Diody elektroluminescencyjne zostały zastosowane do dezynfekcji powietrza, uzdatniania wody, odkażania powierzchni i utwardzania. Światło o długości fali w zakresie 200-280 nm (UV-C), 280-320 nm (UV-B), 320-400 nm (UV-A i bliskie UV-visible, NUV-Vis), i 400-470 nm (światło niebieskie) było badane w celu zrozumienia ich skuteczności przeciwbakteryjnej. Dłuższe fale, tj. podczerwone i czerwone (630-1000 nm) są wykorzystywane w takich zastosowaniach jak fototerapia, barwienie i utwardzanie powłok oraz utwardzanie tuszu. Skuteczność antybakteryjna energii świetlnej emitowanej przez lampy, szczególnie w zakresie UV-C, została dobrze udokumentowana. Większość badań nad diodami LED koncentruje się na zastosowaniu diod LED UV-C do dezynfekcji wody. Jednak zastosowanie diod LED emitujących światło o długości fali 365 nm, 395 nm i 455 nm pojawia się w przetwórstwie żywności i uzdatnianiu wody.

Uzdatnianie żywności stałej za pomocą diod LED

Skuteczność uzdatniania żywności stałej za pomocą diod LED zależy od rodzaju i charakteru produktów spożywczych i składników, aktywności wody (aw) i morfologii powierzchni żywności. Istotne są również takie parametry jak długość fali świetlnej, czas trwania obróbki, dawka, temperatura oświetlenia, wilgotność względna oraz parametry mikrobiologiczne. Gotowe do spożycia świeże owoce cięte cieszą się dużym popytem rynkowym. Produkty te są przechowywane w lodówkach, ale są one podatne na działanie odpornych mikroorganizmów, chociaż ich wzrost jest ograniczony w niskich temperaturach. Diody LED wykazały obiecującą skuteczność antybakteryjną w takich produktach, chociaż na ich skuteczność antybakteryjną wpływa wiele parametrów produktu i procesu, w tym rodzaj produktu, skład, temperatura obróbki i warunki środowiskowe. Diody LED emitujące światło o długości fali 405 nm spowodowały redukcję 1-1,2 log CFU/cm2 (jednostek tworzących kolonie na cm2) w świeżo ściętej papai zaszczepionej Salmonellą. Papaja była poddawana działaniu całkowitej dawki 1,7 kJ/cm2 w ustalonej temperaturze 4 °C przez 48 h. Skuteczność antybakteryjna diod LED 405 nm została potwierdzona w innym badaniu przeprowadzonym na świeżo pokrojonym mango przez Kim et al. , gdzie liczba komórek w koktajlu trzech szczepów E. coli O157:H7, trzech serotypów L. monocytogenes i pięciu serotypów Salmonella spp. została zredukowana do mniej niż 1.6 log CFU/cm2 przy całkowitej dawce 2,6-3,5 kJ/cm2 przez 36-48 h. E. coli O157:H7 i Salmonella w hodowli koktajlowej zostały zredukowane poniżej granicy wykrywalności po 36 h obróbki w 4 °C i w 10 °C, co wskazuje, że skuteczność antybakteryjna LED zależy od rodzaju bakterii. Badano również efekty sterylizacji świeżo krojonych owoców za pomocą światła widzialnego LED. Ghate i wsp. badali antybakteryjne działanie diody LED o długości fali 460 nm przy różnych temperaturach i natężeniu oświetlenia na świeżo krojonych ananasach zainfekowanych koktajlem S. enterica. Maksymalną redukcję o 1.72 log CFU/g osiągnięto przy natężeniu promieniowania 92 mW/cm2 w temperaturze oświetlenia 16 °C. Zmiana natężenia promieniowania miała nieistotny wpływ na inaktywację. Wysokie dawki energii stosowane przez długi czas przy niewielkiej redukcji patogenów docelowych mogą ograniczyć praktyczne zastosowania obróbki LED, chyba że poprawi się skuteczność przeciwdrobnoustrojowa.

