entsyymien biokatalyyttiset käyttötarkoitukset ovat lisääntyneet valtavasti viime vuosina, koska ne ovat ekologisesti oikeita, niillä on suuri spesifisyys, ne ovat kemo-regio-enantioselektiivisiä ja niissä on monenlaisia reaktioita. Lisäksi olosuhteet entsyymien tuotannon saamiseksi ja optimoimiseksi ravinteiden, pH: n, lämpötilan ja ilmastuksen osalta ovat helposti kontrolloitavissa bioreaktoreissa. Mikro-organismeja voidaan myös manipuloida geneettisesti biokatalysaattorin toivottavien ominaisuuksien parantamiseksi. Nämä ominaisuudet ovat edistäneet biokatalyyttisten prosessien alati kasvavaa etsintää . Tutkimuksemme tavoitteena oli saada entsymaattisella menetelmällä keratiinihydrolysaatteja hiustenhoitotuotteisiin. Nykyisin kaupallisia keratiinihydrolysaatteja saadaan kemiallisella hydrolyysillä. Ehdotettu menetelmä on ympäristöystävällinen ja tuottaa selkeää hydrolysaattia. Kaupallisilla hydrolysaateilla sen sijaan on hapon läsnäolon vuoksi tumma väri. Kirkas väri on etu, kun keratiinihydrolysaattia käytetään hiusten tai ihon kosmetiikkatuotteissa. Heraproteiineille, joiden molekyylimassa on alle 10 kDa, on ominaista vähentynyt allergeenisuus. Siksi on suotavaa saada hydrolyysiprosessissa fraktioita, joiden molekyylimassat ovat alle 5 kDa . Lisäksi Eremeev et al osoitti keratiinihydrolysaattien antioksidanttisen aktiivisuuden. Ensimmäinen askel tässä työssä oli höyhenten muuttaminen keratiinipeptideiksi ja aminohapoiksi Bacillus subtilisin tuottamien peptidaasien ja keratinaasien avulla. Kuva 3 osoittaa, että mikro-organismi hajotti höyhenet (90-95%) viiden kasvupäivän jälkeen väliaineessa. Keratinaasit ja peptidaasit voivat vaikuttaa muihin keratiinijäämiin, kuten villaan ja sarvijauheeseen. Keratinaaseja käytetään rehu -, lannoite -, pesuaine -, nahka-ja lääketeollisuudessa .
a kontrolli: Bacillus subtilis höyhenessä, joka sisältää elatusainetta (aika 0) ja B sen jälkeen, kun se on kasvanut 5 päivän ajan elatusaineessa.
joissakin raporteissa on kuvattu keratinaasien tuotantoa Bacillus-lajeilla, kuten B. subtilis KD-N2 ; B. pumilus KS12 , B. megaterium SN1 . Nämä teokset kuvaavat kuitenkin uusien kantojen eristämistä, mutanttien tuotantoa ja keratinaasien luonnehdintaa, mikä viittaa sen mahdollisiin sovelluksiin. Tutkimuksessamme keskityttiin B. subtilisin tuottamaan sulkakeratiinihydrolysaattiin, erityisesti peptideihin, ja työmme tavoitteena oli analysoida hydrolysaatin vaikutusta hiuskuituun. Muut kirjoittajat ovat käyttäneet erilaisia menetelmiä keratinaasianalyysiin, ja tämä suuri vaihtelu vaikeuttaa tulosten vertailua. Tässä käsikirjoituksessa käytetty Bacillus subtilis-bakteerin alkuperäinen kanta osoitti kuitenkin erinomaista proteolyyttistä (gelatinaasi) aktiivisuutta, kun kerataasien tuotanto oli 350 U/ml ja proteaasien tuotanto 400 U/ml.
entsymaattisessa hajoamisessa muodostuneet keratiinipeptidit analysoitiin Matriisiavusteisella laserdesorptio /ionisaatio-lentoaika (MALDI –tof)-massaspektrometrillä. Ensinnäkin vertaamalla kahta spektriä voimme havaita näiden kahden hydrolysaatin erilliset profiilit. Bacillus subtilis tuotti useita piikkejä, jotka vastaavat peptidejä, joiden molekyylipaino on pääasiassa 800-1079 m/z (Kuva 4A). Voimme myös havaita joitakin ioneja m / z välillä 1171.57-1758.96. Kaupallisessa keratiinihydrolysaattivalmisteessa KH1 piikit keskittyivät alueelle 900-1400 m / z, kuten kuvassa 4 (B) esitetään. Samassa luvussa voidaan nähdä myös useita huippuja vuosien 1400 ja 2100 välillä. Näin B. subtilisin tuottama Hydrolysaatti sisältää peptidejä, joiden molekyylimassat ovat pienemmät. Nämä pienimolekyyliset peptidit voivat tunkeutua hiuskuituun tehokkaammin ja tämä ominaisuus on positiivinen ero verrattuna kaupallisiin hydrolysaatteihin. Edellinen työ ryhmämme käyttäen ihmisen hiukset substraattina osoitti useita huippuja 816-2080 m⁄z jälkeen 4 päivän kulttuurin . B: n tuottaman supernatantin molekyylimassaanalyysi.subtilis-kannan SLC-kanta, jossa käytettiin höyheniä substraattina, paljasti, että useimpien kanansulista peräisin olevien peptidien molekyylimassa oli 500-3000 daltonia . Termofiilisessä meiothermus ruber h328: ssa liukoisten tuotteiden MALDI tof-analyysi sulka-aineessa kasvun jälkeen havaitsi vain oligopeptidejä, joissa oli alle 1 000 daltonia . Tulokset vahvistavat, että mikrobientsyymit tuottavat peptidejä, joiden molekyylimassa on pienempi.
