益生菌功能性家纺面料的开发研究
时间：2023-03-10 16:35:08 来源：千叶帆 本文已影响人
陈 凤，葛 玲，刘金抗，袁 燕
（紫罗兰家纺科技股份有限公司，江苏 南通 226300）
随着生活水平不断提高，人们更加注意居住环境，对卫生、保健方面也日益重视，抗菌防螨纺织品也越来越受人们关注。国内外传统的抗菌防螨纺织品一般通过浸轧、浸渍后整理工艺将功能整理剂整理到织物上，常用的抗菌整理剂有纳米银、季铵盐、光触媒、壳聚糖等，常用的防螨整理剂多为脱氧醋酸类、芳香族羧酸酯类、有机磷系等。运用抗菌防螨整理剂不仅可以杀死细菌和螨虫，还可能会破坏人体本身的菌群平衡。另外，纺织品是直接与人体接触的，所以整理剂的安全性能也尤为重要。
紫罗兰家纺科技股份有限公司对生态抗菌防螨纺织品进行了大量的研究，发现益生菌可以作为抗菌防螨整理剂应用于纺织产品中，起到抗菌防螨的作用。益生菌本身是一种有益菌，其繁殖速度非常快，当益生菌繁殖到高峰时，产品的耐洗效果就会明显提高。随着消费者使用产品时间的延长，抗菌防螨效果更好，实现了抗菌防螨的生态化。
益生菌通过与体表引起皮肤健康问题的有害菌及螨虫竞争食物链，消除有害菌和螨虫的生存空间，进而达到抑制有害菌及螨虫生长的目的；
益生菌的代谢会产生有机酸，使皮肤处于弱酸性状态，包括醋酸、柠檬酸和乳酸，皮肤最佳状态就是弱酸性状态，但弱酸性状态不利于有害菌生长；
益生菌在繁殖过程中可以产生具有抗菌作用的物质，如过氧化氢、肽类细菌素，这些物质对致病菌有明显的抑制作用；
益生菌除了能抑制有害菌的生长，还能抑制螨虫的生长。螨虫最主要的食物是人的皮脂、皮屑，而这也是益生菌的食物。益生菌通过竞争空间和资源可以有效抑制螨虫的生长。
2.1 技术研究路线
本研究开发了一种益生菌功能性家纺面料，采用益生菌作为抗菌防螨整理剂。益生菌作为一种有益菌，本身不耐高温且存活期较短，受周围环境影响较大，比较脆弱。因此，运用微胶囊技术解决该技术难题，即先将有益生菌包裹在微胶囊内，使其得以微胶囊化，然后选用优质的树脂黏合剂依托自主设计的加养设备，以负压闪爆加养的方式附着在面料上，同时利用微胶囊优良的缓释性能，通过外力的摩擦、搓揉，使微胶囊的囊壁受到破损，进而将益生菌逐渐释放出来。采用该技术制成的益生菌抗菌防螨家纺面料不仅具有良好的抗菌性、防螨性和贮藏稳定性，还较好地解决了益生菌不耐高温、存活期短的问题，增强了抗氧化性能，使益生菌的抗菌防螨效果更持久。技术研究路线如图1所示。
图1 益生菌功能性家纺产品技术研究路线
2.2 益生菌微胶囊制备技术
微胶囊化是利用天然或合成的高分子成膜材料，将分散均匀的固体微粒、液体或气体包覆形成微小固体颗粒的技术。其中，包裹在微胶囊内部的物质被称为芯材，微胶囊外部的包覆膜被称为壁材[1]。理想的微胶囊壁材应方便易得、安全卫生，与益生菌有良好的生物相容性、成膜性和稳定性。
采用陶土为壁材，运用真空冷冻干燥法制备益生菌微胶囊。真空冷冻干燥法是通过将益生菌与壁材的混合液冻结，使冰在真空条件下升华，达到干燥的目的，可分为冷冻、升华干燥和解吸干燥3个阶段[2]。真空冷冻干燥法是在低温下进行的，而陶土是一种具有良好可塑性的黏土，具有优异的抗冻融特性，而陶砖可以在﹣45 ℃环境下冻融50次不出现裂痕[3]。因此，可以采用陶土作为制备益生菌微胶囊的壁材，具体方法如下。
2.2.1 益生菌培养
为工业化直投发酵，培养国家认可的益生菌菌种3个属、11个种，计143株，所收录的益生菌11个种均为可用于保健食品行业生产的菌种，并且保证菌种的菌株活性。
2.2.2 初步冷冻浓缩活性益生菌
采用0 ℃离心脱水浓缩或者直接在﹣10 ℃冷冻真空环境干燥益生菌原液，控制每克益生菌含量在100亿株，加入微胶囊壁材。为了提高益生菌的休眠效果，选用陶土为壁材进行益生菌微胶囊包裹，搅拌均匀，使壁材和菌液均匀混合后，运用冻干粉技术进行冷冻真空干燥，得到完全干燥的冻干料后，再在低温﹣10 ℃环境下进行气流粉碎到4 000目，得到益生菌低温休眠微胶囊。
