LED’s zijn toegepast bij luchtdesinfectie, waterbehandeling, oppervlakteontsmetting en uitharding . Licht met golflengten in het bereik van 200-280 nm (UV-C), 280-320 nm (UV-B), 320-400 nm (UV-A en nabij UV-zichtbaar, NUV-Vis), en 400-470 nm (blauw licht) is bestudeerd om de antimicrobiële doeltreffendheid ervan te begrijpen. Langere golflengten, d.w.z. infrarood en rood (630-1000 nm) worden gebruikt voor toepassingen zoals fototherapie, verven en harden van coatings en het harden van inkt. De antimicrobiële doeltreffendheid van lichtenergie die door lampen wordt uitgestraald, vooral in het UV-C-bereik, is goed gedocumenteerd . De meeste LED-studies hebben zich gericht op de toepassing van UV-C LED’s voor de desinfectie van water. De toepassing van LED’s die licht uitstralen op golflengten zoals 365 nm, 395 nm en 455 nm is echter in opkomst in de voedselverwerking en waterbehandeling.

LED Behandeling van vaste voedingsmiddelen

De doeltreffendheid van LED-behandelingen van vaste voedingsmiddelen hangt af van het type en de aard van de voedingsproducten en componenten, de wateractiviteit (aw), en de morfologie van het voedseloppervlak. Parameters zoals lichtgolflengte, behandelingsduur, dosis, belichtingstemperatuur, relatieve vochtigheid, en microbiologische parameters zijn ook van belang. Er is een grote marktvraag naar kant-en-klaar vers gesneden fruit. Deze producten worden in koelkasten bewaard, maar ze zijn gevoelig voor resistente micro-organismen, hoewel de groei van dergelijke organismen bij lage temperaturen beperkt is. LED’s hebben een veelbelovende antibacteriële doeltreffendheid in dergelijke producten aangetoond, hoewel hun antibacteriële doeltreffendheid wordt beïnvloed door vele product- en procesparameters, waaronder het soort product, de samenstelling, de behandelingstemperatuur en de omgevingsomstandigheden. LED’s die licht uitstralen bij 405 nm induceren een vermindering van 1-1,2 log CFU/cm2 (kolonievormende eenheden per cm2) in vers gesneden papaja geïnoculeerd met Salmonella. De papaja werd behandeld met een totale dosis van 1,7 kJ/cm2 bij een ingestelde temperatuur van 4 °C gedurende 48 uur. De antibacteriële doeltreffendheid van 405 nm LED’s werd bevestigd door een andere studie op vers gesneden mango door Kim et al. , waar het aantal cellen in een cocktail van drie stammen van E. coli O157:H7, drie serotypes van L. monocytogenes, en vijf serotypes van Salmonella spp. werd teruggebracht tot minder dan 1,6 log CFU/cm2 met behulp van een microbiële dosis.6 log CFU/cm2 met een totale dosis van 2,6-3,5 kJ/cm2 gedurende 36-48 u. De E. coli O157:H7 en Salmonella in de cocktailcultuur werden gereduceerd tot onder de detectiegrens na 36 u behandeling bij 4 °C en bij 10 °C, wat erop wijst dat de antibacteriële doeltreffendheid van de LED afhangt van het type bacterie. De sterilisatie-effecten van zichtbaar licht LED-behandeling op vers gesneden fruit is ook bestudeerd. Ghate et al. testten de antibacteriële effecten van een 460 nm LED bij verschillende belichtingstemperaturen en stralingssterktes op vers gesneden ananas geïnfecteerd met een cocktail van S. enterica. Een maximale vermindering van 1,72 log CFU/g werd bereikt met 92 mW/cm2 bestraling bij 16 °C verlichtingstemperatuur. Het variëren van de bestralingssterkte had geen significante effecten op de inactivering. Hoge energiedoses gedurende lange tijd met kleine reducties van de doelpathogenen kunnen de praktische toepassingen van LED-behandeling beperken, tenzij de antimicrobiële doeltreffendheid wordt verbeterd.

