Processamento a laser de CO2: uma tecnologia para melhorar a segurança alimentar

Postado: 29 de dezembro de 2022 | Eduardo Puértolas, Izaskun Pérez, Xabier Murgui | Nenhum comentário ainda

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A inovação tecnológica na transformação é um dos pilares fundamentais em que assenta a melhoria da eficiência e rentabilidade da indústria alimentar. Dentre as tecnologias estudadas nos últimos anos, o laser de CO2 tem notável capacidade de transformar a produção de alimentos do futuro.

A precisão temporal e espacial dos lasers torna possível concentrar a energia do laser em um ponto minúsculo e seguir padrões complexos, sem afetar excessivamente o material alimentar próximo.

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Isso é particularmente interessante em vários processos mecânicos e térmicos. Por exemplo, foi proposto inativar microorganismos em superfícies de contato com alimentos. Também pode ser utilizado para corte sem contato, evitando os problemas de contaminação cruzada física, química e microbiológica de outros sistemas como lâminas ou jato d'água; ou para marcação de alimentos, substituindo rótulos e tintas de papel/plástico.

Um laser (um acrônimo para amplificação de luz por emissão estimulada de radiação) consiste em um sistema de fornecimento de energia que energiza as moléculas de um meio de ganho para um estado excitado, produzindo luz.

Essa luz é amplificada em uma cavidade ótica restrita por dois espelhos, um de cada parcialmente transparente deixando passar um feixe de laser coerente e direcional, que pode ser focado no material alvo com precisão temporal e espacial por um sistema de lentes controlado por um software.

Os lasers de dióxido de carbono (CO2) receberam esse nome porque usam CO2 como o principal componente do meio de ganho, emitindo um feixe de laser em comprimentos de onda infravermelhos médios (normalmente 10.600 nm).

Os comprimentos de onda infravermelhos são transmitidos quase sem perdas na atmosfera. Além disso, podem ser efetivamente absorvidos pela água, que é o principal componente dos alimentos. Assim, ambos são provavelmente os principais motivos do interesse que os lasers de CO2 têm recebido no processamento de alimentos.

Ao modular a energia radiante do feixe de laser de CO2, efeitos fotoquímicos, térmicos e mecânicos são produzidos progressivamente no alimento.1 Se a energia do laser de CO2 for baixa, o laser apenas perturba as ligações entre os átomos e entre as moléculas. Em energia radiante mais alta, a energia do feixe de laser é convertida em energia térmica, aquecendo a superfície do alimento (alguns milímetros de profundidade) de maneira precisa e controlada.

Ao aumentar ainda mais a energia radiante, efeitos mecânicos diretos podem ser produzidos na superfície do alimento, eventualmente formando uma cratera baseada em fenômenos de vaporização e ablação.1

O processo de ablação pode ser repetido nas camadas inferiores do alimento, permitindo que ele se aprofunde ou/e continue nas zonas adjacentes seguindo um padrão específico. Com base nesses efeitos, o laser de CO2 pode ser usado para uma ampla gama de aplicações em alimentos, incluindo descontaminação microbiana, cozimento, marcação e corte.

O laser de CO2 é uma tecnologia sem contacto e relativamente rápida para inativar microrganismos na superfície de diferentes substratos e é uma alternativa aos sistemas tradicionais de limpeza e desinfeção de superfícies, como a utilização de produtos químicos, solução cada vez mais questionada devido a possíveis resíduos tóxicos.

Para superfícies de contato com alimentos (por exemplo, cortadores, correias transportadoras), o aquecimento não é um grande problema e a precisão do laser e a velocidade de processamento podem desempenhar um papel importante. Por exemplo, a inativação total de Escherichia coli e Staphylococcus aureus foi relatada em superfícies de aço inoxidável após tratamentos com laser de CO2 (660 W; 0,8-1,3 cm/s).2 Além da inativação microbiana, os efeitos mecânicos do laser de CO2 também podem ajudam a remover matéria orgânica e biofilmes difíceis de limpar deste tipo de superfícies.

Os lasers de CO2 também são capazes de inativar microrganismos presentes nas superfícies dos alimentos.3 Porém, neste caso, os tratamentos devem ser muito bem otimizados para minimizar o impacto em suas características superficiais, evitando efeitos mecânicos e minimizando os efeitos térmicos.