Tesis por compendio / [ES] La presente tesis plantea distintas estrategias para el diseño de alimentos a partir del aprovechamiento del bagazo que se genera como subproducto en la industria de elaboración de zumos de frutos rojos. De este modo, se puede aportar un valor añadido al subproducto, al mismo tiempo que se desarrollan alimentos capaces de cubrir las necesidades y exigencias nutritivas que demanda el consumidor actual. Uno de los aspectos más interesantes que tiene el uso de estos subproductos, es su alto contenido en polifenoles y fibra, de gran importancia en la industria alimentaria por su efecto en las propiedades de los alimentos y sobre la salud. Se realizó un primer estudio para conocer el efecto de la sustitución de grasa en bizcochos por diferentes tipos de fibra: soluble, insoluble y una mezcla de ambas. En este trabajo se observó que las características texturales, estructurales y sensoriales se vieron afectadas con la incorporación de fibra, principalmente en el caso de la fibra insoluble. Por todo esto, se establecieron dos estrategias de mejora. Por una parte, se incorporaron diferentes impulsores químicos en combinación con bicarbonato (normal o encapsulado) en bizcochos formulados con bagazo y se caracterizaron desde un punto de vista físico químico, estructural y sensorial. Por otra parte, se estudió cómo afecta a la textura, estructura y a la digestibilidad in vitro del almidón la sustitución parcial de harina de trigo por harina extrusionada en magdalenas formuladas con bagazo. En ambos estudios se obtuvieron resultados satisfactorios en cuanto a la mejora de las propiedades del producto. Además de las estrategias de mejora en productos horneados, se decidió incorporar bagazo en matrices lácteas para desarrollar nuevas formulaciones de batidos. Se estudió el efecto de un tratamiento no térmico, las altas presiones hidrostáticas, sobre el contenido fenólico y la capacidad antioxidante de los batidos, y sobre la capacidad antimicrobiana de los fenoles presentes en el bagazo. Se observó que la mayor retención de compuestos fenólicos y capacidad antioxidante con la mínima supervivencia microbiológica se obtuvo para las presiones y tiempos más altos (500 MPa durante 10 min) en los batidos con las concentraciones más altas de bagazo estudiadas (10%). Por último, se llevó a cabo un estudio con sistemas modelo para conocer las interacciones que tienen los polifenoles, cuando forman parte del bagazo o cuando se encuentran en forma de extracto, con los principales macronutrientes de los alimentos y sus efectos sobre la bioaccesibilidad de los compuestos fenólicos tras la digestión in vitro. La bioaccesibilidad de los polifenoles cuando se incorporaron en los sistemas modelo en forma de bagazo aumentó en comparación con cuando se adicionaron como extracto. Por otro lado, los sistemas modelo formulados con bagazo y un solo nutriente, presentaron una mayor bioaccesibilidad de los compuestos fenólicos que cuando se encontraron todos los nutrientes en el sistema modelo. / [CAT] La present tesi planteja diferents estratègies per al disseny d'aliments a partir de l'aprofitament del bagàs que es genera com a subproducte en la indústria d'elaboració de sucs de fruits rojos. D'aquesta manera, es pot aportar un valor afegit al subproducte, al mateix temps que es desenvolupen aliments capaços de cobrir les necessitats i exigències nutritives que demanda el consumidor actual. Un dels aspectes més interessants que té l'ús d'aquests subproductes, és el seu alt contingut en polifenols i fibra, de gran importància en la indústria alimentària pel seu efecte en les propietats dels aliments i sobre la salut. Es va realitzar un primer estudi per a conéixer l'efecte de la substitució de greix en bescuits per diferents tipus de fibra: soluble, insoluble i una mescla d'ambdues. En aquest treball es va observar que les característiques texturals, estructurals i sensorials es van veure afectades amb la incorporació de fibra, principalment en el cas de la fibra insoluble. Per tot això, es van establir dues estratègies de millora. D'una banda, es van incorporar diferents impulsors químics en combinació amb bicarbonat (normal o encapsulat) en bescuits formulats amb bagàs i es van caracteritzar des d'un punt de vista físic químic, estructural i sensorial. D'altra banda, es va estudiar com afecta a la textura, estructura i a la digestibilitat in vitro del midó la substitució parcial de farina de blat per farina extrusionada en magdalenes formulades amb bagàs. En tots dos estudis es van obtindre resultats satisfactoris quant a la millora de les propietats del producte. A més de les estratègies de millora en productes enfornats, es va decidir incorporar bagàs en matrius làcties per a desenvolupar noves formulacions de batuts. Es va estudiar l'efecte d'un tractament no tèrmic, les altes pressions hidroestàtiques, sobre el contingut fenòlic i la capacitat antioxidant dels batuts, i sobre la capacitat antimicrobiana dels fenols presents en el bagàs. Es va observar que la major retenció de compostos fenòlics i capacitat antioxidant amb la mínima supervivència microbiològica es va obtindre per a les pressions i temps més alts (500 MPa durant 10 min) en els batuts amb les concentracions més altes de bagàs estudiades (10%). Finalment, es va dur a terme un estudi amb sistemes model per a conéixer les interaccions que tenen els polifenols, quan formen part del bagàs o quan es troben en forma d'extracte, amb els principals macronutrients dels aliments i els seus efectes sobre la bioaccessibilitat dels compostos fenòlics després de la digestió in vitro. La bioaccessibilitat dels polifenols quan es van incorporar en els sistemes model en forma de bagàs va augmentar en comparació amb quan es van addicionar com a extracte. D'altra banda, els sistemes model formulats amb bagàs i un sol nutrient, van presentar una major bioaccessibilitat dels compostos fenòlics que quan es van trobar tots els nutrients en el sistema model. / [EN] This thesis proposes different strategies for the design of foods based on the use of pomace generated as a by-product in the berry juice processing industry. In this way, it is possible to add value to the by-product while developing foods capable of meeting the needs and nutritional requirements demanded by today's consumers. One of the most interesting aspects of the use of these by-products is their high content of polyphenols and fiber, of great importance in the food industry due to their effect on food properties and health. A first study was carried out to determine the effect of replacing fat in sponge cakes with different types of fiber: soluble, insoluble and a mixture of both. In this work it was observed that the textural, structural and sensory characteristics were affected by the incorporation of fiber, mainly in the case of insoluble fiber. For all these reasons, two improvement strategies were determined. On the one hand, different chemical leavenings agents were incorporated in combination with bicarbonate (normal or encapsulated) in sponge cakes formulated with pomace and characterized from a physical-chemical, structural and sensory point of view. On the other hand, it was studied how the partial substitution of wheat flour by extruded flour in pomace-formulated muffins affects texture, structure and in vitro starch digestibility. In both studies satisfactory results were obtained in terms of improved product properties. In addition to the improvement strategies in baked products, it was decided to incorporate pomace in dairy matrices to develop new milkshake formulations. The effect of a non-thermal treatment, such as high hydrostatic pressures, on the phenolic content and antioxidant capacity of the milkshakes, and on the antimicrobial capacity of the phenols present in pomace was studied. It was observed that the highest retention of phenolic compounds and antioxidant capacity with the lowest microbiological survival was obtained for the highest pressures and times (500 MPa for 10 min) in the milkshakes