天然抗菌剂及其应用

 

    近年来随着人们的卫生、安全意识的增强，在纤维和纺织品的各种功能性整理中，抗菌防臭加工发展迅速，抗菌纺织品已广泛应用于人们的日常生活中。目前使用的抗菌剂大体可分为无机、有机和天然抗菌剂三大类。无机抗菌剂主要有银沸石、银硅胶、银活性炭等。有机抗菌剂有季铵盐、胍类、有机金属化合物等。但以上抗菌整理剂的化学药品易造成环境污染以及对人体的健康均有一定的危害作用。随着人们环保意识的增强和绿色纺织品的流行，利用天然物质使纺织品具有抗菌性能越来越引起人们的关注。在回归自然和环境意识的影响下，天然抗菌剂将成为未来抗菌纺织品生产的首选。

 

1、天然抗菌剂种类及其特点

天然抗菌剂主要来自天然物质的提取物，大致可分为三大类：动物类、植物类、矿物类。

 

1．1 动物类抗菌剂

天然抗菌剂中属动物类的主要有甲壳质、壳聚糖和昆虫抗菌性蛋白质等。

最具代表性的动物类天然抗菌剂如甲壳质和壳聚糖。壳聚糖(Chitosan)是从天然蟹壳、虾壳和昆虫类的外壳中提取的甲壳质经脱乙酰化精制而成，具有优异的广谱抗菌性，对大肠杆菌，枯草杆菌，金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌等均有抑制能力，并具有吸湿性，透气性，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。

目前提出的壳聚糖的抗菌整理机理大致有两种：

①壳聚糖[2]的氨基阳离子与构成微生物细胞壁的唾液酸磷脂等阴离子相互吸引，其结果束缚了微生物的自由度，阻碍其代谢和繁殖；

② 大量低分子量的壳聚糖侵入微生物细胞内，阻碍微生物的遗传密码由DNA向RNA复制，由此阻碍微生物的繁殖。壳聚糖对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌等均有抑制能力。

另外，甲壳质也有较多的应用，将甲壳质粉加入到化纤丝中，或将甲壳质纤维与其它纤维混纺，生产出具有抗菌保健功效的纺织品。因其不含化学药剂和金属成分，可作为高档绿色抗菌纺织品。

昆虫抗菌性蛋白质是纺织工业利用生物技术的一个方面，从昆虫中分离出的抗菌蛋白约有 150种以上，昆虫对环境适应能力很强，对细菌、病毒等微生物的侵袭有很强的抵抗力。从它们体内分泌出的抗菌性蛋白质具有耐热性，抗菌性广，对耐药性病菌有一定作用。

1．2 植物类抗茵剂
天然抗菌剂中属植物类的有桧柏、艾蒿、芦荟等等。国内关于植物染料在纺织品中的染色及合成抗菌剂在织物上的应用研究比较多，大连化学物理研究所、北京服装学院和苏州大学等单位均有研究人员在从事天然染料如大黄、甘草、黄芩、黄连、栀子、紫草、姜黄、儿茶、桑葚、苏木等染色方面的研究。其植物类主要分为以下几类。

1．2．1 桧柏油
桧柏油可由桧柏蒸馏而得，为浅黄色油状物，由2种组分组成，即作为香精原精的倍半萜烯类化合物的中性油和具有抗菌活性的酚类酸性油。酸性油中含桧醇(或称日柏醇)，中性油主要成分为斧柏烯。桧柏油的抗菌机理是分子结构上有2 个可供配位络合的氧原子，它与微生物体内蛋白质作用使之变性。它抗菌面广，尤其对真菌有较强的杀灭效果，其急性毒性LD50[1]为1500 mg／Kg (小鼠口服)，皮肤刺激性为准阴性。

1．2．2 艾蒿
艾蒿为一种菊科多年生草本植物。在端午节悬挂艾蒿以驱虫防病为我国传统习俗。艾蒿的气味有稳定情绪、松弛身心的镇定作用。艾蒿的主要成分有1，8-氨树脑、a一守酮、乙酰胆碱、胆碱等，它们具有抗菌消炎、抗过敏和促进血液循环的作用。

1．2．3 芦荟
芦荟为百合科植物，有300多种，它大致可以分为药用和观赏2种，如向阳芦荟、页岩芦荟和针舌芦荟等。有药效成分的芦荟，已应用于医药、化妆品和保健食品。芦荟的药效成分主要包括多糖类成分和酚类成分2种。其中起主要作用的芦荟素具有抗菌消炎和抗过敏等作用。近年来，芦荟提取物作为抗菌剂刚开始用于织物。

