CO2-лазерная обработка: технология повышения безопасности пищевых продуктов

May 30, 2023

Размещено: 29 декабря 2022 г. | Эдуардо Пуэртолас, Исаскун Перес, Хавьер Мурги | Пока без коментариев

Как обработка CO2-лазером может изменить производство продуктов питания будущего? Узнайте, как эта бесконтактная технология может помочь здесь…

Технологические инновации в переработке являются одним из фундаментальных столпов, от которых зависит повышение эффективности и прибыльности пищевой промышленности. Среди технологий, изученных в последние годы, CO2-лазер обладает замечательной способностью изменить производство продуктов питания будущего.

Временная и пространственная точность лазеров позволяет концентрировать лазерную энергию в крошечном пятне и следовать сложным узорам, не оказывая чрезмерного воздействия на близлежащий пищевой материал.

Культура безопасности пищевых продуктов: что это такое и как ее измерить?

Это особенно интересно для некоторых механических и термических процессов. Например, было предложено инактивировать микроорганизмы на поверхностях, контактирующих с пищевыми продуктами. Его также можно использовать для бесконтактной резки, избегая физических, химических и микробиологических проблем перекрестного загрязнения, присущих другим системам, таким как лезвия или водоструйная резка; или для маркировки пищевых продуктов вместо бумажных/пластиковых этикеток и чернил.

Лазер (аббревиатура от усиления света путем вынужденного излучения) состоит из системы подачи энергии, которая переводит молекулы усиливающей среды в возбужденное состояние, производя свет.

Этот свет усиливается в оптической полости, ограниченной двумя зеркалами, одно из которых частично прозрачное, пропуская когерентный и направленный лазерный луч, который может быть сфокусирован на целевом материале с временной и пространственной точностью с помощью системы линз, управляемой программным обеспечением.

Лазеры на углекислом газе (CO2) получили свое название потому, что они используют CO2 в качестве основного компонента усиливающей среды, излучая лазерный луч на длинах волн средней инфракрасной области (обычно 10600 нм).

Инфракрасные волны передаются практически без потерь в атмосфере. Кроме того, они могут эффективно усваиваться водой, которая является основным компонентом пищевых продуктов. Таким образом, оба, вероятно, являются основными причинами интереса, который CO2-лазеры вызвали в пищевой промышленности.

Модулируя энергию излучения луча CO2-лазера, в пище постепенно возникают фотохимические, термические и механические эффекты.1 Если энергия CO2-лазера мала, лазер только нарушает связи между атомами и между молекулами. При более высокой энергии излучения энергия лазерного луча преобразуется в тепловую энергию, нагревая поверхность продукта (на глубину нескольких миллиметров) точным и контролируемым образом.

При дальнейшем увеличении энергии излучения на поверхности пищевых продуктов можно оказывать прямое механическое воздействие, в конечном итоге образуя кратер, возникающий в результате явлений испарения и абляции.1

Процесс абляции может повторяться в нижних слоях пищи, позволяя ей проникнуть глубже, и/или продолжаться в соседних зонах по определенной схеме. Благодаря этим эффектам CO2-лазер можно использовать в широком спектре пищевых продуктов, включая микробное обеззараживание, приготовление пищи, маркировку и резку.

CO2-лазер представляет собой бесконтактную и относительно быструю технологию инактивации микроорганизмов на поверхности различных подложек и является альтернативой традиционным системам очистки и дезинфекции поверхностей, таким как использование химических веществ, решение, которое все чаще подвергается сомнению из-за возможных токсичные остатки.

Для поверхностей, контактирующих с пищевыми продуктами (например, ножей, конвейерных лент), нагрев не является серьезной проблемой, а точность лазера и скорость обработки могут играть важную роль. Например, сообщалось о полной инактивации Escherichia coli и Staphylococcus aureus на поверхностях из нержавеющей стали после обработки CO2-лазером (660 Вт; 0,8-1,3 см/с).2 Помимо микробной инактивации, механическое воздействие CO2-лазера также может помогают удалить трудно очищаемые органические вещества и биопленки с поверхностей такого типа.

CO2-лазеры также способны инактивировать микроорганизмы, присутствующие на поверхностях пищевых продуктов.3 Однако в этом случае обработка должна быть очень хорошо оптимизирована, чтобы минимизировать влияние на характеристики их поверхности, избегать механических воздействий и минимизировать термические эффекты.