with the highest pomace concentrations studied (10%). Finally, a study was carried out with model systems to learn about the interactions that polyphenols have when they are part of the pomace or when they are in extract form, with the main macronutrients of food and their effects on the bioaccessibility of phenolic compounds after in vitro digestion. The bioaccessibility of polyphenols increased when it is incorporated into the model systems as pomace compared to when it is added as extract. On the other hand, model systems formulated with pomace and a single nutrient presented higher bioaccessibility of phenolic compounds than when all nutrients were found in the model system. / The authors are grateful to Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA-Spain) for financial support through the BERRYPOM. Adding value to processing waste: innovative ways to incorporate fibers from berry pomace in baked and extruded cereal-based foods project included in the ERA-NET-SUSFOOD program, to Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities through project AGL2017-86840-C2-2-R, and to FEDER funds from EU. / Díez Sánchez, E. (2021). Aprovechamiento de subproductos de zumos de frutos rojos para el diseño de alimentos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172372 / Compendio

During aerobic cell metabolism, molecular oxygen is reduced to water through electron-transfer reactions, and the oxygen not completely reduced is transformed into a set of neutral and free radical molecules with high oxidant ability, generally denominated Reactive Oxygen Species (ROS). To regulate the cellular ROS content, organisms are endowed with an efficient endogen antioxidant system. The physiological ROS levels may be excessively increased by different factors including unbalanced diets, ionizing radiations, and tobacco smoke among others, leading to the oxidative stress, term referred to the imbalance between ROS production and its neutralization by the endogenous antioxidant system. More importantly, in vitro and in vivo studies reveal the relationship between suffering oxidative stress and the development of cardiovascular and respiratory diseases, diabetes, and cancer. To prevent and treat the oxidative stress and its adverse effects, exogenous, readily oxidizable molecules may help the organism to neutralize ROS into less dangerous species. The phenolic compounds or (poly)phenols, molecules very abundant in our diet (i.e. fruits, vegetables, and beverages such as tea and wine) may be responsible for this antioxidant activity of fruits and vegetables. Currently, (poly)phenols are regarded as natural antioxidant molecules with outstanding beneficial effects, including anti-aging activity, and the prevention of cancer and diabetes. The antioxidant activity of (poly)phenols is mainly associated with their radical scavenging activity, action conferred by the transfer of a hydrogen atom or an electron to a free radical, rendering a less reactive molecule. On the other hand, chemical probes and in vitro studies have demonstrated that some highly reacting (poly)phenols are able to generate small quantities of ROS. Phenolic compounds have shown antiproliferative activity which may be caused inter alia by their ability to scavenge or generate toxic radicals. To further understand the connection between the redox reactivity of (poly)phenols and their biological actions, studies with more sensitive and selective chemical probes may help to clarify the role of redox reactions in the physiological actions of phenolics and their metabolites. In this thesis, we have focused on the utilization of two stable radicals synthesized in our laboratory, the tris(2,4,6-trichloro-3,5-dinitropehnyl)methyl (HNTTM) and the tris(2,3,5,6-tetrachloro-4-nitrophenyl)methyl)radical (TNPTM), as chemical probes to determine the electron-transfer activity of dietary (poly)phenols and some metabolites. The different reducing potential of the two stable radicals facilitates the quantitative evaluation of the radical scavenging capacity of each (poly)phenol, as well as the establishment of the most reactive moieties. TNPTM is a useful tool to determine the most reactive (poly)phenols as electron transfer donors, (poly)phenols that cannot be differentiate with any other chemosensor. The results obtained are compared with two well-established methods for the quantification of electron-transfer capacity. The action of these (poly)phenols on cell cultures of a colon cancer cell line is also presented, showing a correlation between those (poly)phenols detected with TNTPM and with those that produce the highest antiproliferative activity. This cell line is particularly relevant because dietary (poly)phenols are in contact with epithelial cells of this kind during their transit along the digestive tract and may exert some preventive action on colon cancer. In addition, a chemoenzymatic strategy to prepare glucuronated metabolites of (-)-epigallocatechin-3-O-gallate (EGCG), the most abundant and active (poly)phenol of green tea, was attempted, obtaining the acetylated and methylated precursor of the EGCG-4’’-glucuronide, the most abundant EGCG glucuronide obtained in the human metabolism. The final conjugated, the EGCG-4’’-glucruonide, was obtained albeit with not enough quantity to be purified. / "Estudi de la Transferència Electrònica de compostos fenòlics i la seva relació amb l’activitat biològica en cèl•lules canceroses" En el metabolisme i respiració dels organismes aeròbics, l’oxigen és utilitzat com a receptor electrònic reduint-se principalment a aigua. Una petita part d’aquest oxigen no és totalment reduint obtenint-se un conjunt d’espècies radicalàries i no radicalàries (ROS). Aquestes espècies en ser altament reactives poden malmetre macromolècules, activitat que està relacionada amb l’aparició de malalties com el síndrome metabòlic i el càncer. Per aquest motiu els organismes han desenvolupat un sistema de regulació de la seva concentració. En determinades situacions, aquest sistema no és suficient i per tant, antioxidants exògens poden ajudar a aquest sistema endògen. Els polifenols molècules abundants en la nostra dieta (fruita i verdures) són els principals candidats, i s’ha demostrat un efecte preventiu i terapèutic en la salut per la seva part. L’efecte beneficiós exercit pels polifenols pot tenir lloc per dos mecanismes de reacció; per transferència d’hidrogen i per transferència electrònica. Actualment, no hi ha cap mètode prou eficaç que ens permeti determinar la acció del polifenols exercida per transferència electrònica, mecanisme que també habilita als polifenols per a formar ROS. En el nostre laboratori hem sintetitzat dos radicals lliures estables, els radicals tris(2,4,6-tricloro-3,5-dinitrofenil)metil (HNTTM) i el tris(2,3,5,6-tetracloro-4-nitrofenil)metil (TNPTM) com a quimiosensors de transferència electrònica. Aquests radicals ens permeten mesurar la activitat antiradicalària dels polifenols, i el TNPTM ens permet detectar a aquells polifenols amb una reactivitat per transferència electrònica més elevada i que no poden ser diferenciats amb altres mètodes. S’han fet estudis d’antiproliferació per part dels polifenols en cèl•lules de càncer de còlon HT-29 i s’ha demostrat que els polifenols amb més activitat antiproliferativa són els que tenen activitat front al TNPTM. Per tant, el radical TNPTM permet determinar als polifenols amb una elevada reactivitat per a cedir electrons i es suggereix que els mecanismes de transferència electrònica juguen un paper important en els mecanismes d’ antiproliferació en cèl•lules de càncer de còlon HT-29. S’ha proposat metodologia sintètica per a obtenir els principals glucuronats de l’epigal•locatequin-3-O-gal•lat (EGCG) el més abundant i més actiu dels polifenols del te verd. S’ha obtingut el precursor acetil•lat i metil•lat del glucuronat majoritari de l’EGCG obtingut en el metabolisme humà, l’EGCG-4’’-glucurònid i s’ha obtingut el conjugat final però no amb una quantitat suficient com per a ser aïllat.

