[en] This doctoral thesis focuses on the study of the physical properties and fat digestibility of hydrocolloid based emulsions to assess their application as fat substitutes in the reformulation of a healthier foodstuffs. Obtaining healthier foods can be achieved through different ways: by decreasing the amount of fat present or decreasing its digestibility, although a lipid profile improvement is also considered as a key factor. Taking this into consideration, emulsions formulated with different types of fat stabilized by different types of polymer matrices were designed, in order to evaluate the structural properties, digestibility and the functionality in their application in a final product, in particular filling creams. Semisolid vegetable oil in water emulsions stabilized with different types of hydrocolloids (cellulose ethers and xanthan gum) were designed. The rheological characterization of the emulsions showed different behaviour depending on the type of hydrocolloid used. This structural behavior was related to the resistance to digestion, that is, to the digestibility of the fat present. The fat released from the matrix after digestion is an indicator of structural resistance. More resistance will indicate a greater barrier exerted against a physical contact between the emulsified lipid and the digestive enzymes and, therefore, the generation of free fatty acids will be lower. Comparing with a control emulsion without hydrocolloid, all hydrocolloids were effective in reducing lipid digestibility, although differences were found according to their composition. In the case of xanthan gum, the reduction in lipid digestibility was enhanced with the presence of Tween 80 emulsifier. To evaluate the effect of the fat phase in the emulsion and in order to increase the plasticity, emulsions were prepared using fats with a higher content of saturated fatty acids, which are solid at room temperature, in particular anhydrous milk fat. Although these emulsions do not improve the lipid profile, they are an advantage because they have a fat content (47%), which is significantly lower than butter or conventional shortenings (80 %). It was demonstrated that it is possible to formulate cellulose ether emulsions with solid fat with spreadable characteristics and reduced fat content. The texture quality depended on the fat used, but also on the type of cellulose ether, that affected the morphology of the fat crystals and, consequently, the structural and thermal properties. The original compact structure of the fat was improved by the presence of hydrocolloids, and it was demonstrated that these emulsions allowed to obtain a stable product and plastic reduced in fat, softer than butter and spreadable at refrigeration temperature and room temperature. These emulsions could be used as a directly spreadable product or in food applications that require plastic properties. To evaluate the functionality of the low digestibility emulsions in a food matrix, these were applied as fat substitute in a filling cream. The creams were formulated with milk powder, water, sugar, starch and emulsions formulated with different types of fat (sunflower oil and palm oil) and different hydrocolloids (methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose and xanthan gum). The effect of the different emulsions on the structural properties and the digestibility of the final product was studied. The oral digestion produced a reduction of the consistency in all the samples, associated to the hydrolysis of the starch carried out by the α-amylase present in the saliva. This decrease was much more pronounced in the control cream without hydrocolloid, since in the creams with emulsion the networks of the hydrocolloids were not affected by the enzymatic effect and these continued to provide stability to the system. After the gastric phase, creams formulated with cellulose ether emulsions showed a decrease in consistency, mainly due to the dilution level of the system and not to gastric conditions (acid pH or presence of enzymes). However, in the cream with xanthan gum, the gastric conditions generated an increase in the consistency, as occurs with the isolated emulsion. The stage of intestinal digestion affected the structure of all the systems, although more notably in the control cream, in which the fat was digested almost completely by the action of the pancreatic lipase. As in emulsions, in creams the presence of the hydrocolloid acts as a physical barrier that confers structural stability and hinders the effective action of enzymes. To evaluate the industrial application, a thermoreological study of the different creams was carried out. The results showed important differences in viscosity and viscoelastic properties at room temperature. The cream with emulsion elaborated with a methylcellulose of high grade of methoxylation (MX) was different from the rest of the cellulose creams, with a behavior similar to the control cream based on starch. These differences detected in the initial consistency were significantly reduced at spreading speeds (higher shear rates). The evolution of the storage modulus (G') with the temperature showed different gelation temperatures depending on the chemical substitution of the cellulose ethers. At 45 °C the creams with methylcellulose A4M and MX are gelled, while the creams with hydroxypropyl methylcellulose gelled at a higher temperature. At 70 °C all the creams with emulsion are gelled and showed analogous characteristics both in flow and viscoelastic behavior. Therefore, the chemical substitution of cellulose ethers and temperature are key factors to consider in order to carry out the application of the creams studied as an alternative to conventional fats, taking into account the desired characteristics and the application process. Finally, the acceptability and sensorial attributes that described the cocoa creams with the emulsions formulated with all the hydrocolloids studied (methylcelluloses (MX and A4M), hydroxypropylmethylcelluloses (F4M and K4M) and xanthan gum were evaluated. The consumer's perception was evaluated through an acceptance test in which the tasters rated the samples according to general acceptability, appearance, color, taste and texture. The control cream was the sample that presented the best scores, although the emulsion cream of xanthan gum obtained similar scores in appearance, color and texture. To determine the sensory attributes that were best related to acceptability, a CATA questionnaire was carried out ("Check-All-That Apply"). Consumers marked the attributes that they considered appropriate to describe each sample and the frequency of mention of each of them were determined. The control cream was the one that most liked the consumers, although the cream formulated with the emulsion of xanthan gum showed an acceptability close to it. Both presented the best organoleptic qualities, such as sweet taste and creamy and smooth appearance. Although the MX cream presented attributes such as sweet taste, it was also considered too bright and with lumpy texture. On the other hand, creams made with A4M and K4M were characterized by their lumpy texture and gummy appearance, and their taste was evaluated negatively by the tasting panel.

