I LED sono stati applicati alla disinfezione dell’aria, al trattamento delle acque, alla decontaminazione delle superfici e all’indurimento. La luce con lunghezze d’onda nella gamma di 200-280 nm (UV-C), 280-320 nm (UV-B), 320-400 nm (UV-A e vicino UV-visibile, NUV-Vis), e 400-470 nm (luce blu) è stata studiata per capire la loro efficacia antimicrobica. Le lunghezze d’onda più lunghe, cioè l’infrarosso e il rosso (630-1000 nm) sono usate per applicazioni come la fototerapia, la tintura e l’indurimento dei rivestimenti e l’indurimento dell’inchiostro. L’efficacia antimicrobica dell’energia luminosa emessa dalle lampade, in particolare nella gamma UV-C, è stata ben documentata. La maggior parte degli studi sui LED si sono concentrati sull’applicazione dei LED UV-C per la disinfezione dell’acqua. Tuttavia, l’applicazione dei LED che emettono luce a lunghezze d’onda come 365 nm, 395 nm e 455 nm sta emergendo nella lavorazione degli alimenti e nel trattamento delle acque.

Trattamento a LED degli alimenti solidi

L’efficacia dei trattamenti a LED degli alimenti solidi dipende dal tipo e dalla natura dei prodotti e componenti alimentari, dall’attività dell’acqua (aw) e dalla morfologia della superficie degli alimenti. Parametri come la lunghezza d’onda della luce, la durata del trattamento, la dose, la temperatura di illuminazione, l’umidità relativa e i parametri microbiologici sono altrettanto importanti. La frutta fresca tagliata pronta per il consumo ha un’elevata domanda di mercato. Questi prodotti sono conservati nei frigoriferi, ma sono suscettibili di microrganismi resistenti, anche se la crescita di tali organismi è limitata a basse temperature. I LED hanno mostrato una promettente efficacia antibatterica in tali prodotti, anche se la loro efficacia antibatterica è influenzata da molti parametri di prodotto e di processo, tra cui il tipo di prodotto, la composizione, la temperatura di trattamento e le condizioni ambientali. I LED che emettono luce a 405 nm hanno indotto una riduzione di 1-1,2 log CFU/cm2 (unità formanti colonie per cm2) nella papaya tagliata fresca inoculata con Salmonella. La papaya è stata trattata con una dose totale di 1,7 kJ/cm2 a una temperatura di 4 °C per 48 ore. L’efficacia antibatterica dei LED da 405 nm è stata supportata da un altro studio sul mango appena tagliato da Kim et al. dove la conta delle cellule in un cocktail di tre ceppi di E. coli O157:H7, tre sierotipi di L. monocytogenes e cinque sierotipi di Salmonella spp.6 log CFU/cm2 con una dose totale di 2,6-3,5 kJ/cm2 per 36-48 h. L’E. coli O157:H7 e la Salmonella nella cultura del cocktail sono stati ridotti al di sotto del limite di rilevamento con 36 h di trattamento a 4 °C e a 10 °C, indicando che l’efficacia antibatterica del LED dipende dal tipo di batteri. Sono stati studiati anche gli effetti di sterilizzazione del trattamento con LED a luce visibile sulla frutta fresca tagliata. Ghate et al. hanno testato gli effetti antibatterici di un LED da 460 nm a diverse temperature di illuminazione e irradiazioni su ananas tagliati freschi infettati con un cocktail di S. enterica. Una riduzione massima di 1,72 log CFU/g è stata raggiunta con un irraggiamento di 92 mW/cm2 a una temperatura di illuminazione di 16 °C. Variare le irradiazioni ha avuto effetti insignificanti sull’inattivazione. Alte dosi di energia utilizzate per lunghi periodi con piccole riduzioni dei patogeni bersaglio possono limitare le applicazioni pratiche del trattamento a LED, a meno che l’efficacia antimicrobica non venga migliorata.

