Tradizionalmente, nell'industria alimentare, la pulizia e la disinfezione vengono eseguite utilizzando detergenti e acqua liquida. I batteri sulle superfici formano biofilm e aderiscono molto fortemente alla superficie [Riferimento 1].
Gli studi hanno dimostrato che questi biofilm non vengono rimossi facilmente con soluzioni detergenti perché sono appiccicosi. I batteri sono più facili da rimuovere dalle soluzioni liquide che dalle superfici solide come l'acciaio inossidabile.
I biofilm sono spesso difficili da rimuovere con mezzi meccanici e chimici. È necessario esplorare metodi di disinfezione alternativi per sostituire le striature meccaniche e i metodi chimici. La Figura 1 mostra una superficie di acciaio inossidabile infettata da batteri.
La pulizia laser di superfici infette da batteri è un metodo molto efficace perché il calore prodotto dal laser viene utilizzato per disinfettare la superficie. La Figura 2 mostra la pulizia laser di un pallet contaminato.
Sono state condotte ricerche per comprendere l'efficacia dell'utilizzo di diversi tipi di laser per pulire le superfici infette da batteri. I laser comunemente utilizzati sono laser pulsati, ma la scelta della lunghezza d'onda, dell'energia dell'impulso e della velocità di ripetizione è molto importante. In uno studio [Riferimento 2], sette diversi tipi di laser, che vanno dall'ultravioletto (355 nm) al lontano infrarosso (118 μm), sono stati utilizzati per studiare la loro efficacia nell'uccidere i batteri Escherichia coli (E-Coli). Tra questi laser, sono stati utilizzati un laser pulsato a CO2 da 10,6 μm e più laser Nd:YAG operanti a lunghezze d'onda nominali, di seconda e terza armonica.
La ricerca mostra che al di sopra di una certa densità di energia, il laser a impulsi CO2 è il più efficace nella rimozione dei batteri, seguito dal laser Nd:YAG. L’efficacia dei raggi UV nell’uccidere i batteri è ben nota e un terzo laser efficace è il laser Nd:YAG a tripla frequenza (emissione di 355 nm). A scopo di test, E. coli è stato coltivato su diverse piastre e le piastre sono state esposte alla luce laser. Dopo l'esposizione, le piastre sono state incubate a 37 gradi per 24 ore. Se la sterilizzazione laser funziona, dopo la crescita si osserveranno aree prive di batteri. La tabella 1 mostra i diversi parametri laser e le aree prive di batteri osservate dopo l'esposizione a tali laser.
Come si può vedere dalla tabella sopra, la densità di energia del laser Nd:YAG Lumonics (impulsi da 10 msec con 10 Joule di energia a 20 Hz) era 246 volte quella del laser CO2 e anche il tempo di esposizione era 533 volte più lungo. Questa differenza potrebbe essere attribuita al fatto che l'acqua assorbe la radiazione nel medio IR (a 10,6 μm) molto più forte della radiazione nel vicino IR (1,06 μm) e poiché i batteri E-Coli risiedono nell'acqua, vengono uccisi più facilmente.
Anche le lunghezze d'onda UV a 355 nm hanno risposto bene alla sterilizzazione, come mostrato nella tabella. I laser a frequenza triplicata funzionavano con una frequenza di ripetizione di 10 Hz e avevano una durata dell'impulso di circa 5 nsec. Confrontando il laser a frequenza tripla di Surlite con il laser Nd:YAG Lumonics, si può vedere che con una potenza media 200 volte più piccola e un tempo di esposizione di quasi 5 volte più breve (la densità di energia era quasi 20 volte inferiore), il laser Surlite ha raggiunto lo stesso ordine di grandezza dell'area di pulizia rispetto al Nd:YAG (0,123 cm2 rispetto a 0,715 cm2).
A parte i laser che erano efficaci nell’uccidere i batteri E-Coli, c’erano altri laser che erano inefficaci. Alcuni di questi laser includevano un laser IR lontano a 118 μm, un laser a diodi a 0,81 μm e un laser a ioni Argon a 0,488 μm. Per questi laser sono state utilizzate diverse densità di energia, ma si sono rivelate inefficaci nell'uccidere i batteri sulle superfici.
Professionista scientifico alleatoha sviluppato un sistema di pulizia laser a fibra che è già stato utilizzato e si è dimostrato efficace in molti campi diversi, come la rimozione di detriti nell'industria aeronautica, la pulizia di monumenti storici e la decontaminazione di un impianto nucleare. Questi sistemi di pulizia laser sono dotati di testa laser, ottica e specchi galvo che possono creare raggi di diverse forme. Normalmente viene utilizzato un raggio lineare, ma per estendere l'applicazione di questi sistemi di pulizia laser alla pulizia di superfici infette da batteri e per aumentare la densità di energia del raggio, è possibile generare una dimensione dello spot circolare. Per quanto riguarda la frequenza di ripetizione e la potenza media, le specifiche sono compatibili con i parametri del laser Nd:YAG di Lumonics, menzionati nella tabella 1.
La Figura 4 mostra il sistema di pulizia laser di Allied Scientific pro. Si tratta di un sistema da 100 Watt che opera alla lunghezza d'onda di 1030 nm chiamato Laser Blast 100.
Le operazioni di pulizia su superfici metalliche contaminate nell'industria alimentare possono trarre grandi vantaggi dai sistemi di pulizia laser sopra descritti. È più veloce ed efficace dei metodi tradizionali che utilizzano mezzi meccanici e chimici.
