芳香微胶囊及其在纺织品中的应用研究进展

黄雅怡,师文钊,陆少锋,刘瑾姝,李苏松

(西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安 710048)

香精作为一种重要添加剂,具有加香除臭、舒缓心情、抗菌、驱蚊等效果,可提高产品附加值,已广泛应用于食品、化妆品、纺织、造纸、医药等行业,具有广阔的市场前景[1]。为解决香精在生产和储存过程中易挥发变质问题,采用微胶囊技术对其进行包封,可有效减少香精与外界环境的接触,减少香精的损失与变质,实现香精的持久释放。此外,芳香微胶囊具有体积小、比表面积大、化学性质稳定、机械性能好等特点,可制备出具有保健功效的芳香织物。

香精的释放性能作为芳香微胶囊的一项关键指标,受芯材溶解度、壁材渗透性及外界环境等因素影响。其中,香精作为芳香微胶囊的核心结构,其分子结构和大小影响芯材的扩散系数,进而影响香精的释放速率。而壁材作为保护香精的结构,其种类和组成直接影响微胶囊化工艺和产品性能,如香精在高聚物壁材中扩散系数,制备工艺对微胶囊的大小和壁厚的影响,壁材受外界刺激引起的渗透性变化等。为此,壁材的选择是微胶囊化最重要的一个步骤,需要根据芯材的性质、应用、制备方法和释放机制等进行选择[2]。对目前芳香微胶囊制备时芯材和壁材的种类及其特点进行对比分析,并对其在纺织品上的应用进行展望(图1)。

图1 芳香微胶囊及其在纺织品中的应用研究进展

1 芳香微胶囊芯材

香精是一种能散发出香味分子,能被动物的嗅觉和味觉系统所感知的物质。从原材料上可分为天然香精和合成香精。天然香精是从芳香植物或泌香动物中加工提取所得,常用方法有水蒸气蒸馏法、挤压法、油脂分离法、溶剂萃取法、超临界CO2萃取法等[3]。而合成香精则是对香料进行物理或化学方法提取制备的半合成香精,或对石油化工原料进行有机合成制备的全合成香精[4]。

按化学结构或官能团分类,香精的主要成分为烃、醇、醛、酮、醚、酯、内酯等脂肪族、芳香族和萜类化学物质及杂环类化合物,具有增香、除臭、镇静、杀菌、驱蚊、保健等作用[5]。此外,因具有渗透性好、代谢快、不滞留、毒性小的特点,香精已逐渐从美容领域扩展到综合医疗方面,对人体进行补充和替代治疗,如使用佛手柑、薄荷及生姜精油减轻癌症病人治疗过程中不良反应,缓解焦虑和抑郁症状,减轻心理压力,提高睡眠生活质量等[6]。除加香和调节情绪的作用外,部分香精还有抗菌、驱虫、消炎等效果,可作为天然保健品、抗菌剂和驱虫剂等进行复配使用,对提高产品性能及附加值具有重要意义。常见的香精种类及其主要成分见表1。

表1 常见的香精种类、主要成分及其功能效果

目前,香精香料产品已深入人们的生活,与其配套的产品发展水平相适应,在食品、医药、日化等行业中有广泛的应用。2017 年,我国香精香料行业产量为124.8万t,其中香精产量约75.29 万t,香料产量约49.51万t,相关产品的年销售量额达到10万亿元,具有可观的发展前景[14]。

以微胶囊技术对香精进行包覆,不仅克服了香精分子量小、挥发性强、化学性质不稳定等问题,同时保留了香精的功能活性,赋予香精在生产过程中与其他试剂的相容性,提高其在使用过程中的稳定性,同时有利于功能性纺织品的开发和生产。

2 芳香微胶囊壁材

壁材作为芳香微胶囊的外层结构,除不与香精发生反应,还应具有适当的机械强度、溶解度、流动性、乳化性、渗透性和稳定性,能够有效延长香精的释放,保护其不受外界环境的影响[15]。此外,乳化剂体系和聚合反应速率都会对壁材的分子量大小、致密性、香精包覆率、香精缓释速率等有影响。为此,需要根据香精的性质及所制备产品性能需求,选择合适的壁材种类和制备方法,实现香精的长效释放和功能应用。

