Search

La indústria càrnia genera enormes quantitats de deixalles, que s'han de tractar i gestionar adequadament per evitar problemes ambientals i de salut. El reciclatge de residus i subproductes animals en productes de valor afegit podria ajudar a revertir aquest problema. Per tant, diversos enfocaments han estat adaptats per la ciència i la tecnologia, acoblant-los amb els coneixements del mercat, la legislació i els consumidors per a la valorització amb èxit d'aquests residus en el marc de l'Economia Circular. Aquesta Tesi Doctoral s'enfoca en un residu subestimat i sense explotar produït durant el procés de tractament de subproductes carnis, anomenat fins. Donat el seu alt contingut en lípids i proteïnes, aproximadament del 37 i 46% respectivament, la investigació es va centrar en la recuperació d'aquests components per a futures aplicacions. Es van establir tres etapes principals: 1.a recuperació de la fracció lipídica, 2.a recuperació de proteïnes en forma de hidrolitzats de proteïnes i 3.a aplicacions potencials dels hidrolitzats de proteïnes. En primer lloc, els fins es van sotmetre a cinc mètodes diferents per extreure la fracció lipídica: mètode de Soxhlet, mètode de Folch, extracció amb ciclopentil metil èter, extracció aquosa i extracció enzimàtica aquosa. Després de l'avaluació de les metodologies emprades en termes de rendiment i l'assignació de punts de penalització en base a l'Eco-Scale, es va triar l'extracció aquosa com el mètode més ecològic. Aquest mètode permet superar els principals inconvenients dels mètodes clàssics, com la generació de gran quantitat de residus i les emissions de vapors orgànics. Atès que l'aigua no és un solvent perillós, el greix es va extreure amb èxit i alhora es van obtenir fins parcialment desgreixats (PDF) per a la següent fase. Finalment, la consistència del greix extret es va optimitzar, obtenint un producte semi-sòlid, a punt per a la seva aplicació com a ingredient en l'alimentació animal. En segon lloc, es van utilitzar dues proteases disponibles comercialment, Alcalasa 2.4L i Neutrasa 0.8L, per recuperar la fracció proteica present en els PDF. Es van optimitzar les condicions d'hidròlisi amb l'objectiu de maximitzar el grau d'hidròlisi (DH) i el procés es va monitoritzar mitjançant el reactiu o-ftalaldehid (OPA). El DH màxim assolit amb l'enzim Alcalasa 2.4L va ser 21,4 % en les següents condicions òptimes: ràtio E/S 5%, pH 8, temperatura 55 °C y temps 24 h. L'enzim Neutrasa 0.8L va exhibir una menor eficiència en la hidròlisi de les proteïnes presents en els PDF i, per tant, una menor recuperació de proteïna. Després de l'optimització de quatre variables (ràtio E/S, pH inicial, temperatura i temps) a través de la metodologia de superfície de resposta (RSM), el DH màxim aconseguit va ser 7,2% en les següent condicions: ràtio E/S 15%, pH inicial 8, temperatura 40 °C i temps 10,5 h. Els perfils peptídics de les hidròlisi es van determinar mitjançant electroforesi (SDS-PAGE) i cromatografia d'exclusió molecular (SEC), mostrant el predomini dels pèptids < 5 kDa en els hidrolitzats obtinguts. La hidròlisi enzimàtica va tenir un gran impacte en el perfil dels compostos volàtils i els grups funcionals. No obstant això, es van observar similituds entre els perfils aminoacídics dels hidrolitzats i els PDF. A més, es van determinar els factors de conversió de nitrogen a proteïna (NPCF) per a les diferents fraccions obtingudes. Finalment, el procés es va escalar (10 vegades), realitzant el pas de matràs a reactor amb èxit, demostrant la viabilitat de l'escalat. Finalment, es va avaluar la utilitat dels hidrolitzats de proteïnes produïts com a font de nitrogen de baix cost. Els hidrolitzats de proteïnes es van incorporar com a font de proteïna en medis de cultius per a microbiologia com a substituts de les peptones, o com a bioestimulants per a plantes. La capacitat dels hidrolitzats de proteïna per sustentar el creixement bacterià va ser excel·lent, fins i tot van superar la capacitat de les fonts de nitrogen comercials en alguns casos. En el cas dels llevats, els efectes van ser dependents de la soca: una de les soques va mostrar un bon rendiment mentre que l'altra va exhibir menor creixement i capacitat de fermentació en presència dels hidrolitzats de proteïna de baix cost. La suplementació amb els hidrolitzats de proteïna obtinguts va tenir un efecte positiu per diverses soques de fongs, millorant la seva capacitat per transformar el 5-hidroximetilfurfural quan aquests microorganismes es van emprar com a biocatalitzadors. Finalment, els hidrolitzats de proteïna no van millorar el creixement de les plantes de tomàquet i rave. En conclusió, la present Tesi Doctoral proporciona una visió de les oportunitats per extreure compostos de valor afegit dels fins a través de pràctiques sostenibles. La industria cárnica genera enormes cantidades de desechos, que deben tratarse y gestionarse adecuadamente para evitar problemas ambientales y de salud. El reciclaje de residuos y subproductos animales en productos de valor añadido podría ayudar a revertir este problema. Por lo tanto, diversos enfoques han sido adaptados por la ciencia y la tecnología, acoplándolos con los conocimientos del mercado, la legislación y los consumidores para la valorización exitosa de estos residuos en el marco de la Economía Circular. Esta Tesis Doctoral se centra en un residuo subestimado y sin explotar que se produce durante el proceso de tratamiento de subproductos cárnicos, llamado finos. Dado su alto contenido en lípidos y proteínas, aproximadamente del 37 y 46% respectivamente, la investigación se focalizó en la recuperación de estos componentes para futuras aplicaciones. Se establecieron tres etapas principales: 1.a recuperación de la fracción lipídica, 2.a recuperación de proteínas en forma de hidrolizados de proteínas y 3.a aplicaciones potenciales de los hidrolizados de proteínas. En primer lugar, los finos se sometieron a cinco métodos diferentes para extraer la fracción lipídica: método de Soxhlet, método de Folch, extracción con ciclopentil metil éter, extracción acuosa y extracción enzimática acuosa. Después de la evaluación de las metodologías empleadas en términos de rendimiento y la asignación de puntos de penalización en base al Eco-Scale, se eligió la extracción acuosa como el método más ecológico. Este método permite superar los principales inconvenientes de los métodos clásicos, como la generación de gran cantidad de residuos y las emisiones de vapores orgánicos. Dado que el agua no es un solvente peligroso, la grasa se extrajo con éxito mientras se obtuvieron finos parcialmente desgrasados (PDF) para la siguiente fase. Por último, la consistencia de la grasa extraída se optimizó, obteniendo un producto semisólido, listo para su aplicación como ingrediente en la alimentación animal. En segundo lugar, se utilizaron dos proteasas disponibles comercialmente, Alcalasa 2.4L y Neutrasa 0.8L, para recuperar la proteína presente en los PDF. Se optimizaron las condiciones de hidrólisis con el objetivo de maximizar el grado de hidrólisis (DH) y el proceso se monitorizó mediante el reactivo o-ftalaldehído (OPA). El DH máximo alcanzado con la enzima Alcalasa 2.4L fue 21,4 % en las siguientes condiciones óptimas: ratio E/S 5%, pH 8, temperatura 55 °C y tiempo 24 h. La enzima Neutrasa 0.8L exhibió una menor eficiencia en la hidrólisis de las proteínas presentes en los PDF y, por consiguiente, una menor recuperación de proteína. Después de la optimización de cuatro variables (ratio E/S, pH inicial, temperatura y tiempo) a través de la metodología de superficie de respuesta (RSM), el DH máximo alcanzado fue 7,2% en las siguientes condiciones: ratio E/S 15%, pH inicial 8, temperatura 40 °C y tiempo 10,5 h. Los perfiles peptídicos de las hidrólisis se determinaron mediante electroforesis (SDS-PAGE) y cromatografía de exclusión molecular (SEC), mostrando el predominio de los péptidos < 5 kDa en los hidrolizados obtenidos. La hidrólisis enzimática tuvo un gran impacto en el perfil de los compuestos volátiles y los grupos funcionales. Sin embargo, se observaron similitudes entre los perfiles aminoacídicos de los hidrolizados y los PDF. Además, se determinaron los factores de conversión de nitrógeno a proteína (NPCF) para las diferentes fracciones obtenidas. Por último, el proceso se escaló (10 veces), realizando el paso de matraz a reactor exitosamente, demostrando la viabilidad del escalado. Finalmente, se evaluó la utilidad de los hidrolizados de proteínas producidos como fuente de nitrógeno de bajo coste. Los hidrolizados de proteínas se incorporaron como fuente de proteína en medios de cultivos para microbiología como substitutos de las peptonas, o como bioestimulantes para plantas. La capacidad de los hidrolizados de proteína para sustentar el crecimiento bacteriano fue excelente, incluso superaron la capacidad de las fuentes de nitrógeno comerciales en algunos casos. En el caso de la levadura, los efectos fueron dependientes de la cepa: una de las cepas probadas mostró un buen rendimiento mientras que la otra exhibió menor crecimiento y capacidad de fermentación en presencia de los hidrolizados de proteína de bajo coste. La suplementación con los hidrolizados de proteína obtenidos tuvo un efecto positivo para varias cepas de hongos, mejorando su capacidad para transformar el 5-hidroximetilfurfural cuando estos microorganismos se emplearon como biocatalizadores. Finalmente, los hidrolizados de proteína no mejoraron el crecimiento de las plantas de tomate y rábano. En conclusión, la presente Tesis Doctoral proporciona una visión de las oportunidades para extraer compuestos de valor añadido de los finos a través de prácticas sostenibles. Meat industry generates vast amounts of waste, which must be properly treated and managed to avoid environmental and health concerns. The recycling of animal co- and by-products into added-value products could help turn this problem around. Hence, diverse science and technology-driven approaches have been coupled with market, legislative, and consumer knowledge for the successful valorization of these residues in the frame of Circular Economy. This Ph.D. thesis addresses an underestimated and therefore unexploited waste produced during the rendering process, called fines. Given its high content in lipids and protein, of around 37 and 46%, respectively, the focus was placed on the recovery of these components for further applications. Thus, three main phases were established: 1st fat recovery, 2nd protein recovery as protein hydrolysates, and 3rd potential applications of protein hydrolysates. Firstly, fines were submitted to five different methods to extract the lipidic fraction: Soxhlet method, Folch method, extraction with cyclopentyl methyl ether, aqueous extraction, and aqueous enzymatic extraction. After evaluating the employed methodologies in terms of yield and assigning penalty points based on the Eco-Scale approach, the aqueous extraction was chosen as the greenest method. It allows overcoming the main drawbacks of classical methods, such as the generation of a high amount of waste and organic vapor emissions. Since water is a non-hazardous solvent, the fat was successfully extracted while preparing partially defatted fines (PDF) for the next phase. The consistency of the extracted fat was optimized, obtaining a semi-solid product ready for application as an ingredient in animal feed. Secondly, two commercially available proteases, Alcalase 2.4L and Neutrase 0.8L were used to recover the protein from PDF. Hydrolysis conditions were optimized aiming to maximize the degree of hydrolysis (DH), monitored using the o-phthaldialdehyde (OPA) assay. The maximum DH achieved with Alcalase 2.4L was 21.4% under optimal conditions: E/S ratio 5%, pH 8, temperature 55 °C, and time 24 h. Neutrase 0.8L exhibited lower efficiency in hydrolyzing the protein present in PDF and therefore, lower protein recovery. After optimizing four variables (E/S ratio, initial pH, temperature, and time) through Response Surface Methodology (RSM), the maximum DH achieved was 7.2% with the variables set at: E/S ratio 15%, initial pH 8, temperature 40 °C, and time 10.5 h. Peptides profiles were displayed using electrophoresis (SDS-PAGE) and size exclusion chromatography (SEC), indicating that most of the peptides in the hydrolysates were < 5 kDa. Enzymatic hydrolysis had a significant impact on the volatiles profile and functional groups. However, the amino acid profiles of the hydrolysates and PDF were very similar. In addition, nitrogen-to-protein conversion factors (NPCF) were determined for the different fractions obtained. Lastly, the process was scaled-up (10-fold) from shake-flask to a reactor successfully, demonstrating the feasibility for future scale-up. Finally, the usefulness of the obtained protein hydrolysates as a low-cost nitrogen source was assessed. The protein hydrolysates were incorporated as protein ingredients in microbiological growth media replacing peptones or as biostimulants for plants. The capacity of protein hydrolysates to support bacterial growth was excellent, even outperforming commercial ones in some cases. In the case of yeast, the effects were strain-dependent: one of the tested strains displayed good performance while the other one exhibited lower growth and fermenting capacity in the presence of the low-cost protein hydrolysates. Several fungi strains took advantage of the low-cost protein hydrolysates, improving their capability to transform 5-hydroxymethylfurfural when used as whole-cell biocatalysts. Finally, the protein hydrolysates did not improve tomato and radish plants growth. In conclusion, the present Doctoral Thesis provides an insight into the opportunities for extracting compounds with added-value from fines through sustainable practices.

L'actual dependència en els recursos fòssils per a produir energia i productes químics suposa una gran preocupació mediambiental. Trobar alternatives renovables és crucial per sostenir la vida futura al planeta Terra. La biomassa, específicament en forma de lignocel·lulosa, és una alternativa prometedora perquè és abundant com a residu i és la font de carboni més copiosa de la planeta, contenint altes quantitats de sucres en forma de cel·lulosa i hemicel·lulosa. Els monosacàrids es poden alliberar mitjançant el pretractament i la hidròlisi del material lignocel·lulòsic i posteriorment es poden transformar en combustibles com l’etanol. El furfural (FF) i el 5-hidroximetilfurfural (HMF) són furaldehids generats per la deshidratació de sucres durant el pretractament de la lignocel·lulosa i són inhibidors de les soques encarregades de fermentar els sucres. L'estudi de les vies de degradació que condueixen als seus derivats menys tòxics ha obert noves línies d'investigació centrades en la valorització de FF i HMF, donat l’elevat valor dels seus derivats en les biorrefineries. El principal objectiu d'aquesta tesi és contribuir a la valorització biocatalítica del FF i de l’HMF. Inicialment, es va intentar optimitzar l'oxidació enzimàtica d’HMF a 2,5-diformilfurà (DFF) via galactosa oxidasa, catalasa i peroxidasa de rave picant. Es va aconseguir un alt rendiment (>90%) mitjançant l’ajust de la ràtio entre galactosa oxidasa i catalasa i ometent l'addició de peroxidasa. No obstant, es va concloure que el procés tenia algunes limitacions i que l'ús de microorganismes seria un enfoc més factible (i encara no descrit). En la recerca de microorganismes, es va considerar un cribratge de set espècies de Fusarium, que són productors naturals de l'enzim galactosa oxidasa. Cinc de les espècies avaluades van mostrar una alta capacitat per reduir HMF a 2,5-di(hidroximetil)furà (DHMF), i dues d'elles van mostrar capacitat per oxidar HMF a DFF amb baixos rendiments i selectivitats. La producció de DHMF mitjançant microorganismes es va considerar d'interès i es va estudiar utilitzant F. striatum. Va mostrar una elevada tolerància cap al HMF a l'utilitzar mides d'inòcul petites, transformant 75 mM d’HMF en 24 h amb un rendiment i selectivitat alts. L’adició d'HMF per lots va permetre una major concentració de DHMF en el medi. Finalment, es va avaluar la viabilitat de l'escalat de el procés i es va obtenir un elevat rendiment (95%) i selectivitat (98%) en un bioreactor a escala de laboratori (1.3 L), concloent que F. striatum és un candidat prometedor per a la producció de DHMF. Entre les dues espècies de Fusarium que van mostrar oxidació d’HMF a DFF (F. culmorum i F. sambucinum), la primera va mostrar resultats preliminars més prometedors i va ser seleccionada per a l'optimització del procés. Es va trobar que la font de nitrogen i la concentració de glucosa i peptones en el medi van influir en la capacitat de la soca de transformar l'HMF. La concentració de tots dos nutrients es va optimitzar acuradament a través de la Metodologia de Superfície de Resposta mitjançant la construcció de dos Dissenys Centrals Compostos successius. Es va obtenir un alt rendiment (92%) i selectivitat (94%) de DFF en les condicions òptimes a partir de 50 mM d’HMF, descrivint per primera vegada una producció eficient de DFF mitjançant l'ús de microorganismes i obrint una nova línia d'investigació. Finalment, l'últim capítol d'aquesta tesi es va centrar en l'ús de F. striatum com a mètode de desintoxicació biològica en la producció d'etanol a partir d'hidrolitzats lignocel·lulòsics que contenen altes concentracions de FF i HMF. El co-cultiu de F. striatum i una soca de S. cerevisiae que consumeix xilosa va mostrar un millor rendiment que altres mètodes de desintoxicació biològica prèviament reportats en la literatura. A més, va superar els principals inconvenients de la desintoxicació biològica: va degradar concentracions d'inhibidor significativament més altes amb taxes de degradació superiors, la desintoxicació i fermentació es van realitzar simultàniament, hi va haver una desintoxicació completa dels inhibidors i no hi va haver consum de sucres durant el procés de desintoxicació, el que significa que el rendiment d'etanol no es va veure afectat per la presència de F. striatum. Es va obtenir un alt rendiment (0.40 g/g) i productivitat (0.46 g/L/h) d'etanol en un bioreactor a escala de laboratori en presència de 3.5 g/L d’HMF i 2.5 g/l de FF, una concentració de furaldehids que va inhibir la fermentació en absència de F. striatum. A més, els derivats alcohòlics de valor afegit de l'FF i HMF es van produir durant el procés de desintoxicació amb alts rendiments, afegint més valor a l'hidrolitzat lignocel·lulòsic. Els processos biocatalítics desenvolupats en aquesta tesi proporcionen nous mètodes sostenibles per a produir compostos de valor a partir de biomassa i obren noves línies de investigació en la valorització del FF i HMF. La actual dependencia en los recursos fósiles para producir energía y productos químicos supone una gran preocupación medioambiental. Encontrar alternativas renovables es crucial para sostener la vida futura en el planeta Tierra. La biomasa, específicamente en forma de lignocelulosa, es una alternativa prometedora porque es abundante como residuo, no compite con el suministro alimentario y es la fuente de carbono más copiosa del planeta, conteniendo altas cantidades de azúcares en forma de celulosa y hemicelulosa. Los monosacáridos se pueden liberar mediante el pretratamiento y la hidrólisis del material lignocelulósico y posteriormente se pueden transformar en combustibles como por ejemplo etanol. El furfural (FF) y el 5 hidroximetilfurfural (HMF) son furaldehídos generados por la deshidratación de azúcares durante el pretratamiento de lignocelulosa y son inhibidores de las cepas encargadas de la fermentación. El estudio de las vías de transformación que conducen a sus derivados menos tóxicos ha abierto nuevas líneas de investigación centradas en la valorización de FF y HMF, dado el elevado valor de sus derivados en las biorrefinerías. El principal objetivo de esta tesis es contribuir a la valorización biocatalítica del FF y del HMF. Inicialmente, se intentó optimizar la oxidación enzimática de HMF en 2,5-diformifurano (DFF) vía galactosa oxidasa, catalasa y peroxidasa de rábano picante. Se obtuvo un rendimiento elevado (>90%) mediante el ajuste de la ratio entre galactosa oxidasa y catalasa y omitiendo la adición de peroxidasa. Sin embargo, se concluyó que el proceso tenía algunas limitaciones y que el uso de microorganismos sería un enfoque más factible (y aún no descrito). En la búsqueda de microorganismos, se consideró un cribado de siete especies de Fusarium, que son productoras naturales de la enzima galactosa oxidasa. Cinco de las especies evaluadas mostraron una alta capacidad para reducir HMF en 2,5-di(hidroximetil)furano (DHMF), y dos de ellas mostraron capacidad para oxidar HMF a DFF con bajos rendimientos y selectividades. La producción de DHMF mediante microorganismos se consideró de interés y se estudió utilizando F. striatum. Mostró una elevada tolerancia hacia el HMF al utilizar tamaños de inóculo pequeños, transformando 75 mM de HMF en 24 h con un rendimiento y selectividad altos. La adición de HMF por lotes permitió una mayor concentración de DHMF en el medio. Finalmente, se evaluó la viabilidad del escalado del proceso y se obtuvo un elevado rendimiento (95%) y selectividad (98%) en un biorreactor a escala de laboratorio (1.3 L), concluyendo que F. striatum es un candidato prometedor para la producción de DHMF. Entre las dos especies de Fusarium que mostraron oxidación de HMF a DFF (F. culmorum y F. sambucinum), la primera mostró resultados preliminares más prometedores y fue seleccionada para la optimización del proceso. Se observó que la fuente de nitrógeno y la concentración de glucosa y peptonas en el medio influyeron en la capacidad de la cepa de transformar el HMF. La concentración de ambos nutrientes se optimizó cuidadosamente a través de la Metodología de Superficie de Respuesta mediante la construcción de dos Diseños Centrales Compuestos sucesivos. Se obtuvo un alto rendimiento (92%) y selectividad (94%) de DFF en las condiciones óptimas a partir de 50 mM de HMF, describiendo por primera vez una producción eficiente de DFF mediante el uso de microorganismos y abriendo una nueva línea de investigación. Finalmente, el último capítulo de esta tesis se centró en el uso de F. striatum como método de desintoxicación biológica en la producción de etanol a partir de hidrolizados lignocelulósicos que contienen altas concentraciones de FF y HMF. El co-cultivo de F. striatum y una cepa de S. cerevisiae que consume xilosa mostró un mejor rendimiento que otros métodos de desintoxicación biológica previamente reportados en la literatura. Además, superó los principales inconvenientes de la desintoxicación biológica: degradó concentraciones de inhibidor significativamente más altas con tasas de degradación superiores, la desintoxicación y fermentación se realizaron simultáneamente, hubo una desintoxicación completa de los inhibidores y no hubo consumo de azúcares durante el proceso de desintoxicación, lo que significa que el rendimiento de etanol no se vio afectado por la presencia de F. striatum. Se obtuvo un alto rendimiento (0.40 g/g) y productividad (0.46 g L/h) de etanol en un biorreactor a escala de laboratorio en presencia de 2.5 g/L de FF y 3.5 g/L de HMF, una concentración de furaldehídos que inhibió la fermentación en ausencia de F. striatum. Además, los derivados alcohólicos de valor añadido del FF y HMF se produjeron durante el proceso de desintoxicación con rendimientos elevados, añadiendo más valor al hidrolizado lignocelulósico. Los procesos biocatalíticos desarrollados en esta tesis proporcionan nuevos métodos sostenibles para producir compuestos de valor a partir de biomasa y abren nuevas líneas de investigación en la valorización del FF y HMF. The current dependence on fossil resources to produce energy and commodity chemicals poses a major concern to the environment. Finding renewable alternatives is crucial to support and sustain future life on planet Earth. Biomass, specifically in the form of lignocellulose, presents as a promising alternative because it is abundant as waste, it does not compete for food supplies, and it is the most copious carbon feedstock of the planet, containing high amounts of sugars in the forms of cellulose and hemicellulose. Monosaccharides can be released through pretreatment and hydrolysis of the lignocellulosic material and further transformed into fuels such as ethanol. Furfural (FF) and 5-hydroxymethylfurfural (HMF) are furaldehydes generated by dehydration of sugars during the pretreatment of lignocellulose and are inhibitors for the sugar fermenting strains. The study of the transformation pathways that lead to their fewer toxic derivatives has opened a new line of research on the upgrade of FF and HMF, given the value of their derivatives at biorefineries. The main objective of this thesis is to contribute to the biocatalytic valorization of FF and HMF. First, an optimization of the enzymatic oxidation of HMF to 2,5-diformylfuran (DFF) via galactose oxidase, catalase, and horseradish peroxidase was attempted. A high yield (>90 %) was achieved by adjusting the ratio between galactose oxidase and catalase and omitting the addition of horseradish peroxidase. However, it was concluded that the process had some limitations and that whole cells would be a more feasible (and yet not described) approach. In the search for whole-cell biocatalysts, a screening of seven Fusarium species, natural producers of the enzyme galactose oxidase, was considered. Five of the species evaluated showed a high capability to reduce HMF to 2,5-di(hydroxymethyl)furan (DHMF), and two of them showed the capability to oxidize HMF to DFF with low yields and selectivities. The whole-cell production of DHMF was considered of interest and studied using F. striatum. It showed high tolerance towards HMF when using small inoculum sizes, transforming 75 mM HMF within 24 h with a high yield and selectivity. A fed-batch approach allowed a higher concentration of DHMF in the media. Finally, the feasibility of the scale-up of the process was evaluated, and a quantitative DHMF yield (95 %) and selectivity (98 %) were obtained in a bench-scale bioreactor (1.3 L), concluding that F. striatum is a promising candidate for DHMF production. Among the two Fusarium species that showed HMF oxidation to DFF (F. culmorum and F. sambucinum), the former showed more encouraging preliminary results and was selected to optimize the process further. It was found that the nitrogen source and the concentration of glucose and peptones in the media highly influenced the redox capability of the strain. The concentration of both nutrients was carefully optimized through Response Surface Methodology by building two successive Central Composite Designs. A high DFF yield (92 %) and selectivity (94 %) were obtained under the optimized conditions starting from 50 mM HMF, thus describing for the first time an efficient whole-cell production of DFF and opening a new line of investigation. Finally, the last Chapter of this thesis was focused on the use of F. striatum as a biological detoxification method in bio-based ethanol production from lignocellulosic hydrolysates containing high concentrations of FF and HMF. A co-culture between F. striatum and a xylose-consuming S. cerevisiae showed better performance than other biological detoxification methods previously reported in the literature. Moreover, it overcame the main drawbacks of biological detoxification: it was able to handle significantly higher inhibitor concentrations with higher degradation rates, the detoxification and fermentation steps were performed simultaneously, there was complete detoxification of the inhibitors, and there was no consumption of sugars during the detoxification process, meaning that the presence of F. striatum did not influence the ethanol yield. A high ethanol yield (0.40 g/g) and productivity (0.46 g/L/h) were obtained in a bench-scale bioreactor in the presence of 2.5 g/L FF and 3.5 g/L HMF, a concentration of furaldehydes that inhibited the fermentation in the absence of F. striatum. Moreover, the added-value alcohol derivatives of FF and HMF were produced during the detoxification process with high yields, adding more value to the lignocellulosic hydrolysate. The biocatalytic approaches developed throughout this thesis provide novel sustainable methods to produce high-value compounds from biomass and open new lines of investigation in the biocatalytic valorization of FF and HMF.