Voedingsmiddelen zoals weekdieren en krabben zijn rijke bronnen van eiwitten en andere voedingscomponenten en zijn vatbaar voor microbiële besmetting door vele bronnen, hetzij door vervuiling of door bronnen voor of na de verwerking. LED’s, een opkomende niet-thermische antibacteriële technologie, zijn getest op besmet zeevoedsel. In een studie van Josewin et al. werd de doeltreffendheid van een blauwe LED (460 nm) met een riboflavine fotosensibilisator bestudeerd op gerookte zalm die geïnoculeerd was met een cocktail van 4 stammen van L. monocytogenes. De synergetische effecten van een LED (15 mW/cm2) en riboflavine (100 μM) leidden tot reducties van 1,2 en 1,1 log CFU/cm2 bij omgevingstemperaturen van respectievelijk 4 °C en 12 °C. De behandeling van zeevruchten met LED’s kan ze vatbaar maken voor een daaropvolgende zure toestand. Dit werd gerapporteerd in een studie van kant-en-klare zalm, geïnoculeerd met L. monocytogenes en Salmonella spp. cocktail. Een 405 nm LED-behandeling gedurende 8 uur met een totale dosis van 460,8 J/cm2, produceerde een reductie van 0,4 en 0,3 log CFU/cm2 in celtellingen van L. monocytogenes en een 0,5 log reductie van Salmonella spp. bij 4 °C en bij 12 °C. Hoewel de inactivering gering was, hadden beide bacteriën een lagere D-waarde (tijd die nodig is om 90% van de populatie in gesimuleerde maagvloeistof te reduceren) in vergelijking met onbehandelde monsters, en de behandelde monsters waren gevoeliger voor gesimuleerde maagvloeistof. Dit effect varieerde echter voor beide stammen, aangezien Salmonella spp. (gram-negatief) een grotere gevoeligheid vertoonde dan L. monocytogenes (gram-positief), wat erop wijst dat de behandeling gram-positieve en gram-negatieve bacteriën verschillend inactiveerde. Omdat het koken van vlees pathogenen doodt, maar ook de voedingswaarde van het vlees vermindert, is het een uitdaging om een optimale kooktijd en een optimale kooktemperatuur te kiezen. Kim et al. maten het effect op S. Enteritidis geënt op gekookt vlees met een gepulseerde LED die licht uitstraalde bij 405 nm. Een totale dosis van 3,8 kJ/cm2 bij 4 °C leidde tot een vermindering van 0,8-0,9 log CFU/cm2. Een soortgelijk experiment bij kamertemperatuur leverde een kleinere reductie van S. Enteritidis op. LED-systemen kunnen worden ontworpen voor een continue of gepulseerde behandeling, afhankelijk van de objectieve vereisten, maar de behandelingsefficiëntie kan variëren afhankelijk van het ontwerp. Dit aspect werd gerapporteerd in recent onderzoek op witte champignons en commerciële kant-en-klare worsten. Gepulseerde UV-C LED behandeling met 20 Hz frequentie en een duty ratio van 50% toonde een betere antibacteriële doeltreffendheid dan continue UV-C LED behandeling tegen drie-stam cocktails die E. coli O157:H7, S. Typhimurium, en L. monocytogenes bevatten. Continue behandeling resulteerde in 2, 1,5 en 2 log reducties, terwijl gepulseerde LED bij een dosering van 5 J/cm2 resulteerde in 3, 4 en 4 log reducties van respectievelijk E. coli, Salmonella en Listeria in kant-en-klare worst. In witte champignons resulteerde continue bestraling in 2, 1 en 1 log reducties en gepulseerde LED’s in 2, 1,5 en 1,8 log reducties van respectievelijk E. coli, Salmonella en Listeria. LED’s die licht uitzenden in het zichtbare spectrum moeten verder geëvalueerd worden.