I frutti di mare come i molluschi e i granchi sono fonti ricche di proteine e altri componenti nutrizionali e sono soggetti a contaminazione microbica da molte fonti, sia a causa dell’inquinamento che da fonti di pre- o post-lavorazione. I LED, una tecnologia antibatterica non termica emergente, sono stati testati su frutti di mare contaminati. In uno studio di Josewin et al. è stata studiata l’efficacia di un LED blu (460 nm) con un fotosensibilizzante riboflavina su salmone affumicato inoculato con un cocktail di 4 ceppi di L. monocytogenes. Gli effetti sinergici di un LED (15 mW/cm2) e della riboflavina (100 μM) hanno prodotto riduzioni di 1,2 e 1,1 log CFU/cm2 a temperature circostanti di 4 °C e 12 °C, rispettivamente. Il trattamento LED dei frutti di mare potrebbe renderli suscettibili di una successiva condizione acida. Questo è stato riportato in uno studio sul salmone pronto da mangiare inoculato con L. monocytogenes e Salmonella spp. cocktail. Un trattamento LED a 405 nm per 8 ore con una dose totale di 460,8 J/cm2 ha prodotto una riduzione di 0,4 e 0,3 log CFU/cm2 nella conta cellulare di L. monocytogenes e una riduzione di 0,5 log di Salmonella spp. a 4 °C e a 12 °C. Anche se l’inattivazione era bassa, entrambi i batteri avevano un valore D ridotto (tempo necessario per ridurre il 90% della popolazione nel fluido gastrico simulato) rispetto ai campioni non trattati, e i campioni trattati erano più sensibili al fluido gastrico simulato. Tuttavia, questo effetto variava per entrambi i ceppi, poiché Salmonella spp. (gram-negativa) ha mostrato una maggiore suscettibilità rispetto a L. monocytogenes (gram-positiva), indicando che il trattamento ha inattivato i batteri gram-positivi e gram-negativi in modo differenziato.

A causa di un alto contenuto di acqua, i prodotti di carne pronti per il consumo sono altamente suscettibili alla contaminazione da agenti patogeni di origine alimentare. Poiché la cottura della carne uccide gli agenti patogeni ma diminuisce anche il valore nutrizionale della carne, è una sfida scegliere un tempo e una temperatura di cottura ottimali. Kim et al. hanno misurato l’effetto su S. Enteritidis inoculato sul cotto con un LED pulsato che emette luce a 405 nm. Una dose totale di 3,8 kJ/cm2 a 4 °C ha prodotto una riduzione di 0,8-0,9 log CFU/cm2. Un esperimento simile a temperatura ambiente ha prodotto una riduzione minore di S. Enteritidis. I sistemi LED possono essere progettati per produrre trattamenti continui o pulsati, a seconda dei requisiti dell’obiettivo, ma l’efficienza del trattamento può variare in base al design. Questo aspetto è stato riportato in una recente ricerca condotta su funghi bianchi e salsicce commerciali pronte al consumo. Il trattamento LED UV-C pulsato con una frequenza di 20 Hz e un duty ratio del 50% ha mostrato una migliore efficacia antibatterica rispetto al trattamento continuo UV-C LED contro cocktail di tre ceppi contenenti E. coli O157:H7, S. Typhimurium e L. monocytogenes. Il trattamento continuo ha portato a riduzioni di 2, 1,5 e 2 log, mentre il LED pulsato a un dosaggio di 5 J/cm2 ha portato a riduzioni di 3, 4 e 4 log di E. coli, Salmonella e Listeria, rispettivamente, nella salsiccia pronta per il consumo. Nei funghi bianchi, l’irradiazione continua ha portato a 2, 1 e 1 log di riduzione e il LED pulsato ha prodotto 2, 1,5 e 1,8 log di riduzione, rispettivamente in E. coli, Salmonella e Listeria. I LED che emettono luce nello spettro visibile devono essere ulteriormente valutati.

