CO2レーザー加工：食品の安全性を高める技術

May 30, 2023

投稿日: 2022 年 12 月 29 日 | エドゥアルド・プエルトラス、イザスクン・ペレス、シャビエル・ムルギ | コメントはまだありません

CO2 レーザー加工は将来の食品生産をどのように変えることができるでしょうか? この非接触テクノロジーがどのように役立つかについては、こちらをご覧ください…

加工における技術革新は、食品産業の効率と収益性の向上を左右する基本的な柱の 1 つです。 近年研究されている技術の中でも、CO2 レーザーは将来の食料生産を変革する注目に値する能力を持っています。

レーザーの時間的および空間的精度により、近くの食材に過度の影響を与えることなく、レーザーエネルギーを小さなスポットに集中させ、複雑なパターンに従うことが可能になります。

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これは、いくつかの機械的および熱的プロセスにおいて特に興味深いものです。 例えば、食品と接触する表面上の微生物を不活化することが提案されている。 非接触切断にも使用できるため、ブレードやウォータージェットなどの他のシステムの物理的、化学的、微生物学的相互汚染の問題を回避できます。 または食品のマーキング用として、紙/プラスチックのラベルやインクの代わりに使用します。

レーザー (放射線の誘導放出による光増幅の頭字語) は、利得媒体の分子を励起状態に励起して光を生成するエネルギー供給システムで構成されています。

この光は、2 つのミラーによって制限された光キャビティ内で増幅され、それぞれのミラーの 1 つは部分的に透明で、コヒーレントで指向性のあるレーザー ビームを通過させ、ソフトウェアで制御されるレンズ システムによって時間的および空間的精度でターゲット材料に焦点を合わせることができます。

二酸化炭素 (CO2) レーザーは、利得媒体の主成分として CO2 を使用し、中赤外波長 (通常 10,600 nm) のレーザー ビームを放射するため、その名前が付けられました。

赤外線の波長は大気中でほとんど損失なく透過されます。 さらに、食品の主成分である水に効率よく吸収されます。 したがって、食品加工において CO2 レーザーが注目される主な理由は両方であると考えられます。

CO2 レーザー ビームの放射エネルギーを調整することにより、光化学的、熱的、機械的効果が食品に徐々に生じます。1 CO2 レーザー エネルギーが低い場合、レーザーは原子間および分子間の結合を乱すだけです。 より高い放射エネルギーでは、レーザービームのエネルギーが熱エネルギーに変換され、食品の表面（数ミリメートルの深さ）を正確かつ制御された方法で加熱します。

放射エネルギーをさらに増加させると、食品の表面に直接的な機械的効果が生じ、最終的には蒸発とアブレーション現象に基づいてクレーターが形成されます。1

アブレーションプロセスは食品の下層で繰り返すことができ、食品をより深く浸透させたり、特定のパターンに従って隣接するゾーンで継続したりすることができます。 これらの効果に基づいて、CO2 レーザーは微生物の除染、調理、マーキング、切断などの幅広い食品用途に使用できます。

CO2 レーザーは、さまざまな基材の表面の微生物を不活化する非接触かつ比較的高速な技術であり、化学物質の使用などの従来の表面洗浄および消毒システムに代わるものであり、この解決策は、次のような問題が発生する可能性があるためますます疑問視されています。有毒な残留物。

食品接触面 (カッター、コンベア ベルトなど) の場合、加熱は大きな問題ではなく、レーザーの精度と処理速度が大きな役割を果たします。 たとえば、CO2 レーザー処理 (660 W、0.8 ～ 1.3 cm/秒) 後のステンレス鋼表面では、大腸菌と黄色ブドウ球菌が完全に不活化されたことが報告されています。2 微生物の不活化とは別に、CO2 レーザーの機械的効果もまた、このようなタイプの表面から、掃除が難しい有機物やバイオフィルムを除去するのに役立ちます。

CO2 レーザーは、食品の表面に存在する微生物を不活性化することもできます。3 ただし、この場合、機械的影響を避け、熱的影響を最小限に抑え、表面特性への影響を最小限に抑えるために処理を非常に最適化する必要があります。