Tesis por compendio / [ES] La importancia económica del fruto del lulo, su riqueza nutricional, accesibilidad y el elevado volumen de desperdicio asociado a la escasa industrialización, han provocado que este cultivo sea considerado por el gobierno colombiano como una de las cadenas productivas priorizadas para el desarrollo tecnológico y de innovación. Sobre este cultivo se plantea la siguiente tesis doctoral, que tiene como objetivo general: Desarrollar productos medianamente procesados a partir del fruto del lulo mediante la aplicación de tecnologías sostenibles y/o innovadoras que garanticen la estabilidad de sus compuestos bioactivos y que permitan incluir otros, como los probioticos, de una forma controlada. Los productos irán dirigidos a la población adulta con problemas de obesidad e hipertensión y a la población infantil con problemas de desnutrición del departamento del Chocó (Colombia). La consecución de este objetivo se aborda desde tres enfoques que configuran los tres capítulos en los que se ha estructurado el apartado de resultados: (i) conocer las principales deficiencias de la población infantil, de entre 2 y 5 años, en Quibdó, una de las zonas más desfavorecidas del departamento del Chocó; (ii) determinar la adecuación del fruto de lulo para el desarrollo de alimentos que ayuden a paliar las diferentes formas de malnutrición en la población infantil y adulta. Y establecer las posibilidades de aplicación de tecnologías que garanticen la estabilidad de sus compuestos bioactivos y que permitan incluir otros, como los probióticos; (iii) determinar las características del residuo que pueda generarse a partir del fruto del lulo y proponer un procedimiento que asegure el aprovechamiento integral del mismo. Los resultados del primer capítulo mostraron que, aunque las deficiencias en los principales macronutrientes en la población infantil no son alarmantes, sí que lo es el aporte de fibra y de micronutrientes como las vitaminas A y C y de minerales como el calcio. Esta situación está provocada, principalmente, por la ausencia total de la leche fresca y el escaso consumo de frutas y verduras. El lulo resultó ser, prácticamente, la única fruta que consumen. lo que confirma su elevada accesibilidad y aceptación. Los resultados experimentales del segundo capítulo mostraron el lulo como una fruta con propiedades fisicoquímicas y funcionales ventajosas para el desarrollo de productos alimenticios saludables a partir de recursos autóctonos de la región del Pacífico colombiano. Sus características estructurales permiten la incorporación de protectores, conservantes, compuestos fisiológicamente activos u otros aditivos. El perfil polifenólico obtenido por LC-MS, reveló la presencia de 288 compuestos pertenecientes a diferentes clases fenólicas. Además, el aumento de la presión del tratamiento de HPH incrementó la diversidad de polifenoles del zumo. El zumo de lulo también resultó ser una matriz adecuada para que Lactobacillus reuteri CECT 925 pueda llevar a cabo la fermentación dando lugar a un zumo con potenciales propiedades probióticas. Aunque los niveles de viabilidad fueron mayores en los zumos homogeneizados a 100 MPa y pH 5,5, en todas las muestras se logró una concentración mínima de 107 UFC/mL al final del ensayo, concentración suficiente para que el microorganismo pueda ejercer sus efectos beneficiosos para la salud en el tracto intestinal del huésped. En el último capítulo, se determinó la composición y las propiedades del bagazo resultante de obtener zumo de lulo y se valoraron diferentes procedimientos para realizar un aprovechamiento integral del mismo. Los resultados pusieron de manifiesto que el bagazo de lulo es una materia prima adecuada para obtener un polvo rico en fibra y carotenoides, que podría ser utilizado como ingrediente en la industria alimentaria y también a nivel doméstico. Se mostró un desequilibrio en la proporción entre fibra soluble e insoluble, lo que debería tenerse en cuenta en las aplicaciones posteriores y sobre todo si el producto se utiliza para alimentación infantil. / [CA] La importància econòmica del fruit del lulo, la seua riquesa nutricional, accessibilitat i l'elevat volum de desaprofitament associat a l'escassa industrialització, han provocat que aquest cultiu siga considerat