CN115928237A

CN115928237A - 益生菌健康纤维及其制备方法

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Publication number: CN115928237A
Application number: CN202310220156.XA
Authority: CN
Inventors: 赵健
Original assignee: Weifang Weini New Material Co ltd
Current assignee: Yunqi Qingdao Material Technology Co ltd
Priority date: 2023-03-09
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2043-03-09
Also published as: CN115928237B

Abstract

本发明涉及一种益生菌健康纤维及其制备方法，属于再生纤维素纤维制造技术领域。所述纤维的制备方法包括：通过离子液体将纤维素浆粕溶解制备纺丝原液，将含益生菌复合功能微胶囊加入到纺丝原液中，然后利用干‑湿法纺丝工艺进行纺丝，经过后处理后，得到所述的益生菌健康纤维；所述含益生菌复合功能微胶囊，以活化益生菌为第一囊芯，以多孔二氧化硅为第一囊壁，制得初级益生菌微胶囊，然后用正烷烃包裹后作为第二囊芯，以改性三聚氰胺甲醛交联树脂为第二囊壁。本发明制备的纤维具有优异的干断裂强度、湿断裂强度、纵向膨润率、抑菌率和相变性能；本发明还提供了一种工艺简单、易于实现批量生产、在现有生产装置上即可进行的制备方法。

Description

益生菌健康纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种益生菌健康纤维及其制备方法，属于再生纤维素纤维制造技术领域。

背景技术

纤维素纤维由于穿着舒适，在纺织品市场经久不衰。但棉、麻等天然纤维素纤维，受到土地资源、环境气候等自然条件的限制，产量难以满足市场需求。上世纪初发明的再生纤维素纤维，不但保持了天然纤维的优点，同时还在技术更新的基础上，开发了高湿模量、高强以及功能性新产品；同时，自然界丰富且可再生的纤维素原料，为再生纤维素纤维的生产开发提供了必不可少的资源优势。但目前再生纤维素纤维及功能性产品的生产仍以粘胶法为主，该生产工艺对环境有污染，生产过程中的三废处理需要消耗大量的能源。

随着人类环保意识的提高，寻求再生纤维素纤维绿色加工的新溶剂，成为当前再生纤维素纤维行业可持续发展和今后产业升级的主流发展趋势。与传统的粘胶法相比，溶剂法工艺不但流程短，溶剂可回收使用，环境污染小，而且纤维的干湿强度与湿模量较普通粘胶纤维高，因此具有较好的发展前景，也为纤维素行业的发展注入新的活力。

20世纪90年代，新发展起来的溶剂—离子液体，具有蒸汽压低、性能稳定、无挥发、溶解性好等特点，广泛应用于有机合成、电化学、材料化学等领域，具有很好的研究和应用前景，并于2001年被Alabama大学的Rogers教授应用于纤维素的溶解，随即中科院化学所也进行了该方面的研究。离子液体可以直接溶解纤维素，这为功能性纤维素纤维改性提供了新的生产工艺方法。

人体极其容易受到外来有害微生物的入侵，其表面的益生菌群是保护机体免受外来侵害的重要屏障。含有活性微生物的产品必须在所记录CFU（Colony-Forming Units，菌落形成单位）水平上具有可证明的、特定于菌株的临床效果，才能被称作益生菌。数十年来，人们在体外实验、体内实验和人体临床双盲试验中对益生菌进行了充分的研究。研究结果表明，特定的益生菌菌株与健康益处相关，其可为许多不同的健康领域带来益处，如免疫功能、胃肠道健康、女性健康和口腔健康等。不过益生菌制品主要是活菌起到目标的健康益处，且益生菌大多属专性厌氧菌，极易受到温度、氧气等外界环境因素的影响，因此益生菌较易灭活。目前市场上销售的益生菌产品，为保证其在有效期内的活菌数，一般采用2～8℃低温厌氧储存，但低温厌氧储存条件却限制了产品的推广应用。

众所周知，在人体皮肤表面的纺织品以及皮肤的温度、湿度、pH值和光等构成了皮肤的非生物环境，可形成了皮肤表面的微气候。纺织品可以调节微气候、影响舒适性，并且对皮肤的生物环境发生作用，进而影响皮肤微生态。皮肤微生态平衡是皮肤健康的核心。所以可通过贴肤纺织品来达到维护和调节皮肤微生态环境的目的，并进而对皮肤健康产生影响。

CN103114439A 公开了一种具有生物调节作用的无纺布及其制备方法。该技术采用由含有益生菌的功能组合液配制成的整理剂处理，然后进行风干或者烘干而成。采用益生菌直接整理，容易造成益生菌失活，使得有效成分降低，持久性不足。

因此，鉴于益生菌的性能，如何将益生菌用于纤维及其纺织品的开发，保持益生菌的有益性能而不失活，增加其持久性，并赋予纺织品多种功能，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种益生菌健康纤维，其具有优异的干断裂强度、湿断裂强度、纵向膨润率、抑菌率和相变性能；本发明同时提供了一种工艺简单、易于实现批量生产、在现有生产装置上即可进行的益生菌健康纤维的制备方法。

