Traditionelt udføres rengøring og desinfektion i fødevareindustrien med rengøringsmidler og flydende vand. Bakterier på overflader danner biofilm og hæfter meget stærkt til overfladen [Reference 1].
Undersøgelser har vist, at disse biofilm ikke let fjernes med rengøringsmidler, fordi de er klæbrige. Bakterier er nemmere at fjerne fra flydende opløsninger end fra faste overflader såsom rustfrit stål.
Biofilm er ofte svære at fjerne med mekaniske og kemiske midler. Alternative desinfektionsmetoder skal undersøges for at erstatte mekaniske striber og kemiske metoder. Figur 1 viser en bakterielt inficeret overflade af rustfrit stål.
Laserrensning af bakterieinficerede overflader er en meget effektiv metode, fordi varmen fra laseren bruges til at desinficere overfladen. Figur 2 viser laserrensningen af en forurenet palle.
Forskning er blevet udført for at forstå effektiviteten af at bruge forskellige typer lasere til at rense bakterielt inficerede overflader. De almindeligt anvendte lasere er pulserende lasere, men valget af bølgelængde, pulsenergi og gentagelseshastighed er meget vigtigt. I en undersøgelse [Reference 2] blev syv forskellige typer lasere, lige fra ultraviolet (355 nm) til langt infrarødt (118 μm ), brugt til at studere deres effektivitet til at dræbe Escherichia coli (E-Coli) bakterier. Blandt disse lasere blev der brugt en 10,6 μm CO2-pulseret laser og flere Nd:YAG-lasere, der opererede ved nominelle, anden og tredje harmoniske bølgelængder.
Forskning viser, at over en vis energitæthed er CO2-pulslaser den mest effektive til at fjerne bakterier, efterfulgt af Nd:YAG-laser. Effektiviteten af UV-stråler til at dræbe bakterier er velkendt, og en tredje effektiv laser er den tredobbelte frekvens Nd:YAG laser (355 nm emission). Til testformål blev E. coli dyrket på flere plader, og pladerne blev udsat for laserlys. Efter eksponering blev pladerne inkuberet ved 37 grader i 24 timer. Hvis lasersterilisering virker, observeres bakteriefrie områder efter vækst. Tabel 1 viser de forskellige laserparametre og de bakteriefrie områder observeret efter eksponering for sådanne lasere.
Som det kan ses af ovenstående tabel, var energitætheden for Lumonics Nd:YAG-laseren (10 msek-impulser med 10 Joule energi ved 20 Hz) 246 gange den for CO2-laseren, og eksponeringstiden var også 533 gange længere. Denne forskel kan tilskrives det faktum, at vand absorberer midt-IR-strålingen (ved 10,6 μm) meget stærkere end den nære IR (1,06 μm), og da E-Coli-bakterierne opholder sig i vand, bliver de lettere dræbt.
UV-bølgelængderne ved 355 nm reagerede også godt på sterilisering som vist i tabellen. Frekvens tredoblede lasere opererede ved 10 Hz gentagelseshastighed og havde en pulsvarighed på omkring 5 nssek. Ved at sammenligne Surlite-frekvensen tredoblet laser med Lumonics Nd:YAG laser, kan man se, at med en middeleffekt 200 gange mindre og en eksponeringstid på næsten 5 gange kortere (energitætheden var næsten 20 gange mindre). Surlite-laseren opnåede samme størrelsesorden som renseareal sammenlignet med Nd: YAG (0,123 cm2 sammenlignet med 0,715 cm2).
Bortset fra lasere, der var effektive til at dræbe E-Coli-bakterierne, var der andre lasere, der var ineffektive. Nogle af disse lasere inkluderede en fjern IR-laser ved 118 μm, diodelaser ved 0.81 μm og argonionlaser ved 0.488 μm. Der blev brugt flere forskellige energitætheder til disse lasere, men de viste sig at være ineffektive til at dræbe bakterierne på overfladerne.
Allied Scientific Prohar udviklet et fiberbaseret laserrensesystem, som allerede er blevet brugt og bevist, at det virker på mange forskellige områder, såsom fjernelse af ruch i luftfartsindustrien, rensning af historiske monumenter og dekontaminering af et nukleart anlæg. Disse laserrensesystemer har et laserhoved, optik og galvospejle, der kan lave forskellige formede stråler. Normalt bruges en lineær stråle, men for at udvide anvendelsen af disse laserrensesystemer til at rense overflader, der er inficeret med bakterier, og for at øge strålens energitæthed, kan der genereres en cirkulær pletstørrelse. Hvad angår gentagelseshastigheden og middeleffekten, er specifikationerne kompatible med parametrene for Nd:YAG laser fra Lumonics, nævnt i tabel 1.
Figur 4 viser laserrensesystemet af Allied Scientific pro. Dette er et 100 Watt system, der fungerer ved 1030 nm bølgelængde kaldet Laser Blast 100.
Rengøringsoperationer på forurenede metaloverflader i fødevareindustrien kan have stor gavn af laserrensesystemerne beskrevet ovenfor. Det er hurtigere og mere effektivt end traditionelle metoder ved hjælp af mekaniske og kemiske midler.
