A LED-eket a levegő fertőtlenítésére, a vízkezelésre, a felületfertőtlenítésre és a gyógyításra alkalmazzák. A 200-280 nm (UV-C), 280-320 nm (UV-B), 320-400 nm (UV-A és közeli UV-látható, NUV-Vis), valamint 400-470 nm (kék fény) hullámhosszúságú fényeket vizsgálták antimikrobiális hatékonyságuk megértése érdekében. A hosszabb hullámhosszú, azaz infravörös és vörös (630-1000 nm) fényt olyan alkalmazásokban használják, mint a fényterápia, a festés és a bevonatok gyógyítása, valamint a tinta gyógyítása. A lámpák által kibocsátott fényenergia antimikrobiális hatékonysága, különösen az UV-C tartományban, jól dokumentált . A legtöbb LED-vizsgálat az UV-C LED-ek vízfertőtlenítésre történő alkalmazására összpontosított . Azonban az olyan hullámhosszúságú fényt kibocsátó LED-ek alkalmazása, mint a 365 nm, 395 nm és 455 nm, egyre inkább megjelenik az élelmiszer-feldolgozásban és a vízkezelésben.

A szilárd élelmiszerek LED-es kezelése

A szilárd élelmiszerek LED-es kezelésének hatékonysága az élelmiszertermékek és összetevők típusától és jellegétől, a vízaktivitástól (aw) és az élelmiszerfelület morfológiájától függ. Az olyan paraméterek, mint a fény hullámhossza, a kezelés időtartama, a dózis, a megvilágítási hőmérséklet, a relatív páratartalom és a mikrobiológiai paraméterek szintén fontosak. A fogyasztásra kész friss vágott gyümölcsök iránt nagy a piaci kereslet. Ezeket a termékeket hűtőszekrényekben tárolják, de fogékonyak a rezisztens mikroorganizmusokra, bár alacsony hőmérsékleten az ilyen organizmusok növekedése korlátozott. A LED-ek ígéretes antibakteriális hatékonyságot mutattak ki az ilyen termékekben, bár antibakteriális hatékonyságukat számos termék- és folyamatparaméter befolyásolja, beleértve a termék típusát, összetételét, a kezelési hőmérsékletet és a környezeti feltételeket. A 405 nm-es fényt kibocsátó LED-ek 1-1,2 log CFU/cm2 (kolóniaképző egység/cm2) csökkenést idéztek elő a frissen vágott, szalmonellával beoltott papayában. A papayát összesen 1,7 kJ/cm2 dózissal kezelték 4 °C-os beállított hőmérsékleten 48 órán keresztül. A 405 nm-es LED-ek antibakteriális hatékonyságát Kim és munkatársai egy másik, frissen vágott mangón végzett vizsgálata is alátámasztotta, ahol az E. coli O157:H7, a L. monocytogenes három szerotípusa és a Salmonella spp. öt szerotípusának három törzsből álló koktéljában a sejtek száma 1 alá csökkent.6 log CFU/cm2 -re csökkent 36-48 órán keresztül 2,6-3,5 kJ/cm2 összdózis mellett. A koktélkultúrában lévő E. coli O157:H7 és Salmonella a kimutatási határ alá csökkent 36 órás kezeléssel 4 °C-on és 10 °C-on, ami azt jelzi, hogy a LED antibakteriális hatékonysága a baktériumtípustól függ. A látható fényű LED-kezelés sterilizáló hatását frissen vágott gyümölcsökön is vizsgálták. Ghate és munkatársai egy 460 nm-es LED antibakteriális hatását vizsgálták különböző megvilágítási hőmérsékleten és besugárzási intenzitással a S. enterica koktéllal fertőzött frissen vágott ananászon. A maximális 1,72 log CFU/g csökkenést 92 mW/cm2 besugárzás mellett érték el 16 °C-os megvilágítási hőmérsékleten. A besugárzási intenzitások változtatása nem volt jelentős hatással az inaktiválásra. A hosszú ideig alkalmazott nagy energiadózisok a célzott kórokozók kis mértékű csökkenése mellett korlátozhatják a LED-kezelés gyakorlati alkalmazását, hacsak nem javul az antimikrobiális hatékonyság.