El cultiu de l’olivera (Olea europaea L.) és un dels cultius tradicionals als països mediterranis, i la seva producció a España té una gran importància econòmica, sent el major productor i exportador mundial d’oli d’oliva. Tenint en compte la complexitat del mercat, els coneixements sobre certes característiques bioquímiques, com ara la composició cuticular i de les parets cel·lulars, podrien millorar la competitivitat de les empreses en aquest mercat. La composició i propietats de la cutícula i de les parets cel·lulars dels fruits poden influir en diferents aspectes de la producció, com els danys mecànics o la sensibilitat a plagues, o a d’altres aspectes com ara la resposta a les inclemències climàtiques. Tots aquests factors, tant abiòtics com biòtics, juguen un paper fonamental en les característiques del fruit, que tindran importància tant per a la preparació d’olives de taula com per a la producció d’oli d’oliva. Per a les olives produïdes a la Denominació d’Origen Protegida (DOP) ‘Les Garrigues’, es van trobar diferències composicionals en la cutícula i les parets cel·lulars entre fruits cultivats amb reg i els que es trobaven en condicions de secà. Pel contrari, es van detectar poques diferències entre ambdós règims de reg per als fruits cultivats en la DOP ‘Siurana’. Tenint en compte que les condicions climàtiques a la DOP ‘Les Garrigues’ són més extremes que a la DOP ‘Siurana’, aquestes observacions suggereixen un possible paper de la cutícula en la adaptació de la planta a les condicions adverses. Els canvis a la cutícula del fruit al llarg de la maduració van ser diferents segons les varietats d’oliva analitzades. Els àcids maslínic i oleanòlic van ser els dos compostos més abundants en les ceres cuticulars (arribant en alguns casos a percentatges del 52 i 43 % sobre el total, respectivament). També es van analitzar les ceres dels olis monovarietals produïts a partir de les nou varietats objecte d’estudi, concloent-se que no semblava existir una relació directa amb les ceres cuticulars del fruit de l’oliva. Quant a la matriu de cutina, els compostos més abundants van ser els àcids 18-hidroxi-octadecanoic i 16-hidroxi-hexadecanoic. La microtopografia de la superfície del fruit també va mostrar diferències entre totes nou varietats, i suggereix també una possible relació amb la resposta a alguns factors d’estrès abiòtic i biòtic, com ara la infestació per la mosca de l’oliva. Per altra banda, les modificacions de la paret cel·lular van reflectir la progressiva solubilització dels polisacàrids que la integren. Un estudi més complet realitzat a la varietat ‘Arbequina’ va mostrar una disminució important de la fermesa del fruit en estadis primerencs de maduració en paral·lel amb la pèrdua dels sucres neutres. Per a totes nou varietats d’oliva estudiades, es van observar alts nivells d’activitat pectinmetilesterasa i un alt contingut en calci en etapes primerenques de maduració, possiblement relacionats amb els baixos nivells de pèrdua d’àcids urònics com a conseqüència del reforçament de les estructrures de caixa d’ous entre poligalacturonans. Els resultats obtinguts en aquesta Tesi Doctoral proporcionen informació útil sobre els canvis que pateixen la cutícula i les parets cel·lulars del fruit de l’oliva durant la seva maduració en resposta a diferents factors agronòmics, així com també una comparativa de les propietats cuticulars amb fruits i fulles de llorer cirerer (Prunus laurocerasus L.), i amb fruits de kiwi (Actidinia spp.). El cultivo del olivo (Olea europaea L.) es uno de los cultivos tradicionales en los países meditarráneos, y su producción en España tiene una gran importancia económica, tratándose del mayor productor y exportador mundial de aceite de oliva. Teniendo en cuenta la complejidad del mercado, los conocimientos sobre ciertas características bioquímicas, como la composición cuticular y de las paredes celulares, podría mejorar la competitividad de las empresas de este mercado. La composición y propiedades de la cutícula y de las paredes celulares de los frutos pueden influir en diferentes aspectos de la producción, como los daños mecánicos o la sensibilidad a plagas, o a otros aspectos como por ejemplo las inclemencias climáticas. Todos estos factores, tanto abióticos como bióticos, juegan un papel fundamental en las características del fruto, que tendrán gran importancia tanto para la preparación de aceitunas de mesa como para la producción de aceite de oliva. Para las olivas producidas en la Denominación de Origen Protegida (DOP) ‘Les Garrigues’, se encontraron diferencias composicionales en la cutícula y las paredes celulares entre los frutos cultivados con riego y los que se encontraban en condiciones de secano. Por el contrario, se detectaron pocas diferencias entre los dos regímenes de riego en los frutos cultivados en la DOP ‘Siurana’. Teniendo en cuenta que las condiciones climáticas en la DOP ‘Les Garrigues’ son más extremas que en la DOP ‘Siurana’, estas observaciones sugieren un posible papel de la cutícula en la adaptación de la planta a las condiciones adversas. Los cambios en la cutícula del fruto de la oliva a lo largo de la maduración fueron distintos según la variedad de oliva analizada. Los ácidos maslínico y oleanólico fueron los compuestos más abundantes en las ceras cuticulares (alcanzando en algunos casos porcentajes del 52 y 43 % sobre el total, respectivamente). También se analizaron las ceras de los aceites monovarietales producidos a partir de las nueve variedades objeto de estudio, concluyendo que no parece existir una relación directa con las ceras cuticulares del fruto de la oliva. En cuanto a la matriz de cutina, los compuestos más abundantes fueron los ácidos 18-hidroxi-octadecanoico y 16-hidroxi-hexadecanoico. La microtopografía de la superficie del fruto también mostró diferencias entre las nueve variedades, y sugiere también una posible relación en respuesta a algunos factores de estrés abióticos y bióticos, cómo por ejemplo por la infestación de la mosca de la oliva. Por otro lado, las modificaciones en la pared celular reflejaron la progresiva solubilización de los polisacáridos que la integran. Un estudio más completo realizado en la variedad ‘Arbequina’, mostró una disminución importante de la firmeza del fruto en etapas tempranas de maduración, en paralelo con la pérdida de los azúcares neutros. En todas las variedades estudiadas, se observó altos niveles de actividad pectinmetilesterasa y un alto contenido en calcio en etapas tempranas de maduración, posiblemente relacionadas con la baja pérdida de ácidos urónicos como consecuencia del refuerzo de las estructuras de la caja de huevos entre poligalacturonanos. Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral proporcionan información útil sobre los cambios que sufren la cutícula y las paredes celulares del fruto de la oliva durante su maduración en relación a distintos factores agronómicos, así como también una comparativa de las propiedades cuticulares con frutos y hojas de laurel cerezo (Prunus laurocerasus L.), y con frutos de kiwi (Actidinia spp.). Olive (Olea europaea L.) is one of the most traditional crops at the Mediterranean countries, and its cultivation is very relevant economically in Spain, the largest producer and exporter of olive oil in the world. Worldwide trade is very complex, and therefore a better comprehension of particular biochemical events such as changes in cuticular and cell wall composition along fruit maturation may prove helpful to improve the commercial competitiveness. The composition and properties of fruit cuticle and cell wall may impact a number of aspects related to production, such as susceptibility to mechanical damages or pests, or the response to adverse climatic conditions. All of these factors play an important role on fruit characteristics, which are relevant both for manufacture of table olives and for olive oil production. Compositional differences in fruit cuticle and cell walls were found between irrigated and rain-fed conditions for olives grown at the Protected Denomination of Origin (PDO) ‘Les Garrigues’, whereas very small irrigation-related differences were observed for olives picket at PDO ‘Siurana’. Climatic conditions are much harsher at PDO ‘Les Garrigues’ than in PDO ‘Siurana’, and hence results are indicative of a possible role for fruit cuticle in plant adaptation to adverse environments. The modifications in fruit cuticle along ripening were cultivar-dependent. Maslinic and oleanolic acids were the most abundant compounds among cuticular waxes (achieving in some cases up to 52 and 43 % over total waxes, respectively). Wax contents in monovarietal oils extracted from all nine olive cultivars considered was unrelated to the composition of cuticular waxes. Regarding the cutin composition, 18-hydroxyoctadecanoic and 16-hydroxyhexadecanoic were the predominant compounds. Furthermore, fruit surface microtopography also showed significant differences among all nine olive cultivars, and suggested a possible link to the response to some abiotic and biotic stress factors, such as olive fly infestation. On the other hand, modifications in cell wall composition of fruit reflected the progressive solubilisation of their polysaccharide constituents. A comprehensive study on ‘Arbequina’ revealed a phase of sharp loss of fruit firmness at early stages of maturation, which paralleled the loss of neutral sugar. For all nine cultivars considered, high levels of pectin methylesterase activity and high calcium contents were found at early ripening stages, possibly related to low uronic acid loss arising from the reinforcement of the egg-box structures among polygalacturonans. Results obtained in this Doctoral Thesis provide useful information on modifications in fruit cuticle and cell walls during ripening of olive fruit in response to different agronomic factors, as well as a comparison of cuticular properties with fruits and leaves of cherry laurel (Prunus laurocerasus L.), and with kiwifruit (Actidinia spp.).

Les mescles de baix punt de fusió o mescles eutèctiques denominades DES per les sigles en anglès (Deep Eutectic Solvents), són bàsicament preparades a partir de compostos acceptors de ponts de hidrogen, els anomenats HBA, (en general una sal d'amoni quaternària), i donadors de ponts d'hidrogen (HBD) com són alcohols, àcids, amines i carbohidrats; que formen sistemes que contenen una àmplia varietat d'espècies catiòniques i / o aniòniques regides per interaccions de pont d'hidrogen que presenten una baixa energia d'enllaç, causant dels baixos punts de fusió que aquestes presenten. Aquesta és una de les característiques importants a l'hora d'emprar els diferents tipus de DES, pel que fa a el tipus de reacció i / o procés sintètic; per exemple, aquests dissolvents eutèctics han estat àmpliament utilitzats i estudiats en processos d'extracció de biomassa, síntesi de polímers, catàlisi, electroquímica, síntesi de nano partícules, entre d'altres. En el present treball, es presenta la preparació de nous solvents eutèctics de base biològica a partir de glicerol (Gly), el qual va ser obtingut mitjançant la hidròlisi de greixos animals no comestibles i després emprat per sintetitzar l'alcohol 3- cloro-1,2-propanodiol, que és el precursor del compost racèmic: clorur de rac-2,3-dihidroxipropiltrietilamonio: [Et3N+CH2CH(OH)CH2OH]Cl- (DPTAC). Dit compost es va sintetitzar emprant el 3- cloro-1,2-propanodiol, trietilamina i metanol. El compost (DPTAC), que inicialment va ser obtingut en forma de barreja racèmica, va ser transformat en un compost enantiomèricament enriquit mitjançant un procés d'acetilació quimioenzimàtica i d'acetilació directa emprant acetat d’isopropilè, per tal de separar la mescla racèmica. De la mateixa manera, es va obtenir el clorur de S - (-) 2,3-dihidroxipropiltrietilamoni, partint de l'alcohol precursor òpticament pur (2a). Totes aquestes sals van ser acetilades directament amb anhídrid acètic. Tots ells van ser emprats com HBA per preparar diferents mescles eutèctiques (DES). Així, es van emprar tres compostos de base biològica: glicerol (Gly), àcid làctic (LA) i urea com HBD per formar cadascuna de les mescles. Finalment, l'etilenglicol (7) va ser també utilitzat per formar un DES concret. És important destacar que el disseny d'aquests dissolvents es va dur a terme utilitzant l'estratègia de "disseny modular" en què cada DES conté un HBA de diferent naturalesa i propietats. Inicialment, es presenta l'estudi de les propietats físiques (viscositat, densitat, relació estequiomètrica, entre d'altres) de cada DES. Posteriorment, s'estudia la seva funció com a dissolvents en diferents processos químics. Els DES preparats van ser utilitzats com a dissolvents en el procés de fraccionament i extracció de material ligno-cel·lulòsic en diferents mostres de biomassa de fusta dura, com són la sansa, i la poda de branques (de tipus llenyós) d'arbres fruiters. Els resultats van mostrar que es pot extreure lignina tipus Klasson i es recuperen fraccions riques en holocel·lulosa utilitzant cada un dels DES. Els DES preparats van ser també utilitzats per estudiar la seva influència sobre la formació dels adductes endo:exo, en reaccions típiques de ciclació [4π + 2π] tipus Diels-Alder, entre el ciclopentadiè i acrilat d'etil o acrilat de butil. D'altra banda, amb base en els requeriments del procés, van ser seleccionats els DES adequats per ser utilitzats com a mitjans de reacció en la reacció d'obtenció d'alcohols quirals secundaris mitjançant la reducció de cetones pro-quirals en presència de NaBH4. La riquesa enantiomèrica dels alcohols produïts es va estudiar emprant un reactiu de derivatització quiral (reactiu de Mosher). D'aquesta manera es va estudiar la configuració absoluta de l'alcohol: 1-feniletanol (12) (obtingut com a producte de la reacció anterior). A més, van ser realitzats assajos preliminars per valorar la possibilitat de reciclar els DES obtinguts. Per a això, els DES inicials, preparats entre el compost racèmic (DPTAC) amb els quatre compostos HBD van ser fraccionats, fent ús d'una resina de bescanvi catiònic fort, per tal de comprovar que la facilitat amb què aquests són separables; a més de ser reusables i reciclables. Condicions que ha de complir un solvent perquè pugui ser considerat dins de la categoria "Green Solvents"; tenint en compte que els materials de partida per a la formació de les mescles eutèctiques gairebé són íntegrament compostos de base biològica. Tots els compostos precursors i els DES preparats van ser caracteritzades per FT-IR i tècniques d'espectroscòpia de 1H i 13C RMN; el compost racèmic va ser analitzat mitjançant espectrometria de masses; la proporció entre els adductes formats en les reaccions de Diels-Alder, va ser estudiada utilitzant cromatografia de gasos GC-FID (230 ° C i 270 ° C). L'activitat òptica i l'angle de rotació específica van ser mesurats en els compostos enantiomèricament enriquits i òpticament purs. Finalment, la separació de cada DES, realitzada mitjançant columnes de bescanvi catiònic, va ser seguida per FT-IR i 1H RMN. Las mezclas de bajo punto de fusión o mezclas eutécticas denominadas DES por sus siglas en inglés (Deep Eutectic Solvents), son básicamente mezclas preparadas a partir de compuestos aceptores de puentes de hidrógeno llamados HBA, (generalmente sales de amonio cuaternarias) y donantes de puentes de hidrógeno de diferente naturaleza (HBD), por ejemplo, alcoholes, ácidos, aminas y carbohidratos; que forman sistemas que contienen una amplia variedad de especies catiónicas y/o aniónicas regidas por interacciones, principalmente de puentes de hidrógeno, que presentan una baja energía de enlace que causan los bajos puntos de fusión que estas presentan. Precisamente, esta es una de las características importantes a la hora de emplear los diferentes tipos de DES, dependiendo del tipo de reacción y/o proceso sintético. Por ejemplo, estos disolventes eutécticos han sido ampliamente utilizados y estudiados en procesos de extracción de biomasa, síntesis de polímeros, catálisis, electroquímica, síntesis de nanopartículas, entre otros. En el presente trabajo se presenta la preparación de diferentes novedosos disolventes eutécticos de base biológica, a partir de glicerol (Gly). Este glicerol fue obtenido mediante la hidrólisis y trans-esterificación de grasas animales no comestibles, y luego empleado para sintetizar el alcohol 3-cloro-1,2-propanodiol, que es el precursor del compuesto racémico de interés: el cloruro de rac-2,3-dihidroxipropiltrietilamonio: [Et3N+CH2CH(OH)CH2OH]Cl-, [C9H22N+O2]Cl- o (DPTAC). Dicho compuesto se sintetizó empleando el cloroalcohol obtenido, trietilamina y metanol. El compuesto (DPTAC) que inicialmente fue obtenido en forma de mezcla racémica, fue transformado en un compuesto enantiomericamente enriquecido mediante un proceso de acetilación quimioenzimática y de acetilación directa empleando acetato de isopropileno, con el fin enriquecer enantiomericamente este compuesto racémico. Además, se obtuvo el cloruro de S-(-)-2,3-dihidroxipropiltrietilamonio (S)-(-)-(DPTAC), partiendo del alcohol precursor ópticamente puro. Estas sales fueron acetiladas directamente con anhídrido acético y empleadas como componente HBA, en presencia de tres compuestos de base biológica: glicerol (Gly), ácido láctico (LA) y urea que actuaron como compuesto HBD en la formación de cada una de las mezclas eutécticas (DES). Además, el etilenglicol (EG) fue también utilizado para formar otro DES concreto. Es importante tener en cuenta que, el diseño de estos disolventes se realizó empleando la estrategia de “diseño modular” para que cada DES contenga un HBA de naturaleza y propiedades diferentes. En este trabajo es presentado el estudio de las propiedades físicas (viscosidad, densidad, relación estequiométrica, entre otras) de cada DES. Posteriormente, se estudió su empleo como disolventes en diferentes procesos químicos; donde, los DES preparados fueron utilizados como disolventes en el proceso de fraccionamiento y extracción de material ligno-celulósico en diferentes muestras de biomasa de madera dura como son: el orujo de oliva, y la poda de ramas (de tipo leñoso) de árboles frutales. Los resultados mostraron la obtención de lignina tipo Klasson y de fracciones ricas en holocelulosa utilizando cada uno de los DES. Asimismo, los DES preparados fueron utilizados para estudiar su influencia sobre la formación de los aductos endo:exo, en reacciones típicas de ciclación [4π+2π] tipo Diels-Alder, entre el ciclopentadieno con acrilato de etilo y acrilato de butilo. Por otra parte, con base en los requerimientos del proceso, fueron seleccionados los DES adecuados para ser utilizados como medios de reacción, en la obtención de alcoholes quirales secundarios mediante la reducción de cetonas pro-quirales en presencia de NaBH4. La riqueza enantiomérica de los alcoholes producidos se estudió empleando un reactivo de derivatización quiral (reactivo de Mosher). De esta manera se estudió la configuración absoluta del alcohol: 1-feniletanol (12) (obtenido como producto de la reacción anterior). Low melting mixtures or Deep eutectic mixtures called DES (Deep Eutectic Solvents) are prepared from hydrogen bond acceptors called HBA, (usually a quaternary ammonium salt), and different hydrogen bond donors (HBD) for example alcohols, acid amines, and carbohydrates; form systems that contain a wide variety of cationic and/or anionic species governed by hydrogen bonding interactions that present low binding energy, causing their low melting points. This is one of the important characteristics when using the different types of DES, in terms of the type of reaction and/or synthetic process; for example, these eutectic solvents have been widely used and studied in biomass extraction processes, polymer synthesis, catalysis, electrochemistry, nanoparticle synthesis, among others. This work presents the preparation of several novel bio-based eutectic solvents from glycerol (Gly), which was obtained by hydrolysis and trans-esterification of inedible animal fats and then used to synthesize alcohol 3-chloro-1,2-propanediol, which is the precursor of the racemic compound: rac-2,3-dihydroxypropyltriethylammonium chloride: [Et3N+CH2CH(OH)CH2OH]Cl- (DPTAC). This compound was synthesized using the mentioned chloro-alcohol, triethylamine, and methanol. Compound (DPTAC) that was initially obtained as a racemic mixture, was transformed into an enantiomerically enriched compound employing chemoenzymatic acetylation and direct acetylation process using isopropylene acetate to separate the racemic mixture. Similarly, S-(-)-2,3-dihydroxypropyltriethylammonium chloride was obtained starting from the optically pure precursor alcohol. All these salts were acetylated directly with acetic anhydride. All of them were used as HBA to prepare different eutectic mixtures (DES). Thus, three bio-based compounds were used: glycerol (Gly), lactic acid (LA), and urea as HBD to form each of the mixtures. Finally, ethylene glycol (7) was also used to form a specific DES. It is important to note that the design of these solvents was carried out using the strategy of "modular design" in which each DES contains an HBA of different nature and properties. Initially, the study of the physical properties (viscosity, density, stoichiometric ratio, among others) of each DES is presented. Subsequently, their use as solvents in different chemical processes is also studied, the DES prepared were used as solvents in the process of fractionation and extraction of lignocellulosic material in different samples of hardwood biomass, such as olive pomace, and pruning of branches (woody type) of fruit trees. Results showed the obtaining of Klasson-type lignin and fractions rich in holocellulose using each of the DES. DES prepared were used to study their influence on the formation of endo: exo adducts, in a typical [4π + 2π] Diels-Alder type cyclization reactions, between cyclopentadiene with ethyl acrylate and butyl acrylate. On the other hand, based on the process requirements, suitable DES were selected to be used as reaction media to obtain chiral secondary alcohols by reducing pro-chiral ketones in the presence of NaBH4. The enantiomeric richness of the alcohols produced was studied using a chiral derivatization reagent (Mosher's reagent). In this way, the absolute configuration of the alcohol was studied: 1-phenylethanol (12) (obtained as a product of the previous reaction). In addition, preliminary tests were carried out to assess the possibility of recycling the DES obtained. For this reason, the initial DES prepared between the racemic compound (DPTAC) with the four HBD compounds were fractionated using a strong cation exchange resin to verify the ease with which they are separable; besides, being reusable and recyclable. Conditions that a solvent must meet to be considered within the “Green Solvents” category. Taking into account that the starting materials for the formation of eutectic mixtures are almost entirely bio-based compounds. All the precursor compounds and DES prepared were characterized by FT-IR and 1H and 13C NMR spectroscopy techniques; the racemic compound was analyzed by mass spectrometry; the proportion between the adducts formed in the Diels – Alder reactions was studied using GC-FID gas chromatography (230 ° C and 270 ° C); Optical activity and specific angle of rotation were measured on enantiomerically enriched and optically pure compounds. Finally, the separation of each DES, carried out using cation exchange columns and followed by FT-IR and 1H RMN.