Sono stati riportati molti casi di malattia in Nord America causati dalla contaminazione batterica del formaggio. La presenza di un’elevata umidità nei prodotti caseari favorisce la crescita e la sopravvivenza degli agenti patogeni di origine alimentare. I trattamenti LED pulsati hanno il potenziale per decontaminare questi prodotti. In un recente studio condotto sul formaggio camembert a fette, un LED UVC che emette luce di lunghezza d’onda 266 nm ha prodotto 4,88, 4,72 e 3,52 log di riduzione nel formaggio camembert contenente cocktail di E. coli O157:H7, S. Typhimurium e L. monocytogenes, rispettivamente. Inoltre, i trattamenti UVC LED a lunghezza d’onda più elevata (266-279 nm) hanno mostrato riduzioni di 4-5 log in E. coli O157:H7 e Salmonella spp, mentre una riduzione di 3-4 log in Listeria spp. nel formaggio camembert a fette è stata ottenuta con un trattamento di 3 mJ/cm2.

La contaminazione di alimenti a bassa attività dell’acqua (aw) come noci secche, cereali e alimenti per animali domestici (aw < 0,85) è una preoccupazione globale, poiché i microrganismi che prosperano alla fine sviluppano resistenza agli sforzi di decontaminazione. Gli agenti patogeni di origine alimentare possono sopravvivere per lunghi periodi in uno stato dormiente e diventare attivi con l’esposizione a un ambiente favorevole. Ci sono stati studi limitati sull’efficacia antibatterica dei trattamenti LED negli alimenti a basso aw, ma gli studi condotti hanno mostrato risultati promettenti. Lacombe et al. hanno trattato mandorle sgusciate con un LED da 405 nm e hanno ottenuto riduzioni massime di 2,44, 0,96, 1,86 e 0,7 log CFU/g in E. coli O157:H7, S. Typhimurium, E. coli K12 e S. Enteritidis, rispettivamente. Sono necessarie ulteriori ricerche per migliorare l’efficacia antimicrobica dei trattamenti a LED di alimenti con bassa attività idrica utilizzando diverse lunghezze d’onda (275, 365, 395 e 455 nm) dell’energia luminosa. I risultati dei trattamenti LED di alimenti solidi sono elencati nella tabella 2.

Le caratteristiche della superficie degli alimenti influenzano l’efficacia di inattivazione del trattamento LED. Gli effetti variabili dei LED UV-C sui funghi bianchi e sulle salsicce erano probabilmente dovuti alla limitata penetrazione della luce nella matrice alimentare. Tuttavia, non è chiaro perché l’eliminazione dei batteri gram-positivi abbia richiesto una dose di LED più elevata rispetto all’eliminazione dei batteri gram-negativi. L’inattivazione batterica è migliorata anche con un aumento del rapporto di servizio. Nella gamma visibile, un LED da 461 nm ha distribuito una migliore efficacia di inattivazione batterica rispetto ai LED da 521 nm e 642 nm. La temperatura di illuminazione del trattamento ha influenzato l’efficacia del LED in base e la lunghezza d’onda del LED utilizzato nel trattamento.

Trattamento a LED degli alimenti liquidi

Gli alimenti liquidi come le bevande sono obiettivi vulnerabili per la contaminazione patogena a causa della loro alta composizione di aw e carboidrati. Comunemente, i conservanti chimici vengono aggiunti negli alimenti liquidi per estendere la loro durata di conservazione e ridurre la crescita microbica. Tuttavia, a causa della crescente domanda di alimenti senza additivi e delle crescenti preoccupazioni dei consumatori riguardo agli ingredienti alimentari sicuri, trattamenti come la luce ultravioletta come mezzo fisico per ridurre gli agenti patogeni sono stati ampiamente studiati negli alimenti liquidi. Sono stati studiati gli effetti di disinfezione del trattamento UV utilizzando una vasta gamma di lunghezze d’onda prodotte da diverse fonti (ad esempio, lampade al mercurio, lampade ad eccimeri, lampade a microonde) su alimenti liquidi, come sidro di mele, succhi di frutta, birra e latte. Gli studi hanno riguardato patogeni comuni di origine alimentare, come E. coli, C. parvum oocyst, S. cerevisiae, L. innocua, lieviti e muffe. I LED possono emettere luce in un’ampia gamma di lunghezze d’onda tra cui visibile, UVA, UVB e UVC, quindi la loro attività antimicrobica è stata applicata a diversi alimenti liquidi.