Świeże owoce morza, takie jak mięczaki i kraby, są bogatym źródłem białka i innych składników odżywczych i są podatne na skażenie mikrobiologiczne z wielu źródeł, zarówno ze względu na zanieczyszczenie, jak i źródła przed lub po przetworzeniu. Diody LED, nowa nietermiczna technologia antybakteryjna, zostały przetestowane na zanieczyszczonych owocach morza. W badaniu przeprowadzonym przez Josewin et al. badano skuteczność niebieskiej diody LED (460 nm) z fotouczulaczem ryboflawiny na wędzonym łososiu zaszczepionym koktajlem 4 szczepów L. monocytogenes. Synergiczne działanie diody LED (15 mW/cm2) i ryboflawiny (100 μM) spowodowało redukcję o 1,2 i 1,1 log CFU/cm2 w temperaturach otoczenia odpowiednio 4 °C i 12 °C. Poddanie owoców morza działaniu diody LED może spowodować, że będą one podatne na późniejsze zakwaszenie. Stwierdzono to w badaniu gotowego do spożycia łososia zaszczepionego koktajlem z L. monocytogenes i Salmonella spp. Poddanie działaniu diody LED 405 nm przez 8 godzin z całkowitą dawką 460,8 J/cm2 spowodowało zmniejszenie liczby komórek L. monocytogenes o 0,4 i 0,3 log CFU/cm2 oraz Salmonella spp. o 0,5 log w temperaturze 4 °C i 12 °C. Chociaż inaktywacja była niska, obie bakterie miały zmniejszoną wartość D (czas wymagany do zredukowania 90% populacji w symulowanym płynie żołądkowym) w porównaniu do nietraktowanych próbek, a próbki poddane działaniu preparatu były bardziej wrażliwe na symulowany płyn żołądkowy. Jednak efekt ten różnił się dla obu szczepów, ponieważ Salmonella spp. (gram-ujemne) wykazały większą podatność niż L. monocytogenes (gram-dodatnie), co wskazuje, że obróbka inaktywowała bakterie gram-dodatnie i gram-ujemne w różny sposób .

Z powodu wysokiej zawartości wody, gotowe do spożycia produkty mięsne są bardzo podatne na skażenie patogenami przenoszonymi przez żywność. Ponieważ gotowanie mięsa zabija patogeny, ale również obniża jego wartość odżywczą, wyzwaniem jest wybór optymalnego czasu i temperatury gotowania. Kim i wsp. zmierzyli wpływ na S. Enteritidis zaszczepiony na gotowanym mięsie za pomocą impulsowej diody LED emitującej światło o długości fali 405 nm. Całkowita dawka 3,8 kJ/cm2 w temperaturze 4°C spowodowała redukcję o 0,8-0,9 log CFU/cm2. Podobny eksperyment przeprowadzony w temperaturze pokojowej spowodował mniejszą redukcję S. Enteritidis. Systemy LED mogą być zaprojektowane do ciągłego lub impulsowego leczenia, zgodnie z wymaganiami celu, ale skuteczność leczenia może się różnić w zależności od projektu. Ten aspekt został opisany w ostatnich badaniach przeprowadzonych na białych pieczarkach i komercyjnych, gotowych do spożycia kiełbasach. Pulsacyjna obróbka UV-C LED o częstotliwości 20 Hz i współczynniku mocy 50% wykazała lepszą skuteczność antybakteryjną niż ciągła obróbka UV-C LED w stosunku do koktajli zawierających E. coli O157:H7, S. Typhimurium i L. monocytogenes. Ciągła obróbka spowodowała redukcję o 2, 1.5 i 2 log, podczas gdy pulsacyjna dioda LED w dawce 5 J/cm2 spowodowała redukcję o 3, 4 i 4 log odpowiednio E. coli, Salmonella i Listeria w kiełbasie gotowej do spożycia. W białych pieczarkach ciągłe naświetlanie spowodowało redukcję o 2, 1, i 1 log, a pulsacyjne LED spowodowało redukcję o 2, 1.5, i 1.8 log, odpowiednio w E. coli, Salmonella i Listeria. Diody LED emitujące światło w spektrum widzialnym wymagają dalszej oceny.