Tesis por compendio / [ES] Actualmente, hay un progresivo interés por una dieta equilibrada y saludable, rica en frutas y verduras con un efecto positivo en la salud y, particularmente, con alto contenido en antioxidantes. Paralelamente existe una demanda, por parte del consumidor, de fruta de alta calidad que tenga un sabor equilibrado y que recuerde a las variedades tradicionales. Todo ello ha propiciado que los programas de mejora genética también tengan como objetivo la mejora de la calidad de la fruta, tanto en propiedades fisicoquímicas del fruto como de su perfil nutricional. Desde este punto de vista, el albaricoque es un fruto muy completo ya que es una fuente extraordinaria de fibra, vitaminas, compuestos fenólicos y ácidos orgánicos. Sus propiedades hacen posible su consumo tanto en fresco o como procesado, lo que es aprovechado por las industrias agroalimentaria, farmacéutica y cosmética para la elaboración de una amplia variedad de productos. En el Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA) se está llevando a cabo un programa de mejora para la obtención de nuevas variedades de albaricoquero que, además de solucionar factores que afectan directamente a la producción, como son la autocompatibilidad o resistencia a Sharka, también tiene por objetivo la mejora de la calidad de la fruta. Como primer paso en todo programa de mejora, en este trabajo se han identificado fuentes de variación entre la colección de accesiones del banco de germoplasma del IVIA, quedando detallada la composición del perfil para los principales azúcares, ácidos orgánicos, compuestos fenólicos y de vitamina C. Además, se ha identificado una mayor concentración de compuestos en la piel del fruto que en su pulpa, lo que hace de este tejido una fuente de compuestos de interés para la industria. Por otro lado, para un mejor conocimiento del control genético del metabolismo de azúcares, se estudió la expresión de los genes clave implicados en esta ruta (SUS, SPS y FK), relacionados con QTLs previamente descritos en materia de sólidos solubles. Además, también se reforzó el estudio con el correspondiente análisis filogenético entre diferentes especies, observándose el grado de conservación entre las mismas y confirmándose el alto grado de sintenia en el género Prunus. Con relación a los compuestos fenólicos, se ha analizado la expresión de genes implicados en puntos críticos de la ruta metabólica (DRF, PAL y FLS). Nuestros resultados revelaron que las variedades más rojizas se asocian a una mayor expresión de ParDFR y ParPAL2, así como también que las diferencias de expresión entre parálogos podría deberse a la presencia de un BOXCOREDLPAL, relacionado también con los genes implicados en la síntesis de antocianinas (ParDFR, ParFLS2 y ParPAL2). Paralelamente, también se estudió el efecto genético que ejerce sobre su descendencia la variedad 'Goldrich', uno de los principales genitores empleados en el programa de mejora para la introgresión de la resistencia a Sharka, concluyendo que favorece la concentración de neoclorogénico y clorogénico, así como en la expresión génica de ParPAL1. / [CA] Actualment, hi ha un progressiu interés per una dieta equilibrada i saludable, rica en fruites i verdures amb un efecte positiu en la salut i, particularment, amb alt contingut en antioxidants. Paral·lelament existeix una demanda, per part del consumidor, de fruita d'alta qualitat que tinga un sabor equilibrat i que recorde a les varietats tradicionals. Tot això, ha propiciat que els programes de millora genètica també tinguen com a objectiu la millora de la qualitat de la fruita, tant en propietats fisicoquímiques del fruit com del seu perfil nutricional. Des d'aquest punt de vista, l'albercoc és un fruit molt complet ja que és una font extraordinària de fibra, vitamines, compostos fenòlics i àcids orgànics. Les seues propietats fan possible el seu consum tant en fresc com processat, sent també aprofitat per les indústries agroalimentària, farmacèutica i cosmètica per a l'elaboració d'una àmplia varietat de productes. A l'Institut Valencià d'Investigacions Agràries (IVIA) s'està duent a terme un programa de millora per a l'obtenció de noves varietats d'albercoquer que, a més de solucionar factors que afecten directament la producció, com són l'autocompatibilitat o resistència a Sharka, també té per objectiu la millora de la qualitat de la fruita. Com a primer pas en qualsevol programa de millora, en aquest treball s'han identificat fonts de variació entre la col·lecció d'accessions del banc de germoplasma de l'IVIA, quedant detallada la composició del perfil per als principals sucres, àcids orgànics, compostos fenòlics i de vitamina C. A més, s'ha identificat una major concentració de compostos en la pell del fruit que en la seua polpa, convertint aquest teixit en una font de compostos d'interés per a la indústria. D'altra banda, per a un millor coneixement del control genètic del metabolisme de sucres, es va estudiar l'expressió dels gens clau implicats en aquesta ruta (SUS, SPS i FK), relacionats amb QTLs prèviament descrits en matèria de sòlids solubles. A més, també es va reforçar l'estudi amb la corresponent anàlisi filogenètica entre diferents espècies, observant-se el grau de conservació entre les mateixes i confirmant-se l'alt grau de sintenia al gènere Prunus. En relació amb els compostos fenòlics, s'ha analitzat l'expressió de gens implicats en punts crítics de la ruta metabòlica (DRF, PAL i FLS). Els nostres resultats van revelar que les varietats més vermelles s'associen a una major expressió de ParDFR i ParPAL2, així com també que les diferències d'expressió entre paràlogs podria deure's a la presència d'un BOXCOREDLPAL, relacionat també amb els gens implicats en la síntesi de antocianines (ParDFR, ParFLS2 i ParPAL2). Paral·lelament, també es va estudiar l'efecte genètic que exerceix sobre la seua descendència la varietat 'Goldrich', un dels principals genitors empleats al programa de millora per a la introgressió de la resistència a Sharka, concloent que afavoreix la concentració de neoclorogènic i clorogènic, així com en l'expressió gènica de ParPAL1. / [EN] Nowadays, there is a growing interest in a balanced and healthy diet, rich in fruit and vegetables with a positive effect on health and, particularly, with high antioxidant content. Simultaneously exists a consumer demand for high quality fruit with a balanced flavour and reminiscent of traditional varieties. As a result, breeding programmes are also aimed at improving the quality of the fruit, both in terms of the physicochemical properties of the fruit and its nutritional profile. From this point of view, the apricot is a complete fruit as far it is an extraordinary source of fibre, vitamins, phenolic compounds, and organic acids. Apricot properties make it possible to consume fruits both fresh and processed, which is exploited by the agri-food, pharmaceutical and cosmetic industries for the production of a wide variety of products. At the Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA) a breeding program is carrying out to obtain new apricot varieties but also to solve factors that directly affect production, such as self-compatibility or resistance to Sharka, but also is aimed to improve fruit quality. As the first step in any breeding program, this work has identified sources of variation among the collection of accessions in the IVIA's apricot collection, detailing the composition profiles for the main sugars, organic acids, phenolic compounds, and vitamin C. In addition, a higher concentration of compounds has been identified in the peel than in the flesh, which makes this tissue a source of compounds of interest for the industry. On the other hand, for a better knowledge of the genetic control of sugar metabolism, the expression of the key genes involved in this pathway (SUS, SPS and FK), related to QTLs previously described in soluble solids, was studied. In addition, the study was also supported with the corresponding phylogenetic analysis among different species, revealing the level of conservation among them and confirming the high level of synteny in the genus Prunus. Regarding phenolic compounds, the expression of genes involved in critical points of the metabolic pathway (DRF, PAL and FLS) was analysed. Our results revealed that the red-blushed accessions are associated with a higher expression of ParDFR and ParPAL2, and the expression differences among paralogues could be due to the presence of a BOXCOREDLPAL, also related to genes involved in anthocyanin biosynthesis (ParDFR, ParFLS2 and ParPAL2). Simultaneously, the genetic effect in the offspring of 'Goldrich', one of the main genitors used at the breeding program for the introgression of Sharka resistance, was also studied. Results revealed that it improves the concentration of neochlorogenic and chlorogenic acids, as well as the genetic expression of ParPAL1. / Este trabajo ha sido posible gracias a la ayuda predoctoral FPI-INIA-2015, del Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), bajo el proyecto FPI2015-0042 con la denominación ‘CPD2015-0245 Mejora sostenible de albaricoquero y melocotonero’ y desarrollado en el Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA), dependiente de la Generalitat Valenciana. / Gómez Martínez, H. (2021). Variation of Fruit Quality Traits in Apricot as Sources for Nutraceutical Breeding [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/178973 / Compendio

