The main objective of this PhD has been to perform a comprehensive characterization of fruits of the new sweet orange red-fleshed mutants, named as Kirkwood Navel and Ruby Valencia, originated from the common oranges Washington Navel (cv. Palmer) and Valencia late (cv. Olinda), respectively. For that purpose, we tackled the physiological and molecular mechanisms of the carotenoids metabolism involved in the exceptional coloration of the fruit, the evolution of the quality components during fruit ripening, their aptitude for postharvest storage and fresh marketing, and, ultimately, the potential of these new varieties for juice production and processing. The biochemical and molecular results about the carotenoids metabolism of the orange varieties Kirkwood and Ruby indicate that the alteration in these mutants seem to be due to a partial blockage in the lycopene β-cyclase activity as suggested by the high amounts of linear carotenes upstream lycopene and the lower levels of downstream metabolites as violaxanthin and abscisic acid (Chapter 1). The results of the Chapter 2 revealed that the content of bioactive compounds and other characteristics related to fruit quality, as well as their changes during fruit maturation are similar between both red-fleshed and their respective standard orange varieties. Therefore, the mutation does not have detrimental effects on the different fruit quality components. Nevertheless, pulp extracts of both red-fleshed mutants showed a higher ABTS lipophilic antioxidant capacity and singlet oxygen absorption capacity (SOAC), and SOAC values were correlated with the high content of carotenoids. Furthermore, the comparative study of different citrus varieties indicate that the Ruby orange exhibits the higher antioxidant capacity compared to fruits of other commercial varieties such as the Valencia late orange, the Marsh and Star Ruby grapefruits, and the Clemenules and Nadorcott mandarins. On the other hand, the vitamin C has a relevant contribution to the hydrophilic antioxidant capacity in all the selected citrus varieties while the carotenoids phytoene and phytofluene, because of their elevated concentrations, are the main compounds contributing to the lipophilic antioxidant capacity in pulp of the Ruby orange (Chapter 3). In the Chapter 4 the postharvest handling of Kirkwood and Ruby oranges was investigated. Both red-fleshed varieties displayed a good performance for cold storage and shelf-life, showing physiological responses similar to those of the standard oranges. Therefore, the red-fleshed oranges maintain their quality attributes during postharvest storage and may reach market and consumers with their value-added. In addition, the volatile profile of the pulp of both red-fleshed varieties in comparison to the reference varieties showed higher levels of norisoprenoids, monoterpenes, long-chain aldehydes, and significant differences in aliphatic esters, in fruits stored during 4 weeks at 2°C followed by 5 days at 20°C. The high levels of norisoprenoids are associated with the large content of their carotenes precursors. Then, the unusual content and composition of carotenoids in the pulp of Kirkwood and Ruby not only modifies the pulp color but also the volatiles profile and, likely, the aroma. Eventually, the objective of the Chapter 5 aimed at evaluating the suitability for juice production of the two red-fleshed varieties Kirkwood and Cara Cara, in comparison to a standard orange variety Navel. The juice of Kirkwood and Cara Cara showed a large content of carotenes, and higher levels of tocopherols and lipophilic antioxidant capacity than those of the juices from the standard Navel orange; while Navel presented higher concentration of vitamin C. The pasteurization and high-pressure homogenization treatments were effective maintaining the composition of carotenoids and other bioactive and quality compounds in comparison to their respective fresh juices. The orange by-products generated by the industrial juice extraction from Kirkwood and Cara Cara fruit presented higher added-value compared to that from the traditional orange variety, mainly due to the content of carotenoids, tocopherols and SOAC. Therefore, the orange by-products from the red-fleshed varieties represent an important source of bioactive compounds with a high potential for industrial waste valorization.El objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido caracterizar en profundidad los frutos de dos nuevas mutaciones de naranja dulce de pulpa roja, denominados Kirkwood Navel y Ruby Valencia, procedentes de las naranjas