益生菌功能性家紡面料的開發研究

陳 鳳，葛 玲，劉金抗，袁 燕

（紫羅蘭家紡科技股份有限公司，江蘇 南通 226300）

隨著生活水平不斷提高，人們更加注意居住環境，對衛生、保健方面也日益重視，抗菌防螨紡織品也越來越受人們關注。國內外傳統的抗菌防螨紡織品一般通過浸軋、浸漬后整理工藝將功能整理劑整理到織物上，常用的抗菌整理劑有納米銀、季銨鹽、光觸媒、殼聚糖等，常用的防螨整理劑多為脫氧醋酸類、芳香族羧酸酯類、有機磷系等。運用抗菌防螨整理劑不僅可以殺死細菌和螨蟲，還可能會破壞人體本身的菌群平衡。另外，紡織品是直接與人體接觸的，所以整理劑的安全性能也尤為重要。

紫羅蘭家紡科技股份有限公司對生態抗菌防螨紡織品進行了大量的研究，發現益生菌可以作為抗菌防螨整理劑應用于紡織產品中，起到抗菌防螨的作用。益生菌本身是一種有益菌，其繁殖速度非常快，當益生菌繁殖到高峰時，產品的耐洗效果就會明顯提高。隨著消費者使用產品時間的延長，抗菌防螨效果更好，實現了抗菌防螨的生態化。

1 益生菌抗菌防螨機理

益生菌通過與體表引起皮膚健康問題的有害菌及螨蟲競爭食物鏈，消除有害菌和螨蟲的生存空間，進而達到抑制有害菌及螨蟲生長的目的；益生菌的代謝會產生有機酸，使皮膚處于弱酸性狀態，包括醋酸、檸檬酸和乳酸，皮膚最佳狀態就是弱酸性狀態，但弱酸性狀態不利于有害菌生長；益生菌在繁殖過程中可以產生具有抗菌作用的物質，如過氧化氫、肽類細菌素，這些物質對致病菌有明顯的抑制作用；益生菌除了能抑制有害菌的生長，還能抑制螨蟲的生長。螨蟲最主要的食物是人的皮脂、皮屑，而這也是益生菌的食物。益生菌通過競爭空間和資源可以有效抑制螨蟲的生長。

2 益生菌功能性家紡產品開發的技術研究

2.1 技術研究路線

本研究開發了一種益生菌功能性家紡面料，采用益生菌作為抗菌防螨整理劑。益生菌作為一種有益菌，本身不耐高溫且存活期較短，受周圍環境影響較大，比較脆弱。因此，運用微膠囊技術解決該技術難題，即先將有益生菌包裹在微膠囊內，使其得以微膠囊化，然后選用優質的樹脂黏合劑依托自主設計的加養設備，以負壓閃爆加養的方式附著在面料上，同時利用微膠囊優良的緩釋性能，通過外力的摩擦、搓揉，使微膠囊的囊壁受到破損，進而將益生菌逐漸釋放出來。采用該技術制成的益生菌抗菌防螨家紡面料不僅具有良好的抗菌性、防螨性和貯藏穩定性，還較好地解決了益生菌不耐高溫、存活期短的問題，增強了抗氧化性能，使益生菌的抗菌防螨效果更持久。技術研究路線如圖1所示。

圖1 益生菌功能性家紡產品技術研究路線

2.2 益生菌微膠囊制備技術

微膠囊化是利用天然或合成的高分子成膜材料，將分散均勻的固體微粒、液體或氣體包覆形成微小固體顆粒的技術。其中，包裹在微膠囊內部的物質被稱為芯材，微膠囊外部的包覆膜被稱為壁材[1]。理想的微膠囊壁材應方便易得、安全衛生，與益生菌有良好的生物相容性、成膜性和穩定性。

采用陶土為壁材，運用真空冷凍干燥法制備益生菌微膠囊。真空冷凍干燥法是通過將益生菌與壁材的混合液凍結，使冰在真空條件下升華，達到干燥的目的，可分為冷凍、升華干燥和解吸干燥3個階段[2]。真空冷凍干燥法是在低溫下進行的，而陶土是一種具有良好可塑性的黏土，具有優異的抗凍融特性，而陶磚可以在﹣45 ℃環境下凍融50次不出現裂痕[3]。因此，可以采用陶土作為制備益生菌微膠囊的壁材，具體方法如下。