Aquest projecte de recerca està enfocat en l'aprofitament dels residus agroalimentaris per a l'obtenció i / o extracció d'aromes. Aquests residus provenen en gran part de fruites i verdures. D’aquesta forma, són una font important de matèria orgànica, microorganismes i diferents tipus de compostos, entre ells terpens, utilitzats àmpliament en la indústria d'aromes i fragàncies. Normalment, aquests compostos són extrets de fonts naturals, mitjançant diferents processos, dels quals s'obtenen, entre d’altres, olis essencials, oleoresines i destil·lats en petites quantitats amb rendiments baixos, repercutint en l’augment dels preus dels productes finals. Aquest fet, ha provocat que algunes aromes s’obtinguin de forma sintètica per mitjà de processos que no són respectables amb el medi ambient i que a més a més no permeten obtenir un producte final amb el segell d'origen natural que tan valorat és en l'actualitat. Per aquest motiu sorgeix la necessitat de buscar fonts i mecanismes per a l'obtenció d'aquests compostos, sota condicions sostenibles, com en aquest cas, emprant residus provinents de la indústria agroalimentària. El projecte es va dividir en 4 fases. La primera d'elles va consistir en la selecció de fonts alternatives d'aromes. Dins d'aquesta fase es va avaluar el contingut de terpens de diferents residus, mitjançant diferents mecanismes, a escala de laboratori i a escala pre-pilot, d'aquesta última va ser possible obtenir un oli essencial amb un alt contingut de limonè, a més d'altres compostos d'interès per a la indústria d'aromes i fragàncies. Dins de les tècniques utilitzades es destaca l'extracció amb dissolvents i l'extracció mitjançant fluids supercrítics (FSC), que van incloure, també, pretractaments enzimàtics i físics. Per tant, a més a més de seleccionar el residu amb un major contingut de terpens, es va millorar el rendiment d'extracció. La segona fase va consistir en l'aïllament de microorganismes dels residus, específicament fongs filamentosos capaços de produir aromes o biotransformar substrats en compostos d'interès per aquest projecte. Per això, es va avaluar inicialment l'activitat metabòlica dels microorganismes mitjançant la tècnica d'extracció en fase sòlida (SPME). Aleshores, es va permetre seleccionar un grup de microorganismes que van demostrar potencial per produir terpens. Aquests microorganismes van ser identificats mitjançant tècniques genètiques. La tercera fase es va centrar en l'elaboració de medis de cultiu obtinguts a partir de residus agroalimentaris. Per això es van seleccionar dos tipus de residu, sobre els quals es van dur a terme diferents assajos, incloent pre-tractaments enzimàtics. D'aquesta fase en va resultar un medi de cultiu alternatiu que va poder ser aplicat tant en medi sòlid com en medi líquid. La quarta fase va consistir en l'obtenció d'aromes mitjançant la biotransformació de substrats com el limonè i el β-pinè per part dels microorganismes prèviament seleccionats en la segona fase. Per a això, es va realitzar inicialment l'optimització d'algunes de les condicions del procés i posteriorment es va avaluar el potencial d'aquestes soques per biotransformar els substrats a escala laboratori i a escala pre-pilot. Dins dels medis de cultiu emprats, es va incloure d’una banda un medi de cultiu convencional elaborat amb extracte de malta i d’altra banda, el medi de cultiu preparat en la tercera fase a partir de residus. Addicionalment, es va dur a terme la biotransformació del limonè contingut en l'oli essencial obtingut en la primera fase. Amb això es va aconseguir, d'una banda, identificar una font alternativa per a l'extracció d'aromes a partir dels residus agroalimentaris i així mateix, aconseguir un procés per a l'obtenció de compostos d'interès, en el qual, es van emprar els residus directa o indirectament en cadascuna de les seves etapes. Aconseguint valoritzar els residus i complir amb l'objectiu de el projecte. Este proyecto de investigación está enfocado en el aprovechamiento de los residuos agroalimentarios, en su mayoría de frutas y verduras, para la obtención y/o extracción de aromas. Este tipo de residuos representa ser una fuente importante de materia orgánica, microorganismos y diferentes tipos de compuestos, entre ellos los terpenos, utilizados ampliamente en la industria de aromas y fragancias. Normalmente, estos compuestos son extraídos de fuentes naturales, mediante diferentes procesos, obteniéndose aceites esenciales, oleorresinas, destilados etc. Sin embargo, los rendimientos de estos procedimientos son bajos, obligando a subir los precios y encarecer los productos finales. Este hecho, ha provocado que algunos aromas sean obtenidos de forma sintética por medio de procesos que no son amigables con el medio ambiente y que adicionalmente no permiten tener un producto final con el sello de “origen natural” que es tan valorado en la actualidad. Por este motivo surge la necesidad de buscar fuentes y mecanismos para la obtención de estos compuestos, bajo condiciones sostenibles como en este caso, empleando residuos provenientes de la industria agroalimentaria. El proyecto se dividió en 4 fases. La primera de ellas consistió en la selección de fuentes alternativas y la extracción de aromas. Dentro de esta fase se evaluó la obtención de terpenos de diferentes residuos a escala laboratorio y en escala pre-piloto. Resultado de esta última fue la obtención de un aceite esencial con un alto contenido de limoneno, además de otros compuestos de interés en la industria de aromas y fragancias. Para la extracción se evaluaron diversos disolventes y también fluidos supercríticos (FSC)- Se incluyeron además pretratamientos enzimáticos y físicos. Por lo tanto, además de seleccionar el residuo con un mayor contenido de terpenos, se mejoró el rendimiento de extracción. La segunda fase consistió en el aislamiento de microorganismos presentes en los residuos, específicamente hongos filamentosos, capaces de producir aromas o biotransformar sustratos en compuestos de interés en este proyecto. Para esto, se evaluó inicialmente la actividad metabólica de los microorganismos mediante la técnica de extracción en fase sólida (SPME) que permitió seleccionar un grupo de microorganismos que demostraron potencial para producir terpenos. Estos microorganismos fueron identificados mediante técnicas genéticas. La tercera fase se centró en la elaboración de medios de cultivo a partir de los residuos agroalimentarios. Para ello se seleccionaron dos tipos de residuo, con los cuales se llevaron a cabo distintos ensayos que incluyeron pre-tratamientos enzimáticos. De esta fase resultó una alternativa de medio de cultivo que pudo ser aplicado tanto en medio sólido como en medio líquido. La cuarta fase consistió en la obtención de aromas mediante la biotrasnformación de sustratos como limoneno y β-pineno por parte de los microorganismos previamente seleccionados en la segunda fase. Para ello, se realizó inicialmente la optimización de algunas de las condiciones del proceso, posteriormente se evaluó el potencial de estas cepas para biotransformar los sustratos a escala laboratorio y a escala pre-piloto. Dentro de los medios de cultivo empleados se incluyó por un lado un medio de cultivo convencional elaborado con extracto de malta y el medio de cultivo preparado con los residuos en la tercera fase. Adicionalmente se llevó a cabo la biotransformación del limoneno contenido en el aceite esencial obtenido en la primera fase. Con esto se consiguió, por un lado, identificar una fuente alternativa para la extracción de aromas a partir de los residuos agroalimentarios y así mismo un proceso que permitió la obtención de compuestos de interés, en el que se emplearon los residuos directa o indirectamente en cada una de sus etapas consiguiendo revalorizar los residuos y cumplir con el objetivo del proyecto. This research project is focused on the use of agri-food wastes to obtain or extract aromas. Usually, this kind of wastes come from fruits and vegetables. In that regard, they represent an important source of organic matter, microorganisms and different types of compounds, such as terpenes, widely used in the aroma and fragrance industry. Usually, these compounds are extracted from natural sources, through distinct processes, from which, among others, essential oils, oleoresins and distillates are obtained in small quantities. Since the yields of these procedures are low, the final products are expensive. This situation implied the synthesis of some aromas through processes not environmentally friendly and, additionally, by removing the label of natural origin, highly valued nowadays. For this reason, there is a need to look for sources and mechanisms to obtain these compounds under sustainable conditions, such as this project, by using waste from the agri-food industry. The project was divided in four phases. The first phase consisted in the selection of alternative aroma sources. In this phase, the terpenes content from different residues was evaluated by using distinct procedures at lab-scale and pre-pilot scale. Regarding to pre-pilot scale, it was possible to obtain a high limonene content essential oil, containing also other valuable compounds for aromas and fragrance industries. Among all techniques used, solvent extraction and supercritical fluids extraction (FSC) stood out, whereas enzymatic and physical pretreatments were also tested. For so, in addition to the selection of a higher terpene residue the extraction yield was also improved. The second phase consisted in the isolation of microorganisms from the wastes, specifically filamentous fungi able to produce aromas or biotransform substrates into interesting compounds for this project. Therefore, the metabolic activity of the microorganisms was initially evaluated by using solid phase extraction technique (SPME). Subsequently, a specific group of microorganisms demonstrating abilities to produce terpenes was selected. These microorganisms were identified by using genetic techniques. The third phase was focused on the culture media preparation from agri-food waste. In this regard, two types of residues were selected, carrying out distinct tests such as enzymatic pre-treatments. From this phase, an alternative culture media useful in solid and liquid media was obtained. The fourth phase consisted in the aromas obtention by biotransformation of substrates such as limonene and β-pinene using microorganisms previously selected during the second phase. In that regard, some of the process conditions were initially optimized and the strains were selected depending on the ability to biotransform the substrates on a laboratory and pre-pilot scale. The cultures used were a conventional malt culture medium and the waste culture medium prepared in the third phase. Additionally, the biotransformation of the limonene from the essential oil obtained in the first phase was carried out. In conclusion, it was possible to identify an alternative source of aromas extraction from agri-food waste and achieve a process for obtaining interesting compounds, being the waste used directly or indirectly in each of the stages. Allowing the recovery of waste and fulfilling the main objective of the project.

Els greixos vegetals són una important matèria primera renovable per a la indústria química. Dins d'aquest grup destaquen els àcids grassos homoalílics hidroxilats com l’àcid ricinoleic o l’àcid lesqueròlic, els quals donen lloc a una gran quantitat de derivats amb múltiples aplicacions tant industrials com farmacèutiques. Aquesta tesi es va centrar, d’una banda, en l’obtenció d’àcids grassos carbonil α,β-insaturats mitjançant oxidacions més selectives i en un sol pas del grup hidroxil d’aquests àcids. D’altra banda, es va procedir a l’obtenció de l’àcid sebàcic, un àcid dicarboxílic amb gran interès industrial, a partir dels àcids grassos carbonil α,β-insaturats anteriorment sintetitzats. Finalment, es van dissenyar i sintetitzar noves N-vanillil acilamides de cadena llarga a partir dels àcids ricinoleic i lesqueròlic amb l’objectiu de desenvolupar una nova família de molècules que presentessin activitat biològica dual davant de receptors del dolor com són el receptor TRPV1 i l’enzim FAAH. Las grasas vegetales son una importante materia prima renovable para la industria química. Dentro de este grupo destacan los ácidos grasos homoalílicos hidroxilados como el ácido ricinoléico o el ácido lesquerólico, los cuales dan lugar a una gran cantidad de derivados con múltiples aplicaciones tanto industriales como farmacéuticas. Esta tesis se centró, por un lado, en la obtención de ácidos grasos carbonilo α,β-insaturados a través de oxidaciones más selectivas y en un solo paso del grupo hidroxilo de dichos ácidos. Por otro lado, se procedió a la obtención del ácido sebácico, un ácido dicarboxílico con gran interés industrial, a partir de los ácidos grasos carbonilo α,β-insaturados anteriormente sintetizados. Por último, se diseñaron y sintetizaron nuevas N-vanillil acilamidas de cadena larga (LCNVAs) a partir de los ácidos ricinoléico y lesquerólico con el objetivo de desarrollar una nueva familia de moléculas que presentaran actividad biológica dual frente a receptores del dolor como son el receptor TRPV1 y la enzima FAAH. Vegetable oils are an important renewable raw material for the chemical industry. Homoallyl hydroxy fatty acids such as ricinoleic or lesquerolic acid are highlighted within this oils. They lead to a large number of derivatives with multiple applications, both industrial and pharmaceutical. This work was focused on obtaining and using α,β-unsaturated carbonyl fatty acids through selective processes. First at all, an one-step oxidations of the hydroxy group of these acids were studied. Subsequently, sebacic acid was obtained from the α,β-unsaturated carbonyl fatty acids previously synthesized. This dicarboxylic acid has a great industrial interest. Finally, new long-chain N-vanillyl acylamides (LCNVAs) were designed and synthesized from ricinoleic and lesquerolic acid with the aim of developing a new family of molecules exhibiting dual biological activity against pain receptors such as the TRPV1 receptor and the FAAH enzyme.