本发明所述的益生菌健康纤维的制备方法，包括以下步骤：

通过离子液体将纤维素浆粕溶解制备纺丝原液，将含益生菌复合功能微胶囊加入到纺丝原液中，然后利用干-湿法纺丝工艺进行纺丝，经过后处理后，得到所述的益生菌健康纤维；

所述含益生菌复合功能微胶囊，以活化益生菌为第一囊芯，以多孔二氧化硅为第一囊壁，制得初级益生菌微胶囊，然后用正烷烃包裹后作为第二囊芯，以改性三聚氰胺甲醛交联树脂为第二囊壁。

所述的益生菌健康纤维的制备方法，优选的，具体包括以下步骤：

1、含益生菌复合功能微胶囊的制备：

1）活化益生菌菌种的制备：

将冷冻干燥的益生菌菌粉按2wt%~5wt%的接种量接种到培养基中，培养基在应用前进行高温灭菌，灭菌温度为120~128℃，灭菌时间为20~30min。然后在35~37℃厌氧条件（二氧化碳或者氮气氛围）下培养活化15~30h。在同样条件下进行两次活化。然后利用3000~4000r/min离心并用生理盐水洗涤，收集浓缩益生菌菌液，其浓度为10⁸~10¹⁰CFU/mL，保持浓缩益生菌菌液温度在35~37℃下备用，并不断充氮气，以维持厌氧环境。

所述益生菌为双歧杆菌类、乳杆菌类、芽孢杆菌类、肠球菌类和其他益生菌中的一种或多种，进一步优选为双歧杆菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、嗜热双歧杆菌、乳酸乳杆菌等。所述培养基为MRS液体培养基或者半乳糖增殖培养基。

2）初级益生菌微胶囊的制备：

将灭菌处理的球形多孔二氧化硅（购自江西联锴新材料有限公司，粒径D90≤1.325μm）加入上述浓缩益生菌菌液中，在温度35~37℃，搅拌速度200~400 r/min，并不断充氮气维持厌氧环境的条件下吸附1～3h，从而得到以含有益生菌为囊芯、球形多孔二氧化硅为囊壁的初级益生菌微胶囊分散液。

将上述初级益生菌微胶囊分散液使用恒温真空干燥机进行干燥，干燥温度为30~37℃，干燥时间为15h~24h，得到初级益生菌微胶囊粉体，其粒径D90≤1.356μm。

3）以含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料的制备：

将上述初级益生菌微胶囊粉体加入到30~38℃处于熔化状态的经过灭菌处理的液态正烷烃中进行充分混合，其初级益生菌微胶囊粉体与正烷烃的质量比为1:2~1:4，并不断充氮气维持厌氧环境的条件下使得初级益生菌微胶囊的囊壁能够充分吸附正烷烃，从而在外层包覆一层惰性的油性正烷烃，进一步保护微胶囊中的益生菌，同时正烷烃在环境温度变化时还可以通过相变过程对温度起到缓冲作用，进一步对益生菌起保护作用，从而得到含初级益生菌微胶囊的正烷烃分散体系。

将乳化剂加入到去离子水中，乳化剂质量分数为1.2%~2.5%，维持温度35~38℃，调节搅拌器转速至2000~3000r/min，充分搅拌20~30min，得到乳化剂分散液。将上述正烷烃分散体系按质量分数25%~35%加入乳化剂分散液中，在相同转速下继续乳化分散，不断充氮气维持厌氧环境，使得乳化液的粒径D90≤1.758μm。

所述正烷烃优选为熔点小于38℃的正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷中的一种或多种；

所述乳化剂优选为苯乙烯马来酸酐钠盐、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或者六偏磷酸钠。

4）含益生菌复合功能微胶囊的制备：

将37wt%甲醛溶液按比例投入到反应釜内，然后按比例加入三聚氰胺和苯代三聚氰胺搅拌，直到溶液澄清为止，用三乙醇胺调节pH值为7.5~8.5，升温至80~90℃，反应70~85min，制得苯代三聚氰胺改性三聚氰胺甲醛树脂囊壁材料预聚体溶液，然后冷却至33~37℃备用。所述的三聚氰胺和苯代三聚氰胺的比例为1:1~3:1，37%甲醛溶液与三聚氰胺和苯代三聚氰胺的混合物的比例按有效成分计算为3:1~4:1。

制备的囊壁材料预聚体分批连续加入制备的含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料乳化液中，囊壁材料预聚体与含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料乳化液中有效成分的质量比为1:1~1:2，调整温度为38~40℃，搅拌转速为1800~2500r/min下充分分散，直到粒径D90≤2.035μm，然后用盐酸或者醋酸将该混合液pH值调至3.5~4.0，在38~40℃、搅拌速度为600~1000r/min下继续加热2~5h，实现改性三聚氰胺甲醛树脂的交联，最后用NaOH溶液调节pH值至7.0~8.5，得到含益生菌复合功能微胶囊分散液。将含益生菌复合功能微胶囊分散液使用恒温真空干燥机进行干燥，干燥温度为30~37℃，干燥时间为20h~36h，得到含益生菌复合功能微胶囊粉体，其粒径D90≤2.528μm。