W Ameryce Północnej odnotowano wiele przypadków zachorowań spowodowanych zanieczyszczeniem bakteryjnym sera. Obecność wysokiej wilgotności w produktach serowych sprzyja wzrostowi i przetrwaniu patogenów przenoszonych przez żywność. Pulsacyjna obróbka LED może potencjalnie odkazić te produkty. W ostatnim badaniu przeprowadzonym na plasterkach sera camembert, dioda UVC LED emitująca światło o długości fali 266 nm spowodowała redukcję liczby log odpowiednio o 4,88, 4,72 i 3,52 w serze camembert zawierającym koktajle E. coli O157:H7, S. Typhimurium i L. monocytogenes. Również obróbka UVC LED o wyższej długości fali (266-279 nm) wykazała redukcję o 4-5 log w E. coli O157:H7 i Salmonella spp, podczas gdy 3-4 log redukcja Listeria spp. w plasterkach sera camembert została osiągnięta przy obróbce 3 mJ/cm2 .

Zanieczyszczenie żywności o niskiej aktywności wody (aw), takiej jak suche orzechy, zboża i karma dla zwierząt domowych (aw < 0,85) jest globalnym problemem, ponieważ rozwijające się mikroorganizmy ostatecznie rozwijają odporność na wysiłki związane z odkażaniem. Patogeny przenoszone przez żywność mogą przetrwać przez długi czas w stanie uśpienia i uaktywnić się po kontakcie ze sprzyjającym środowiskiem. Przeprowadzono ograniczone badania nad skutecznością antybakteryjną obróbki LED w żywności o niskiej aw, ale przeprowadzone badania wykazały obiecujące wyniki. Lacombe i wsp. poddali migdały łuskane działaniu diody LED o długości fali 405 nm i uzyskali maksymalną redukcję o 2,44, 0,96, 1,86 i 0,7 log CFU/g odpowiednio dla E. coli O157:H7, S. Typhimurium, E. coli K12 i S. Enteritidis. Konieczne jest prowadzenie dalszych badań w celu poprawy skuteczności przeciwdrobnoustrojowej obróbki żywności o niskiej aktywności wody z użyciem diod LED o różnych długościach fali (275, 365, 395 i 455 nm). Wyniki obróbki LED żywności w postaci stałej przedstawiono w tabeli 2.

Charakterystyki powierzchniowe żywności wpływają na skuteczność inaktywacji w obróbce LED. Zmienne efekty UV-C LED na białych pieczarkach i kiełbasach były prawdopodobnie spowodowane ograniczoną penetracją światła do matrycy żywności. Nie jest jednak jasne, dlaczego eliminacja bakterii gram-dodatnich wymagała wyższej dawki LED niż eliminacja bakterii gram-ujemnych. Inaktywacja bakterii poprawiała się również wraz ze wzrostem współczynnika mocy. W zakresie widzialnym, dioda LED o długości fali 461 nm zapewniała lepszą skuteczność inaktywacji bakterii niż diody LED o długości fali 521 nm i 642 nm. Temperatura oświetlenia w leczeniu wpłynęła na skuteczność diody LED w oparciu o i długość fali diody LED stosowanej w leczeniu.

LED Treatment of Liquid Foods

Płynne środki spożywcze, takie jak napoje, są podatne na zanieczyszczenia patogeniczne ze względu na ich wysoki aw i skład węglowodanów. Powszechnie, chemiczne środki konserwujące są dodawane do płynnej żywności, aby przedłużyć ich trwałość i zmniejszyć wzrost mikroorganizmów. Jednak ze względu na rosnący popyt na żywność bez dodatków i rosnące obawy konsumentów dotyczące bezpiecznych składników żywności, w przypadku płynnej żywności szeroko badane są metody obróbki, takie jak promieniowanie ultrafioletowe jako fizyczny środek do redukcji patogenów. Badano efekty dezynfekcji za pomocą promieniowania ultrafioletowego o szerokim zakresie długości fal pochodzących z różnych źródeł (np. lampy rtęciowe, lampy ekscymerowe, lampy mikrofalowe) w odniesieniu do płynnej żywności, takiej jak cydr jabłkowy, soki, piwo i mleko. Badania obejmowały powszechne patogeny przenoszone przez żywność, takie jak E. coli, C. parvum oocyst, S. cerevisiae, L. innocua, drożdże i pleśnie. Diody LED mogą emitować światło w szerokim zakresie długości fali, w tym widzialne, UVA, UVB i UVC, dlatego ich aktywność przeciwdrobnoustrojowa została zastosowana na kilku płynnych produktach spożywczych.

