biokatalytické použití enzymů v posledních letech nesmírně rostlo, protože jsou ekologicky správné, mají vysokou specificitu, představují chemo-regio-enantio-selektivitu a představují širokou rozmanitost reakcí. Kromě toho jsou v bioreaktorech snadno kontrolovány podmínky pro získání a optimalizaci produkce enzymů z hlediska živin, pH, teploty a provzdušňování. Mikroorganismy lze také geneticky manipulovat, aby se zlepšily žádoucí vlastnosti biokatalyzátoru. Tyto vlastnosti povzbudily stále rostoucí hledání biokatalytických procesů . Cílem naší studie bylo použít enzymatický proces k získání keratinových hydrolyzátů pro produkty péče o vlasy. V současné době se Komerční keratinové hydrolyzáty získávají chemickou hydrolýzou. Navrhovaná metoda je šetrná k životnímu prostředí a vytváří čirý hydrolyzát. Naproti tomu komerční hydrolyzáty mají tmavou barvu kvůli přítomnosti kyseliny. Jasná barva je výhodou při začlenění keratinového hydrolyzátu do produktů pro vlasovou nebo kožní kosmetiku. Syrovátkové proteiny s molekulovou hmotností nižší než 10 kDa se vyznačují sníženou alergenitou. Proto je žádoucí získat frakce s molekulovou hmotností nižší než 5 kDa v procesu hydrolýzy . Kromě toho Eremeev et al prokázal antioxidační aktivitu keratinových hydrolyzátů. První krok v této práci zahrnoval transformaci peří na keratinové peptidy a aminokyseliny peptidázami a keratinázami produkovanými Bacillus subtilis. Obrázek 3 ukazuje, že peří bylo degradováno (90-95%) mikroorganismem po pěti dnech růstu v médiu. Keratinázy a peptidázy mohou působit na jiné zbytky keratinu, včetně vlny a rohového prášku. Keratinázy se používají v krmivářském, hnojivovém, detergentním, kožedělném a farmaceutickém průmyslu .
kontrola: Bacillus subtilis v médiu obsahujícím peří (čas 0) A B po 5 dnech růstu v médiu peří.
některé zprávy popisují produkci Keratináz druhy Bacillus, jako je B. subtilis KD-N2 ; B. pumilus KS12, B. megaterium SN1 . Tyto práce však popisují izolaci nových kmenů, produkci mutantů a charakterizaci keratináz, což naznačuje jejich potenciální aplikace. V naší studii byl kladen důraz na hydrolyzát peří keratinu produkovaný B. subtilisem, konkrétně peptidy, a cílem naší práce bylo analyzovat účinek hydrolyzátu na vlasové vlákno. Různé metodiky pro analýzu keratináz byly použity jinými autory a tato velká variabilita ztěžuje porovnání výsledků. Nativní kmen Bacillus subtilis použitý v tomto rukopisu však vykazoval vynikající proteolytickou (želatinázovou) aktivitu s produkcí 350 U / ml a 400 U/ml keratináz a proteáz.
keratinové peptidy vytvořené enzymatickou degradací byly analyzovány hmotnostní spektrometrií s laserovou desorpcí / ionizací-čas letu (MALDI-TOF). Nejprve porovnáním dvou spekter můžeme pozorovat odlišné profily dvou hydrolyzátů. Vícenásobné píky odpovídající peptidům s nízkou molekulovou hmotností převážně v rozmezí 800 až 1079 m / z byly produkovány Bacillus subtilis (obrázek 4A). Můžeme také pozorovat některé ionty S m / z v rozmezí 1171,57 až 1758,96. Zatímco pro komerční keratinový hydrolyzátový přípravek KH1 byly píky koncentrovány v rozmezí 900 až 1400 m / z, jak je znázorněno na obrázku 4(B). Na stejném obrázku je také vidět více vrcholů mezi 1400 a 2100. Hydrolyzát produkovaný B. subtilisem tedy obsahuje peptidy s nižší molekulovou hmotností. Tyto nízkomolekulární peptidy mohou účinněji pronikat do vlasových vláken a tato charakteristika je pozitivním rozdílem ve srovnání s komerčními hydrolyzáty. Předchozí práce naší skupiny používající lidské vlasy jako substrát prokázala několik vrcholů od 816 do 2080 m z z po 4 dnech kultury . Analýza molekulové hmotnosti supernatantu kultury produkovaného B.subtilis kmen SLC použití peří jako substrátu ukázalo, že většina peptidů, odvozených od kuřecího peří, vykazovala molekulovou hmotnost v rozmezí 500-3000 daltonů . V termofilním Meiothermu ruber H328 MALDI TOF analýza solubilizovaných produktů po růstu na peřím médiu detekovala pouze oligopeptidy s méně než 1 000 Daltony . Tyto výsledky potvrzují, že mikrobiální enzymy produkují peptidy s nižší molekulovou hmotností.
