Tesis por compendio / [ES] Esta tesis doctoral se centró en la valorización de diferentes fuentes de biomasa marina para desarrollar materiales biopoliméricos e ingredientes destinados a la industria alimentaria. Así pues, en la primera parte de la tesis, se llevó a cabo la valorización de la biomasa de diversas especies de algas con el objetivo de identificar compuestos de interés y evaluar su potencial para la producción de materiales biopoliméricos e ingredientes alimentarios ricos en proteínas. Entre estas especies se encontraba R. okamurae, un alga parda invasora que representa una amenaza para los ecosistemas marinos. No obstante, se demostró que esta especie posee un gran potencial como fuente sostenible de compuestos bioactivos, transformando su papel de amenaza en oportunidad. La biomasa de las algas rojas también destacó por su potencial en diversas aplicaciones, incluyendo el desarrollo de materiales rentables y respetuosos con el medio ambiente obtenidos mediante de un procesado mínimo. En este contexto, la composición y la estructura de las paredes celulares de las algas desempeñaron un papel fundamental para entender cómo se comporta cada especie durante el procesado y en las propiedades de las películas resultantes. Además de la producción de materiales, también se estudiaron las algas rojas como fuente de proteínas para el consumo humano. Aunque las algas nativas presentaron una baja digestibilidad, esta mejoró mediante su procesado. No obstante, a pesar de esta mejora en la digestibilidad, el procesado podía inducir la degradación de los aminoácidos más lábiles, lo que repercutía negativamente en la calidad nutricional de las proteínas. En la segunda parte de esta tesis, se exploraron varias especies de algas rojas para extraer agar de forma más eficiente mediante métodos simplificados, y se evaluó la idoneidad de los extractos obtenidos para desarrollar materiales biopoliméricos e hidrogeles para aplicaciones alimentarias. El grado de purificación del agar tuvo un impacto significativo en las propiedades finales tanto de las películas como de los hidrogeles. En el caso de las películas, las fabricadas con agar puro presentaron propiedades superiores; sin embargo, sufrieron cambios significativos en su estructura semicristalina durante el almacenamiento. Por el contrario, las películas derivadas de extractos de agar menos purificados mostraron una mayor estabilidad en el tiempo, sugiriendo su potencial como aditivo para reducir costes y mejorar la estabilidad de las películas de agar puro. En el caso de los hidrogeles, la purificación del agar condujo a la formación de hidrogeles con una resistencia y dureza más altas. Por otro lado, el protocolo de extracción simplificado produjo fracciones de agar menos purificadas que contenían compuestos adicionales como proteínas o polifenoles. Aunque esto dio lugar a hidrogeles menos rígidos y resistentes, podrían ser de interés para la producción de hidrogeles con propiedades bioactivas. En la tercera y última parte de la tesis, se abordó la valorización de los residuos industriales generados tras la extracción de alginato, con el propósito de obtener fracciones de celulosa mediante métodos simplificados para su aplicación en la producción de materiales biopoliméricos. En este contexto, se observó que los residuos de A. esculenta y S. latissima resultaron adecuados para la extracción de fracciones celulósicas, mientras que A. nodosum podría ser más interesante para la producción de extractos ricos en fucoidano. Las fracciones de celulosa con mayor pureza generaron películas con propiedades mecánicas y aspecto visual más deseables. En cambio, las fracciones menos purificadas presentaron una mayor barrera al vapor de agua. De acuerdo con los resultados, se determinó que la simple aplicación de un tratamiento alcalino puede producir fracciones de celulosa que dan lugar a películas con un equilibrio óptimo entre propiedades funcionales y eficiencia económica y medioambiental. / [CA] Aquesta tesi doctoral es va centrar en la valorització de diferents fonts de biomassa marina para desenvolupar materials biopolimèrics i ingredients destinats a la indústria alimentària. Així doncs, en la primera part de la tesi, es va dur a terme la valorització de la biomassa de diverses espècies d'algues amb l'objectiu d'identificar compostos d'interés i avaluar el seu potencial per a la producció de materials biopolimèrics i ingredients alimentaris rics en proteïnes. Entre aquestes espècies es trobava R. okamurae, una alga marró invasora que representa una amenaça per als ecosistemes marins. No obstant això, es va demostrar que aquesta espècie posseeix un gran potencial com a font sostenible de compostos bioactius, transformant el seu paper d'amenaça en oportunitat. La biomassa de les algues roges també va destacar pel seu potencial en diverses aplicacions, incloent-hi el desenvolupament de materials rendibles i respectuosos amb el medi ambient obtinguts mitjançant d'un processament mínim. En aquest context, la composició i l'estructura