Des de fa molts anys, els metalls pesants s’han associat amb la contaminació i la toxicitat. Els podem trobar en el medi sota diferents formes químiques, però la comunitat científica coincideix en què els efectes tòxics que provoquen bàsicament depenen de la seva concentració lliure. Per això és important disposar de les tècniques adequades per quantificar-los. Aquesta tesi està centrada en la determinació de la concentració de metall lliure en mostres sintètiques i naturals mitjançant les tècniques analítiques d’AGNES (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) i DMT (Donnan Membrane Technique). En la primera part d’aquest treball, s’ha estudiat el possible impacte en la tècnica electroanalítica AGNES degut a l’adsorció electròdica a través de diferents sistemes (Pb-taronja de xilenol, Cd- àcid poliacrílic i Cd-iodur entre d’altres). S’ha pogut confirmar que quan s’arriba a la situació especial d’equilibri d’AGNES al final de la primera etapa, l’existència d’altres processos d’equilibri (com l’adsorció) no afecta el senyal analític en cap de les variants d’AGNES. També, pels sistemes estudiats, els temps necessaris per arribar a l’estat d’equilibri no es veuen augmentats. En la segona part, AGNES s’ha aplicat a l’estudi del sistema Zn-glutatió, primer en mostres sintètiques i després en extractes de l’arrel de la planta Hordeum Vulgare, considerant diferents models de complexació. En la determinació en mostres sintètiques, s’ha vist que els resultats teòrics de dos dels models coincideixen amb les determinacions d’AGNES. En el cas de les arrels, la concentració lliure de Zn determinada experimentalment ha estat bastant inferior que la predita teòricament, suggerint per tant la presència d’altres lligands (com altres fitoquelatines) apart del glutatió. En la tercera part, s’ha estudiat la especiació inorgànica en el vi amb les tècniques AGNES i DMT. Les concentracions de metall lliure determinades en les mostres sintètiques de vi han sigut consistents amb les prediccions teòriques, però el temps necessari per arribar a l’equilibri DMT s’ha vist augmentat. En treballar amb les mostres de vi reals, aquest temps s’incrementa encara més. Pel que fa a la concentració lliure de Zn, els resultats obtinguts amb DMT, utilitzant K i Na com a ions de referència, (1.76 µmol L-1) coincideixen amb els corresponents obtinguts amb AGNES (1.7 µmol L-1). La tècnica DMT s’ha utilitzat també per determinar les concentracions de Fe, Mg i Ca. Desde hace años, los metales pesados se han asociado con la contaminación y la toxicidad. Los podemos encontrar en el medio bajo distintas formas químicas, pero la comunidad científica coincide en que los efectos tóxicos que provocan básicamente dependen de su concentración libre. Por ello es importante disponer de las técnicas adecuadas para cuantificarlos. Esta tesis está enfocada en la determinación de la concentración de metal libre en muestras sintéticas y naturales mediante las técnicas analíticas AGNES (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) y DMT (Donnan Membrane Technique). En la primera parte de este trabajo, se ha estudiado el posible impacto en la técnica electroanalítica AGNES debido a la adsorción electródica mediante diversos sistemas (Pb-naranja de xilenol, Cd-ácido poliacrílico y Cd-yoduro entre otros). Se ha confirmado que cuando se llega a la situación especial de equilibrio de AGNES al final de la primera etapa, la existencia de otros procesos de equilibrio (como la adsorción) no afecta a la señal analítica en ninguna de las variantes de AGNES. También para estos sistemas estudiados, el tiempo necesario para llegar al estado de equilibrio no se ve aumentado. En la segunda parte, AGNES se aplica al estudio del sistema Zn-glutatión, primero en muestras sintéticas y después en extractos de la raíz de la planta Hordeum Vulgare, considerando diferentes modelos de complejación. En la determinación en muestras sintéticas, se ha visto que los resultados teóricos de dos de los modelos coinciden con las determinaciones de AGNES. En el caso de las raíces, la concentración libre de Zn determinada experimentalmente ha sido bastante inferior a la predicha teóricamente, sugiriendo por tanto la presencia de otros ligandos (como otras fitoquelatinas) además del glutatión. En la tercera parte, se ha estudiado la especiación inorgánica en el vino con las técnicas AGNES y DMT. Las concentraciones de metal libre determinadas en las muestras de vino sintético han sido consistentes con las predicciones teóricas, pero el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio DMT se ve aumentado. Al trabajar con las muestras de vino real, este tiempo todavía se incrementa más. En relación a la concentración libre de Zn, los resultados obtenidos con DMT, utilizando K y Na como iones de referencia, (1.76 µmol L-1) coinciden con los correspondientes obtenidos con AGNES (1.7 µmol L-1). La técnica DMT también se ha utilizado para determinar las concentraciones de Fe, Mg y Ca. Since many years ago, heavy metals have been associated with contamination and potential toxicity. They can be found in the environment in different chemical forms, but the scientific community agrees that their toxic effects are usually dependent on the concentrations of their free form. So, proper techniques to quantify them are required. This thesis focuses on the determination of free metal concentrations in synthetic or natural samples using the analytical techniques AGNES (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) and DMT (Donnan Membrane Technique). In the first part of this work, a possible impact from electrodic adsorption on the electroanalytical technique AGNES has been evaluated through several systems with induced adsorption (Pb-Xylenol Orange, Cd- Polyacrilic Acid and Cd-Iodide among others). It has been confirmed that, when the special AGNES equilibrium situation at the end of the first stage is reached, the existence of other equilibria processes (such as adsorption) does not disturb the analytical signal in any of the AGNES variants. Also, for the assayed systems, the required time to reach the equilibrium state did not need to be extended. In the second part, AGNES has been applied to study the system Zn-Glutathione, first in synthetic samples and later on in root extracts of Hordeum Vulgare, considering different complexation models. In the synthetic samples determination, it has been checked that the theoretical results of two of the models agree with AGNES determinations. With the root extracts, the experimentally determined free Zn concentration was much lower than the predicted one, suggesting the presence of other ligands (such as other phytochelatins) apart from Glutathione. In the third part, the inorganic speciation in wine was studied with AGNES and with the non-electroanalytical technique DMT. Determinations of free metal ion concentrations in synthetic wine were consistent with the predicted ones, but the required time to reach equilibrium with DMT was longer. When working with real wine, it required even longer times. For free Zn concentration, DMT results, using K and Na as reference ions, (1.76 µmol L-1) agreed with the corresponding ones using AGNES (1.7 µmol L-1). The DMT technique has also be used to determine the metal concentrations of Fe, Mg and Ca.

La presencia d'elements metàl•lics en el medi ambient està fortament influenciada per les activitats antropogèniques entre les que emergeix l'ús de nous materials basats en nanopartícules metàl•liques i òxids metàl•lics. L'especiació d'ions metàl•lics juga un paper fonamental en la determinació de la biodisponibilitat, l’ecotoxicitat i en general en la seva circulació en mitjans naturals. Però la disponibilitat d'elements metàl•lics i les propietats tòxiques o nutritives depenen a mès d’un conjunt de processos fisicoquímics de caràcter dinàmic, on les condicions d'equilibri, malgrat el seu ampli ús, representen només un cas límit. La finalitat d'aquest treball ha estat la mesura dels fluxos de metalls a diferents escales de temps i espai mitjançant la tècnica analítica dinàmica DGT (Diffusive Gradient in Thin-films) així com el desenvolupament de models fisicoquímics adequats per a la interpretació dels resultats. El marc interpretatiu dels resultats DGT s'ha completat amb la inclusió d'efectes escassament descrits en la literatura recent, com ara la influència dels efectes de competició, d’equilibri o de saturació de la resina a més dels fenòmens electrostàtics a baixes forces iòniques. Es presenten expressions aproximades simples per a l'anàlisi d'aquests fenòmens, així com la seva aplicació a sistemes experimentals que permeten observar la seva bondat. Un cop abordat el treball de sistemes simples amb només ions metàl•lics, s'han estudiat sistemes amb un únic lligand i sistemes amb mescles de lligands. Amb aquests sistemes s'ha analitzat fins a quin punt la contribució dels complexos a la disponibilitat depèn de la composició del sistema, tot corroborant que mesures en sistemes amb un únic complex serveixen per predir el comportament de les mescles. A causa de les variacions espacials i temporals que poden patir les concentrations dels ions metàl•lics en aigües naturals, l'última part de l'estudi s'ha centrat en avaluar la capacitat de resposta de la tècnica DGT per mesurar fluctuacions en la concentració. Aquest estudi ha demostrat que a més de proporcionar concentracions mitjanes amb el temps en condicions relativament simples, aquesta tècnica és capaç de determinar concentracions representatives en una àmplia gamma de condicions naturals., La presencia de elementos metálicos en el medio ambiente está fuertemente influenciada por actividades antropogénicas entre las que emerge el uso de nuevos materiales basados en nanopartículas metálicas y óxidos metálicos. La disponibilidad de elementos metálicos y sus propiedades tóxicas o nutritivas están determinadas por un conjunto de procesos físico-químicos de carácter dinámico, donde la especiación en condiciones de equilibrio, a pesar de su amplio uso, representa sólo un caso límite. La finalidad de este trabajo ha sido la medida de los flujos de metales disponibles a diferentes escalas de tiempo y espacio mediante la técnica analítica dinámica DGT (Diffusive Gradient in Thin-films) así como el desarrollo de modelos fisicoquímicos adecuados para la interpretación de los resultados. El marco interpretativo de los resultados DGT se ha completado con la inclusión de efectos escasamente descritos en la literatura reciente, tales como la influencia de los efectos de competición, equilibrio o saturación de la resina además de la relevancia de los fenómenos electrostáticos a bajas fuerzas iónicas. Se presenta el análisis de estos fenómenos, con expresiones analíticas aproximadas deducidas a partir de la formulación del problema y se aplican a sistemas experimentales para observar la validez de dichas aproximaciones. Una vez abordado el trabajo de sistemas simples con sólo iones metálicos, se han estudiado sistemas con un único ligando y sistemas con mezclas de ligandos. Con estos sistemas se ha analizado hasta qué punto la contribución de los complejos a la disponibilidad depende de la composición del sistema, corroborándose que medidas del grado de labilidad en sistemas con un único complejo pueden predecir el flujo en las mezclas. Se reportan los mecanismos fisicoquímicos que describen la influencia del efecto mezcla sobre el grado de labilidad de un complejo determinado. Debido a las variaciones espaciales y temporales que pueden sufrir los iones metálicos en aguas naturales, la última parte del estudio se ha centrado en evaluar la capacidad de respuesta de la técnica DGT para medir fluctuaciones en la concentración. Este estudio ha demostrado que además de proporcionar concentraciones promediadas con el tiempo en condiciones relativamente simples, esta técnica es capaz de determinar concentraciones representativas en una amplia gama de condiciones naturales., The presence of heavy metals in the environment is strongly influenced by anthropogenic activities due to the emerging use of new materials based on metallic nanoparticles or metal oxides. The speciation of metal ions plays a fundamental role in the determination of bioavailability, ecotoxicity and in general in its circulation in natural media. The availability of metal ions and their toxic or nutritive properties are determined by a set of physical-chemical processes, where equilibrium conditions, despite its widespread use, only represent a limiting case. The aim of this work was to measure the flux of available metals at different time and space scales through the dynamic analytical technique DGT (Diffusive Gradient in Thin-films). The interpretative framework of the DGT results has also been completed with the inclusion of effects scarcely described in the recent literature, such as the influence of competition, saturation of the resin sites, kinetic effects in the binding of the target analyte to the resin domain or the relevance of electrostatic phenomena at low ionic strengths. Approximate analytical expressions were deduced from the basic formulation and applied to experimental systems to check the agreement with the experimental accumulations. Once the study of simple systems with only metal ions has been addressed, systems with a single ligand or systems with a mixture of complexes have been studied. These systems were analyzed to test if the composition of the system modifies the availability of the complexes. As a conclusion of this work, it was shown that the lability degree of complexes measured in single ligand systems can be used to approximately predict the accumulation in mixtures. A physicochemical explanation of the mechanism by which the lability of a complex changes in a mixture was reported. Since spatial and temporal variations in metal concentrations are common in natural waters, the last part of this study has focused on the assessment of the response capabilities of the DGT technique to measure concentration fluctuations. This study has shown that besides it provides time-weighted average concentrations over time for relatively simple conditions, this technique is able to determine accurate and representative metal concentrations in a wide range of natural conditions.

El coneixement profund de la especiació dels metalls pesants és clau per a determinar la seva biodisponibilitat. Per això cal complementar la informació sobre les concentracions amb la informació sobre els fluxos d’internalització. Diverses tècniques analítiques han estat desenvolupades amb aquesta fi, i algunes d’elles aprofiten les propietats de les resines d’intercanvi iònic o quelants. D’una banda, aquesta tesi investiga la velocitat d’acumulació d’ions metàl·lics a la resina Chelex 100, sigui experimentalment o a través d’un model teòric. Aquesta interpretació permet descriure els efectes dels lligands competidors i determinar les constants de dissociació dels complexes. D’altra banda, dues noves tècniques analítiques han estat desenvolupades. La primera deriva de la IET, una tècnica comunament utilitzada en equilibri, però n’extreu informació dinàmica. La segona és una modificació del popular DGT, que s’ha emprat un cop el sistema ha assolit l’equilibri. El conocimiento profundo de la especiación de los metales pesados es clave para determinar su biodisponibilidad. Por eso es necesario complementar la información sobre las concentraciones con la información sobre los flujos de internalización. Diversas técnicas analíticas han sido desarrolladas con este fin, y varias aprovechan propiedades de las resinas de intercambio iónico o quelantes. Por un lado esta tesis investiga la velocidad de acumulación de iones metálicos en la resina Chelex 100, tanto experimentalmente, como a través de un modelo teórico. Esta interpretación permite, asimismo, describir los efectos de los ligandos competidores y determinar las constantes de disociación de los complejos. Por otro lado, dos nuevas técnicas analíticas han sido desarrolladas. La primera deriva de la IET, una técnica comúnmente utilizada en equilibrio, pero extrae información dinámica de ella. La segunda es una modificación del popular DGT, que se ha empleado una vez el sistema ha alcanzado el equilibrio. A deep knowledge of heavy metal ions speciation is key to assessing their bioavailability. In this regard, data about concentrations should be complemented with data about the internalization fluxes. Several analytical techniques have been developed to this purpose, and many of them exploit properties of ion-exchange or chelating resins. On the one hand, this thesis studies the rate of metal ions uptake on Chelex 100 resin, both experimentally and through a theoretical model. This interpretation also allows describing the effect of competing ligands and determining the dissociation constants of the complexes. On the other hand, two new analytical techniques are developed. The first one stems from IET, a technique commonly used at equilibrium, but aims at extracting dynamic information from it. The second one is a modification of the well-known DGT, devised to provide information once equilibrium has been attained.

L'indi és un element que forma amalgames i un dels metalls rars en l'escorça terresre. Té un gran interès aplicat a la indústria (per exemple bateries alcalines, panells solars, pantalles electròniques, etc.). Unes aplicacions tan vastes impliquen que l'indi arribarà finalment al medi ambient i podrien sorgir diversos problemes ecotoxicològics i de salut (per exemple, malalties pulmonars, hepàtiques, renals, etc.). Per tant, cal trobar tècniques escaients per a determinar concentracions lliures d'indi (III) i paràmetres que indiquin la disponibilitat dels complexos d'indi en diferents medis. En aquesta tesi, proposem que les tècniques electroanalítiques Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping (AGNES) i Accumulation under diffusion limited conditions (ADLC) podrien ser bones opcions. S'han mesurat concentracions lliures d'indi en sistemes amb pH des de 3 fins a 6. S'ha implementat un nou calibratge per a indi i les mesures en dissolucions amb els lligands àcid nitrilotriacètic i oxalat han servit per a triar entre conjunts alternatius de constants d'estabilitat. S'ha aplicat ADLC per a calcular el grau de labilitat de l'oxalat d'indi. Aquesta informació fou una orientació per a trobar temps de deposició adequats en experiments d'AGNES que fins i tot arribaren -en dissolucions precipitades- a concentracions picomolars d'indi lliure. S'ha investigat la dissolució de nanopartícules d'In2O3 en medis sintètics, inclosa l'aigua de mar. Els resultats amb electròlit de fons en dissolucions amb pH des de 2 fins a 4, han revelat que les mesures d'AGNES a cada pH són significativament menors que les predites per NIST 46.7 suposant que la solubilitat fos regida pel In(OH)3. Això és consistent amb el fet que fases menys hidratades presenten menors solubilitats. El indio es un elemento que forma amalgamas y uno de los metales raros en la corteza terrestre. Tiene un gran interés aplicativo en la industria (por ejemplo baterías alcalinas, paneles solares, pantallas electrónicas, etc.). Tan alta aplicabilidad del indio implica que alguna filtración final al medio ambiente es inevitable y podrían aparecer diversos problemas ecotoxicológicos y de salud (por ejemplo, enfermedades pulmonares, hepáticas, renales, etc.). Por lo tanto, es muy necesario encontrar técnicas adecuadas para determinar concentraciones libres de indio y parámetros que indiquen la disponibilidad de complejos de este elemento en diferentes medios. En esta tesis, proponemos que las técnicas electroanalíticas Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping (AGNES) y Accumulation under Diffusion Limited Conditions (ADLC) podrían ser elecciones adecuadas. Se han medido concentraciones libres de indio en sistemas con pH desde 3 hasta 6. Se ha implementado una nueva calibración para indio y las medidas de especiación en soluciones con ligandos ácido nitrilotriacético y oxalato han permitido elegir entre conjuntos alternativos de constantes de estabilidad. Se ha aplicado ADLC para calcular el grado de labilidad de oxalatos e hidróxidos de indio. Esta información es una guía para encontrar tiempos de deposición adecuados en los experimentos AGNES, llegando incluso a determinar en -soluciones precipitadas- concentraciones picomolares de indio libre. Se ha investigado la disolución de nanopartículas de In2O3 en disoluciones sintéticas, incluida el agua de mar. Los resultados en disolución con electrolito de fondo con pH de 2 hasta 4 han revelado que las medidas de AGNES a cada pH son significativamente más bajas que las predicciones de NIST 46.7 si se supone que la solubilidad se rige por In(OH)3. Esto es consistente con el hecho que fases menos hidratadas exhiben solubilidades menores. Indium is a trivalent amalgamating element and one of the rare metals in the earth crust. It has a vast application interest in the industry (e.g. alkali batteries, solar cells, electronic displays, etc.). Such a high applicability of indium implies that its eventual leakage to the environment is unavoidable and various ecotoxicological and health problems (e.g. lung, liver and kidney diseases, etc.) could appear. Hence, there is a strong need to find proper techniques in order to determine free concentration of indium and parameters indicating the availability of indium complexes in different media. In this thesis, we have proposed that the electroanalytical techniques Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping (AGNES) and Accumulation Under Diffusion Limited Conditions (ADLC) could be proper choices. Free concentration of indium from pH 3 to around 6 has been measured. A new calibration for indium has been implemented and speciation measurements in solutions with nitrilotriacetic acid and oxalate ligands have been carried out successfully. ADLC has been applied to calculate the lability degree of indium oxalate and indium hydroxide compounds. This information is a guideline for adequate deposition times in AGNES experiments. AGNES has been successfully used to determine even picomolar concentration of free indium in precipitated solutions. The dissolution of In2O3 nanoparticles in synthetic solutions including seawater has been investigated. Results in background electrolyte solution from pH 2 to 4, have revealed that AGNES measurements at each pH have been significantly lower than the predictions of NIST 46.7 expectation assuming that solubility was ruled by In(OH)3, consistent with the less hydrated phases exhibiting lower solubilities.

Aquest programa de recerca està enfocat en l'aprofitament de triacilglicèrids vegetals i animals d'origen no comestible per preparar productes de valor afegit. Els triacilglicèrids són una font excel•lent per substituir el petroli ja que provenen de diferents fonts renovables i tenen propietats químiques i físiques interessants. No obstant, tot i que són renovables, el seu ús s’ha de discutir. D'una banda, a causa del origen dels triglicèrids, ja que els comestibles competeixen directament amb l'alimentació. Per tant, s'han fet servir dues fonts diferents com són el greix animal no comestible dels escorxadors municipals i un oli vegetal no comestible provinent d'un arbre de cultiu Xinès (Vernicia fordii) anomenat oli de tung. D’altra banda, part de la química involucrada en la preparació de productes "bio-based" té efectes negatius per al medi ambient ja que genera grans quantitats de residus i normalment es fan servir altes temperatures i reactius perillosos. Per superar aquest problema, aquest treball aprofita les condicions suaus i la reusabilitat dels biocatalitzadors com les lipases imobilitzades i les "resting cells". A més, van ser una prioritat els reactius químics no perillosos, les practiques generadores de pocs residus i els reactius barats per tal de completar la transformació del greix animal no comestible i l'oli de tung., Este programa de investigación está enfocado en el aprovechamiento de triacilgliceridos vegetales y animales de origen no comestible para preparar productos con valor añadido. Los triacilgliceridos son una fuente excelente para substituir el petróleo ya que provienen de distintas fuentes renovables y tienen propiedades químicas y físicas interesantes. No obstante, aunque son renovables, su uso tiene que discutirse. Por un lado, debido al origen de los trigliceridos, ya que los comestibles compiten directamente con la alimentación. Por lo tanto, se han usado dos fuentes distintas como son la grasa animal no comestible de los mataderos municipales y un aceite vegetal no comestible proveniente de un árbol de cultivo Chino (Vernicia fordii) llamado aceite de tung. Por el otro lado, parte de la química involucrada en la preparación de productos “bio-based” tiene efectos negativos para el medio ambiente ya que genera grandes cantidades de residuos y normalmente se usan altas temperaturas y reactivos peligrosos. Para superar este problema, este trabajo aprovecha las condiciones suaves y la reusabilidad de los biocatalizadores como las lipasas inmovilizadas y las “resting cells”. Además, fueron una prioridad los reactivos químicos no peligrosos, practicas generadoras de pocos residuos y reactivos baratos para completar la transformación de la grasa animal no comestible y el aceite de tung., The research described in this document is focused on the utilization of vegetable and animal non-edible triacylglycerols to prepare value added products. Triacylglycerols appeared to be an excellent source to substitute petroleum since they come from distinct renewable sources and have various interesting chemical and physical properties. Nevertheless, although they are renewable, their utilization as starting materials to produce chemicals can cause some concerns. On the one hand, edible triacylglycerols compete directly with food and feed. To overpass these concerns, two distinct sources of non-edible triacylglycerols were used such as non-edible animal fat from slaughterhouses and vegetable oil from a Chinese three crop (Vernicia fordii) known as tung oil. On the other hand, some of the chemistal procedures involved in the preparation of bio-based products have negative effects on the environment since high amount of wastes are generated and high temperatures and hazardous reagents are commonly employed. To overcome these issues, the present work takes advantage of the milder conditions and reusability of biocatalyst such as immobilized lipases and resting cells. Additionally, non-hazardous chemicals, low generating waste practices and cheap reagents were a priority to complete the transformation of non-edible animal fat and tung oil.

