天然抗菌劑及其應用

 

    近年來隨著人們的衛生、安全意識的增強，在纖維和紡織品的各種功能性整理中，抗菌防臭加工發展迅速，抗菌紡織品已廣泛應用于人們的日常生活中。目前使用的抗菌劑大體可分為無機、有機和天然抗菌劑三大類。無機抗菌劑主要有銀沸石、銀硅膠、銀活性炭等。有機抗菌劑有季銨鹽、胍類、有機金屬化合物等。但以上抗菌整理劑的化學藥品易造成環境污染以及對人體的健康均有一定的危害作用。隨著人們環保意識的增強和綠色紡織品的流行，利用天然物質使紡織品具有抗菌性能越來越引起人們的關注。在回歸自然和環境意識的影響下，天然抗菌劑將成為未來抗菌紡織品生產的首選。

 

1、天然抗菌劑種類及其特點

天然抗菌劑主要來自天然物質的提取物，大致可分為三大類：動物類、植物類、礦物類。

 

1．1 動物類抗菌劑

天然抗菌劑中屬動物類的主要有甲殼質、殼聚糖和昆蟲抗菌性蛋白質等。

最具代表性的動物類天然抗菌劑如甲殼質和殼聚糖。殼聚糖(Chitosan)是從天然蟹殼、蝦殼和昆蟲類的外殼中提取的甲殼質經脫乙酰化精制而成，具有優異的廣譜抗菌性，對大腸桿菌，枯草桿菌，金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌等均有抑制能力，并具有吸濕性，透氣性，生物相容性，生物降解性，生物活性，螯合性以及酶固化作用等特性。

目前提出的殼聚糖的抗菌整理機理大致有兩種：

①殼聚糖[2]的氨基陽離子與構成微生物細胞壁的唾液酸磷脂等陰離子相互吸引，其結果束縛了微生物的自由度，阻礙其代謝和繁殖；

② 大量低分子量的殼聚糖侵入微生物細胞內，阻礙微生物的遺傳密碼由DNA向RNA復制，由此阻礙微生物的繁殖。殼聚糖對大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌等均有抑制能力。

另外，甲殼質也有較多的應用，將甲殼質粉加入到化纖絲中，或將甲殼質纖維與其它纖維混紡，生產出具有抗菌保健功效的紡織品。因其不含化學藥劑和金屬成分，可作為高檔綠色抗菌紡織品。

昆蟲抗菌性蛋白質是紡織工業利用生物技術的一個方面，從昆蟲中分離出的抗菌蛋白約有 150種以上，昆蟲對環境適應能力很強，對細菌、病毒等微生物的侵襲有很強的抵抗力。從它們體內分泌出的抗菌性蛋白質具有耐熱性，抗菌性廣，對耐藥性病菌有一定作用。

1．2 植物類抗茵劑
天然抗菌劑中屬植物類的有檜柏、艾蒿、蘆薈等等。國內關于植物染料在紡織品中的染色及合成抗菌劑在織物上的應用研究比較多，大連化學物理研究所、北京服裝學院和蘇州大學等單位均有研究人員在從事天然染料如大黃、甘草、黃芩、黃連、梔子、紫草、姜黃、兒茶、桑葚、蘇木等染色方面的研究。其植物類主要分為以下幾類。

1．2．1 檜柏油
檜柏油可由檜柏蒸餾而得，為淺黃色油狀物，由2種組分組成，即作為香精原精的倍半萜烯類化合物的中性油和具有抗菌活性的酚類酸性油。酸性油中含檜醇(或稱日柏醇)，中性油主要成分為斧柏烯。檜柏油的抗菌機理是分子結構上有2 個可供配位絡合的氧原子，它與微生物體內蛋白質作用使之變性。它抗菌面廣，尤其對真菌有較強的殺滅效果，其急性毒性LD50[1]為1500 mg／Kg (小鼠口服)，皮膚刺激性為準陰性。

1．2．2 艾蒿
艾蒿為一種菊科多年生草本植物。在端午節懸掛艾蒿以驅蟲防病為我國傳統習俗。艾蒿的氣味有穩定情緒、松弛身心的鎮定作用。艾蒿的主要成分有1，8-氨樹腦、a一守酮、乙酰膽堿、膽堿等，它們具有抗菌消炎、抗過敏和促進血液循環的作用。

1．2．3 蘆薈
蘆薈為百合科植物，有300多種，它大致可以分為藥用和觀賞2種，如向陽蘆薈、頁巖蘆薈和針舌蘆薈等。有藥效成分的蘆薈，已應用于醫藥、化妝品和保健食品。蘆薈的藥效成分主要包括多糖類成分和酚類成分2種。其中起主要作用的蘆薈素具有抗菌消炎和抗過敏等作用。近年來，蘆薈提取物作為抗菌劑剛開始用于織物。

