Ce travail consiste en l’étude de la faisabilité de l’application du chauffage ohmique aux opérations de fermentation et de cuisson de la pâte à pain, dans l’objectif d’une production de pain de mie sans croûte. Les caractéristiques de la pâte ont été étudiées, et principalement l’évolution de sa conductivité électrique – moteur de la génération de chaleur en chauffage ohmique. La conductivité électrique est très fortement dépendante des teneurs en sel et en eau de la pâte. Elle augmente également avec la température, mais diminue avec la porosité de la pâte et lors de la gélatinisation de l’amidon. Des équations simples ont pu être déterminées pour son calcul. Un premier modèle thermique a été développé afin de mieux comprendre la formation de gradients de température au sein du produit.Un prototype de four ohmique a été construit, permettant de réaliser à la fois la fermentation et la cuisson de pain de mie sans croûte. L’utilisation du chauffage ohmique permet une réduction significative de la phase de latence et donc du temps de fermentation. Une analyse d’images par tomographie rayons X a montré une porosité plusdéveloppée dans le produit fini, de même qu’une croissance des pores plus importante dans la partie supérieure du pain, contrairement à une cuisson conventionnelle.L’utilisation du chauffage ohmique en panification peut mener à des gains énergétiques potentiels d’un facteur 10. Les rendements énergétiques du procédé ont été évaluéssur gel de tylose, et sont comparables aux valeurs observées par de précédents auteurs. Enfin, un modèle numérique simplifié de transfert de chaleur et de matière a été développé, dans le but d’être employé comme outil prédictif lors d’une cuisson de pain par chauffage ohmique. / This work aims at studying the feasibility of applying ohmic heating to the proofing and baking steps of bread dough, for an objective of crustless bread production. The characteristics of the dough were studied, and mainly the evolution of its electrical conductivity – keyvariable of the heat generation in ohmic heating. The electrical conductivity is highly dependent on the salt and water contents of the dough. It also increases with the temperature, but decreases with the porosity of the dough and during the starch gelatinization step. Simple equations were used to calculate its evolution. A first thermal model was developed to understand better the formation of temperature gradients in the product.An ohmic oven prototype was built in order to realize proofing and baking of crustless bread in the same apparatus. The use of ohmic heating leads to a significant decrease of the lag time and therefore of the proofing time. An X-ray tomography image analysis showed a higher development of the porosity in the final product when using ohmic heating, as well as a more developed network in the upper part of the bread, contrary to a conventional baking.The use of ohmic heating may lead to potential energy savings of a factor of 10. The energy rates of the process were calculated using a gel of tylose, and were in the range of what could be observed by previous authors. Finally, a simplified numerical model of heat and mass transfer was developed, to be used as a predictive tool during the baking of bread by ohmic heating

Master of Science / Food Science Institute / Fadi M. Aramouni / Ohmic heating for the food industry consists of using electrical energy to heat foods as a method of preservation, which can in turn be used for microbial inactivation or several other processes such as pasteurization, extraction, dehydration, blanching or thawing. Few studies have been conducted on the usefulness of this environmentally friendly processing technique. Due to the lack of sufficient information on research into ohmic heating for the food industry, a few of the published studies are discussed here in detail. This report also focuses on self-conducted research using ohmic heating to determine its effect on Lactobacillus acidophilus inactivation versus conventional heating. Lactobacillus acidophilus was inoculated into MRS broth and incubated for 24 hours. The sample was then inoculated into sterile buffer at a dilution rate of 1:100. Samples of the diluted culture were subjected to either low voltage (18 V) or conventional heating (300°C) over a hotplate stirrer. Temperature was monitored on test and control samples to achieve an endpoint of 90°C. Samples were taken at regular intervals, plated onto MRS agar and incubated for 72 hours at 35°C to compare plate count expressed as colony forming units per milliliter (cfu/mL). Temperature was uniform throughout the ohmically heated sample and reached the endpoint more quickly than the conventionally heated sample, which also had cold spots. The total plate count at the end of the experiment was less for the ohmically heated sample versus the conventionally heated sample. Ohmic heating was more effective in inactivation of Lactobacillus acidophilus than conventional heating, most likely due to the more rapid and uniform heating of the sample, and possible electroporation of the cells.