MALDI-TOF MS analýza enzymatických keratinových hydrolyzátů z péřového keratinu Bacillus subitilis (A)a komerčního hydrolyzátu (KH1) (B). Podrobnosti viz materiály a metody.
předběžná analýza enzymatických keratinových hydrolyzátů byla provedena pomocí tenkovrstvé chromatografie (HPTLC) a peptidy a aminokyseliny s nižší molekulovou hmotností byly pozorovány, jak je znázorněno na obrázku 5, lane 2, ve srovnání s komerčním hydrolyzátem (KH1) v pruhu 3. Aminokyselina glycin v pruhu 1 byla použita jako standard.
HPTLC analýza keratinových peptidů po filtraci ultrafiltrací v systému Amicon (Milipore, 1000 daltonů). 1-aminokyselina glycin. 2-Peříkové keratinové peptidy získané enzymatickou hydrolýzou. 3-Komerční hydrolyzát (KH1).
po fermentaci měl enzymatický hydrolyzát koncentraci proteinu 3,5 mg / ml. Po filtraci obsah proteinu šel1, 5 mg / ml, což odpovídá procentu 42, 8% vzhledem k celkovému proteinu. Enzymatický hydrolyzát byl aplikován na vlasové zámky v koncentraci 10%, Jak je popsáno v materiálech a metodách a na obrázku 2.
hydrolyzát byl aplikován za použití jemného šamponu a oplachovacího kondicionéru připraveného podle tabulek 1 a 2. Tabulka 3 ukazuje, že dochází ke zvýšení hydratace všech vlasů ošetřených enzymatickými hydrolyzáty a žehličkou při 180°C. Bez použití tepla nebyl proces účinný, což naznačuje, že zahřívání je důležité pro začlenění hydrolyzátů do vlasů.
je známo, že proteinové hydrolyzáty, zejména ty s distribucí s nízkou molekulovou hmotností-tj. < 1 000 daltonů poskytují účinnou ochranu a péči o vlasy. K výrobě hydrolyzátů byly použity různé zdroje proteinů. Pšeničný protein, keratin vlny a kolagenní hydrolyzáty jsou příklady, které byly použity v přípravcích pro péči o pokožku a osobní vlasy a je známo, že poskytují lepší kompatibilitu, pocit, hydrataci a pomáhají udržovat přirozenou strukturu . Ve výrobcích pro péči o vlasy mají peptidy s nižší molekulovou hmotností dva účinky: 1) jsou schopné proniknout do kůry vlasových vláken a 2) Mohou podporovat povrchovou úpravu. Penetrace se zdá být hlubší při delším ošetření. Kromě toho bělené vlasy vykazují vyšší úroveň penetrace hydrolyzátů ve srovnání s nepoškozenými kontrolními vlasy . Tyto vlastnosti mají příznivé účinky na strukturu vlasů nahrazující ztracený keratin a mají také antiagingový účinek . Účinek vlněného keratinového peptidu na kůži ve vodném nebo liposomovém složení byl zkoumán a bylo pozorováno zvýšení hydratace a elasticity v důsledku aplikace keratinového peptidu.
účinek aplikace enzymatického hydrolyzátu na vlasové vlákno byl hodnocen SEM (obrázky 6, 7 a 8). Všechny obrázky ukazují mikrografy vlasových vláken ošetřených a neošetřených enzymatickým hydrolyzátem. Zvýšení jasu a měkkosti bylo pozorováno senzorickou analýzou(údaje nejsou zobrazeny). V mikrografech však byly pozorovány usazeniny hydrolyzátů peří keratinu ve spojení kutikul všech typů vlasů. Tento vklad pravděpodobně spolupracuje na utěsnění kutikul. Také teplo je nezbytné pro úplné utěsnění kutikul. Barevné vlákno bylo využíváno hydrolyzáty při aplikaci teplem (obrázek 6C, D). Hydrolyzáty se více držely dříve zbarvených a narovnaných vlasových vláken (obrázek 7C, D), což naznačuje, že kombinace zbarvení a narovnání podporuje působení keratinových peptidů. Obrázek 8(A, B) ukazuje, že bělící ošetření podporovalo zvýrazněné poškození vlasových vláken. Vzhled náběžné hrany kutikulových šupin naznačuje rozbití váhy (B). Aplikace enzymatických hydrolyzátů s teplem spolupracovala na utěsnění kutikul, ale jejich okraje zůstaly rozbité (C, D).