1．2．4 甘草
甘草是豆科多年生草本植物，产地主要为中国、阿富汗等。它在中药中常作生药，是早被人们所认知的药草。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，葡萄醣醛酸和类黄酮配糖物等。它有抗炎症、抗变异反应、抗溃疡和解毒等作用。其毒性小，对人体安全。

1．2．5 蕺菜
蕺菜，俗名鱼腥草，为泊草科多年生草本植物，蕺菜叶、茎部分的药用成分主要含有癸酰基乙醛、甲基壬基酮月桂酸。它对葡萄球菌、线状菌抗菌作用强。因其安全性高，用于织物保健舒适加工剂。

1．2．6 茶叶
茶叶中含有多种化学成分，主要有多酚类化合物，生物碱(咖啡碱)、儿茶素等。研究表明，儿茶素对链球菌、金黄色葡萄球菌等微生物有抑制作用。它还能抑制酪氨酸脱羧酶的活性。此外，它还有许多药用功能如抗病毒、杀真菌、解毒抗癌等。

1．2．7 石榴皮
石榴为石榴科落叶灌木，原产伊朗，果皮可入药，其萃取物有抑制胶原酶活性，可开发消费性能高的生态学抗菌织物，并且其色素成分既可作为棉织品的直接染料用，又可抗菌整理。日本都立卫生研究所的实验结果表明，染色浓度在50％ (按织物重)以上，石榴染色具备符合卫生加工协会评定标准的抗菌力和耐久性。此外，在染色牢度方面符合JIS浴用毛巾的染色牢度标准。因此，日本正在把石榴作为不污染环境的生态学抗菌整理剂来开发。

其它很多植物都有一定的抗菌性，如黄芩、黄连、黄柏、苏木、茜草、菊花、紫草、芥末提取物、辣椒、大蒜等，需要我们更多地去挖掘和研究它们。

 

1．3 矿物类天然抗菌剂
天然抗菌剂中属从矿物质中提取的抗菌剂如：胆矾，雄黄等。胆矾对化脓性球菌、痢疾杆菌和沙门氏菌均有较强的抑制作用；雄黄对多种皮肤真菌、肠道致病菌有很强的杀灭作用。有抗菌作用的矿物作为药物应用有悠久的历史，其在纺织上的应用则尚处于探索阶段。日本敷岛纺推出的生产有皮肤保护功能产品的“Melma”加工方法，既是对天然矿物的应用。它将天然矿物粉碎成粉末，固着在纤维内部。用此方法生产的产品耐洗性好，滑爽性好，有保湿效果，特别对过敏症和对变应源有抵抗或阻挡效果。

2、天然抗菌剂在纺织上的应用

2．1 抗菌织物的加工方法
天然抗菌剂生产抗菌织物的加工方法主要有两种：即原纤维加工法和后处理加工法。

原纤维加工法又称抗菌纤维法，是采用物理改性、化学改性、复合纺丝及把抗菌剂添加到纺丝液中纺出纤维的方法制取。化学改性技术分为接枝法、离子交换法，离子交换制得的纤维，由于金属离子与纤维的离子交换基团形成离子键，所以它具有持久的抗菌效果；纺丝液中添加抗菌剂是开发抗菌纤维的主要手段，这种方法加工的纤维织物具有抗菌效果好、持久等优点，但控制整理剂颗粒的粒径较困难；复合纺丝是将抗菌剂制得的抗菌母粒和原料通过复合纺丝的方法制成皮芯结构的纤维。以抗菌母粒为皮层，原料为芯层。此法所得的抗菌纤维，抗菌剂只分布于纤维的皮层，因此与纺丝液中添加抗菌剂法相比，所需的抗菌剂少，从而可以减少因抗菌剂的引入对纤维物理力学性和服用性能的影响。

后整理加工法是在纺织品印染、整理过程中，采用浸渍、浸轧、涂层等方法将抗菌剂施加在纤维表面，并使之固着在纺织品上而具有抗菌效果的一种方法，优点是加工简单，缺点是抗菌剂只存在于纤维表面上，不耐洗涤，初期溶出量大，存在穿着安全性问题。主要采用浸渍法(浸轧法)、表面涂层法。

