Традиционно в пищевой промышленности очистку и дезинфекцию выполняют с использованием моющих средств и жидкой воды. Бактерии на поверхностях образуют биопленки и очень прочно прилипают к поверхности [Ссылка 1].
Исследования показали, что эти биопленки нелегко удалить с помощью моющих средств, поскольку они липкие. Бактерии легче удалить из жидких растворов, чем с твердых поверхностей, таких как нержавеющая сталь.
Биопленки часто трудно удалить механическими и химическими средствами. Необходимо изучить альтернативные методы дезинфекции, которые заменят механическое нанесение полос и химические методы. На рисунке 1 показана поверхность нержавеющей стали, зараженная бактериями.
Лазерная очистка зараженных бактериями поверхностей является очень эффективным методом, поскольку выделяемое лазером тепло используется для дезинфекции поверхности. На рис. 2 показана лазерная очистка загрязненного поддона.
Были проведены исследования, чтобы понять эффективность использования различных типов лазеров для очистки поверхностей, зараженных бактериями. Обычно используемые лазеры являются импульсными, но выбор длины волны, энергии импульса и частоты повторения очень важен. В одном исследовании [Ссылка 2] семь различных типов лазеров, от ультрафиолетового (355 нм) до дальнего инфракрасного (118 мкм), использовались для изучения их эффективности в уничтожении бактерий Escherichia coli (E-Coli). Среди этих лазеров использовались импульсный CO2-лазер с длиной волны 10,6 мкм и несколько Nd:YAG-лазеров, работающих на номинальных длинах волн, второй и третьей гармоник.
Исследования показывают, что при определенной плотности энергии импульсный CO2-лазер наиболее эффективен для удаления бактерий, за ним следует Nd:YAG-лазер. Эффективность УФ-лучей в уничтожении бактерий хорошо известна, и третьим эффективным лазером является трехчастотный Nd:YAG-лазер (излучение 355 нм). В целях тестирования E.coli выращивали на нескольких чашках и подвергали пластинам воздействию лазерного света. После воздействия планшеты инкубировали при 37 градусах в течение 24 часов. Если лазерная стерилизация работает, после роста будут наблюдаться участки без бактерий. В таблице 1 показаны различные параметры лазера и площади без бактерий, наблюдаемые после воздействия таких лазеров.
Как видно из приведенной выше таблицы, плотность энергии лазера Lumonics Nd:YAG (импульсы 10 мс с энергией 10 Джоулей при 20 Гц) была в 246 раз выше, чем у CO2-лазера, а время воздействия также было в 533 раза больше. Эту разницу можно объяснить тем фактом, что вода поглощает среднее ИК-излучение (10,6 мкм) гораздо сильнее, чем ближнее ИК-излучение (1,06 мкм), а поскольку бактерии E-Coli обитают в воде, их легче убить.
Длина волны УФ-излучения при 355 нм также хорошо поддавалась стерилизации, как показано в таблице. Лазеры с утроенной частотой работали с частотой повторения 10 Гц и имели длительность импульса около 5 нс. Сравнивая лазер с утроенной частотой Surlite с лазером Lumonics Nd:YAG, можно видеть, что при средней мощности в 200 раз меньшей и времени экспозиции почти в 5 раз меньше (плотность энергии была почти в 20 раз меньше), Лазер Surlite достиг того же порядка величины площади очистки, что и Nd:YAG (0,123 см2 по сравнению с 0,715 см2).
Помимо лазеров, которые были эффективны в уничтожении бактерий E-Coli, существовали и другие лазеры, которые были неэффективны. Некоторые из этих лазеров включали лазер дальнего ИК-диапазона с длиной волны 118 мкм, диодный лазер с длиной волны 0,81 мкм и аргоновый ионный лазер с длиной волны 0,488 мкм. Для этих лазеров использовалось несколько различных плотностей энергии, но они оказались неэффективными в уничтожении бактерий на поверхностях.
Союзный научный профессионалразработала волоконную лазерную систему очистки, которая уже использовалась и зарекомендовала себя во многих различных областях, таких как удаление рухов в авиационной промышленности, очистка исторических памятников и дезактивация ядерных объектов. Эти системы лазерной очистки имеют лазерную головку, оптику и гальвозеркала, которые могут создавать лучи различной формы. Обычно используется линейный луч, но чтобы расширить применение этих систем лазерной очистки для очистки поверхностей, зараженных бактериями, и увеличить плотность энергии луча, можно создать пятно круглого размера. Что касается частоты повторения и средней мощности, технические характеристики совместимы с параметрами Nd:YAG-лазера от Lumonics, указанными в таблице 1.
На рис. 4 показана система лазерной очистки от Allied Scientific pro. Это система мощностью 100 Вт, работающая на длине волны 1030 нм, под названием Laser Blast 100.
Операции по очистке загрязненных металлических поверхностей в пищевой промышленности могут значительно выиграть от описанных выше систем лазерной очистки. Это быстрее и эффективнее, чем традиционные методы с использованием механических и химических средств.
