Не если, а когда: дезинфекция напитков с помощью ультрафиолетовых светодиодов

Рабочая группа IUVA по безопасности пищевых продуктов и напитков
Бабак Адели, директор по исследованиям и разработкам, Acuva Technologies
Микроорганизмы, переносимые водой, могут влиять на вкус, цвет, запах и срок годности безалкогольных напитков, бутилированной воды и широкого спектра пищевых продуктов. 1 Крайне важно, чтобы технологическая вода не была загрязнена патогенами и организмами, вызывающими порчу. Помимо технологической воды, решающее значение имеет дезинфекция ингредиентов в рецептах пищевой промышленности, включая сахара и белки, которые являются идеальной средой для размножения микроорганизмов. 2

Ультрафиолетовая (УФ) дезинфекция привлекла огромное внимание в последнее десятилетие для инактивации микроорганизмов и разложения органических соединений в технической воде, а также в напитках. В настоящее время устройства с обычными УФ-лампами используются для различных целей в пищевой промышленности и производстве напитков, включая дезинфекцию, восстановление общего содержания органических соединений, разрушение озона и разрушение хлора/хлораминов.

Однако применение обычных УФ-ламп в пищевой промышленности и производстве напитков сталкивается с серьезными проблемами из-за их нежелательных характеристик. Обычные УФ-лампы содержат ртуть, которая известна как опасный материал, поэтому нежелательна для широкого спектра применений, связанных с производством продуктов питания и напитков. Кроме того, рассеивание тепла от обычных УФ-ламп приводит к значительному температурному градиенту вблизи лампы. Это неблагоприятно для дезинфекции многих напитков, вкус, цвет, запах и/или срок годности которых сильно зависят от температуры.

Диоды, излучающие ультрафиолетовый свет (УФ-светодиоды), стали превосходной альтернативой обычным УФ-лампам благодаря их настраиваемым оптическим характеристикам, сверхнизкому энергопотреблению, долговечности и быстродействию. В результате образования твердого раствора (сплава) GaN и AlN получаются светодиоды AlGaN со спектром излучения, который можно настроить на весь ультрафиолетовый спектральный диапазон от 210 до 400 нм.

Такие сильные оптические характеристики сделали УФ-светодиод идеальным кандидатом для широкого спектра применений, включая биологические, экологические, промышленные и медицинские. В отличие от обычных УФ-ламп, УФ-светодиоды являются твердотельными источниками света и не содержат вредных соединений.

Кроме того, внутренняя конструкция корпусов УФ-светодиодов направляет рассеянное тепло на монтажную пластину корпуса, что приводит к незначительному повышению температуры освещающей поверхности. Эти характеристики, наряду с ультранизкими эксплуатационными расходами и компактностью, делают системы дезинфекции с помощью УФ-светодиодов одним из наиболее жизнеспособных и надежных решений для дезинфекции напитков.

Однако широкомасштабное применение УФ-дезинфекции светодиодами в пищевой промышленности и производстве напитков сталкивается с серьезными проблемами. Во-первых, лучистый поток коммерчески доступных бактерицидных УФ-светодиодов значительно далек от уровня ватт или киловатт, необходимого для некоторых промышленных применений. Фактически, лучистый поток современных УФ-светодиодов на уровне милливатт вызвал огромные усилия по разработке и коммерциализации систем дезинфекции воды с УФ-светодиодами для приложений в точках использования (PoU), что, следовательно, привело к тому, что меньше внимания уделялось развитию промышленных технологий. системы обеззараживания накипи.

Помимо критического вопроса: готова ли нынешняя стадия технологии УФ-светодиодов поддерживать крупномасштабную дезинфекцию напитков? – опыт проектирования и валидации крупномасштабных реакторов УФ-светодиодов представляется крайне ограниченным. Чрезвычайно важно понимать, что распределение УФ-фотонов, а также гидродинамика жидкости внутри промышленного УФ-фотореактора могут сильно отличаться от устройств для дезинфекции PoU УФ-светодиодами из-за значительных различий в размерах и условиях эксплуатации.

Например, ухудшение плотности потока УФ-излучения из-за потенциального поглощения жидкости может повлиять на оптимальные размеры фотореактора и/или резко увеличить общую требуемую мощность УФ-излучения. Это будет более сложной задачей, поскольку УФ-пропускание технологической жидкости (например, безалкогольных напитков) снизится до такой степени, что в некоторых случаях необходимо поддерживать тонкую пленку жидкости по всему фотореактору для определенного уровня УФ-дозы/дезинфекции. быть выполнено.

При сравнении внешней квантовой эффективности (EQE) и эффективности настенных розеток ( WPE ) современного коммерчески доступного синего цвета, превышающего 80%, становится очевидным, что УФ-светодиоды значительно отстают от своего потенциала с ограниченными EQE и WPE. из нескольких процентов. В целом, кажется, что нет никаких фундаментальных проблем в разработке высокоэффективных УФ-светодиодов. Усовершенствования EQE и WQE за последнее десятилетие позволяют предположить, что УФ-светодиоды с оптической мощностью и эффективностью, подобные тем, которые были достигнуты для синих светодиодов на основе InGaN, вполне доступны в ближайшем будущем.

По мнению автора, такой быстрый рост эффективности сделает эту недавно появившуюся технологию жизнеспособным кандидатом для крупномасштабного промышленного применения, включая дезинфекцию продуктов питания и напитков в ближайшем будущем.

Рабочая группа IUVA по безопасности пищевых продуктов и напитков изучает последние обновления научно обоснованной валидации и коммерциализации технологии УФ-C для стимуляции или подавления роста растений, улучшения питания, сокращения количества фунгицидов и пестицидов, санитарной обработки промывочной воды и послеуборочной дезинфекции, а также использовать для нетермической обработки напитков с низким УФ-излучением.