LEDs UV: uma ferramenta de segurança avançada

Na década passada, a luz ultravioleta (UV) conseguiu ter uma penetração maior na cadeia de produção de alimentos em razão de que essa tecnologia de processamento econômica, eficaz e versátil é capaz de potencialmente melhorar a segurança e conservação da qualidade de diferentes tipos de alimentos. A desinfecção à base de ultravioleta normalmente é utilizada em tratamentos com ar, água e superfícies, incluindo alimentos e superfícies de contato de alimentos. A luz ultravioleta na frequência germicida denominada UVC (180 a 280 nm) é capaz de inativar bactérias, vírus, cistos, mofo e leveduras. Os efeitos germicidas da luz UVC baseiam-se na absorção de fótons por DNA microbiano que causam danos ao DNA e irregularidades de sistemas de reparação. Normalmente, mercúrio monocromático de alta voltagem e descarga em arco ou lâmpadas de amálgama são utilizados para gerar uma porção de luz UVC e emitir fótons apenas a 253,7 nm, apesar de que o UVC abarca a faixa de comprimentos de onda de 180 a 280 nm.

Diodos emissores de luz, ou LEDs (na sigla em inglês) são dispositivos semicondutores que também podem emitir luz UV, mas, dependendo das propriedades do material, os fótons podem ter múltiplos comprimentos de onda nas faixas UVC, UVB e UVA e podem melhorar a eficácia letal da luz por meio da otimização dos comprimentos de onda para certos organismos e aplicações. No geral, LEDs de UV são mais vantajosos do que as lâmpadas de UV por causa de seu tamanho pequeno, baixo consumo de energia e flexibilidade operacional. Os chips de LED UV permitem um designmodular flexível em relação às lâmpadas fixas e seus balastros volumosos necessários.

Há uma quantidade comparativamente limitada de estudos envolvendo LEDs UV para tratamentos de alimentos na faixa UVC provavelmente devido a seu alto custo e comparativamente à sua irradiação menor. Até o momento, a maioria das pesquisas que exploram os efeitos dos LEDs UV contra patógenos alimentares e organismos fúngicos deteriorantes foram realizados em sistemas modelo. Consequentemente, um estudo desenvolvido por Green et al. (2018) relatou a eficácia letal de LEDs UV emitindo em uma faixa de 255 a 365 nm contra patógenos causadores de doenças, tais como a Escherichia coli, Salmonellae Listeria monocytogenes. Os LEDs UVC emitindo luz na faixa aproximada de 265 a 280 nm demonstraram ter a maior eficácia em termos de inativação bacteriana e potência de saída total. Além disso, os organismos patogênicos testados revelaram um pico de sensibilidade UV a comprimentos de onda especiais. Entre três bactérias testadas, S. enterica diarizonaee E. coliO157:H7 demonstraram as maiores sensibilidades gerais a UV, o que aconteceu a 259 nm. Por outro lado, L. monocytogenesapresentou um pico de sensibilidade a UV a 268 nm. As informações de inativação entre 253,7 e 370 nm foram utilizadas para elaborar um espectro de inativação UV para as linhagens testadas de patógenos alimentares e de não patógenos.

Além disso, a eficácia germicida da luz UV pode ser aperfeiçoada por meio da combinação de UVC, UVB, UVA, luz azul ou outros comprimentos de onda visíveis com o intuito de aumentar a penetração, produzir efeitos sinérgicos e se adequarem aos tratamentos mais eficazes em um dado ambiente. Por exemplo, algumas espécies de Listeria e E. colisão mais sensíveis à UV após exposição simultânea a 259 e 289 nm em comparação com o tratamento de comprimento de onda aplicado isoladamente. Além disso, a inativação bem-sucedida de patógenos comuns presentes em alimentos e carnes foi relatada na faixa de 259 a 365 nm em meios líquidos e gelo, em superfícies de contato, como aço inoxidável, superfícies de corte e em queijo fatiado, tecido de repolho e carne de frango crua. Uma quantidade de pesquisas demonstrou que LEDs emitindo a comprimentos de onda próximos de UV visível (460 nm) e variação azul (405 nm) são muito eficazes na redução de cargas de patógenos em uma variedade enorme de alimentos, incluindo manga fresca cortada e mamão, pele de frango e purga de frango, bem como na superfície de salmão. Entretanto, a dose de diminuição necessária pode ter uma ordem de magnitude maior do que na variação de UVC.

Dado que os custos dos LEDs de UV e gasto de energia variam com os comprimentos de onda, geralmente a solução mais eficaz está na intersecção de muitos desses fatores e o comprimento de onda mais eficaz em termos germicidas, ou então sua combinação pode ser ajustada para aplicação.

Hoje em dia, LEDs de UV estão disponíveis em uma variedade enorme de comprimentos de onda discretos que vão de 210 a 400 nm, incluindo comprimentos de onda na região germicida do UVC. O mercado de LEDs é dominado por LEDs UVA devido aos custos menores de fabricação e demanda na indústria de cura. No entanto, o segmento de desinfecção e purificação, que usa os LEDs UV-B e UV-C mais germicidas, tem uma possibilidade de alcançar o maior crescimento nos próximos anos, já que a eficácia e o gasto de energia desses LEDs continua aumentando, ao passo que o custo com LEDs diminui.

Além disso, apesar de haver apenas alguns usos comerciais, os LEDs UV são a próxima tendência na revolução de LED, que poderá trazer as inúmeras vantagens no processamento de alimentos, conservação e segurança alimentar. LEDs UV baseados em luminárias se tornarão a força motriz por trás do uso cada vez maior de tratamento de água e bebidas, desinfecção de superfícies de alimentos, embalo e outras superfícies de contato e alimentos e de não contato. Ademais, os LEDs UV podem ser instalados em regiões nas quais a instalação do equipamento de lâmpadas UV tradicional é problemática, como em armazenamento a frio, transporte de produtos e aparatos pequenos, de bancada, com ponto de preparação e desinfecção. A capacidade dos LEDs de operar com um consumo maior de energia (até 20% mais de irradiação a 0oC contra 37oC), a baixas temperaturas, faz com que se tornem uma opção atrativa para uso no ambiente de processamento a frio e armazenamento refrigerado.

Com o intuito de substituir a tecnologia à base de lâmpadas de mercúrio, os LEDs UV necessitam de mais desenvolvimento para melhorar a eficácia e vida útil do dispositivo. O maior desafio com os LEDs UVC com comprimentos de onda menores que 265 nm é que ainda são emissores de luz fracos e têm uma vida útil relativamente curta. À medida que a eficácia dos LEDs UV aumenta sob custos menores de sua produção, a vida útil aumenta e os princípios de designe engenharia se desenvolvem mais, fazendo com que as luminárias de LED comecem a substituir as já existentes lâmpadas UVC, ficando com um custo-benefício melhor, uma alternativa menos nociva ao ambiente para economizar energia, melhorar a segurança e vida útil de alimentos produzidos do campo à mesa. É muito provável que em um futuro próximo muitas aplicações que hoje em dia usam lâmpadas de mercúrio sejam, brevemente, substituídas por LEDs UV.

Publicado originalmente em Carnetec.com.br