Er zijn in Noord-Amerika veel ziektegevallen gemeld die veroorzaakt werden door de bacteriële besmetting van kaas. De aanwezigheid van veel vocht in kaasproducten ondersteunt de groei en overleving van ziekteverwekkers in levensmiddelen. Pulserende LED-behandelingen hebben het potentieel om deze producten te ontsmetten. In een recente studie uitgevoerd op gesneden camembert kaas, produceerde een UVC LED die licht met een golflengte van 266 nm uitzond 4,88, 4,72, en 3,52 log reducties in camembert kaas die cocktails van E. coli O157:H7, S. Typhimurium, en L. monocytogenes, respectievelijk bevatte. Ook UVC LED behandelingen met een hogere golflengte (266-279 nm) toonden 4-5 log reducties in E. coli O157:H7 en Salmonella spp, terwijl een 3-4 log reductie in Listeria spp. in gesneden camembert kaas werd bereikt met een behandeling van 3 mJ/cm2.

Contaminatie van voedingsmiddelen met een lage wateractiviteit (aw), zoals droge noten, granen en diervoeders (aw < 0,85) is een wereldwijde zorg, omdat bloeiende micro-organismen uiteindelijk resistentie ontwikkelen tegen decontaminatie-inspanningen. Via voedsel overgedragen ziekteverwekkers kunnen gedurende lange perioden in een slapende toestand overleven en actief worden bij blootstelling aan een gunstige omgeving. Er is nog maar weinig onderzoek gedaan naar de antibacteriële doeltreffendheid van LED-behandelingen in levensmiddelen met een lage aw, maar de uitgevoerde studies hebben veelbelovende resultaten opgeleverd. Lacombe et al. behandelden gepelde amandelen met een 405 nm LED en bereikten maximale reducties van respectievelijk 2,44, 0,96, 1,86 en 0,7 log CFU/g in E. coli O157:H7, S. Typhimurium, E. coli K12, en S. Enteritidis. Verder onderzoek is nodig om de antimicrobiële werkzaamheid van LED-behandelingen van voedingsmiddelen met een lage wateractiviteit te verbeteren, waarbij verschillende golflengtes (275, 365, 395 en 455 nm) lichtenergie worden gebruikt. De resultaten van LED-behandelingen van vaste voedingsmiddelen staan vermeld in tabel 2.

De oppervlaktekenmerken van voedingsmiddelen beïnvloeden de inactiveringseffectiviteit van LED-behandeling. De variabele effecten van UV-C LED op witte champignons en worstjes waren waarschijnlijk te wijten aan de beperkte penetratie van het licht in de voedselmatrix. Het is echter onduidelijk waarom voor de eliminatie van grampositieve bacteriën een hogere LED dosis nodig was dan voor de eliminatie van gramnegatieve bacteriën. De bacteriële inactivering verbeterde ook met een verhoging van de duty ratio . In het zichtbare bereik had een 461 nm LED een betere bacteriële inactiveringsefficiëntie dan 521 nm en 642 nm LED’s. De verlichtingstemperatuur van de behandeling beïnvloedde de doeltreffendheid van de LED op basis van en de golflengte van de LED gebruikt in de behandeling .

LED Behandeling van Vloeibare voedingsmiddelen

Vloeibare voedingsmiddelen zoals dranken zijn kwetsbare doelen voor pathogene besmetting vanwege hun hoge aw en koolhydraat samenstelling. Gewoonlijk worden chemische conserveringsmiddelen aan vloeibare levensmiddelen toegevoegd om de houdbaarheid te verlengen en de groei van micro-organismen te beperken. Door de groeiende vraag naar levensmiddelen zonder additieven en de toenemende bezorgdheid van de consument over veilige voedingsingrediënten, zijn behandelingen zoals ultraviolet licht als fysisch middel om ziekteverwekkers te verminderen, uitgebreid bestudeerd in vloeibare levensmiddelen. De desinfecterende werking van UV-behandeling met een breed scala van golflengten, afkomstig van verschillende bronnen (b.v. kwiklampen, excimerlampen, microgolflampen) op vloeibare levensmiddelen, zoals appelcider, sappen, bier en melk, is bestudeerd. De studies hadden betrekking op veel voorkomende ziekteverwekkers in levensmiddelen, zoals E. coli, C. parvum oocyst, S. cerevisiae, L. innocua, gisten en schimmels. LED’s kunnen licht uitzenden in een breed golflengtebereik, waaronder zichtbaar, UVA, UVB en UVC, daarom is de antimicrobiële activiteit toegepast op verschillende vloeibare levensmiddelen.

