Starch modification is a widely employed and important technique, allowing to obtain ingredients with different characteristics, expanding the range of applications of starches and bringing competitive advantages for different industries. Despite the production of toxic residues, and despite the increasing concern about environmental issues, the use of chemical agents in starch modification by oxidation is still very popular. Ozone can be a solution to change it, since is a very powerful oxidising agent that can be quickly decomposed into oxygen, whose residues meet the global demand for sustainability. Therefore, it can be a safer alternative for both consumers and environment. In this work the use of ozone in aqueous solution as a starch modification method was evaluated. The effects of the different ozonation times on the structure and properties of the potato starch were investigated. With increasing the ozonation time, it was observed an increase in the carbonyl, carboxyl and reducing sugar contents, as well as a decrease in the pH, apparent amylose content and molecular size, demonstrating that the potato starch processed with ozone was modified in its molecular level. Further, X-ray diffraction analysis showed no significant changes in the relative crystallinity of the granules, while in the microscopy analysis it was observed some alterations in the granules morphology. All these changes directly affected the modified starch properties, resulting in significant differences in the pasting properties, gel texture and paste clarity. The obtained results are promising, since they can prove the effectiveness of using ozone, a still little explored and sustainable method, as an efficient oxidizing agent for starch modification. / Modificação de amidos é uma técnica amplamente empregada e muito importante, permitindo a obtenção de ingredientes com diferentes características, ampliando a gama de aplicação dos amidos e trazendo vantagens competitivas para diferentes indústrias. Apesar da produção de resíduos tóxicos, e apesar da crescente preocupação com as questões ambientais, o uso de agentes químicos na modificação de amidos ainda é muito popular. O ozônio pode ser uma alternativa para mudar este cenário, uma vez que é um poderoso agente oxidante que pode ser rapidamente decomposto em oxigênio, cujos resíduos vão de encontro com a demanda global por sustentabilidade. Portanto, esta pode ser uma alternativa mais segura tanto para os consumidores quanto para o meio ambiente. Neste trabalho avaliou-se o uso de ozônio em solução aquosa como método de modificação de amido. Foram investigados os efeitos de diferentes tempos de ozonização na estrutura e nas propriedades do amido de batata. Com o aumento do tempo de ozonização, foram observados aumento nos teores de carbonila, carboxila e açúcares redutores e diminuição no pH, no teor de amilose aparente e no tamanho molecular, demonstrando que o amido de batata processado com ozônio foi modificado a nível molecular. Além disso, análises de difração de raio-X não mostraram alterações significativas na cristalinidade relativa dos grânulos, enquanto nas análises de microscopia foram observadas algumas alterações na morfologia dos grânulos. Todas estas alterações afetaram diretamente as propriedades do amido modificado, resultando em diferenças significativas nas propriedades de pasta, textura de gel e claridade de pasta. Os resultados obtidos são bastante promissores, uma vez que provam a eficácia de se utilizar o ozônio, um método sustentável e ainda pouco explorado, como um eficaz agente oxidante para a modificação de amido.