de les parets cel·lulars de les algues van exercir un paper fonamental per a entendre el comportament cada espècie durant el processament i en les propietats de les pel·lícules resultants. A més, també es van estudiar les algues roges com a font de proteïnes per al consum humà. Encara que les algues natives van presentar una baixa digestibilitat, aquesta va millorar mitjançant el seu processament. No obstant això, malgrat aquesta millora en la digestibilitat, el processament podia induir la degradació dels aminoàcids més làbils, la qual cosa repercutia negativament en la qualitat nutricional de les proteïnes. En la segona part d'aquesta tesi, es van explorar diverses espècies d'algues roges per a extraure agar de forma més eficient mitjançant mètodes simplificats, i es va avaluar la idoneïtat dels extractes obtinguts per a desenvolupar materials biopolimèrics i hidrogels per a aplicacions alimentàries. El grau de purificació de l'agar va tindre un impacte significatiu en les propietats finals tant de les pel·lícules com dels hidrogels. En el cas de les pel·lícules, les fabricades amb agar pur van presentar propietats superiors; no obstant això, van patir canvis significatius en la seua estructura semicristal·lina durant l'emmagatzematge. Per contra, les pel·lícules derivades d'extractes d'agar menys purificats van mostrar una major estabilitat en el temps, suggerint el seu potencial com a additiu per a reduir costos i millorar l'estabilitat de les pel·lícules d'agar pur. En el cas dels hidrogels, la purificació de l'agar va conduir a la formació d'hidrogels amb una resistència i duresa més altes. D'altra banda, el protocol d'extracció simplificat va produir fraccions d'agar menys purificades que contenien compostos addicionals com a proteïnes o polifenols. Encara que això va donar lloc a hidrogels menys rígids i resistents, podrien ser d'interés per a la producció d'hidrogels amb propietats bioactius. En la tercera i última part de la tesi, es va abordar la valorització dels residus industrials generats després de l'extracció d'alginat, amb el propòsit d'obtindre fraccions de cel·lulosa mitjançant mètodes simplificats per a la seua aplicació en la producció de materials biopolimèrics. En aquest context, es va observar que els residus de A. esculenta i S. latissima van resultar adequats per a l'extracció de fraccions cel·lulòsiques, mentre que A. nodosum podria ser més interessant per a la producció d'extractes rics en fucoidans. Les fraccions de cel·lulosa amb major puresa van generar pel·lícules amb propietats mecàniques i aspecte visual més desitjables. En canvi , les fraccions menys purificades van presentar una major barrera al vapor d'aigua. D'acord amb els resultats, es va determinar que la simple aplicació d'un tractament alcalí pot produir fraccions de cel·lulosa que donen lloc a pel·lícules amb un equilibri òptim entre propietats funcionals i eficiència econòmica i mediambiental. / [EN] This doctoral thesis focused on the valorization of different sources of marine biomass with the main purpose of developing biopolymeric materials and ingredients for the food industry. Thus, in the first part of the thesis, the valorization of biomass from different algae species was carried out to identify compounds of interest and assess their potential to produce biopolymeric materials and protein-rich food ingredients. Among these species was Ruguloperyx okamurae, an invasive brown seaweed that poses a threat to marine ecosystems. However, this species was shown to have significant potential as a sustainable source of bioactive compounds, transforming its role as a threat into a valuable opportunity. Red seaweed biomass was also highlighted for its potential in a variety of applications, including the development of cost-effective and environmentally friendly materials for food applications obtained through minimal processing. In this context, the composition and structure of the algal cell walls played a crucial role in understanding how each species behaves during processing and in the properties of the resulting films. In addition to the production of biopolymeric materials, red seaweeds were also studied as a source of proteins for human consumption. Although native seaweeds had low digestibility, this was improved through processing. However, it is important to note that, despite the improvement in digestibility, processing could induce the degradation of more labile amino acids, having a negative impact on the nutritional quality of the proteins. In the second part of this thesis, several species of red seaweeds were explored to extract agar more efficiently by simplified methods, and the suitability of the extracts obtained to develop biopolymeric materials and hydrogels for food applications was evaluated. It could be observed that the degree of agar purification had a significant impact on the final properties of both films and hydrogels. In the case of films, those made of pure agar exhibited superior properties; however, they underwent significant changes in their