quadratic approximation and the use of alineal approximation for obtaining corrected weight can lead to important biases.There is, in addition, a very high individual variability in calves preweaning weights. Itwas introduced in the model allowing a between animal variable birth weight andaverage daily gain. The estimated variability was enough to take it into account in astochastic model.Variability estimations of adult cows maintenance requirements, birth weight andaverage daily gain, were used in a stochastical model for complex animal groupssimulation under a certain nutritional and reproductive management. The model wasvalidated using actual productive performance from 10 groups of animals(between 12to 17 cows per group). Validation of the proposed model confirm that it is useful forsimulating the mean and variance of long term productive response of a cows andcalves group under a restricted alimentation.Finally, the model was used for simulating the effect of some winter subnutritionstrategies in cows calving either in spring or autumn. In the conditions of simulation,autumn calving cows showed the possibility of subnutrition during postpartum period.On the other side, results from spring calving cows showed that winter subnutrition inthat case are limited.