Tradicionalno se u prehrambenoj industriji čišćenje i dezinfekcija obavljaju pomoću deterdženata i tekuće vode. Bakterije na površinama stvaraju biofilmove i vrlo čvrsto prianjaju na površinu [Referenca 1].
Studije su pokazale da se ti biofilmovi ne mogu lako ukloniti otopinama deterdženta jer su ljepljivi. Bakterije je lakše ukloniti iz tekućih otopina nego s čvrstih površina poput nehrđajućeg čelika.
Biofilmove je često teško ukloniti mehaničkim i kemijskim sredstvima. Potrebno je istražiti alternativne metode dezinfekcije kako bi se zamijenile mehaničke linije i kemijske metode. Slika 1 prikazuje površinu od nehrđajućeg čelika zaraženu bakterijama.
Lasersko čišćenje površina zaraženih bakterijama vrlo je učinkovita metoda jer se toplina koju proizvodi laser koristi za dezinfekciju površine. Slika 2 prikazuje lasersko čišćenje onečišćene palete.
Provedeno je istraživanje kako bi se razumjela učinkovitost korištenja različitih vrsta lasera za čišćenje površina zaraženih bakterijama. Laseri koji se obično koriste su pulsirajući laseri, ali je izbor valne duljine, energije pulsa i brzine ponavljanja vrlo važan. U jednoj studiji [Referenca 2], sedam različitih vrsta lasera, u rasponu od ultraljubičastog (355 nm) do dalekog infracrvenog (118 μm), korišteno je za proučavanje njihove učinkovitosti u ubijanju bakterije Escherichia coli (E-Coli). Među tim laserima korišteni su CO2 pulsni laser od 10,6 μm i više Nd:YAG lasera koji rade na nominalnim, drugim i trećim harmoničkim valnim duljinama.
Istraživanja pokazuju da je iznad određene gustoće energije CO2 pulsni laser najučinkovitiji u uklanjanju bakterija, a zatim Nd:YAG laser. Učinkovitost UV zraka u ubijanju bakterija dobro je poznata, a treći učinkoviti laser je Nd:YAG laser trostruke frekvencije (emisija 355 nm). U svrhu testiranja, E. coli je uzgajana na nekoliko ploča i ploče su bile izložene laserskom svjetlu. Nakon izlaganja, ploče su inkubirane na 37 stupnjeva 24 sata. Ako laserska sterilizacija djeluje, nakon rasta će se uočiti područja bez bakterija. Tablica 1 prikazuje različite laserske parametre i područja bez bakterija uočena nakon izlaganja takvim laserima.
Kao što se može vidjeti iz gornje tablice, gustoća energije Lumonics Nd:YAG lasera (10 msec impulsa s 10 Joula energije na 20 Hz) bila je 246 puta veća od CO2 lasera, a vrijeme izlaganja također je bilo 533 puta duže. Ova se razlika može pripisati činjenici da voda apsorbira srednje IR zračenje (na 10,6 μm) mnogo jače nego blisko IR (1,06 μm), a budući da bakterije E-Coli žive u vodi, one se lakše ubijaju.
UV valne duljine od 355 nm također su dobro reagirale na sterilizaciju kao što je prikazano u tablici. Laseri s utrostručenom frekvencijom radili su pri brzini ponavljanja od 10 Hz i imali su trajanje pulsa od oko 5 ns. Uspoređujući Surlite laser s utrostručenom frekvencijom s Lumonics Nd:YAG laserom, može se vidjeti da uz srednju snagu 200 puta manju i vrijeme ekspozicije od gotovo 5 puta kraće (gustoća energije bila je gotovo 20 puta manja), Surlite laser postigao je isti red veličine površine čišćenja u usporedbi s Nd:YAG (0,123 cm2 u usporedbi s 0,715 cm2).
Osim lasera koji su bili učinkoviti u ubijanju bakterije E-Coli, bilo je i drugih lasera koji su bili neučinkoviti. Neki od tih lasera uključuju daleki IR laser na 118 μm, diodni laser na 0.81 μm i argonski ionski laser na 0.488 μm. Nekoliko različitih gustoća energije korišteno je za ove lasere, ali se pokazalo da su neučinkoviti u ubijanju bakterija na površinama.
Saveznik Znanstveni Proje razvio laserski sustav za čišćenje temeljen na vlaknima koji je već korišten i dokazao se radom u mnogim različitim područjima kao što je uklanjanje ruha u zrakoplovnoj industriji, čišćenje povijesnih spomenika i dekontaminacija nuklearnog postrojenja. Ovi laserski sustavi za čišćenje imaju lasersku glavu, optiku i galvo zrcala koja mogu stvarati zrake različitih oblika. Obično se koristi linearni snop, ali kako bi se proširila primjena ovih laserskih sustava za čišćenje na površine zaražene bakterijama i kako bi se povećala gustoća energije snopa, može se generirati kružna veličina točke. Što se tiče brzine ponavljanja i srednje snage, specifikacije su kompatibilne s parametrima Nd:YAG lasera tvrtke Lumonics, navedenim u tablici 1.
Slika 4 prikazuje laserski sustav za čišćenje tvrtke Allied Scientific pro. Ovo je sustav od 100 W koji radi na valnoj duljini od 1030 nm pod nazivom Laser Blast 100.
Operacije čišćenja kontaminiranih metalnih površina u prehrambenoj industriji mogu imati velike koristi od gore opisanih laserskih sustava za čišćenje. Brži je i učinkovitiji od tradicionalnih metoda koje koriste mehanička i kemijska sredstva.