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Os processos de tratamento térmico por meio do aquecimento ôhmico revelam-se bastante promissores. A tecnologia de processamento de alimentos através do aquecimento ôhmico tem mostrado a obtenção de um produto final com características sensoriais e nutricionais superiores, quando comparada aos métodos convencionais (trocadores de calor ou banho de água). A principal vantagem atribuída ao aquecimento ôhmico é a habilidade de aquecer materiais rapidamente e de modo uniforme possibilitando desta forma a redução do abuso térmico aos produtos. A construção de um equipamento de aquecimento ôhmico foi realizada e seu funcionamento avaliado. Alguns pontos críticos para o funcionamento do equipamento foram encontrados e avaliados. Dentre os principais pontos críticos avaliados estão: o sistema de medição de temperatura e a distribuição dos campos elétricos. A avaliação destes pontos críticos possibilitou a realização de novo projeto de equipamento com o objetivo de otimizar a aplicação do aquecimento ôhmico. Realizou-se estudo comparativo da velocidade de inativação da fluorescência da proteína verde fluorescente (GFPuv) e da inativação da atividade da bacteriosina nisina, quando submetidas a aquecimento convencional (banho d\'água) e ôhmico, com o objetivo de avaliar a influencia da presença de campos elétricos. Leituras em λex = 394 nm, λem = 509 nm para excitação e emissão respectivamente para a GFPuv e avaliação por halo de inibição para a atividade da nisina foram realizadas periodicamente após tratamento térmico por metodologia convencional e ôhmica a temperaturas de 60º, 70º e 80ºC para GFPuv e de 70ºe 80ºC para a nisina. Os resultados indicam que para ambos, GFP e nisina, a presença de campos elétricos não influencia de modo significativo o comportamento quando comparada a tecnologia de aquecimento ôhmico e convencional. / Ohmic heating is an emerging technology that possesses many actual and future applications. One of the most promising applications for this technology is food processing. Ohmic heating has demonstrated to achieve better sensorial and nutritional values when compared to conventional heating (heat exchangers/water bath). The principal advantage of ohmic heating is the ability to heat materials rapidly and uniformly making possible to reduce thermal abuse to products. An ohmic heating equipment was constructed and evaluated. Critical functioning points were observed on the manufactured equipment and were evaluated. Among the observed critical points include the temperature measurement system and the distribution of the electric fields on the extension of the equipment\'s container. As a result of the evaluation of those critical points a new equipment project was created aiming to optimize the ohmic heating unit. The influence of the electric field over the fluorescence decay of the green fluorescent protein (GFPuv) and over nisin activity decay was evaluated. Fluorescence readings were performed at λex = 394 nm, λem = 509 nm for excitation and emission respectively for GFPuv and activity readings were performed by inhibition halo for nisin after several thermal treatment periods on ohmic and conventional heating. Samples were heated by conventional and ohmic heating at 60º, 70º and 80ºC for GFPuv and at 70º, 80º and 90ºC for nisin. The observed results indicate that the incidence of electric fields did not presented significative influence on the fluorescence decay of GFPuv or on the activity of nisin when ohmic heating was compared with conventional heating.