2.2.3 益生菌休眠
由于益生菌被微胶囊包裹，同时也是陶土包裹，每个微胶囊是一个单独的隔离体，微胶囊内部环境相对干燥，益生菌处于相对休眠状态，直至微胶囊外界环境适宜菌种生长，微胶囊内的益生菌才会对外生长扩张，“感染”外界，而微胶囊内部依然储存活性菌种。
2.3 自主研发的负压闪爆功能性整理技术
2.3.1 微胶囊的附着剂调和
微胶囊整理剂的配制：采用微胶囊冻干粉和纳米黏合材料，按照一定比例常温混合，具体为向4 kg纳米微胶囊冻干粉中加入95 kg含20.00% 50 nm树脂的纳米树脂液体，混合得到微胶囊质量分数为4.00%的益生菌整理剂。
2.3.2 负压闪爆后整理
自主研发的负压闪爆设备在负压状态下将纺织品纤维间隙中的气体抽走，同时通过负压-常压瞬间转换闪爆，使功能性试剂突破液体表面张力，深入纤维间隙，显著提高功能介质在被处理靶向物质的表面附着均匀度。因此，采用该设备可以将益生菌微胶囊均匀、牢固地压入织物内部，使其功效持久。
负压闪爆装置主要由雾化合成器、活塞式抽真空装置、开关阀、喷雾头4个部分组成，通过管道依次连接组成，将开关阀设置于活塞式抽真空装置和喷雾头之间，具体操作步骤为：（1）通过负压喷雾器的活塞式抽真空装置，使管道内部形成真空环境；
（2）将益生菌整理剂、交联剂与水混合液通过超声波高频振荡，整体雾化为微米级喷雾，此时开关阀呈开启状态；
（3）开启电磁阀，舱外空气通过空气滤芯进入舱体，2 s内平衡舱体内外压力，利用内外强大的压力差所形成的负压，使功能试剂瞬间充分渗透到织物表面及内部；
（4）当产生的益生菌整理剂喷雾质量浓度达到3 g/L且充满整个管道与喷头时，将开关阀闭合；
（5）由无菌操作人员将坯布平放于织物传送带上；
（6）利用内外压力差所形成的负压及机械外力，将益生菌整理剂喷雾均匀地喷涂在家居用品表面；
（7）将喷雾吸附过的家居用品在80 ℃环境下烘干之后，在140 ℃环境下高温拉幅50 s定形。
采取上述负压闪爆的新型压养方式，可显著提高功能试剂与被处理靶向物质的黏附牢度和表面均匀附着度，消除附着盲点，功能试剂渗透率在90.00%以上，降低功能试剂用量70.00%，提高生产效率。
对采用以上技术制备得到的益生菌功能性家纺面料进行性能检测，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]。
根据标准GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》检测对大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率，根据标准GB/T 24253—2009《纺织品 防螨性能的评价》规定的抑制法执行，检测对粉尘螨的抑螨率。因为益生菌是通过和有害菌生存竞争掠夺食物等生存机会来抑制有害菌的，其抗菌机理和防螨机理有别于传统整理剂的作用机理，所以将稀释培养的时间区别于国标，定为8天，给益生菌繁殖的时间。测试结果：对大肠埃希菌的抑菌率达到84.65%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到82.10%，抑螨率达到80.39%。
根据标准GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》，面料耐水洗色牢度达到4级；
根据标准GB/T 4802.2—2008《纺织品 织物起毛起球性能的测定 第2部分：改型马丁代尔法》，面料抗起毛起球性达到5级。
本研究选用益生菌作为生态抗菌防螨整理剂，研究益生菌微胶囊制备技术和负压闪爆后整理技术，开发具有抗菌防螨功能的家纺面料。经检测，产品具有较好的抗菌防螨性能，物理性能优异，符合纺织品国标的要求，具有广泛的适用性。
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