目前使用的天然抗菌剂处理织物的主要方法之一是微胶囊技术。该技术是将一种或几种天然抗菌提取物的活性成分，包裹在微粒子胶囊中，再固着在织物的纤维里，使其成为卫生保健织物。一些纤维里的胶囊和皮肤接触摩擦时就爆裂开。散发出香气和抗菌剂等。发挥其卫生保健作用。对于抗菌微胶囊，通常可改变壁材的组成和厚度，来控制微胶囊抗菌剂的释放速度。延长耐用时间。应用时可以通过涂层加工或采用浸轧法与固着剂等一起应用使微胶囊结合在纺织品上。

2．2 抗菌纺织品的应用
抗菌纺织品的应用广泛，具体来说可以应用于以下几个方面。

(1)应用于衬衣、夏装、裙装、婴儿服装、运动服装方面。用抗菌纤维做成衣可有效解决汗臭和细菌滋生及细菌传染，减少传染病的发生，增强自身对细菌的抵抗力，创造自身健康环境。

(2)应用于内衣方面。可以起到抗菌、排汗、导湿、除汗味，达到健康的作用。具有改善局部卫生、消除体味、导湿除臭效果。

(3)应用于袜子和各种鞋类方面。用抗菌纤维做鞋袜，可以改善脚部细菌繁殖，抑制细菌生长，排汗、导湿、除臭，还有助于脚干、脚汗和脚裂的防治。

(4)应用于床上用品、毛巾、浴巾以及毛毯、地毯、装饰织物方面。防止滋生细菌、螨虫、感染皮肤病和其他疾病。所以抗菌功能大有用途。

(5)用抗菌纤维制成的抗菌无纺布应用于医院的床上用品、化验室、手术无菌服及医生、护士服。可以有效解决人与人、人与物、物与物交叉传染，达到科学预防的目的。

(6)应用于汽车装饰布，可获得全新概念的抗菌汽车。

(7)用抗菌短纤增强水泥，不仅可以提高水泥的强度，而且能使混凝土抗菌，能用于公园、病房、动物园围墙等细菌容易繁殖的公共场所。

(8)在空调家电行业，使用抗菌纤维的无纺布作为过滤网，可大大降低细菌的繁殖，减少空调过滤网的洗涤次数。

3、发展趋势

3．1 由抗菌纤维制得的织物从抗菌效果和持久性来看，都优于后整理织物，所以开发新型的具有永久抗菌效果的抗菌纤维是纺织品研究的新趋势。

3．2 由于纳米抗菌整理剂整理的织物具有优异的耐洗涤性，抑菌效果高效持久，具有其他整埋剂难以比拟的优点，开发纳米整理剂是当今抗菌整理的热点。

3．3 使织物同时具有卫生性、保健性、舒适性和易存放性多种功能的抗菌整理，加强防霉、防癣等方面的多重整理效果。

3．4 壳聚糖由于抗菌效果好，可生物降解，在自然界中储存量大等优点备受人们重视，因此壳聚糖将在纺织品的生产中发挥巨大的作用。

 

 

4、结语

近几年来，绿色消费观念的不断兴起，清洁生产的深入推广，天然抗菌剂以其资源丰富、生物可降解、吸收性能好的独特魅力，迎合了回归大自然、保健强身的消费心理，因此，开发、研究“绿色” 保健天然抗菌剂，具有很深远的意义。当然，在应用天然抗菌剂的安全性也应慎重，不能认为天然的就是绝对安全的，因此，经天然抗菌剂处理的纺织品必须经检验后方可投放市场。

中国的动植物和矿物资源储藏丰富，且在中草药应用方面有着千年的经验，所以开发顺应社会需求的纺织品用天然抗菌剂是一大趋势，如果合理开发我国现有资源，那么我们在抗菌整理方面可跻身于世界前列。

 

参考：

[1]LD50(致死量50%)，是半数致死剂量(LD为Lethal dose(致死剂量)的缩写)，指使实验动物一次染毒后，在14天内有半数实验动物死亡所使用的毒物剂量。 一般用每公斤体重所使用的毒物毫克数表示。如:LD50=0.1mg/kg 表示在一次性摄入0.1mg*BW(体重)剂量的毒性物质后，14天内导致一半被测动物死亡。

[2]NBIO®天然壳聚糖抗菌剂（功能原理 : 因氨基（-NHз†）与羟基（-OH）而能抗菌及保湿作用、保护皮肤，通过天然高分子物质形成皮膜达到保温 / BIO 融合专利新技术）。