[ES] El mercado actual del vino tinto demanda vinos de gran potencia visual, elevada concentración aromática y que no resulten excesivamente astringentes ni amargos. Asimismo, el consumidor final demanda cada vez más vinos que se desarrollen en una viticultura más orgánica que garantice la sostenibilidad del cultivo. Para cumplir con estas expectativas, se está limitando la utilización de compuestos químicos en el viñedo, sustituyéndolos por otros naturales con menor impacto medioambiental, y se están utilizando en bodega técnicas como la maceración prefermentativa, que contribuye a la extracción de antocianos y aromas, o la microoxigenación, que permite estabilizar los compuestos polifenólicos en un tiempo reducido. El color de los vinos depende de su concentración en antocianos, pero también la forma y el estado en que éstos se encuentren en el vino, que depende de diferentes factores, siendo uno de ellos el fenómeno de la copigmentación como paso anterior a la polimerización y estabilización. Además, el oxígeno juega un papel crucial en la evolución del color, así como en la oxidación de los polifenoles y en la formación de complejos más estables. El aroma también es muy importante en los vinos, ya que es uno de los primeros aspectos que percibimos. Por ello, es de gran importancia la utilización de técnicas de vinificación que permitan extraer el mayor potencial aromático de los precursores que se encuentran en las uvas. Para conseguir incrementar la calidad de los vinos tintos elaborados con la variedad Monastrell, estableciendo una metodología de elaboración que permita mejorar la concentración polifenólica y aromática de estos vinos, se ha estudiado el efecto de la aplicación en la uva, 10 días antes de la vendimia, de sustancias copigmentantes, tales como, extractos vegetales (romero, trigo sarraceno y té verde) y copigmentos puros (ácido cafeico, rutina y catequina). Asimismo, los copigmentos puros también se aplicaron a la entrada en bodega. Se ensayaron dos técnicas enológicas diferentes: la vinificación tradicional y la maceración prefermentativa en frío (6-8ºC), seguida de vinificación tradicional. Por último, una vez concluida la fermentación maloláctica, los vinos obtenidos fueron sometidos a una adición controlada de acetaldehído durante 45 días, seguido de un proceso de conservación en botella de 12 meses. Los resultados mostraron que los tratamientos con copigmentos, especialmente con extractos vegetales ricos en copigmentos, incrementaron la concentración de antocianos polimerizados y totales, y de compuestos aromáticos favorables para la calidad, destacando el extracto de romero por su acción directa sobre el color de los vinos de Monastrell. Utilizar la maceración prefermentativa en la elaboración de los vinos procedentes de tratamientos de copigmentación, ha permitido incrementar la concentración de polifenoles totales y taninos condensados, así como la de ésteres y acetatos. La microoxigenación, mediante la aplicación de acetaldehído durante la conservación de los vinos tratados previamente con copigmentos, dio lugar a un incremento del porcentaje de antocianos polimerizados, de la concentración de antocianos, de taninos condensados y de polifenoles totales, no afectando a la composición aromática de los vinos. Por todo ello, se puede establecer que la combinación de tratamientos de copigmentación en el campo, especialmente con extractos vegetales, de maceración prefermentativa durante la elaboración, y de microoxigenación durante la conservación, permite elaborar vinos de Monastrell con un color más estable, mayor concentración de compuestos polifenólicos, y mayor concentración de ésteres y acetatos, compuestos relacionados con aromas positivos florales, frutales y especiados. / [CA] El mercat actual del vi negre demana vins de gran potència visual, elevada concentració aromàtica i que no siguen excessivament astringents ni amargs. Així mateix, el consumidor final demana cada vegada més vins que es desenvolupen en una viticultura més orgànica que garanteisca la sostenibilitat del cultiu. Per complir amb aquestes expectatives, s'està limitant la utilització de compostos químics a la vinya, substituint-los per altres naturals amb menor impacte mediambiental, i s'estan utilitzant al celler tècniques com la maceració prefermentativa, que contribueix a l'extracció d'antocians i aromes, o la microoxigenació, que permet estabilitzar els compostos polifenòlics en un temps reduït. El color dels vins depèn de la seua concentració en antocians, però també en la forma i l'estat en que aquests es troben en el vi, que depèn de diferents factors, siguent un d'ells el fenòmen de la copigmentació com pas anterior a la polimerització i l'estabilització. A més a més, l'oxígen juga un paper crucial en l'evolució del color, així com en l'oxidació dels polifenols i en la formació dels complexos més estables. L'aroma també és molt important en els vins, ja que és un dels primers aspectes que percebem. Per això, és de gran importància la utilització de tècniques de vinificació que permeten extraure el major potencial aromàtic dels precursors que es troben al raïm. Per aconseguir augmentar la qualitat dels vins negres elaborats amb la varietat Monastrell, establint una metodologia d'elaboració que permeta millorar la concentració polifenòlica i aromàtica d'aquests vins, s'ha estudiat l'efecte de l'aplicació en el raïm, 10 dies abans de la verema, de substàncies copigmentants, com ara, extractes vegetals (romer, blat negre i te verd) i copigments purs (àcid cafeic, rutina i catequina). Així mateix, els copigments purs també es van aplicar a l'entrada al celler. Es van assajar dos tècniques enològiques diferents: la vinificació tradicional i la maceració prefermentativa en fred (6-8ºC), seguida de vinificació tradicional. Finalment, una vegada conclosa la fermentació malolàctica, els vins obtinguts van ser sotmesos a una addició controlada d'acetaldehid durant 45 dies, seguit d'un procés de conservació en ampolla de 12 mesos. Els resultats van mostrar que els tractaments amb copigments, especialment amb extractes vegetals rics en copigments, van augmentar la concentració d'antocians polimeritzats i totals, i de compostos aromàtics favorables per a la qualitat, destacant l'extracte de romer per la seua acció directa sobre el color dels vins de Monastrell. Utilitzar la maceració prefermentativa en l'elaboració dels vins procedents de tractaments de copigmentació, ha permès augmentar la concentració de polifenols totals i tanins condensats, així com la d'èsters i acetats. La microoxigenació, mitjançant l'aplicació d'acetaldehid durant la conservació dels vins tractats prèviament amb copigments, va donar lloc a un augment del percentatge d'antocians polimeritzats, de la concentració d'antocians, de tanins condensats i de polifenols totals, no afectant a la composició aromàtica dels vins. Per tot això, es pot establir que la combinació de tractaments de copigmentació en el camp, especialment amb extractes vegetals de maceració prefermentativa durant l'elaboració, i de microoxigenació durant la conservació, permet elaborar vins de Monastrell amb un color més estable, més concentració de compostos polifenòlics, i major concentració d'èsters i acetats, compostos relacionats amb aromes positus florals, fruitals i especiats. / [EN] The current red wine market demands wines with high visual power, great aromatic concentration and that are not excessively astringent or bitter. Furthermore, the final consumer increasingly demands developed wines in a more organic viticulture in order to ensure the sustainability of the crop. To meet these expectations, the use of chemical compounds in the vineyard is being limited, replacing them by another natural ones with less environmental impact, and techniques such as pre-fermentation maceration are being used in the winery, which contributes to the extraction of anthocyanins and aromas, or micro-oxygenation, that allows polyphenolic compounds to be stabilized in a reduced time. The colour of wines depends on their concentration in anthocyanins, but also the form and state in which they are found in the wine, which depends on several factors, one of them being the phenomenon of copigmentation as a previous step to polymerization and stabilization. In addition, the oxygen has a crucial role in colour's evolution, as well as, in the oxidation of polyphenols and in the formation of more stable complexes. Aroma is also very important in wines, due to the fact that is one of the first aspects that we perceive. For this reason, the use of vinification techniques that allow extracting the greatest aromatic potential of the precursors found in the grapes, is of great importance. In order to increase the quality of red wines made with the Monastrell variety, establishing a production methodology that allows improving the polyphenolic and aromatic concentration of these wines, the effect of the application on the grape, 10 days before harvest, has been studied, of copigmenting substances such as plant extracts (rosemary, buckwheat and green tea) and pure copigments (caffeic acid, rutin and catechin). Likewise, pure copigments were also applied in the cellar entrance. Two different enological techniques were tested: traditional vinification and cold