Badania efektów przeciwdrobnoustrojowych w płynnych produktach spożywczych leczenia LED koncentrowały się głównie na soku jabłkowym, soku pomarańczowym i mleku. W porównaniu do wody, płynna żywność jest złożonym systemem zawierającym pigmenty, włókna i nierozpuszczalne cząstki, a zmętnienie i kolor płynnej żywności może wpływać na skuteczność antybakteryjną zabiegów LED. Lian et al. użyli UVA-LED do oceny aktywności dezynfekcyjnej zarówno w kolorowych roztworach jak i w soku pomarańczowym zaszczepionym E. coli DH5α. Różne barwniki spożywcze, karotenoidy, flawonoid carthamus yellow, oraz mieszane barwniki spożywcze melon color-L i winogron color RCG zostały przygotowane w różnych stężeniach od 0.001 do 0.1% z E. coli DH5α, a światło UVA-LED o mocy 126 J/cm2 zostało użyte do obróbki roztworów. Taka ilość zużytej energii była ogromna, jednak technicznie możliwa do uzyskania, szczególnie przy użyciu diod LED o długości fali 365, 395 i 455 nm. Autorzy zastosowali diody LED UV-A o natężeniu 70 mW/cm2 przez 30 min. Istnieje wiele badań, w których wykazano ogromne dawki energii impulsów światła UV-A i niebieskiego emitowanego przez diody LED, wykorzystywanych do inaktywacji drobnoustrojów w różnych stałych/płynnych matrycach żywnościowych. Jednakże, jak wspomniano w tej i poprzednich sekcjach, zgłoszone dawki energii diod LED UV-C były znacznie niższe w porównaniu z innymi długościami fal. Niższą aktywność przeciwdrobnoustrojową po obróbce LED uzyskano przy wyższych stężeniach barwionych roztworów, a redukcje log w liczbie komórek w różnych barwionych roztworach były zróżnicowane. Maksymalną redukcję log o 1,75 log CFU/ml uzyskano w roztworze 0,001% β-karotenu, co było nadal znacznie niższe niż redukcja o 2,5 log w kontrolnym roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS). Podobne wyniki uzyskano w soku pomarańczowym, w którym redukcja log była znacznie niższa niż w przezroczystym roztworze kontrolnym po obróbce. Pigmenty i inne cząsteczki zawieszone w płynnej żywności mogą odbijać i rozpraszać światło, zmniejszając skuteczność eliminacji bakterii przez diody LED. Ponieważ reaktywne formy tlenu (ROS) indukowane przez światło ultrafioletowe A (UVA, 320-400 nm) są kluczowe dla efektu bakteriobójczego, aktywność przeciwutleniająca barwników spożywczych, takich jak karotenoidy w płynnej żywności może być zmniejszona, co prowadzi do utleniania i zmiany jakości.

Diody LED emitujące niebieskie światło (400 nm-480 nm) zostały przetestowane pod kątem ich zdolności do niszczenia patogenów w soku pomarańczowym i mleku. W pasteryzowanym soku pomarańczowym zaszczepionym koktajlem Salmonella i poddanym działaniu diody LED o długości fali 460 nm przy różnych kombinacjach natężenia promieniowania i temperatury zaobserwowano redukcję Salmonelli o 2 do 5 log. Warunki, które spowodowały największą inaktywację Salmonella to 92 mW/cm2 z bardzo długim czasem obróbki 13,6 h przy ogromnej dawce energii 4500 J/cm2 w 12 °C. Autorzy utrzymywali natężenie promieniowania na poziomie 92, 147,7 i 254,7 mW/cm2 poprzez regulację odległości próbki od diody LED 460 nm i stosowali całkowitą dawkę 4500 J/cm2 do obróbki, regulując czas obróbki odpowiednio do 13,6, 8,46 i 4,91 h. Długi czas obróbki i ogromna energia zużywana na produkty podczas obróbki LED muszą być uzasadnione, jeśli ta technologia wykorzystująca impulsy światła UV-A i niebieskiego powinna być rozwijana do komercyjnej dezynfekcji produktów spożywczych. Jednym z podejść byłoby zbadanie możliwości wykorzystania tej technologii do innych zastosowań (np. ogrzewania lub suszenia, ponieważ ogromna ilość energii zużywana jest na ogrzewanie i usuwanie wody z produktów) wraz z jednoczesną inaktywacją drobnoustrojów.