目前,常见的芳香微胶囊壁材有天然高分子材料、半合成高分子材料、合成高分子材料和无机材料,如图2所示。

图2 常见的芳香微胶囊壁材种类

2.1 天然高分子壁材

天然高分子材料具有成膜性好、无毒、可生物降解、来源广泛等优点。其中,常用作芳香微胶囊壁材的材料主要分为三大类:多糖类,如淀粉及其衍生物、海藻酸钠、环糊精、壳聚糖、纤维素和各种植物胶类;蛋白质类,如明胶、乳清蛋白等;蜡与脂类物质,如脂质体、蜂蜡、石蜡等[16]。其中,多糖类和蛋白质类物质具有良好的溶解性,能够在较高浓度时保持较低黏度,与香精形成均匀分散的稳定微乳液系统,有利于实现香精的吸附和包封。

2.1.1 变性淀粉

变性淀粉是经物理、化学或酶等方法,在淀粉分子上引入新的官能团或改变分子大小和颗粒性质制备而成,有效提高淀粉的成膜性和乳化性,可制备具有良好稳定性和生物利用度的芳香微胶囊。变性淀粉具有吸附能力强、结构强度高、热稳定性好的优点,且来源广泛、价格便宜,适合对脂溶性热敏芯材进行包埋。此外,为减少芯材从淀粉中的孔隙处的解吸,常与其他多糖或极性有机化合物结合使用,实现对芯材的多层封装,提高包封效果。常用物理吸附法、冷冻干燥法、喷雾干燥法等方法制备淀粉类芳香微胶囊。

王凯等[17]以辛烯基琥珀酸短链葡聚糖(OSASGC)为壁材,制备了OSA-SGC-薄荷油微胶囊,呈表面平整,结构细密而零碎,如图3 所示。结果表明,OSA-SGC对薄荷油有效包合中产生氢键,包埋率为35.7%,有效提高薄荷油的热稳定性。肖秀婵等[18]采用反向胶乳法制备出颗粒均匀的多孔淀粉微球和淀粉-β-环糊精复合微球,研究两种微球对茉莉香精中的二氢芳樟醇的吸附效果和缓释性能。与多孔淀粉微球相比,淀粉-β-环糊精复合微球内部空间更大,吸附结合位点更多,对二氢芳樟醇吸附效果更好,且微球质量为0.3 g,最佳吸附率可达到70%。

图3 OSA-SGC-薄荷油微胶囊及其原料的微观形貌[17]

2.1.2 环糊精

环糊精是淀粉在由芽孢杆菌产生的葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖,具有外层亲水、内腔疏水的中空环状结构,常以范德华力、氢键或疏水等相互作用力将香精封装在其空腔内,能有效延长香精释放时间。这种制备方法又称包结络合法,具有工艺简便、成本低、产品稳定的特点,但其包封率相对较低,留香时间不长。常用的环糊精为β-环糊精(β-CD)、羧甲基-β-环 糊 精(CM-β-CD)、羟 丙 基-β-环 糊 精(HP-β-CD)、甲基-β-环糊精(M-β-CD)等。

Xiao等[19]以β-CD 作为壁材,制备了苹果香精微胶囊,具有良好的热稳定性,能很好地附着在棉织物上。经气相色谱-质谱联用和电子鼻测试可知,微胶囊整理的棉织物香气持续时间较直接浸渍香精织物延长一倍,具有良好的缓释效果。Aytac等[20]以HP-β-CD、M-β-CD 和羟丙基-γ-环糊精(HP-γ-CD)3种改性环糊精对柠檬烯挥发性油包合(图4),并采用静电纺丝技术制备芳香纳米纤维膜。经质谱和热重分析可知,所制备包合物的载药率分别为43%、80%和27%,与制备的纳米纤维膜载药率相匹配,且100天内纳米纤维膜仅释放25%的柠檬烯,具有持久释放的特性。

图4 环糊精对柠檬烯挥发性油包合[20]

2.1.3 海藻酸钠

海藻酸钠作为一种阴离子多糖,是β-1,4-糖苷键连接β-D-甘露糖醛酸(M 单元)与α-L-古洛糖醛酸(G单元)两单元所组成的线性共聚物。若以氯化钙为交联剂,两个相邻的双折叠式螺旋构象的G 单元的羧基会通过Ca2+相连接,形成具有紧密的三维网络“蛋盒”结构的海藻酸钙凝胶(图5),表现出良好的机械强度和弹性[21-22]。为改善离子交联所得凝胶刚性较大且易碎的问题,常与其他阳离子聚合物形成复合凝聚物作为壁材,制备具有热稳定性和良好释放性能的芳香微胶囊,其制备方法有相分离法、微孔造粒法等。

