Traditioneel wordt in de voedingsindustrie de reiniging en desinfectie uitgevoerd met schoonmaakmiddelen en vloeibaar water. Bacteriën op oppervlakken vormen biofilms en hechten zich zeer sterk aan het oppervlak [Referentie 1].
Uit onderzoek is gebleken dat deze biofilms niet gemakkelijk te verwijderen zijn met schoonmaakmiddelen, omdat ze plakkerig zijn. Bacteriën zijn gemakkelijker te verwijderen uit vloeibare oplossingen dan uit vaste oppervlakken zoals roestvrij staal.
Biofilms zijn vaak moeilijk te verwijderen met mechanische en chemische middelen. Er moeten alternatieve desinfectiemethoden worden onderzocht om mechanische strepen en chemische methoden te vervangen. Figuur 1 toont een bacterieel geïnfecteerd roestvrijstalen oppervlak.
Laserreiniging van bacterieel geïnfecteerde oppervlakken is een zeer effectieve methode omdat de door de laser geproduceerde warmte wordt gebruikt om het oppervlak te desinfecteren. Figuur 2 toont het laserreinigen van een vervuilde pallet.
Er is onderzoek gedaan om de effectiviteit te begrijpen van het gebruik van verschillende soorten lasers om bacterieel geïnfecteerde oppervlakken te reinigen. De algemeen gebruikte lasers zijn gepulseerde lasers, maar de keuze van de golflengte, pulsenergie en herhalingssnelheid is erg belangrijk. In één onderzoek [Referentie 2] werden zeven verschillende soorten lasers, variërend van ultraviolet (355 nm) tot ver infrarood (118 μm), gebruikt om hun effectiviteit bij het doden van Escherichia coli (E-Coli) bacteriën te bestuderen. Van deze lasers werden een gepulseerde CO2-laser van 10,6 μm en meerdere Nd:YAG-lasers gebruikt die werkten op nominale, tweede en derde harmonische golflengten.
Uit onderzoek blijkt dat boven een bepaalde energiedichtheid CO2-pulslaser het meest effectief is in het verwijderen van bacteriën, gevolgd door Nd:YAG-laser. De effectiviteit van UV-stralen bij het doden van bacteriën is algemeen bekend, en een derde effectieve laser is de Nd:YAG-laser met drievoudige frequentie (emissie van 355 nm). Voor testdoeleinden werd E. coli op verschillende platen gekweekt en de platen werden blootgesteld aan laserlicht. Na blootstelling werden de platen gedurende 24 uur bij 37 graden geïncubeerd. Als lasersterilisatie werkt, worden na de groei bacterievrije gebieden waargenomen. Tabel 1 toont de verschillende laserparameters en de bacterievrije gebieden die zijn waargenomen na blootstelling aan dergelijke lasers.
Zoals uit de bovenstaande tabel blijkt, was de energiedichtheid van de Lumonics Nd:YAG-laser (pulsen van 10 msec met 10 Joule aan energie bij 20 Hz) 246 keer die van de CO2-laser en was de belichtingstijd ook 533 keer langer. Dit verschil kan worden toegeschreven aan het feit dat water de mid-IR-straling (op 10,6 μm) veel sterker absorbeert dan de nabije IR-straling (1,06 μm) en aangezien de E-Coli-bacteriën in water verblijven, worden ze gemakkelijker gedood.
De UV-golflengten bij 355 nm reageerden ook goed op sterilisatie, zoals weergegeven in de tabel. De frequentieverdrievoudigde lasers werkten met een herhalingsfrequentie van 10 Hz en hadden een pulsduur van ongeveer 5 nsec. Als je de Surlite-frequentieverdrievoudigde laser vergelijkt met de Lumonics Nd:YAG-laser, kun je zien dat met een gemiddeld vermogen dat 200 keer kleiner is en een belichtingstijd van bijna 5 keer korter (de energiedichtheid was bijna 20 keer minder), de Surlite-laser bereikte een reinigingsoppervlak van dezelfde orde van grootte vergeleken met Nd: YAG (0,123 cm2 vergeleken met 0,715 cm2).
Naast lasers die effectief waren in het doden van de E-Coli-bacteriën, waren er andere lasers die niet effectief waren. Sommige van deze lasers omvatten een verre IR-laser van 118 μm, een diodelaser van 0.81 μm en een argonionenlaser van 0.488 μm. Voor deze lasers werden verschillende energiedichtheden gebruikt, maar deze bleken niet effectief te zijn bij het doden van de bacteriën op de oppervlakken.
Bondgenoot Wetenschappelijk Proheeft een op vezels gebaseerd laserreinigingssysteem ontwikkeld dat al is gebruikt en zich heeft bewezen op veel verschillende gebieden, zoals het verwijderen van ruches in de luchtvaartindustrie, het reinigen van historische monumenten en de ontsmetting van een nucleaire installatie. Deze laserreinigingssystemen hebben een laserkop, optica en galvospiegels die verschillende gevormde stralen kunnen maken. Normaal gesproken wordt een lineaire straal gebruikt, maar om de toepassing van deze laserreinigingssystemen uit te breiden naar het reinigen van oppervlakken die zijn geïnfecteerd met bacteriën, en om de energiedichtheid van de straal te vergroten, kan een cirkelvormige vlekgrootte worden gegenereerd. Wat de herhalingssnelheid en het gemiddelde vermogen betreft, zijn de specificaties compatibel met de parameters van de Nd:YAG-laser van Lumonics, vermeld in tabel 1.
Figuur 4 toont het laserreinigingssysteem van Allied Scientific pro. Dit is een systeem van 100 watt dat werkt op een golflengte van 1030 nm, genaamd Laser Blast 100.
Reinigingswerkzaamheden op vervuilde metalen oppervlakken in de voedingsmiddelenindustrie kunnen veel baat hebben bij de hierboven beschreven laserreinigingssystemen. Het is sneller en effectiever dan traditionele methoden met mechanische en chemische middelen.
