Traditionellt inom livsmedelsindustrin utförs rengöring och desinfektion med rengöringsmedel och flytande vatten. Bakterier på ytor bildar biofilmer och fäster mycket starkt på ytan [Referens 1].
Studier har visat att dessa biofilmer inte lätt tas bort med rengöringsmedel eftersom de är klibbiga. Bakterier är lättare att ta bort från flytande lösningar än från fasta ytor som rostfritt stål.
Biofilmer är ofta svåra att ta bort på mekanisk och kemisk väg. Alternativa desinfektionsmetoder måste undersökas för att ersätta mekaniska ränder och kemiska metoder. Figur 1 visar en bakterieinfekterad yta av rostfritt stål.
Laserrengöring av bakterieinfekterade ytor är en mycket effektiv metod eftersom värmen från lasern används för att desinficera ytan. Figur 2 visar laserrengöringen av en förorenad pall.
Forskning har utförts för att förstå effektiviteten av att använda olika typer av lasrar för att rengöra bakteriellt infekterade ytor. De lasrar som vanligtvis används är pulsade lasrar, men valet av våglängd, pulsenergi och upprepningshastighet är mycket viktigt. I en studie [Referens 2] användes sju olika typer av lasrar, allt från ultraviolett (355 nm) till långt infraröd (118 μm ), för att studera deras effektivitet för att döda Escherichia coli (E-Coli) bakterier. Bland dessa lasrar användes en 10,6 μm CO2-pulsad laser och flera Nd:YAG-lasrar som arbetar vid nominella, andra och tredje övertonsvåglängder.
Forskning visar att över en viss energitäthet är CO2-pulslaser den mest effektiva för att ta bort bakterier, följt av Nd:YAG-laser. Effektiviteten av UV-strålar för att döda bakterier är välkänd, och en tredje effektiv laser är trippelfrekvensen Nd:YAG-laser (355 nm emission). För teständamål odlades E. coli på flera plattor och plattorna exponerades för laserljus. Efter exponering inkuberades plattorna vid 37 grader i 24 timmar. Om lasersterilisering fungerar, kommer bakteriefria områden att observeras efter tillväxt. Tabell 1 visar de olika laserparametrarna och de bakteriefria områdena som observerats efter exponering för sådana lasrar.
Som framgår av tabellen ovan var energitätheten för Lumonics Nd:YAG-lasern (10 ms pulser med 10 Joule energi vid 20 Hz) 246 gånger den för CO2-lasern och exponeringstiden var också 533 gånger längre. Denna skillnad kan tillskrivas det faktum att vatten absorberar mitten av IR-strålningen (vid 10,6 μm) mycket starkare än den nära IR (1,06 μm) och eftersom E-Coli-bakterierna finns i vatten, dödas de lättare.
UV-våglängderna vid 355 nm svarade också bra på sterilisering som visas i tabellen. De tredubblade frekvenslasrarna arbetade med 10 Hz repetitionshastighet och hade en pulslängd på cirka 5 ns. Om man jämför Surlite-frekvensens tredubblade laser med Lumonics Nd:YAG-lasern kan man se att med en medeleffekt 200 gånger mindre och en exponeringstid på nästan 5 gånger kortare (energitätheten var nästan 20 gånger mindre), Surlite-lasern uppnådde samma storleksordning för rengöringsyta jämfört med Nd: YAG (0,123 cm2 jämfört med 0,715 cm2).
Bortsett från lasrar som var effektiva för att döda E-Coli-bakterier, fanns det andra lasrar som var ineffektiva. Några av dessa lasrar inkluderade en fjärr-IR-laser vid 118 μm, diodlaser vid 0.81 μm och argonjonlaser vid 0.488 μm. Flera olika energitätheter användes för dessa lasrar men de visade sig vara ineffektiva för att döda bakterierna på ytorna.
Allied Scientific Prohar utvecklat ett fiberbaserat laserrengöringssystem som redan har använts och som har visat sig fungera inom många olika områden som t.ex. borttagning av ruch inom flygindustrin, rengöring av historiska monument och sanering av en kärnkraftsanläggning. Dessa laserrengöringssystem har ett laserhuvud, optik och galvospeglar som kan göra olika formade strålar. Normalt används en linjär stråle men för att utöka tillämpningen av dessa laserrengöringssystem till att rengöra ytor som är infekterade med bakterier, och för att öka strålens energitäthet kan en cirkulär fläckstorlek genereras. När det gäller upprepningshastigheten och medeleffekten är specifikationerna kompatibla med parametrarna för Nd:YAG-lasern från Lumonics, som nämns i tabell 1.
Figur 4 visar laserrengöringssystemet av Allied Scientific pro. Detta är ett 100 Watt-system som arbetar vid 1030 nm våglängd som kallas Laser Blast 100.
Rengöringsoperationer på förorenade metallytor inom livsmedelsindustrin kan dra stor nytta av de laserrengöringssystem som beskrivs ovan. Det är snabbare och mer effektivt än traditionella metoder med mekaniska och kemiska metoder.
