Hagyományosan az élelmiszeriparban a tisztítást és fertőtlenítést tisztítószerek és folyékony víz felhasználásával végzik. A felületeken lévő baktériumok biofilmeket képeznek, és nagyon erősen tapadnak a felülethez [1. hivatkozás].
Tanulmányok kimutatták, hogy ezeket a biofilmeket nem lehet könnyen eltávolítani mosószeres oldatokkal, mert ragacsosak. A baktériumok könnyebben eltávolíthatók folyékony oldatokból, mint szilárd felületekről, például rozsdamentes acélról.
A biofilmeket gyakran nehéz mechanikai és kémiai úton eltávolítani. Alternatív fertőtlenítési módszereket kell feltárni a mechanikai csíkozás és a kémiai módszerek helyettesítésére. Az 1. ábra egy bakteriálisan fertőzött rozsdamentes acél felületet mutat.
A bakteriálisan fertőzött felületek lézeres tisztítása nagyon hatékony módszer, mert a lézer által termelt hőt a felület fertőtlenítésére használják fel. A 2. ábra egy szennyezett raklap lézeres tisztítását mutatja.
Kutatásokat végeztek, hogy megértsék a különböző típusú lézerek hatékonyságát a bakteriálisan fertőzött felületek tisztítására. Az általánosan használt lézerek impulzuslézerek, de nagyon fontos a hullámhossz, az impulzusenergia és az ismétlési sebesség megválasztása. Egy tanulmányban [2. hivatkozás] hét különböző típusú lézert alkalmaztak, az ultraibolya (355 nm) sugárzástól a távoli infravörösig (118 μm) az Escherichia coli (E-Coli) baktériumok elpusztításában való hatékonyságuk vizsgálatára. Ezen lézerek közül egy 10,6 μm-es CO2-impulzuslézert és több névleges, második és harmadik harmonikus hullámhosszon működő Nd:YAG lézert használtak.
A kutatások azt mutatják, hogy bizonyos energiasűrűség felett a CO2-impulzuslézer a leghatékonyabb a baktériumok eltávolításában, ezt követi az Nd:YAG lézer. Az UV-sugarak baktériumölő hatékonysága jól ismert, a harmadik hatékony lézer pedig a háromfrekvenciás Nd:YAG lézer (355 nm emisszió). Vizsgálati célból E. coli-t növesztettünk több lemezen, és a lemezeket lézerfénynek tesszük ki. Az expozíció után a lemezeket 37 °C-on 24 órán át inkubáltuk. Ha a lézeres sterilizálás működik, baktériummentes területeket lehet megfigyelni a növekedés után. Az 1. táblázat mutatja a különböző lézerparamétereket és az ilyen lézerekkel való érintkezést követően megfigyelt baktériummentes területeket.
Amint az a fenti táblázatból látható, a Lumonics Nd:YAG lézer energiasűrűsége (10 msec impulzusok 10 Joule energiával 20 Hz-en) 246-szorosa a CO2 lézerének, és az expozíciós idő is 533-szor hosszabb volt. Ez a különbség annak tudható be, hogy a víz a középső IR sugárzást (10,6 μm-nél) sokkal erősebben nyeli el, mint a közeli IR (1,06 μm), és mivel az E-Coli baktériumok vízben élnek, könnyebben elpusztulnak.
A 355 nm-es UV-hullámhosszak is jól reagáltak a sterilizálásra, amint az a táblázatban látható. A háromszoros frekvenciájú lézerek 10 Hz-es ismétlési frekvencián működtek, és az impulzus időtartama körülbelül 5 ns volt. Összehasonlítva a Surlite frekvenciájú háromszoros lézert a Lumonics Nd:YAG lézerrel, látható, hogy 200-szor kisebb átlagos teljesítménnyel és közel 5-ször rövidebb expozíciós idővel (az energiasűrűség majdnem 20-szor kisebb volt), a Surlite lézer azonos nagyságrendű tisztítási területet ért el az Nd: YAG-hoz képest (0,123 cm2 a 0,715 cm2-hez képest).
Az E-Coli baktériumok elpusztításában hatékony lézereken kívül voltak más lézerek is, amelyek hatástalanok voltak. Néhány ilyen lézer tartalmazott egy távoli infravörös lézert 118 μm-nél, dióda lézert 0,81 μm-nél és argonion lézert 0,488 μm-nél. Számos különböző energiasűrűséget használtak ezekhez a lézerekhez, de azt találták, hogy nem hatékonyak a felületeken lévő baktériumok elpusztításában.
Allied Scientific Prokifejlesztett egy szál alapú lézeres tisztítórendszert, amelyet már használtak, és számos területen bevált, mint például a repülési iparban a repedések eltávolítása, a történelmi emlékek tisztítása és a nukleáris létesítmények dekontaminálása. Ezek a lézeres tisztítórendszerek lézerfejjel, optikával és galvo tükrökkel rendelkeznek, amelyek különböző alakú sugarakat készíthetnek. Általában lineáris sugarat használnak, de a lézeres tisztítórendszerek alkalmazásának kiterjesztésére a baktériumokkal fertőzött felületek tisztítására és a sugár energiasűrűségének növelésére körkörös foltméretet lehet létrehozni. Ami az ismétlési gyakoriságot és az átlagos teljesítményt illeti, a specifikációk kompatibilisek a Lumonics Nd:YAG lézerének az 1. táblázatban említett paramétereivel.
A 4. ábra az Allied Scientific pro lézeres tisztítórendszerét mutatja. Ez egy 100 wattos rendszer, amely 1030 nm hullámhosszon működik, az úgynevezett Laser Blast 100.
Az élelmiszeriparban a szennyezett fémfelületek tisztítási műveletei nagy hasznot húzhatnak a fent leírt lézeres tisztítórendszerekből. Gyorsabb és hatékonyabb, mint a hagyományos, mechanikai és kémiai eszközöket alkalmazó módszerek.
