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La carne de pollo y los huevos constituyen excelentes materias primas para desarrollar nuevos alimentos de alto valor añadido. El objetivo principal de este trabajo fue el de aplicar los efectos de la alta presión isostática sobre las macromoléculas de estas materias primas para obtener un gel modelo, con alto contenido de proteínas, bajo en grasas, sal y fosfatos, que sirva como base para elaborar diversos alimentos. También, el de evaluar la aplicación de la alta presión y la transglutaminasa microbiana en las pastas cárnicas para mejorar las características fisicoquímicas de los geles. A la carne de pollo se le adicionó albumen como sustituto de grasa en diferentes proporciones (0 a 20%), yema de huevo (10%) y transglutaminasa (0.3%), se disminuyó el contenido de sal hasta 1% y se eliminaron los fosfatos. Las pastas cárnicas se sometieron a diferentes tratamientos: por calor a presión atmosférica (75 ºC/30 min) y (20 y 40 ºC/30 min), y por alta presión (400 a 500 MPa, a 40 y 60 ºC/30 min) y (500, 700 y 900 MPa/40 ºC/30 min). La adición de albumen (10%) a la carne de pollo repercutió favorablemente en las características de retención de agua y en las propiedades texturales de los geles obtenidos por calor y por alta presión y mostró un efecto protector frente al cambio de color de los geles. A presión atmosférica, la adición de 0.3% de transglutaminasa disminuyó notablemente las pérdidas de agua, mejoró la textura de los geles aún con un bajo contenido en NaCl (1.0%) y se obtuvo una microestructura más compacta originada por la formación de enlaces covalentes ?-(?-glutamil)lisina. Se desarrolló actividad enzimática entre 500 y 700 MPa y se observó un efecto sinérgico de la aplicación simultánea de la transglutaminasa y de la alta presión en las características texturales y de retención de agua, cuyo incremento fue muy significativo en relación con el efecto de la enzima o de la presión aplicados en forma independiente. Se concluye que unas condiciones adecuadas para elaborar productos tipo salchicha libres de fosfatos y bajos en grasa y sal, son las siguientes: 700 MPa/40 ºC/30 min con adición de 0.3% de transglutaminasa microbiana. / Chicken meat and eggs constitute excellent commodities to develop new high value foods. The main objective of this study was to apply the effects of high isostatic pressure on the macromolecules of these raw materials in order to obtain a model gel, with high protein content, low fat, low salt and low-phosphates, which work as initial point for developing diverse foods. Moreover, to improve the gels characteristics by means of high pressure and microbial transglutaminase to the meat pastes. Albumen as fat replacement was added to the chicken meat in different proportions (0 to 20%), egg yolk (10%) and transglutaminase (0.3%), the salt content was diminished to 1% and phosphates were eliminated. The meat pastes were submitted to different processing: by heat (75 ºC/30 min) and (20 and 40 ºC/30 min) at atmospheric pressure and by high pressure (400 to 500 MPa, to 40 and 60 ºC/30 min, and 500, 700 and 900 MPa/40 ºC/30 min). The addition of albumen (10%) to the meat improved the water retention characteristics and the textural properties of the gels obtained by heat and by pressure and showed a protective effect in front of the colour change. Under atmospheric pressure, the addition of 0.3% transglutaminase diminished notably the water loss and improved the texture gels still with a reduction in NaCl content (1.0%) and, also, a more compact microstructure was obtained by the formation of ?-(?-glutamil)lysine bonds. It was demonstrated an enzymatic activity between 500 and 700 MPa and a synergistic effect was observed for the simultaneous application of transglutaminase and pressure in the textural characteristics and water holding capacity, which increment was very significant in relation to the enzyme or to the pressure independently applied. It is concluded that an adequate conditions for developing low fat and low salt and phosphates-free sausage type products are the following:700 MPa/40 ºC/30 min with addition of 0.3% of microbial transglutaminase.