2、纺丝原液的制备：

将平均聚合度为600~1000、甲种纤维素含量为92%~96%、灰分含量≤0.15%的浆粕首先经过10～100 keV的高能电子束辐照30~60s，使浆粕得到均匀的处理；然后将浆粕进行粉碎，在pH值为5～6、温度为45～50℃下向其中加入纤维素酶进行活化，活化时间为35~55min，活化完后调节pH值为10~12，结束活化并进行压榨，得到含水率为30～60wt%的纤维素浆粕。将上述浆粕利用超声波进行烘干工艺，频率为1260~1550MHz，烘干时间为25~35min，烘干后含水率6.35%~9.28%。

将活化、烘干后的纤维素浆粕添加至离子液体中进行脱水溶解，纤维素的质量分数为9.2%~12.6%。

所述离子液体采用烷基咪唑型离子液体，其中阳离子为烯丙基、乙基或丁基；阴离子为卤素、SCN^-或CH₃COO^-。

3、共混纺丝原液的制备：

将制备的含益生菌复合功能微胶囊加入到所用溶解纤维素浆粕的离子液体中，在1000~2000r/min的转速下分散40~90min，其中含益生菌复合微胶囊的质量分数为15.5%~26.8%，脱泡备用；

将制备的含益生菌复合功能微胶囊/离子液体分散液通过纺前注射装置加入到纺丝原液中，得到共混纺丝原液。

所述纺前注射装置是由行星齿轮动态混合器和SH型静态混合器串联组合而成的；所述共混纺丝原液的合适温度为85~99℃（该温度为所用离子液体的最低温度范围，由于离子液体法纺丝时间较短，而且在微胶囊制备过程中，在外层包覆一层惰性的油性正烷烃，进一步保护微胶囊中的益生菌，同时正烷烃在环境温度变化时还可以通过相变过程对温度起到缓冲作用，进一步对益生菌起保护作用。）；所述共混纺丝原液通过纺前注射装置的时间为5~15min；所述共混纺丝原液中纤维素与含益生菌复合功能微胶囊的质量含量为100:7.5~16.5。

4、纤维制备：

共混纺丝原液经过脱泡、过滤、计量后通过喷丝头挤出后形成纺丝细流。纺丝细流经过10~30mm的气隙层后进入凝固浴成形，将初生丝束进行拉伸、水洗、切断、精练、真空减压干燥等，制备离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维。

所述的气隙层采用侧吹风方式，温度为15~20℃，牵伸率为90%~110%；

所述凝固浴由所用溶解纤维素浆粕的离子液体和水组成，离子液体的浓度为15wt%~25wt%，温度为20~30℃；

所述水洗工序采用去离子水，温度为35~40℃；将纺丝后的初生纤维进行集束，切断，制备出长度为25~50mm、线密度为1.11dtex~1.67dtex的离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维；

所述精炼工序包括上油和漂白两者合一，上油浴采用HONOL MGR-H（采购于日本竹本油脂株式会社，一种表面活性剂），浓度为2.5~6.0g/L，漂白采用双氧水，浓度为1.0~2.0g/L，浴液pH值为8.5~9.5，温度为35~40℃。

所述的烘干方法采用真空减压干燥方法，干燥温度为35~38℃，直至纤维回潮率11.5%~13.2%。

本发明通过上述方法制得的益生菌健康纤维的性能如下：

（1）干断裂强度为2.68~3.35cN/dtex，湿断裂强度为1.62~2.43cN/dtex，纵向膨润率在0.15~0.82%；

（2）对金黄色葡萄球菌的抑制率≥85.9%，对大肠杆菌的抑制率≥86.1%，对白色念珠菌的抑制率≥80.5%（GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价》第3部分：振荡法）；

（3）对螨虫的驱避率≥76.53%（GB /T 24253—2009《纺织品防螨性能的评价》）；

（4）熔融相变焓为8.2~15.3J/g，结晶相变焓为7.9~15.5J/g，相变温度为0~40℃（GB/T19466.3-2004 《塑料差示扫描量热法(DSC)第3部分：熔融和结晶温度及热焓的测定》）。

本发明将经过活化、粉碎处理的纤维素浆粕溶解在离子液体中，制备均相纺丝原液，将含益生菌复合功能微胶囊与离子液体混合均匀后制备分散液，通过纺前注射装置和工艺加入到纺丝原液中得到共混纺丝原液。共混纺丝原液经过脱泡、过滤、计量后通过喷丝头挤出后形成纺丝细流。纺丝细流经过10~30mm的气隙层后进入凝固浴成形，将初生丝束进行拉伸、水洗、切断、精练、减压烘干或者冷冻干燥等，制得离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

