de biokatalytiske anvendelser er vokset enormt i de senere år, da de er økologisk korrekte, har en høj specificitet, præsenterer kemo-regio-enantio-selektivitet og præsenterer en bred mangfoldighed af reaktioner. Desuden er betingelserne for at opnå og optimere produktionen af næringsstoffer, pH, temperatur og beluftning let kontrolleret i bioreaktorer. Mikroorganismer kan også manipuleres genetisk for at forbedre de ønskelige egenskaber ved en biokatalysator. Disse egenskaber har tilskyndet den stadigt voksende søgning efter biokatalytiske processer . Målet med vores undersøgelse var at bruge en proces til at opnå keratinhydrolysater til hårplejeprodukter. I øjeblikket opnås de kommercielle keratinhydrolysater ved kemisk hydrolyse. Den foreslåede metode er miljøvenlig og producerer et klart hydrolysat. I modsætning hertil har de kommercielle hydrolysater en mørk farve på grund af tilstedeværelsen af syre. Den klare farve er en fordel ved inkorporering af keratinhydrolysat i produkter til hår-eller hudkosmetik. Valleproteiner med en molekylvægt lavere end 10 kDa er kendetegnet ved reduceret allergenicitet. Det er derfor ønskeligt at opnå fraktioner med molekylmasser under 5 kDa i hydrolyseprocessen . Desuden Eremeev et al demonstreret antioksidant aktivitet af keratin hydrolysater. Det første skridt i dette arbejde involverede omdannelse af fjer til keratinpeptider og aminosyrer af peptidaser og keratinaser produceret af Bacillus subtilis. Figur 3 viser, at fjerene blev nedbrudt (90-95%) af mikroorganismen efter fem dages vækst i mediet. Keratinaser og peptidaser kan virke på andre keratinrester, herunder uld og hornpulver. Keratinaser anvendes i foder, gødning, vaskemiddel, læder og farmaceutiske industrier .
en kontrol: Bacillus subtilis i fjer indeholdende medium (Tid 0) og B efter 5 dages vækst i fjermedium.
nogle rapporter har beskrevet produktionen af keratinaser af Bacillus-arter såsom B. subtilis KD-N2 ; B. pumilus KS12 , B. megaterium SN1 . Disse værker beskriver imidlertid isoleringen af nye stammer, mutantproduktion og karakteriseringen af keratinaser, der antyder dens potentielle anvendelser. I vores undersøgelse var fokus på fjerkeratinhydrolysatet produceret af B. subtilis, specifikt peptiderne, og formålet med vores arbejde var at analysere virkningen af hydrolysatet på hårfibre. Forskellige metoder til keratinaseanalyse er blevet brugt af andre forfattere, og denne store variation gør det vanskeligt at sammenligne resultater. Imidlertid viste den native stamme af Bacillus subtilis anvendt i det foreliggende manuskript en fremragende proteolytisk (gelatinase) aktivitet med en produktion på henholdsvis 350 U/ml og 400 U/ml keratinaser og proteaser.
de keratinpeptider, der blev dannet ved nedbrydning, blev analyseret ved hjælp af massespektrometri med Matrice-assisteret laser desorption /ioniseringstid for flyvning (MALDI –TOF). Først og fremmest ved at sammenligne de to spektre kan vi observere de forskellige profiler af de to hydrolysater. De multiple toppe svarende til peptiderne med en lav molekylvægt overvejende i området 800 til 1079 m/å blev produceret af Bacillus subtilis (figur 4a). Vi kan også observere nogle ioner med m / å i området 1171.57 til 1758.96. Mens der for det kommercielle keratinhydrolysatpræparat KH1 var toppene koncentreret i området 900 til 1400 m/å som vist i figur 4(B). Flere toppe mellem 1400 og 2100 kan også ses i samme figur. Således indeholder hydrolysatet produceret af B. subtilis peptider med lavere molekylmasser. Disse lavmolekylære peptider kan trænge ind i hårfiberen mere effektivt, og denne egenskab er en positiv forskel sammenlignet med de kommercielle hydrolysater. Et tidligere arbejde fra vores gruppe, der brugte menneskehår som underlag, demonstrerede flere toppe fra 816 til 2080 m liter efter 4 dages kultur . Molekylmasseanalysen af kultur supernatanten produceret af B.subtilis stamme SLC ved hjælp af fjer som substrat afslørede, at de fleste peptider, afledt af kyllingefjer, præsenterede en molekylvægt i området 500-3000 Dalton . I en termofil Meiotermus ruber H328, MALDI TOF-analysen af opløste produkter efter vækst på fjermedium detekterede kun oligopeptider med mindre end 1.000 Dalton . Disse resultater bekræfter, at mikrobielle polymerer producerer peptider med en lavere molekylvægt.
