[en] Among legumes, lupin has been identified as particularly promising, characterized by high-quality protein content and other nutrients suitability for sustainable production and potential health benefits. Despite its high nutritional content, the presence of quinolizidine alkaloids (QAs) in the species Lupinus mutabilis limits the expansion of its consumption and use. Therefore, the general objective of the present PhD thesis was to improve lupin processing regarding process efficiency and nutritional composition, and to validate the applicability of the resulting products on a staple food like bread. With this goal the effect of two thermal treatments, aqueous (ATT) and saline (STT), on QAs and total protein contents, as well as on grain features (size, texture and color) was evaluated in three lupin varieties (INIAP-450, INIAP-451 and Criollo). Both methods were effective for reducing QAs to safe levels for consumption (2.5-3.5 g·kg-1 dry weight), but the STT was more efficient in terms of the time required (58 h vs 84 h) and volume of water (66 L vs 127 L). Since the debittering process caused the loss of certain lupin nutrients, the solid-state fermentation using Rhizopus oligosporus was explored to improve the nutritional value of three L. mutabilis varieties, including the impact of the grain status (whole or crushed) and the presence of tegument. After incubation at 28 °C for 96 h, the titratable acidity increased to 0.60%, the pH decreased to 4.03 and the total nitrogen of the crushed grain without tegument reached a value of 108.27 g•kg-1 dry weight in the Criollo variety; confirming the positive effect of fermentation of the grains. Debittering and solid-state fermentation induced significant changes in the nutritional composition of the three lupin varieties. Regarding macronutrients fermentation increased the protein content of Criollo variety (644.55 g·kg-1 dry weight). The amino acids varied differently according to the process applied to the grain, thus debittering caused a decrease in most amino acids, except aspartic and glutamic acids, leucine and phenylalanine. In contrast, with fermentation, most amino acids experienced an increase, in relation to the debittered grain, except aspartic acid, serine, histidine, glycine, arginine, alanine, lysine and phenylalanine. Polyunsaturated fatty acids increased due to debittering to 292.25 g•kg-1 of lupine oil (average value); with fermentation, not only the content of monounsaturated fatty acids (559.78 g•kg-1 of lupine oil) but also of polyunsaturated (293.16 g•kg-1 of lupine oil) was increased. In parallel, fermentation caused a decreased of total starch, resistant starch, potassium, iron and zinc; the extend of the reduction was dependent on the lupin varieties. Debittering and solid-state fermentation processes affected also the anti-nutritional components and the beneficial antioxidant properties of three lupin varieties, causing a decrease of the following antinutrients: nitrates (94.47%), tannins (82.14%), alkaloids (93.80%), phytic acid (71.57%) and trypsin inhibitors (76.83%). Urease activity expressed as a difference in pH decreased to 0.05. Phenols, carotenoids and antioxidant capacity decrease due to the debittering process by 96.83, 52.63 and 96.12%, respectively, but they were improved due to solid fermentation by 1056.87%, 165.42% and 1509.81%, respectively. When lupin flours were tested on breadmaking lupin-wheat breads with different levels of substitution (10%, 15%, 20%) were obtained. Lupin weakened the dough during mixing, having shorter development time and stability, especially fermented lupin flour (FLF). Debitter lupin flour (DLF) and FLF significantly reduced the bread volume of the lupin-wheat breads particularly at higher substitution (>10%). Detrimental effects observed at the highest substitutions (20%) were diminished when using FLF, although breads received lower score due to the acidic taste detected by panelists. Both lupin flours provided lupin-wheat breads with rather similar composition, rising the average content of proteins, fat and dietary fiber, compared to wheat breads. Overall, this study provided the conditions for performing an efficient debittering of lupin and the impact of solid-state fermentation for the nutritional improvement of lupin, leading to flours that could be used to partially replace wheat flour in breadmaking, contributing to the economic sustainability of Ecuador crops.