pel govern colombià com una de les cadenes productives prioritzades per al desenvolupament tecnològic i d'innovació. Sobre aquest cultiu es planteja la següent tesi doctoral, que té com a objectiu general: Desenvolupar productes mitjanament processats a partir del fruit del lulo mitjançant l'aplicació de tecnologies sostenibles i/o innovadores que garantisquen l'estabilitat dels seus compostos bioactius i que permeten incloure uns altres, com els probiotics, d'una forma controlada. Els productes aniran dirigits a la població adulta amb problemes d'obesitat i hipertensió i a la població infantil amb problemes de desnutrició del departament del Chocó (Colòmbia). La consecució d'aquest objectiu s'aborda des de tres enfocaments que configuren els tres capítols en els quals s'ha estructurat l'apartat de resultats: (i) Conéixer les principals deficiències de la població infantil, d'entre 2 i 5 anys, en Quibdó, una de les zones més desfavorides del departament del Chocó; (ii) determinar l'adequació del fruit de lulo per al desenvolupament d'aliments que ajuden a pal·liar les diferents formes de malnutrició en la població infantil i adulta. I establir les possibilitats d'aplicació de tecnologies que garantisquen l'estabilitat dels seus compostos bioactius i que permeten inclouren d'altres, com els probiòtics; (iii) determinar les característiques del residu que puga generar-se a partir del fruit del lulo i proposar un procediment que assegure l'aprofitament integral d'aquest. Els resultats del primer capítol mostraren que, encara que les deficiències en els principals macronutrients en la població infantil no són alarmants, sí que ho és l'aportació de fibra i de micronutrients com les vitamines A i C i de minerals com el calci. Aquesta situació está provocada, principalment, per l'absència total de la llet fresca en la dieta i l'escàs consum de fruites i verdures. El lulo resulta ser, pràcticament, l'única fruita que consumeixen. Els resultats experimentals del segon capítol mostraren el lulo com una fruita amb propietats fisicoquímiques i funcionales avantatjoses per al desenvolupament de productes alimentaris saludables a partir de recursos autòctons de la regió del Pacífic colombià. Les seues característiques estructurals permeten la incorporació de protectors, conservants i compostos actius o altres aditius. El perfil polifenòlic obtingut per LC-MS, mostrà la presencia de 288 compostos de diferents naturalesa polifenòlica. A més, l'augment de la presió del tractament de HPH incrementà la diversitat de polifenols del suc. El suc de lulo també va resultar ser una matriu adequada perquè Lactobacillus reuteri CECT 925 puga dur a terme la fermentació donant lloc a un suc amb potencials propietats probiòtiques. Encara que els nivells de viabilitat van ser majors en els sucs homogeneïtzats a 100 MPa i pH 5,5, en totes les mostres es va aconseguir una concentració mínima de 107 UFC/mL al final de la digestió gastrointestinal in vitro, concentració suficient perquè el microorganisme puga exercir els seus efectes beneficiosos per a la salut en el tracte intestinal de l'hoste. En l'últim capítol, es va determinar la composició i les propietats del bagàs resultant d'obtindre suc de lulo i es van valorar diferents procediments per a realitzar un aprofitament integral d'aquest. Els resultats van posar de manifest que el bagàs de lulo és una matèria primera adequada per a obtindre una pols rica en fibra i carotenoids, que podria ser utilitzat com a ingredient en la indústria alimentària i també a nivell domèstic. Es va mostrar un desequilibri en la proporció entre fibra soluble i insoluble, la qual cosa hauria de tindre's en compte en les aplicacions posteriors i sobretot si el producte s'utilitza per l’alimentació infantil. / [EN] The economic importance of the lulo fruit, its nutritional richness, accessibility and the high volume of waste associated with low industrialization, have led the Colombian government to consider this crop as one of the priority production chains for technological development and innovation. The general objective of the following doctoral thesis is to develop moderately processed products from the lulo fruit through the application of sustainable and/or innovative technologies that guarantee the stability