1．2．4 甘草
甘草是豆科多年生草本植物，產地主要為中國、阿富汗等。它在中藥中常作生藥，是早被人們所認知的藥草。甘草的主要成分是有甜味的甘草甜素，它的甜味是蔗糖的150倍，酸解后生成甘草次酸，葡萄醣醛酸和類黃酮配糖物等。它有抗炎癥、抗變異反應、抗潰瘍和解毒等作用。其毒性小，對人體安全。

1．2．5 蕺菜
蕺菜，俗名魚腥草，為泊草科多年生草本植物，蕺菜葉、莖部分的藥用成分主要含有癸酰基乙醛、甲基壬基酮月桂酸。它對葡萄球菌、線狀菌抗菌作用強。因其安全性高，用于織物保健舒適加工劑。

1．2．6 茶葉
茶葉中含有多種化學成分，主要有多酚類化合物，生物堿(咖啡堿)、兒茶素等。研究表明，兒茶素對鏈球菌、金黃色葡萄球菌等微生物有抑制作用。它還能抑制酪氨酸脫羧酶的活性。此外，它還有許多藥用功能如抗病毒、殺真菌、解毒抗癌等。

1．2．7 石榴皮
石榴為石榴科落葉灌木，原產伊朗，果皮可入藥，其萃取物有抑制膠原酶活性，可開發消費性能高的生態學抗菌織物，并且其色素成分既可作為棉織品的直接染料用，又可抗菌整理。日本都立衛生研究所的實驗結果表明，染色濃度在50％ (按織物重)以上，石榴染色具備符合衛生加工協會評定標準的抗菌力和耐久性。此外，在染色牢度方面符合JIS浴用毛巾的染色牢度標準。因此，日本正在把石榴作為不污染環境的生態學抗菌整理劑來開發。

其它很多植物都有一定的抗菌性，如黃芩、黃連、黃柏、蘇木、茜草、菊花、紫草、芥末提取物、辣椒、大蒜等，需要我們更多地去挖掘和研究它們。

 

1．3 礦物類天然抗菌劑
天然抗菌劑中屬從礦物質中提取的抗菌劑如：膽礬，雄黃等。膽礬對化膿性球菌、痢疾桿菌和沙門氏菌均有較強的抑制作用；雄黃對多種皮膚真菌、腸道致病菌有很強的殺滅作用。有抗菌作用的礦物作為藥物應用有悠久的歷史，其在紡織上的應用則尚處于探索階段。日本敷島紡推出的生產有皮膚保護功能產品的“Melma”加工方法，既是對天然礦物的應用。它將天然礦物粉碎成粉末，固著在纖維內部。用此方法生產的產品耐洗性好，滑爽性好，有保濕效果，特別對過敏癥和對變應源有抵抗或阻擋效果。

2、天然抗菌劑在紡織上的應用

2．1 抗菌織物的加工方法
天然抗菌劑生產抗菌織物的加工方法主要有兩種：即原纖維加工法和后處理加工法。

原纖維加工法又稱抗菌纖維法，是采用物理改性、化學改性、復合紡絲及把抗菌劑添加到紡絲液中紡出纖維的方法制取。化學改性技術分為接枝法、離子交換法，離子交換制得的纖維，由于金屬離子與纖維的離子交換基團形成離子鍵，所以它具有持久的抗菌效果；紡絲液中添加抗菌劑是開發抗菌纖維的主要手段，這種方法加工的纖維織物具有抗菌效果好、持久等優點，但控制整理劑顆粒的粒徑較困難；復合紡絲是將抗菌劑制得的抗菌母粒和原料通過復合紡絲的方法制成皮芯結構的纖維。以抗菌母粒為皮層，原料為芯層。此法所得的抗菌纖維，抗菌劑只分布于纖維的皮層，因此與紡絲液中添加抗菌劑法相比，所需的抗菌劑少，從而可以減少因抗菌劑的引入對纖維物理力學性和服用性能的影響。

后整理加工法是在紡織品印染、整理過程中，采用浸漬、浸軋、涂層等方法將抗菌劑施加在纖維表面，并使之固著在紡織品上而具有抗菌效果的一種方法，優點是加工簡單，缺點是抗菌劑只存在于纖維表面上，不耐洗滌，初期溶出量大，存在穿著安全性問題。主要采用浸漬法(浸軋法)、表面涂層法。