[es] La presente tesis doctoral se centra en el estudio de las propiedades físicas y la digestibilidad lipídica de emulsiones alimentarias basadas en hidrocoloides, para valorar su aplicación como sustitutos de grasa en la reformulación de un producto final más saludable. La obtención de alimentos más saludables se puede conseguir a través de diferentes vías; o bien disminuyendo la cantidad de grasa presente, o bien disminuyendo la digestibilidad de la grasa, considerándose también un aspecto clave la mejora del perfil lipídico. Teniendo estos aspectos en cuenta, se diseñaron y estudiaron emulsiones formuladas con diferentes tipos de grasa estabilizadas por diferentes tipos de matrices poliméricas, con la finalidad de evaluar sus propiedades estructurales, su digestibilidad y su funcionalidad en la aplicación en un producto final, en este caso cremas de relleno. Se diseñaron emulsiones semisólidas aceite vegetal/agua estabilizadas con hidrocoloides de distinta naturaleza (éteres de celulosa y goma xantana). La caracterización reológica de las emulsiones mostró diferentes patrones de comportamiento dependiendo del tipo de hidrocoloide empleado. Este comportamiento estructural se relacionó con la resistencia a la digestión, es decir, con la digestibilidad de la grasa presente. La grasa liberada de la matriz tras la digestión es un indicador de la resistencia estructural; cuanto más resistente sea la estructura después de la digestión, mayor será la barrera que ejercerá contra un contacto físico apropiado entre el lípido emulsionado y las enzimas digestivas y, por tanto, menor será la generación de ácidos grasos libres. Comparando con una emulsión control sin hidrocoloide, todos los hidrocoloides fueron efectivos en la reducción de la digestibilidad lipídica, aunque se encontraron diferencias según su composición. En el caso de la goma xantana, la reducción en la digestibilidad lipídica se potenció en presencia del emulsionante Tween 80. Para valorar el efecto de la fase grasa en la emulsión y con la finalidad de aumentar la plasticidad de las emulsiones se elaboraron emulsiones con grasa con un mayor contenido en ácidos grasos saturados, sólida a temperatura ambiente, en concreto grasa de leche anhidra. Si bien estas emulsiones no suponen una mejora en cuanto al perfil lipídico de las grasas que contienen, sí que constituyen una ventaja por presentar un contenido de grasa (47%) notablemente inferior al que presenta la mantequilla o los shortening convencionales (80%). Se demostró que es posible formular emulsiones de éteres de celulosa con grasa sólida con características untables y reducido contenido en grasa. La calidad de la textura dependió del tipo de éter de celulosa empleado, que afectó la morfología de los cristales de grasa y, en consecuencia, las propiedades estructurales y térmicas. La estructura compacta original de la grasa se mejoró por la presencia de los hidrocoloides, y se demostró que estas emulsiones permitían obtener un producto estable y plástico reducido en grasa, más blando que la mantequilla y untable a temperatura de refrigeración y temperatura ambiente, pudiéndose emplear como un producto directamente untable o en aplicaciones alimentarias que requieren propiedades plásticas. Para evaluar la funcionalidad de las emulsiones de baja digestibilidad en una matriz alimentaria, estas se aplicaron como sustituto de grasa en una crema de relleno. Se diseñaron cremas elaboradas con leche en polvo, agua, azúcar, almidón y emulsiones formuladas con diferentes tipos de grasa (aceite de girasol y aceite de palma) y diferentes hidrocoloides (metilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa y goma xantana). Se estudió el efecto de las distintas emulsiones en las propiedades estructurales y la digestibilidad del producto final. La digestión oral produjo una reducción de la consistencia en todas las muestras, asociada a la hidrólisis del almidón llevada a cabo por la α-amilasa presente en la saliva. Esta disminución fue mucho más pronunciada en la crema control sin hidrocoloide, ya