图5 海藻酸钠与钙离子形成的“蛋盒”结构[21-22]

李宏英等[23]采用戊二醛对明胶/海藻酸钠复合壁材进行固化,制备了薄荷油微胶囊。结果表明,该微胶囊呈表面有微小气孔的规则球状,在250 ℃下有较高热稳定性。经微胶囊整理后的涤纶织物,静态水动态传递性、透气透湿性能有明显提高,但手感和白度有所降低。Tu等[24]以海藻酸钠/壳聚糖为壁材,制备肉桂精油微胶囊。结果表明,精油浓度、壳聚糖用量、氯化钙用量是影响微胶囊包封率和缓释效果的重要工艺参数。经恒温失重法测得,肉桂精油微胶囊在100 ℃下加热6 h,肉桂精油释放量为44.53%,具有良好的热稳定性。

2.1.4 壳聚糖

壳聚糖是天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基后形成的一种碱性阳离子多糖,具有类似纤维素的线型高分子结构,易生物降解,具有较高的安全性和生物相容性[25]。除了需要选择适合黏度和浓度外,壳聚糖常与多种阴离子物质复配,以异种电荷相互作用制备如壳聚糖/海藻酸钠、壳聚糖/明胶等复合微胶囊,提高产品稳定性及缓释效果。此外,壳聚糖微胶囊的形成机理有以降低壳聚糖溶解度的单凝聚法、乳液交联固化法等[26]。由于壳聚糖中氨基在酸性条件下易发生质子化反应,分子链发生膨胀,可制备p H 响应型微胶囊,实现香精的控速释放。常用复凝聚、溶剂蒸发法、化学交联法等制备微胶囊。

叶景鹏等[27]采用戊二醛作为交联剂,在O/W 乳液下制备了玫瑰香精/壳聚糖微胶囊。由于壳聚糖良好的成膜性,芳香微球在真丝织物表面成膜吸附,使织物手感变硬、泛黄。经电子鼻留香性能测试可知,经整理后真丝织物在120天仍有约31.6%的香味留存,具有良好的留香效果。Du等[28]采用微流控技术制备了结构可控、粒度均匀、p H 控释的薄荷油/壳聚糖微胶囊,如图6所示。结果表明,调节各相流速、凝固时间和交联剂浓度,可实现微胶囊壳结构致密形成和150～410μm 的尺寸调节,有效提高薄荷油的缓释性能。此外,通过高速摄像机观察可知,随着交联程度的降低和p H 值的增大,壳聚糖微胶囊的收缩程度增大。当收缩程度较为剧烈时,壁材会破损,导致香精全部释放。

图6 微流控技术制备p H 控释的薄荷油/壳聚糖微胶囊工艺[28]

2.1.5 明胶

明胶是由胶原部分水解所产生的蛋白质和多肽的混合物,具有良好的生物降解性、乳化性和成膜效果。当明胶溶于水时,其分子链上的—NH2和—COOH 会解离成—NH3+和—COO-。当p H 值小于明胶等电点时,溶液中—NH3+浓度大于—COO-,明胶分子带正电;当p H 值大于等电点,明胶分子带负电[29]。因此,明胶既可单独使用,也可与多糖类材料复配使用,能有效提高微胶囊的持久缓释效果和热稳定性,常见有明胶/阿拉伯胶、明胶/壳聚糖、明胶/海藻酸钠等。此外,以甲醛、戊二醛等作为固化剂,可使明胶发生不可逆的化学转变而交联固化,提高包覆效果,但会造成刺激性物质的残留。常用喷雾干燥、溶剂蒸发、相分离等方法制备芳香微胶囊。

蒋爱月等[30]以明胶作为壁材,采用单凝聚法制备甜橙油微胶囊。通过调节无机盐浓度,使明胶凝聚成壳,经冷凝和甲醛固化,制备出单层明胶微胶囊,具有完整光滑的外观,对甜橙油有良好包覆效果。与纯香精对比,甜橙油微胶囊的热释放温度提高,释放时间增加,其中甜橙油的主要成分在400 ℃下释放量为65.19%。Julaeha等[31]以明胶/海藻酸钠为壁材,制备了柠檬油微胶囊(微胶囊微观形貌如图7所示),有效延缓柠檬油的挥发,提高其热稳定性。所制备微胶囊整理的棉织物经15次洗涤,微胶囊仅脱落3%,有少量破损,香气能维持4个月以上。