Srimagal et al. porównywali inaktywację E. coli w mleku przy użyciu niebieskich diod LED o długości fali 405, 433, i 460 nm w temperaturach 5, 10, i 15 °C i czasach obróbki od 0 do 90 min. Inaktywacja mikroorganizmów była najwyższa w podwyższonej temperaturze i przy niższej długości fali, z maksymalną redukcją E. coli O157:H7 o 5,27 log CFU/ml po 60 minutach naświetlania przy 405 nm. Dioda LED 460 nm spowodowała redukcję o 2 do 5 log, z silniejszym efektem inaktywacji bakterii w wyższych temperaturach, podobnie do wyników przedstawionych w Ghate i wsp. W obu tych badaniach zauważono znaczące zmiany w kolorach produktów spożywczych (sok pomarańczowy i mleko) po ekspozycji na niebieskie diody LED, co sugeruje, że niebieskie diody LED zmieniły jakość płynnej żywności. Światło LED w zakresie niebieskim obniża aktywność bakterii głównie poprzez inaktywację fotodynamiczną (PDI) mikroorganizmów. Fotony wytwarzane przez diody LED mogą być absorbowane przez endogenne fotouczulacze (np. porfiryny, cytochromy, flawiny) i NADH w bakteriach, które są uczulane po naświetleniu, jak opisano w rozdziale „Podstawy LED”. Srimagal i wsp. podali optymalne warunki (405 nm, 13,8 °C, przez 37,83 min), w których poddane obróbce mleko było pasteryzowane bez zmian właściwości fizykochemicznych w porównaniu z mlekiem nie poddanym obróbce. Ponadto, po schłodzeniu, okres przydatności do spożycia mleka poddanego obróbce znacznie się wydłużył i był prawie dwukrotnie dłuższy niż mleka nie poddanego obróbce.

W ostatnim badaniu opublikowanym przez Akgün i Ünlütürk zbadano inaktywację E. coli K12 przez UVC-LED przy 254 (0,3 mW/cm2) i 280 nm (0,3 mW/cm2), oraz UVC-LED sprzężone z 365 (0,8 mW/cm2) i 405 nm (0,4 mW/cm2) (UVA-LED) zarówno w mętnym jak i klarownym soku jabłkowym. Kombinacje długości fal emisji obejmowały 280 nm/365 nm, 280 nm/405 nm, 254 nm/365 nm, 254 nm/405 nm i 254 nm/280 nm/365 nm/405 nm. Najwyższą aktywność przeciwdrobnoustrojową uzyskano, gdy mętny sok jabłkowy poddano działaniu samej długości fali 280 nm i kombinacji 280 nm/365 nm, z redukcją log odpowiednio o 2,0 ± 0,1 i 2,0 ± 0,4 log CFU/mL, po poddaniu działaniu diody LED przez 40 min. Znacznie większą inaktywację zaobserwowano w klarownym soku jabłkowym niż w mętnym. Największą redukcję log uzyskano przy 4,4 log CFU/mL w klarownym soku jabłkowym traktowanym wyłącznie światłem o długości fali 280 nm (771,6 mJ/cm2, 40 min). Hybrydowy system traktowany diodami UV-LED o długości fali 280 i 365 nm spowodował redukcję log o 3,9 ± 0,2 log CFU/mL, podobnie jak w przypadku traktowania 280 nm mętnego soku jabłkowego w tym samym czasie (40 min). Wykazano również, że te hybrydowe diody LED wykazały lepsze efekty inaktywacji oksydazy polifenolowej. Pomimo, że stan pełnej pasteryzacji (~ 5 log redukcji) nie mógł być osiągnięty w soku jabłkowym przez połączenie UVA i UVC LED, to badanie sugeruje, że UVA i UVC LED mają synergiczny potencjał do dezynfekcji, z możliwością zachowania kolorów żywności. Dodatkowy efekt dezynfekcji może być uzyskany poprzez zwiększenie dawki UVA i UVC LED. Wyższa wydajność kombinacji diod LED UV i ich niskie zużycie energii czynią je bardziej korzystnymi niż tradycyjne lampy rtęciowe do inaktywacji oksydazy polifenolowej. Badania dotyczące efektu inaktywacji diod LED w układach ciekłych zestawiono w tabeli 3.