a、鉴于益生菌容易受到温度、氧气等外界环境因素的影响，活体率较低，本发明采用多种方式保证活体率：

（1）首先所用原料都经过灭菌处理，以免对所用益生菌产生影响；

（2）其次通过双囊壁方式，利用第一囊壁的吸附作用和正烷烃的包覆隔绝氧气作用，并结合为微胶囊制备过程中的厌氧环境的控制等措施进一步减少对益生菌菌种的破坏；

（3）同时熔点温度小于38℃的正烷烃在环境温度变化时可以通过相变过程对温度起到缓冲作用，使得益生菌不至于产生较大温度波动，进一步保护益生菌；

（4）在纤维制备过程中通过降低温度、延长时间的方式，避免高温对益生菌的影响；

（5）通过纤维烘干方式的调整，利用真空减压干燥方法，在真空、较低温度下烘干，避免了温度、氧气对益生菌的破坏；

b、首先利用高能电子束对纤维素浆粕进行辐照，使浆粕得到均匀的处理；然后将浆粕进行粉碎，再利用纤维素酶进行活化处理，提高了纤维素浆粕的溶解性能；

c、克服了在现有制备技术工艺在离子液体中添加有机物质对纤维改性过程中离子液体回收困难或者溶解氛围难以控制等问题，用同种离子液体用于含益生菌复合功能微胶囊的分散，利用由行星齿轮动态混合器和SH型静态混合器串联组合而成的纺前注射装置，有利于制备均匀的共混纺丝原液；

d、本发明制备流程短、工艺简单，在现有装置中即可实现，固体颗粒通过简单过滤即可去除，使离子液体便于回收；制备的纤维具有优异的干断裂强度、湿断裂强度、纵向膨润率、抑菌率和相变性能。

附图说明

图1 是含益生菌复合功能微胶囊的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。

实施例中和对比例中所用的原料均为市售。

实施例中和对比例中所提及的比例为质量比例，提及的浓度均为质量浓度。

实施例1

一种规格为1.11dtex×25mm的离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维的制备方法，包括以下步骤：

1、含益生菌复合功能微胶囊的制备：

1）活化益生菌菌种的制备：

将冷冻干燥的益生菌菌粉按2%的接种量接种到培养基中，培养基在应用前进行高温灭菌，灭菌温度120℃，灭菌时间为30min。然后在35℃厌氧条件（氮气氛围）下培养活化15h。在同样条件下进行两次活化。然后利用3000r/min离心并用生理盐水洗涤，收集浓缩益生菌菌液，其浓度为10⁸CFU/mL，保持浓缩益生菌菌液温度在35℃下备用，并不断充氮气，以维持厌氧环境。

所述益生菌为双歧杆菌；所述培养基为MRS液体培养基。

2）初级益生菌微胶囊的制备：

将灭菌处理的球形多孔二氧化硅（购自江西联锴新材料有限公司，粒径D90为0.985μm）加入上述浓缩益生菌菌液中，在温度35℃，搅拌速度400 r/min，并不断充氮气维持厌氧环境的条件下吸附1h，从而得到以含有益生菌为囊芯、球形多孔二氧化硅为囊壁的初级益生菌微胶囊分散液。

将上述初级益生菌微胶囊分散液使用恒温真空干燥机进行干燥，干燥温度为30℃，干燥时间为24h，得到初级益生菌微胶囊粉体，其粒径D90为1.132μm。

3）以含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料的制备：

将上述初级益生菌微胶囊粉体加入到30℃处于熔化状态的经过灭菌处理的液态正烷烃中进行充分混合，其初级益生菌微胶囊粉体与正烷烃的质量比为1:4，并不断充氮气维持厌氧环境的条件下使得初级益生菌微胶囊的囊壁能够充分吸附正烷烃。

将乳化剂加入到去离子水中，乳化剂质量分数为1.2%，维持温度35℃，调节搅拌器转速至2000r/min，充分搅拌30min，得到乳化剂分散液。将上述正烷烃分散体系按质量分数25%加入乳化剂分散液中，在相同转速下继续乳化分散，不断充氮气维持厌氧环境，使得乳化液的粒径D90为1.226μm。

所述的正烷烃为正十六烷；所述乳化剂为苯乙烯马来酸酐钠盐。

4）含益生菌复合功能微胶囊的制备：

将37%甲醛溶液按比例投入到反应釜内，然后按比例加入三聚氰胺和苯代三聚氰胺搅拌，直到溶液澄清为止，用三乙醇胺调节pH值为7.5，升温至80℃，反应85min，制得苯代三聚氰胺改性三聚氰胺甲醛树脂囊壁材料预聚体溶液，然后冷却至33℃备用。所述的三聚氰胺和苯代三聚氰胺的比例为1:1，37%甲醛溶液与三聚氰胺和苯代三聚氰胺的混合物的比例按有效成分计算为3:1。

制备的囊壁材料预聚体分批连续加入制备的含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料乳化液中，囊壁材料预聚体与含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料乳化液中有效成分的质量比为1:1，调整温度为40℃，搅拌转速为1800r/min下充分分散，直到粒径D90为1.439μm，然后用盐酸将该混合液pH值调至3.5，在38℃、搅拌速度为600r/min下继续加热2h，实现改性三聚氰胺甲醛树脂的交联，最后用NaOH溶液调节pH值至7.0，得到含益生菌复合功能微胶囊分散液。将含益生菌复合功能微胶囊分散液使用恒温真空干燥机进行干燥，干燥温度为30℃，干燥时间为36h，得到含益生菌复合功能微胶囊粉体，其粒径D90为1.698μm。