semicrystalline structure during storage. In contrast, those films derived from less purified agar extracts showed greater stability over time, suggesting the potential of less purified agars as additives to reduce costs and improve the stability of pure agar films. Regarding the hydrogels, agar purification led to the formation of hydrogels with significantly higher strength and hardness. On the other hand, the simplified extraction protocol produced less purified agar fractions containing other compounds such as proteins, polyphenols, and minerals. Although this resulted in less rigid and resistant hydrogels, this feature could be advantageous for the production of hydrogels with bioactive properties. In the third and last part of the thesis, the valorization of industrial wastes generated after alginate extraction was addressed, with the purpose of obtaining cellulosic fractions by simplified methods for their application in the production of biopolymeric materials. In this context, it was observed that the residues of Alaria esculenta and Saccharina latissima were suitable for the extraction of cellulosic fractions, while Ascophyllum nodosum might be more interesting for the production of fucoidan-rich extracts. Cellulosic fractions with higher purity produced films with more desirable mechanical properties and visual appearance. Conversely, less purified fractions presented a greater barrier to water vapor. According to the results, it was determined that the simple application of an alkaline treatment could produce cellulosic fractions that resulted in films with an optimal balance between functional properties and economic and environmental efficiency in biopolymeric material production. / This work was financially supported by the “Agencia Estatal de Investigación” (PCI2018-092886 Grant) and co-funded by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (ERA-Net SUSFOOD2) and by the grant TED2021-129711B-I00, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by the European Union NextGenerationEU/PRTR. This work was done within the framework of a collaboration with HISPANAGAR S.L (Burgos, Spain). The research was funded by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities through projects PID2020-114821RB-I00, PID2020-117744RJ-I00, as well as CEX2021-001189-S, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033. The authors also acknowledge funding through project CIRCALGAE (Horizon Europe) under grant agreement 101060607. In all projects, funding from “ERDF A way of making Europe”, the “European Union” or the “European Union NextGenerationEU/PRTR” is also acknowledged. / Cebrián Lloret, V. (2024). Valorization of Marine Biomass for the Development of Biopolymeric Materials and Additives with Functional Properties [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202961 / Compendio

[ES] La presente Tesis doctoral plantea distintas estrategias para el diseño y desarrollo de oleogeles estables, con un perfil lipídico de alta calidad nutricional y la posterior incorporación de los oleogeles en la formulación de distintos alimentos. Se pretende diseñar alimentos mediante el reemplazo de grasas sólidas, ricas en ácidos grasos saturados y trans por oleogeles, que, por un lado, mantengan las propiedades texturales y organolépticas, y, por otro lado, presenten un perfil lipídico mejorado. En una primera etapa, se desarrollaron oleogeles elaborados con 1% de hidroxipropilmetilcelulosa y 0,6% de goma xantana empleando dos condiciones de secado diferentes: secado convencional en estufa a 80 °C durante 10 h 30 min y secado a vacío a 60 °C durante 24 h. Los aceites estructurados fueron aceite de oliva, lino, girasol y girasol alto oleico. La microestructura permitió apreciar oleogeles bien estructurados cuando se utilizaron los aceites de oliva, girasol y girasol alto oleico. La estabilidad física y las propiedades reológicas corroboraron la formación de oleogeles de alta estabilidad física, a lo largo de 35 días de almacenamiento, y con un comportamiento de gel sólido. Se observó que tanto el grado de insaturación del aceite como las condiciones de secado afectaron a la estabilidad física y química del oleogel. De esta manera, se obtuvieron oleogeles poco estructurados y no homogéneos al utilizar aceite con un alto grado de insaturación, como el aceite de lino, por secado convencional, mientras que no fue factible desarrollar oleogeles de lino con secado a vacío. Además, el secado en estufa convencional a 80 °C durante 10 h 30 min generó oleogeles de girasol y de girasol alto oleico con mayor estabilidad estructural y física que el secado a 60 °C durante 24 h. Los oleogeles de oliva y de girasol alto oleico producidos por secado convencional y los oleogeles de oliva y de girasol producidos por secado a vacío presentaron valores de estabilidad oxidativa primaria y secundaria dentro de los límites de aceptabilidad establecidos por el Codex Alimentarius. En una segunda etapa se desarrollaron cremas de cacao untables y panes dulces. En las cremas se estudió la