skenovací elektronová mikroskopie (SEM) analýza barvených vlasů a, B –kontrola; C, D-po ošetření enzymatickými hydrolyzáty a vyrovnávačem při 180°; E, F-po ošetření enzymatickými hydrolyzáty bez tepla. Šipky označují ložiska enzymatického hydrolyzátu peří.
sem Mikrografická analýza barevných a narovnaných vlasů po enzymatické hydrolyzační úpravě. Ošetřené vlasy A, B-kontrola; C, D – po ošetření enzymatickými hydrolyzáty a vyrovnávačem při 180°; E, F-po ošetření enzymatickými hydrolyzáty bez tepla si všimněte uložení enzymatických hydrolyzátů na váhy (šipka).
snímky z elektronického skenovacího mikroskopu získané z neošetřených bělených vlasů (A, B) a ošetřené enzymatickými hydrolyzáty teplem (C,D) nebo bez tepla (E,F). Černá šipka označuje ukládání peptidů z enzymatických hydrolyzátů a bílá šipka ukazuje zlomené okraje kutikuly.
při úpravě chemie vlasů jsou ohroženy některé přirozené vlastnosti vlasů. Několik mechanismů může způsobit poškození vlasových vláken. Například environmentální napětí a UV záření fotooxiduje proteiny. Fotooxidace proteinů vede ke štěpení disulfidových vazeb, které zesíťují proteiny, a lámání thioesterových vazeb, což má za následek uvolňování vázaných povrchových lipidů a ztrátu struktury vlasů. Tyto reakce vedou ke zhoršení vlastností vlasů, které jsou pro spotřebitele patrné ve formě špatné ovladatelnosti, suchosti a křehkosti, ztráty lesku a v extrémních případech snížené pevnosti . Je známo, že některé kosmetické ošetření, jako je trvalé curling, trvalé zbarvení, bělení a relaxační/rovnání, mění vlastnosti vlasů . Dokonce i kosmetická manipulace, jako je každodenní česání a kartáčování, může poškodit vlasy . Nedávno Cao et al použili různé koncentrace fermentačního vývaru (kuřecí peří) získaného ze Stenotrophomonas maltofilia ve vlasech. Supernatant byl inkubován po dobu 30 minut. Bylo zjištěno, že vývar chrání vlasy, o čemž svědčí zlepšená flexibilita a síla pro normální i poškozené vlasy.
Sionkowska, et al pomocí UV-VIS spektroskopie, Fourierovy transformace, infračervené spektroskopie (FTIR) a fluorescenční spektroskopie, hodnotili vliv UV záření na keratinové hydrolyzáty. Při UV záření keratinových hydrolyzátů vznikaly nové fotoprodukty a byl pozorován i mírný nárůst oxidovaných druhů síry. Autoři navrhli, že fotodegradace keratinových hydrolyzátů by mohla být užitečnou metodou pro přípravu hydrolyzátů s nižší molekulovou hmotností. V této práci bylo pozorováno zvýšení hydratace, jasu a měkkosti u různých typů vlasů po ošetření 10% keratinových peptidů získaných enzymatickým hydrolýzním procesem. Použití peří, průmyslového odpadu produkovaného drůbeží jako zdroje biomasy pro tento proces, je velmi zajímavé, protože tato surovina je levná a je bio přeměněna na nový produkt s agregátní hodnotou. V současné době se keratinové hydrolyzáty obvykle připravují z živočišných částí obsahujících keratin, jako jsou peří, rohy, kopyta, vlasy a vlna. Aromatické aminokyseliny (tryptofan, tyrosin a fenylalanin) a cystin (aminokyselina obsahující síru) hrají klíčovou roli ve fotochemii keratinu . Některá průmyslová odvětví vyvinula produkty, které používají komplex 18 volných aminokyselin získaných z pšenice, kukuřice a sójových bílkovin k napodobení přirozeného složení keratinu. Vysoký obsah aminokyselin síry v sóji je podobný obsahu lidských vlasů a vlny . Keratin je však nenahraditelným proteinem, pokud jde o jeho mechanické a ochranné vlastnosti.
enzymatická metoda popsaná v této práci může být použita pro průmyslové odpady/zbytky obecně k výrobě produktů s přidanou hodnotou. Předchozí studie v literatuře popsaly použití keratináz / peptidáz pro recyklaci keratinu z peří vyřazeného drůbežářským průmyslem . Tato práce poprvé informuje o použití keratinových peptidů v kosmetickém průmyslu, speciálně zaměřených na segment péče o vlasy. S přihlédnutím ke všem těmto faktorům je enzymatická metoda pro výrobu keratinových peptidů pro výrobky pro péči o vlasy atraktivní a ekologickou metodou s velkým potenciálem v kosmetickém průmyslu.