2、纺丝原液的制备：

将平均聚合度为1000、甲种纤维素含量为92%、灰分含量0.15%的浆粕首先经过100keV的高能电子束辐照30s，使浆粕得到均匀的处理；然后将浆粕进行粉碎，在pH值为5、温度为50℃下向其中加入纤维素酶进行活化，活化时间为35min，活化完后调节pH值为10，结束活化并进行压榨，得到含水率为30wt%的纤维素浆粕。将上述浆粕利用超声波进行烘干工艺，频率为1260MHz，烘干时间为35min，烘干后含水率9.28%。

将活化、烘干后的纤维素浆粕添加至离子液体中进行脱水溶解，纤维素的质量分数为9.2%。所述离子液体采用烷基咪唑型离子液体，其中阳离子为烯丙基；阴离子为Cl^-。

3、共混纺丝原液的制备：

将制备的含益生菌复合功能微胶囊加入到所用溶解纤维素浆粕的离子液体中，在1000r/min的转速下分散90min，其中含益生菌复合微胶囊的质量分数为15.5%，脱泡备用；

将制备的含益生菌复合功能微胶囊/离子液体分散液通过纺前注射装置加入到步骤2制备的纺丝原液中，得到共混纺丝原液。

所述纺前注射装置是由行星齿轮动态混合器和SH型静态混合器串联组合而成的；所述共混纺丝原液的合适温度为85℃；所述共混纺丝原液通过纺前注射装置的时间为5min；所述共混纺丝原液中纤维素与含益生菌复合功能微胶囊的质量含量为100:7.5。

4、纤维制备：

共混纺丝原液经过脱泡、过滤、计量后通过喷丝头挤出后形成纺丝细流。纺丝细流经过10mm的气隙层后进入凝固浴成形，将初生丝束进行拉伸、水洗、切断、精练、真空减压干燥等，制备离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维。

所述的气隙层采用侧吹风方式，温度为20℃，牵伸率为110%；

所述凝固浴由所用溶解纤维素浆粕的离子液体和水组成，离子液体的浓度为15%，温度为30℃；

所述水洗工序采用去离子水，温度为35℃；将纺丝后的初生纤维进行集束，切断，制备出长度为25mm、线密度为1.11dtex的离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维；

所述精炼工序包括上油和漂白两者合一，上油浴采用MGR，浓度为2.5g/L，漂白采用双氧水，浓度为1.0g/L，浴液pH值为8.5，温度为35℃。

所述的烘干方法采用真空减压干燥方法，干燥温度为35℃，直至纤维回潮率13.2%。

制备的纤维干断裂强度为3.35cN/dtex，湿断裂强度为2.43cN/dtex，纵向膨润率在0.15%；对金黄色葡萄球菌的抑制率85.9%，对大肠杆菌的抑制率86.1%，对白色念珠菌的抑制率80.5%；其对螨虫的驱避率76.53%；纤维的熔融相变焓为8.2J/g，结晶相变焓为7.9J/g，相变温度为0~20.1℃。

实施例2

一种规格为1.33dtex×38mm的离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维的制备方法，包括以下步骤：

1、含益生菌复合功能微胶囊的制备：

1）活化益生菌菌种的制备：

将冷冻干燥的益生菌菌粉按3.5%的接种量接种到培养基中，培养基在应用前进行高温灭菌，灭菌温度125℃，灭菌时间为26min。然后在36.2℃厌氧条件（二氧化碳氛围）下培养活化22.5h。在同样条件下进行两次活化。然后利用3550r/min离心并用生理盐水洗涤，收集浓缩益生菌菌液，其浓度为10⁹CFU/mL，保持浓缩益生菌菌液温度在36.5℃下备用，并不断充氮气，以维持厌氧环境。

所述益生菌为保加利亚乳杆菌；所述培养基为半乳糖增殖培养基。

2）初级益生菌微胶囊的制备：

将灭菌处理的球形多孔二氧化硅（购自江西联锴新材料有限公司，粒径D90为1.108μm）加入上述浓缩益生菌菌液中，在温度36.5℃，搅拌速度320r/min，并不断充氮气维持厌氧环境的条件下吸附2h，从而得到以含有益生菌为囊芯、球形多孔二氧化硅为囊壁的初级益生菌微胶囊分散液。

将上述初级益生菌微胶囊分散液使用恒温真空干燥机进行干燥，干燥温度为35℃，干燥时间为19h，得到初级益生菌微胶囊粉体，其粒径D90为1.315μm。

3）以含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料的制备

将上述初级益生菌微胶囊粉体加入到35℃处于熔化状态的经过灭菌处理的液态正烷烃中进行充分混合，其初级益生菌微胶囊粉体与正烷烃的质量比为1:3，并不断充氮气维持厌氧环境的条件下使得初级益生菌微胶囊的囊壁能够充分吸附正烷烃。

将乳化剂加入到去离子水中，乳化剂质量分数为2.0%，维持温度36.5℃，调节搅拌器转速至2560r/min，充分搅拌25min，得到乳化剂分散液。将上述正烷烃分散体系按质量分数30%加入乳化剂分散液中，在相同转速下继续乳化分散，不断充氮气维持厌氧环境，使得乳化液的粒径D90为1.501μm。