que, en las cremas con emulsión, las redes de los hidrocoloides no se vieron afectadas por el efecto enzimático y continuaron proporcionando estabilidad al sistema. Tras la fase gástrica, en las cremas formuladas con las emulsiones de éteres de celulosa se observó una disminución de la consistencia, debida principalmente al nivel de dilución del sistema y no a las condiciones gástricas (pH ácido o presencia de enzimas). Sin embargo, en la crema con goma xantana, las condiciones la fase gástrica generaron, al igual que ocurría en la emulsión aislada, un aumento de la consistencia. La etapa de digestión intestinal afectó a la estructura de todos los sistemas, aunque de forma más notable en la crema control, en la cual la grasa fue digerida casi de forma total por la acción de la lipasa pancreática. La digestibilidad lipídica fue menor en las cremas con emulsiones basadas en hidrocoloides en comparación con la crema control. Como en el caso de las emulsiones, en las cremas la presencia del hidrocoloide actúa como una barrera física que confiere estabilidad estructural y dificulta la acción efectiva de las enzimas. Adicionalmente, se realizó un estudio termorreológico de las distintas cremas para evaluar su aplicación industrial. Los resultados mostraron diferencias importantes en la viscosidad y en las propiedades viscoelásticas a temperatura ambiente. La crema con emulsión elaborada con una metilcelulosa de alto grado de metoxilación (MX) fue diferente al resto de las cremas de celulosa, con un comportamiento similar al de la crema de control basada en almidón. Estas diferencias detectadas en la consistencia inicial se redujeron significativamente a velocidades de untado (velocidades de cizalla más altas). La evolución del módulo de almacenamiento (G') con la temperatura mostró diferentes temperaturas de gelificación dependiendo de la sustitución química de los éteres de celulosa. A 45 °C las cremas con metilcelulosa A4M y MX se encuentran gelificadas, mientras que las cremas con hidroxipropilmetilcelulosa gelificaron a mayor temperatura. A 70 °C todas las cremas con emulsión se encuentran gelificadas y presentaron características análogas tanto en el flujo como en el comportamiento viscoelástico. Por tanto, la sustitución química de los éteres de celulosa y la temperatura son factores clave a considerar para llevar a cabo la aplicación de las cremas estudiadas como alternativa a las grasas convencionales, teniendo en cuenta las características deseadas y el proceso de aplicación. Finalmente se evaluó la aceptabilidad y los atributos sensoriales que mejor describían las cremas con cacao con las emulsiones formuladas con todos los hidrocoloides estudiados (metilcelulosas (MX y A4M), hidroxipropilmetilcelulosas (F4M y K4M) y goma xantana. Se evaluó la percepción del consumidor mediante un test de aceptabilidad en el que los catadores calificaron las muestras de acuerdo a la aceptabilidad general, la apariencia, el color, el sabor y la textura. La crema control fue la muestra que presentó las mejores puntuaciones, aunque la crema con emulsión de goma xantana obtuvo puntuaciones similares en apariencia, color y textura. Para determinar los atributos sensoriales que mejor se relacionaban con la aceptabilidad, se realizó un cuestionario CATA (Marque todo lo que corresponda, "Check-All-That Apply"). Los consumidores marcaron los atributos que consideraron apropiados para describir cada muestra y se determinó la frecuencia de mención de cada uno de ellos. La crema control fue la que más gustó a los consumidores, aunque la crema formulada con la emulsión de goma xantana presentó una aceptabilidad cercana a esta. Ambas presentaron las mejores cualidades organolépticas, como el sabor dulce y la apariencia cremosa y suave. Aunque la crema con MX presentó atributos como el sabor dulce, también se consideró demasiado brillante y con textura grumosa. Por otro lado, las cremas elaboradas con A4M y K4M se caracterizaron por su textura grumosa y apariencia gomosa, y su sabor fue evaluado negativamente por el panel.