of its bioactive compounds and allow the inclusion of others, such as probiotics, in a controlled way. The final products will be aimed at the adult population with obesity and hypertension problems and the child population with malnutrition problems in the department of Chocó (Colombia). The achievement of this objective is approached from three focuses that make up the three chapters in which the results section is structured: (i) To know the main deficiencies of the child population, aged between 2 and 5 years, in Quibdó, one of the most disadvantaged areas of the department of Chocó; (ii) to determine the suitability of the lulo fruit for the development of foods that help to alleviate the different forms of malnutrition in the child and adult population. And to establish the possibilities of applying technologies that guarantee the stability of its bioactive compounds and allow the inclusion of others, such as probiotics; (iii) to determine the characteristics of the residue that can be generated from the lulo fruit and propose a procedure that ensures its integral use. The results of the first chapter showed that, although the deficiencies in the main macronutrients in the child population are not alarming, the deficiencies in fibre and micronutrients such as vitamins A and C and minerals such as calcium are alarming. This situation is mainly caused by the total absence of fresh milk in the diet and the low consumption of fruit and vegetables. Lulo was practically the only fruit consumed. In the second chapter, the experimental results obtained showed lulo as a fruit with advantageous physicochemical and functional properties for the development of healthy food products from indigenous resources of the Colombian Pacific region. Its structural characteristics allow the incorporation of protectants, preservatives, physiologically active compounds, or other additives. The polyphenolic profile obtained by LC-MS revealed the presence of 288 compounds belonging to different phenolic classes. In addition, increasing the pressure of the HPH treatment increased the polyphenol diversity of the juice. Lulo juice also proved to be a suitable matrix for Lactobacillus reuteri CECT 925 to carry out fermentation resulting in a juice with potential probiotic properties. Although viability levels were higher in the juices homogenized at 100 MPa and pH 5.5, a minimum concentration of 107 CFU/mL was achieved in all samples at the end of in vitro gastrointestinal digestion, which is sufficient for the microorganism to exert its beneficial health effects in the host's intestinal tract. In the last chapter, the composition and properties of the bagasse resulting from the production of lulo juice were determined and different procedures for its full utilization were evaluated. The results showed that lulo bagasse is a suitable raw material to obtain a powder rich in fibre and carotenoids, which could be used as an ingredient in the food industry and also at household level. An imbalance in the ratio between soluble and insoluble fibre was shown, which should be considered in subsequent applications and especially if the product is used for baby food. / Al proyecto FORTALECIMIENTO DE ENCADENAMIENTOS PRODUCTIVOS DE LA SUBREGIÓN DEL CHOCÓ – Número BPIN: 2013000100284 financiado por el Fondo de Ciencia Tecnología e Innovación CTel. (MINCIENCIAS) del Sistema General de Regalías de Colombia, con recursos del departamento del Chocó y ejecutado por la Universidad Tecnológica del Chocó “Diego Luis Córdoba”. / Hinestroza Còrdoba, LI. (2021). Aplicación de tecnologías sostenibles para el desarrollo de alimentos nutritivos y saludables dirigidos a mejorar el estado nutricional de la población del departamento del Chocó (Colombia) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180266 / TESIS / Compendio