图7 以明胶/海藻酸钠为壁材的柠檬油微胶囊微观形貌[31]

2.2 半合成高分子壁材

半合成高分子壁材主要为纤维素衍生物,如乙基纤维素、甲基纤维素等,具有毒性较小、黏度大、成膜性好、成盐后溶解度增大的优点,但存在易水解、不适合高温处理等问题,需要现配现用。其常以溶剂蒸发、喷雾干燥、相分离等方法制备芳香微胶囊。

以乙基纤维素为例,微胶囊的制备原理是乙基纤维素通过助溶剂溶解在芯材中,并随之分散于连续相内。随着助溶剂的提取分离,乙基纤维素在连续相中溶解度降低,沉积在芯材表面形成微胶囊。Turkogl u等[32]采用单凝聚法,以乙基纤维素作为壁材,制备柠檬烯微胶囊,微胶囊微观形貌如图8所示。不同聚合物用量会对微胶囊的粒径大小及分布有影响。当聚合物和柠檬烯质量比为4∶1 时,可获得平均粒径为1 μm 的柠檬烯微胶囊。经其整理的棉织物对淡色库蚊具有41%的灭活率,经20次洗涤后,仍有19.4%的驱蚊效果,说明制备的柠檬烯微胶囊具有良好的耐洗涤性能和驱蚊效果。

图8 单凝聚法制备的柠檬烯/乙基纤维素微胶囊微观形貌[32]

2.3 合成高分子壁材

与天然高分子材料相比,合成高分子材料具有价格低廉、成膜性好、机械强度大、化学稳定的特点,可制备出结构多样、致密性好、耐热等性能优良的微胶囊,能适应工业化生产及使用。但其制备过程中,残留的溶剂或单体具有一定的毒性,会对人体及环境造成污染和刺激[33]。为此,制备缓释性好、可降解、无刺激的芳香微胶囊将会是未来很长一段时间的研究方向之一。

目前,合成高分子壁材大致有三大类:氨基树脂类、聚氨酯类、丙烯酸类,常采用原位聚合、界面聚合、乳液聚合等化学方法进行制备。

2.3.1 氨基树脂

氨基树脂是由含有氨基的化合物与醛类经缩聚而成的树脂,如脲醛树脂、酚醛树脂、密胺树脂等。其中,三聚氰胺与甲醛反应生成的密胺树脂,具有机械强度高、无色透明、表面硬度高、耐冲击性和耐溶剂性等特点,可制备出较好耐热性、致密性、光滑外观、壁厚可控、耐洗、留香时间长的芳香微胶囊,被广泛研究使用。其制备原理是将反应性单体或预聚体与引发剂共同溶解于连续相或分散相中。在引发剂作用下,可溶性单体或预聚物反应形成不可溶聚合物,并随着尺寸的增大,沉积在芯材表面并交联形成微胶囊,该制备方法称为原位聚合法。其中,乳化体系、单体种类、聚合速度等会对微胶囊的性能产生影响。由于合成过程中甲醛的残留,会使其产品有强烈的刺激性气味,对眼部、呼吸、神经和内分泌等有毒副作用,产品使用范围受限。

采用密胺树脂为壁材,制备了包覆效果好、颗粒饱满均匀的茉莉香精微胶囊[34]。经恒温失重法对其留香率和留香期测试可知,壁材用量的增加可以有效提高微胶囊的密封性,延长其缓释时间。但香精用量和乳化转速增加,香精释放速率加快,缓释性能变差。最终,其优化的制备工艺为壁材质量16 g,芯材添加量60 g,乳化转速14 000 r/min。Fei等[35]以甲醇改性三聚氰胺甲醛树脂为壁材,通过原位聚合法制备出一系列粒径不同的玫瑰精油微胶囊,制备原理如图9 所示。结果表明,当p H 值降低时,作为分散剂和聚电解质的苯乙烯-马来酸酐共聚物溶解度降低和预聚体反应活性大大提高,导致乳液稳定性降低和液滴粘连,造成微胶囊分布不均和尺寸减小。由于在壁材固化阶段,搅拌速度影响乳液的流动状态和液滴的再分散,适当的提高可减小微胶囊的尺寸分布。