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Tesis por compendio / [ES] El objetivo de esta tesis doctoral ha sido el diseño y caracterización estructural de estructuras tipo gel basadas de polisacáridos extraídos de biomasa acuática con interés para aplicaciones relacionadas con la alimentación. Las propiedades de los polisacáridos extraídos de algas y plantas acuáticas son adecuadas para producir diferentes estructuras tipo gel basadas en la formación de redes reticuladas, como hidrogeles, aerogeles y emulsion-gels. En la primera parte de esta tesis se investigaron los diferentes mecanismos de gelificación de polisacáridos sulfatados, así como los parámetros que afectan a la estructura y las propiedades funcionales de los hidrogeles obtenidos. En base a los resultados, se evaluó la potencial aplicación de los hidrogeles y aerogeles de agar y k-carragenato para encapsular una proteína alimentaria modelo como la caseína, explorando así el efecto protector contra la hidrólisis enzimática tras digestiones gastrointestinales simuladas. En la segunda parte de esta tesis, se desarrollaron estructuras de aerogeles mediante la valorización de una fuente de biomasa residual infrautilizada, como es el Arundo donax. Con esta biomasa se generaron fracciones celulósicas con diferentes grados de purificación y extractos bioactivos solubles en agua, que posteriormente se utilizaron para producir aerogeles bioactivos híbridos. La estructura altamente porosa y la elevada capacidad de sorción de los aerogeles los convierten en excelentes candidatos para la sustitución de las almohadillas absorbentes para mantener la calidad de los productos cárnicos envasados. Los emulsion-gels son reconocidos por su gran potencial como ingredientes funcionales en la industria alimentaria como modificadores de textura y como sustitutos de grasas sólidas. Además, pueden utilizarse como vehículo para la liberación controlada de compuestos bioactivos liposolubles. Así, en la última parte de esta tesis, se investigó la naturaleza de las interacciones entre los componentes en las formulaciones de emulsion-gels basadas en polisacáridos y se relacionó con su estructura y comportamiento mecánico y reológico. Después de estudiar el mecanismo de gelificación de los emulsion-gels de carragenato, estos sistemas se adaptaron y utilizaron para dos diferentes aplicaciones relevantes para los sectores de alimentación y biomedicina. En primer lugar, se produjeron y evaluaron estructuras gelificadas a partir de emulsion-gels de agar y k-carragenato y aerogeles cargados de aceite como encapsulantes de un bioactivo lipofílico como la curcumina. Los resultados mostraron que el tipo de polisacárido y el estado físico de las redes del gel tenían un impacto en la estructura de los productos de la digestión. Por otro lado, se evaluó el potencial de los emulsion-gels basados en polisacáridos sulfatados (k-carragenato y agar) para la producción de un material capaz de simular tejido graso. Los resultados evidencian que los emulsions-gels de agar son adecuadas para producir materiales que simulan las propiedades dieléctricas para imitar tejidos de bajo y alto contenido en agua. / [CA] L'objectiu d'aquesta tesi doctoral ha sigut, el disseny i caracterització estructural d'estructures tipus gel, basades en polisacàrids extrets de biomassa aquàtica amb interès per a aplicacions relacionades amb l'alimentació. Les propietats dels polisacàrids extrets d'algues i plantes aquàtiques, són adequades per a produir diferents estructures tipus gel basades en la formació de xarxes reticulades, com a hidrogels, aerogels i emulsió-gels. En la primera part d'aquesta tesi es van investigar els diferents mecanismes de gelificació de polisacàrids sulfatats, així com els paràmetres que afecten l'estructura i les propietats funcionals dels hidrogels obtinguts. Sobre la base dels resultats, es va avaluar la potencial aplicació dels hidrogels i aerogels d'agar i k-carraguenina per a encapsular una proteïna alimentària model com la caseïna, explorant així l'efecte protector contra la hidròlisi enzimàtica després de digestions gastrointestinals simulades. A la segona part d'aquesta tesi, es van desenvolupar estructures d' aerogels mitjançant la valorització d'una font de biomassa residual infrautilitzada, com és el Arundo donax. Amb aquesta biomassa es van generar fraccions cel·lulòsiques amb diferents graus de purificació i extractes bioactius solubles en aigua, que posteriorment es van utilitzar per a produir aerogels bioactius híbrids. L'estructura altament porosa i l'elevada capacitat de sorció dels aerogels els converteixen en excel·lents candidats per a la substitució dels coixinets absorbents per a mantenir la qualitat dels productes carnis envasats. Els emulsió-gels són reconeguts pel seu gran potencial com a ingredients funcionals en la indústria alimentària com a modificadors de textura i com a substituts de greixos sòlids. A més, poden utilitzar-se com a vehicle per a l'alliberament controlat de compostos bioactius liposolubles. Així, a l'última part d'aquesta tesi, es va investigar