Les bactéries du genre Deinococcus sont des microorganismes qui présentent des propriétés remarquables de résistance aux conditions extrêmes telles que les radiations ionisantes, les stress oxydatifs, la dessiccation ou encore les températures extrêmes. L’exploitation de leurs capacités présente donc un réel intérêt pour les procédés biotechnologiques de production de métabolites d’intérêt, les biocarburants. Néanmoins, la physiologie et le métabolisme de ces microorganismes ont été très peu étudiés à ce jour. L’objectif de ce travail est d’identifier les exigences nutritionnelles d’une souche de déinocoques, Deinococcus geothermalis, dans le but de définir la composition d’un milieu synthétique permettant une croissance sans limitation. L’étude statistique de quarante huit formulations de milieux de culture a mis en évidence la variabilité qualitative et quantitative des compositions des milieux utilisés pour leur culture. Il ressort que l’ajout de facteurs stimulant la croissance, sous forme d’extrait de levure, est indispensable à la croissance non limitée de la souche Deinococcus geothermalis DSM 11300. En bioréacteur à 45 °C, sur un milieu complexe et substrat glucose, une concentration finale de 2,7 gMS.L-1 a été obtenue en six heures avec un taux de croissance égal à 0,65 h 1. Les résultats ont montré une variabilité intra-espèce importante ; parmi les trois souches de Deinococcus geothermalis étudiées, DSM 11300, DSM 11301 et DSM 11302, la souche Deinococcus geothermalis DSM 11302 présente la meilleure croissance en termes de nombre de générations, en milieu défini ou complexe. L’étude de l’influence des étapes de préparation de l’inoculum a permis de standardiser les conditions de préparation de l’inoculum préalablement aux cultures en bioréacteur. La souche Deinococcus geothermalis DSM 11302 présente une croissance exponentielle durant quatre heures en bioréacteur sur un milieu défini avec 10 g.L-1 de glucose ; le taux de croissance de 0,25 h-1 ne se maintient pas sur une durée plus longue. Le rendement de production de biomasse à partir du glucose atteint 0,25 gX.gGlc-1 soit 0,30 CmolX.CmolGlc-1. L’ajout de sources carbonées, sources soufrées, vitamines ou autres facteurs de croissance ne permet pas d’améliorer la croissance de la souche dans ces conditions. Sur ces bases, la quantification de la physiologie de Deinococcus geothermalis DSM 11302 a été étudiée lors d’une culture en mode discontinu alimenté avec une stratégie d’apport de deux substrats, l’extrait de levure et le glucose. Le mode de conduite a permis de révéler que le glucose n’est pas la source de carbone assimilée préférentiellement et que l’extrait de levure peut être consommé comme source azotée organique et/ou comme source carbonée. Les déinocoques sont caractérisés par un métabolisme principalement protéolytique : il a été possible de confirmer que l’extrait de levure est indispensable à la croissance non limitée de Deinococcus geothermalis DSM 11302. Avec cette stratégie d’alimentation co-substrats, 253 g d’extrait de levure et 26 g de glucose ont été ajoutés pour produire 99 gMS de biomasse soit 9,6 gMS.L-1 en six heures. Les vitesses spécifiques maximales de consommation des substrats, extrait de levure et glucose, atteignent respectivement 0,68 et 0,39 Cmol.CmolX-1.h-1. Le taux de croissance exponentiel maximal obtenu est égal à 1.05 h-1, meilleur résultat décrit à ce jour pour un déinocoque. Ces résultats contribuent ainsi à implémenter l’état des connaissances sur la physiologie et les exigences nutritionnelles de Deinococcus geothermalis et donnent accès aux valeurs de paramètres cinétiques et de rendements, données absentes de la littérature / Bacteria belonging to Deinococcaceae family are microorganisms with exceptional resistance properties to extreme environmental conditions such as ionizing radiations, oxidative stress, dehydration or extreme temperatures. These properties make them interesting targets for biotechnological processes for metabolite production like biofuels. Nevertheless, physiological behaviour and metabolism of these microorganisms have been little studied to date. The main objective of this work was to study the nutritional requirements for the growth of a Deinococcaceae strain, Deinococcus geothermalis, in order to define a synthetic medium sufficient for a non-limiting growth of this strain. The statistical study of 48 culture media formulations highlighted a lot of variability between the compositions used for their growth. A limiting growth of the strain Deinococcus geothermalis DSM 11300 was obtained on the defined medium DM chosen for this work, in Erlenmeyer flasks and in bioreactor, unless yeast extract was added to the medium. Cultivated