目前使用的天然抗菌劑處理織物的主要方法之一是微膠囊技術。該技術是將一種或幾種天然抗菌提取物的活性成分，包裹在微粒子膠囊中，再固著在織物的纖維里，使其成為衛生保健織物。一些纖維里的膠囊和皮膚接觸摩擦時就爆裂開。散發出香氣和抗菌劑等。發揮其衛生保健作用。對于抗菌微膠囊，通常可改變壁材的組成和厚度，來控制微膠囊抗菌劑的釋放速度。延長耐用時間。應用時可以通過涂層加工或采用浸軋法與固著劑等一起應用使微膠囊結合在紡織品上。

2．2 抗菌紡織品的應用
抗菌紡織品的應用廣泛，具體來說可以應用于以下幾個方面。

(1)應用于襯衣、夏裝、裙裝、嬰兒服裝、運動服裝方面。用抗菌纖維做成衣可有效解決汗臭和細菌滋生及細菌傳染，減少傳染病的發生，增強自身對細菌的抵抗力，創造自身健康環境。

(2)應用于內衣方面。可以起到抗菌、排汗、導濕、除汗味，達到健康的作用。具有改善局部衛生、消除體味、導濕除臭效果。

(3)應用于襪子和各種鞋類方面。用抗菌纖維做鞋襪，可以改善腳部細菌繁殖，抑制細菌生長，排汗、導濕、除臭，還有助于腳干、腳汗和腳裂的防治。

(4)應用于床上用品、毛巾、浴巾以及毛毯、地毯、裝飾織物方面。防止滋生細菌、螨蟲、感染皮膚病和其他疾病。所以抗菌功能大有用途。

(5)用抗菌纖維制成的抗菌無紡布應用于醫院的床上用品、化驗室、手術無菌服及醫生、護士服。可以有效解決人與人、人與物、物與物交叉傳染，達到科學預防的目的。

(6)應用于汽車裝飾布，可獲得全新概念的抗菌汽車。

(7)用抗菌短纖增強水泥，不僅可以提高水泥的強度，而且能使混凝土抗菌，能用于公園、病房、動物園圍墻等細菌容易繁殖的公共場所。

(8)在空調家電行業，使用抗菌纖維的無紡布作為過濾網，可大大降低細菌的繁殖，減少空調過濾網的洗滌次數。

3、發展趨勢

3．1 由抗菌纖維制得的織物從抗菌效果和持久性來看，都優于后整理織物，所以開發新型的具有永久抗菌效果的抗菌纖維是紡織品研究的新趨勢。

3．2 由于納米抗菌整理劑整理的織物具有優異的耐洗滌性，抑菌效果高效持久，具有其他整埋劑難以比擬的優點，開發納米整理劑是當今抗菌整理的熱點。

3．3 使織物同時具有衛生性、保健性、舒適性和易存放性多種功能的抗菌整理，加強防霉、防癬等方面的多重整理效果。

3．4 殼聚糖由于抗菌效果好，可生物降解，在自然界中儲存量大等優點備受人們重視，因此殼聚糖將在紡織品的生產中發揮巨大的作用。

 

 

4、結語

近幾年來，綠色消費觀念的不斷興起，清潔生產的深入推廣，天然抗菌劑以其資源豐富、生物可降解、吸收性能好的獨特魅力，迎合了回歸大自然、保健強身的消費心理，因此，開發、研究“綠色” 保健天然抗菌劑，具有很深遠的意義。當然，在應用天然抗菌劑的安全性也應慎重，不能認為天然的就是絕對安全的，因此，經天然抗菌劑處理的紡織品必須經檢驗后方可投放市場。

中國的動植物和礦物資源儲藏豐富，且在中草藥應用方面有著千年的經驗，所以開發順應社會需求的紡織品用天然抗菌劑是一大趨勢，如果合理開發我國現有資源，那么我們在抗菌整理方面可躋身于世界前列。

 

參考：

[1]LD50(致死量50%)，是半數致死劑量(LD為Lethal dose(致死劑量)的縮寫)，指使實驗動物一次染毒后，在14天內有半數實驗動物死亡所使用的毒物劑量。 一般用每公斤體重所使用的毒物毫克數表示。如:LD50=0.1mg/kg 表示在一次性攝入0.1mg*BW(體重)劑量的毒性物質后，14天內導致一半被測動物死亡。

[2]NBIO®天然殼聚糖抗菌劑（功能原理 : 因氨基（-NHз†）與羥基（-OH）而能抗菌及保濕作用、保護皮膚，通過天然高分子物質形成皮膜達到保溫 / BIO 融合專利新技術）。