Światło niebieskie i UVC w połączeniu z UVA-LED wykazały synergiczne efekty w zakresie inaktywacji bakterii i zachowania jakości żywności. Charakter płynnej żywności (wielkość cząsteczek, mętność i kolor), dawka, czas naświetlania i temperatura powinny być zoptymalizowane podczas przeprowadzania dekontaminacji płynnej żywności za pomocą diod LED. Diody LED w połączeniu z innymi technologiami nietermicznymi lub z łagodną obróbką termiczną powinny być badane w celu poprawy skuteczności dekontaminacji.

Uzdatnianie wody za pomocą diod LED

Bezpieczna woda pitna ma znaczenie globalne, szczególnie w krajach o ograniczonych zasobach. Około 1,2 miliarda ludzi nie ma dostępu do nieskażonej wody pitnej. Miliony ludzi umiera każdego roku z powodu chorób przenoszonych przez wodę . Mikroorganizmy przenoszone przez wodę powodują infekcje jelitowe, takie jak biegunka, dur brzuszny, cholera, czerwonka, ameboza, salmonelloza, szigeloza i zapalenie wątroby typu A. Konwencjonalne metody oczyszczania ścieków wymagają zastosowania chemikaliów i znacznych ilości energii, co czyni je drogimi i niedostępnymi dla wielu społeczeństw. Zaawansowane metody oczyszczania wody w krajach rozwiniętych są również kosztowne i obejmują obróbkę termiczną, dezynfekcję chemiczną (chlorowanie, ozon, dwutlenek chloru, chloraminacja) oraz jony metali (Ag i Cu) w celu zmniejszenia zawartości drobnoustrojów. Poza tym, że są drogie, konwencjonalne metody dezynfekcji wody są często nieskuteczne i nietrwałe. Dlatego wydajne, ekonomiczne i wytrzymałe technologie, które mają minimalny szkodliwy wpływ na środowisko, są nadal badane pod kątem ich zastosowania do dezynfekcji i odkażania wody. Ponad 7000 miejskich systemów dezynfekcji UV zostało zainstalowanych na całym świecie, a małe systemy dezynfekcji są dostępne do użytku domowego. Dezynfekcja wody przy użyciu światła UV ma kilka zalet w porównaniu z konwencjonalnymi metodami dezynfekcji. Światło UV ma skuteczność antybakteryjną, wytwarza minimalne pozostałości i produkty uboczne, ma niski wpływ na środowisko i jest kompatybilne z obecnymi procesami przemysłowymi. W przeciwieństwie do chemicznego uzdatniania wody, uzdatnianie wody promieniami UV nie powoduje powstawania bakterii odpornych na leki. Wady konwencjonalnych źródeł UV obejmują łatwe psucie się i potrzebę ostrożnej utylizacji, ponieważ lampa rtęciowa może zanieczyszczać środowisko.