Gli studi sugli effetti antimicrobici dei trattamenti LED negli alimenti liquidi si sono concentrati principalmente sul succo di mela, sul succo d’arancia e sul latte. Rispetto all’acqua, gli alimenti liquidi sono sistemi complessi che contengono pigmenti, fibre e particelle insolubili, e la torbidità e il colore degli alimenti liquidi possono influenzare l’efficacia antimicrobica dei trattamenti LED. Lian et al. hanno usato un UVA-LED per valutare la sua attività di disinfezione sia in soluzioni colorate che in succo d’arancia inoculato con E. coli DH5α. Diversi colori alimentari, carotenoidi, il flavonoide giallo carthamus, e coloranti alimentari misti di colore melone-L, e colore uva RCG sono stati preparati a diverse concentrazioni da 0,001 a 0,1% con E. coli DH5α, e la luce UVA-LED di 126 J/cm2 è stata utilizzata per trattare le soluzioni. Questa quantità di energia utilizzata era enorme, ma tecnicamente possibile, soprattutto con i LED da 365, 395 e 455 nm. Gli autori hanno usato LED UV-A con un’intensità di 70 mW/cm2 per 30 minuti. Ci sono un certo numero di studi riportati, che mostrano enormi dosi di energia degli impulsi di luce UV-A e blu emessi dai LED, utilizzati per l’inattivazione microbica in varie matrici alimentari solide/liquide. Tuttavia, le dosi di energia riportate di LED UV-C erano significativamente inferiori, come indicato in questa e nelle sezioni precedenti, rispetto alle altre lunghezze d’onda. L’attività antimicrobica inferiore dopo il trattamento con LED è stata ottenuta a concentrazioni più elevate di soluzioni colorate e le riduzioni log del numero di cellule in diverse soluzioni colorate erano diverse. Una riduzione massima di 1,75 log CFU/ml è stata raggiunta nella soluzione colorata allo 0,001% di β-carotene, che era ancora molto più bassa della riduzione di 2,5 log nella soluzione di controllo con tampone fosfato (PBS). Risultati simili sono stati ottenuti nel succo d’arancia, in cui la riduzione log era molto inferiore a quella della soluzione di controllo trasparente dopo il trattamento. I pigmenti e altre particelle sospese negli alimenti liquidi possono riflettere e disperdere la luce, riducendo l’efficienza dei LED nell’eliminazione dei batteri. Poiché le specie reattive dell’ossigeno (ROS) indotte dalla luce ultravioletta A (UVA, 320-400 nm) sono fondamentali per l’effetto battericida, l’attività antiossidante dei colori alimentari come i carotenoidi negli alimenti liquidi può essere ridotta, con conseguente ossidazione e cambiamento di qualità.

I LED che emettono luce blu (400 nm-480 nm) sono stati testati per la loro capacità di distruggere i patogeni nel succo d’arancia e nel latte. Una riduzione da 2 a 5 log di Salmonella è stata osservata nel succo d’arancia pastorizzato inoculato con un cocktail di Salmonella e trattato con un LED da 460 nm a diverse combinazioni di irraggiamento e temperatura. Le condizioni che hanno prodotto la più alta inattivazione della Salmonella sono state 92 mW/cm2 con un tempo di trattamento molto lungo di 13,6 h a un enorme dosaggio di energia di 4500 J/cm2 a 12 °C. Gli autori hanno mantenuto l’irraggiamento di 92, 147,7 e 254,7 mW/cm2 regolando la distanza del campione dal LED da 460 nm e hanno utilizzato un dosaggio totale di 4500 J/cm2 per il trattamento regolando i tempi di trattamento corrispondenti a 13,6, 8,46 e 4,91 h, rispettivamente. Il lungo tempo di trattamento e l’enorme energia utilizzata sui prodotti durante i trattamenti LED devono essere giustificati se questa tecnologia che utilizza impulsi di luce UV-A e blu deve essere sviluppata per la disinfezione commerciale dei prodotti alimentari. Un approccio potrebbe essere quello di esplorare l’uso di questa tecnologia per altre applicazioni (ad esempio, il riscaldamento o l’essiccazione, dato che l’enorme energia utilizzata riscalda e rimuove l’acqua dai prodotti) insieme all’inattivazione microbica, contemporaneamente.