A puhatestűekhez és rákokhoz hasonlóan gazdag fehérje- és egyéb táplálkozási összetevők forrásai, és számos forrásból származó mikrobiális szennyeződésre hajlamosak, akár szennyezés, akár elő- vagy utófeldolgozási források miatt. A LED-eket, egy feltörekvő, nem termikus antibakteriális technológiát már tesztelték szennyezett tengeri élelmiszereken. Josewin és munkatársai tanulmányában egy riboflavin fotoszenzibilizátorral ellátott kék LED (460 nm) hatékonyságát vizsgálták a L. monocytogenes 4 törzsének koktéljával beoltott füstölt lazacon. A LED (15 mW/cm2 ) és a riboflavin (100 μM) szinergikus hatása 1,2 és 1,1 log CFU/cm2 csökkenést eredményezett 4 °C-os, illetve 12 °C-os környezeti hőmérsékleten. A tenger gyümölcseinek LED-es kezelése érzékennyé teheti a későbbi savas állapotra. Erről egy L. monocytogenes és Salmonella spp. koktéllal beoltott, fogyasztásra kész lazacokkal végzett vizsgálatban számoltak be. A 8 órán át tartó 405 nm-es LED-kezelés 460,8 J/cm2 összdózis mellett 4 °C-on és 12 °C-on 0,4 és 0,3 log CFU/cm2 -es csökkenést eredményezett a L. monocytogenes sejtek számában, és 0,5 log csökkenést a Salmonella spp. esetében. Bár az inaktiválás alacsony volt, mindkét baktérium D-értéke (a populáció 90%-os csökkenéséhez szükséges idő a szimulált gyomornedvben) csökkent a kezeletlen mintákhoz képest, és a kezelt minták érzékenyebbek voltak a szimulált gyomornedvre. Ez a hatás azonban mindkét törzs esetében eltérő volt, mivel a Salmonella spp. (gram-negatív) érzékenyebbnek bizonyult, mint a L. monocytogenes (gram-pozitív), ami azt jelzi, hogy a kezelés a gram-pozitív és gram-negatív baktériumokat eltérően inaktiválta.

A magas víztartalom miatt a fogyasztásra kész húskészítmények nagyon érzékenyek az élelmiszer-eredetű kórokozókkal való szennyeződésre. Mivel a hús főzése elpusztítja a kórokozókat, ugyanakkor csökkenti a hús tápértékét, kihívást jelent az optimális főzési idő és az optimális főzési hőmérséklet megválasztása. Kim és munkatársai a 405 nm-es fényt kibocsátó impulzus-LED-vel főzött, beoltott S. Enteritidisre gyakorolt hatást mérték. A 3,8 kJ/cm2 összdózis 4 °C-on 0,8-0,9 log CFU/cm2 csökkenést eredményezett. Egy hasonló kísérlet szobahőmérsékleten kisebb csökkenést eredményezett a S. Enteritidis esetében. A LED-rendszerek az objektív követelményeknek megfelelően folyamatos vagy impulzusos kezelésre tervezhetők, de a kezelés hatékonysága a kialakítástól függően változhat. Erről a szempontról a közelmúltban fehér gombán és kereskedelmi kész kolbászokon végzett kutatásokban számoltak be. Az impulzus UV-C LED-kezelés 20 Hz-es frekvenciával és 50%-os munkaaránnyal jobb antibakteriális hatékonyságot mutatott, mint a folyamatos UV-C LED-kezelés az E. coli O157:H7, S. Typhimurium és L. monocytogenes-t tartalmazó háromtörzsű koktélokkal szemben. A folyamatos kezelés 2, 1,5 és 2 log csökkenést eredményezett, míg az impulzus LED 5 J/cm2 dózisban 3, 4 és 4 log csökkenést eredményezett az E. coli, a Salmonella és a Listeria esetében a fogyasztásra kész kolbászban. Fehér gombában a folyamatos besugárzás 2, 1 és 1 log csökkenést eredményezett, míg az impulzus LED 2, 1,5 és 1,8 log csökkenést eredményezett az E. coli, a Salmonella és a Listeria esetében. A látható spektrumban fényt kibocsátó LED-ek további értékelést igényelnek.