Starch modification is a widely employed and important technique, allowing to obtain ingredients with different characteristics, expanding the range of applications of starches and bringing competitive advantages for different industries. Despite the production of toxic residues, and despite the increasing concern about environmental issues, the use of chemical agents in starch modification by oxidation is still very popular. Ozone can be a solution to change it, since is a very powerful oxidising agent that can be quickly decomposed into oxygen, whose residues meet the global demand for sustainability. Therefore, it can be a safer alternative for both consumers and environment. In this work the use of ozone in aqueous solution as a starch modification method was evaluated. The effects of the different ozonation times on the structure and properties of the potato starch were investigated. With increasing the ozonation time, it was observed an increase in the carbonyl, carboxyl and reducing sugar contents, as well as a decrease in the pH, apparent amylose content and molecular size, demonstrating that the potato starch processed with ozone was modified in its molecular level. Further, X-ray diffraction analysis showed no significant changes in the relative crystallinity of the granules, while in the microscopy analysis it was observed some alterations in the granules morphology. All these changes directly affected the modified starch properties, resulting in significant differences in the pasting properties, gel texture and paste clarity. The obtained results are promising, since they can prove the effectiveness of using ozone, a still little explored and sustainable method, as an efficient oxidizing agent for starch modification. / Modificação de amidos é uma técnica amplamente empregada e muito importante, permitindo a obtenção de ingredientes com diferentes características, ampliando a gama de aplicação dos amidos e trazendo vantagens competitivas para diferentes indústrias. Apesar da produção de resíduos tóxicos, e apesar da crescente preocupação com as questões ambientais, o uso de agentes químicos na modificação de amidos ainda é muito popular. O ozônio pode ser uma alternativa para mudar este cenário, uma vez que é um poderoso agente oxidante que pode ser rapidamente decomposto em oxigênio, cujos resíduos vão de encontro com a demanda global por sustentabilidade. Portanto, esta pode ser uma alternativa mais segura tanto para os consumidores quanto para o meio ambiente. Neste trabalho avaliou-se o uso de ozônio em solução aquosa como método de modificação de amido. Foram investigados os efeitos de diferentes tempos de ozonização na estrutura e nas propriedades do amido de batata. Com o aumento do tempo de ozonização, foram observados aumento nos teores de carbonila, carboxila e açúcares redutores e diminuição no pH, no teor de amilose aparente e no tamanho molecular, demonstrando que o amido de batata processado com ozônio foi modificado a nível molecular. Além disso, análises de difração de raio-X não mostraram alterações significativas na cristalinidade relativa dos grânulos, enquanto nas análises de microscopia foram observadas algumas alterações na morfologia dos grânulos. Todas estas alterações afetaram diretamente as propriedades do amido modificado, resultando em diferenças significativas nas propriedades de pasta, textura de gel e claridade de pasta. Os resultados obtidos são bastante promissores, uma vez que provam a eficácia de se utilizar o ozônio, um método sustentável e ainda pouco explorado, como um eficaz agente oxidante para a modificação de amido.

Tesis por compendio / [ES] El arroz, es uno de los cereales más consumidos a nivel mundial y debido a su alto valor nutricional, forma parte de la dieta básica de la población en general. Su elevado contenido de almidón, sin modificar o tras su modificación, lo convierte en un alimento atractivo para la industria alimentaria. No obstante, este mismo componente favorece el desarrollo del Bacillus cereus después de su cocción. Este microorganismo forma esporas resistentes al calor, lo que supone un riesgo para el consumidor, especialmente si el arroz cocinado no se almacena a temperatura adecuada. En la presente tesis doctoral, se han propuesto algunas estrategias tecnológicas para mejorar el procesado y garantizar la inocuidad alimentaria del arroz y sus derivados. Estas estrategias consisten en la aplicación de plasma frío y en el uso de quitosano de insecto (Tenebrio molitor) como antimicrobiano. Desde el punto de vista tecnológico, se ha visto que la tecnología de plasma es capaz de modificar determinadas propiedades tecnológicas del almidón que dependen de la variedad del arroz. Estos resultados abren la puerta a un uso más amplio de este componente en la industria