bacillus subitilis (A) og et kommercielt hydrolysat (KH1) (B). For detaljer se materialer og metoder.
en foreløbig analyse af keratinhydrolysaterne blev udført under anvendelse af tyndtlagskromatografi (HPTLC), og peptider og aminosyrer med en lavere molekylvægt blev observeret som vist i figur 5, Bane 2, sammenlignet med det kommercielle hydrolysat (KH1) i Bane 3. Aminosyren glycin i Bane 1 blev anvendt som standard.
hptlc-analyse af keratinpeptider efter filtrering ved ultrafiltrering i Amicon-systemet (Millipore, 1000 Dalton). 1-aminosyre glycin. 2-fjer keratinpeptider opnået ved hydrolyse. 3-kommercielt hydrolysat (KH1).
efter fermentering havde hydrolysatet en proteinkoncentration på 3,5 mg / ml. Efter filtrering gik proteinindholdet til1, 5 mg/ml, svarende til en procentdel på 42, 8% i forhold til det totale protein. I en koncentration på 10% som beskrevet i materialer og metoder og i figur 2.
hydrolysatet blev påført ved hjælp af en mild shampoo og et skyllemiddel fremstillet i henhold til tabel 1 og 2. Tabel 3 viser, at der er en stigning i hydrering for alt hår behandlet med de hydrolyserede hydrolysater og med glattejern ved 180 liter C. Uden anvendelse af varme var processen ikke effektiv, hvilket tyder på, at opvarmning er vigtig for at inkorporere hydrolysaterne i håret.
proteinhydrolysater, især dem med en lavmolekylær vægtfordeling-dvs. < 1.000 Dalton er kendt for at give effektiv beskyttelse og pleje af hår. Forskellige kilder til proteiner er blevet brugt til at producere hydrolysater. Hvedeprotein, uldkeratin og kollagenholdige hydrolysater er eksempler, der er blevet brugt i hud-og personlige hårplejeprodukter og er kendt for at give forbedret kompatibilitet, føle, fugtighed og hjælpe med at opretholde den naturlige struktur . I hårplejeprodukter har peptiderne med lavere molekylvægt to effekter: 1) de er i stand til at trænge ind i hårfiberens bark og 2) de kan fremme en overfladebelægning. Penetrationen ser ud til at være dybere med længere behandlinger. Ud over dette viser bleget hår et højere penetrationsniveau af hydrolysater sammenlignet med ikke-beskadiget kontrolhår . Disse egenskaber har gavnlige virkninger på hårstrukturen, der erstatter tabt keratin og har også en antiaging effekt . Virkningen af uldkeratinpeptid på huden i en vandig eller i liposomformulering blev undersøgt af, og der blev observeret en stigning i hydrering og elasticitet som et resultat af keratinpeptidpåføringen.
effekten af at anvende hydrolysatet på hårfibre blev evalueret af Sem (figur 6, 7 og 8). Alle tal viser mikrografer af hårfibre behandlet og ubehandlet med hydrolysatet. En stigning i lysstyrke og blødhed blev observeret ved sensorisk analyse (data ikke vist). Imidlertid blev der i mikrograferne observeret aflejringer af fjerkeratinhydrolysater i krydset mellem neglebåndene i alle hårtyper. Denne deponering samarbejder sandsynligvis med forseglingen af neglebåndene. Også varme er afgørende for fuldstændig forsegling af neglebåndene. Farvet fiber blev draget fordel af hydrolysaterne, når de blev påført med varme (figur 6c, D). Hydrolysater klæbte mere til de tidligere farvede og rettede hårfibre (figur 7c, D), hvilket indikerer, at kombinationen af farvning og straightening favoriserer virkningen af keratinpeptiderne. Figur 8 (A, B) viser, at blegebehandlingen fremmede accentueret skade på hårfiberen. Udseendet af forkanten af cuticle skalaerne indikerer en nedbrydning af skalaerne (B). Anvendelsen af de hydrolyserede hydrolysater med varme samarbejdede om forsegling af neglebåndene, men deres kanter forblev brudte (C, D).