Észak-Amerikában számos olyan megbetegedést jelentettek, amelyet a sajt bakteriális szennyeződése okozott. A sajttermékekben lévő magas nedvességtartalom elősegíti az élelmiszer eredetű kórokozók növekedését és túlélését. Az impulzus LED-es kezelések alkalmasak arra, hogy ezeket a termékeket fertőtlenítsék. Egy nemrégiben végzett, szeletelt camembert sajton végzett vizsgálatban a 266 nm hullámhosszú UVC LED fényt kibocsátó UVC LED 4,88, 4,72 és 3,52 log csökkenést eredményezett az E. coli O157:H7, S. Typhimurium és L. monocytogenes koktélokat tartalmazó camembert sajtban. A magasabb hullámhosszú UVC LED kezelések (266-279 nm) szintén 4-5 log csökkenést mutattak az E. coli O157:H7 és a Salmonella spp. esetében, míg 3 mJ/cm2 -es kezeléssel 3-4 log csökkenést értek el a Listeria spp. esetében a szeletelt camembert sajtban.

Az alacsony vízaktivitású (aw) élelmiszerek, például a száraz diófélék, a gabonafélék és a kedvtelésből tartott állatok eledelének (aw < 0,85) szennyezettsége globális aggodalomra ad okot, mivel a virágzó mikroorganizmusok végül rezisztenciát fejlesztenek ki a fertőtlenítési erőfeszítésekkel szemben. Az élelmiszerből származó kórokozók hosszú ideig képesek nyugalmi állapotban túlélni, és kedvező környezetbe kerülve aktívvá válnak. A LED-kezelések antibakteriális hatékonyságát alacsony aw-értékű élelmiszerekben csak korlátozott mértékben vizsgálták, de az elvégzett vizsgálatok ígéretes eredményeket mutattak. Lacombe és munkatársai 405 nm-es LED-del kezelték a héjas mandulát, és 2,44, 0,96, 1,86 és 0,7 log CFU/g maximális csökkenést értek el az E. coli O157:H7, S. Typhimurium, E. coli K12 és S. Enteritidis esetében. További kutatásokra van szükség az alacsony vízaktivitású élelmiszerek LED-es kezelésének antimikrobiális hatékonyságának javítására a különböző hullámhosszú (275, 365, 395 és 455 nm) fényenergia használatával. A szilárd élelmiszerek LED-es kezelésének eredményeit a 2. táblázat tartalmazza.

Az élelmiszerek felületi jellemzői befolyásolják a LED-es kezelés inaktiválási hatékonyságát. Az UV-C LED változó hatása a fehér gombán és a kolbászon valószínűleg a fény korlátozott behatolásának köszönhető az élelmiszer mátrixába . Nem világos azonban, hogy a gram-pozitív baktériumok eltávolításához miért volt szükség nagyobb LED-dózisra, mint a gram-negatív baktériumok eltávolításához. A baktériumok inaktiválása is javult a teljesítményarány növelésével . A látható tartományban a 461 nm-es LED jobb bakteriális inaktiválási hatékonyságot alkalmazott, mint az 521 nm-es és 642 nm-es LED-ek . A kezelés megvilágítási hőmérséklete befolyásolta a LED hatékonyságát a LED alapján és a kezeléshez használt LED hullámhossza .

Folyékony élelmiszerek LED-es kezelése

A folyékony élelmiszerek, például az italok magas aw és szénhidrát összetételük miatt sebezhető célpontjai a patogén szennyeződésnek. Általában kémiai tartósítószereket adnak a folyékony élelmiszerekhez, hogy meghosszabbítsák eltarthatósági idejüket és csökkentsék a mikrobák szaporodását. Az adalékanyagok nélküli élelmiszerek iránti növekvő kereslet és a fogyasztóknak a biztonságos élelmiszer-összetevőkkel kapcsolatos növekvő aggodalma miatt azonban széles körben tanulmányozták az olyan kezeléseket, mint az ultraibolya fény, mint a kórokozók csökkentésének fizikai eszköze a folyékony élelmiszerekben. A különböző forrásokból (pl. higanylámpák, excimer lámpák, mikrohullámú lámpák) előállított, széles hullámhossz-tartományt alkalmazó UV-kezelés fertőtlenítő hatását vizsgálták folyékony élelmiszerekre, például almaborra, gyümölcslevekre, sörre és tejre. A vizsgálatok olyan gyakori élelmiszer-eredetű kórokozókra terjedtek ki, mint az E. coli, C. parvum oocysta, S. cerevisiae, L. innocua, élesztőgombák és penészgombák. A LED-ek széles hullámhossz-tartományban képesek fényt kibocsátani, beleértve a látható, UVA, UVB és UVC tartományt, ezért antimikrobiális aktivitását számos folyékony élelmiszerre alkalmazták.