Srimagal et al. hanno confrontato l’inattivazione di E. coli nel latte usando LED blu a 405, 433 e 460 nm a 5, 10 e 15 °C e tempi di trattamento da 0 a 90 minuti. L’inattivazione microbica è stata massima a temperature elevate e lunghezze d’onda inferiori, con un massimo di 5,27 log CFU/ml di riduzione di E. coli O157:H7 dopo 60 minuti di irradiazione a 405 nm. Il LED a 460 nm ha portato a una riduzione da 2 a 5 log, con un effetto più forte sull’inattivazione batterica a temperature più alte, simile ai risultati riportati in Ghate et al. Entrambi questi studi hanno notato cambiamenti significativi nei colori dei prodotti alimentari (succo d’arancia e latte) dopo l’esposizione ai LED blu, suggerendo che il LED blu ha alterato la qualità degli alimenti liquidi. Le luci LED nella gamma blu abbassano l’attività batterica principalmente attraverso l’inattivazione fotodinamica (PDI) dei microrganismi. I fotoni prodotti con la luce LED possono essere assorbiti da fotosensibilizzatori endogeni (ad esempio, porfirine, citocromi, flavine) e NADH nei batteri, che vengono sensibilizzati dopo essere stati illuminati come descritto nella sezione “Fondamenti dei LED”. Srimagal et al. hanno riportato una condizione ottimale (405 nm, 13,8 °C, per 37,83 min) in cui il latte trattato è stato pastorizzato senza cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche rispetto al latte non trattato. Inoltre, se refrigerato, la durata di conservazione del latte trattato è aumentata significativamente fino a quasi il doppio di quella del latte non trattato.

Un recente studio pubblicato da Akgün e Ünlütürk ha esaminato l’inattivazione di E. coli K12 mediante UVC-LED a 254 (0,3 mW/cm2) e 280 nm (0,3 mW/cm2), e UVC-LED accoppiato con 365 (0,8 mW/cm2) e 405 nm (0,4 mW/cm2) (UVA-LED) in succo di mela sia torbido che chiaro. Le combinazioni di lunghezze d’onda di emissione includevano 280 nm/365 nm, 280 nm/405 nm, 254 nm/365 nm, 254 nm/405 nm, e 254 nm/280 nm/365 nm/405 nm. La massima attività antimicrobica è stata raggiunta quando il succo di mela torbido è stato trattato con 280 nm da solo e con una combinazione 280 nm/365 nm, con riduzioni log di 2,0 ± 0,1 e 2,0 ± 0,4 log CFU/mL, rispettivamente, su un trattamento LED di 40 minuti. Un’inattivazione significativamente maggiore è stata osservata nel succo di mela chiaro rispetto al succo di mela torbido. La più alta riduzione log è stata ottenuta a 4,4 log CFU/mL nel succo di mela limpido trattato esclusivamente con 280 nm (771,6 mJ/cm2, 40 min). Il sistema ibrido trattato con UV-LED da 280 e 365 nm ha portato a riduzioni log di 3,9 ± 0,2 log CFU/mL, simili al trattamento con 280 nm del succo di mela torbido per lo stesso tempo di trattamento (40 min). È stato inoltre dimostrato che questi trattamenti con LED ibridi hanno mostrato migliori effetti di inattivazione sulla polifenolo ossidasi. Anche se lo stato completamente pastorizzato (~ 5 log di riduzione) non potrebbe essere raggiunto nel succo di mela dai LED combinati UVA e UVC, questo studio suggerisce che i LED UVA e UVC hanno un potenziale sinergico per la disinfezione, con un potenziale di conservazione dei colori degli alimenti. Un ulteriore effetto di disinfezione potrebbe essere ottenuto aumentando il dosaggio dei LED UVA e UVC. La maggiore efficienza della combinazione di LED UV e il loro basso consumo energetico li rendono più vantaggiosi delle tradizionali lampade al mercurio per l’inattivazione della polifenolossidasi. Gli studi sull’effetto di inattivazione dei LED sui sistemi liquidi sono elencati nella tabella 3.

