近年来，油凝胶作为一种能够替代传统固体脂肪，减少心血管疾病风险的新兴可食用材料而被广泛研究，油凝胶的多种间接制备手段也被提出，以应对传统制备方法存在的缺陷。其中，气凝胶模板法与静电纺丝技术的结合已被证实能够制备出多种具有良好物化性能、吸油表现的气凝胶模板，可用于制备高性能油凝胶。然而在这些体系中，尚不清楚电纺纤维气凝胶骨架的微观结构如何影响油凝胶性能；吸油行为作为气凝胶模板化油凝胶最关键的制备过程，也尚未得到充分研究。因此，有必要深入探究“电纺纳米纤维-纳米纤维气凝胶-气凝胶模板化油凝胶”之间的构效关系，并围绕模板吸油行为开展多维度分析。

近日，浙江大学张辉教授团队在期刊《Carbohydrate Polymers》上，发表了最新研究成果“A novel strategy for preparing pullulan electrospun short nanofiber aerogel-templated oleogels with regulatability, compressibility and multi-functionality via rapid oil adsorption”。研究者以普鲁兰多糖为原料制备可食用的静电纺丝纳米纤维气凝胶用于快速吸油构建油凝胶，并通过调控纺丝溶液浓度探究纳米纤维尺度对吸油模板和模板化油凝胶性能的影响，为电纺纤维气凝胶模板化油凝胶材料的微观性能调控提供了有效方法。

首先通过静电纺丝获得普鲁兰多糖纳米纤维膜，然后将其与液态叔丁醇混合并均质得到纤维分散相，再通过真空冷冻干燥获得纳米纤维气凝胶模板，模板可根据模具制成多种形状，最后通过快速吸油即可获得油凝胶（图1）。红外光谱和热重分析表明普鲁兰多糖电纺纤维膜转变为纤维气凝胶的过程不涉及成分变化或化学反应，且气凝胶具备一定的隔热特性。

图1：纳米纤维分散相、纳米纤维气凝胶的外观及不同形状的纳米纤维气凝胶吸油构建油凝胶

如图2所示，通过调节用于电纺的普鲁兰多糖醋酸水溶液的浓度（8%、16%、24%， w/v）获得了不同纤维尺度的电纺纳米纤维，平均纤维直径分别为71.7、290.8和1261.7 nm。转化为气凝胶模板后，不同样品的微观结构均呈现出疏松纤维形貌，纤维形成了类似孔道的大空隙，纤维之间存在小空隙。气凝胶模板具有较高的孔隙率，分散相中更高的纤维含量会导致模板的孔隙率有一定程度的下降。

图2：电纺纤维膜和纤维气凝胶的微观形貌、平均纤维直径和孔隙率。

通过拉伸测试表征不同纤维尺度纳米纤维膜的机械性能，发现纤维直径越大，纤维膜的弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率越大；而在气凝胶模板的压缩测试中，降低纤维直径或提高纤维含量，有助于提高模板的弹性模量、屈服强度和抗压强度（图3）。同时，纳米纤维气凝胶具有独特的回弹特性，在100次的循环压缩中，相对更粗的纤维对应更高的回弹恢复能力，对疲劳测试曲线进行的线性拟合分析同步验证了该结果。

图3：普鲁兰多糖电纺纤维气凝胶模板的机械性能、回弹特性和疲劳测试。

如图4所示，普鲁兰多糖电纺纤维气凝胶最快可在1 min内吸油至饱和，形成模板化油凝胶。电纺纤维的平均直径越小，模板的吸油能力越高，最高可达69.05 g/g，这在现有生物高分子气凝胶模板体系中是较为突出的性能，揭示其为良好的低密度、高吸油量的吸油模板。另一方面，更大的平均纤维直径对应模板更强的持油能力和吸油时间。使用同一模板吸附不同类型的植物油，发现相较于密度，油的粘度显著影响模板的吸油效率，而吸油效率可从改变环境温度、油的粘度、模板形状及人为控制吸油过程等多角度进行优化。基于上述吸油行为，明确了毛细作用为模板快速吸油过程的关键驱动。

图4：纤维气凝胶模板的快速吸油、吸油持油能力、吸油机制等多维度分析。

通过扫描电镜观察模板化油凝胶的微观结构，确认了纤维网络骨架的形态和平均纤维直径与吸油前保持一致。如图5所示，通过冷冻扫描电镜观察到电纺纤维气凝胶模板化油凝胶中物质的分散状态为光滑表面包含纳米纤维，与常规油凝胶不同。流变学分析表明油凝胶为非牛顿流体，损耗正切角均小于1，进一步证实其内部胶状结构，且纤维含量越高，样品的表观粘度越大，形成的凝胶结构越强。体外消化实验表明油凝胶具有更平缓的游离脂肪酸释放，而负载姜黄素后油凝胶可实现活性物质的缓释效果，基于Ritger-Peppas模型的拟合分析进一步表明姜黄素的扩散行为符合菲克扩散。本研究为电纺纤维气凝胶模板化油凝胶的性能调控和吸油行为解析提供了方法参考。

图5：普鲁兰多糖电纺纤维气凝胶模板化油凝胶的冷冻电镜图。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861726000135

人物简介：

张辉，浙江大学食品科学与营养系副主任，国家神农青年英才，教授，博士生导师，主要从事粮油食品与功能健康领域的研究工作。2004年6月获吉林大学食品科学与工程专业学士学位，2009年6月获浙江大学食品科学专业博士学位。受德国政府DAAD学术交流中心的资助，2010年10月至2012年8月赴德国University of Hohenheim从事博士后工作。受中国国家留学基金委的资助，2014年8月至2015年8月赴美国University of California Davis作为访问学者开展合作研究。目前担任International Journal of Biological Macromolecules期刊副主编，Food Packaging and Shelf Life期刊编委、美国油脂化学家协会(AOCS)中国分会理事、中国粮油学会理事、中国生物发酵产业协会生物资源提取分会理事、中国健康管理协会膳食营养健康分会理事、浙江省食品添加剂和配料行业协会专家委员会委员等学术兼职。承担了国家自然科学基金、国家重点研发计划、浙江省自然科学基金杰青项目、浙江省重点研发计划等国家级省部级项目，在Advanced Science、Chemical Engineering Journal、Small等期刊发表论文150余篇，授权发明专利20余项，与中粮、益海嘉里等世界500强企业开展合作研究。作为第一完成人，完成的“山茶油提质增效关键技术创新与高值化应用”获2021年浙江省科技进步二等奖。

李家汶，浙江大学食品科学博士，目前为湘湖实验室-浙江大学联合招收企业博士后，主要研究方向为植物油高值化加工利用技术、食用油凝胶的制备与应用研究，以第一作者在Chemical Engineering Journal、Carbohydrate Polymers、Food Hydrocolloids等期刊发表SCI论文10篇。