Tradičně se v potravinářském průmyslu čištění a dezinfekce provádí pomocí detergentů a tekuté vody. Bakterie na površích tvoří biofilmy a velmi silně přilnou k povrchu [Reference 1].
Studie ukázaly, že tyto biofilmy nelze snadno odstranit roztoky detergentů, protože jsou lepkavé. Bakterie se snáze odstraňují z kapalných roztoků než z pevných povrchů, jako je nerezová ocel.
Biofilmy se často obtížně odstraňují mechanickými a chemickými prostředky. Je třeba prozkoumat alternativní metody dezinfekce, které nahradí mechanické šmouhy a chemické metody. Obrázek 1 ukazuje bakteriálně infikovaný povrch nerezové oceli.
Laserové čištění bakteriálně infikovaných povrchů je velmi účinná metoda, protože teplo produkované laserem se využívá k dezinfekci povrchu. Obrázek 2 ukazuje laserové čištění kontaminované palety.
Byl proveden výzkum za účelem pochopení účinnosti používání různých typů laserů k čištění bakteriálně infikovaných povrchů. Běžně používané lasery jsou pulzní lasery, ale výběr vlnové délky, energie pulzu a opakovací frekvence je velmi důležitý. V jedné studii [Reference 2] bylo použito sedm různých typů laserů, od ultrafialového (355 nm) po daleko infračervený (118 μm ), ke studiu jejich účinnosti při zabíjení bakterií Escherichia coli (E-Coli). Mezi těmito lasery byl použit 10,6 μm CO2 pulzní laser a několik Nd:YAG laserů pracujících na nominální, druhé a třetí harmonické vlnové délce.
Výzkum ukazuje, že nad určitou hustotou energie je při odstraňování bakterií nejúčinnější CO2 pulzní laser, následovaný Nd:YAG laserem. Účinnost UV záření při zabíjení bakterií je dobře známá a třetím účinným laserem je trojfrekvenční Nd:YAG laser (emise 355 nm). Pro účely testování byla E. coli pěstována na několika plotnách a plotny byly vystaveny laserovému světlu. Po expozici byly destičky inkubovány při 37 stupních po dobu 24 hodin. Pokud laserová sterilizace funguje, budou po růstu pozorovány oblasti bez bakterií. Tabulka 1 ukazuje různé parametry laseru a oblasti bez bakterií pozorované po expozici takovým laserům.
Jak je vidět z výše uvedené tabulky, hustota energie laseru Lumonics Nd:YAG (pulzy 10 ms s energií 10 Joulů při 20 Hz) byla 246krát vyšší než u CO2 laseru a doba expozice byla také 533krát delší. Tento rozdíl lze přičíst skutečnosti, že voda absorbuje střední IR záření (při 10,6 μm) mnohem silněji než blízké IR (1,06 μm) a protože bakterie E-Coli sídlí ve vodě, snáze se zabijí.
UV vlnové délky při 355 nm také dobře reagovaly na sterilizaci, jak je uvedeno v tabulce. Frekvenční ztrojnásobené lasery pracovaly s opakovací frekvencí 10 Hz a měly trvání pulzu asi 5 ns. Při porovnání frekvenčního trojnásobného laseru Surlite s laserem Lumonics Nd:YAG lze vidět, že se středním výkonem 200krát menším a dobou expozice téměř 5krát kratší (hustota energie byla téměř 20krát menší), laser Surlite dosáhl stejné řádově velikosti čisticí plochy ve srovnání s Nd:YAG (0,123 cm2 ve srovnání s 0,715 cm2).
Kromě laserů, které byly účinné při zabíjení bakterií E-Coli, existovaly i jiné lasery, které byly neúčinné. Některé z těchto laserů zahrnovaly vzdálený IR laser na 118 μm, diodový laser na 0,81 μm a argonový iontový laser na 0,488 μm. Pro tyto lasery bylo použito několik různých hustot energie, ale bylo zjištěno, že jsou neúčinné při zabíjení bakterií na površích.
Spojený vědecký Provyvinula laserový čisticí systém na bázi vláken, který se již používá a osvědčil se v mnoha různých oblastech, jako je odstraňování bahna v leteckém průmyslu, čištění historických památek a dekontaminace jaderného zařízení. Tyto laserové čisticí systémy mají laserovou hlavu, optiku a galvo zrcadla, která mohou vytvářet různě tvarované paprsky. Normálně se používá lineární paprsek, ale pro rozšíření použití těchto laserových čisticích systémů na čištění povrchů infikovaných bakteriemi a pro zvýšení hustoty energie paprsku lze generovat kruhovou velikost bodu. Co se týče opakovací frekvence a středního výkonu, specifikace jsou kompatibilní s parametry Nd:YAG laseru od Lumonics uvedenými v tabulce 1.
Obrázek 4 ukazuje laserový čisticí systém od Allied Scientific pro. Jedná se o 100W systém pracující na vlnové délce 1030 nm s názvem Laser Blast 100.
Čisticí operace na kontaminovaných kovových površích v potravinářském průmyslu mohou výrazně těžit z výše popsaných laserových čisticích systémů. Je rychlejší a efektivnější než tradiční metody využívající mechanické a chemické prostředky.