A LED-kezelések folyékony élelmiszerekben kifejtett antimikrobiális hatásait vizsgáló tanulmányok elsősorban az almalére, a narancslére és a tejre összpontosítottak. A vízzel összehasonlítva a folyékony élelmiszerek összetett rendszerek, amelyek pigmenteket, rostokat és oldhatatlan részecskéket tartalmaznak, és a folyékony élelmiszerek zavarossága és színe befolyásolhatja a LED-kezelések antimikrobiális hatékonyságát. Lian és munkatársai UVA-LED-et alkalmaztak annak fertőtlenítő hatásának értékelésére színes oldatokban és E. coli DH5α-val beoltott narancslében egyaránt. Különböző élelmiszer-színezékeket, karotinoidokat, a karthamussárga flavonoidot és vegyes élelmiszer-színezékeket dinnye szín-L és szőlő szín RCG különböző koncentrációkban 0,001 és 0,1% között készítettek E. coli DH5α-val, és 126 J/cm2 UVA-LED fényt használtak az oldatok kezelésére . Ez a felhasznált energiamennyiség azonban hatalmas volt, technikailag azonban lehetséges, különösen a 365, 395 és 455 nm-es LED-ekkel. A szerzők 70 mW/cm2 intenzitású UV-A LED-eket használtak 30 percig. Számos olyan vizsgálatról számoltak be, amely a LED-ek által kibocsátott UV-A és kék fényimpulzusok hatalmas energiadózisát mutatja be, amelyeket különböző szilárd/folyékony élelmiszer-mátrixok mikrobiális inaktiválására használtak . Az UV-C LED-ek jelentett energiadózisai azonban – amint azt ebben és az előző szakaszokban említettük – a többi hullámhosszhoz képest lényegesen alacsonyabbak voltak. A LED-kezelést követően alacsonyabb antimikrobiális aktivitást értek el a színezett oldatok magasabb koncentrációinál, és a különböző színezett oldatokban a sejtek számának logaritmikus csökkenése változatos volt. A 0,001%-os β-karotin színezett oldatban 1,75 log CFU/ml-es maximális log-számcsökkenést értek el, ami még mindig jóval alacsonyabb volt, mint a kontroll foszfátpufferes sóoldat (PBS) 2,5 log-számcsökkenése. Hasonló eredményeket kaptunk a narancslében is, amelyben a kezelés után a log-csökkenés jóval alacsonyabb volt, mint az átlátszó kontrolloldatban. A folyékony élelmiszerekben lévő pigmentek és egyéb lebegő részecskék visszaverhetik és szétszórhatják a fényt, csökkentve a baktériumok eltávolításának LED-es hatékonyságát. Mivel az ultraibolya A (UVA, 320-400 nm) fény által indukált reaktív oxigénfajok (ROS) központi szerepet játszanak a baktériumölő hatásban, az élelmiszer-színezékek, például a folyékony élelmiszerekben lévő karotinoidok antioxidáns aktivitása csökkenhet, ami oxidációhoz és minőségi változáshoz vezethet.

A kék fényt (400 nm-480 nm) kibocsátó LED-eket vizsgálták a narancslé és a tej kórokozóinak elpusztítására való képességük szempontjából . A szalmonella koktéllal beoltott pasztőrözött narancslében, amelyet 460 nm-es LED-del kezeltek különböző besugárzási és hőmérsékleti kombinációk mellett, a szalmonella 2-5 logos csökkenését figyelték meg . A legnagyobb mértékű szalmonella-inaktiválást 92 mW/cm2 , nagyon hosszú, 13,6 órás kezelési idő és hatalmas, 4500 J/cm2 energiadózis mellett 12 °C-on végzett kezelés eredményezte. A szerzők fenntartották a 92, 147,7 és 254,7 mW/cm2 besugárzást a minta 460 nm-es LED-től való távolságának beállításával, és 4500 J/cm2 teljes dózist használtak a kezeléshez a 13,6, 8,46 és 4,91 órának megfelelő kezelési idő szabályozásával. A hosszú kezelési időt és a LED-es kezelések során a termékeken felhasznált hatalmas energiát meg kell indokolni, ha ezt az UV-A és kék fényimpulzusokat alkalmazó technológiát az élelmiszerek kereskedelmi célú fertőtlenítésére kívánják kifejleszteni. Az egyik megközelítés ennek a technológiának a mikrobiális inaktiválással egyidejűleg más alkalmazások (pl. fűtés vagy szárítás, mivel a hatalmas energiafelhasználás a termékek felmelegítésére és a víz eltávolítására irányul) történő felhasználásának vizsgálata lenne.