La luce blu e UVC combinata con UVA-LED ha mostrato effetti sinergici in termini di inattivazione batterica e conservazione della qualità degli alimenti. La natura degli alimenti liquidi (dimensione delle particelle, torbidità e colore), il dosaggio, il tempo di irradiazione e la temperatura dovrebbero essere ottimizzati quando si esegue la decontaminazione a LED degli alimenti liquidi. I LED combinati con altre tecnologie non termiche, o con trattamenti termici blandi, dovrebbero essere esplorati per migliorare l’efficacia della decontaminazione.

Trattamento LED dell’acqua

L’acqua potabile sicura è di importanza globale, in particolare nei paesi con risorse limitate. Circa 1,2 miliardi di persone non hanno accesso ad acqua potabile non contaminata. Milioni di persone muoiono ogni anno per malattie trasmesse dall’acqua. I microrganismi trasportati dall’acqua causano infezioni intestinali come diarrea, tifo, colera, dissenteria, amebiasi, salmonellosi, shigellosi ed epatite A. Gli approcci convenzionali per il trattamento delle acque reflue comportano l’applicazione di prodotti chimici e una notevole energia, il che li rende costosi e inaccessibili per molte società. I trattamenti avanzati dell’acqua nei paesi sviluppati sono anche costosi, coinvolgendo trattamenti termici, disinfezioni chimiche (clorazione, ozono, biossido di cloro, cloraminazione), e ioni metallici (Ag e Cu) per ridurre il contenuto microbico. Oltre ad essere costosi, i metodi convenzionali di disinfezione dell’acqua sono spesso inefficaci e insostenibili. Così, tecnologie efficienti, economiche e robuste che hanno effetti minimi dannosi sull’ambiente continuano ad essere studiate per la loro applicazione alla disinfezione e decontaminazione dell’acqua.

Più di 7000 sistemi di disinfezione UV comunali sono stati installati in tutto il mondo, e piccoli sistemi di disinfezione sono disponibili per uso domestico. La disinfezione dell’acqua mediante luce UV presenta diversi vantaggi rispetto agli approcci di disinfezione convenzionali. La luce UV ha un’efficacia antimicrobica, produce residui e sottoprodotti minimi, ha un basso impatto ambientale ed è compatibile con gli attuali processi industriali. A differenza dei trattamenti chimici dell’acqua, il trattamento UV dell’acqua non produce batteri resistenti ai farmaci. Gli svantaggi delle fonti UV convenzionali includono la facile rottura e la necessità di un attento smaltimento, in quanto la lampada al mercurio può inquinare l’ambiente.