microestructura, textura, reología y atributos sensoriales. La reformulación de las cremas con un reemplazo total (100%) y parcial (50%) de grasa de coco por oleogeles de oliva o girasol obtenidos por secado a vacío permitió mantener sus propiedades estructurales. Concretamente, la sustitución parcial de grasa de coco por oleogel de girasol permitió obtener cremas con atributos sensoriales como "apariencia cremosa", "textura cremosa" y "sabor a cacao", por lo que podría ser una alternativa viable para reformular cremas untables con un perfil nutricional más saludable. Los oleogeles de oliva o girasol alto oleico obtenidos por secado convencional y previamente caracterizados, se emplearon en la formulación de panes dulces elaborados al horno o al vapor. La reformulación con oleogeles permitió obtener panes con unas características estructurales y apariencia similar a la de los panes elaborados con margarina. La realización de una prueba triangular mostró diferencias en la apariencia de la miga y el sabor, mientras que no se observaron diferencias para el atributo textura entre los panes elaborados con oleogeles y con margarina. No se encontraron diferencias en la cantidad de ácidos grasos liberados tras la digestión in vitro entre los panes dulces elaborados con oleogeles y con margarina. Sin embargo, la velocidad inicial de la digestibilidad lipídica fue diferente dependiendo del tipo de procesado, horneado o vaporización, empleado en la elaboración de los panes. El desarrollo de oleogeles a base de hidrocoloides además de ofrecer a la industria alimentaria una alternativa como sustituto de grasas plásticas, podría investigarse como estrategia para modular la digestión de lípidos y brindar beneficios para la salud. Todas las estrategias abordadas en el transcurso de esta Tesis permitieron comprender y ahondar en los conocimientos que conducen a cómo reformular un alimento para mejorar su perfil lipídico sin comprometer sus características sensoriales y fisicoquímicas. / [CA] La present Tesi doctoral planteja diferents estratègies per al disseny i desenvolupament d'oleogels estables, amb un perfil lipídic d'alta qualitat nutricional, i la posterior incorporación dels oleogels en diferents aliments. Es pretén dissenyar aliments mitjançant el reemplaçament de greixos sòlids, rics en àcids grassos saturats i trans per oleogels, que d'una banda, mantinguen les propietats texturals i organolèptiques, i d'altra banda, presenten un perfil lipídic millorat. En una primera etapa, es van desenvolupar oleogels elaborats amb un 1% de hidroxipropilmetilcel·lulosa i un 0,6% de goma xantana emprant dues condicions d'assecat diferents: assecat convencional en estufa a 80 °C durant 10 h 30 min i assecat a buit a 60 °C durant 24 h. Els olis estructurats van ser d'oliva, de lli, de gira-sol i de gira-sol alt oleic. La microestructura va permetre apreciar oleogels ben estructurats quan es van utilitzar els olis d'oliva, gira-sol i gira-sol alt oleic. L'estabilitat física i les propietats reològiques van corroborar la formació d'oleogels d'alta estabilitat física, al llarg de 35 dies d'emmagatzematge, i amb un comportament de gel sòlid. Tant el grau d'insaturació de l'oli com les condicions d'assecat van afectar l'estabilitat física i química del oleogel. D'aquesta manera, es van obtindre oleogels poc estructurats i no homogenis en utilitzar oli amb un alt grau d'insaturació, com l'oli de lli, per assecat convencional, mentre que no va ser factible desenvolupar oleogels de lli amb assecat a buit. A més, l'assecat en estufa convencional a 80 °C durant 10 h 30 min va generar oleogels de gira-sol i de gira-sol alt oleic amb major estabilitat estructural i física que l'assecat a 60 °C durant 24 h. Els oleogels d'oliva i gira-sol alt oleic, produïts per assecat convencional i els oleogels d'oliva i gira-sol produïts per assecat a buit van presentar valors d'estabilitat oxidativa primària i secundària dins dels límits d'acceptabilitat establits pel Codex Alimentarius. En una segona etapa, es van desenvolupar cremes de cacau untables i pans dolços. En aquest treball, es va estudiar la microestructura, textura, reologia i atributs sensorials de les cremes untables. La reformulació de cremes amb un reemplaçament total (100%) i parcial (50%) de greix de coco per oleogels d'oliva o gira-sol obtinguts per assecat a buit, va permetre mantindre les propietats estructurals de les cremes untables. Concretament, la substitució parcial de greix de coco per oleogel de gira-sol va ser descrita amb atributs sensorials com a "aparença cremosa", "textura cremosa" i "sabor de cacau", la qual cosa podria ser una alternativa viable per a reformular cremes per a untar amb un perfil nutricional més saludable. Els oleogels d'oliva o gira-sol alt oleic obtinguts per assecat convencional i prèviament caracteritzats, es van empra en la formulació de pans dolços cuinats al forn o al vapor. Es van estudiar les propietats estructurals, i la digestibilitat lipídica in vitro del producte final. La reformulació amb oleogels va permetre