Tradicionalmente, en la industria alimentaria la limpieza y desinfección se realiza utilizando detergentes y agua líquida. Las bacterias en las superficies forman biopelículas y se adhieren muy fuertemente a la superficie [Referencia 1].
Los estudios han demostrado que estas biopelículas no se eliminan fácilmente con soluciones detergentes porque son pegajosas. Las bacterias son más fáciles de eliminar de soluciones líquidas que de superficies sólidas como el acero inoxidable.
Las biopelículas suelen ser difíciles de eliminar por medios mecánicos y químicos. Es necesario explorar métodos de desinfección alternativos para reemplazar los métodos químicos y mecánicos. La Figura 1 muestra una superficie de acero inoxidable infectada con bacterias.
La limpieza con láser de superficies infectadas con bacterias es un método muy eficaz porque el calor producido por el láser se utiliza para desinfectar la superficie. La figura 2 muestra la limpieza con láser de un pallet contaminado.
Se han realizado investigaciones para comprender la eficacia del uso de diferentes tipos de láseres para limpiar superficies infectadas con bacterias. Los láseres comúnmente utilizados son láseres pulsados, pero la elección de la longitud de onda, la energía del pulso y la tasa de repetición es muy importante. En un estudio [Referencia 2], se utilizaron siete tipos diferentes de láseres, desde ultravioleta (355 nm) hasta infrarrojo lejano (118 μm), para estudiar su eficacia para matar la bacteria Escherichia coli (E-Coli). Entre estos láseres, se utilizaron un láser pulsado de CO2 de 10,6 μm y múltiples láseres Nd:YAG que funcionan a longitudes de onda nominales, de segundo y tercer armónico.
Las investigaciones muestran que por encima de cierta densidad de energía, el láser de pulso de CO2 es el más eficaz para eliminar bacterias, seguido del láser Nd:YAG. La eficacia de los rayos UV para matar bacterias es bien conocida y un tercer láser eficaz es el láser Nd:YAG de triple frecuencia (emisión de 355 nm). Para fines de prueba, se cultivó E. coli en varias placas y las placas se expusieron a luz láser. Después de la exposición, las placas se incubaron a 37 grados durante 24 h. Si la esterilización láser funciona, se observarán áreas libres de bacterias después del crecimiento. La Tabla 1 muestra los diferentes parámetros del láser y las áreas libres de bacterias observadas después de la exposición a dichos láseres.
Como se puede ver en la tabla anterior, la densidad de energía del láser Nd:YAG de Lumonics (pulsos de 10 ms con 10 julios de energía a 20 Hz) fue 246 veces mayor que la del láser de CO2 y el tiempo de exposición también fue 533 veces mayor. Esta diferencia podría atribuirse al hecho de que el agua absorbe la radiación del IR medio (a 10,6 μm) mucho más fuerte que la del IR cercano (1,06 μm) y, dado que las bacterias E-Coli residen en el agua, mueren más fácilmente.
Las longitudes de onda UV a 355 nm también respondieron bien a la esterilización como se muestra en la tabla. Los láseres de frecuencia triplicada operaron a una frecuencia de repetición de 10 Hz y tuvieron una duración de pulso de aproximadamente 5 ns. Comparando el láser Surlite de frecuencia triplicada con el láser Lumonics Nd:YAG, se puede ver que con una potencia media 200 veces menor y un tiempo de exposición casi 5 veces más corto (la densidad de energía fue casi 20 veces menor), El láser Surlite logró el mismo orden de magnitud en el área de limpieza en comparación con el Nd:YAG (0,123 cm2 frente a 0,715 cm2).
Aparte de los láseres que eran eficaces para matar la bacteria E-Coli, había otros láseres que eran ineficaces. Algunos de estos láseres incluían un láser de infrarrojos lejanos a 118 μm, un láser de diodo a 0.81 μm y un láser de iones de argón a 0.488 μm. Se utilizaron varias densidades de energía diferentes para estos láseres, pero se descubrió que eran ineficaces para matar las bacterias de las superficies.
Pro científico aliadoha desarrollado un sistema de limpieza láser a base de fibra que ya se ha utilizado y ha demostrado su eficacia en muchos campos diferentes, como la eliminación de ruch en la industria aeronáutica, la limpieza de monumentos históricos y la descontaminación de una instalación nuclear. Estos sistemas de limpieza láser tienen un cabezal láser, ópticas y espejos galvo que pueden generar haces de diferentes formas. Normalmente, se utiliza un haz lineal, pero para ampliar la aplicación de estos sistemas de limpieza por láser a la limpieza de superficies infectadas con bacterias y para aumentar la densidad de energía del haz, se puede generar un tamaño de punto circular. En cuanto a la tasa de repetición y potencia media, las especificaciones son compatibles con los parámetros del láser Nd:YAG de Lumonics, mencionados en la tabla 1.
La Figura 4 muestra el sistema de limpieza láser de Allied Scientific pro. Este es un sistema de 100 vatios que funciona a una longitud de onda de 1030 nm llamado Laser Blast 100.
Las operaciones de limpieza de superficies metálicas contaminadas en la industria alimentaria pueden beneficiarse enormemente de los sistemas de limpieza láser descritos anteriormente. Es más rápido y eficaz que los métodos tradicionales que utilizan medios mecánicos y químicos.