Studies naar de antimicrobiële effecten in vloeibare levensmiddelen van LED-behandelingen hebben zich voornamelijk gericht op appelsap, sinaasappelsap, en melk. Vergeleken met water zijn vloeibare levensmiddelen complexe systemen die pigmenten, vezels en onoplosbare deeltjes bevatten, en de troebelheid en kleur van vloeibare levensmiddelen kunnen de antimicrobiële werkzaamheid van LED-behandelingen beïnvloeden. Lian et al. gebruikten een UVA-LED om de desinfectieactiviteit te evalueren in zowel gekleurde oplossingen als sinaasappelsap geïnoculeerd met E. coli DH5α. Verschillende levensmiddelenkleuren, carotenoïden, de flavonoïde carthamus geel, en gemengde levensmiddelenkleurstoffen van meloenkleur-L, en druivenkleur RCG werden bereid in verschillende concentraties van 0,001 tot 0,1% met E. coli DH5α, en UVA-LED licht van 126 J/cm2 werd gebruikt om de oplossingen te behandelen. Deze hoeveelheid gebruikte energie was echter enorm en technisch mogelijk, vooral met leds van 365, 395 en 455 nm. De auteurs gebruikten UV-A LED’s met een intensiteit van 70 mW/cm2 gedurende 30 minuten. Er is een aantal studies gerapporteerd waarin enorme energiedoses worden getoond van UV-A en blauwe lichtpulsen uitgezonden door LED’s, gebruikt voor microbiële inactivering in verschillende vaste/vloeibare voedselmatrices. De gerapporteerde energiedoses van UV-C LED’s waren echter aanzienlijk lager dan die van andere golflengten, zoals in dit en de vorige hoofdstukken is vermeld. Lagere antimicrobiële activiteit na LED behandeling werd verkregen bij hogere concentraties van gekleurde oplossingen en de log reducties in celtellingen in verschillende gekleurde oplossingen waren divers. Een maximale log-reductie van 1,75 log CFU/ml werd bereikt in de 0,001% β-caroteen gekleurde oplossing, wat nog steeds veel lager was dan de 2,5 log-reductie in de controle fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS). Vergelijkbare resultaten werden verkregen in sinaasappelsap, waarin de logreductie na behandeling veel lager was dan die van de transparante controleoplossing. Pigmenten en andere zwevende deeltjes in vloeibaar voedsel kunnen het licht weerkaatsen en verstrooien, waardoor de LED-efficiëntie van de eliminatie van bacteriën afneemt. Aangezien reactieve zuurstofspecies (ROS) geïnduceerd door ultraviolet A (UVA, 320-400 nm) licht centraal staan in het bacteriedodende effect, kan de antioxidantwerking van voedselkleuren zoals carotenoïden in vloeibaar voedsel worden verminderd, wat leidt tot oxidatie en kwaliteitsverandering.

LED’s die blauw licht (400 nm-480 nm) uitzenden, werden getest op hun vermogen om ziekteverwekkers in sinaasappelsap en melk te vernietigen. Een 2 tot 5 log reductie van Salmonella werd waargenomen in gepasteuriseerd sinaasappelsap geïnoculeerd met een cocktail van Salmonella en behandeld met een 460 nm LED bij verschillende bestralingssterkte en temperatuur combinaties . De omstandigheden die de hoogste Salmonella-inactivatie opleverden waren 92 mW/cm2 met een zeer lange behandelingstijd van 13,6 uur bij een enorme energiedosis van 4500 J/cm2 bij 12 °C. De auteurs handhaafden de bestralingssterkte van 92, 147,7 en 254,7 mW/cm2 door de afstand van het monster tot de 460 nm LED aan te passen en gebruikten een totale dosering van 4500 J/cm2 voor de behandeling door de behandelingstijden te regelen op respectievelijk 13,6, 8,46 en 4,91 uur. De lange behandelingstijd en de enorme energie die tijdens de LED-behandelingen op de producten wordt gebruikt, moeten worden gerechtvaardigd als deze technologie met UV-A- en blauwlichtpulsen moet worden ontwikkeld voor de commerciële ontsmetting van voedingsmiddelen. Een benadering zou zijn het gebruik van deze technologie voor andere toepassingen (b.v. verwarmen of drogen, aangezien de enorme energie die wordt gebruikt voor het verwarmen en verwijderen van water uit producten) tegelijk met microbiële inactivatie te onderzoeken.