obtindre pans amb unes característiques estructurals i aparença similar a la dels pans elaborats amb margarina. La realització d'una prova triangular va mostrar diferències en l'aparença de la molla i el sabor, mentre que no es van observar diferències per a l'atribut textura, entre els pans elaborats amb oleogels i amb margarina. No es van trobar diferències en la quantitat d'àcids grassos alliberats després de la digestió in vitro entre els pans dolços elaborats amb oleogels i amb margarina. No obstant això, la velocitat inicial de la digestibilitat lipídica va ser diferent depenent de la mena de processament, enfornat o vaporatge, emprat en l'elaboració dels pans. El desenvolupament d’oleogels a base de hidrocol∙loides, a més d ́oferir a la indústria alimentària una alternativa com a substitut de greixos plàstics, podria investigar-se com a estratègia per modular la digestió de lípids i brindar beneficis per la salut. Totes les estratègies abordades en el transcurs d'aquesta Tesi van permetre comprendre i aprofundir en els coneixements que condueixen a com reformular un aliment per a millorar el seu perfil lipídic sense comprometre les seues característiques sensorials i fisicoquímiques. / [EN] The research of this doctoral thesis proposes different strategies for the design and development of stable oleogels, with high nutritional lipid profile and the subsequent incorporation of the oleogels in the formulation of different . It aims to design foods by replacing solid fats, rich in saturated and trans fatty acids with oleogels, which, on the one hand, maintain the textural and organoleptic properties, and on the other hand, present an improved lipid profile. In a first stage, oleogels made with 1% hydroxypropylmethylcellulose and 0.6% xanthan gum were developed using two different drying conditions: conventional drying in an oven at 80 ° C for 10 h 30 'and vacuum drying at 60 ° C for 24 h. The structured oils were olive, flaxseed, sunflower and high oleic sunflower oil. The microstructure showed the oleogels structured, when olive, sunflower or high oleic sunflower oils were used. Physical stability and rheological properties corroborated the formation of oleogels with high physical stability, over 35 days of storage, and with a solid gel behaviour. Both the degree of unsaturation of the oil and the drying conditions affected the physical and chemical stability of the oleogel. In this way, unstructured non-homogeneous oleogels were obtained by using oil with a high degree of unsaturation, such as flaxseed oil, by conventional drying, while it was not feasible to develop flaxseed oleogels with vacuum drying. Furthermore, drying in a conventional oven at 80 ° C for 10 h 30 min generated sunflower and high oleic sunflower oleogels with more structural and physical stability than drying at 60 ° C for 24 h. Olive and high oleic sunflower oleogels, produced by conventional drying, and olive and sunflower oleogels produced by vacuum drying, presented primary and secondary oxidative values within the acceptability limits established by the Codex Alimentarius. In a second stage, spreadable cocoa creams and sweet breads were developed. The microstructure, texture, rheology and sensory attributes of spreadable creams were studied. The reformulation of cocoa creams with a total (100%) and partial (50%) replacement of coconut fat by olive or sunflower oleogels obtained by vacuum drying allowed to maintain the structural properties of spreadable creams. Specifically, the partial substitution of coconut fat for sunflower oleogel gave place to creams described with sensory attributes such as "creamy appearance", "creamy texture" and "cocoa flavor"; therefore, it could be a viable alternative to reformulate spreads with a healthier nutritional profile. The olive or sunflower oleogels obtained by conventional drying and previously characterized, were used in the formulation of sweet breads made in the oven or steamed. Replacement of margarine for oleogels produced breads with similar structural characteristics and appearance that those made with margarine. A triangular discriminatory test showed differences in the appearance of the crumb and the flavor, while no differences were observed for the texture attribute, between the breads made with oleogels or with margarine. No differences were found in the amount of fatty acids released after in vitro digestion between sweet breads made with oleogels and margarine. However, the initial rate of lipid digestibility was different depending on the type of processing, baking or steaming, used in the preparation of the breads. In addition to offering the food industry an alternative as a substitute for plastic fats, the debe lopment of hydrocolloid-based oleogels could be investigated as a strategy to modulate lipid digestion and provide health benefits. / Bascuas Véntola, SM. (2021). Estructuración de aceites mediante el uso de hidrocoloides para sustituir grasas plásticas en los alimentos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174797