Srimagal és munkatársai összehasonlították a tejben lévő E. coli inaktiválását 405, 433 és 460 nm-es kék LED-ekkel 5, 10 és 15 °C-on, 0 és 90 perc közötti kezelési idővel. A mikrobák inaktiválása magasabb hőmérsékleten és alacsonyabb hullámhosszon volt a legnagyobb, az E. coli O157:H7 maximális, 5,27 log CFU/ml-es csökkenése 60 perces besugárzás után 405 nm-en történt. A 460 nm-es LED 2-5 log csökkenést eredményezett, a baktériumok inaktiválására gyakorolt hatás magasabb hőmérsékleten volt erősebb, hasonlóan a Ghate és munkatársai által közölt eredményekhez. Mindkét vizsgálatban jelentős változásokat észleltek az élelmiszerek (narancslé és tej) színében a kék LED-nek való kitettség után, ami arra utal, hogy a kék LED megváltoztatta a folyékony élelmiszerek minőségét. A kék tartományba eső LED-fények elsősorban a mikroorganizmusok fotodinamikus inaktiválása (PDI) révén csökkentik a baktériumok aktivitását. A LED-fénnyel előállított fotonokat a baktériumok endogén fényérzékenyítői (pl. porfirinek, citokrómok, flavinok) és a NADH elnyelhetik, amelyek a megvilágítás után a “LED alapjai” részben leírtak szerint érzékenyülnek. Srimagal és munkatársai beszámoltak egy optimális feltételről (405 nm, 13,8 °C, 37,83 percig), amely mellett a kezelt tej pasztőrözése a fizikai-kémiai tulajdonságokban a kezeletlen tejhez képest nem okozott változást. Hűtve a kezelt tej eltarthatósági ideje is jelentősen, a kezeletlen tej eltarthatósági idejének majdnem kétszeresére nőtt.

Az Akgün és Ünlütürk által nemrégiben közzétett tanulmány az E. coli K12 inaktiválását vizsgálta 254 (0,3 mW/cm2) és 280 nm-es (0,3 mW/cm2) UVC-LED-vel, valamint 365 (0,8 mW/cm2) és 405 nm-es (0,4 mW/cm2) UVC-LED-vel (UVA-LED) párosítva (UVA-LED) zavaros és tiszta almalében. Az emissziós hullámhosszok kombinációi a következők voltak: 280 nm/365 nm, 280 nm/405 nm, 254 nm/365 nm, 254 nm/405 nm és 254 nm/280 nm/365 nm/405 nm. A legnagyobb antimikrobiális aktivitást akkor érték el, amikor a zavaros almalevet csak 280 nm-es és 280 nm/365 nm-es kombinációval kezelték, 40 perces LED-kezelés esetén 2,0 ± 0,1 és 2,0 ± 0,4 log CFU/mL log csökkenést értek el. A tiszta almalében szignifikánsan nagyobb inaktiválást figyeltek meg, mint a zavaros almalében. A legnagyobb logaritmikus csökkenést 4,4 log CFU/ml értékkel a kizárólag 280 nm-en (771,6 mJ/cm2 , 40 perc) kezelt tiszta almalében értük el. A 280 és 365 nm-es UV-LED-vel kezelt hibrid rendszer 3,9 ± 0,2 log CFU/ml log csökkenést eredményezett, hasonlóan a zavaros almalé 280 nm-es kezeléséhez, azonos kezelési idő (40 perc) mellett. Az is bebizonyosodott, hogy ezek a hibrid LED-es kezelések jobb inaktiváló hatást mutattak a polifenol-oxidázra. Bár a teljesen pasztőrözött állapotot (~ 5 log csökkenés) nem lehetett elérni az almalében a kombinált UVA és UVC LED-ekkel, ez a vizsgálat azt sugallja, hogy az UVA és UVC LED-ek szinergikus potenciállal rendelkeznek a fertőtlenítésben, ami az élelmiszerek színének megőrzésére is alkalmas. További fertőtlenítő hatás érhető el az UVA és UVC LED-ek dózisának növelésével. Az UV LED-kombináció nagyobb hatékonysága és alacsony energiafogyasztása miatt előnyösebb, mint a hagyományos higanylámpák a polifenol-oxidáz inaktiválásához. A LED-ek folyadékrendszerekben kifejtett inaktiváló hatásával kapcsolatos tanulmányokat a 3. táblázat tartalmazza.