Srimagal et al. vergeleken de inactivatie van E. coli in melk met behulp van blauwe LED’s bij 405, 433 en 460 nm bij 5, 10 en 15 °C en behandelingstijden van 0 tot 90 min. De microbiële inactivering was het hoogst bij hogere temperaturen en lagere golflengten, met een maximum van 5,27 log CFU/ml vermindering van E. coli O157:H7 na 60 min bestraling bij 405 nm. De 460 nm LED resulteerde in een 2 tot 5 log reductie, met een sterker effect op bacteriële inactivatie bij hogere temperaturen, vergelijkbaar met de bevindingen gerapporteerd in Ghate et al. Beide studies merkten significante veranderingen op in de kleuren van voedselproducten (sinaasappelsap en melk) na blootstelling aan blauwe LED’s, wat suggereert dat de blauwe LED de kwaliteit van de vloeibare levensmiddelen wijzigde. LED-lichten in het blauwe bereik verlagen de bacteriële activiteit voornamelijk door fotodynamische inactivatie (PDI) van de micro-organismen. De met het LED-licht geproduceerde fotonen kunnen worden geabsorbeerd door endogene fotosensibilisatoren (bv. porfyrines, cytochromen, flavines) en NADH in bacteriën, die worden gesensibiliseerd nadat zij zijn belicht, zoals beschreven in het deel “LED-fundamentals”. Srimagal et al. meldden een optimale conditie (405 nm, 13,8 °C, gedurende 37,83 min) waaronder behandelde melk gepasteuriseerd werd zonder verandering in de fysisch-chemische eigenschappen in vergelijking met onbehandelde melk. Ook in gekoelde toestand was de houdbaarheid van de behandelde melk aanzienlijk langer, namelijk bijna tweemaal zo lang als die van de onbehandelde melk.

Een recente studie gepubliceerd door Akgün en Ünlütürk onderzocht de inactivering van E. coli K12 door UVC-LED bij 254 (0,3 mW/cm2) en 280 nm (0,3 mW/cm2), en UVC-LED gekoppeld aan 365 (0,8 mW/cm2) en 405 nm (0,4 mW/cm2) (UVA-LED) in zowel troebel als helder appelsap. De combinaties van emissiegolflengten omvatten 280 nm/365 nm, 280 nm/405 nm, 254 nm/365 nm, 254 nm/280 nm/365 nm/405 nm, en 254 nm/280 nm/365 nm/405 nm. De hoogste antimicrobiële activiteit werd bereikt wanneer het troebele appelsap werd behandeld met 280 nm alleen en een combinatie van 280 nm/365 nm, met logreducties van respectievelijk 2,0 ± 0,1 en 2,0 ± 0,4 log CFU/mL, bij een LED-behandeling van 40 min. Een significant grotere inactivering werd waargenomen in het heldere appelsap dan in het troebele appelsap. De hoogste log-reductie werd verkregen bij 4,4 log CFU/mL in het heldere appelsap dat uitsluitend met 280 nm (771,6 mJ/cm2, 40 min) was behandeld. Het hybride systeem behandeld met 280 en 365 nm UV-LED’s resulteerde in log reducties van 3,9 ± 0,2 log CFU/mL, vergelijkbaar met de 280 nm behandeling van troebel appelsap voor dezelfde behandelingstijd (40 min). Er werd ook aangetoond dat deze hybride LED-behandelingen betere inactiveringseffecten vertoonden op polyfenoloxidase. Hoewel de volledig gepasteuriseerde toestand (~ 5 log reducties) niet kon worden bereikt in appelsap door de gecombineerde UVA en UVC LEDs, suggereert deze studie dat UVA en UVC LEDs een synergetisch potentieel hebben voor desinfectie, met een potentieel voor het behoud van voedselkleuren. Een bijkomend ontsmettingseffect zou kunnen worden verkregen door de dosering van de UVA- en UVC-LED’s te verhogen. De hogere efficiëntie van de UV-LED-combinatie en het lage energieverbruik ervan maken ze voordeliger dan traditionele kwiklampen voor de inactivering van polyfenoloxidase. Studies naar het inactiveringseffect van LED’s op vloeibare systemen zijn opgenomen in tabel 3.