Aquesta Tesi Doctoral se centra en el desenvolupament de nous mètodes de cromatografia de gasos acoblada a tècniques d'espectrometria de masses (GC-MS) i a l'aplicació d'alguns mètodes ja existents a l'anàlisi de mostres de fruites i derivats. La tesi es divideix en tres parts segons els enfocaments estudiats. Inicialment, es va desenvolupar un mètode de cromatografia de gasos bidimensional comprensiva (GC×GC-MS) en la qual es van provar diverses configuracions de columnes. A la segona part de la Tesi, es van desenvolupar tres nous mètodes basats en la derivatització al port d'injecció. La primera va consistir en l’anàlisi selectiu de 17 polifenols glicosilats i no glicosilats en mostres de fruita i suc de fruita. El segon mètode es va destinar a l'anàlisi de HMF i patulina, dos compostos utilitzats com a marcadors de qualitat en la indústria dels sucs de fruites. L'últim mètode desenvolupat en aquesta part es va centrar en la fracció lipofílica lliure de sucs de fruita. En aquest cas, una microextracció líquid-líquid dispersiva (DLLME) va precedir a la derivatització en el port. La tercera part es va centrar en l'anàlisi dels compostos volàtils i semi-volàtils de diversos derivats de la fruita, a saber, fibres de fruita derivades de la indústria dels sucs i quatre mostres de sucs de préssec consistents en dues varietats (groc i vermell) i dos procediments d'elaboració per a cada varietat (recentment liquat i comercial)., This Doctoral Thesis focuses on the development of novel gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) techniques and the application of some existing methods to the analysis of fruit and fruit-derived samples. The thesis is divided in three parts attending the approaches studied. Initially, a comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC×GC-MS) method was developed by testing several column configurations to analyse apples and peaches. In the second part of the Thesis, three new methods based on injection-port derivatization were developed. The first consisted on a targeted analysis of 17 glycosylated and non-glycosylated polyphenols in fruit and fruit juice samples. The second method was devoted to the analysis of HMF and patulin, two compounds used as markers of quality in the fruit juice industry. The last method developed in this part was focused on the free lipophilic fraction of fruit juices. In this case, a dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME) preceded in-port derivatization. The third part was devoted to the analysis of volatile and semi-volatile compounds in several fruit-derived products, namely fruit fibres deriving from the juice industry and four samples of peach juices consisting in two varieties (yellow and red-fleshed) and two distinct processing procedures for each variety (freshly blended and commercial)., Esta Tesis Doctoral se centra en el desarrollo de nuevos métodos de cromatografía de gases acoplada a técnicas de espectrometría de masas (GC-MS) y a la aplicación de algunos métodos existentes al análisis de muestras de frutas y derivados. La tesis se divide en tres partes según los enfoques estudiados. Inicialmente, se desarrolló un método de cromatografía de gases bidimensional comprensiva (GC×GC-MS) en la que se probaron varias configuraciones de columnas. En la segunda parte de la Tesis, se desarrollaron tres nuevos métodos basados en la derivatización en el puerto de inyección. La primera consistió en un análisis selectivo de 17 polifenoles glicosilados y no glicosilados en muestras de fruta y zumo de fruta. El segundo método se dedicó al análisis de HMF y patulina, dos compuestos utilizados como marcadores de calidad en la industria del zumo de frutas. El último método desarrollado en esta parte se centró en la fracción lipofílica libre de zumos de fruta. En este caso, una microextracción líquido-líquido dispersiva (DLLME) precedió a la derivatización en el puerto. La tercera parte se dedicó al análisis de los compuestos volátiles y semi-volátiles de varios derivados de la fruta, a saber, fibras de fruta derivadas de la industria de los zumos y cuatro muestras de zumos de melocotón consistentes en dos variedades (amarillo y rojo) y dos procedimientos de elaboración para cada variedad (recién licuado y comercial).

Aquesta tesis es centra en el desenvolupament i aplicació de metodologies analítiques per caracteritzar els metabòlits en productes de fruita i verdura processats provinents de l'agroindústria. En aquesta tesi s'han desenvolupat mètodes de UPLC-PDA-MS / MS per determinar els carotenoides i clorofil•les i els seus derivats en productes de fruites i verdures. El mètode d'anàlisi de carotenoides es va aplicar per estudiar els canvis en el perfil de carotenoides en sucs de fruita monovarietals i el desenvolupat per analitzar les clorofil•les i derivats es va aplicar per avaluar la transformació de les clorofil•les en productes vegetals processats. A més, es van aplicar diverses metodologies i tècniques per caracteritzar fibres processades obtingudes a partir de subproductes de la indústria del suc. Els compostos fenòlics de les fibres es van determinar i es va establir una comparació del seu contingut i perfil amb el determinat en fruita fresca liofilitzada. També es varen caracteritzar els metabòlits primaris i secundaris, i es van comparar amb les dades reportades en la literatura per a la fruita fresca corresponent. Finalment, amb l'objectiu d'obtenir una metodologia per autenticar els sucs de fruita monovarietals, es va utilitzar la resonancia magnètica nuclear (RMN) per analitzar metabòlits primaris i UPLC-PDA-MS / MS per determinar els compostos fenòlics els quals combinats amb eines quimiomètriques com ara l'anàlisi de components principals. This thesis presents an approach to the development and application of analytical methodologies to characterise metabolite compounds in processed fruit and vegtable products from the agroindustry. In this thesis were developed UPLC-PDA-MS/MS methods to determine carotenoids and chlorophylls and their derivatives in processed fruit and vegetable products. The method developed to analyse carotenoids was applied to study the changes in the carotenoid profile of commercial monovarietal fruit juices and the developed to analyse chlorophyll and their derivatives was applied to assess the fate of chlorophylls in processed vegetable products. In addition, various methodologies and techniques were applied to characterise processed fibres obtained from juice industry by-products. The phenolic compounds of the fibres were determined and a comparison of its content and profile in lyophilised fresh fruit was established. Additionally metabolite profile and content of the fibres was characterised, and compared with data reported in previous literature for the corresponding fresh fruit. Finally, with the aim of obtain a methodology to authenticate monovarietal fruit juices, were used nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) to analyse primary metabolites and UPLC-PDA-MS/MS to determine phenolic compounds combined chemometric tools such as principal component analysis Esta tesis se centra en el desarrollo y aplicación de metodologías analíticas para caracterizar los metabolitos en productos de fruta y verdura procesados provenientes de la agroindustria. En esta tesis se han desarrollado métodos de UPLC-PDA-MS / MS para determinar los carotenoides y clorofila • las y sus derivados en productos de frutas y verduras. El método de análisis de carotenoides se aplicó para estudiar los cambios en el perfil de carotenoides en zumos de fruta monovarietales y el desarrollado para analizar las clorofila • las y derivados se aplicó para evaluar la transformación de las clorofila • en productos vegetales procesados. Además, se aplicaron diversas metodologías y técnicas para caracterizar fibras procesadas obtenidas a partir de subproductos de la industria del zumo. Los compuestos fenólicos de las fibras se determinaron y se estableció una comparación de su contenido y perfil con el determinado en fruta fresca liofilizada. También se caracterizaron los metabolitos primarios y secundarios, y se compararon con los datos reportados en la literatura para la fruta fresca correspondiente. Finalmente, con el objetivo de obtener una metodología para autenticar los zumos de fruta monovarietales, se utilizó la resonancia magnética nuclear (RMN) para analizar metabolitos primarios y UPLC-PDA-MS / MS para determinar los compuestos fenólicos los cuales combinados con herramientas quimiométricas como el análisis de componentes principales.

Una gran varietat de productes naturals i fàrmacs que inclouen sofre en les seves estructures presenten diverses activitats biològiques i aplicacions. Un exemple és la L-cisteïna, un aminoàcid essencial necessari en processos bioquímics dels éssers vius. D’una banda, aquest treball es centra en l’obtenció de tiazolidines a partir de la L-cisteïna amb un grau de qualitat alimentària. La metodologia es basa en un procés de síntesi en continu i en un sistema d’assecatge d’atomització. A més, es va realitzar un estudi per investigar el rol de la tiazolidina derivada de la D-ribosa com a agent quimioprotector i modulador de glutatió en un model AOM/DSS de carcinogènesi en ratolins. Addicionalment, es van modificar les tiazolidines per tal d'augmentar les seves propietats lipòfiles en vista al seu ús com additius alimentaris en una àmplia varietat de matrius d'aliments. D’altra banda, es van sintetitzar compostos tipus capsaicinoid que incorporaven L-cisteïna i anàlogs en la seva estructura i es avaluar la seva activitat en el receptor TRPV1, que exerceix un paper important com a nexe en la transmissió del dolor. La síntesi, la relació estructura-activitat i els resultats biològics es descriuen en aquest document. Una gran variedad de productos naturales y fármacos que incluyen azufre en sus estructuras presentan diversas actividades biológicas y aplicaciones. Un ejemplo es la L-cisteína, un aminoácido esencial requerido en ciertos procesos bioquímicos de los seres vivo. De una banda, este trabajo se centra en la obtención de tiazolidinas a partir de L-cisteína con grado de calidad alimentaria. La metodología se basa en un proceso de síntesis en continuo y en un sistema de secado por polvorización. También se realizó un estudio para investigar el efecto de la tiazolidina derivada de la D-ribosa como agente quimioprotector y modulador del glutatión en un modelo AOM/DSS de carcinogénesis en ratones i. Adicionalmente, se modificaron las tiazolidines para aumentar sus propiedades lipófilas con objectivo de su uso com aditivos alimentarios en una amplia variedad de matrices alimentarias. Por otra parte, se sintetizaron compuestos tipo capsaicinoide que incorporavan L-cisteína y análogos en su estructura y se evaluó su actividad en el receptor TRPV1, que ejerce un papel importante como a nexo en la transmisión del dolor. La síntesis, la relación estructura-actividad y los resultados biológicos se describen en este documento. A wide variety of sulphur-containing compounds that exist in natural products and drugs present different biological activities and applications. One example is the L-cysteine, an amino acid required for essential biochemical processes in living organisms. On the one hand, this work focuses on the production of thiazolidine-4(R)-carboxylates derived from L-cysteine with food grade quality. The methodology was based on combining a continuous flow reaction and a spray-drying system. Additionally, an study was performed to investigate the role of thiazolidine derived from D-ribose as chemoprotector agent and modulator of glutathione status in a mouse model of AOM/DSS-induced carcinogenesis. Moreover, the highly soluble thiazolidines-4(R)-carboxylic acid derivatives were modified to increase their lipophilicity wih interests to use these thiazolidine derivatives as food ingredients in a wide variety of food matrices. On the other hand, it has been synthesized new capsaicinoid-like compounds incorporating L-cysteine and analogues and it was evaluated their activity on TRPV1, which plays an important role as a nexus in pain transmission. Their synthesis, the structure-activity relationships and biological results are presented.

La tècnica "Diffusive Gradients in Thin Films" (DGT) permet estudiar la disponibilitat de contaminants o nutrients en aigües a partir de la seva acumulació en dispositius DGT, que acumulen els analits objectiu durant un període conegut de temps. En aquesta tesi es desenvolupen models fisicoquímics que tenen en compte el transport i les reaccions químiques de les espècies presents per a la interpretació de les acumulacions. Es dedica especial atenció als efectes electrostàtics que sorgeixen a baixa força iònica (en el rang típic de valors d'aigües dolces) entre cations metàl•lics o complexos carregats i els setis de resina. La influència de l'acumulació territorial en el disc de resina i la dependència de les constants de velocitat cinètica amb la força iònica son fenòmens que es consideren explícitament. Es desenvolupa també una eina de simulació basada en la resolució de les equacions de Nernst-Plack per a reproduïr les acumulacions experimentals de Mg i Mn, així com per a comprovar l'exactitud d'algunes expressions analítiques aproximades que es presenten. També es consideren situacions en les quals els efectes d'equilibri i competició són rellevants., Diffusive Gradients in Thin Films (DGT) technique allows studies of the availability of chemicals in waters by the deployment of DGT devices, which accumulate the target analytes for a known period of time. Physico-chemical models that consider the reactions and transport of species inside the device for the interpretation of the accumulations are developed in this thesis. Special attention is devoted to the electrostatic effects arising at low ionic strength (in the typical range of freshwaters) between metal cations or charged complexes and the resin sites. Influence of territorial binding in the resin disc and dependence of the kinetic rate constants on the ionic strength is explicitly considered. A simulation tool based on solving the Nernst-Plack equations is developped to reproduce the experimental aumulations of Mg and Mn, as well as to check the accuracy of some approximate analytical expressions here reported. Cases where the effective capacity or competition effects are relevant are also considered in this work., La técnica analítica llamada Diffusive Gradients in Thin Films (DGT) permite estudiar la disponibilidad de contaminantes y nutrientes en aguas. Los dispositivos DGT se depositan en el medio para que acumulen el analito durante un período de tiempo determinado. En esta tesis se desarrollan modelos fisicoquímicos que consideran las reacciones y el transporte de especies dentro del dispositivo para la interpretación de las acumulaciones. Se presta especial atención a los efectos electrostáticos que se producen entre cationes metálicos o complejos cargados y los sitios de resina, para fuerzas iónicas en el rango de las aguas dulces. Se considera explícitamente la influencia del enlace territorial en el disco de resina y la dependencia de las constantes cinéticas de asociación y disociación con la fuerza iónica. Se desarrolla una herramienta de simulación basada en la resolución de las ecuaciones de Nernst-Plack para reproducir las acumulaciones experimentales de Mg y Mn, así como para comprobar la exactitud de algunas expresiones analíticas aproximadas presentadas en este trabajo. También se consideran situaciones en las cuales los efectos de equilibrio y competición son relevantes.

En aquest treball s’ha desenvolupat un mètode en dues etapes per a l’obtenció d’extractes rics en monoglicèrids a partir de llavors de soja i de sèsam. La primera etapa consisteix en una hidròlisi i esterificació directa amb glicidol i solketal dels triglicèrids continguts en les llavors, catalitzada amb miceli liofilitzat de Rhizopus oryzae en absència de solvent. La segona etapa ha estat la desprotecció del glicerol protegit en forma de 1,2-acetonid (solketal) amb catalitzadors àcids. El rendiment màxim d’obtenció de monoglicèrids a l’extracte final de reacció ha estat del 81 %, amb les següents condicions: Temps d’hidròlisi de 24 h i d’esterificació de 6 h emprant solketal, a una temperatura de reacció de de 50 °C per a la primera etapa i utilitzant com a solvent una barreja acetonitril:HCl 1M en proporció 4:1 (v/v), amb un temps de reacció de 6 h a temperatura ambient per a la segona etapa., En este trabajo se ha desarrollado un método en dos etapas para la obtención de extractos ricos en monoglicéridos a partir de semillas de soja y de sésamo. La primera etapa consta de una hidrólisis y esterificación directa con glicidol y solketal de los triglicéridos de las semillas, catalizada con micelio liofilizado de Rhizopus oryzae en ausencia de solvente. La segunda etapa ha consistido en la desprotección del grupo 1,2-acetonido (solketal), empleando catalizadores ácidos. El rendimiento máximo de obtención de monoglicéridos en el extracto final de reacción ha sido del 81 %, empleando las siguientes condiciones: tiempo de hidrólisis de 24 h y de esterificación de 6 h utilizando solketal, a una temperatura de reacción de 50 °C para la primera etapa y utilizando como solvente una mezcla de acetonitrilo:HCl 1M en proporción 4:1 (v/v), con un tiempo de reacción de 6 h a temperatura ambiente para la segunda etapa., In this work, a two-step method has been developed to prepare monoglyceride enriched extracts from soybean and sesame seeds. In the first step, direct extraction, hydrolysis and esterification of triglycerides from seeds is performed with glycidol and solketal. Reactions are catalyzed with lyophilized mycelium of Rhizopus oryzae in solvent-free conditions. The second step is the cleavage of solketal ring (1,2-acetonide structure) using acid catalysts. The maximum yield of monoglycerides in the two-step reaction process is 81 % using the following conditions: reaction time of 24 h for hydrolysis and 6 h for esterification using solketal, at a temperature of 50 °C in the first step and using a solvent mixture of acetonitrile:1 M HCl in 4:1 (v/v) with a reaction time of 6 h at room temperature in the second step.

En les últimes dècades han augmentat els problemes derivats de la sobreproducció i acumulació de residus de la industria, així com els problemes mediambientals i la disminució de fonts de matèries primeres. En aquest sentit, ha incrementant l’interès en reutilitzar-los, per tal de re-valoritzar-los produint productes d’interès, acostant-nos cada cop més al concepte de residu zero. Un dels majors subproductes de la industria agroalimentària és el conegut amb el terme de biomassa. En aquest treball, ens hem centrat en investigar la re-valorització d’una petita part dels poliols presents en la biomassa, entre ells alguns carbohidrats i el glicerol., En las últimas décadas han aumentado los problemas derivados de la sobreproducción y acumulación de residuos de la industria agroalimentaria, así como los problemas medioambientales y la disminución de fuentes de materias primas. Incrementando así el interés en reutilizarlos, revalorizándolos produciendo productos de interés, acercándonos cada vez más al concepto de residuo cero. Uno de los mayores subproductos de la industria es el conocido con el término de biomasa. En este trabajo, nos hemos centrado en investigar la revalorización de una pequeña parte de los polioles presentes en la biomasa, entre ellos algunos carbohidratos y el glicerol., In the last decades, problems related with overproduction and industry waste accumulation have increased, causing environmental problems and depletion of raw material sources. Because of that, there has been an increasing interest in the reuse of wastes to prepare valuable products, getting closer to the zero waste concept. Biomass is one of the major agroindustrial by-products. In this work, we were focused on adding-value to a small portion of the polyols present in biomass, including some carbohydrates and glycerol.

La presència de determinats metalls, ja sigui en forma del metall lliure, formant complexos amb lligands o en forma de nanopartícules metàl•liques té efectes negatius en el medi ambient. Per aquest motiu, l’estudi de la disponibilitat de metalls és important per determinar el seu impacte mediambiental. En aquest treball s'ha estudiat un sistema i una tècnica per a la mesura de la disponibilitat. El sistema té la particularitat de contenir, en dispersió, nanopartícules d’òxids metàl•lics. Una primera part de l’estudi s’enfoca a la caracterització físic-química de dispersions sintètiques de nanopartícules. Aquesta part estudia l’efecte que tenen les condicions del medi (pH, salinitat, contingut de matèria orgànica, etc.) en el comportament de les nanopartícules. S'han determinat processos com són l’agregació, solubilització i sedimentació, en funció de les condicions del medi. Tots aquests processos juguen un paper molt important en el destí de les nanopartícules en el medi ambient i en la seva toxicitat. La segona part d’aquesta tesi es centra en l’aplicació de la tècnica analítica DGT (Diffusive Gradient in Thin films) per la mesura de fluxos de metall disponibles en solucions aquoses. En el present treball, s’ha determinat la solubilitat de nanopartícules en dispersions aquoses. Per altra banda s'ha estudiat la tècnica DGT des d’un punt de vista físic-químic. Les contribucions dels fluxos de complexos s’avaluen amb un paràmetre que té en compte les constants de dissociació dels complexos així com la seva difusió. S'han estudiat les acumulacions de metalls que en solució tenen com especies dominants complexos carregats elèctricament. Si aquesta càrrega és negativa, l’acumulació disminueix en baixar la força iònica i a l’inrevés en el cas contrari. Aquest fenomen s’explica per la repulsió electrostàtica entre la càrrega negativa del disc de resina i el complex quan aquest és parcialment làbil. En conclusió, la resina sembla jugar un paper més actiu del que es pensava en l’acumulació de metalls en DGT., La presencia de determinados metales, ya sea en forma del metal libre, formando complejos con ligandos o en forma de nanopartículas metálicas tiene efectos negativos en el medio ambiente. Por este motivo, el estudio de la disponibilidad de metales es importante para determinar su impacto medioambiental. En este trabajo se ha estudiado un sistema y una técnica para la medida de la disponibilidad. El sistema tiene la particularidad de contener, en dispersión, nanopartículas de óxidos metálicos. Una primera parte del estudio se enfoca a la caracterización físico-química de dispersiones sintéticas de nanopartículas. Esta parte estudia el efecto que tienen las condiciones del medio (pH, salinidad, contenido de materia orgánica, etc) en el comportamiento de las nanopartículas. Se han determinado procesos como son la agregación, solubilidad y sedimentación, en función de las condiciones del medio. Todos estos procesos juegan un papel muy importante en el destino de las nanopartículas en el medio ambiente y en su toxicidad. La segunda parte de esta tesis se centra en la aplicación de la técnica analítica DGT (Diffusive Gradiente in Thin films) para la medida de flujos de metal disponibles en soluciones acuosas. En el presente trabajo, se ha determinado la solubilidad de nanopartículas en dispersiones acuosas. Por otra parte se ha estudiado la técnica DGT desde un punto de vista físico-químico. Las contribuciones de los flujos de complejos se evalúan con un parámetro que tiene en cuenta las constantes de disociación de los complejos así como su difusión. Se han estudiado las acumulaciones de metales que en solución tienen como especies dominantes complejos cargados eléctricamente. Si esta carga es negativa, la acumulación disminuye al bajar la fuerza iónica y viceversa en el caso contrario. Este fenómeno se explica por la repulsión electrostática entre la carga negativa del disco de resina y el complejo cuando éste es parcialmente lábil. En conclusión, la resina parece jugar un papel más activo de lo que se pensaba en la acumulación de metales en DGT., The presence of certain metals, either in the form of free metal, forming complexes with ligands or as metal nanoparticles has negative effects on the environment. For this reason, the study of the availability of metals is important in determining its environmental impact. In this work a system and a technique for measuring availability have been studied. The system contains, in dispersion, metal oxide nanoparticles. A first part of the study focuses on the physical and chemical characterization of synthetic dispersions of nanoparticles. This part examines the effect of environmental conditions (pH, salinity, organic matter content, etc.) in the behavior of nanoparticles. Processes such as aggregation, solubilisation and sedimentation, are determined depending on environmental conditions. All these processes play an important role in the fate of nanoparticles in the environment and their toxicity. The second part of this thesis focuses on the application of the analytical technique DGT (Diffusive Gradient in Thin films) for measuring the flow of available metals in aqueous solutions. In the present study, the solubility of nanoparticles in aqueous dispersions has been determined. Moreover the DGT technique has been studied from a physical-chemical point of view. The contribution of the flux of complexes has been evaluated with a parameter, the lability degree, which takes into account the dissociation constants of the complexes and their diffusion. The accumulations of metals which in solution are present as dominant metal complexes electrically charged have been studied. If the charge is negative, the accumulation decreases with the decrease of the ionic strength and vice versa in the opposite case. This phenomenon is explained by the electrostatic repulsion between the negatively charged resin disk and the complex when it is partially labile. In conclusion, the resin seems to play a more active role than previously thought in the accumulation of metals in DGT.