图9 原位聚合法制备玫瑰精油微胶囊示意图[35]

2.3.2 聚氨酯

聚氨酯是由多元异氰酸酯和羟基或胺基类物质反应而成的聚合物,具有耐油、耐磨、耐低温、耐老化、硬度高、弹性较好的特点,常将两种反应单体分别溶解在两种互不相溶的溶剂中,并将其中一相作为分散相,以乳化分散的方式分散于另一相中。通过两相界面处发生聚合反应产生聚合物,并沉积于芯材表面。该制备方法称为界面聚合法,具有工艺简便、反应速度快、常温下反应、包覆率高的特点。但所制备微胶囊有缓释效果不明显、反应性单体残留、产品易粘连的缺点,可通过工艺优化进行调整。

Wang等[36]以六亚甲基二异氰酸酯和碳酸胍制备了柠檬醛芳香微胶囊。结果表明,当芯壁比为2∶1,所制备微胶囊平均直径为1.069μm,包覆率为75.63%。通过气相色谱仪对其整理的棉织物进行测试可知,放置12周后,柠檬醛的含量从2.9 mg/g降至1.51 mg/g,释放率为50%,具有良好的芳香缓释性能。Paret等[37]以聚脲/聚氨酯作为壁材,对2-氧乙酸酯潜香体包覆,制备出具有光诱导和机械裂解相结合的双重控释芳香微胶囊。其释放原理为2-氧乙酸酯潜香体在UVA 光照射下会分解出相应的香气分子,同时伴随着CO 或CO2气体产生,使微胶囊发生膨胀乃至裂解,释放出香气分子,如图10所示。结果表明,制备的微胶囊具有球形结构、光诱导释放效果较好、粒径大小对其释放效率影响较小、性能稳定的特点。

图10 具有光诱导和机械裂解相结合的双重控释 芳香微胶囊的释放原理[37]

2.3.3 丙烯酸树酯

丙烯酸树脂是丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类和其他烯类单体共聚而成的聚合物。根据其单体种类不同,丙烯酸树脂壁材可分为聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯等,具有价格合理、机械性能好、化学稳定性高的优点。与聚氨酯相比,丙烯酸树脂的反应速度易控制、单体来源广泛、单体安全无刺激;与密胺树脂、脲醛树脂相比,丙烯酸树脂具有无甲醛、安全无毒的特点,但其机械性能及耐热性较密胺树脂等较差。常采用本体聚合、乳液聚合、溶液聚合或悬浮聚合等自由基聚合法制备微胶囊。其原理是随着聚合反应的进行,分散相中的小液滴内单体在引发剂的作用下,不断生成聚合物而发生相分离不断析出沉积在液滴表面,形成微胶囊。

Zhao等[38]采用界面自由基聚合法,以聚1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯为壁材,对脱脂薄荷油进行包覆,并采用响应曲面法对固化温度、均质时间、均质速率、芯壁比等因素对芳香微胶囊的包封率影响进行探究。结果显示,芯壁比和均质速率对包封效率的影响更加显著。当芯壁比为6∶1、均质速率为7 124 r/min时,所制备芳香微胶囊包覆率高达90.4%,且在100 ℃以下结构完整,无渗漏,具有良好热稳定性,可耐15次洗涤循环。Hof meister等[39]采用甲基丙烯酸作为p H 敏感的功能性单体,以微乳液自由基聚合法制备了密封性好、p H 响应型释放α-蒎烯的芳香微胶囊。随着p H值的增加,壳层的羧基发生去质子化,增加了壳层链段的流动性,降低了扩散阻力,使包覆在其中的α-蒎烯更多地释放出来,释放机理如图11所示。

图11 p H 响应型芳香微胶囊释放机理[39]

2.4 无机壁材

相对于有机高分子壁材,无机材料具有良好的热稳定性、化学稳定性和力学强度,可制备出具有独特的机械、光电学、催化、阻燃等性质的微胶囊,但其脆性大,易形成多孔结构,密封性较差。此外,金属纳米颗粒因其小尺寸效应,需要将其分散在聚合物溶剂内对芯材进行包封,可以避免纳米粒子的团聚,同时结合有机和无机材料两者优势,制备有机高分子/无机微胶囊,优化微胶囊性能。