A kék fény és az UVC UVA-LED-ekkel kombinálva szinergikus hatást mutatott a baktériumok inaktiválása és az élelmiszerek minőségének megőrzése szempontjából. A folyékony élelmiszerek LED-es fertőtlenítése során optimalizálni kell a folyékony élelmiszerek jellegét (részecskeméret, zavarosság és szín), a dózist, a besugárzási időt és a hőmérsékletet. A LED-eket más nem termikus technológiákkal vagy enyhe hőkezeléssel kombinálva kell vizsgálni a fertőtlenítés hatékonyságának javítása érdekében.

Víz LED-es kezelése

A biztonságos ivóvíz globális jelentőségű, különösen a korlátozott erőforrásokkal rendelkező országokban. Körülbelül 1,2 milliárd ember nem jut szennyezetlen ivóvízhez . Évente emberek milliói halnak meg vízzel terjedő betegségekben . A vízben terjedő mikroorganizmusok olyan bélfertőzéseket okoznak, mint a hasmenés, a tífusz, a kolera, a vérhas, az amebiasis, a szalmonellózis, a shigellózis és a hepatitis A . A szennyvízkezelés hagyományos módszerei vegyszerek és jelentős energia felhasználásával járnak, ami sok társadalom számára költségessé és elérhetetlenné teszi őket. A fejlett országokban a fejlett vízkezelések szintén költségesek, és hőkezelést, kémiai fertőtlenítést (klórozás, ózon, klór-dioxid, klóraminálás), valamint fémionokat (Ag és Cu) tartalmaznak a mikrobatartalom csökkentése érdekében. Amellett, hogy a hagyományos vízfertőtlenítési módszerek drágák, gyakran hatástalanok és fenntarthatatlanok. Ezért továbbra is vizsgálják a hatékony, gazdaságos és robusztus, a környezetre minimális káros hatással bíró technológiák alkalmazását a víz fertőtlenítésére és fertőtlenítésére .

Már több mint 7000 települési UV fertőtlenítő rendszert telepítettek világszerte , és kis fertőtlenítő rendszerek állnak rendelkezésre háztartási használatra . Az UV-fénnyel történő vízfertőtlenítésnek számos előnye van a hagyományos fertőtlenítési módszerekkel szemben. Az UV-fény antimikrobiális hatékonysággal rendelkezik, minimális maradékot és melléktermékeket termel, alacsony a környezeti hatása, és kompatibilis a jelenlegi ipari folyamatokkal . A kémiai vízkezelésekkel ellentétben az UV-vízkezelés nem termel gyógyszerrezisztens baktériumokat . A hagyományos UV-források hátrányai közé tartozik a könnyű törés és a gondos ártalmatlanítás szükségessége, mivel a higanylámpa szennyezheti a környezetet.

