Tradicionalno, u prehrambenoj industriji čišćenje i dezinfekcija se obavljaju pomoću deterdženata i tekuće vode. Bakterije na površinama formiraju biofilmove i jako se prianjaju za površinu [Referenca 1].
Istraživanja su pokazala da se ovi biofilmovi ne uklanjaju lako otopinama deterdženta jer su ljepljivi. Bakterije je lakše ukloniti iz tekućih otopina nego s čvrstih površina kao što je nehrđajući čelik.
Biofilmove je često teško ukloniti mehaničkim i hemijskim sredstvima. Potrebno je istražiti alternativne metode dezinfekcije kako bi se zamijenile mehaničke i hemijske metode. Slika 1 prikazuje površinu od nehrđajućeg čelika zaraženu bakterijama.
Lasersko čišćenje bakterijski inficiranih površina je veoma efikasna metoda jer se toplota proizvedena laserom koristi za dezinfekciju površine. Slika 2 prikazuje lasersko čišćenje kontaminirane palete.
Istraživanja su provedena kako bi se razumjela učinkovitost korištenja različitih vrsta lasera za čišćenje bakterijski inficiranih površina. Laseri koji se obično koriste su pulsni laseri, ali izbor talasne dužine, energije impulsa i brzine ponavljanja je veoma važan. U jednoj studiji [Referenca 2], sedam različitih tipova lasera, u rasponu od ultraljubičastog (355 nm) do dalekog infracrvenog (118 μm), korišteno je za proučavanje njihove efikasnosti u ubijanju bakterija Escherichia coli (E-Coli). Među ovim laserima korišteni su CO2 pulsni laser od 10,6 μm i višestruki Nd:YAG laseri koji rade na nominalnim talasnim dužinama, drugom i trećem harmoniku.
Istraživanja pokazuju da je iznad određene gustine energije CO2 pulsni laser najefikasniji u uklanjanju bakterija, a slijedi ga Nd:YAG laser. Efikasnost UV zraka u ubijanju bakterija je dobro poznata, a treći efikasan laser je trofrekventni Nd:YAG laser (355 nm emisija). Za potrebe testiranja, E. coli je uzgajana na nekoliko ploča, a ploče su izložene laserskom svjetlu. Nakon izlaganja, ploče su inkubirane na 37 stepeni 24 h. Ako laserska sterilizacija djeluje, nakon rasta će se promatrati područja bez bakterija. Tabela 1 prikazuje različite parametre lasera i područja bez bakterija uočena nakon izlaganja takvim laserima.
Kao što se može vidjeti iz gornje tabele, gustina energije Lumonics Nd:YAG lasera (10 msec impulsa sa 10 džula energije na 20 Hz) bila je 246 puta veća od CO2 lasera, a vrijeme ekspozicije je također bilo 533 puta duže. Ova razlika se može pripisati činjenici da voda apsorbira srednje IR zračenje (na 10,6 μm) mnogo jače od bliskog IR (1,06 μm), a budući da bakterije E-Coli borave u vodi, lakše se ubijaju.
UV talasne dužine na 355 nm takođe su dobro reagovale na sterilizaciju kao što je prikazano u tabeli. Laseri sa utrostručenom frekvencijom radili su pri brzini ponavljanja od 10 Hz i imali su trajanje impulsa od oko 5 ns. Upoređujući Surlite frekvencijski trostruki laser sa Lumonics Nd:YAG laserom, može se vidjeti da sa srednjom snagom 200 puta manjom i vremenom ekspozicije za skoro 5 puta kraćim (gustina energije je bila skoro 20 puta manja), Surlite laser je postigao istu površinu za čišćenje u poređenju sa Nd:YAG (0,123 cm2 u poređenju sa 0,715 cm2).
Osim lasera koji su bili efikasni u ubijanju bakterija E-Coli, postojali su i drugi laseri koji su bili neefikasni. Neki od ovih lasera su uključivali daleko IR laser na 118 μm, diodni laser na 0.81 μm i Argon jonski 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.
Allied Scientific Proje razvio laserski sistem za čišćenje baziran na vlaknima koji se već koristio i dokazao da radi u mnogim različitim poljima kao što su uklanjanje ruha u avio industriji, čišćenje istorijskih spomenika i dekontaminacija nuklearnog objekta. Ovi laserski sistemi za čišćenje imaju lasersku glavu, optiku i galvo ogledala koja mogu napraviti snopove različitih oblika. Obično se koristi linearni snop, ali da bi se proširila primjena ovih laserskih sistema za čišćenje na čišćenje površina zaraženih bakterijama i da bi se povećala gustoća energije zraka, može se stvoriti kružna veličina mrlje. Što se tiče stope ponavljanja i srednje snage, specifikacije su kompatibilne sa parametrima Nd:YAG lasera iz Lumonics, navedenim u tabeli 1.
Slika 4 prikazuje sistem laserskog čišćenja kompanije Allied Scientific pro. Ovo je sistem od 100 W koji radi na talasnoj dužini od 1030 nm pod nazivom Laser Blast 100.
Operacije čišćenja kontaminiranih metalnih površina u prehrambenoj industriji mogu imati velike koristi od gore opisanih laserskih sistema za čišćenje. Brži je i efikasniji od tradicionalnih metoda koje koriste mehanička i hemijska sredstva.
