润滑剂粘度调控的液体注入表面在液态食品防粘包装中的流动特性与耐久性研究

《Journal of Food Engineering》：Liquid food mobility on anti-biofouling liquid infused surfaces

本文系统研究了不同粘度润滑剂（5/20/100 cSt）对液体注入表面（LIS）在牛顿流体（蜂蜜）和剪切稀化流体（冷咖啡/芒果汁/番茄酱/酸奶）中液滴运动速度的影响。通过飞秒激光制备的二维柱状结构（含LIPSS）显著提升了表面耐久性，实验表明高粘度润滑剂可降低剪切稀化流体速度10倍，且在25次浸泡循环后仍保持最佳防残留性能。该研究为食品包装行业LIS的稳健设计提供了关键参数依据。

　　

^??章节亮点^??

^??纹理表面制备^??

本研究采用飞秒激光表面纹理化技术（LST），在X6Cr17铁素体不锈钢板（50 mm × 25 mm × 0.8 mm）上构建了二维柱状结构。试样经2000目砂纸抛光后表面粗糙度为40-90 nm，图1[a]展示了LASEA LS5激光工作系统及其光束传输装置。关键激光参数包括...

^??形貌分析^??

通过电子显微镜和光学显微镜对二维柱状结构进行形貌分析（图3）。电镜结果显示飞秒激光超短脉冲形成了带有均匀间距波纹的规则柱体，光学显微镜图像（图3b-c）清晰呈现了X/Y方向的二维柱状阵列，柱体高度约为6 μm。

^??LIS耐久性^??

通过液滴流和体相流实验评估LIS耐久性：液滴流以液滴钉扎前的脱落次数为指标；体相流将LIS浸入250 ml液态食品中循环25次，通过表面残留物评估耐久表现。

^??LIS防生物污染性能^??

选用与食源性疾病密切相关的大肠杆菌（E. coli）评估防生物污染性能——该菌易污染苹果汁、乳制品（如冷咖啡、酸奶）及芒果汁。荧光图像（图9）清晰展示了不同表面细菌黏附的对比情况。

^??讨论^??

液态食品在包装表面的粘附问题亟待解决。当前食品包装多采用塑料（如PET/PP/PS）或金属（铝/不锈钢）材料，本研究创新的单步飞秒激光加工技术为金属基LIS的应用开辟了新路径。

^??结论^??

本研究揭示了不同流变特性液态食品在LIS上的运动规律：飞秒激光构建的二维柱状结构（含LIPSS）经5/20/100 cSt硅油注入后形成压力稳定的LIS。剪切稀化流体速度随润滑剂粘度增加而降低10倍，而牛顿流体（蜂蜜）速度仅轻微增加。耐久性测试表明高粘度润滑剂在25次浸泡循环后仍保持最佳防残留性能，同时LIS对大肠杆菌展现出显著抗粘附能力。