Blauw licht en UVC in combinatie met UVA-LED’s heeft synergetische effecten laten zien wat betreft bacteriële inactivering en het behoud van de voedselkwaliteit. De aard van de vloeibare levensmiddelen (deeltjesgrootte, troebelheid en kleur), de dosering, de bestralingstijd en de temperatuur moeten worden geoptimaliseerd bij het uitvoeren van LED-decontaminatie van vloeibare levensmiddelen. LED’s in combinatie met andere niet-thermische technologieën, of met milde thermische behandelingen, moeten worden onderzocht om de decontaminatie-efficiëntie te verbeteren.

LED Treatment of Water

Veilig drinkwater is van mondiaal belang, vooral in landen met beperkte middelen. Ongeveer 1,2 miljard mensen hebben geen toegang tot onbesmet drinkwater. Miljoenen mensen sterven elk jaar aan door water overgebrachte ziekten. Door water overgebrachte micro-organismen veroorzaken darminfecties zoals diarree, tyfus, cholera, dysenterie, amebiasis, salmonellose, shigellose, en hepatitis A . Conventionele methoden om afvalwater te behandelen vergen de toepassing van chemicaliën en een aanzienlijke hoeveelheid energie, waardoor ze duur en voor veel samenlevingen ontoegankelijk zijn. Geavanceerde waterbehandelingen in ontwikkelde landen zijn eveneens kostbaar en omvatten thermische behandelingen, chemische desinfecties (chlorering, ozon, chloordioxide, chloraminering) en metaalionen (Ag en Cu) om het microbiële gehalte te verminderen. De conventionele desinfectiemethoden zijn niet alleen duur, maar vaak ook ondoeltreffend en niet duurzaam. Daarom wordt nog steeds onderzoek gedaan naar efficiënte, zuinige en robuuste technologieën met minimale schadelijke gevolgen voor het milieu, die kunnen worden toegepast bij de desinfectie en ontsmetting van water.

Meer dan 7000 gemeentelijke UV-ontsmettingssystemen zijn wereldwijd geïnstalleerd, en kleine ontsmettingssystemen zijn beschikbaar voor huishoudelijk gebruik. Desinfectie van water met behulp van UV-licht heeft verschillende voordelen ten opzichte van conventionele desinfectiemethoden. UV-licht heeft een antimicrobiële werking, produceert minimale residuen en bijproducten, heeft een lage milieu-impact, en is compatibel met de huidige industriële processen . In tegenstelling tot chemische waterbehandelingen, produceert UV-waterbehandeling geen geneesmiddelenresistente bacteriën. Nadelen van conventionele UV-bronnen zijn dat ze gemakkelijk breken en zorgvuldig moeten worden verwijderd, omdat de kwiklamp het milieu kan vervuilen.