所述的正烷烃为正十八烷；所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠。

4）含益生菌复合功能微胶囊的制备：

将37%甲醛溶液按比例投入到反应釜内，然后按比例加入三聚氰胺和苯代三聚氰胺搅拌，直到溶液澄清为止，用三乙醇胺调节pH值为8.0，升温至85℃，反应78min，制得苯代三聚氰胺改性三聚氰胺甲醛树脂囊壁材料预聚体溶液，然后冷却至35℃备用。所述的三聚氰胺和苯代三聚氰胺的比例为2:1，37%甲醛溶液与三聚氰胺和苯代三聚氰胺的混合物的比例按有效成分计算为3.5:1。

制备的囊壁材料预聚体分批连续加入制备的含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料乳化液中，囊壁材料预聚体与含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料乳化液中有效成分的质量比为2:3，调整温度为39℃，搅拌转速为2200r/min下充分分散，直到粒径D90为1.756μm，然后用盐酸或者醋酸将该混合液pH值调至3.8，在39℃、搅拌速度为800r/min下继续加热3.5h，实现改性三聚氰胺甲醛树脂的交联，最后用NaOH溶液调节pH值至7.5，得到含益生菌复合功能微胶囊分散液。将含益生菌复合功能微胶囊分散液使用恒温真空干燥机进行干燥，干燥温度为34℃，干燥时间为28h，得到含益生菌复合功能微胶囊粉体，其粒径D90为1.995μm。

2、纺丝原液的制备：

将平均聚合度为800、甲种纤维素含量为93.8%、灰分含量0.12%的浆粕首先经过65keV的高能电子束辐照45s，使浆粕得到均匀的处理；然后将浆粕进行粉碎，在pH值为5.5、温度为48℃下向其中加入纤维素酶进行活化，活化时间为45min，活化完后调节pH值为11，结束活化并进行压榨，得到含水率为50wt%的纤维素浆粕。将上述浆粕利用超声波进行烘干工艺，频率为1380MHz，烘干时间为30min，烘干后含水率8.05%。

将活化、烘干后的纤维素浆粕添加至离子液体中进行脱水溶解，纤维素的质量分数为10.9%。所述离子液体采用烷基咪唑型离子液体，其中阳离子为乙基；阴离子为SCN^-。

3、共混纺丝原液的制备：

将制备的含益生菌复合功能微胶囊加入到所用溶解纤维素浆粕的离子液体中，在1500r/min的转速下分散75min，其中含益生菌复合微胶囊的质量分数为20.6%，脱泡备用；

所述纺前注射装置是由行星齿轮动态混合器和SH型静态混合器串联组合而成的；所述共混纺丝原液的合适温度为92℃；所述共混纺丝原液通过纺前注射装置的时间为10min；所述共混纺丝原液中纤维素与含益生菌复合功能微胶囊的质量含量为100:12.0。

4、纤维制备：

共混纺丝原液经过脱泡、过滤、计量后通过喷丝头挤出后形成纺丝细流。纺丝细流经过20mm的气隙层后进入凝固浴成形，将初生丝束进行拉伸、水洗、切断、精练、真空减压干燥等，制备离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维。

所述的气隙层采用侧吹风方式，温度为18℃，牵伸率为102%；

所述凝固浴由所用溶解纤维素浆粕的离子液体和水组成，离子液体的浓度为20%，温度为25℃；

所述水洗工序采用去离子水，温度为38℃；将纺丝后的初生纤维进行集束，切断，制备出长度为38mm、线密度为1.33dtex的离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维；

所述精炼工序包括上油和漂白两者合一，上油浴采用MGR，浓度为4.0g/L，漂白采用双氧水，浓度为1.5g/L，浴液pH值为9.0，温度为38℃。

所述的烘干方法采用真空减压干燥方法，干燥温度为37℃，直至纤维回潮率12.1%。

制备的纤维干断裂强度为2.96cN/dtex，湿断裂强度为1.95cN/dtex，纵向膨润率在0.39%；对金黄色葡萄球菌的抑制率88.7%，对大肠杆菌的抑制率89.1%，对白色念珠菌的抑制率83.0%；其对螨虫的驱避率79.51%；纤维的熔融相变焓为12.1J/g，结晶相变焓为12.5J/g，相变温度为9.6~33.5℃。

实施例3

一种规格为1.67dtex×50mm的离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维的制备方法，包括以下步骤：

1、含益生菌复合功能微胶囊的制备：

1）活化益生菌菌种的制备：

将冷冻干燥的益生菌菌粉按5%的接种量接种到培养基中，培养基在应用前进行高温灭菌，灭菌温度128℃，灭菌时间为20min。然后在37℃厌氧条件（氮气氛围）下培养活化30h。在同样条件下进行两次活化。然后利用4000 r/min离心并用生理盐水洗涤，收集浓缩益生菌菌液，其浓度为10¹⁰CFU/mL，保持浓缩益生菌菌液温度在37℃下备用，并不断充氮气，以维持厌氧环境。