Scanningselektronmikroskopi (SEM) analyse af farvet hår A, B-kontrol; C, D – efter behandling med hydrolysater og glattejern ved 180 liter; E, F-efter behandling med hydrolysater uden varme. Pile angiver fjerbaserede hydrolysataflejringer.
sem Mikrografi analyse af farvet og glat hår efter hydrolyseret behandling. Behandlet hår A, B-kontrol; C, D – efter behandling med hydrolysater og glattejern ved 180 liter; E, F-efter behandling med hydrolysater uden varme, Bemærk aflejringen af hydrolysater på vægten (pil).
elektroniske scanningsmikroskopbilleder fremstillet af ubehandlet bleget hår (A, B) og behandlet med hydrolysater med varme (C,D) eller uden varme (E,F). Sort pil angiver deponering af peptider fra hydrolysater og hvid pil viser de brudte kanter af neglebånd.
når hårkemi ændres, kompromitteres nogle af hårets naturlige egenskaber. Flere mekanismer kan forårsage skade på hårfibre. F. eks.fotograferer miljøbelastninger og UV-stråling proteiner. Proteinfoto-iltning fører til spaltning af disulfidbindinger, der tværbinder proteinerne, og brud på thioesterbindinger, hvilket resulterer i frigivelse af bundne overfladelipider og tab af hårstruktur. Disse reaktioner fører til en forringelse af håregenskaber, der er synlige for forbrugerne i form af dårlig håndterbarhed, tørhed og brølhed, tab af glans og i ekstreme tilfælde nedsat styrke . Nogle kosmetiske behandlinger som permanent curling, permanent farvning, blegning og afslappende/glatning er kendt for at ændre hår egenskaber . Selv kosmetisk håndtering som daglig kæmning og børstning kan skade håret . For nylig anvendte Cao et al forskellige koncentrationer af fermenteringsbuljong (kyllingefjer) opnået fra Stenotrophomonas maltophilia i håret. Supernatanten blev inkuberet i 30 minutter. Bouillon viste sig at være beskyttende over for hår, hvilket fremgår af den forbedrede fleksibilitet og styrke for både normalt og beskadiget hår.Under anvendelse af UV-Vis spektroskopi, Fourier-transformation, infrarød spektroskopi (FTIR) og fluorescensspektroskopi vurderede indflydelsen af UV-bestråling på keratinhydrolysater. Nye fotoprodukter blev dannet under UV-bestråling af keratinhydrolysater, og der blev også observeret en lille stigning i oksidiserede svovlarter. Forfatterne foreslog, at fotodegradering af keratinhydrolysater kunne være en nyttig metode til fremstilling af hydrolysater med lavere molekylvægt. I det foreliggende arbejde blev der observeret en stigning i hydrering, lysstyrke og blødhed i de forskellige hårtyper efter behandlingen med 10% keratinpeptider opnået ved hydrolyseprocessen. Brugen af fjer, et industriaffald genereret af fjerkræ som biomassekilde til processen er meget interessant, fordi dette råmateriale er billigt, og det omdannes bio til et nyt produkt med en samlet værdi. I øjeblikket fremstilles keratinhydrolysater normalt ud fra keratinholdige dyredele, såsom fjer, horn, hoveder, hår og uld. Aromatiske aminosyrer (tryptophan, tyrosin og phenylalanin) og cystin (aminosyre indeholdende svovl) spiller en central rolle i keratins fotokemi . Nogle industrier har udviklet produkter, der bruger et kompleks af 18 frie aminosyrer afledt af hvede, majs og sojaproteiner til at efterligne den naturlige sammensætning af keratin. Sojaens høje svovlaminosyreindhold svarer til indholdet af menneskehår og uld . Keratin er imidlertid et uerstatteligt protein med hensyn til dets mekaniske og beskyttende egenskaber.
den i dette arbejde beskrevne metode kan anvendes til industriaffald/restprodukter generelt til fremstilling af værditilvækstprodukter. Tidligere undersøgelser i litteraturen har beskrevet brugen af keratinaser /peptidaser til genanvendelse af fjerkeratin kasseret af fjerkræindustrien . Det nuværende arbejde rapporterer for første gang om brugen af keratinpeptider i kosmetikindustrien, specielt fokuseret på hårplejesegmentet. Under hensyntagen til alle disse faktorer er metoden til keratinpeptidproduktion til hårplejeprodukter en attraktiv og miljøvenlig metode med stort potentiale inden for kosmetikindustrien.