常用无机壁材有硅酸盐、碳酸钙、二氧化钛等。其中,Si O2具有高导热系数、无毒、价格经济、生物相容性、一定透明度的特点,在制备微胶囊和封装香精上具有独特的优势。常用溶胶凝胶法和Pickering乳液技术制备形貌可控、单分散的Si O2胶囊。

Cao等[40]采用溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯为壁材前驱体,制备了介孔二氧化硅纳米芳香微胶囊。不同香味的二氧化硅纳米胶囊粒径在140～220 n m 范围内变化,且粒径随精油液滴的界面张力减小而减小,其中柏木烷酮和薰衣草油的二氧化硅纳米微胶囊尺寸较小。以芳香微胶囊制备成香味复合膜,具有良好的芳香缓释效果,可用于纺织品和皮革的芳香整理。但复合膜的热学和力学性能随微胶囊用量增加而下降。Slavova等[41]以二氧化硅纳米粒子为骨架形成稳定的Pickering乳液,制备了平均半径在2～11μm 之间的芳香微胶囊,对柠檬烯、香茅醇、乙酸苄酯和葵花籽油有良好的包封效果。结果表明,在p H 值为3～10的水溶液中,吸附了油酸钾的二氧化硅纳米粒子呈疏水性,香精不释放;在p H 值为11的水溶液时,油酸钾脱附,二氧化硅粒子亲水性增加,微胶囊乳液呈不稳定状态,香精被释放,具有p H 响应释放性能。

图12 Pickering乳液制备以二氧化硅纳米粒子 为骨架的芳香微胶囊[41]

3 芳香微胶囊在纺织品上的应用

近年来,随着生活水平不断提高,人们对纺织品除了遮蔽、保暖、装饰等基本功能外,提出了保健、智能化等功能性要求。而香精除了能加香除臭,还有杀菌消炎、镇静安神、驱虫灭蚊等效果,可大大提高纺织品的附加值,提高织物档次,具有广阔的市场前景。

3.1 留香织物

香精作为易挥发变质物质,大部分为亲脂性物质,容易经人体皮肤吸收或吸入肺部,进入血液循环,引起脑区活化,可平衡和调节人体的精神与身体健康。此外,香精还有镇静安神、强身健体、防治疾病效果。通过将香精微胶囊化,可为纺织品提供持久香气、调节情绪、预防疾病等保健效果。

Wang等[42]以界面聚合法制备了薰衣草微胶囊。经气相色谱/质谱测试可知,薰衣草香精中香气主要成分为D-柠檬烯、桉树脑、芳樟醇和丙酸丙酯。较纯香精浸渍棉织物5天的留香时间相比,微胶囊整理的棉织物在放置12周后,各香气成分损失率低于50%,且经20次洗涤循环后,仅损失27.24%,具有良好的耐久释放性能。Ma等[43]对棉织物进行季铵盐化阳离子处理后,实现对带负电荷的芳香纳米微胶囊的高效吸附。结果表明,在碱性条件下,纳米芳香微胶囊与阳离子棉织物发生接枝反应,形成化学键,均匀吸附于织物上。与未处理的棉织物相比,阳离子处理的棉织物负载量提高了约72.53%,且室温下可持续释放香气大于120天。经5 次洗涤循环后,最大香精残留率达到91.19%,是未处理芳香织物的4.7倍。

3.2 抗菌织物

天然香精含有多种萜烯类、萜类、酚类等抗菌成分,具有广谱抗菌、可生物降解、低残留的特点。其中,酚类、萜类物质可增加真菌的细胞通透性,破坏渗透平衡,造成真菌的能量代谢紊乱,对真菌微生物具有抑制作用。此外,部分香精复配使用后具有协同增效作用[44]。

Dridi等[45]采用壳聚糖对肉桂、丁香及两者复配精油包覆,制备出芳香微胶囊整理于棉织物上,可赋予棉织物良好的抗菌和润湿性能。采用琼脂扩散法测定表明,两种精油都对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抗菌活性,且两种精油复配后具有协同增效作用。Beşen[46]将 茶 树 油(TTO)包 封 于β-CD、聚 乙 烯 醇(PVA)和阿拉伯胶(GA)中,并整理于黏胶非织造布上。与未处理的非织造布相比,TTO/PVA 胶囊对两种细菌均具有较高的抗菌活性,抗菌率均为100%,而TTO/β-CD 和TTO/GA 胶囊对金黄色葡萄球菌具有较高的抗菌活性,分别为99.9%和97.5%,但对大肠杆菌的抗菌活性较低,分别为20%和7.5%。