所述益生菌为嗜热双歧杆菌；所述培养基为MRS液体培养基。

2）初级益生菌微胶囊的制备：

将灭菌处理的球形多孔二氧化硅（购自江西联锴新材料有限公司，粒径D90为1.325μm）加入上述浓缩益生菌菌液中，在温度37℃，搅拌速度200r/min，并不断充氮气维持厌氧环境的条件下吸附3h，从而得到以含有益生菌为囊芯、球形多孔二氧化硅为囊壁的初级益生菌微胶囊分散液。

将上述初级益生菌微胶囊分散液使用恒温真空干燥机进行干燥，干燥温度为37℃，干燥时间为15h，得到初级益生菌微胶囊粉体，其粒径D90为1.356μm。

3）以含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料的制备：

将上述初级益生菌微胶囊粉体加入到38℃处于熔化状态的经过灭菌处理的液态正烷烃中进行充分混合，其初级益生菌微胶囊粉体与正烷烃的质量比为1:2，并不断充氮气维持厌氧环境的条件下使得初级益生菌微胶囊的囊壁能够充分吸附正烷烃。

将乳化剂加入到去离子水中，乳化剂质量分数为2.5%，维持温度38℃，调节搅拌器转速至3000r/min，充分搅拌20min，得到乳化剂分散液。将上述正烷烃分散体系按质量分数35%入乳化剂分散液中，在相同转速下继续乳化分散，不断充氮气维持厌氧环境，使得乳化液的粒径D90为1.758μm。

所述的正烷烃优选为正二十烷；所述乳化剂为六偏磷酸钠。

4）含益生菌复合功能微胶囊的制备：

将37%甲醛溶液按比例投入到反应釜内，然后按比例加入三聚氰胺和苯代三聚氰胺搅拌，直到溶液澄清为止，用三乙醇胺调节pH值为8.5，升温至90℃，反应70min，制得苯代三聚氰胺改性三聚氰胺甲醛树脂囊壁材料预聚体溶液，然后冷却至37℃备用。所述的三聚氰胺和苯代三聚氰胺的比例为3:1，37%甲醛溶液与三聚氰胺和苯代三聚氰胺的混合物的比例按有效成分计算为4:1。

制备的囊壁材料预聚体分批连续加入制备的含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料乳化液中，囊壁材料预聚体与含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料乳化液中有效成分的质量比为1:2，调整温度为38℃，搅拌转速为2500r/min下充分分散，直到粒径D90为2.035μm，然后用盐酸或者醋酸将该混合液pH值调至4.0，在40℃、搅拌速度为1000r/min下继续加热5h，实现改性三聚氰胺甲醛树脂的交联，最后用NaOH溶液调节pH值至8.5，得到含益生菌复合功能微胶囊分散液。将含益生菌复合功能微胶囊分散液使用恒温真空干燥机进行干燥，干燥温度为37℃，干燥时间为20h，得到含益生菌复合功能微胶囊粉体，其粒径D90为2.528μm。

2、纺丝原液的制备：

将平均聚合度为600、甲种纤维素含量为96% 、灰分含量0.1%的浆粕首先经过10keV的高能电子束辐照60s，使浆粕得到均匀的处理；然后将浆粕进行粉碎，在pH值为6、温度为45℃下向其中加入纤维素酶进行活化，活化时间为55min，活化完后调节pH值为12，结束活化并进行压榨，得到含水率为60wt%的纤维素浆粕。将上述浆粕利用超声波进行烘干工艺，频率为1550MHz，烘干时间为25min，烘干后含水率6.35%。

将活化、烘干后的纤维素浆粕添加至离子液体中进行脱水溶解，纤维素的质量分数为12.6%。所述离子液体采用烷基咪唑型离子液体，其中阳离子为丁基；阴离子为CH₃COO^-。

3、共混纺丝原液的制备：

将制备的含益生菌复合功能微胶囊加入到所用溶解纤维素浆粕的离子液体中，在2000r/min的转速下分散40min，其中含益生菌复合微胶囊的质量分数为26.8%，脱泡备用；

所述纺前注射装置是由行星齿轮动态混合器和SH型静态混合器串联组合而成的；所述共混纺丝原液的合适温度为99℃；所述共混纺丝原液通过纺前注射装置的时间为15min；所述共混纺丝原液中纤维素与含益生菌复合功能微胶囊的质量含量为100:16.5。

4、纤维制备：

共混纺丝原液经过脱泡、过滤、计量后通过喷丝头挤出后形成纺丝细流。纺丝细流经过30mm的气隙层后进入凝固浴成形，将初生丝束进行拉伸、水洗、切断、精练、真空减压干燥等，制备离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维。

所述的气隙层采用侧吹风方式，温度为15℃，牵伸率为90%；

所述凝固浴由所用溶解纤维素浆粕的离子液体和水组成，离子液体的浓度为25%，温度为20℃；

所述水洗工序采用去离子水，温度为40℃；将纺丝后的初生纤维进行集束，切断，制备出长度为50mm、线密度为1.67dtex的离子液体法再生纤维素纤维基体的益生菌健康纤维；