alimentaria y en la formulación de alimentos a la carta. En cuanto a la inocuidad del arroz, el plasma frío reduce los niveles de células vegetativas y de esporas de B. cereus, convirtiéndolo en una tecnología alternativa de desinfección de materias primas como el arroz, antes de su procesado posterior. El nivel de inactivación tanto de células vegetativas como de esporas, estuvo determinado por el tiempo y potencia de tratamiento, así como la matriz que lo contenía en el caso de las esporas. El quitosano de insectos redujo la termorresistencia del B. cereus y resultó ser bacteriostático o bactericida en función de la concentración y la temperatura de almacenamiento. Estos efectos lo convierten en una buena estrategia de control de dicho microorganismo en arroz y sus derivados. A través de un modelo de evaluación a la exposición se ha podido corroborar los resultados sobre el efecto del quitosano en el B. cereus, a la vez que se pone de manifiesto la importancia que tienen cambios accidentales en las condiciones de procesado sobre el nivel final de microorganismos en el alimento y del número inicial de microorganismos sobre el porcentaje de unidades infectas después del tratamiento. Los resultados de la presente tesis ponen de manifiesto estrategias más sostenibles que son capaces de mejorar el procesado y la inocuidad del arroz y productos derivados del mismo. / [CA] L'arròs és un dels cereals més consumits a nivell mundial i, a causa del seu alt valor nutricional, forma part de la dieta bàsica de la població en general. El seu alt contingut d'almidó, sense modificar o després de la seva modificació, el converteix en un aliment atractiu per a la indústria alimentària. No obstant això, aquest mateix component afavoreix el desenvolupament del Bacillus cereus després de la seva cocció. Aquest microorganisme forma espores resistents al calor, la qual cosa suposa un risc per al consumidor, especialment si l'arròs cuinat no es conserva a una temperatura adequada. En la present tesi doctoral, s'han proposat algunes estratègies tecnològiques per millorar el processament i garantir la innocuïtat alimentària de l'arròs i els seus derivats. Aquestes estratègies consisteixen en l'aplicació de plasma fred i en l'ús de quitosà d'insecte (Tenebrio molitor) com a antimicrobià. Des del punt de vista tecnològic, s'ha vist que la tecnologia de plasma és capaç de modificar certes propietats tecnològiques de l'almidó que depenen de la varietat de l'arròs. Aquests resultats obren la porta a un ús més ampli d'aquest component en la indústria alimentària i en la formulació d'aliments a la carta. Quant a la innocuïtat de l'arròs, el plasma fred redueix els nivells de cèl·lules vegetatives i d'espores de B. cereus, convertint-lo en una tecnologia alternativa de desinfecció de matèries primeres com l'arròs, abans del seu processament posterior. El nivell d'inactivació tant de cèl·lules vegetatives com d'espores va estar determinat pel temps i potència de tractament, així com la matriu que les contenia en el cas de les espores. El quitosà d'insectes va reduir la termoresistència del B. cereus i va resultar ser bacteriostàtic o bactericida en funció de la concentració i la temperatura d'emmagatzematge. Aquests efectes el converteixen en una bona estratègia de control d'aquest microorganisme en l'arròs i els seus derivats. A través d'un model d'avaluació a l'exposició s'ha pogut corroborar els resultats sobre l'efecte del quitosà en el B. cereus, alhora que es posa de manifest la importància que tenen accidentals canvis en les condicions de processat sobre el nivell final de microorganismes en l'aliment i del nombre inicial de microorganismes sobre el percentatge d'unitats infectades després del tractament. Els resultats de la present tesi posen de manifest estratègies més sostenibles que són capaces de millorar el processament i la innocuïtat de l'arròs i productes derivats del mateix. / [EN] Rice is one of the most widely consumed cereals worldwide, due to its high nutritional value, it is part of the population basic diet. Its high starch content, unmodified or modified, makes it an attractive ingredient for the food industry. However, this same component promotes the development of Bacillus cereus after cooking. This microorganism forms heat-resistant spores, which poses a risk to consumers, especially if the cooked rice is not stored at the correct temperature. In this doctoral thesis, some technological strategies have been proposed to improve the processing and ensure the food safety of rice and its derivatives. These strategies include the application of cold plasma and the use of insect chitosan from Tenebrio molitor as an antimicrobial. From a technological perspective, plasma technology has demonstrated its ability to modify technological properties of