Song et al. zgłosili inaktywację mikroorganizmów takich jak E. coli i coliphage MS2 w wodzie laboratoryjnej oraz E. coli i bakterii coli w ściekach, przy użyciu ciągłych i pulsacyjnych zabiegów LED 265 nm. Poziomy inaktywacji wszystkich mikroorganizmów były podobne dla ciągłego i pulsacyjnego traktowania LED przy różnych wzorcach impulsów przy równoważnej dawce energii UV. Pulsacyjne zabiegi LED inaktywowały mikroorganizmy tak samo skutecznie jak impulsy wytwarzane przez konwencjonalne lampy ksenonowe, zapewniając wysoką wydajność termiczną do dezynfekcji wody. Inaktywacja bakterii patogennych (Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa) i gatunków zastępczych (Bacillus subtilis, bakteriofag Qβ, E. coli) została opisana przy użyciu diod UV-LED emitujących światło o różnej długości fali (265, 280 i 300 nm) i porównana z inaktywacją bakterii przy użyciu konwencjonalnej niskociśnieniowej lampy UV (LPUV) emitującej światło o długości fali 254 nm. Kinetyka inaktywacji mikroorganizmów została określona matematycznie za pomocą krzywych odpowiedzi energii LED dla różnych długości fali przy użyciu modelu wielocelowego. Profil inaktywacji każdego gatunku wykazywał albo liniową albo sigmoidalną krzywą przeżycia. W przypadku inaktywacji P. aeruginosa, L. pneumophila i mikroorganizmów zastępczych w wodzie, zabiegi z użyciem diod LED były bardziej efektywne niż zabiegi z użyciem LPUV. Dioda LED o długości fali 265 nm wykazywała największą efektywność energetyczną w oparciu o stałą szybkości inaktywacji wszystkich badanych mikroorganizmów z wyjątkiem E. coli. Obróbka 280 nm LED zużywała najmniej energii elektrycznej do uzyskania 3 log redukcji badanych mikroorganizmów (0,15-1,11 kWh/m3) w porównaniu do 265 i 300 nm LED (0,24-17,4 kWh/m3) .

Li i wsp. oceniali inaktywację E. coli z 265 i 280 nm LED, indywidualnie i w kombinacjach 265, 280 (50%) nm i 265, 280 (75%) nm. Badania porównawcze fotoreaktywacji E. coli i naprawy w ciemności przeprowadzono również ilościowo z użyciem diod LED i LPUV. Wyniki wykazały, że kombinacja 265, 280 nm LED nie miała żadnego synergistycznego efektu na inaktywację E. coli. Reaktywacja bakterii poddanych działaniu 265 nm LED była porównywalna z reaktywacją bakterii poddanych działaniu LPUV. E. coli poddane działaniu diody LED 280 nm o mocy 6,9 mJ/cm2 wykazały najniższy procent fotoreaktywacji i naprawy w ciemności. Badanie to wykazało, że w wodzie, dioda LED 280 nm inaktywowała E. coli bardziej efektywnie niż dioda LED 265 nm ze względu na dodatkową moc wyjściową tej pierwszej i jej lepsze hamowanie reaktywacji bakterii. Synergiczna skuteczność przeciwbakteryjna 260 nm i 280 nm LED została oceniona przeciwko E. coli, spory B. pumilus, MS2 coliphage i ludzkiemu adenowirusowi typu 2 (HAdV2), a jej skuteczność została porównana z lampami rtęciowymi przy niskim i średnim ciśnieniu. Dioda LED o długości fali 260 nm była najbardziej odpowiednia do inaktywacji kolifaga MS2, podczas gdy lampa UV o średnim ciśnieniu inaktywowała HAdV2 i B. pumilus bardziej efektywnie niż inne źródła UV. Podobne obserwacje poczyniono w badaniu Sholtes i wsp. , gdzie inaktywację E. coli B, B. atrophaeus i MS2 poddano działaniu diody LED o długości fali 260 nm i niskociśnieniowej lampy UV. Kinetyka inaktywacji E. coli B i MS-2 była podobna w przypadku stosowania LED i LPUV. Dla wszystkich źródeł promieniowania UV, dawki wymagane do redukcji mikroorganizmów o 4 log były wyższe dla B. atrophaeus i MS2 niż dla E. coli B. Chatterley i Linden poddali E. coli w wodzie działaniu diody LED o długości fali 265 nm i konwencjonalnej lampy LPUV. Dioda LED zapewniała wyższą skuteczność przeciwbakteryjną niż lampy LPUV, ale powodowała wyższe koszty dezynfekcji. Gross i wsp. opisali dezynfekcję wody przy użyciu diody LED o długości fali 280 nm w celu inaktywacji E. coli i B. subtilis przy użyciu dwóch różnych rodzajów szkła (sodowo-wapniowego i kwarcowego) w celu zwiększenia efektywności dezynfekcji. Prawie całe promieniowane światło było kierowane do próbek dzięki całkowitemu odbiciu. Szybkość i skuteczność dezynfekcji B. subtilis i E. coli zostały poprawione dzięki tej metodzie światłowodowej.

