Tradične sa v potravinárskom priemysle čistenie a dezinfekcia vykonáva pomocou čistiacich prostriedkov a tekutej vody. Baktérie na povrchoch vytvárajú biofilmy a veľmi silno priľnú k povrchu [Odkaz 1].
Štúdie ukázali, že tieto biofilmy sa nedajú ľahko odstrániť čistiacimi roztokmi, pretože sú lepkavé. Baktérie sa ľahšie odstraňujú z tekutých roztokov ako z pevných povrchov, ako je nehrdzavejúca oceľ.
Biofilmy sa často ťažko odstraňujú mechanickými a chemickými prostriedkami. Je potrebné preskúmať alternatívne metódy dezinfekcie, ktoré nahradia mechanické šmuhy a chemické metódy. Obrázok 1 ukazuje povrch z nehrdzavejúcej ocele infikovaný baktériami.
Laserové čistenie bakteriálne infikovaných povrchov je veľmi efektívna metóda, pretože teplo produkované laserom sa využíva na dezinfekciu povrchu. Obrázok 2 ukazuje čistenie kontaminovanej palety laserom.
Uskutočnil sa výskum s cieľom pochopiť účinnosť používania rôznych typov laserov na čistenie bakteriálne infikovaných povrchov. Bežne používané lasery sú pulzné lasery, ale výber vlnovej dĺžky, energie pulzu a frekvencie opakovania je veľmi dôležitý. V jednej štúdii [Odkaz 2] sa na štúdium ich účinnosti pri ničení baktérií Escherichia coli (E-Coli) použilo sedem rôznych typov laserov, od ultrafialového (355 nm) po ďaleko infračervené (118 μm). Medzi týmito lasermi bol použitý 10,6 μm CO2 pulzný laser a viaceré Nd:YAG lasery pracujúce pri nominálnych, druhých a tretích harmonických vlnových dĺžkach.
Výskum ukazuje, že od určitej hustoty energie je na odstraňovanie baktérií najúčinnejší CO2 pulzný laser, po ktorom nasleduje Nd:YAG laser. Účinnosť UV žiarenia pri ničení baktérií je dobre známa a tretím účinným laserom je trojfrekvenčný Nd:YAG laser (355 nm emisia). Na testovacie účely sa E. coli pestovala na niekoľkých platniach a platne sa vystavili laserovému svetlu. Po expozícii sa platne inkubovali pri 37 stupňoch počas 24 hodín. Ak laserová sterilizácia funguje, po raste budú pozorované oblasti bez baktérií. Tabuľka 1 ukazuje rôzne parametre lasera a oblasti bez baktérií pozorované po vystavení takýmto laserom.
Ako je možné vidieť z vyššie uvedenej tabuľky, hustota energie laseru Lumonics Nd:YAG (pulzy 10 ms s energiou 10 joulov pri 20 Hz) bola 246-krát vyššia ako hustota CO2 lasera a čas expozície bol tiež 533-krát dlhší. Tento rozdiel možno pripísať skutočnosti, že voda absorbuje stredné IR žiarenie (pri 10,6 μm) oveľa silnejšie ako blízke IR (1,06 μm) a keďže baktérie E-Coli sídlia vo vode, ľahšie sa zabijú.
UV vlnové dĺžky pri 355 nm tiež dobre reagovali na sterilizáciu, ako je uvedené v tabuľke. Frekvenčne trojnásobné lasery pracovali s opakovacou frekvenciou 10 Hz a mali trvanie impulzu približne 5 ns. Pri porovnaní trojnásobného frekvenčného lasera Surlite s laserom Lumonics Nd:YAG je možné vidieť, že so stredným výkonom 200-krát menším a expozičným časom takmer 5-krát kratším (hustota energie bola takmer 20-krát menšia), laser Surlite dosiahol rovnakú veľkosť čistiacej plochy v porovnaní s Nd:YAG (0,123 cm2 v porovnaní s 0,715 cm2).
Okrem laserov, ktoré boli účinné pri zabíjaní baktérií E-Coli, existovali aj iné lasery, ktoré boli neúčinné. Niektoré z týchto laserov zahŕňali infračervený laser na diaľku s 118 μm, diódový laser na 0,81 μm a argónový iónový laser na 0,488 μm. Pre tieto lasery sa použilo niekoľko rôznych hustôt energie, ale zistilo sa, že sú neúčinné pri ničení baktérií na povrchoch.
Allied Scientific Provyvinula laserový čistiaci systém na báze vlákien, ktorý sa už používa a osvedčil sa v mnohých rôznych oblastiach, ako je odstraňovanie búrlivosti v leteckom priemysle, čistenie historických pamiatok a dekontaminácia jadrového zariadenia. Tieto laserové čistiace systémy majú laserovú hlavu, optiku a galvo zrkadlá, ktoré môžu vytvárať rôzne tvarované lúče. Normálne sa používa lineárny lúč, ale na rozšírenie aplikácie týchto laserových čistiacich systémov na čistenie povrchov infikovaných baktériami a na zvýšenie hustoty energie lúča možno vytvoriť kruhovú veľkosť bodu. Čo sa týka opakovacej frekvencie a stredného výkonu, špecifikácie sú kompatibilné s parametrami Nd:YAG laseru od Lumonics uvedenými v tabuľke 1.
Obrázok 4 zobrazuje laserový čistiaci systém od Allied Scientific pro. Ide o 100W systém pracujúci pri vlnovej dĺžke 1030 nm s názvom Laser Blast 100.
Čistiace operácie na kontaminovaných kovových povrchoch v potravinárskom priemysle môžu výrazne profitovať z vyššie popísaných laserových čistiacich systémov. Je to rýchlejšie a efektívnejšie ako tradičné metódy využívajúce mechanické a chemické prostriedky.