pre-fermentation maceration (6-8ºC), followed by traditional vinification. Finally, once the malolactic fermentation was concluded, the wines obtained were subjected to a controlled addition of acetaldehyde for 45 days, followed by a 12-month bottle preservation process. The results showed that treatments with copigments, especially with plant extracts rich in copigments, increased the concentration of polymerized and total anthocyanins, and aromatic compounds favorable for quality, highlighting rosemary extract for its direct action on the colour of wines of Monastrell. Using pre-fermentation maceration in the production of wines from copigmentation treatments has made it possible to increase the concentration of total polyphenols and condensed tannins, as well as that of esters and acetates. Micro-oxygenation through the application of acetaldehyde during the conservation of wines previously treated with copigments gave rise to an increase in the percentage of polymerized anthocyanins, in the concentration of anthocyanins, in condensed tannins and in total polyphenols, without affecting the aromatic composition of the wines. For all of these reasons, it can be established that the combination of copigmentation treatments in the field, particularly with plant extracts, pre-fermentation maceration during production and micro-oxygenation during storage, allows the production of Monastrell wines with a more stable colour, higher concentration of polyphenolics, and higher concentration of esters and acetates, compounds related to positive floral, fruity and spicy aromas. / Anaya Martínez, JA. (2022). Efecto de la aplicación de copigmentos vegetales sobre la composición fenólica y aromática de vinos tintos de Monastrell elaborados con diferentes técnicas de vinificación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185126

Tesis por compendio / [ES] El objetivo de esta tesis doctoral ha sido la valorización de los residuos agroindustriales de los frutos de la sandía (Citrullus lanatus) y del caqui (Diospyros kaki Thunb.) para obtener compuestos de alto valor añadido con potenciales aplicaciones tecnológicas en la industria alimentaria. En concreto, la corteza de la sandía y los descartes del caqui se contemplan como una prometedora fuente de pectina, no sólo por la importancia económica de los cultivos, sino también por las interesantes características estructurales de la pectina extraída y sus propiedades funcionales. Además, se sabe que los frutos del caqui son una fuente de compuestos bioactivos que pueden utilizarse para diseñar productos alimentarios más saludables. En la primera parte de esta tesis, se llevó a cabo una metodología de superficie de respuesta para evaluar cómo afectan los diferentes parámetros del proceso a la composición, las características estructurales y el rendimiento de extracción de la pectina de la corteza de la sandía (WRP). A partir de estos resultados, se utilizó una combinación de herramientas reológicas, microestructurales y de dispersión para dilucidar el mecanismo de estabilización de la emulsión de WRP, que fue capaz de retener altas cantidades de aceite de girasol (>60%), evitando la coalescencia y la floculación. A continuación, se evaluó el efecto de la des-ramificación contralada enzimáticamente, la des-esterificación y la eliminación de proteínas, en la composición y la estructura molecular de la WRP, y se analizó en profundidad el potencial de la pectina tratada enzimáticamente para preparar hidrogeles con la adición de CaCl2, con el fin de comprender cómo la estructura de la pectina y la composición del extracto afectaban a la formación y las propiedades del gel. Se observó que las pequeñas cadenas laterales de arabinogalactano presentes en la pectina con bajo grado de esterificación, actuaban como refuerzo, induciendo la formación de redes más densamente empaquetadas y de hidrogeles más fuertes que sus homólogos menos ramificados. La pectina de sandía tratada enzimáticamente y con mejores propiedades de gelificación y rendimiento, se utilizó posteriormente para desarrollar estructuras de aerogeles utilizando secado con CO2 supercrítico. La formación de una estructura compactada durante la formación del aerogel lo convirtió en un buen candidato como sistemas de liberación de compuestos activos. En la segunda parte de la tesis, se estudió la potencial valorización de residuos de biomasa de caqui mediante la extracción de compuestos bioactivos y extractos ricos en pectina y la evaluación de sus propiedades funcionales. Un extracto rico en polifenoles obtenido a escala semi-industrial mostró actividad antiviral y fue capaz de reducir el envejecimiento celular y el contenido de grasa sin afectar al desarrollo del organismo modelo C. elegans. Además, se optimizaron y caracterizaron las condiciones de extracción de ingredientes funcionales a base de pectina y polifenoles, cuya composición dependió de la severidad de las condiciones de extracción. Estos extractos funcionales de pectina mostraron actividad antiviral, probablemente potenciada por la mayor estabilidad de los polifenoles que forman complejos con la pectina y se exploró, de manera exitosa, su aplicación como recubrimiento comestible en arándanos. / [CAT] L'objectiu d'aquesta tesi doctoral va ser la valorització de residus agroindustrials procedents de fruites de síndria (Citrullus lanatus) i caqui (Diospyros kaki Thunb.) per obtenir compostos d'alt valor afegit amb potencials aplicacions tecnològiques en la indústria alimentària. En concret, l'escorça de síndria i els descarts de caqui es preveuen com una prometedora font de pectina, no només per la importància econòmica dels cultius, sinó també per les interessants característiques estructurals de la pectina extreta i les propietats funcionals relacionades. A més, se sap que les fruites de caqui són una font de compostos bioactius que es poden utilitzar per dissenyar productes alimentaris més saludables. En la primera part d'aquesta tesi es va dur a terme una metodologia de superfície de resposta per avaluar com els diferents paràmetres de procés afecten la composició, les característiques estructurals i el rendiment d'extracció de la pectina de síndria (WRP). A partir dels resultats, es va utilitzar una combinació d'eines reològiques, microestructurals i de dispersió per dilucidar el mecanisme estabilitzador de l'emulsió de WRP, que va ser capaç de retenir altes quantitats d'oli de gira-sol (>60%), evitant la coalescència i la floculació. A continuació, es va avaluar l'efecte del de-brassament enzimàtic controlat, la des-esterificació i l'eliminació de proteïnes sobre la composició i l'estructura molecular del WRP i es va analitzar profundament el potencial de la pectina tractada enzimàticament per preparar hidrogels amb l'addició de CaCl2 per entendre com l'estructura de la pectina i la composició de l'extracte afectaven la formació i les propietats del gel. Es va observar que les petites cadenes laterals d¿arabinogalàctans presents a la pectina amb baix grau d'esterificació, actuaven com a reforç, induint la formació de xarxes més densament empaquetades i hidrogels més forts que els seus homòlegs menys ramificats. Posteriorment es va utilitzar la pectina de l'escorça de síndria tractada enzimàticament amb millors propietats gelificants i rendiment per desenvolupar estructures d'aerogel utilitzant CO2 supercrític. La formació d'una estructura compactada durant la formació d'aerogels la va convertir en un bon candidat per als sistemes de alliberació de compostos actius. En la segona part de la tesi es va estudiar la potencial valorització dels residus de biomassa de caqui mitjançant l'extracció de compostos bioactius i extractes rics en pectina i l'avaluació de les seves propietats funcionals. Un extracte obtingut a escala semi-industrialment ric en polifenols va mostrar una activitat antiviral i va ser capaç de reduir l'envelliment cel·lular i el contingut en greixos sense afectar el desenvolupament de l'organisme model de C. elegans. A més, es van optimitzar i caracteritzar les condicions d'extracció d'ingredients funcionals a base de pectina-polifenol, la composició de la qual depenia de la gravetat de les condicions d'extracció. Aquests extractes funcionals de pectina van mostrar una alta eficiència antiviral, probablement millorada per la major estabilitat dels polifenols com a complexos de pectina. De manera exitosa, es va explorar una potencial aplicació com a recobriment comestible sobre nabius. / [EN] The aim of this doctoral thesis was the valorisation of agro-industrial wastes from watermelon (Citrullus lanatus) and persimmon (Diospyros kaki Thunb.) fruits to obtain high added-value compounds with potential technological applications in the food industry. Specifically, watermelon rind and persimmon discards are envisaged as a promising pectin source, not only because of the economic importance of the crops but also because of the interesting structural features of the extracted pectin and related functional properties. Furthermore, persimmon fruits are known to be a source of bioactive compounds which can be used to design healthier food products. In the first part of this thesis, a response surface methodology was carried out to evaluate how different process parameters affect the composition, structural features and extraction yield of watermelon rind pectin (WRP). Based on the