所述精炼工序包括上油和漂白两者合一，上油浴采用MGR，浓度为6.0g/L，漂白采用双氧水，浓度为2.0g/L，浴液pH值为9.5，温度为40℃。

所述的烘干方法采用真空减压干燥方法，干燥温度为38℃，直至纤维回潮率11.5%。

制备的纤维干断裂强度为2.68cN/dtex，湿断裂强度为1.62cN/dtex，纵向膨润率在0.82%；对金黄色葡萄球菌的抑制率90.9%，对大肠杆菌的抑制率91.2%，对白色念珠菌的抑制率84.9%；其对螨虫的驱避率81.0%；纤维的熔融相变焓为15.3J/g，结晶相变焓为15.5J/g，相变温度为12.9~40℃。

对比例1

在实施例3的基础上，在制备“含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯材料”时，不使用正烷烃进行包覆保护，其他工艺相同。

制备的纤维干断裂强度为2.70cN/dtex，湿断裂强度为2.45cN/dtex，纵向膨润率在0.80%；对金黄色葡萄球菌的抑制率79.5%，对大肠杆菌的抑制率78.9%，对白色念珠菌的抑制率70.2%；其对螨虫的驱避率69.1%；纤维的抗菌性能和对螨虫的驱避率明显降低，纤维的熔融相变焓为1.51J/g，结晶相变焓为1.65J/g，基本无相变温度，相变性能基本不存在。

通过该对比例可以说明，正烷烃的包覆具有隔绝氧气的作用，对益生菌进行了有效保护；同时熔点温度小于38℃的正烷烃在环境温度变化时可以通过相变过程对温度起到缓冲作用，使得益生菌不至于产生较大温度波动，进一步保护了益生菌，从而保证了纤维的性能。

对比例2

在实施例3的基础上，在纤维制备过程中的烘干方法采用常规高温蒸汽烘干（115℃，蒸汽压力0.5MPa）时，不使用真空减压干燥方法，其他工艺相同。

制备的纤维干断裂强度为2.71cN/dtex，湿断裂强度为2.43cN/dtex，纵向膨润率在0.83%；对金黄色葡萄球菌的抑制率63.9%，对大肠杆菌的抑制率65.1%，对白色念珠菌的抑制率53.3%；其对螨虫的驱避率50.1%；纤维的抗菌性能和对螨虫的驱避率明显降低，纤维的熔融相变焓为15.2J/g，结晶相变焓为15.6J/g，相变温度为11.5~39.5℃。

通过该对比例可以说明，高温蒸汽烘干和氧气对益生菌造成严重破坏，而利用真空减压干燥方法，在真空、较低温度下烘干，避免了温度、氧气对益生菌的破坏，保证了纤维的性能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，活化益生菌菌种的制备步骤包括：将冷冻干燥的益生菌菌粉接种到已高温灭菌的培养基中，然后在35~37℃厌氧条件下培养活化；然后离心洗涤，收集浓缩益生菌菌液。

3.根据权利要求1所述的益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，第二囊芯的制备步骤包括：将初级益生菌微胶囊粉体加入到30~38℃处于熔化状态的经过灭菌处理的液态正烷烃中进行混合，得到正烷烃分散体系，然后加入到乳化剂分散液中进行乳化分散，并不断充氮气保持厌氧环境。

4.根据权利要求3所述的益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，初级益生菌微胶囊粉体与正烷烃的质量比为1:2~1:4。

5.根据权利要求3所述的益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，正烷烃为熔点小于38℃的正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷中的一种或多种；

乳化剂为苯乙烯马来酸酐钠盐、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或六偏磷酸钠。

6.根据权利要求1所述的益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，第二囊壁的预聚体材料制备步骤包括：将甲醛溶液投入到反应釜内，然后加入三聚氰胺和苯代三聚氰胺搅拌，用三乙醇胺调节pH值，升温反应，制得苯代三聚氰胺改性三聚氰胺甲醛树脂囊壁材料预聚体溶液，然后冷却备用。

7.根据权利要求1所述的益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，含益生菌复合功能微胶囊制备步骤包括：将第二囊壁预聚体材料分批连续加入含初级益生菌微胶囊粉体的第二囊芯乳化液中，低温搅拌，直到粒径D90≤2.035μm，然后调节pH值至3.5~4.0，低温搅拌加热，然后调节pH值至7.0~8.5，低温干燥。

8.根据权利要求1所述的益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，纺丝原液制备步骤包括：将纤维素浆粕首先经过高能电子束辐照，然后将浆粕进行粉碎，在pH值为5～6、温度为45～50℃下向其中加入纤维素酶进行活化，活化完后调节pH值为10~12，结束活化并进行压榨，得到含水率为30～60wt%的纤维素浆粕；然后将纤维素浆粕利用超声波烘干，将活化烘干后的纤维素浆粕添加至离子液体中进行脱水溶解。

9.根据权利要求1所述的益生菌健康纤维的制备方法，其特征在于，纺丝后处理时采用真空减压干燥方法，干燥温度为35~38℃，直至纤维回潮率11.5%~13.2%。

10.一种益生菌健康纤维，其特征在于，由权利要求1-9任一所述的制备方法制得。