Theo truyền thống, trong ngành công nghiệp thực phẩm, việc làm sạch và khử trùng được thực hiện bằng chất tẩy rửa và nước lỏng. Vi khuẩn trên bề mặt tạo thành màng sinh học và bám dính rất chắc chắn trên bề mặt [Tài liệu tham khảo 1].
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng những màng sinh học này không dễ dàng loại bỏ bằng dung dịch tẩy rửa vì chúng rất dính. Vi khuẩn dễ dàng bị loại bỏ khỏi dung dịch lỏng hơn so với các bề mặt rắn như thép không gỉ.
Màng sinh học thường khó loại bỏ bằng các biện pháp cơ học và hóa học. Các phương pháp khử trùng thay thế cần được nghiên cứu để thay thế các phương pháp khử trùng cơ học và hóa học. Hình 1 cho thấy bề mặt thép không gỉ bị nhiễm vi khuẩn.
Làm sạch bằng laser các bề mặt bị nhiễm vi khuẩn là một phương pháp rất hiệu quả vì nhiệt do tia laser tạo ra được sử dụng để khử trùng bề mặt. Hình 2 cho thấy quá trình làm sạch bằng laser đối với pallet bị ô nhiễm.
Nghiên cứu đã được tiến hành để hiểu hiệu quả của việc sử dụng các loại tia laser khác nhau để làm sạch các bề mặt bị nhiễm vi khuẩn. Các laser thường được sử dụng là laser xung, nhưng việc lựa chọn bước sóng, năng lượng xung và tốc độ lặp lại là rất quan trọng. Trong một nghiên cứu [Tài liệu tham khảo 2], bảy loại tia laser khác nhau, từ tia cực tím (355 nm) đến tia hồng ngoại xa (118 μm), đã được sử dụng để nghiên cứu tính hiệu quả của chúng trong việc tiêu diệt vi khuẩn Escherichia coli (E-Coli). Trong số các laser này, một laser xung CO2 10,6 μm và nhiều laser Nd:YAG hoạt động ở các bước sóng hài âm danh nghĩa, hài hòa thứ hai và thứ ba đã được sử dụng.
Nghiên cứu cho thấy rằng trên một mật độ năng lượng nhất định, laser xung CO2 có hiệu quả nhất trong việc loại bỏ vi khuẩn, tiếp theo là laser Nd: YAG. Hiệu quả của tia UV trong việc tiêu diệt vi khuẩn đã được biết đến rộng rãi và loại laser hiệu quả thứ ba là laser Nd: YAG ba tần số (phát xạ 355nm). Với mục đích thử nghiệm, vi khuẩn E. coli được nuôi cấy trên một số đĩa và các đĩa này được chiếu ánh sáng laze. Sau khi tiếp xúc, các đĩa được ủ ở 37 độ trong 24 giờ. Nếu quá trình khử trùng bằng laser có hiệu quả, các vùng không có vi khuẩn sẽ được quan sát thấy sau khi phát triển. Bảng 1 cho thấy các thông số laser khác nhau và các vùng không có vi khuẩn được quan sát thấy sau khi tiếp xúc với các tia laser đó.
Như có thể thấy từ bảng trên, mật độ năng lượng của laser Lumonics Nd:YAG (xung 10 ms với năng lượng 10 Joule ở tần số 20 Hz) gấp 246 lần so với laser CO2 và thời gian phơi sáng cũng dài hơn 533 lần. Sự khác biệt này có thể là do nước hấp thụ bức xạ hồng ngoại trung bình (ở mức 10,6 μm) mạnh hơn nhiều so với bức xạ hồng ngoại gần (1,06 μm) và vì vi khuẩn E-Coli cư trú trong nước nên chúng dễ bị tiêu diệt hơn.
Bước sóng UV ở bước sóng 355 nm cũng đáp ứng tốt với việc khử trùng như trình bày trong bảng. Các tia laser tăng gấp ba lần tần số hoạt động ở tốc độ lặp lại 10 Hz và có thời lượng xung khoảng 5 nsec. So sánh tia laser tăng gấp ba tần số Surlite với tia laser Lumonics Nd:YAG, người ta có thể thấy rằng với công suất trung bình nhỏ hơn 200 lần và thời gian phơi sáng ngắn hơn gần 5 lần (Mật độ năng lượng ít hơn gần 20 lần), laser Surlite đạt được cùng mức độ diện tích làm sạch so với Nd: YAG (0,123 cm2 so với 0,715 cm2).
Ngoài tia laser có hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn E-Coli, còn có những tia laser khác không hiệu quả. Một số tia laser này bao gồm tia laser hồng ngoại xa ở 118 μm, laser diode ở 0,81 μm và laser ion Argon ở 0,488 μm. Một số mật độ năng lượng khác nhau đã được sử dụng cho các tia laser này nhưng chúng được phát hiện là không hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn trên bề mặt.
Đồng minh Khoa học Prođã phát triển một hệ thống làm sạch bằng laser dựa trên sợi quang đã được sử dụng và chứng tỏ nó hoạt động được trong nhiều lĩnh vực khác nhau như loại bỏ vải vụn trong ngành hàng không, làm sạch các di tích lịch sử và khử nhiễm cơ sở hạt nhân. Các hệ thống làm sạch bằng laser này có đầu laser, bộ phận quang học và gương galvo có thể tạo ra các chùm tia có hình dạng khác nhau. Thông thường, chùm tia tuyến tính được sử dụng nhưng để mở rộng ứng dụng của các hệ thống làm sạch bằng laser này để làm sạch các bề mặt bị nhiễm vi khuẩn và để tăng mật độ năng lượng của chùm tia, có thể tạo ra kích thước điểm tròn. Về tốc độ lặp lại và công suất trung bình, các thông số kỹ thuật tương thích với các thông số của laser Nd:YAG của Lumonics, được đề cập trong bảng 1.
Hình 4 cho thấy hệ thống làm sạch bằng laser của Allied Scientific pro. Đây là hệ thống 100 Watt hoạt động ở bước sóng 1030 nm được gọi là Laser Blast 100.
Hoạt động làm sạch trên bề mặt kim loại bị ô nhiễm trong ngành công nghiệp thực phẩm có thể được hưởng lợi rất nhiều từ hệ thống làm sạch bằng laser được mô tả ở trên. Nó nhanh hơn và hiệu quả hơn các phương pháp truyền thống sử dụng phương tiện cơ học và hóa học.