results, a combination of rheological, microstructural and scattering tools was used to elucidate the emulsion stabilizing mechanism of WRP, which was able to retain high amounts of sunflower oil (>60%), avoiding coalescence and flocculation. Then, the effect of controlled enzymatic debranching, de-esterification and protein removal on WRP composition and molecular structure was evaluated and the potential of the enzymatically-treated pectin for preparing hydrogels with the addition of CaCl2 was deeply analysed in order to understand how pectin structure and extract composition affected gel formation and properties. It was observed that the small arabinogalactan side chains present in the pectin with low degree of esterification, acted as a reinforcement, inducing the formation of more densely packed networks and stronger hydrogels than their less-branched counterparts. An enzymatically-treated WRP with better gelling properties and yield was subsequently used to develop aerogel structures using supercritical CO2. The formation of a compacted structure during aerogel formation made it a good candidate for drug delivery systems. In the second part of the thesis, the potential valorisation of persimmon biomass waste through the extraction of bioactive compounds and pectin-rich extracts and the evaluation of their functional properties was studied. A semi-industrially scaled-up polyphenol-rich extract showed an effective antiviral efficiency and it was able to reduce the cellular ageing and fat content without affecting the development of C. elegans model organism. Furthermore, the extraction conditions of functional pectin-polyphenol-based ingredients were optimized and characterized, which composition was dependent on the severity of the extraction conditions. These functional pectin extracts showed high antiviral efficiency, probably enhanced by the higher stability of the polyphenols as pectin complexes. A successful potential application was explored with an edible coating on blueberries. / This research was funded by grant RTI-2018-094268-B-C22 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by “ERDF A way of making Europe". Mendez D. A. is supported by the Ministry of Science, Technology and Innovation (Minciencias) of the Colombian Government (783-2017). M. J. Fabra and A. Martinez- Abad are recipients of Ramon y Cajal (RYC-2014-158) and Juan de la Cierva (IJDC-2017- 31255), respectively, from the Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness. This work was also funded by the grant INNVAL10-19-009-CA8250 from Agència Valenciana d ́Innovació (AVI). This research is part of the CSIC program for the Spanish Recovery, Transformation and Resilience Plan funded by the Recovery and Resilience Facility of the European Union, established by the Regulation (EU) 2020/2094. Interdisciplinary Platform for Sustainable Plastics towards a Circular Economy+. (PTI-SusPlast+) is also acknowledged for financial support. Project INNEST/2021/27 was granted by Agencia Valenciana de Innovación (AVI) and co- financed by the European Union through the Operative Programme of FEDER from Comunitat Valenciana 2014-2020. We also appreciate the funding of the CERCA program (Centres de Recerca de Catalunya) of the Generalitat de Catalunya and from the CIEN project “BIOPRO” from CDTI. Nune Sahakyan is kindly acknowledged for experimental support / Méndez Reyes, DA. (2022). Valorisation of Watermelon and Persimmon Fruit Residues to Obtain Compounds of Interest in Food Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191334 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] Debido a la creciente importancia de la dieta en el manejo de la salud, sigue habiendo un gran interés en desentrañar como se procesan los alimentos en el sistema digestivo humano. La estructura de los alimentos puede influir significativamente en su procesamiento, afectando al rendimiento durante la alimentación y la digestión. Específicamente, la digestión de alimentos a base de carbohidratos requiere una mayor comprensión debido a su contribución a los niveles de glucosa en sangre. El conocimiento de la cinética de digestión del almidón contribuirá a diseñar alimentos a medida para controlar los niveles de glucosa posprandial. El objetivo de esta tesis doctoral fue adquirir una mejor comprensión del impacto de la microestructura en la digestión del almidón y cómo las enzimas digestivas podrían ser moduladas por compuestos fenólicos. Con ese propósito, se evaluó el papel de la estructura del pan en la masticación in vivo y la digestión in vitro. Posteriormente, se produjeron geles de almidón de diferentes fuentes y se digirieron en un sistema de digestión oro-gastro-intestinal in vitro para analizar el impacto de la microestructura del gel. Después de los estudios de microestructura en geles de almidón y pan, se exploraron diferentes ácidos fenólicos o extractos polifenólicos de algas como inhibidores de enzimas digestivas de almidón, y se evaluó la participación de la microestructura del gel de almidón en la digestión enzimática. La masticación y la textura del bolo de panes tostados de trigo se vio afectada por su diferente estructura, a pesar de que no se observaron diferencias en la percepción sensorial. El proceso de panificación también ofreció la posibilidad de modificar la estructura del pan. De hecho, la variación de la forma de la masa dio lugar a panes con diferentes propiedades estructurales y texturales de la miga. La digestión de los panes con diferente estructura de miga confirmó que se disgregaban de manera diferente, produciendo variaciones en la posterior digestibilidad del almidón. Una vez que se estableció la importancia de la microestructura de la miga en la digestión del almidón, se cambió el enfoque para enlazar la microestructura de los geles de almidón con su digestión in vitro. Los geles obtenidos con almidones de distintas fuentes botánicas mostraron diferente digestibilidad, lo que se relacionó con su microestructura, pero también con su contenido de amilosa. Considerando la acción de las enzimas digestivas (α-amilasa y α-glucosidasa) sobre la hidrólisis del almidón, se estudiaron diferentes compuestos fenólicos para comprender las interacciones entre los compuestos fenólicos y las enzimas o sustratos. La forma más eficaz de inhibir las enzimas era incubarlas con ácidos fenólicos. Se necesitó una mayor concentración del inhibidor cuando los compuestos fenólicos interactuaban previamente con el sustrato, debido a su retención dentro del gel de almidón. La estructura química de los ácidos fenólicos controlaba la inhibición de la enzima. Asimismo, los extractos fenólicos complejos, como los extraídos de las algas A. nodosum, podrían utilizarse para inhibir las enzimas digestivas, mostrando mayor efecto inhibidor cuando fueron previamente incubados con la enzima, debido a la existencia de complejos carbohidrato-polifenoles con sus diferentes capacidades inhibitorias. Además, los ácidos fenólicos afectaron las propiedades de pegado y, por lo tanto, a la estructura y textura de geles de almidón. Sin embargo, esos cambios no fueron suficientes para controlar la hidrólisis enzimática del almidón, que estaba relacionada con la estructura química de los ácidos fenólicos y sus propiedades. En general, la microestructura de la miga o del gel puede limitar la accesibilidad de las enzimas digestivas, lo que reduciría la hidrólisis del almidón. Además, la inclusión de ácidos fenólicos en alimentos a base de almidón podría ser la alternativa para reducir el grado de digestión del almidón al inhibir estas enzimas. / [CA] A causa de la creixent importància de la dieta en el maneig de la salut, segueix sent de gran interès desentranyar com es processen els aliments en el sistema digestiu humà. L'estructura dels aliments pot influir significativament en el processament dels aliments, afectant al seu rendiment durant l'alimentació i la digestió. Específicament, la digestió d'aliments a base de carbohidrats requereix una major comprensió a conseqüència de la seua contribució als nivells de glucosa en sang. El coneixement de la cinètica de la digestió del midó contribuirà a dissenyar aliments a mesura per controlar els nivells de glucosa postprandial. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral va ser adquirir una millor comprensió de l'impacte de la microestructura en la digestió del midó i com els enzims digestius podrien ser modulats per l'ús de compostos fenòlics. Amb aquest propòsit, es va avaluar el paper de l'estructura del pa en la masticació in vivo i la digestió in vitro. Posteriorment, es van produir gels de midó de diferents fonts i es van digerir en un sistema de digestió oro-gastrointestinal in vitro per analitzar l'impacte de la microestructura del gel. Després dels estudis de microestructura en gels de midó i pa, es van explorar diferents àcids fenòlics o extractes polifenòlics d'algues com inhibidors dels enzims digestius del midó, i es va avaluar la participació de la microestructura del gel de midó en la digestió enzimàtica. La masticació i la textura de la bitla de pans torrats de blat es va veure afectada per les seues diferencies estructurals, tot i que no es van observar diferències en la percepció sensorial. El procés de panificació va oferir la possibilitat de modificar l'estructura del pa. De fet, la variació de la forma de la massa va donar lloc a pans amb diferents propietats d'estructura i textura de la molla. La digestió dels pans amb diferent estructura de molla va confirmar que es disgregaven de manera diferent, produint variacions en la posterior digestibilitat del midó. Una vegada que es va establir la importància de la microestructura de la molla en la digestió del midó, es va canviar l'enfocament per a enllaçar la microestructura dels gels de midó amb la seua digestió in vitro. Els gels obtinguts amb midó de diferent fonts botàniques van mostrar diferent digestibilitat, el que es va relacionar amb la seua microestructura, però també amb el seu contingut d'amilosa. Considerant l'acció dels enzims digestius (α-amilasa i α-glucosidasa) sobre la hidròlisi del midó, es van estudiar diferents compostos fenòlics per a comprendre les interaccions entre els fenòlics i els enzims o substrats. La forma més eficaç d'inhibir els enzims era incubar-los amb àcids fenòlics. Es va necessitar una major concentració de l'inhibidor quan els compostos fenòlics interactuaven prèviament amb el substrat, a causa de la seua retenció dins del gel de midó. L'estructura química dels àcids fenòlics controlava la inhibició de l'enzim. Així mateix, els extractes fenòlics complexos, com els extrets de l'alga A. nodosum, podrien utilitzar-se per a inhibir els enzims digestius, mostrant major efecte inhibidor quan van ser prèviament incubats amb l'enzim, a causa de l'existència de complexos carbohidrat-polifenols amb les seues diferents capacitats inhibitòries. A més, els àcids fenòlics van afectar les propietats de pegat i, per tant, la estructura i textura dels gels de midó. No obstant, estos canvis en la estructura i textura dels gels no van ser suficients per a controlar la hidròlisi enzimàtica del midó, que estava relacionada amb l'estructura química dels àcids fenòlics i les seues propietats. En general, la microestructura de la molla de pa o gel de midó pot limitar l'accessibilitat dels enzims digestius, la qual cosa reduiria la hidròlisi del midó. A més, la inclusió d'àcids fenòlics en aliments a base de midó podria ser l'alternativa per a reduir el grau de digestió del midó en inhibir aquests enzims. / [EN] Due to the increasing importance of diet on health management, it remains of utmost interest to unravel how food is processed in the human digestive system. Food structure can significantly influence food processing, affecting its performance during eating and digestion. Specifically, the digestion of carbohydrates-based foods requires further insight due to their contribution to blood glucose levels. The knowledge of starch digestion kinetics will contribute to design tailored foods for managing postprandial glucose levels. The objective of this doctoral thesis was to acquire a better understanding of the impact of microstructure on starch digestion and how digestive enzymes might be modulated by the use of phenolic compounds. With that purpose, the role of bread structure on in vivo mastication, and in vitro digestion was evaluated. Subsequently, starch gels from different sources were produced and digested in an in vitro oro-gastro-intestinal digestion system to analyze the impact of gel microstructure. After the microstructure studies on bread and starch gels, different phenolic acids or seaweed polyphenolic extracts were explored as inhibitors of starch digestive enzymes, and the involvement of starch gel microstructure on the enzymatic digestion was assessed. Mastication of toasted wheat breads was affected by their different structures, despite no differences in the sensory perception was observed. Bolus texture was also altered by bread structure and texture. The breadmaking process offered the possibility to modify the bread structure. In fact, varying dough shaping led to breads with different crumb structure and texture properties. After stressing the importance of selecting the in vitro oral processing method used to simulate mastication, the further digestion of the bread with different crumb structure confirmed that they were differently disaggregated yielding variations on posterior starch digestibility. Once stating the importance of crumb microstructure on starch digestion, the focus was shifted to connect starch gels microstructure with its in vitro digestion. Gels obtained with a different type of starch, from cereals, pulses, or tubers, showed different digestibility, which was related to their microstructure but also their amylose content. Considering the action of digestive enzymes (α-amylase and α-glucosidase) on starch hydrolysis, different phenolic compounds were studied to understand the interactions between phenolics and either enzymes or substrates. The most effective way to inhibit enzymes was to incubate them with phenolic acids. A higher concentration of the inhibitor was needed when phenolic compounds interacted previously with the substrate, due to their retention within the starch gel. The chemical structure of phenolic acids controlled the enzyme inhibition. Similarly, complex phenolic extracts, like those extracted from A. nodosum seaweed could be used to inhibit digestive enzymes, showing greater inhibition effect when they were previously incubated with the enzyme, owing to the existence of carbohydrate-polyphenol complexes their different inhibitory capabilities. In addition, phenolic acids affected pasting properties and therefore gel microstructure and gel texture of starches. However, those changes on gels microstructure and texture were not enough to control starch enzymatic hydrolysis, which was related to the specific chemical structure of the phenolic acids and their properties. Overall, crumb or gel microstructure can limit digestive enzymes accessibility, which would reduce the starch hydrolysis. Moreover, the inclusion of phenolic acids on starch-based foods might be the alternative to reduce the extent of starch digestion by inhibiting digestive enzymes. / Authors acknowledge the financial support of the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (Project RTI2018-095919-B-C21) funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, “ERDF A way of making Europe” by the “European Union”, Generalitat Valenciana (Project Prometeo 2017/189) and Xunta de Galicia (ED431B 2019/01). This work is based upon the work from COST Action 18101 SOURDOMICS – Sourdough biotechnology network towards novel, healthier and sustainable food and bioprocesses, where A. Aleixandre was supported by COST (European Cooperation in Science and Technology). COST is a funding agency for research and innovation networks. / Aleixandre Agustín, A. (2022). Going from Digestion to Microstructure of Starch-Based Food Products: Understanding the Role of Polyphenols [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181137 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La agricultura moderna enfrenta un doble desafío, garantizar la seguridad alimentaria mundial y ejecutarla de manera sostenible. Se prevé que la población mundial seguirá creciendo durante las próximas tres décadas, hasta alcanzar aproximadamente 10×109 personas en 2050. Sin embargo, el estrés por salinidad plantea un peligro importante no solo en la degradación del suelo sino además para el crecimiento, desarrollo y rendimiento de diversos cultivos, poniendo en riesgo la alimentación mundial; siendo considerado como uno de los agentes más dañinos para el ciclo de vida de la planta. Actualmente, entre el 20% y el 30% de la tierra cultivable en todo el mundo está afectada por la salinidad, y se estima que para 2050 el área afectada superará el 50%. Situación que ha empeorado a lo largo de los años debido al impacto del cambio climático acelerado. Generalmente, la mayoría de los cultivos hortícolas son altamente susceptibles a la salinidad, con un umbral no mayor a 2 dS m-1. Estos cultivos están conformados por una amplia gama de especies de gran importancia para la alimentación humana. El tomate (Solanum lycopersicum L.) y la lechuga (Lactuca sativa L.), son cultivos hortícolas de alto valor para la economía y el consumo de la humanidad. La producción de tomate en el mundo asciende a más de 182 millones de toneladas y de lechuga a más de 29 millones. Sin embargo, el estrés salino provoca una reducción significativa en el desarrollo de estos cultivos y una pérdida de rendimiento a través del estrés iónico, osmótico y oxidativo. En los últimos años, los productos bioestimulantes han sido reconocidos como herramientas agronómicas innovadoras para generar sistemas sostenibles, mejorando la productividad agrícola, el rendimiento, la salud de las plantas y la tolerancia a factores de estrés como la salinidad. Prueba de ello es el aumento de las publicaciones científicas y la constante expansión de su mercado. De hecho, los bioestimulantes afectan positivamente el metabolismo de las plantas en condiciones ambientales óptimas y subóptimas. Sin embargo, los procesos que desencadenan los bioestimulantes suelen ser difíciles de identificar y todavía están en estudio. Por tanto, es crucial evaluar los mecanismos de acción de los bioestimulantes en diferentes condiciones experimentales, como se ha realizado en el presente estudio. El estudio presenta dos objetivos, un principal: Determinar la influencia de la aplicación de dos formulaciones del bioestimulante BALOX® sobre los mecanismos de tolerancia al estrés