Os processos de tratamento térmico por meio do aquecimento ôhmico revelam-se bastante promissores. A tecnologia de processamento de alimentos através do aquecimento ôhmico tem mostrado a obtenção de um produto final com características sensoriais e nutricionais superiores, quando comparada aos métodos convencionais (trocadores de calor ou banho de água). A principal vantagem atribuída ao aquecimento ôhmico é a habilidade de aquecer materiais rapidamente e de modo uniforme possibilitando desta forma a redução do abuso térmico aos produtos. A construção de um equipamento de aquecimento ôhmico foi realizada e seu funcionamento avaliado. Alguns pontos críticos para o funcionamento do equipamento foram encontrados e avaliados. Dentre os principais pontos críticos avaliados estão: o sistema de medição de temperatura e a distribuição dos campos elétricos. A avaliação destes pontos críticos possibilitou a realização de novo projeto de equipamento com o objetivo de otimizar a aplicação do aquecimento ôhmico. Realizou-se estudo comparativo da velocidade de inativação da fluorescência da proteína verde fluorescente (GFPuv) e da inativação da atividade da bacteriosina nisina, quando submetidas a aquecimento convencional (banho d\'água) e ôhmico, com o objetivo de avaliar a influencia da presença de campos elétricos. Leituras em λex = 394 nm, λem = 509 nm para excitação e emissão respectivamente para a GFPuv e avaliação por halo de inibição para a atividade da nisina foram realizadas periodicamente após tratamento térmico por metodologia convencional e ôhmica a temperaturas de 60º, 70º e 80ºC para GFPuv e de 70ºe 80ºC para a nisina. Os resultados indicam que para ambos, GFP e nisina, a presença de campos elétricos não influencia de modo significativo o comportamento quando comparada a tecnologia de aquecimento ôhmico e convencional. / Ohmic heating is an emerging technology that possesses many actual and future applications. One of the most promising applications for this technology is food processing. Ohmic heating has demonstrated to achieve better sensorial and nutritional values when compared to conventional heating (heat exchangers/water bath). The principal advantage of ohmic heating is the ability to heat materials rapidly and uniformly making possible to reduce thermal abuse to products. An ohmic heating equipment was constructed and evaluated. Critical functioning points were observed on the manufactured equipment and were evaluated. Among the observed critical points include the temperature measurement system and the distribution of the electric fields on the extension of the equipment\'s container. As a result of the evaluation of those critical points a new equipment project was created aiming to optimize the ohmic heating unit. The influence of the electric field over the fluorescence decay of the green fluorescent protein (GFPuv) and over nisin activity decay was evaluated. Fluorescence readings were performed at λex = 394 nm, λem = 509 nm for excitation and emission respectively for GFPuv and activity readings were performed by inhibition halo for nisin after several thermal treatment periods on ohmic and conventional heating. Samples were heated by conventional and ohmic heating at 60º, 70º and 80ºC for GFPuv and at 70º, 80º and 90ºC for nisin. The observed results indicate that the incidence of electric fields did not presented significative influence on the fluorescence decay of GFPuv or on the activity of nisin when ohmic heating was compared with conventional heating.

O aquecimento ôhmico consiste na passagem de corrente elétrica alternada através de um alimento, transformando energia elétrica em energia térmica, promovendo, assim, um aumento de temperatura em seu interior. A habilidade desse método de gerar calor internamente no alimento permite que o aumento de temperatura seja rápido e uniforme. Essa habilidade resulta em um produto de maior qualidade, tornando a tecnologia de aquecimento ôhmico uma alternativa aos processos convencionais. O mirtilo é rico em compostos fenólicos, dentre esses estão as antocianinas. As antocianinas são compostos fenólicos com alto potencial antioxidante, sendo esse potencial relacionado a efeitos benéficos para a saúde humana no tratamento e prevenção de diversas doenças. O objetivo deste trabalho foi elaborar um sistema de aquecimento ôhmico em escala de bancada e utilizá-lo no tratamento térmico da polpa de mirtilo, visando avaliar o efeito deste processo na degradação das antocianinas. Para tal, foi investigado o efeito da tensão (160–240 V) e do teor total de sólidos (4–16 %), utilizando um planejamento composto central. Foram determinadas algumas propriedades físicas do produto para posterior modelagem do processo. O sistema de aquecimento ôhmico construído opera em batelada e é composto por um variador de tensão, um sistema de aquisição de dados para monitoramento de temperatura, corrente elétrica e tensão e uma célula ôhmica. O teor total de antocianinas foi quantificado prévia e posteriormente ao aquecimento ôhmico, utilizando as metodologias de cromatografia líquida de alta eficiência e a espectrometria. O sistema de aquecimento ôhmico teve desempenho e validação satisfatórios. A degradação de antocianinas do mirtilo variou entre 5,71 e 14,67% nas faixas de tensão e de concentração de sólidos estudadas. O planejamento experimental demonstrou que apenas a tensão exerceu efeito significativo sobre a degradação. O aquecimento ôhmico, quando realizado utilizando altas tensões, apresentou níveis de degradação superiores ao aquecimento convencional. Por outro lado, quando aplicadas tensões mais baixas, a degradação de antocianinas foi inferior à apresentada pelo tratamento convencional. / Ohmic heating is based on the passage of alternating electrical current through food, transforming electrical energy in thermal energy, promoting an increase in temperature. The ability of this method in generating heat from inside the product, allows the heating process to be fast and homogeneous. This ability results in a product of superior quality and presents itself as an alternative to conventional processing. Blueberry fruits contain an array of phenolics, including anthocyanins. Anthocyanins are phenolic compounds with high antioxidant capacity, being this potential related to benefits to human health in the treatment and prevention of several diseases. The aim of this work was to elaborate a bench ohmic heating system and apply it in the thermal treatment of blueberry pulp, in order to evaluate the effect of this process on anthocyanin degradation. For this purpose, the influence of different voltages (160–240 V) and total solids content (4–16 %) was evaluated using a central composite design. Some of the pulp physical properties were evaluated for posterior process modeling. The ohmic heating apparatus, operates in batch configuration and it consists of a voltage regulator; a system for temperature, tension and electrical current data acquisition; and an ohmic heating cell in which the pulp was inserted. Total anthocyanin content was determined previously and after ohmic heating by high performance liquid chromatography and spectrometry analysis. Satisfactory performance and validation were obtained considering the ohmic heating system built. Blueberry anthocyanins’ degradation varied from 5.71 to 14.67% in the tensions and solids contend range analyzed in this study. The central design composite showed that only tension exerted significant influence over anthocyanin degradation. Ohmic heating experiments, when carried out with high voltages, presented higher degradation levels than conventional heating. However, when lower voltages were applied, anthocyanin degradation was inferior when compared to conventional heating.