[es] Entre las leguminosas, el lupino ha sido identificado como promisorio, por su alto contenido y calidad de proteínas y otros nutrientes, apropiados para la producción sostenible y con beneficios potenciales para la salud. A pesar de su alto contenido nutricional, la presencia de alcaloides quinolizidínicos (QAs) en la especie Lupinus mutabilis limita la expansión de su uso y consumo. Por lo tanto, el objetivo general de la presente tesis doctoral es mejorar el procesamiento de lupino con respecto a la eficiencia del proceso y la composición nutricional, y validar la aplicabilidad de los productos resultantes en un alimento básico como el pan. Con ese objetivo, se evaluó el efecto de dos tratamientos térmicos, acuoso (ATT) y salino (STT), sobre los QAs y el contenido total de proteínas, así como sobre las características del grano (tamaño, textura y color) en tres variedades de lupino (INIAP-450, INIAP-451 y Criollo). Los dos métodos fueron efectivos para reducir los QAs a niveles seguros de consumo (2,5-3,5 g•kg-1 peso seco), pero el STT fue más eficiente en términos del tiempo (58 h frente a 84 h) y el volumen de agua (66 L frente a 127 L) requeridos. Debido a que el proceso de desamargado causó la pérdida de ciertos nutrientes del grano de lupino, se exploró la fermentación en estado sólido, utilizando Rhizopus oligosporus, para mejorar el valor nutricional de tres variedades de L. mutabilis, incluyendo el impacto de la condición del grano (entero o triturado) y la presencia de tegumento. Después de la incubación a 28 °C por 96 h, la acidez titulable aumentó a 0,60%, el pH disminuyó a 4,03 y el nitrógeno total del grano triturado sin tegumento alcanzó un valor de 108,27 g•kg-1 peso seco, en la variedad Criollo; confirmando el efecto positivo de la fermentación de los granos. El desamargado y la fermentación sólida indujeron cambios significativos en la composición nutricional de las tres variedades de lupino. Concretamente, la aplicación de los dos procesos aumentó el contenido de proteína a 644,55 g•kg-1 peso seco (Criollo). Los aminoácidos variaron de forma diferente según el proceso aplicado al grano, así el desamargado causó una disminución de la mayoría de aminoácidos, excepto los ácidos aspártico y glutámico, leucina y fenilalanina. En contraste, al aplicar la fermentación la mayoría de aminoácidos experimentaron un incremento, con relación al grano desamargado, excepto el ácido aspartico, serina, histidina, glicina, arginina, alanina, lisina y fenilalanina. Los ácidos grasos poliinsaturados aumentaron por efecto del desamargado hasta un valor promedio de 292,25 g•kg-1; con la fermentación aumentó el contenido de monoinsaturados (559,78 g•kg-1 de aceite de lupino) y poliinsaturados (293,17 g•kg-1 de aceite de lupino). Paralelamente, la fermentación causó una disminución del almidón total, almidón resistente, potasio, hierro y zinc, pero el nivel de reducción varió dependiendo de la variedad de lupino. Los procesos de desamargado y fermentación sólida afectaron también a los componentes antinutricionales y las propiedades antioxidantes benéficas de las tres variedades de lupino, causando una disminución de los siguientes antinutrientes: nitratos (94,47%), taninos (82,14%), alcaloides (93,80%), ácido fítico (71,57%) e inhibidores de tripsina (76,83%). La actividad ureasa expresada como diferencia de pH disminuyó hasta 0,05. Los fenoles, los carotenoides y la capacidad antioxidante disminuyeron debido al proceso de desamargado en 96,83; 52,63 y 96,12%, respectivamente, pero mejoraron debido a la fermentación sólida en 1056,87%, 165,42% y 1509,81%, respectivamente. Cuando las harinas de lupino se probaron en panificación, se obtuvieron panes trigo-lupino con diferentes niveles de substitución (10%, 15%, 20%). El lupino debilitó la masa durante el mezclado, con un tiempo de desarrollo y estabilidad más cortos, especialmente la harina de lupino fermentado (FLF). Las harinas de lupino desamargado (DLF) y fermentado (FLF) redujeron significativamente el volumen de los panes lupino-trigo, particularmente con una sustitución (> 10%). El efecto detrimental observado con mayores niveles de sustitución (20%) fue atenuado usando FLF, sin embargo, los panes elaborados con esta harina, recibieron menores calificaciones sensoriales, debido al sabor ácido detectado por los panelistas. Las dos harinas de lupino permitieron obtener panes lupino-trigo con una composición química similar, aumentando el contenido promedio de proteína, grasa y fibra dietética, en comparación con los panes de trigo. En general, este estudio dio a conocer las condiciones para realizar un eficiente desamargado del lupino y el impacto de la fermentación en estado sólido para la mejora nutricional del grano, lo que condujo a la obtención de harinas que podrían usarse para reemplazar parcialmente a la harina de trigo en la elaboración de pan, contribuyendo a la sostenibilidad económica de los cultivos de Ecuador.