3.3 驱蚊织物

蚊子分布广泛,繁殖速度快,不仅会传播疟疾、登革热、莱卡病毒等病原体,还干扰人们正常生活和身心健康,是公共卫生重点关注的害虫。为有效防止蚊虫叮咬,一般会使用驱蚊剂阻断蚊虫对宿主引诱气体的识别或刺激蚊虫嗅觉神经元,引起蚊虫主动躲避,使人们免遭蚊虫骚扰。植物精油对蚊虫表现出不同程度的引诱、拒食、驱避、抑制生长发育、直接毒杀的效果,且原材料广泛,对人体刺激性较小,具有环保效益,可作为化学驱蚊剂的替代品而被研究和使用[47]。常用驱蚊精油有艾草、柠檬、香茅精油等。目前,驱蚊纺织品作为一种长期有效防止蚊虫叮咬的产品,适合军事人员和外勤人员使用。

Singh等[48]采用肉桂油为驱蚊剂,以喷雾干燥法制备了明胶/壳聚糖的芳香微胶囊,探究微胶囊大小与进料速率、压力和喷嘴直径等参数的关系。结果表明,经微胶囊整理的亚麻织物经20次洗涤仍有100%驱蚊效果,具有良好的香精包封效果和药物控释性能。这是因为肉桂油中含有的肉桂醛、肉桂酰乙酸酯、丁香酚和茴脑等成分,可掩盖人体的乳酸和CO2气味,迷惑雌性蚊子。Kala等[49]制备了柠檬油/壳聚糖纳米微胶囊,并以丙烯酸酯作为增稠剂和黏合剂将其制为凝胶。经其整理的棉织物,经15次水洗后仍有微胶囊附着,且驱蚊效果达75%,有效减少柠檬油的损耗和微胶囊的掉落,具有良好的耐洗和驱蚊效果,且于瑞士白化病小鼠身上重复涂抹36天,没有表现出任何皮肤毒性迹象。

4 结束语

微胶囊技术能有效保护香精不受外界环境影响,减少挥发和变质,已实现在纺织品、纸张、食品、化妆品等领域的应用。为进一步制备出具有留香、抗菌或驱蚊效果的功能释放芳香微胶囊,需要对芳香微胶囊的芯材与壁材的成分及性质有充分的认识。以壁材种类对芳香微胶囊的性能及制备进行阐述,并以香精的功能效果对芳香微胶囊的功能性应用进行展望。

芳香微胶囊常用壁材分为天然高分子、半合成高分子、合成高分子和无机壁材四大类。由于单一的壁材致密性较差,功能效果较为单一,目前常采用多种壁材的复配使用,实现芳香微胶囊的高质量包覆和智能释放。天然或半合成高分子材料大多采用物理和物理化学的方法,制备低毒环保的抗菌、驱蚊等功能性芳香微胶囊。其中,常采用多糖类和蛋白质类壁材复配使用,有效提高包封效果和香精释放效果。而合成高分子材料因价格低廉及化学性质稳定的优势,常用于制备出具有优良耐热性和长效释放的芳香微胶囊,适合工业化生产,但同时需要避免香精与聚合物反应,造成香精变质。而无机壁材大多采用与高分子壁材复配使用,使其带有阻燃、导热、催化等效果,拓展芳香微胶囊的应用领域。目前的主要挑战是开发出生物相容性高、可降解的高分子壁材,制备出密封性好、耐热、高装载量的功能性芳香微胶囊。

此外,芳香微胶囊可大大提升纺织品的附加值,使纺织品具有加香除臭、抗菌、驱蚊等功能效果,可制备出具有保健效果的纺织品。但目前芳香微胶囊的研究主要在制备方法上,没有明确的缓释性能测试指标。为进一步实现芳香微胶囊的性能优化及在纺织品上功能性应用,仍需要对香精的成分及功效、壁材的选择与开发、微胶囊化技术等进行研究。未来,芳香微胶囊的预期发展方向是安全无毒、健康环保、智能释放、功能应用等方面,以实现绿色生产及高附加值。