O aquecimento ôhmico consiste na passagem de corrente elétrica alternada através de um alimento, transformando energia elétrica em energia térmica, promovendo, assim, um aumento de temperatura em seu interior. A habilidade desse método de gerar calor internamente no alimento permite que o aumento de temperatura seja rápido e uniforme. Essa habilidade resulta em um produto de maior qualidade, tornando a tecnologia de aquecimento ôhmico uma alternativa aos processos convencionais. O mirtilo é rico em compostos fenólicos, dentre esses estão as antocianinas. As antocianinas são compostos fenólicos com alto potencial antioxidante, sendo esse potencial relacionado a efeitos benéficos para a saúde humana no tratamento e prevenção de diversas doenças. O objetivo deste trabalho foi elaborar um sistema de aquecimento ôhmico em escala de bancada e utilizá-lo no tratamento térmico da polpa de mirtilo, visando avaliar o efeito deste processo na degradação das antocianinas. Para tal, foi investigado o efeito da tensão (160–240 V) e do teor total de sólidos (4–16 %), utilizando um planejamento composto central. Foram determinadas algumas propriedades físicas do produto para posterior modelagem do processo. O sistema de aquecimento ôhmico construído opera em batelada e é composto por um variador de tensão, um sistema de aquisição de dados para monitoramento de temperatura, corrente elétrica e tensão e uma célula ôhmica. O teor total de antocianinas foi quantificado prévia e posteriormente ao aquecimento ôhmico, utilizando as metodologias de cromatografia líquida de alta eficiência e a espectrometria. O sistema de aquecimento ôhmico teve desempenho e validação satisfatórios. A degradação de antocianinas do mirtilo variou entre 5,71 e 14,67% nas faixas de tensão e de concentração de sólidos estudadas. O planejamento experimental demonstrou que apenas a tensão exerceu efeito significativo sobre a degradação. O aquecimento ôhmico, quando realizado utilizando altas tensões, apresentou níveis de degradação superiores ao aquecimento convencional. Por outro lado, quando aplicadas tensões mais baixas, a degradação de antocianinas foi inferior à apresentada pelo tratamento convencional. / Ohmic heating is based on the passage of alternating electrical current through food, transforming electrical energy in thermal energy, promoting an increase in temperature. The ability of this method in generating heat from inside the product, allows the heating process to be fast and homogeneous. This ability results in a product of superior quality and presents itself as an alternative to conventional processing. Blueberry fruits contain an array of phenolics, including anthocyanins. Anthocyanins are phenolic compounds with high antioxidant capacity, being this potential related to benefits to human health in the treatment and prevention of several diseases. The aim of this work was to elaborate a bench ohmic heating system and apply it in the thermal treatment of blueberry pulp, in order to evaluate the effect of this process on anthocyanin degradation. For this purpose, the influence of different voltages (160–240 V) and total solids content (4–16 %) was evaluated using a central composite design. Some of the pulp physical properties were evaluated for posterior process modeling. The ohmic heating apparatus, operates in batch configuration and it consists of a voltage regulator; a system for temperature, tension and electrical current data acquisition; and an ohmic heating cell in which the pulp was inserted. Total anthocyanin content was determined previously and after ohmic heating by high performance liquid chromatography and spectrometry analysis. Satisfactory performance and validation were obtained considering the ohmic heating system built. Blueberry anthocyanins’ degradation varied from 5.71 to 14.67% in the tensions and solids contend range analyzed in this study. The central design composite showed that only tension exerted significant influence over anthocyanin degradation. Ohmic heating experiments, when carried out with high voltages, presented higher degradation levels than conventional heating. However, when lower voltages were applied, anthocyanin degradation was inferior when compared to conventional heating.