Song és munkatársai beszámoltak a mikroorganizmusok, például az E. coli és a kólifág MS2 inaktiválásáról laboratóriumi vízben, valamint az E. coli és az összes kólibaktérium szennyvízben, folyamatos és impulzus 265 nm-es LED kezeléssel. Az összes mikroorganizmus inaktiválási szintje hasonló volt mind a folyamatos, mind az impulzusos LED-kezelések esetében, különböző impulzusminták mellett, azonos UV energiaadagolás mellett. Az impulzus LED-es kezelések ugyanolyan hatékonyan inaktiválták a mikroorganizmusokat, mint a hagyományos xenonlámpák által előállított impulzusok, így nagy teljesítményű hőkezelést biztosítottak a víz fertőtlenítéséhez. A patogén baktériumok (Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa) és helyettesítő fajok (Bacillus subtilis spórák, Qβ bakteriofág, E. coli) inaktiválásáról különböző hullámhosszú (265, 280 és 300 nm) fényt kibocsátó UV-LED-ekkel számoltak be, és összehasonlították a 254 nm-es fényt kibocsátó hagyományos alacsony nyomású UV-lámpával (LPUV) végzett baktérium-inaktiválással. A mikroorganizmusok inaktiválásának kinetikáját matematikailag határozták meg a különböző hullámhosszúságú LED-energia-válaszgörbék segítségével, egy többcélú modell segítségével. Az egyes fajok inaktiválási profilja lineáris vagy szigmoidális túlélési görbét mutatott. A LED-kezelések hatékonyabbak voltak a P. aeruginosa, a L. pneumophila és a vízben lévő helyettesítő mikroorganizmusok inaktiválásában, mint a LPUV-kezelés. A 265 nm-es LED mutatta a leghatékonyabb energiahatékonyságot az összes vizsgált mikroorganizmus inaktiválási sebességállandója alapján, kivéve az E. coli-t. A 280 nm-es LED-kezelés fogyasztotta a legkevesebb elektromos energiát a vizsgált mikroorganizmusok 3 logos csökkenésének eléréséhez (0,15-1,11 kWh/m3), szemben a 265 és 300 nm-es LED-ekkel (0,24-17,4 kWh/m3).

Li és munkatársai értékelték az E. coli inaktiválását 265 és 280 nm-es LED-kezeléssel, külön-külön és 265, 280 (50%) nm és 265, 280 (75%) nm kombinációban. Az E. coli fotoreaktiválásának és sötétben történő javításának összehasonlító vizsgálatát is elvégezték kvantitatív módon LED-ekkel és LPUV-val. Az eredmények azt mutatták, hogy a 265, 280 nm-es LED-kombinációnak nem volt szinergista hatása az E. coli inaktiválására. A 265 nm-es LED-ekkel kezelt baktériumok reaktiválása összehasonlítható volt az LPUV-val kezelt baktériumokéval. A 280 nm-es LED-ekkel 6,9 mJ/cm2 -en kezelt E. coli mutatta a legalacsonyabb százalékos fotoreaktivációt és sötét reparációt. Ez a vizsgálat arra a következtetésre jutott, hogy vízben a 280 nm-es LED hatékonyabban inaktiválta az E. coli-t, mint a 265 nm-es LED, az előbbi többlet kimeneti teljesítménye és a baktériumok reaktiválódásának jobb gátlása miatt. A 260 nm-es és a 280 nm-es LED-ek szinergikus antimikrobiális hatékonyságát E. coli, B. pumilus spórák, MS2 kólifág és humán adenovírus 2. típus (HAdV2) ellen vizsgálták, és a hatékonyságot összehasonlították a higanygőzlámpákkal alacsony és közepes nyomáson. A 260 nm-es LED volt a legalkalmasabb az MS2 kólifág inaktiválására, míg a közepes nyomású UV-lámpa a HAdV2-t és a B. pumilus-t hatékonyabban inaktiválta, mint más UV-források . Hasonló megfigyeléseket tettek Sholtes és munkatársai egy vizsgálatban , ahol az E. coli B, a B. atrophaeus és az MS2 inaktiválását 260 nm-es LED-del és alacsony nyomású UV-lámpával végezték. Az E. coli B és az MS-2 inaktiválási kinetikája hasonló volt a LED és az LPUV kezelések esetén. Valamennyi UV-sugárforrás esetében a mikroorganizmusok 4 log csökkenéséhez szükséges dózisok magasabbak voltak a B. atrophaeus és az MS2 esetében, mint az E. coli B esetében. Chatterley és Linden az E. coli-t vízben 265 nm-es LED-del és hagyományos LPUV-val kezelte. A LED nagyobb antimikrobiális hatékonyságot biztosított, mint az LPUV-lámpák, de magasabb fertőtlenítési költséget eredményezett. Gross és munkatársai vízfertőtlenítésről számoltak be 280 nm-es LED használatával az E. coli és a B. subtilis inaktiválására, két különböző üveg (szódamész és kvarc) vezette lámpával a fertőtlenítés hatékonyságának növelése érdekében. Szinte az összes kisugárzott fényt a teljes visszaverődés miatt a mintákra irányították. A B. subtilis és az E. coli fertőtlenítésének sebessége és hatékonysága javult ezzel a fényvezérelt módszerrel.