starch, which vary based on the type of rice. These results open the door to a broader use of this component in the food industry and in customized food formulation. Regarding the safety of rice, cold plasma reduces the levels of vegetative cells and spores of B. cereus, making it an alternative technology for disinfecting raw materials such as rice before further processing. The level of inactivation of both vegetative cells and spores was determined by the time and power of the treatment, as well as the matrix containing them in the case of the spores. Insect chitosan reduced the thermo-resistance of B. cereus and was found to be bacteriostatic or bactericidal depending on the concentration and storage temperature. These effects make it a good control strategy for this microorganism in rice and its derivatives. Through an exposure assessment model, the results on the effect of chitosan on B. cereus have been corroborated, while also highlighting the importance of accidental changes in processing conditions on the final level of microorganisms in the food and the initial number of microorganisms on the percentage of infected units after treatment. The results of this thesis demonstrate more sustainable strategies that are capable of improving the processing and safety of rice and its derivatives. / La presente tesis doctoral se enmarca dentro del Programa de Doctorado Ciencia, Tecnología y Gestión Alimentaria de la Universidad Politécnica de Valencia. Para el desarrollo de la presente tesis doctoral, María Inés Valdez Narváez, ha disfrutado de una beca concedida por la Generalitat Valenciana para la contratación de personal investigador predoctoral (ACIF/2021/424) llevada a cabo en el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos de Valencia, Centro de Excelencia Severo Ochoa, así como una beca BEFPI concedida por la Generalitat Valenciana para Estancias de contratados predoctorales en centros de investigación fuera de la comunidad Valenciana (CIBEFP/2022/56) desarrollada en The Agriculture and Food Development Authority- TEAGASC (Dublin-Irlanda). Este trabajo ha sido cofinanciado además por los proyectos: fondos del Ministerio de Ciencia e Innovación Ref. PID2020- 116318RB-C31 y proyecto TRACE-RICE Ref. AMD-1934-1 / Valdez Narváez, MI. (2024). Estrategias tecnológicas para mejorar la desinfeccion y procesado de derivados de arroz [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/210721 / Compendio

Regular starches contain two principal types of glucan polymers: amylopectin and amylose. The structure of amylopectin is characterized according to the unit chain length profile and the nature of the branching pattern, which determine the alignment of glucan chains during biosynthesis. The organization of glucan chains in amylopectin and their impact on the structure of starch are still open to debate. The location of amylose and its exact contribution to the assembly of crystalline lamellae in regular and high-amylose starch granules also remain unknown. The primary focus of this thesis is the organization and flexibility of glucan chains in crystalline lamellae. The organization and flexibility of glucan chains in native, annealed (ANN), and heat-moisture treated (HMT) normal, waxy, hylon V, hylon VII, and hylon VIII corn starches were examined. This study has shown for the first time that increased amounts of apparent amylose in B-type starches hinder the polymorphic transition (from B to A+B) during HMT. The research has also demonstrated that an iodine-glucan complex transformed the B-type polymorphic pattern of hylon starches into a V-type pattern. The differential scanning calorimetry (DSC) results showed that ANN- and HMT-induced changes were most pronounced in hylon starches. These findings suggest that the glucan tie chains influences the assembly of crystalline lamellae in high-amylose starches. The relationship between the internal unit chain composition of amylopectin, and the thermal properties and annealing of starches from four different structural types of amylopectin was investigated by DSC. The onset gelatinization temperature (To) correlated negatively with the number of building blocks in clusters (NBbl) and positively with the inter-block chain length (IB-CL). The enthalpy of gelatinization (∆H) correlated positively with the external chain length of amylopectin. Annealing results showed that starches with a short IB-CL were most susceptible to ANN, as evidenced by a greater increase in the To and Tm. The increase in enthalpy was greater in starches with long external chains and IB-CLs. These data suggest that the internal organization of glucan chains in amylopectin determines the alignment of chains within the crystalline lamellae and thereby the thermal properties and annealing of the starch granules.