O aquecimento ôhmico consiste na passagem de corrente elétrica alternada através de um alimento, transformando energia elétrica em energia térmica, promovendo, assim, um aumento de temperatura em seu interior. A habilidade desse método de gerar calor internamente no alimento permite que o aumento de temperatura seja rápido e uniforme. Essa habilidade resulta em um produto de maior qualidade, tornando a tecnologia de aquecimento ôhmico uma alternativa aos processos convencionais. O mirtilo é rico em compostos fenólicos, dentre esses estão as antocianinas. As antocianinas são compostos fenólicos com alto potencial antioxidante, sendo esse potencial relacionado a efeitos benéficos para a saúde humana no tratamento e prevenção de diversas doenças. O objetivo deste trabalho foi elaborar um sistema de aquecimento ôhmico em escala de bancada e utilizá-lo no tratamento térmico da polpa de mirtilo, visando avaliar o efeito deste processo na degradação das antocianinas. Para tal, foi investigado o efeito da tensão (160–240 V) e do teor total de sólidos (4–16 %), utilizando um planejamento composto central. Foram determinadas algumas propriedades físicas do produto para posterior modelagem do processo. O sistema de aquecimento ôhmico construído opera em batelada e é composto por um variador de tensão, um sistema de aquisição de dados para monitoramento de temperatura, corrente elétrica e tensão e uma célula ôhmica. O teor total de antocianinas foi quantificado prévia e posteriormente ao aquecimento ôhmico, utilizando as metodologias de cromatografia líquida de alta eficiência e a espectrometria. O sistema de aquecimento ôhmico teve desempenho e validação satisfatórios. A degradação de antocianinas do mirtilo variou entre 5,71 e 14,67% nas faixas de tensão e de concentração de sólidos estudadas. O planejamento experimental demonstrou que apenas a tensão exerceu efeito significativo sobre a degradação. O aquecimento ôhmico, quando realizado utilizando altas tensões, apresentou níveis de degradação superiores ao aquecimento convencional. Por outro lado, quando aplicadas tensões mais baixas, a degradação de antocianinas foi inferior à apresentada pelo tratamento convencional. / Ohmic heating is based on the passage of alternating electrical current through food, transforming electrical energy in thermal energy, promoting an increase in temperature. The ability of this method in generating heat from inside the product, allows the heating process to be fast and homogeneous. This ability results in a product of superior quality and presents itself as an alternative to conventional processing. Blueberry fruits contain an array of phenolics, including anthocyanins. Anthocyanins are phenolic compounds with high antioxidant capacity, being this potential related to benefits to human health in the treatment and prevention of several diseases. The aim of this work was to elaborate a bench ohmic heating system and apply it in the thermal treatment of blueberry pulp, in order to evaluate the effect of this process on anthocyanin degradation. For this purpose, the influence of different voltages (160–240 V) and total solids content (4–16 %) was evaluated using a central composite design. Some of the pulp physical properties were evaluated for posterior process modeling. The ohmic heating apparatus, operates in batch configuration and it consists of a voltage regulator; a system for temperature, tension and electrical current data acquisition; and an ohmic heating cell in which the pulp was inserted. Total anthocyanin content was determined previously and after ohmic heating by high performance liquid chromatography and spectrometry analysis. Satisfactory performance and validation were obtained considering the ohmic heating system built. Blueberry anthocyanins’ degradation varied from 5.71 to 14.67% in the tensions and solids contend range analyzed in this study. The central design composite showed that only tension exerted significant influence over anthocyanin degradation. Ohmic heating experiments, when carried out with high voltages, presented higher degradation levels than conventional heating. However, when lower voltages were applied, anthocyanin degradation was inferior when compared to conventional heating.

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