in a bioreactor at 45 °C, on a complex medium with glucose (CMG), the biomass concentration reached 2.7 gMS.L-1 in six hours with a growth rate of 0.65 h-1. The results showed intra-specie variability; the strain Deinococcus geothermalis DSM 11302 exhibits the best number of generation in both complex and defined media. The study of the influence of inoculum preparation steps allowed standardizing the conditions of inoculum preparation before cultures in bioreactor. The strain Deinococcus geothermalis DSM 11302 has a four hours exponential growth when cultured in bioreactor on the defined medium DM at 45 °C, but the maximal growth rate of 0.28 h-1 decreases rapidly. The yield of biomass production on glucose reached 0.25 gX.gGlc-1 (0.30 CmolX.CmolGlc-1). Oxygen uptake and glucose specific uptake rates were 3.3 mmol.L-1.h-1 and 0.57 CmolGlc.CmolX.h-1 respectively. None of the carbon sources, sulfur sources or growth factors added to the defined medium DM could improve growth results of the strain Deinococcus geothermalis DSM 11302. For the quantification of Deinococcus geothermalis DSM 11302 physiology, a fed batch culture strategy with a yeast extract and glucose co-substrate feed was chosen. This strategy revealed that glucose is not the preferential carbon source for biomass production. In addition, yeast extract can be consumed as organic nitrogen source and/or as carbon source. Deinococcaceae are mainly proteolytic microorganisms, yeast extract is an essential element to obtain a non-limiting growth of Deinococcus geothermalis DSM 11302. With this co substrate feed strategy, 253 g of yeast extract and 26 g of glucose were added to produce 99 gMS of biomass or 9.6 gMS.L-1 in six hours. The maximal yeast extract and glucose specific uptake rate reached respectively 0.68 and 0.39 Cmol.CmolX 1.h 1. The maximal exponential growth rate is 1.05 h-1, which is the best result describes to date for a Deinococcaceae strain. These results implement the knowledge on physiology and nutritional requirements of Deinococcus geothermalis and give access to quantitative values for characteristic kinetic parameters and conversion yields

Sweet-potato contains a limited amount of protein, although rich in dietary fibre content and carbohydrate, so a successful combination with wheat flour for bread and biscuit production would be nutritionally advantageous. In particular, the role of these ingredients in relating to acceptability of breads and biscuit with higher percentage of sweet potato starch, flour in wheat flour. In this study, starch, flour and residue fibre of three sweet-potato varieties (red, orange and white -types) were studied. The 5 -10% combination levels for biscuit-making were found to be acceptable, without affecting the quality of the biscuit (combination of texture and biscuit size). In bread, bread containing 15% red and white replacement starches and orange replacement flour was found to be acceptable level, without affecting the quality of the bread, in an attempt to replace wheat at higher per cent level. The physicochemical study was complemented with a nutritional study to determine beneficial effects of food rich in dietary fibre and starches, in the context of improving diet related problems. RVA results showed sweet-potato ingredients affected differently the pasting temperature, peak viscosity and final viscosity of the normal wheat flour (p<0.05). Fibre inclusion showed large reduction in viscosity and swelling of sweet potato starch. Biscuits and breads containing sweet-potato starch and flour are low in amylose, and digest slowly because of lowly oriented and ‘crystalline’ areas within the granules enable to swell or to ungelatinised starch granules, whereas wheat control biscuit was able to gelatinised starch and exerted a greater effect upon digestibility. There are many other factors that need to be considered when analysing the in vitro starch digestibility such including amylose content, amylopectin structure and presence of fibre and gelatinising. Sweet-potato starch, flour and fibre addition show least effect on bread texture and size and starch, flour and fibre replacement. However, in in vitro starch digestibility test higher values RSS was recorded for starch addition followed by flour addition.