la naturalesa de les interaccions entre els components dins les formulacions d' emulsió-gels basades en polisacàrids i es va relacionar amb la seua estructura i comportament mecànic i reològic. Després d'estudiar el mecanisme de gelificació dels emulsió-gels de carraguenina, aquests sistemes es van adaptar i es van utilitzar per a dues aplicacions diferents, rellevants per als sectors de l' alimentació i la biomedicina. En primer lloc, es van produir i van avaluar estructures gelificades a partir de emulsió-gels d'agar i k-carraguenina i aerogels carregats d'oli com a encapsulants d'un bioactiu lipofílic com la curcumina. Els resultats van mostrar que el tipus de polisacàrid i l'estat físic de les xarxes del gel tenien un impacte en l'estructura dels productes de la digestió. D'altra banda, es va avaluar el potencial dels emulsió-gels basats en polisacàrids sulfatats (k-carraguenina i agar) per a la producció d'un material capaç de simular teixit gras. Els resultats evidencien que els emulsió-gels d'agar són adequats per a produir materials que simulen les propietats dielèctriques podentimitar teixits de baix i alt contingut en aigua. / [EN] The aim of this doctoral thesis was to design and characterize the structure of gel-like structures based on polysaccharides extracted from aquatic biomass, with interest for food-related applications. The properties of polysaccharides extracted from seaweeds and aquatic plants make them suitable to produce a range of gel-like structures based on the formation of interconnected networks, such as hydrogels, aerogels and emulsion-gels. In the first part of this thesis, the different gelation mechanism of sulphated polysaccharides and the parameters affecting the structure and functional properties of the obtained hydrogels were investigated. Based on the results, the potential application of agar and k-carrageenan hydrogels and aerogels to encapsulate a model food protein such as casein was evaluated, thus exploring the protective effect against the enzymatic hydrolysis upon simulated gastrointestinal digestions. In the second part of this thesis, aerogel structures were developed by valorising an underutilized waste biomass source such as Arundo donax. This biomass was used to generate cellulosic fractions with different purification degrees and water-soluble bioactive extracts, which were subsequently used to produce hybrid bioactive aerogels. The highly porous structure and high sorption capacity of aerogels make them excellent candidates for the replacement of absorbent pads to maintain the quality of packaged meat products. Emulsion-gels are recognized for their great potential as functional ingredients in the food industry to modify texture and for solid fat replacement. Moreover, they can be used as a delivery vehicle for the controlled release of fat-soluble bioactive compounds. Thus, in the last part, the nature of interactions between the components in polysaccharide-based emulsion-gel formulations was investigated and related to their structure and mechanical and rheological behavior. After studying the gelation mechanism of carrageenan emulsion-gels, these systems were adapted and used for two different applications relevant to the food and biomedicine sectors. Firstly, oil-filled gel-like structures from agar and k-carrageenan emulsion-gels and oil-filled aerogels were produced and evaluated as carriers of a lipophilic bioactive such as curcumin. The results showed that the polysaccharide type and the physical state of the gel network had an impact on the structure of the digestion products. On the other hand, the potential of emulsion-gels based on sulphated polysaccharides (k-carrageenan and agar) for the production of tissue mimicking phantoms was evaluated. The results evidence that the agar emulsion-gels are suitable to produce materials simulating the dielectric properties to mimic low- and high-water content tissues. / Synchrotron experiments were performed at NCD beamline at ALBA Synchrotron with the collaboration of ALBA staff (2018022638 project). This work was financially supported by the grant RTI2018-094268-B-C22 (MCIU/AEI/FEDER, UE). Part of this work was supported by the COST Action ES1408 European network for algal-bioproducts (EUALGAE). Cynthia Fontes-Candia is recipient of a pre-doctoral grant from CONACYT (MEX/Ref. 306680). The projects RTI2018-094268-B-C22 and RTI2018-094408-J-I00 were funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by “ERDF A way of making Europe”. This work has also received financial support from project PID2019-107663RB-I00 from the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN). Cynthia Fontes-Candia is recipient of a pre-doctoral grant from CONACYT (MEX/Ref. 306680). Marta Martinez-Sanz is recipient of a Juan de la Cierva (IJCI-2015-23389) contract from the Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness. / Fontes Candia, C. (2022). Development and Characterization of Gel-Like Structures from Aquatic Biomass for Food Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181564 / TESIS / Compendio