Espanya és el quart productor de préssec [Prunus persica (L.) Batsch] i el segon a escala europea, amb una producció anual de més d’un milió de tones. La majoria de les varietats comercialitzades provenen de programes de millora genética d’Estats Units, Itàlia i França, la qual cosa ha provocat un gran dependència dels obtentors estrangers i ha donat lloc a l’aparició de diferents programes nacionals de millora i selecció de noves varietats adaptades a les condicions edafo-climàtiques de les principals zones de cultiu. No obstant, aquesta actual dependència juntament amb la falta d’adaptabilitat de moltes de les varietats quan aquestes són cultivades en zones de condicions climàtiques diferents a les que han estat obtingudes, la necessitat requerida pels agricultors i tècnics de camp a obtenir dades sobre el seu comportament agronòmic i qualitatiu ha donat lloc a la necessitat d’obtenir aquesta informació, que és lo que l’IRTA-Estació Experimental de Lleida està duent a terme en les seves parcel•les experimentals des de 1994, marc d’aquesta Tesis Doctoral. L’objectiu general d’aquest estudi és la caracterització agronòmica, morfològica i qualitativa de varietats comercials de préssec, nectarina, pavia, préssec pla i nectarina plana cultivades a la zona de la Vall de l’Ebre, amb la finalitat d’aprofundir en el coneixement d’aquells factors que poden afectar a una bona elecció per part dels agricultors, tècnics i comercials. A més, s’ha estudiat l’evolució de la maduració i la qualitat en camp, així com el comportament en postcollita de diferents varietats de nectarina cultivades en parcel•les comercials., España es el cuarto productor mundial de melocotón [Prunus persica (L.) Batsch] y el segundo a escala europea, con una producción anual de más de un millón de toneladas. Las variedades comercializadas proceden en su mayoría de programas de mejora genética de Estados Unidos, Italia y Francia, lo que ha provocado una excesiva dependencia de los obtentores extranjeros, y ha dado lugar a la aparición de diferentes programas nacionales de mejora y selección de nuevas variedades adaptadas a las condiciones edafo-climáticas de las principales áreas de cultivo. La actual dependencia juntamente con la falta de adaptabilidad de muchas variedades extranjeras cuando éstas son cultivadas en zonas de cultivo diferentes de donde han sido obtenidas, y la inmediatez requerida por los agricultores y técnicos de campo para obtener datos sobre su comportamiento agronómico y cualitativo, ha dado lugar a la necesidad de obtener esta información, y es lo que el IRTA-Estación Experimental de Lleida está llevando a cabo en sus parcelas de experimentación desde 1994, marco de esta Tesis Doctoral. El objetivo general de este estudio es la caracterización agronómica, morfológica y cualitativa de variedades comerciales de melocotón, nectarina, pavía, melocotón plano y nectarina plana cultivadas en la zona del Valle del Ebro, con el fin de profundizar en el conocimiento de aquellos factores que puedan afectar a una buena elección por parte de los agricultores, técnicos, y comerciales. Además, se ha estudiado la evolución de la maduración y de la calidad en campo, así como el comportamiento en poscosecha de diferentes variedades de nectarina cultivadas en parcelas comerciales., Spain is the fourth largest peach crop [Prunus persica (L.) Batsch] producer in the world and the second producer in the European Union with an annual production more than one million tons. The commercialized cultivars have their origin in different breeding programs, mainly from USA, Italy and France breeding programs. This has produced an excessive and not desirable dependency on the foreign breeders, and boost to the development of different national breeding and selection programs for the selection of new cultivars well-adapted to the main growing areas climatic conditions. Nevertheless, this current dependency together with the lack of adaptation of some of these cultivars when they are grown under climatic conditions different from those where they were originally developed, the immediacy required by growers and technicians to establish an experimental trial to provide data about agronomic and qualitative performance, has led to the need to obtain this information. This is what IRTA-Experimental Station of Lleida is carrying on its experimental fields since 1994, framework of this thesis. The general objective of the study was the agronomical, morphological and qualitative characterization of commercial melting peach, nectarine, nonmelting peach, flat peach and flat nectarine cultivars grown in the Ebro Valle area, in order to gain a better understanding of which factors can contribute to growers, technicians and retailers to make a good choice. Another objective has been the study of ripening and quality evolution in the field, as well as postharvest performance of different nectarine cultivars from commercial orchards.

Es presenta una modalitat de reacció d'interesterificació que aporta nous avenços en l'ús de biocatalitzadors en síntesi orgànica. Els biocatalitzadors, tant enzims aïllats com resting cells fúngiques, són eficaços catalitzadors de processos químics. Així mateix, els biocatalitzadors poden ser utilitzats en sistemes de flux continu connectats a reactors de llit empaquetat (PBR). L'acrilat d'al·lil va ser sintetitzat en un reactor tipus batch i en un reactor PBR, utilitzant diferents lipases. La lipasa B de Candida antarctica (CALB) va ser l'enzim amb major activitat. El producte obtingut va ser utilitzat per preparar un copolímer. També es va dur a terme la síntesi d'acrilat de dicloropropil. CALB novament, va ser la lipasa amb major activitat. El producte obtingut va ser polimeritzat. Finalment, es van immobilitzar les resting cells d'Aspergillus flavus en diferents materials polimèrics. Les resting cells immobilitzades van mostrar una activitat específica major a l'obtinguda amb el miceli fúngic sense immobilitzar., Se presenta una modalidad de reacción de interesterificación que aporta nuevos avances en el empleo de biocatalizadores en síntesis orgánica. Los biocatalizadores, tanto enzimas aisladas como resting cells fúngicas, son eficaces catalizadores de procesos químicos. Asimismo, los biocatalizadores pueden ser usados en sistemas de flujo continuo conectados a reactores de lecho empaquetado (PBR). El acrilato de alilo fue sintetizado en un reactor tipo batch y en un reactor PBR, usando diferentes lipasas. La lipasa B de Candida antarctica (CALB) fue la enzima con mayor actividad. El producto obtenido fue usado para preparar un copolímero. También se llevó a cabo la síntesis de acrilato de dicloropropilo. CALB nuevamente, fue la lipasa con mayor actividad. El producto obtenido fue polimerizado. Finalmente, se inmovilizaron las resting cells de Aspergillus flavus en diferentes materiales poliméricos. Las resting cells inmovilizadas mostraron una actividad específica mayor a la obtenida con el micelio fúngico sin inmovilizar., We present an interesterification reaction mode that brings new advances in the use of biocatalysts in the organic synthesis. Biocatalysts, both isolated enzymes and fungal resting cells are effective catalysts for chemical processes. Also, the biocatalysts may be used in continuous flow connected to packed beds reactors (PBR). Allyl acrylate was synthesized in a batch type reactor and a PBR reactor using different lipases. Lipase B from Candida antarctica (CALB) was the most active enzyme. The obtained product was used to prepare a copolymer. Also it was performed the synthesis of dichloropropyl acrylate. CALB again, was the lipase with the highest activity. The obtained product was polymerized. Finally, resting cells from Aspergillus flavus were immobilized in different polymeric materials. Immobilized resting cells showed a higher specific activity than the fungal mycelium without immobilization.

The dissertation accomplishes two aims: 1) to diagnose what prevents true beliefs from being knowledge; 2) to give an positive account of knowledge. Concerning the first aim, it offers an account of the notion of luck. It defends the view that luck is a form of risk and distinguishes two types of luck. Then, it applies the account to the problem of epistemic luck and distinguishes, accordingly, two types of epistemic luck. It is argued that these two types of epistemic luck explain the whole range of cases of not-known true belief. Concerning the second aim, the dissertation advances an account of knowledge in terms of the notion of cognitive control that deals with the two forms of epistemic luck distinguished.

Tant els subproductes com els residus d'origen biològic de la indústria són susceptibles de ser aprofitats i, no obstant això, alguns són destruïts per falta d'usos viables i altres són emprats en la producció d'energia per incineració, producció de biogàs o transformació per alimentació animal entre altres. Poc a poc es van afegint noves idees per reciclar aquests residus i aprofitar-los més eficientment per tal d'obtenir productes d'alt valor afegit. Amb la finalitat d'augmentar la sostenibilitat i trobar noves aplicacions a subproductes com és el cas del glicerol provinent del biodièsel, en aquesta memòria, dividida en una introducció i tres capítols, es presenten diferents reaccions en les quals participa el glicerol com a reactiu amb l'objectiu d’obtenir compostos o precursors de substàncies d'alt valor afegit. En la introducció d'aquesta memòria es descriu breument l'inici de la química sostenible o química verda, així com els principis utilitzats com a marc de referència per assolir els seus objectius. Igualment s'exposa la relació existent entre química verda, biomassa i bio-refineria, i s'aborda d'aquesta manera l'aprofitament del glicerol com a matèria primera renovable procedent de la producció del biodièsel. En el capítol 1, es descriu la síntesi de diversos èsters de l’1,3-dicloropropil a partir del glicerol i diversos àcids carboxílics per observar la influència que els substituents poden tenir sobre la reacció. Addicionalment es descriu la síntesi de diazides emprant alguns dels èsters de l’1,3-dicloropropil obtinguts. En el capítol 2, es mostren els resultats obtinguts per a la síntesi de monoèsteres de l’3-cloro-2-hidroxi-1-propil mitjançant dues aproximacions metodològiques que comprenen I) la dessimetrització de l’èster de l’1,3-dicloropropil i II) la síntesi a partir del glicerol, àcid carboxílic i una font de clorurs en medi àcid. Finalment en el capítol 3, es mostra una primera aproximació a la síntesi assimètrica d'èsters de l’3-cloro-1,2-propanodiol derivats del glicerol emprant resolució cinètica i resolució cinètica dinàmica., Tanto subproductos como residuos de origen biológico de la industria son susceptibles a ser aprovechados y, sin embargo, algunos son destruidos por falta de usos viables y otros son empleados en la producción de energía por incineración, producción de biogás o transformación para alimentación animal entre otros. Poco a poco se van sumando nuevas ideas para reciclar estos residuos y aprovecharlos más eficientemente con el fin de obtener productos de alto valor añadido. Con la finalidad de aumentar la sostenibilidad y en busca de nuevas aplicaciones para subproductos como es el caso del glicerol proveniente biodiesel, en esta memoria, dividida en una introducción y tres capítulos, se presentan diferentes reacciones en las cuales participa el glicerol como reactivo con el objetivo de obtener compuestos o precursores de sustancias de alto valor añadido. En la introducción de esta memoria se describe brevemente el inicio de la química sostenible o química verde, así como los principios usados como marco de referencia para alcanzar sus objetivos. Igualmente se advierte la relación existente entre química verde, biomasa y bio-refinería, y se aborda de esta forma el aprovechamiento del glicerol como materia prima renovable procedente de la producción del biodiésel. En el capítulo 1, se describe la síntesis de varios ésteres de 1,3-dicloropropilo a partir de glicerol y diversos ácidos carboxílicos para observar la influencia que los sustituyentes pueden tener sobre la reacción. Adicionalmente se describe la síntesis de diazidas empleando algunos de los ésteres de 1,3-dicloropropilo obtenidos. En el capítulo 2, se muestran los resultados obtenidos para la síntesis de monoésteres de 3-cloro-2-hidroxi-1-propilo mediante dos aproximaciones metodológicas que comprenden I) la desimetrización de éster de 1,3-dicloropropilo y II) la síntesis a partir de glicerol, ácido carboxílico y una fuente de cloruros en medio ácido. Finalmente en el capítulo 3, se muestra una primera aproximación a la síntesis asimétrica de ésteres de 3-cloro-1,2-propanodiol derivados de glicerol empleando resolución cinética y resolución cinética dinámica., Both industrial by-products and agrochemical wastes might be an advantageous source of compounds and materials. However, some of them are destroyed for lack of viable uses while others are used in energy production by incineration, biogas production or processing animal feed, etc. New ideas to most efficiently recycle and use this waste are emerging leading to value-added products. In order to increase sustainability and looking for new applications for by-products from biodiesel production such as glycerol, in this doctoral dissertation, organized in an introduction and three chapters, different synthetic reactions are shown using glycerol as starting material with the aim to obtain value-added building blocks. In the introduction of this memory a brief description is presented related to the state of the art of green chemistry. Also, the green chemistry principles, used as reference to achieve the goals of the project, have been described. Further, the relationship between green chemistry, biomass and bio-refinery and the use of glycerol as a renewable raw material from biodiesel production have been shown. In the first chapter, the synthesis of several 1,3-dichloropropyl esters from glycerol and various carboxylic acids has been described studying the influence of the substituents on the reaction. This chapter

La disponibilitat de metalls per part dels organismes no depèn únicament de la concentració total sinó també de l'especiació d'aquestes subtancias. En general, la disponibilitat de les espècies metàl•liques en medis naturals per a organismes està determinada per un conjunt d'esdeveniments encadenats on el equilibri representa només un cas particular de la situació dinàmica general. Espècies poc definides químicament, com ara àcids húmics i fúlvics, actuen com a lligands de metalls i juguen un paper clau en la circulació i la determinació de les propietats ecotoxicològiques de les espècies metàl•liques en medis naturals. La polifuncionalitat dels àcids húmics i fúlvics és descrita en aquest estudi utilitzant mètodes termodinàmics i mecano-estadístics. La tècnica Diffusive Gradients in Thin films (DGT) s'ha utilitzat per mesurar el flux disponible de metall en un sistema sintètic que conté complexos metàl•lics. La principal conclusió d'aquest estudi és que el disc de resina quelant dels sensors juga un paper clau en la determinació del grau de labilitat d'un complex mesurat amb aquesta tècnica. D'altra banda, a un pH baix, o concentració alta de lligand, es pot aconseguir l'equilibri entre la resina del sensor i el metall en el si de la dissolució, pertorbant l'acumulació lineal a temps de contacte relativament curts. Es presenta una anàlisi d'aquests fenòmens, així com la seva justificació mitjançant models teòrics., La disponibilidad de metales por parte de los organismos no depende únicamente de la concentración total sino también de la especiación de estas subtancias. En general, la disponibilidad de las especies metálicas en medios naturales hacia organismos está determinada por un conjunto de eventos encadenados cuyo equilibrio representa sólo un caso particular de la situación dinámica general. Especies poco definidas químicamente, tales como ácidos húmicos y fúlvicos, actúan como ligandos de metales y juegan un papel clave en la circulación y la determinación de las propiedades ecotoxicológicas de las especies metálicas en los medios naturales. La polifuncionalidad de los ácidos húmicos y fúlvicos es descrita en este estudio usando métodos termodinámicos y mecano-estadísticos. La técnica Diffusive Gradients in Thin films (DGT) se ha utilizado para medir el flujo disponible de metal en un sistema sintético que contiene complejos metálicos. La principal conclusión de este estudio es que el disco de resina quelatante de los sensores juega un papel clave en la determinación del grado de labilidad de un complejo medido esta técnica. Por otra parte, a un pH bajo, o a concentración alta de ligando, puede ser alcanzado el equilibrio entre la resina del sensor y el metal en el seno de la disolución, perturbando la acumulación lineal a tiempos de contacto relativamente cortos. Se presenta un análisis de estos fenómenos, así como su justificación mediante modelos teóricos., Availability of metals for organisms does not depend only on the total metal concentration but also on speciation of these species. In general, the availability towards organisms is determined by a set of chained events whose equilibrium approach only represents a simplified limiting case of the general dynamic situation. Poorly defined species such as humic and fulvic acids, act as metal ligands and play a key role in the circulation and determination of the ecotoxicological properties of metal species in the natural media. Thermodynamic and statistical mechanics methods are here applied to describe the polyfunctionality of humic and fulvic acids. The Diffusive Gradients in Thin Films (DGT) has been used to measure the available metal flux in a synthetic system that contains metal complexes. A main conclusion of this study is that the chelating resin disc of the sensor plays a key role in determining the lability degree of a complex measured with DGT. Moreover, at relatively low pH, or in presence of high affinity ligands, the equilibrium with the bulk metal concentration can be approached in the sensor, disturbing linear accumulations at relatively short deployment times. Analysis of these phenomena and theoretical explanations are reported.

El present treball tracta de nocions fonamentals en la nutrició d’arbres fruiters: (i) estimació de les pèrdues totals de nutrients (ii) diagnòstic nutricional (iii) solucions per desordres nutricionals (iv) estudi de transport de nutrients. Els estudis s’han realitzat a la zona de l’Ebre, Saragossa, al nord d’Espanya on el presseguer s’escull com a exemple d’arbre fruiter i la clorosi fèrrica com exemple de desordre nutricional. En alguns estudis, s’han fet servir plantes model crescudes en condicions controlades. En el primer capítol dels resultats, es fa una anàlisi de l’arbre sencer a mitjançant la quantificació de les pèrdues de nutrients en cada esdeveniment del cicle anual del presseguer, i de les quantitats emmagatzemades a les estructures permanents dels tres cultivars de presseguer: Calanda, Catherina y Babygold 5. Al segon capítol, es considera la clorosi fèrrica com el típic desordre nutricional de la zona, i es presenten avenços al seu diagnòstic a través de l’estudi de materials de l’arbre en èpoques fenològiques avançades (precoces), com gemmes en dormància i flors. Els resultats obtinguts indiquen que és possible predir la clorosi fèrrica utilitzant els materials vegetals indicats. El tercer capítol, tracta sobre la utilització de fertilitzants foliars per la correcció de la clorosi fèrrica, millorant el coneixement científic en l’ús d’aquests fertilitzants foliars. S’avalua la eficàcia d’un tractament foliar d’un compost de ferro estudiant la seva capacitat de penetració i reverdiment. En el quart capítol, es realitzen estudis sobre el transport de ferro en el teixit del xilema, a través d’anàlisis de proteòmica i metabolòmica, aportant avenços en la comprensió d’aquest teixit, responsable del transport de nutrients en plantes. El cinquè capítol tracta sobre consells i aspectes a considerar per part dels investigadors a l’hora de realitzar un seguiment de l’efecte d’un fertilitzant de ferro, i que inclouen: (i) el disseny experimental (ii) el seguiment de l’evolució de la correcció de la clorosi després d’una fertilització amb ferro, controlant la concentració de clorofil•la a la fulla, i (iii) l’anàlisi de la resposta de la planta després d’una fertilització amb ferro. A més, també s’analitzen les fases de la desaparició de la clorosi a la fulla, i l’observació d’altres paràmetres nutricionals a nivell de fulla., El presente trabajo trata sobre nociones fundamentales en la nutrición de árboles frutales: (i) estimación de las pérdidas totales de nutrientes (ii) diagnostico nutricional (iii) soluciones para desordenes nutricionales (iv) estudio del transporte de nutrientes. Los estudios se han realizado en la zona del Ebro, Zaragoza, en el norte de España dónde el melocotonero se escoge como ejemplo de árbol frutal, y la clorosis férrica como ejemplo de desorden nutricional. En algunos estudios, se han usado plantas modelo crecidas en condiciones controladas. En el primer capítulo de los resultados, se realiza un análisis del árbol entero mediante la cuantificación de las pérdidas de nutrientes en cada evento del ciclo anual del melocotonero, y de las cantidades almacenadas en las estructuras permanentes de tres cultivares de melocotonero: Calanda, Catherina y Babygold 5. En el segundo capítulo, se considera la clorosis férrica como el típico desorden nutricional de la zona, y se presentan avances en su diagnostico mediante el estudio de materiales del árbol en épocas fenológicas avanzadas (precoces), tal como yemas en dormancia y flores. Los resultados adquiridos indican que es posible predecir la clorosis férrica usando los materiales vegetales indicados. El tercer capítulo, trata sobre del uso de fertilizantes foliares para la corrección de la clorosis férrica, mejorando el conocimiento científico sobre el uso de dichos fertilizantes. Se evalúa la eficacia de un tratamiento foliar de un compuesto de hierro estudiando su capacidad de penetración y reverdecimiento. En el cuarto capítulo, se realizan estudios sobre el transporte de hierro en el tejido de xilema a través de análisis de proteomica y metabolómica, aportando avances en la comprensión de dicho tejido, responsable de transporte de nutrientes en plantas. El quinto capítulo trata sobre consejos y aspectos a considerar por parte de los investigadores a la hora de realizar un seguimiento del efecto de un fertilizante de hierro, y que incluyen: i) el diseño del experimento; ii) el seguimiento de la evolución de la corrección de la clorosis después de una fertilización con hierro, controlando la concentración de clorofila en la hoja; y iii) el análisis de la respuesta de la planta después de una fertilización con hierro. Asimismo, también se analizan las fases de la desaparición de la clorosis en la hoja, y la observación de otros parámetros nutricionales a nivel de hoja., This work deals with fundamental aspects of fruit tree nutrition, including the following: (i) estimation of total nutrient requirements; (ii) nutritional diagnostics; (iii) remediation for nutritional disorders; and (iv) understanding of nutrient transport. Field studies were carried out in the Ebro river basin, Zaragoza, Northern Spain, were peach tree was taken as an example of fruit tree and Fe chlorosis as an example of nutritional disorder. In some studies, model plants grown in controlled environments have also been used. In the first chapter of Results part, whole tree analysis was carried out by quantifying the amounts of nutrients removed at each event of the peach tree annual cycle, as well as the amounts stored in the permanent tree structures, in three different peach tree cultivars. In the second chapter, Fe chlorosis was taken as a typical nutrient disorder in the region, and we show advances in its diagnosis by studying the possibility of using tree materials in early tree phonological stages. Results found indicate that it is possible to carry out the prognosis of Fe chlorosis using early materials such as buds and flowers. The third chapter deals with the correction of iron chlorosis, in an attempt to improve the scientific background for foliar fertilizer practices. We evaluated the success of treatments with a Fe compound by studying the capacity for penetration and re-greening. In the fourth chapter, studies on the transport of Fe into the xylem tissue were carried out by metabolomic and proteomic analysis, opening the way for advancing the understanding of nutrient transport in this fruit tree compartment. The fifth chapter discusses advices and aspects that researchers should take in consideration when assessing the effect of Fe fertilizers, including the following: i) design of Fe-fertilization experiments; ii) assessment of chlorosis recovery upon Fe-fertilization by monitoring leaf chlorophyll; and iii) analysis of the plant responses upon Fe-fertilization. The phases of leaf chlorosis recovery and the control of other leaf nutritional parameters were discussed.

