Traitement laser CO2 : une technologie pour améliorer la sécurité alimentaire

Publié : 29 décembre 2022 | Eduardo Puértolas, Izaskun Pérez, Xabier Murgui | aucun commentaire pour l'instant

Comment le traitement au laser CO2 pourrait-il transformer la production alimentaire du futur ? Découvrez comment cette technologie sans contact pourrait vous aider ici…

L’innovation technologique dans la transformation est l’un des piliers fondamentaux sur lesquels repose l’amélioration de l’efficacité et de la rentabilité de l’industrie alimentaire. Parmi les technologies étudiées ces dernières années, le laser CO2 possède une capacité remarquable à transformer la production alimentaire du futur.

La précision temporelle et spatiale des lasers permet de concentrer l’énergie laser dans un point minuscule et de suivre des motifs complexes, sans trop d’impact sur les aliments à proximité.

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Ceci est particulièrement intéressant dans plusieurs procédés mécaniques et thermiques. Par exemple, il a été proposé d’inactiver les micro-organismes présents sur les surfaces en contact avec les aliments. Il peut également être utilisé pour la coupe sans contact, évitant ainsi les problèmes de contamination croisée physique, chimique et microbiologique d'autres systèmes tels que les lames ou le jet d'eau ; ou pour le marquage des aliments, en remplacement des étiquettes et des encres en papier/plastique.

Un laser (acronyme pour amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement) consiste en un système d'alimentation en énergie qui dynamise les molécules d'un milieu à gain jusqu'à un état excité, produisant de la lumière.

Cette lumière est amplifiée dans une cavité optique limitée par deux miroirs, un de chaque partiellement transparent laissant passer un faisceau laser cohérent et directionnel, qui peut être focalisé sur le matériau cible avec une précision temporelle et spatiale par un système de lentilles contrôlé par un logiciel.

Les lasers au dioxyde de carbone (CO2) doivent leur nom au fait qu'ils utilisent le CO2 comme composant principal du milieu de gain, émettant un faisceau laser dans les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen (généralement 10 600 nm).

Les longueurs d'onde infrarouges sont transmises presque sans perte dans l'atmosphère. De plus, ils peuvent être efficacement absorbés par l’eau, qui est le principal composant des aliments. Ainsi, ces deux éléments sont probablement les principales raisons de l’intérêt suscité par les lasers CO2 dans la transformation des aliments.

En modulant l'énergie rayonnante du faisceau laser CO2, des effets photochimiques, thermiques et mécaniques sont progressivement produits dans les aliments.1 Si l'énergie du laser CO2 est faible, le laser ne fait que perturber les liaisons entre atomes et entre molécules. À une énergie radiante plus élevée, l'énergie du faisceau laser est convertie en énergie thermique, chauffant la surface de l'aliment (une profondeur de quelques millimètres) de manière précise et contrôlée.

En augmentant encore l’énergie radiante, des effets mécaniques directs peuvent être produits sur la surface des aliments, formant finalement un cratère basé sur des phénomènes de vaporisation et d’ablation.1

Le processus d'ablation peut être répété dans les couches inférieures de l'aliment, lui permettant ainsi d'y pénétrer plus profondément, ou/et de se poursuivre dans les zones adjacentes selon un schéma spécifique. Grâce à ces effets, le laser CO2 peut être utilisé pour un large éventail d'applications alimentaires, notamment la décontamination microbienne, la cuisson, le marquage et la découpe.

Le laser CO2 est une technologie sans contact et relativement rapide pour inactiver les micro-organismes à la surface de différents substrats et constitue une alternative aux systèmes traditionnels de nettoyage et de désinfection des surfaces, comme l'utilisation de produits chimiques, une solution de plus en plus remise en question en raison des possibles résidus toxiques.

Pour les surfaces en contact avec les aliments (par exemple, couteaux, bandes transporteuses), le chauffage n'est pas un problème majeur et la précision du laser et la vitesse de traitement peuvent jouer un rôle majeur. Par exemple, une inactivation totale d'Escherichia coli et de Staphylococcus aureus a été rapportée sur des surfaces en acier inoxydable après des traitements au laser CO2 (660 W ; 0,8-1,3 cm/s).2 Outre l'inactivation microbienne, les effets mécaniques du laser CO2 peuvent également aider à éliminer les matières organiques et les biofilms difficiles à nettoyer de ces types de surfaces.

Les lasers CO2 sont également capables d'inactiver les micro-organismes présents sur les surfaces des aliments.3 Cependant, dans ce cas, les traitements doivent être très bien optimisés pour minimiser l'impact sur leurs caractéristiques de surface, en évitant les effets mécaniques et en minimisant les effets thermiques.