Song et al. rapporteerden de inactivering van micro-organismen zoals E. coli en coliphage MS2 in laboratoriumwater, en E. coli en totale coliformen in afvalwater, met continue en gepulseerde 265 nm LED-behandelingen. De inactiveringsniveaus van alle micro-organismen waren vergelijkbaar voor zowel continue als gepulseerde LED-behandelingen bij verschillende pulspatronen onder gelijkwaardige UV-energiedosering. De gepulseerde LED-behandelingen inactiveerden micro-organismen even effectief als pulsen geproduceerd door conventionele xenonlampen. Inactivering van pathogene bacteriën (Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa) en surrogaatbacteriën (Bacillus subtilis sporen, bacteriofaag Qβ, E. coli) werd gerapporteerd met UV-LED’s die licht van verschillende golflengten (265, 280 en 300 nm) uitzenden en vergeleken met bacteriële inactivering met een conventionele lage druk UV (LPUV) lamp die licht van 254 nm uitstraalt. De kinetiek van de inactivering van micro-organismen werd mathematisch bepaald met behulp van LED-energie-responsiekrommen bij verschillende golflengten met behulp van een multitargetmodel. Het inactiveringsprofiel van elke soort vertoonde ofwel een lineaire ofwel een sigmoïdale overlevingskromme. LED-behandelingen waren efficiënter dan LPUV-behandeling voor de inactivering van P. aeruginosa, L. pneumophila, en surrogaat micro-organismen in water. De 265 nm LED vertoonde de meest effectieve energie-efficiëntie op basis van de inactivatiesnelheidsconstante van alle geteste micro-organismen behalve E. coli. De 280 nm LED-behandeling verbruikte de minste elektrische energie om een 3 log reductie van de geteste micro-organismen te verkrijgen (0,15-1,11 kWh/m3) in vergelijking met 265 en 300 nm LED’s (0,24-17,4 kWh/m3).

Li et al. evalueerden de inactivering van E. coli met 265 en 280 nm LED-behandelingen, afzonderlijk en in 265, 280 (50%) nm en 265, 280 (75%) nm combinaties. Een vergelijkende studie van E. coli fotoreactivering en donker herstel werd ook kwantitatief uitgevoerd met LEDs en LPUV. De resultaten toonden aan dat een 265, 280 nm LED-combinatie geen synergetisch effect had op de inactivering van E. coli. De reactivatie van de met 265 nm LED behandelde bacteriën was vergelijkbaar met die van de met LPUV behandelde bacteriën. E. coli behandeld met 280 nm LEDs bij 6,9 mJ/cm2 vertoonde het laagste percentage van fotoreactivering en donker herstel. Deze studie concludeerde dat, in water, de 280 nm LED E. coli efficiënter inactiveerde dan de 265 nm LED als gevolg van het extra uitgangsvermogen van de eerste en zijn betere remming van bacteriële reactivatie. De synergetische antimicrobiële doeltreffendheid van 260 nm en 280 nm LED’s werd geëvalueerd tegen E. coli, B. pumilus sporen, MS2 coliphage, en humaan adenovirus type 2 (HAdV2), en de doeltreffendheid werd vergeleken met kwikdamplampen bij lage en middelhoge druk. De 260 nm LED was het meest geschikt voor de inactivering van MS2 coliphage, terwijl een UV-lamp bij middelhoge druk HAdV2 en B. pumilus efficiënter inactiveerde dan andere UV-bronnen . Vergelijkbare waarnemingen werden gedaan in een studie van Sholtes et al. , waar de inactivering van E. coli B, B. atrophaeus, en MS2 werden onderworpen aan een 260 nm LED en lage druk UV lampen. De inactiveringskinetiek van E. coli B en MS-2 was vergelijkbaar met de LED- en LPUV-behandelingen. Voor alle UV-stralingsbronnen waren de doses die nodig waren voor een reductie van 4 log in micro-organismen hoger voor B. atrophaeus en MS2 dan voor E. coli B. Chatterley en Linden behandelden E. coli in water met een 265 nm LED en conventionele LPUV. De LED gaf een hogere antimicrobiële werkzaamheid dan LPUV-lampen maar resulteerde in hogere desinfectiekosten. Gross et al. rapporteerden waterdesinfectie met behulp van een 280 nm LED om E. coli en B. subtilis te inactiveren met twee verschillende glas (soda lime en kwarts) geleide lampen om de desinfectie-efficiëntie te verhogen. Bijna al het uitgestraalde licht werd naar de monsters geleid als gevolg van totale reflectie. De snelheid en efficiëntie van desinfectie van B. subtilis en E. coli werden verbeterd door deze licht-geleide methode.