Song et al. hanno riportato l’inattivazione di microrganismi come E. coli e colifago MS2 nell’acqua di laboratorio, e E. coli e coliformi totali nelle acque reflue, con trattamenti LED 265 nm continui e pulsati. I livelli di inattivazione di tutti i microrganismi erano simili sia per i trattamenti con LED continui che pulsati a diversi schemi di impulso con un dosaggio di energia UV equivalente. I trattamenti LED pulsati hanno inattivato i microrganismi con la stessa efficacia degli impulsi prodotti dalle lampade allo xeno convenzionali, fornendo una gestione termica ad alto rendimento per la disinfezione dell’acqua. L’inattivazione di batteri patogeni (Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa) e di specie surrogate (spore di Bacillus subtilis, batteriofago Qβ, E. coli) è stata riportata con UV-LED che emettono luce di diverse lunghezze d’onda (265, 280, e 300 nm) e confrontata con l’inattivazione batterica con una lampada UV convenzionale a bassa pressione (LPUV) che emette luce a 254 nm. La cinetica dell’inattivazione dei microrganismi è stata determinata matematicamente con l’aiuto delle curve di risposta dell’energia dei LED a diverse lunghezze d’onda utilizzando un modello multitarget. Il profilo di inattivazione di ogni specie ha mostrato una curva di sopravvivenza lineare o sigmoidale. I trattamenti LED sono stati più efficienti del trattamento LPUV per l’inattivazione di P. aeruginosa, L. pneumophila e dei microrganismi surrogati in acqua. Il LED da 265 nm ha mostrato l’efficacia energetica più efficace in base alla costante di tasso di inattivazione di tutti i microrganismi testati, ad eccezione di E. coli. Il trattamento LED da 280 nm ha consumato meno energia elettrica per ottenere una riduzione di 3 log dei microrganismi testati (0,15-1,11 kWh/m3) rispetto ai LED da 265 e 300 nm (0,24-17,4 kWh/m3).

Li et al. hanno valutato l’inattivazione di E. coli con trattamenti LED da 265 e 280 nm, singolarmente e nelle combinazioni 265, 280 (50%) nm e 265, 280 (75%) nm. Uno studio comparativo della fotoriattivazione di E. coli e della riparazione al buio è stato anche condotto quantitativamente con LED e LPUV. I risultati hanno mostrato che la combinazione di LED 265, 280 nm non ha avuto alcun effetto sinergico sull’inattivazione di E. coli. La riattivazione dei batteri trattati con LED 265 nm era paragonabile a quella dei batteri trattati con LPUV. L’E. coli trattata con LED da 280 nm a 6,9 mJ/cm2 ha mostrato la più bassa percentuale di fotoriattivazione e riparazione al buio. Questo studio ha concluso che, in acqua, il LED da 280 nm ha inattivato E. coli in modo più efficiente del LED da 265 nm a causa della potenza di uscita aggiuntiva del primo e della sua migliore inibizione della riattivazione batterica. L’efficacia antimicrobica sinergica dei LED da 260 nm e 280 nm è stata valutata contro E. coli, spore di B. pumilus, colifago MS2 e adenovirus umano di tipo 2 (HAdV2), ed è stata confrontata con lampade a vapore di mercurio a bassa e media pressione. Il LED da 260 nm è stato il più adatto per l’inattivazione del colifago MS2, mentre una lampada UV a media pressione ha inattivato HAdV2 e B. pumilus in modo più efficiente delle altre fonti UV. Osservazioni simili sono state fatte in uno studio di Sholtes et al. , dove l’inattivazione di E. coli B, B. atrophaeus, e MS2 sono stati sottoposti ad un LED 260 nm e lampade UV a bassa pressione. La cinetica di inattivazione di E. coli B e MS-2 era simile con i trattamenti LED e LPUV. Per tutte le fonti di radiazione UV, le dosi richieste per una riduzione di 4 log dei microrganismi erano più alte per B. atrophaeus e MS2 che per E. coli B. Chatterley e Linden hanno trattato E. coli in acqua con un LED 265 nm e LPUV convenzionale. Il LED ha fornito una maggiore efficacia antimicrobica rispetto alle lampade LPUV, ma ha comportato un costo di disinfezione più elevato. Gross et al. hanno riportato la disinfezione dell’acqua utilizzando un LED da 280 nm per inattivare E. coli e B. subtilis con due diverse luci guidate da vetro (calce sodata e quarzo) per aumentare l’efficienza della disinfezione. Quasi tutta la luce irradiata è stata guidata ai campioni a causa della riflessione totale. Il tasso e l’efficienza della disinfezione di B. subtilis ed E. coli sono stati migliorati da questo metodo guidato dalla luce.