Aquest treball presenta nous avenços de la tècnica AGNES (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) per a la determinació de Cd, Pb i principalment Zn, en sistemes sintètics i naturals. Entre els progressos, es destaquen: i) estratègies que permeten abordar l’anàlisi d’altes concentracions de metall reduït dins de l’amalgama, evitar la interferència d’intermetál•lics CuxZn en la determinació del Zn2+, determinar la capacitat complexant d’una matriu complexa com el vi respecte a Zn2+ i sondejar el factor de preconcentració aconseguit després d’un cert temps de deposició en el límit de difusió; ii) la validació d’AGNES amb Donnan Membrane Technique (DMT), i iii) la seva aplicació en extractes de sòls., Este trabajo presenta nuevos avances de la técnica AGNES (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) en la determinación de Cd, Pb y principalmente Zn, en sistemas sintéticos y naturales. Entre los logros se destacan: i) estrategias que permiten abordar el análisis de altas concentraciones de metal reducido dentro de la amalgama, evitar la interferencia de intermetálicos CuxZn en la determinación del Zn2+, determinar la capacidad complejante de una matriz compleja como el vino con respecto a Zn2+ y sondear el factor de preconcentración alcanzado después de un cierto tiempo de deposición en el límite de difusión; ii) la validación de AGNES con Donnan Membrane Technique (DMT), y iii) su implementación en extractos de suelos., This work presents advancements of AGNES technique (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) for the determination of Cd, Pb and, mainly Zn, in synthetic and natural systems. The achievements include: i) strategies to tackle the analysis of high metal concentrations inside the amalgam, to avoid the interference from the intermetallic compounds CuxZn in the Zn2+ determination, to determine the complexing capacity of a complex matrix, such as wine for Zn2+, and to sound the preconcentration factor attained after a certain deposition time under diffusion limited conditions; ii) validation of AGNES with Donnan Membrane Technique (DMT), and iii) its implementation to soils extracts.

Els nostres resultats indiquen que el gruix del disc de resina juga un paper fonamental en l'acumulació de metalls en sensors DGT. Per complexos parcialment làbils, la seva dissociació a l'interior del domini de resina és la principal font de metall acumulat. Aquest fenomen explica la independència del grau de labilitat amb respecte a la concentració de lligand d'un complex en DGT. Així mateix, ajuda a comprendre el reduït efecte barreja que es preveu amb els sensors DGT., Un Análisis detallado de las características dinámicas de los sensores (DGT), nos indica que la penetración de los complejos en la capa de resina aumenta dramáticamente su labilidad. Aquí, presentamos expresiones analíticas aproximadas para calcular el flujo de metal, el grado de labilidad y los perfiles de concentración en un DGT, cuando se considera que los complejos pueden penetrar en la resina. La acumulación experimental de Cd en sensores DGT en el sistema Cd-NTA, confirma los análisis teóricos., Our analysis of the dynamic features of (DGT) devices indicates that the penetration of complexes into the resin layer dramatically increases their lability. We report approximate analytical expressions for the metal flux, the lability degree and the concentration profiles in a DGT when complexes penetration is considered. The experimental accumulation of Cd by DGT sensors in Cd-NTA systems confirmed these theoretical analyses.

El meu treball de recerca va consistir en la millora, desenvolupament i aplicació de tècniques analítiques per a l'anàlisi qualitatiu i quantitatiu de carotenoides en cereals, principalment en blat de moro i arròs. Inicialment vaig treballar en l'optimització del mètode d'extracció d'aquests pigments. Es compararen diferents combinacions de solvents per determinar el millor solvent extractant que permetés alliberar tots els carotenoides de la llavor de blat de moro, malgrat les seves diferents polaritats. Addicionalment, vaig millorar i desenvolupar dos mètodes cromatogràfics per HPLC i UHPLC per realitzar la separació d'aquests pigments. Es compararen diverses fases estacionàries i mòbils amb la finalitat de trobar el millor sistema que permetés la separació de la majoria d'aquests compostos. La identificació dels analits es va realitzar mitjançant l'ús detectors de fotodíodes en sèrie i de masses. Es compararen tècniques d'ionització com ara ESI, APCI i APPI per ionitzar aquests pigments., Mi trabajo de investigación consistió en la mejora, desarrollo y aplicación de técnicas analíticas para el análisis cualitativo y cuantitativo de carotenoides en cereales, principalmente en maíz y arroz. Inicialmente trabajé en la optimización del método de extracción de estos pigmentos. Diferentes combinaciones de solventes fueron comparadas para determinar el mejor solvente de extracción, que permitiera liberar de la semilla de maíz, todos los carotenoides a pesar de sus distintas polaridades. Adicionalmente, mejoré y desarrollé dos métodos cromatográficos por HPLC y UHPLC para conseguir realizar la separación de estos pigmentos. Varias fases estacionarias y móviles fueron comparadas con el fin de encontrar el mejor sistema que permitirá la separación de la mayoría de estos compuestos. La identificación de los analitos se realizó mediante el uso detectores de fotodiodos en serie y de masas. Técnicas de ionización tales como ESI, APCI y APPI fueron comparadas para ionizar los pigmentos., My research program focused on the development and optimization of qualitative and quantitative analytical methodology for carotenoid determination in cereal crops. Initially, I improved the protocol to extract carotenoids from maize and rice tissues. I compared different combinations of solvents in order to identify the most suitable mixture that allowed me to extract, in spite of its different polarities, all the carotenoids present in the samples. I also improved and developed two chromatographic methods by high performance liquid chromatography (HPLC) and ultra high performance liquid chromatography (UHPLC) to separate these pigments. Various stationary and mobile phases were evaluated in order to obtain the most optimal resolution among the different pigments found in the samples. The identification of these molecules was carried out using photo diode array (PDA) and mass (MS) detectors. I investigated the effect of ionizing carotenoids using electrospray ionization (ESI), atmospheric pressure chemical ionization (APCI) and atmospheric pressure photoionization (APPI) techniques.

La deficiencia de vitamina A causa 2.2 millones de muertes al año. Por tanto, investigadores intentan elevar el contenido de β-caroteno y otros carotenoides en cereales mediante la ingeniería genética. Mi trabajo consistió en analizar carotenoides en maíz y callos de arroz transgénico con el fin de indentificar y cuantificar estos pigmentos y además analizar la ruta metabólica de los mismos. Por tal motivo, desarrollaré una técnica analítica por HPLC y UHPLC que me permitió separar la mezcla de carotenoides. Estas moléculas se detectaton utilizando un detector de arreglo de diodos y masas. Con éste último se probaron distintas técnicas de ionización (ESI, APCI y APPI) para encontrar la mejor técnica que ionizara carotenos y xantófilas. Además se hallaron transiciones para identificar a cada uno de los carotenoides. Para mostrar la confiabilidad del método analítico, realicé la validación del mismo y determiné factores importantes que influyen en el análisis de carotenoides, como por ejemplo, su estabilidad química. Para analizar la ruta metabólica de los carotenoides, se realizaron distintos experimentos, entre ellos, introducir distintas combinaciones de genes en el maíz y arroz que permitieran entender cuáles eran las enzimas importantes que permitían la acumulación de carotenoides. También se analizó la biosíntesis de carotenoides a distintas etapas del desarrollo de la semilla de maíz, desde los 15 días después de la polinización (DAP) hasta los 60 DAP y su estabilidad química a lo largo de todo este período. Finalmente, se profundizó en la identificación de nuevos carotenoides encontrados en las muestras, como los oxo-carotenoides (utilizados en la industria como colorantes). Para llevar acabo su identificación, se realizaron pruebas químicas, se determinaron sus espectros visibles y sus fragmentos por masas. Vitamin A deficiency casuses 2.2 million deaths per year. Therefore, many researches have attempted to elavate β-carotene levels in staple cereals by introducing the corresponding metabolic pathway. I was involved in the analysis of carotenoids in maize and rice. I improved and developed analytical tecniques by HPLC y UHPLC in order to separate these pigments. Its identification was carried out by using PDA and mass detectors. In addition, different ionization tecniques were compared in order to choose the most suitable tecnique to ionize these molecules. Parameters influencing carotenoid analysis (such as carotenoid stability) were determined and the analytical method was validated. Likewise, the extraction method of carotenoids was optimized.Three diffetent experiments were carried out in order to analize the metabolic pathway of carotenoids. The first one consited in introducing different carotenogenic genes into a white maize variety deficient for endosperm carotenoid synthesis. The second one consisted in analyzing the biosynthesis of carotenoids at different developmental stages of the maize seed (from 15 DAP to 60 DAP). The third one corresponded to the metabolic engineering of ketocarotenoids biosynthesis in maize seed and rice callus. These experiments allowed us to identify and complement rate-limiting steps in the pathway and analyze carotenoid stability. On top of that, the different transgenic plants obtained had extraordinary levels of β-carotene and other carotenoids, including complex mixtures of hydroxycarotenoids and ketocarotenoids. Finally, I also deepened in the identification of carotenoids since new pigments were synthesized in the transgenic plants. Thereby, I did chemical reactions and determined mass spectra of the new carotenoids.

Es presenten diferents reaccions de síntesi química, en les quals participa el glicerol com a reactiu, moltes d'elles amb rendiments elevats i bons percentatges de conversió. Un aspecte rellevant d'aquestes reaccions és l'obtenció de compostos o precursors sintètics de substàncies d'alt valor afegit.Així, a partir de la síntesi d'esters de dicloropropil, usant glicerol i clorotrimetilsilà com a font de clor o amb clorur d'alumini usant un líquid iònic, s'han sintetitzat esters d'al·lil, alguns d'ells amb efecte ovicida en insectes. Un dels esters de dicloropropil sintetitzat a partir d'un àcid versàtic ha estat la referència per a la preparació d'esters dessimetritzats usant iodur, hidroxils o imidazoles com a nucleòfils.Amb la finalitat de fer les reaccions més sostenibles, s'han usat reactius provinents de subproductes industrials, tant del sector d'olis i greixos, com de la indústria del biodiesel.S'han emprat noves tècniques en síntesi orgànica, com els líquids iònics i les microones. L'ús de microreactors en una de les reaccions ha demostrat ser efectiu per a disminuir el temps de reacció, la qual cosa hauria de facilitar el seu escalat, Se presentan diferentes reacciones de síntesis química en las cuales participa el glicerol como reactivo. La mayoría de ellas presentan altos rendimientos y buenos porcentajes de conversión. Un aspecto relevante de estas reacciones es la obtención mediante síntesis química de compuestos o precursores sintéticos de sustancias de alto valor añadido.Así, a partir de la síntesis de ésteres de dicloropropilo, usando glicerol y clorotrimetilsilano como fuente de cloro, o con cloruro de aluminio usando un líquido iónico, se han sintetizado ésteres de alilo, algunos de ellos con efecto ovicida. Una de los ésteres de dicloropropilo obtenido a partir de un ácido versático se ha usado como referencia para la preparación de ésteres desimetrizados usando ioduro, hidroxilo o imidazole como nucleófilos.Con la finalidad de aumentar la sostenibilidad, se han usado reactivos procedentes de subproductos industriales, tanto del sector de aceites y grasas, como de la industria del biodiesel.Las nuevas tecnologías, como los líquidos iónicos y las microondas, también han sido aplicadas en algunas de las reacciones estudiadas. Por otra parte, el uso de microreactores ha permitido mejorar el tiempo de reacción de uno de los procesos estudiados, hecho que debería facilitar su escalado., Different synthetic reactions are shown, where glycerol is used as a starting material. High yields and conversions are reported in many of the described reactions. One relevant aspect is that compounds or synthetic precursors with high added value can be obtained.Thus, starting from dichloropropyl esters, allyl esters can be obtained, some of them with ovicidal effects. These esters can be synthesised using glycerol and either chlorotrimetylsilane or aluminium chloride as chlorine source. In the later case an ionic liquid is needed. A versatic dichloropropyl ester has been the reference to prepare desymmetrized esters using iodine, hydroxy ion or imidazole derivatives as nucleophilic groups.With the aim to develop sustainable reactions, industrial byproducts from the vegetable oil and fat industries, and from the biodiesel industries have been used as reagents.New technologies, such as ionic liquids and microwaves have also been applied. A continuous process using a microreactor has been developed, which could allow the corresponding reaction to be scaled.

La present Tesi se centra en l'estudi i modelatge de sistemes físico-químics de reacciódifusió en què una o més espècies es difonen vers una superfície sobre la qual es produeix una interacció amb alguna/algunes de les espècies que hi arriben. S'analitzen els fenòmens físico-químics implicats, es planteja la seva formulació matemàtica, s'aborda la resolució numèrica o analítica i s'estudien els comportaments del sistema i les respostes experimentals que es mesuren.Com a cassos particulars d'interès s'analitzen tres fenòmens: i) els corrents mesurats en les tècniques electroanalítiques afectades per adsorció electròdica; ii) el flux de bioassimilació d'ions metàl·lics o altres espècies químiques que arriben als microorganismes; i iii) els fluxos iònics a través de canals de gramicidina incorporats en una monocapa lipídica (amb o sense altres additius) que recobreix un elèctrode de mercuri.La construcció de simuladors pels sistemes esmentats permet abordar el problema invers (la determinació de valors de constants físico-químiques implicades en aquests processos a partir de l'ajust a dades experimentals), la quantificació de la influència de l'adsorció del metall o del complex sobre els resultats de tècniques electroanalítiques, l'estimació de la bioacumulació en cultius controlats de microorganismes o l'efecte dels additius sobre la permeació dels canals iònics, aspecte fonamental per entendre l'acció de diferents fàrmacs o tòxics sobre les membranes biològiques.Utilitzant un nombre reduït de paràmetres, la comparació dels resultats experimentals i de simulació pels tres casos resulta força acurada. L'obtenció dels perfils de concentració de totes les espècies implicades en les tècniques electroanalítiques ens permet i) entendre més profundament el procés, ii) concloure que l'adsorció té poc impacte en els corrents límit RPP i iii) proposar indicadors del grau d'assoliment de la hipòtesi d'excés de lligand. Pel que fa a la bioassimilació, i) es presenten expressions analítiques pels fluxos de bioassimilació en el cas d'adsorció lineal, i numèriques en adsorció langmuiriana; ii) es demostra que el règim transitori té influència en les quantitats acumulades durant la bioassimilació i iii) es dissenyen estratègies per obtenir els valors dels paràmetres del sistema fins i tot quan aquest són nombrosos. Pel que fa al transport d'ions a través de membranes lipídiques, la metodologia desenvolupada permet i) obtenir valors de la permeabilitat en sistemes de canals iònics a partir de corrents experimentals, i calcular els corrents previsibles; ii) reproduir els corrents observats experimentalment, i iii) analitzar l'impacte de diferents additius que poden interactuar o interferir amb la dinàmica dels canals de gramicidina amb un model que conté únicament quatre paràmetres., Esta Tesis se centra en el estudio y modelización de sistemas físico-químicos de reacción-difusión en que una o más especies se difunden hacia una superficie sobre la cual se produce una interacción con alguna o algunas de las especies que llegan. Se analizan los fenómenos físico-químicos implicados, se plantea su formulación matemática, se aborda la resolución numérica o analítica y se estudian los comportamientos del sistema y las respuestas experimentales que se miden.Como casos particulares de interés se analizan tres fenómenos: i) las corrientes medidas en las técnicas electroanalíticas afectadas por adsorción electròdica; ii) el flujo de bioasimilación de iones metálicos u otras especies químicas que llegan a los microorganismos; i iii) los flujos iónicos a través de canales de gramicidina incorporados sobre una monocapa lipídica (con o sin otros aditivos) que recubre un electrodo de mercurio.La construcción de simuladores para los sistemas mencionados permite abordar el problema inverso (la determinación de valores de constantes físico-químicas implicadas en dichos procesos a partir de su ajuste a los datos experimentales), la cuantificación de la influencia de la adsorción de metal o de complejo sobre los resultados de las técnicas electroanalíticas, la estimación de la bioacumulación en cultivos controlados de microorganismos o el impacto de los aditivos sobre la permeación de los canales iónicos, aspecto fundamental para entender la acción de diferentes fármacos o tóxicos sobre las membranas biológicas.Utilizando un número reducido de parámetros, la comparación de los resultados experimentales y de simulación en los tres casos resulta bastante satisfactoria. La obtención de los perfiles de concentración de todas las especies implicadas en las técnicas electroanalíticas nos permite i) entender el proceso más profundamente; ii) concluir que la adsorción tienen poco impacto en las corrientes límite RPP y iii) proponer indicadores del grado de cumplimiento de la hipótesis de exceso de ligando.Por lo que respecta a la bioasimilación, i) se presentan expresiones analíticas para los flujos de bioasimilación en el caso de adsorción lineal, y numéricas en adsorción langmuiriana; ii) se demuestra que el régimen transitorio influye en las cantidades acumuladas durante la bioasimilación; y iii) se diseñan estrategias para obtener los valores de los parámetros del sistema, aún cuando éstos son numerosos. Respecto al transporte de iones a través de membranas lipídicas, la metodología desarrollada permite i) obtener valores de la permeabilidad en sistemas de canales iónicos a partir de corrientes experimentales, y calcular las corrientes previsibles; ii) reproducir las corrientes observada experimentalmente y iii) analizar el impacto de diferentes aditivos que pueden interactuar o interferir con la dinámica de los canales de gramicidina, con un modelo que contiene únicamente cuatro parámetros., This work focuses on the study and modelling of some physicochemical reactiondiffusion systems in which one or more species diffuses towards a surface that interacts with one or several of the arriving species. The implied physicochemical processes are analyzed, their mathematical formulation is stated, the analytical or numerical resolution is tackled and the system behaviour and experimental responses are studied. As some particular interesting systems, we analyze three phenomena: i) the measured currents in electroanalytical techniques affected by electrodic adsorption; ii) the biouptake flux of metallic ions or other chemical species reaching a microorganism; and iii) the ionic flux across gramicidin channels in a lipid monolayer (with or without other additives) covering a mercury electrode.The building up of simulators for such systems allows to tackle the inverse problem (the determination, by fitting of the experimental data, of the value of the physicochemical constants implied in those processes), the quantification of the influence of metal or complex adsorption on the results of the electoanalytical techniques, the bioaccumulation estimation in controlled microorganisms cultures, or the additives' effects on ionic channels permeability, which is a key aspect to understand the action of drugs on the biological membranes.Using a reduced set of parameters, experimental and simulated results for these three systems are in good agreement. Obtaining the concentration profiles of all the species involved in the electroanalytical techniques allows us i) to reach a deeper understanding of the process; ii) to conclude that adsorption has a low impact on the RPP limiting current, and iii) to suggest indicators of the fulfilment of ligand excess conditions.Concerning biouptake i) we present analytical expressions for uptake fluxes in linear adsorption, and numerical solutions for langmuirian adsorption; ii) we show that the transient regime influences the accumulated biouptake amounts and iii) some strategies are developed to obtain the system parameters values, even when they are numerous.Concerning ionic transport across lipid membranes, the developed methodology allows us i) to obtain the permeability values in ionic channels systems from experimental currents, and calculate the predicted currents ; ii) to reproduce the observed experimental currents, and iii) analyze the impact of several additives that can interact or interfere with the channels dynamics, with a four parameters model.