2.2.1 益生菌培養

為工業化直投發酵，培養國家認可的益生菌菌種3個屬、11個種，計143株，所收錄的益生菌11個種均為可用于保健食品行業生產的菌種，并且保證菌種的菌株活性。

2.2.2 初步冷凍濃縮活性益生菌

采用0 ℃離心脫水濃縮或者直接在﹣10 ℃冷凍真空環境干燥益生菌原液，控制每克益生菌含量在100億株，加入微膠囊壁材。為了提高益生菌的休眠效果，選用陶土為壁材進行益生菌微膠囊包裹，攪拌均勻，使壁材和菌液均勻混合后，運用凍干粉技術進行冷凍真空干燥，得到完全干燥的凍干料后，再在低溫﹣10 ℃環境下進行氣流粉碎到4 000目，得到益生菌低溫休眠微膠囊。

2.2.3 益生菌休眠

由于益生菌被微膠囊包裹，同時也是陶土包裹，每個微膠囊是一個單獨的隔離體，微膠囊內部環境相對干燥，益生菌處于相對休眠狀態，直至微膠囊外界環境適宜菌種生長，微膠囊內的益生菌才會對外生長擴張，“感染”外界，而微膠囊內部依然儲存活性菌種。

2.3 自主研發的負壓閃爆功能性整理技術

2.3.1 微膠囊的附著劑調和

微膠囊整理劑的配制：采用微膠囊凍干粉和納米黏合材料，按照一定比例常溫混合，具體為向4 kg納米微膠囊凍干粉中加入95 kg含20.00% 50 nm樹脂的納米樹脂液體，混合得到微膠囊質量分數為4.00%的益生菌整理劑。

2.3.2 負壓閃爆后整理

自主研發的負壓閃爆設備在負壓狀態下將紡織品纖維間隙中的氣體抽走，同時通過負壓-常壓瞬間轉換閃爆，使功能性試劑突破液體表面張力，深入纖維間隙，顯著提高功能介質在被處理靶向物質的表面附著均勻度。因此，采用該設備可以將益生菌微膠囊均勻、牢固地壓入織物內部，使其功效持久。

負壓閃爆裝置主要由霧化合成器、活塞式抽真空裝置、開關閥、噴霧頭4個部分組成，通過管道依次連接組成，將開關閥設置于活塞式抽真空裝置和噴霧頭之間，具體操作步驟為：（1）通過負壓噴霧器的活塞式抽真空裝置，使管道內部形成真空環境；（2）將益生菌整理劑、交聯劑與水混合液通過超聲波高頻振蕩，整體霧化為微米級噴霧，此時開關閥呈開啟狀態；（3）開啟電磁閥，艙外空氣通過空氣濾芯進入艙體，2 s內平衡艙體內外壓力，利用內外強大的壓力差所形成的負壓，使功能試劑瞬間充分滲透到織物表面及內部；（4）當產生的益生菌整理劑噴霧質量濃度達到3 g/L且充滿整個管道與噴頭時，將開關閥閉合；（5）由無菌操作人員將坯布平放于織物傳送帶上；（6）利用內外壓力差所形成的負壓及機械外力，將益生菌整理劑噴霧均勻地噴涂在家居用品表面；（7）將噴霧吸附過的家居用品在80 ℃環境下烘干之后，在140 ℃環境下高溫拉幅50 s定形。

采取上述負壓閃爆的新型壓養方式，可顯著提高功能試劑與被處理靶向物質的黏附牢度和表面均勻附著度，消除附著盲點，功能試劑滲透率在90.00%以上，降低功能試劑用量70.00%，提高生產效率。

3 性能研究

對采用以上技術制備得到的益生菌功能性家紡面料進行性能檢測，包括抗菌性能、防螨性能、耐水洗色牢度、抗起毛起球性等性能[4-5]。

根據標準GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》檢測對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率，根據標準GB/T 24253—2009《紡織品 防螨性能的評價》規定的抑制法執行，檢測對粉塵螨的抑螨率。因為益生菌是通過和有害菌生存競爭掠奪食物等生存機會來抑制有害菌的，其抗菌機理和防螨機理有別于傳統整理劑的作用機理，所以將稀釋培養的時間區別于國標，定為8天，給益生菌繁殖的時間。測試結果：對大腸埃希菌的抑菌率達到84.65%，對金黃色葡萄球菌的抑菌率達到82.10%，抑螨率達到80.39%。

根據標準GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》，面料耐水洗色牢度達到4級；根據標準GB/T 4802.2—2008《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第2部分：改型馬丁代爾法》，面料抗起毛起球性達到5級。

4 結語

本研究選用益生菌作為生態抗菌防螨整理劑，研究益生菌微膠囊制備技術和負壓閃爆后整理技術，開發具有抗菌防螨功能的家紡面料。經檢測，產品具有較好的抗菌防螨性能，物理性能優異，符合紡織品國標的要求，具有廣泛的適用性。