Az E. coli inaktiválását az expozíciós idő és a LED-fluencia tekintetében vizsgáltuk a szakaszos és az átfolyó reaktorok között 265, 280 és 310 nm-es csúcskibocsátásnál. Fényhullámhossz-kombinációkat (265/310, 265/280/310, 280/310 és 265/280 nm) vizsgáltunk az inaktiválás hatékonysága szempontjából. Az időfüggő inaktiválási hatékonyság a 280 nm-es LED-ek esetében volt maximális, míg a 265 nm-es LED-ek mutatták a legmagasabb fluenciafüggő hatékonyságot. A szakaszos rendszerben a 265 és 280 nm-es LED-ek 10,8 és 13,8 mJ/cm2 dózist igényeltek az E. coli 4 log csökkenésének eléréséhez. A 310 nm-es LED 56,9 mJ/cm2 dózist igényelt mindössze 0,6 log inaktiváláshoz. A 265/280, 265/310, 280/310 és 265/280/310 nm-es és 265/280/310 nm-es kombinált kibocsátásoknál alacsonyabb inaktiválási hatékonyságot és csökkent kimenő teljesítményt figyeltek meg egy átfolyó reaktorban. A 265 nm-es LED kezelés hatékonysága a víz fertőtlenítésében szintén időfüggő volt . Az eredmények azt mutatták, hogy a minta zavarossága befolyásolta a baktériumok inaktiválását, és a kevésbé zavaros vízmintáknál jobb hatékonyságot értek el. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a részecskék felhalmozódása a folyadékokban megvédheti a mikroorganizmusokat az UV-fénynek való kitettségtől.

Hamamoto és munkatársai UV-A LED-ekkel (365 nm) és alacsony nyomású UV-C lámpával (254 nm) fertőtlenítettek vizet. A Staphylococcus aureus, a Vibrio parahaemolyticus, az enteropatogén E. coli és az E. coli DH5α inaktiválása nagyobb volt, mint 3 log CFU/ml 80 perces nagy energiájú UV-A LED-kezelés után. Ezt a megfigyelést alátámasztotta Mori és munkatársai tanulmánya is, amelyben a 365 nm-es (UV-A) LED antimikrobiális hatást mutatott az E. coli DH5α, az enteropatogén E. coli, a Vibrio parahaemolyticus, a Staphylococcus aureus és a Salmonella Enteritidis ellen. Vilhunen és munkatársai megfigyelték a 269 és 276 nm hatását az E. coli inaktiválására két, a kibocsátott hullámhosszban eltérő fotolitikus szakaszos reaktorban, különböző vizsgálati közegekkel, köztük ultratiszta vízzel, tápanyaggal és vízzel, valamint huminsavakat tartalmazó tápanyaggal és vízzel. A LED-ek még alacsony optikai teljesítmény mellett is hatékonyak voltak az E. coli elpusztításában. A vizsgálat azt mutatta, hogy a LED hullámhosszai hatékonyak voltak az E. coli inaktiválásában, de a tesztközegnek nem volt nagy hatása az inaktiválásra.

Más tanulmányok kimutatták, hogy az UV LED helyettesítheti a vízfertőtlenítés hagyományos kezelési módszereit, és olyan előnyöket biztosít, amelyek a hagyományos kezeléseknél hiányoznak. A vízfertőtlenítésre leginkább vizsgált UV spektrum tartománya 200 és 300 nm között van, a 265 nm-es hullámhossz a leggyakrabban használt hullámhossz, és az E. coli a leginkább vizsgált mikroorganizmus. Az egyetlen hullámhosszal végzett vízfertőtlenítést összehasonlították a két hullámhossz kombinációjával végzett vízfertőtlenítéssel. Az adatok azonban nem voltak konzisztensek, ezért nem vontak le következtetést. Az a tény, hogy a különböző mikroorganizmusok különbözőképpen reagálnak az azonos hullámhosszúságú fényenergiára, az UV-fényforrásnak, a fényerősségnek, az UV-dózisnak és az expozíciós időnek tulajdonítható. Szükség van egy szabványos működési módszer kidolgozására a vízben lévő mikrobák inaktiválásához szükséges dózis meghatározására , és a LED-es mikrobák inaktiválásának mechanizmusának meghatározására.