Es van mostrejar volàtils de pomera i noguer emesos per branques intactes en camp, rodejadesper bosses de plàstic, al matí i al crepuscle en diferents moments de la campanya. Aquestes mostres esvan analitzar per cromatografia de gasos-espectrometria de masses (GC-MS) i cromatografia de gasoselectroantenodetecció(GC-EAD) fent servir antenes de mascles de Cydia pomonella. Es van detectar 44compostos en pomera i 90 en noguer per mitjà de la GC-MS. Les emissions d'ambdues espècies vanvariar clarament, tant quantitativament com qualitativa. Els compostos alifàtics eren majoritaris en lesemissions de pomera, mentre les terpens ho eren a les de noguer. Es va trobar activitat EAD per 5compostos a les mostres de pomera i 10 a les de noguer. Posteriors proves d'electroantenografia (EAG)amb mascles i femelles van revelar una forta activitat EAG per nombrosos volàtils emesos per pomera.En aquests assajos la resposta dels mascles va ser sempre igual o superior a la de les femelles, excepte pelβ-mircè. Entre els compostos actius en les anàlisis de GC-EAD, el butanoat d'hexil era específic depomera, 3 compostos eren específics de noguer (al·loocimè, pinocarvona, i òxid de cariofil·lè) i la restaeren comuns entre ambdues espècies de planta. La 2-ciclopentilciclopentanona, un compost emès per lesbosses de plàstic, també va provocar intenses respostes EAG en antenes d'ambdós sexes.El (E,Z)-2,4-decadienoat d'etil (èster de pera), i el (E)-β-farnesè van ser completament atraientsen camp, però no van estimular contactes amb la font en túnel de vent, suggerint que d'altres estímulssensitius estan relacionats amb el seu funcionament en camp. La preexposició a la feromona sexual,(E,E)-8,10-dodecadien-1-ol, va disminuir la resposta dels mascles a aquesta en túnel de vent, però vaincrementar la resposta a l'èster de pera; i no va tenir cap efecte sobre les femelles. De forma semblant,les captures en camp amb èster de pera van ser superiors sota confusió sexual. L'èster de pera va actuarcom antagonista de la feromona sexual en barrejar-se a altes quantitats. No obstant, l'antagonisme vadesaparèixer en presentar ambdós compostos en septes separats; i els mascles van ser incapaços dediscriminar entre la feromona sexual sola i la barreja antagonista quan ambdues es van oferir una al costatde l'altra.Assajos d'oviposició i aparellament van demostrar que la temperatura modula el moment del díaen que aquests comportaments tenen lloc. En camp, l'oviposició es va avançar a temperatures baixes; i vaser màxima al 3r i 4t dies de vida. En laboratori, l'oviposició també es va avançar a temperatures mésbaixes, però per la majoria de temperatures assajades, el pic d'oviposició va tenir lloc durant la primerahora de l'escotofase. A 12ºC no hi va haver oviposició, i la fecunditat va ser màxima a 22 i 27ºC. Per undia determinat. L'activitat diària d'aparellament tenia lloc abans que la d'oviposició.Paraules clau: Cydia pomonella, volàtils de planta hoste, comportament, EAG, GC-EAD, GC-MS,Lepidoptera, Tortricidae, preexposició a la feromona, èster de pera, (E)-β-farnesè, vol orientat, feromonasexual, noguer, pomera, variació diària, temperatura, activitat diària, intensitat lumínica., Se recogieron colecciones de volátiles de manzano y de nogal emitidos por ramas intactas encampo, con hojas y frutos, rodeadas por bolsas de plástico, por la mañana y en el crepúsculo en diferentesmomentos de la campaña. Estas muestras se analizaron mediante cromatografía de gases-espectrometríade masas (GC-MS) y cromatografía de gases-electroantenodetección (GC-EAD) usando antenas demachos de Cydia pomonella. Se detectaron 44 compuestos en manzano y 90 en nogal por GC-MS. Lasemisiones de ambas especies variaron ampliamente, tanto cuantitativa como cualitativamente. Loscompuestos alifáticos fueron mayoritarios en las emisiones de manzano, mientras que los terpenos lofueron en las de nogal. Se observaron variaciones entre periodos tanto para la campaña como para el día.Se encontró actividad EAD para 5 compuestos en las muestras de manzano y 10 en las de nogal.Posteriores pruebas de electroantenografía (EAG) con machos y hembras revelaron una fuerte actividadEAG para múltiples volátiles emitidos por manzano. En estos ensayos la respuesta de los machos fuesiempre igual o superior a la de las hembras, con la excepción del β-mirceno. Entre los compuestosactivos en los análisis de GC-EAD, el butanoato de hexilo fue específico de manzano, 3 compuestosfueron específicos de nogal (aloocimeno, pinocarvona, y óxido de cariofileno) y los restantes erancompartidos por ambas especies de planta. 2-Ciclopentilciclopentanona, un compuesto emitido por lasbolsas de plástico, también provocó intensas respuestas EAG en antenas de ambos sexos.(E,Z)-2,4-Decadienoato de etilo (éster de pera), y (E)-β-farneseno fueron completamenteatrayentes en campo, pero no provocaron contactos con la fuente en túnel de viento, sugiriendo que otrosestímulos sensoriales están relacionados con su funcionamiento en campo. La preexposición a laferomona sexual, (E,E)-8,10-dodecadien-1-ol, disminuyó la respuesta a ella de machos en túnel de viento,pero incrementó la respuesta al éster de pera; y no tuvo efecto alguno sobre las hembras. De formasimilar, las capturas en campo con éster de pera fueron superiores en confusión sexual. El éster de peraactuó como antagonista de la feromona sexual al mezclarlo con ésta en cantidades elevadas. No obstante,el antagonismo desapareció cuando ambos compuestos se presentaban en septos separados; y los machosno discriminaron entre la feromona sexual sola y la mezcla antagonista cuando ambas se ofrecieron una allado de la otra.Los ensayos de oviposición y apareamiento demostraron que la temperatura modula el momentodel día en que estos comportamientos tienen lugar. En campo, la oviposición se avanzó a temperaturasmás bajas; y fue máxima en el 3º y 4º días de vida. En laboratorio, la oviposición también se avanzó contemperaturas más bajas, pero para la mayoría de temperaturas ensayadas, el pico de oviposición tuvolugar durante la primera hora de la escotofase. A 12ºC no hubo oviposición, y la fecundidad fue máxima a22 y 27ºC. Para un día determinado. La actividad diaria de apareamiento tenía lugar antes que la deoviposición.Palabras clave: Cydia pomonella, volátiles de planta huésped, comportamiento, EAG, GC-EAD, GCMS,Lepidoptera, Tortricidae, preexposición a la feromona, éster de pera, (E)-β-farneseno, vueloorientado, feromona sexual, nogal, manzano, variación diaria, temperatura, actividad diaria, intensidadlumínica., Volatile compounds from apple and walnut trees were collected in the field from attachedbranches, bearing leaves and fruits, enclosed in plastic bags in the morning and at dusk, in differentperiods of the season. Collections were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS),and gas chromatography-electroantennodetection (GC-EAD) using antennae of male Cydia pomonella.Forty four compounds in apple and 90 in walnut were detected by GC-MS. Emissions of both plantspecies widely differed both qualitatively and quantitatively. Apple emissions were dominated byaliphatic compounds, whereas walnut ones by terpenes. Diel and seasonal variations were found inemissions of both plant species. GC-EAD revealed activity for 5 compounds in apple collections and 10in walnut ones. Further electroantennographic (EAG) analyses with males and females revealed importantEAG-activity for many other volatiles emitted by apple. In these analyses male responses were equal to orhigher than those of female for all compounds, except for β-myrcene. Amongst the EAD-activecompounds in the GC-EAD analyses, hexyl butanoate was apple-specific, 3 compounds were walnutspecific(alloocimene, pinocarrvone, and caryophyllene oxide), and the remaining were shared by bothplant species. 2-Cyclopentylcyclopentanone, a compound emitted by the plastic bags, also elicited strongEAG responses in antennae of both sexes.Ethyl (E,Z)-2,4-decadienoate (pear ester), and (E)-β-farnesene were fully attractive for C.pomonella in field trapping. However, they did not elicit source contacts in wind tunnel, suggesting thatother sensory cues are involved in their field attractiveness. Pre-exposure to the sex pheromone, (E,E)-8,10-dodecadien-1-ol (codlemone), decreased male upwind flight to itself in wind tunnel, but increasedpear ester attractiveness; and had no effect on females. Similarly, trap captures with pear ester were foundto increase under mating disruption. Pear ester acted as a codlemone antagonist when blended at largeamounts. However, this effect disappeared when both compounds were loaded onto different septa; andmales were unable to discriminate amongst codlemone and the antagonistic blend when offered side-byside.Oviposition and mating assays showed that C. pomonella diel oviposition and mating timings aremodulated by temperature. In the field, oviposition activity was advanced by lower temperatures; and wasmaximum in the 3rd and 4th days of life. In the laboratory, oviposition was also advanced by lowertemperatures, but for most of the assayed temperatures it peaked in the first hour of the scotophase.Oviposition did not take place at 12ºC, and fecundity was maximum at 22 and 27ºC. Mating activityoccurred before than oviposition activity in a given day.Keywords: Cydia pomonella, host-plant volatiles, behavior, EAG, GC-EAD, GC-MS, Lepidoptera,Tortricidae, pheromone pre-exposure, pear ester, (E)-β-farnesene, upwind flight, sex pheromone, walnut,apple, diel variation, temperature, diel activity, light intensity.

En aquest treball es presenten diferents estratègies encaminades a millorarl'anàlisi qualitativa i quantitativa de patulina en suc de poma mitjançant la utilització de tècniques cromatogràfiques d'acoblament, CG-EM i HPLC-EM.Un aspecte rellevant d'aquesta estratègia es basa en l'obtenció mitjançant síntesi química de compostos estructuralment relacionats a la patulina per a ser utilitzats com a patrons interns en l'anàlisi quantitativa.S'han preparat tres sèries de compostos:Una sèrie de sis compostos preparats per condensació entre el tertbutil[( 5-{[tert-butil(dimetil)silil]oxi}-3-furil)metoxi]dimetilsilà, sintetitzat en aquest treball, i 6 aldèhis diferents.Una segona sèrie de sis compostos utilitzant en aquest cas el reactiu comercial el (2-furiloxi)(trimetil)silà i els mateixos 6 aldehids.I una tercera sèrie de compostos obtinguts per esterificació entre la 4-(hidroximetil) furan -2(5H)-ona, un alcohol sintetitzat també en aquest treball i 21 àcids diferents. En aquest cas s'ha seguit una estratègia de síntesi en paral·lel, fent totes les reaccions en fase sòlida.Els èsters obtinguts es van analitzar utilitzant dos columnes capil·lars de diferent fase estacionaria, una de 5% fenilmetilpolisiloxà i una de trifluorometilpropilpolisiloxà. Un total de 4 èsters van reportar resultats satisfactoris com a patrons interns, en l'anàlisi quantitativa de patulina sense derivatitzar per CG-ES-SIM. Si bé els resultats més òptims des del punt de vista de precisió i exactitud es van obtenir utilitzant l'èster (5-oxo-2,5-dihidrofuran-3-il)-metilacetat i la columna cromatogràfica de trifluorometilpropilpolisiloxà. En aquestes condicions es va assolir un límitde detecció de 1 µg/L i un límit de quantificació inferior a 6 µg/L de patulina en suc de poma., En el siguiente trabajo se presentan diferentes estrategias encaminadas a mejorar el análisis de la micotoxina patulina en zumo de manzana, empleando técnicas cromatográficas de acoplamiento con la espectrometria de masas, tales como la CG-EM y la HPLC-EM.Un aspecto importe del trabajo se basa en la síntesis de compuestos estructuralmente relacionados con la patulina, para ser utilizados como patrones internos en el análisis cuantitativo.Se han sintetizado tres series de compuestos:Seis de ellos a partir de la reacción entre el tert-butil[(5-{[tertbutil( dimetil)silil]oxi}-3-furil)metoxi]dimetilsilano, compuesto también sintetizado en este trabajo, con 6 aldehídos distintos.Una segunda serie de 6 compuestos preparados a partir del reactivo comercial, el (2-furiloxi)(trimetil)silano con 6 aldehídos.Una tercera serie de compuestos obtenidos por síntesis paralela en una reacción de esterificación en fase sólida a partir del compuesto 4- (hidroximetil)furan-2(5H)-ona, obtenido también en este trabajo y 21ácidos diferentes.Cuatro de los ésteres sintetizados han sido probados con éxito, como patrones internos, en el análisis cuantitativo mediante CG-EM-SIM de patulina en zumo de manzana, sin necesidad de proceder a la preparación de un derivado de esta micotoxina. Se han probado dos tipos de columnas capilares, con fases estacionarias de 5% fenilmetilpolisiloxano y de trifluoropropilmetilpolisiloxano. Los mejores resultados en cuanto a precisión y exactitud se refiere, se han obtenido con la utilización del patrón interno acetato de (5-oxo-2, 5-dihidrofuran -3-il)-metilo y la fase estacionaria de trifluoroprilmetilpolisiloxano. El límite de detección calculado es de 1 µg/L y el límite de cuantificación es inferior a 6 µg/L., In the present work we develop a strategy to improve the analysis of patulin in apple juice using chromatographic hyphenated techniques such us GC-MS and HPLC-MS. One aspect of the strategy deals with the synthesis of compounds structurally related to patulin to be used as internal standards in the quantification step.Three synthetic series of compounds have been prepared: In the first one we have synthesized 6 compounds by reaction of tertbutyl[(5-{[tert-butyl(dimethyl)silyl]oxy}-3-furyl)methoxy]dimethylsilane with different aldehids.In the second one, we have synthesized 6 aldols from the reaction of (2-furyloxy)(trimethyl)silane with different aldehids.In the third series we have prepared 21 esters using a parallel synthesis strategy in a polymer-assisted reaction of 4- (hydroxymethyl) furan- 2(5H)-one with 21 different carboxylic acids.Four of the esters have been successfully used as internal standards for the quantification of underivatized patulin in apple juice using gas chromatography-mass spectrometry in SIM mode. Two different capillary chromatographic columns were assayed, a 5% phenylmethylpolyxiloxane stationary phase and a trifluoropropylmethylpolisiloxane one.When using trifluoropropylmethylpolisiloxane as stationary phase and (5-oxo-2,5-dihydrofuran-3-yl)-methyl acetate as IS a precise and accurate quantification of patulin can be obtained down to 6 µg/L. A detection limit of 1 µg/L was established.

En el present treball de tesi s'han abordat diversos aspectes que fan referència a l'anàlisi d'unes micotoxines aminopolihidroxilades, les fumonisines. L'estudi portat es poden resumir en el contingut dels cinc punts següents.1. Obtenció de fumonisines a partir d'extractes de conreus de Fusarium proliferatum. Amb això es cerca obtenir fumonisines per a ser emprades com patrons i incorporar millores en els mètodes d'extracció i purificació ja proposat per altres autors. Les modificacions que s'assagen consisteixen a utilitzar sistemes cromatogràficos amb major resolució com l'ocupació de cromatografia "flash", amb la que es va poder assolir una millor separació dels productes desitjats en un menor nombre de fraccions. Així mateix l'addició d'àcids als sistemes eluyents presenta efectes positius pel que fa a les separacions mitjançant fase inversa (C18). Finalment l'ocupació de la cromatografía "dry-flash", va permetre la purificació final i selectiva de les fraccions amb les toxines per separat. Les modificacions introduïdes permeten disminuir el temps de procés i el volum dels dissolvents consumits, encara que no s'ha aconseguit obtenir toxines d'adequat grau de puresa.2. Estudis dels sistemes de purificació de les mostres de blat de moro. Si bé existeixen mètodes ja proposats, la idea d'aquest treball es fonamenta en l'obtenció de sistemes que donin resultats amb alta reproductibilitat, a més de resultar menys enutjosos que els de referència. El mètode assajat permet, a partir de tan sols 1 g de blat de moro, obtenir els mateixos resultats que uns altres descrits en la literatura. Els majors avantatges de la metodologia proposada es fonamenten que tant les extraccions com les purificacions es realitzen gairebé al mateix temps, fet que escurça la durada del processament de les mostres i disminueix el volum de dissolvents que es necessita en l'anàlisi.3. Estudi de l'ocupació de AccQ.Fluor per a l'anàlisi de la mostres de blat de moro. La comercialització del reactivo AccQ.Fluor, emprat per a l'anàlisi d'aminoàcids per HPLC, obre la possibilitat de trobar un reactivo alternatiu als mètodes emprats comunament en les anàlisis de les fumonisines. Així es proven les condicions de reacció en una primera etapa d'acord a la metodologia suggerida per a l'anàlisi d'aminoàcids. Posteriorment es realitzen certes modificacions d'acord a les millors condicions per a l'anàlisi de les toxines objecte de l'estudi. Finalment els resultats obtinguts es comparen amb el reactiu OPA, mètode emprat com referència, no trobant-se diferències significatives entre els valors. Igualment, mitjançant la realització de proves d'estabilitat es comprova que les respostes es mantenen estables fins 48 h després d'obtinguts els derivats.4. Síntesi de aril derivats. En vista als resultats aconseguits amb el reactivo AccQ.Fluor es preparen derivats amb estructura semblant. Partint de la base que el grup carbamat activat, constituent del reactivo AccQ.Fluor, és el punt d'ancoratge de les fumonisines, se cerca preparar altres carbamats, amb la idea d'obtenir compostos que presentin característiques fluorescents. Dos dels compostos preparats van permetre l'obtenció de les seves urees asimètriques corresponents.5. Aplicació dels reactius obtinguts a l'anàlisi de amines. En vista als derivats obtinguts en l'apartat anterior es van assajar els distints factors que podien influir en les condicions de reacció així com en les d'anàlisi per cromatografia HPLC de la octilamina, per a la seva posterior aplicació a l'anàlisi de les fumonisines, En el presente trabajo de tesis se han abordado diversos aspectos que hacen referencia al análisis de unas micotoxinas aminopolihidroxiladas, las fumonisinas. El estudio llevado a cabo se pueden resumir en el contenido de los cinco puntos siguientes.1. Obtención de fumonisinas a partir de extractos de cultivos de Fusarium proliferatum. Se busca con esto obtener fumonisinas para ser empleadas como patrones e incorporar mejoras en los métodos de extracción y purificación ya propuesto por otros autores. Las modificaciones que se ensayan consisten en utilizar sistemas cromatográficos con mayor resolución como el empleo de cromatografía "flash", con la que se pudo lograr una mejor separación de los productos deseados en un menor número de fracciones. Así mismo la adición de ácidos a los sistemas eluyentes presenta efectos positivos en lo que respecta a las separaciones mediante fase inversa (C18). Finalmente el empleo de la cromatografía "dry-flash", permitió la purificación final y selectiva de las fracciones con las toxinas por separado. Las modificaciones introducidas permiten disminuir el tiempo de proceso y el volumen de los disolventes consumidos, aunque no se ha conseguido obtener toxinas de adecuado grado de pureza.2. Estudios de los sistemas de purificación de las muestras de maíz. Si bien existen métodos ya propuestos, la idea de éste trabajo se basa en la obtención de sistemas que den resultados con alta reproducibilidad, además de resultar menos engorrosos que los de referencia. El método ensayado permite, a partir de tan sólo 1 g de maíz, obtener los mismos resultados que otros descritos en la literatura. Las mayores ventajas de la metodología propuesta se basan en que tanto las extracciones como las purificaciones se realizan casi al mismo tiempo, hecho que acorta la duración del procesamiento de las muestras y disminuye el volumen de disolventes que se necesita en el análisis.3. Estudio del empleo de AccQ.Fluor para el análisis de la muestras de maíz. La comercialización del reactivo AccQ.Fluor, empleado para el análisis de aminoácidos por HPLC, abre la posibilidad de encontrar un reactivo alternativo a los métodos empleados comúnmente en los análisis de las fumonisinas. Así se prueban las condiciones de reacción en una primera etapa de acuerdo a la metodología sugerida para el análisis de aminoácidos. Posteriormente se realizan ciertas modificaciones de acuerdo a las mejores condiciones para el análisis de las toxinas objeto del estudio. Finalmente los resultados obtenidos se comparan con el reactivo OPA, método empleado como referencia, no encontrándose diferencias significativas entre los valores. Igualmente, mediante la realización de pruebas de estabilidad se comprueba que las respuestas se mantienen estables hasta 48 h después de obtenidos los derivados.4. Síntesis de aril derivados. En vista a los resultados conseguidos con el reactivo AccQ.Fluor se preparan derivados con estructura parecida. Partiendo de la base que el grupo carbamato activado, constituyente del reactivo AccQ.Fluor, es el punto de anclaje de las fumonisinas, se busca preparar otros carbamatos, con la idea de obtener compuestos que presenten características fluorescentes. Dos de los compuestos preparados permitieron la obtención de sus ureas asimétricas correspondientes.5. Aplicación de los reactivos obtenidos al análisis de aminas. En vista a los derivados obtenidos en el apartado anterior se ensayaron los distintos factores que podían influir en las condiciones de reacción así como en las de análisis por cromatografía HPLC de la octilamina, para su posterior aplicación al análisis de las fumonisinas