L’inattivazione di E. coli è stata testata rispetto al tempo di esposizione e alla fluenza del LED tra i reattori batch e flow-through alle emissioni di picco di 265, 280, e 310 nm. Le combinazioni di lunghezza d’onda della luce (265/310, 265/280/310, 280/310 e 265/280 nm) sono state testate per la loro efficacia di inattivazione. L’efficacia di inattivazione dipendente dal tempo è stata massima con i LED da 280 nm, mentre i LED da 265 nm hanno mostrato la più alta efficienza dipendente dalla fluenza. Nel sistema batch, i LED da 265 e 280 nm hanno richiesto una dose di 10,8 e 13,8 mJ/cm2 per ottenere una riduzione di 4 log di E. coli. Il LED da 310 nm richiedeva una dose di 56,9 mJ/cm2 per ottenere solo 0,6 log di inattivazione. Una minore efficacia di inattivazione e una minore potenza di uscita sono state osservate con emissioni combinate a 265/280, 265/310, 280/310, e 265/280/310 nm in un reattore flow-through. L’efficienza del trattamento LED 265 nm nella disinfezione dell’acqua era anche dipendente dal tempo. I risultati hanno indicato che la torbidità del campione ha influenzato l’inattivazione batterica, e una migliore efficienza è stata raggiunta in campioni di acqua meno torbida. Questi risultati suggeriscono che l’accumulo di particelle nei liquidi può proteggere i microrganismi dall’esposizione alla luce UV.

Hamamoto et al. hanno disinfettato l’acqua con LED UV-A (365 nm) e una lampada UV-C a bassa pressione (254 nm). L’inattivazione di Staphylococcus aureus, Vibrio parahaemolyticus, E. coli enteropatogeno e E. coli DH5α era maggiore di 3 log CFU/ml dopo 80 minuti di trattamento con LED UV-A ad alta energia. Questa osservazione è stata supportata in uno studio di Mori et al. in cui un LED da 365 nm (UV-A) ha mostrato effetti antimicrobici contro E. coli DH5α, E. coli enteropatogeno, Vibrio parahaemolyticus, Staphylococcus aureus e Salmonella Enteritidis. Vilhunen et al. hanno osservato l’effetto di 269 e 276 nm sull’inattivazione di E. coli in due reattori fotolitici in batch che differiscono per la lunghezza d’onda emessa con diversi mezzi di prova, tra cui acqua ultrapura, nutrienti e acqua, e nutrienti e acqua con acidi umici. I LED erano efficienti per la distruzione di E. coli anche a bassa potenza ottica. Lo studio ha mostrato che le lunghezze d’onda dei LED erano efficaci per l’inattivazione di E. coli, ma il mezzo di prova non aveva molto impatto sull’inattivazione.

Diversi studi hanno dimostrato che i LED UV possono sostituire i metodi di trattamento convenzionali di disinfezione dell’acqua e che forniscono benefici assenti nei trattamenti convenzionali. La regione dello spettro UV più studiata per la disinfezione dell’acqua è tra 200 e 300 nm, con una lunghezza d’onda di 265 nm la lunghezza d’onda più comunemente usata e l’E. coli il microrganismo più studiato. La disinfezione dell’acqua con una singola lunghezza d’onda è stata confrontata con la disinfezione dell’acqua utilizzando una combinazione di due lunghezze d’onda. Tuttavia, i dati non erano coerenti, quindi non è stata fatta alcuna conclusione. Il fatto che diversi microrganismi rispondano diversamente all’energia luminosa della stessa lunghezza d’onda può essere attribuito alla fonte di luce UV, al tasso di fluenza, alla dose UV e al tempo di esposizione. C’è la necessità di sviluppare un metodo operativo standard per determinare il dosaggio richiesto per l’inattivazione microbica in acqua, e per determinare il meccanismo di inattivazione microbica dei LED.