E. coli inactivatie werd getest met betrekking tot belichtingstijd en LED fluence tussen batch en doorstroom reactoren bij piek emissie van 265, 280, en 310 nm. Combinaties van lichtgolflengten (265/310, 265/280/310, 280/310, en 265/280 nm) werden getest op hun inactiveringsefficiëntie. De tijdsafhankelijke inactiveringsefficiëntie was maximaal met leds van 280 nm, terwijl leds van 265 nm de hoogste fluquentieafhankelijke efficiëntie vertoonden. In het batchsysteem hadden leds van 265 en 280 nm een dosis van 10,8 en 13,8 mJ/cm2 nodig om een reductie van 4 log in E. coli te bereiken. De 310 nm LED vereiste een dosis van 56,9 mJ/cm2 voor slechts 0,6 log inactivatie. Lagere inactiveringsefficiëntie en lager uitgangsvermogen werden waargenomen met gecombineerde emissies bij 265/280, 265/310, 280/310, en 265/280/310 nm in een doorstroomreactor. De 265 nm LED behandelingsefficiëntie in waterdesinfectie was ook tijdsafhankelijk. De resultaten gaven aan dat de troebelheid van het monster van invloed was op de bacteriële inactivering, en dat een betere efficiëntie werd bereikt in minder troebele watermonsters. Deze resultaten suggereren dat ophoping van deeltjes in vloeistoffen micro-organismen kan beschermen tegen blootstelling aan UV-licht.

Hamamoto et al. desinfecteerden water met UV-A LED’s (365 nm) en een lage druk UV-C lamp (254 nm). De inactivering van Staphylococcus aureus, Vibrio parahaemolyticus, enteropathogene E. coli, en E. coli DH5α was groter dan 3 log CFU/ml na 80 min van hoge energie UV-A LED behandeling. Deze waarneming werd ondersteund in een studie van Mori et al. , waarin een 365 nm (UV-A) LED antimicrobiële effecten vertoonde tegen E. coli DH5α, Enteropathogene E. coli, Vibrio parahaemolyticus, Staphylococcus aureus, en Salmonella Enteritidis. Vilhunen et al. onderzochten het effect van 269 en 276 nm op de inactivering van E. coli in twee fotolytische batchreactoren met verschillende golflengten en verschillende testmedia, waaronder ultrapuur water, voedingsstof en water, en voedingsstof en water met humuszuren. De LED’s waren efficiënt voor de vernietiging van E. coli, zelfs bij een laag optisch vermogen. De studie toonde aan dat de LED golflengten effectief waren voor E. coli inactivatie, maar het testmedium had niet veel invloed op de inactivatie.

Verschillende studies hebben aangetoond dat UV LED conventionele behandelingsmethoden voor waterdesinfectie kan vervangen en dat het voordelen biedt die afwezig zijn in conventionele behandelingen. Het meest bestudeerde UV-spectrumgebied voor waterdesinfectie ligt tussen 200 en 300 nm, waarbij een golflengte van 265 nm de meest gebruikte golflengte is en E. coli het meest bestudeerde micro-organisme. Waterontsmetting met één enkele golflengte werd vergeleken met waterontsmetting met een combinatie van twee golflengten. De gegevens waren echter niet consistent, zodat er geen conclusie kon worden getrokken. Het feit dat verschillende micro-organismen verschillend reageren op lichtenergie van dezelfde golflengte kan worden toegeschreven aan de UV-lichtbron, de fluentiefrequentie, de UV-dosis en de blootstellingstijd. Er moet een standaardwerkmethode worden ontwikkeld om de dosering te bepalen die nodig is voor microbiële inactivering in water , en om het mechanisme van LED-microbiële inactivering te bepalen.