Washington Navel (cv. Palmer) y Valencia late (cv. Olinda), respectivamente. Para ello, se abordaron las bases fisiológicas y moleculares del metabolismo de carotenoides implicadas en la singular coloración del fruto, la evolución de los componentes de calidad de los frutos durante la maduración, su aptitud para la conservación postcosecha y comercialización en fresco, y el potencial de estas nuevas variedades para la producción y procesado de zumo. Los resultados bioquímicos y moleculares del metabolismo de carotenoides indican que la alteración en los mutantes Kirkwood y Ruby parece deberse a un bloqueo parcial en la actividad licopeno β-ciclasa como sugiere la acumulación de grandes cantidades de carotenos lineales precursores del licopeno y los menores niveles de productos por debajo del licopeno en la ruta, como la violaxantina y el ácido abscísico. Sin embargo, el inusual contenido y composición de carotenoides en estas variedades no está asociado a diferencias en la expresión de genes del metabolismo de carotenoides o en la secuencia de los genes que codifican para las licopeno ciclasas respecto a las variedades de naranja de referencia (Capítulo 1). Los resultados del Capítulo 2 revelaron que el contenido en compuestos bioactivos y otras características en relación con calidad del fruto, así como sus cambios durante la maduración, son similares entre las dos variedades de pulpa roja y las respectivas variedades de naranja común. Por tanto, la mutación no parece tener un efecto negativo en los diferentes componentes de la calidad interna del fruto. Sin embargo, los extractos liposolubles de la pulpa de ambos mutantes presentaron una mayor capacidad antioxidante ABTS y frente el radical oxígeno singlete (SOAC), que se correlacionó significativamente con su alto contenido en carotenoides. Además, el estudio comparativo de diferentes variedades de cítricos indica que la naranja Ruby exhibe mayor capacidad antioxidante que los frutos de otras variedades comerciales, como la naranja común Valencia late, los pomelos Marsh y Star Ruby, o las mandarinas Clemenules y Nadorcott. La vitamina C tiene una importante contribución a la capacidad antioxidante hidrosoluble de las diferentes variedades de cítricos, mientras que los carotenoides fitoeno y fitoflueno, debido a sus altas concentraciones, son los principales compuestos que contribuyen a la capacidad antioxidante liposoluble en la pulpa de la naranja Ruby (Capítulo 3). Los resultados correspondientes al Capítulo 4 muestran que las naranjas Kirkwood y Ruby tienen una buena aptitud para la conservación postcosecha refrigerada y vida útil, con respuestas fisiológicas similares a las de las naranjas comunes y manteniendo sus características de calidad, por lo que pueden alcanzar el mercado y llegar a los consumidores con su valor añadido intacto. Asimismo, ambas variedades de pulpa roja contienen niveles más altos de norisoprenoides, monoterpenos, aldehídos de cadena larga y presentan diferencias significativas en ésteres alifáticos en frutos conservados durante la conservación postcosecha y vida comercial (4 semanas a 2°C más 5 días a 20°C), respecto a las variedades de referencia. El mayor contenido en norisoprenoides está asociado a los altos niveles de sus carotenos precursores. Por tanto, el inusual contenido y composición de carotenoides en la pulpa de Kirkwood y Ruby no solo afectó al color de los frutos, sino también al perfil de compuestos volátiles y, probablemente, al aroma. Por último, los resultados del Capítulo 5 ponen de manifiesto que las variedades de pulpa roja Kirkwood y Cara Cara presentan una buena aptitud para la elaboración de zumo, con un elevado contenido en carotenoides, mayor contenido en tocoferoles y mayor capacidad antioxidante liposoluble que los zumos de la naranja común Navel que, en cambio, presentaron una mayor concentración de vitamina C. Los tratamientos de pasteurización y homogeneización a altas presiones fueron, en general, efectivos manteniendo la composición de carotenoides y de otros compuestos bioactivos y de calidad respecto a los correspondientes zumos frescos. Finalmente, los subproductos de la extracción industrial del zumo de las naranjas Cara Cara y Kirkwood presentaron un mayor valor añadido en comparación con la naranja tradicional, debido principalmente a una alta concentración de carotenoides y tocoferoles, y mayor capacidad antioxidante frente al oxígeno singlete. Así, el subproducto de la naranja de pulpa roja representa una fuente importante de compuestos bioactivos con un alto potencial para su revalorización industrial.