osmótico, iónico y oxidativo causado por el exceso de sales solubles en cultivos hortícolas; y un objetivo secundario: Evaluar los efectos de la aplicación del producto bioestimulante BALOX® sobre la mejora de la calidad de distintos suelos tanto en condiciones no salinas como salinas. Para alcanzar el primer objetivo, se evaluó el impacto de dos formulaciones y diferentes dosis del bioestimulante y se analizaron diversos parámetros biométricos de las plantas de tomate y lechuga, y múltiples marcadores bioquímicos de estrés, como pigmentos fotosintéticos, concentraciones de iones en raíces y hojas, contenidos foliares de diferentes osmolitos, marcadores de estrés oxidativo, y compuestos antioxidantes, así como la actividad específica de diversas enzimas antioxidantes, en plantas sometidas a la combinación de diversos niveles de salinidad del agua de riego y del suelo en distintas clases texturales. Respecto al segundo objetivo, se estudió el efecto del bioestimulante en la mejora de la calidad del suelo, que es el medio que sustenta el sistema radicular. Para ello, se analizaron varias propiedades físicas (estabilidad de los agregados, densidad aparente y porcentaje de porosidad) y químicas (conductividad eléctrica, capacidad de intercambio catiónico y materia orgánica) del suelo. Además, se determinaron diferentes parámetros del sistema radicular y foliar de plantas de S. lycopersicum... / [CA] L'agricultura moderna enfronta un doble desafiament, garantir la seguretat alimentària mundial i executar-la de manera sostenible. Es preveu que la població mundial continuarà creixent durant les pròximes tres dècades, fins a aconseguir aproximadament 10×109 persones en 2050. No obstant això, l'estrés per salinitat planteja un perill important no sols en la degradació del sòl sinó a més per al creixement, desenvolupament i rendiment de diversos cultius, posant en risc l'alimentació mundial; sent considerat com un dels agents més nocius per al cicle de vida de la planta. Actualment, entre el 20% i el 30% de la terra cultivable a tot el món està afectada per la salinitat, i s'estima que per a 2050 l'àrea afectada superarà el 50%. Situació que ha empitjorat al llarg dels anys a causa de l'impacte del canvi climàtic accelerat. Generalment, la majoria dels cultius hortícoles són altament susceptibles a la salinitat, amb un límit no major a 2 dS m-1. Estos cultius estan conformats per una àmplia gamma d'espècies de gran importància per a l'alimentació humana. La tomaca (Solanum lycopersicum L.) i l'encisam (Lactuca sativa L.), són cultius hortícoles de gran importància per a l'economia i el consum de la humanitat. La producció de tomaca en el món ascendix a més de 182 milions de tones i l'encisam a més de 29 milions. No obstant això, l'estrés salí provoca una reducció significativa en el desenvolupament d'estos cultius i una pèrdua de rendiment a través de l'estrés iònic, osmòtic i oxidatiu. En els últims anys, els productes biostimulants han sigut reconeguts com a ferramentes agronòmiques innovadores per a generar sistemes sostenibles, millorant la productivitat agrícola, el rendiment, la salut de les plantes i la tolerància a factors d'estrés com la salinitat. Prova d'això és l'augment de les publicacions científiques i la constant expansió del seu mercat. De fet, els biostimulants afecten positivament el metabolisme de les plantes en condicions ambientals òptimes i subòptimes. No obstant això, els processos que desencadenen els biostimulants solen ser difícils d'identificar i encara estan en estudi. Per tant, és crucial avaluar els mecanismes d'acció dels biostimulants en diferents condicions experimentals, com s'ha realitzat en el present estudi. L'estudi presenta dos objectius, un principal: Determinar la influència de l'aplicació de dos formulacions del biostimulant BALOX® sobre mecanismes de tolerància a l'estrés osmòtic, iònic i oxidatiu causat per l'excés de sals solubles en cultius hortícoles; i un objectiu secundari: Avaluar els efectes de l'aplicació del producte biostimulant BALOX® sobre la millora de la qualitat de diferents sòls tant en condicions no salines com salines. Per a aconseguir el primer objectiu, es va avaluar l'impacte de dos formulacions i diferents dosis del biostimulant i es va analitzar diversos paràmetres biomètrics de les plantes de tomaca i encisam, i múltiples marcadors bioquímics d'estrés, com a pigments fotosintètics, concentracions d'ions en arrels i fulles, continguts foliars de diferents osmolits, marcadors d'estrés oxidatiu, l'activitat específica de diversos antioxidants enzimàtics i compostos antioxidants, en plantes sotmeses a la combinació de diversos nivells de salinitat de l'aigua de reg i del sòl en diferents classes texturals. Respecte al segon objectiu, es va estudiar l'efecte del biostimulant en la millora de la qualitat del sòl, que és el medi que sustenta el sistema radicular. Per a això, es van analitzar diverses propietats físiques (estabilitat dels agregats, densitat aparent i percentatge de porositat) i químiques (conductivitat elèctrica, capacitat d'intercanvi catiònic i matèria orgànica) del sòl. A més, es van determinar diferents paràmetres del sistema radicular i foliar de plantes de S. lycopersicum. L'aplicació del biostimulant BALOX ® va tindre un efecte global positiu en el creixement de les plantes de tomaca i encisam tractades... / [EN] Modern agriculture faces a double challenge: guaranteeing global food security and executing it in a sustainable manner. The world population is expected to continue growing over the next three decades, reaching approximately 10x109 people in 2050. However, salinity stress poses a significant danger not only to soil degradation but also to the growth, development and yield of various crops, putting global food at risk and being considered one of the most harmful agents for the life cycle of the plant. Currently, between 20% and 30% of arable land worldwide is affected by salinity, and it is estimated that by 2050 the affected area will exceed 50%. A situation that has worsened over the years due to the impact of accelerated climate change. Generally, most horticultural crops are highly susceptible to salinity, with a threshold no greater than 2 dS m-1. These crops comprise a wide range of species of great importance for human nutrition. Tomato (Solanum lycopersicum L.) and lettuce (Lactuca sativa L.) are horticultural crops of great importance for the economy and consumption of humanity. Tomato production in the world amounts to more than 182 million tons, and lettuce production to more than 29 million. However, salt stress causes a significant reduction in the development of these crops and a loss of yield through ionic, osmotic and oxidative stress. In recent years, biostimulant products have been recognized as innovative agronomic tools to generate sustainable systems, improving agricultural productivity, yield, plant health and tolerance to stress factors such as salinity. Proof of this is the increase in scientific publications and the constant expansion of their market. In fact, biostimulants positively affect plant metabolism under optimal and suboptimal environmental conditions. However, the processes triggered by biostimulants are often difficult to identify and are still being studied. Therefore, it is crucial to evaluate the mechanisms of action of biostimulants under different experimental conditions, as has been done in the present study. The study has two objectives: the main one is to determine the influence of the application of two formulations of the biostimulant BALOX® on the tolerance mechanisms to osmotic, ionic and oxidative stress caused by excess soluble salts in horticultural crops; and a secondary objective is to evaluate the effects of the application of the biostimulant product BALOX® on the improvement of the quality of different soils in both non-saline and saline conditions. To achieve the first objective, the impact of two formulations and different doses of the biostimulant was evaluated by analyzing various biometric parameters of tomato and lettuce plants, and multiple biochemical stress markers, such as photosynthetic pigments, ion concentrations in roots and leaves, foliar contents of different osmolytes, oxidative stress biomarkers, and antioxidant compounds, as well as the specific activity of several antioxidant enzymes, in plants subjected to the combination of various salinity levels of irrigation water and soil in different textural classes. Regarding the second objective, the effect of the biostimulant on improving the quality of the soil, which is the medium that supports the root system, was studied. To this end, several physical (aggregate stability, apparent density and percentage of porosity) and chemical (electrical conductivity, cationic exchange capacity and organic matter) properties of the soil were analyzed. In addition, different parameters of the root and leaf system of S. lycopersicum plants were determined. The application of the biostimulant BALOX® had an overall positive effect on the growth of the treated tomato and lettuce plants... / Zuzunaga Rosas, JG. (2024). Evaluación del producto bioestimulante BALOX® como inductor de tolerancia en cultivos hortícolas frente al estrés causado por el exceso de sales solubles en suelos y aguas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213213 / Compendio