Inaktywacja E. coli była testowana w odniesieniu do czasu ekspozycji i fluencji LED pomiędzy reaktorami wsadowymi i przepływowymi przy szczytowej emisji 265, 280 i 310 nm. Kombinacje długości fali światła (265/310, 265/280/310, 280/310 i 265/280 nm) były badane pod kątem ich skuteczności inaktywacji. Zależna od czasu skuteczność inaktywacji była maksymalna w przypadku diod LED 280 nm, podczas gdy diody LED 265 nm wykazywały najwyższą skuteczność zależną od fluencji. W systemie wsadowym, diody LED 265 i 280 nm wymagały dawki 10,8 i 13,8 mJ/cm2 do osiągnięcia 4 log redukcji E. coli. Dioda 310 nm wymagała dawki 56,9 mJ/cm2 dla uzyskania zaledwie 0,6 log inaktywacji. Niższą skuteczność inaktywacji i zmniejszoną moc wyjściową zaobserwowano w przypadku połączonych emisji przy 265/280, 265/310, 280/310 i 265/280/310 nm w reaktorze przepływowym. Efektywność oczyszczania przy użyciu diody LED 265 nm w dezynfekcji wody była również zależna od czasu. Wyniki wskazały, że mętność próbki wpłynęła na inaktywację bakterii, a lepszą wydajność osiągnięto w mniej mętnych próbkach wody. Wyniki te sugerują, że akumulacja cząsteczek w cieczach może chronić mikroorganizmy przed ekspozycją na światło UV.

Hamamoto i wsp. dezynfekowali wodę za pomocą diod LED UV-A (365 nm) i niskociśnieniowej lampy UV-C (254 nm). Inaktywacja Staphylococcus aureus, Vibrio parahaemolyticus, enteropatogennych E. coli i E. coli DH5α była większa niż 3 log CFU/ml po 80 min. traktowania LED UV-A o wysokiej energii. Obserwacja ta została potwierdzona w badaniu przeprowadzonym przez Mori et al. , w którym dioda LED 365 nm (UV-A) wykazała działanie przeciwbakteryjne wobec E. coli DH5α, enteropatogennej E. coli, Vibrio parahaemolyticus, Staphylococcus aureus i Salmonella Enteritidis. Vilhunen i wsp. obserwowali wpływ 269 i 276 nm na inaktywację E. coli w dwóch fotolitycznych reaktorach porcjowych różniących się długością emitowanej fali z różnymi podłożami testowymi, w tym wodą ultraczystą, pożywką i wodą oraz pożywką i wodą z kwasami humusowymi. Diody LED były skuteczne w niszczeniu E. coli nawet przy niskiej mocy optycznej. Badanie wykazało, że długości fal LED były skuteczne dla inaktywacji E. coli, ale pożywka testowa nie miała dużego wpływu na inaktywację.

Wiele badań wykazało, że UV LED może zastąpić konwencjonalne metody leczenia dezynfekcji wody i że zapewnia korzyści nieobecne w konwencjonalnych metodach leczenia. Najbardziej badany region widma UV do dezynfekcji wody jest pomiędzy 200 a 300 nm, z długością fali 265 nm najczęściej używaną długością fali i E. coli najczęściej badanym mikroorganizmem. Dezynfekcja wody przy użyciu jednej długości fali była porównywana z dezynfekcją wody przy użyciu kombinacji dwóch długości fal. Jednak dane nie były spójne, więc nie wyciągnięto żadnych wniosków. Fakt, że różne mikroorganizmy różnie reagują na energię świetlną o tej samej długości fali może być przypisany źródłu światła UV, fluencji, dawce UV i czasowi ekspozycji. Istnieje potrzeba opracowania standardowej metody operacyjnej w celu określenia dawki wymaganej do inaktywacji mikroorganizmów w wodzie oraz określenia mechanizmu inaktywacji mikroorganizmów przez diody LED.

.