El gilaburu (L.) es una fruta importante que ha sido estudiada en los últimos años debido a sus fitoquímicos y beneficios para la salud. En este estudio, se evaluó el vinagre producido tradicionalmente a partir de la fruta de gilaburu (C-GV). También se produjo vinagre con niveles más altos de componentes bioactivos optimizados mediante metodología de superficie de respuesta (RSM) utilizando ultrasonido (UT-GV). El resultado máximo de optimización para los componentes bioactivos se logró a los 14 minutos y 61.2 de amplitud. Se evaluó la efectividad de la pasteurización térmica (P-GV) en el vinagre de gilaburu. Se detectó un aumento en cada ácido orgánico con el tratamiento de ultrasonido. En las muestras de UT-GV y C-GV, se encontró arabinosa, que es útil para estimular el sistema inmunológico. Las muestras de vinagre de gilaburu contenían de 29 a 31 compuestos volátiles. La menor cantidad de compuestos volátiles se encontró en P-GV (1280.9 ug/kg), y las mayores cantidades de compuestos volátiles se encontraron en C-GV (1566.9 ug/kg) y UT-GV (1244.10 ug/kg). En la muestra de UT-GV, se incrementó el Fe, pero se disminuyó el Ca, K, Mg y Mn. Se detectaron un total de 15 polifenoles en las muestras de C-GV, P-GV y UT-GV, siendo el ácido gálico el más común. Se detectaron un total de 17 aminoácidos libres en las muestras de vinagre de gilaburu. El ultrasonido proporcionó enriquecimiento en compuestos fenólicos totales y aminoácidos libres totales. Las tres muestras de vinagre mostraron buena actividad antimicrobiana contra patógenos. Se determinó la eficacia de las muestras de C-GV, P-GV y UT-GV contra el cáncer de colon y estómago, pero no hubo diferencias significativas entre ellas. Como resultado, el tratamiento con ultrasonido es notable debido a su actividad antimicrobiana y anticancerígena, especialmente por el enriquecimiento de compuestos fenólicos y aminoácidos en el vinagre de gilaburu.