MALDI-TOF ms-analyysi Höyhenkeratiinin entsymaattisista keratiinihydrolysaateista Bacillus subitilis (A): n ja kaupallisen hydrolysaatin (KH1) (B) avulla. Lisätietoja on materiaaleissa ja menetelmissä.
entsymaattisten keratiinihydrolysaattien alustava analyysi tehtiin ohutkerroskromatografialla (HPTLC), ja peptidejä ja aminohappoja, joiden molekyylimassa on pienempi, havaittiin Kuvan 5 kaistan 2 mukaisesti verrattuna kaistan 3 kaupalliseen hydrolysaattiin (KH1). Standardina käytettiin Lane 1: n aminohappoglysiiniä.
KERATIINIPEPTIDIEN HPTLC-analyysi ultrasuodatuksen jälkeen Amicon-järjestelmässä (Millipore, 1000 Daltonia). 1-aminohappo glysiini. 2-sulka keratiini peptidit saatu entsymaattisella hydrolyysillä. 3-Kaupallinen Hydrolysaatti (KH1).
käymisen jälkeen entsymaattisen hydrolysaatin proteiinipitoisuus oli 3,5 mg/ml. Suodatuksen jälkeen proteiinipitoisuus laski 1, 5 mg/ml, mikä vastaa 42, 8%: n prosenttiosuutta suhteessa kokonaisproteiiniin. Entsymaattista hydrolysaattia levitettiin hiuskiehkuroihin 10%: n pitoisuutena materiaaleissa ja menetelmissä sekä kuvassa 2 kuvatulla tavalla.
Hydrolysaatti levitettiin miedolla shampoolla ja Huuhtelunhoitoaineella, joka oli valmistettu taulukoiden 1 ja 2 mukaisesti. Taulukko 3 osoittaa, että onlisäys nesteytys kaikille hiuksille käsitelläänentsymaattisia hydrolysaatteja ja Suoristaja 180°C: ssa. Ilman lämmön soveltamista prosessi ei ollut tehokas, mikä viittaa siihen, että lämmitys on tärkeää sisällyttäähydrolysaatit hiuksiin.
Proteiinihydrolysaattien, erityisesti niiden, joiden molekyylipainojakauma on pieni eli < 1000 daltonia, tiedetään suojaavan ja hoitavan hiuksia tehokkaasti. Hydrolysaattien tuottamiseen on käytetty erilaisia proteiinilähteitä. Vehnäproteiini, villakeratiini ja kollageenihydrolysaatit ovat esimerkkejä, joita on käytetty ihon ja henkilökohtaisten hiustenhoitotuotteiden ja joiden tiedetään parantavan yhteensopivuutta, tuntumaa, kosteutusta ja auttavan ylläpitämään luonnollista rakennetta . Hiustenhoitotuotteissa pienemmän molekyylipainon peptideillä on kaksi vaikutusta: 1) Ne pystyvät tunkeutumaan hiuskuidun aivokuoreen ja 2) ne voivat edistää pintakäsittelyä. Penetraatio näyttää syvenevän pidemmillä hoidoilla. Tämän lisäksi valkaistuissa hiuksissa näkyy korkeampi hydrolysaattien levinneisyys verrattuna vahingoittumattomiin verrokkikarvoihin . Nämä ominaisuudet ovat suotuisia vaikutuksiahiusten rakenne korvaa menetetty keratiini ja myös antiaging vaikutus . Villakeratiinipeptidin vaikutusta ihoon vesipitoisessa tai liposomimuodossa tutkittiin ja havaittiin keratiinipeptidin levityksestä johtuvaa hydraation ja kimmoisuuden lisääntymistä.
sem arvioi entsymaattisen hydrolysaatin vaikutuksen hiuskuituun (kuvat 6, 7 ja 8). Kaikki luvut osoittavat mikrokuvia hiusten kuituja käsitelty ja käsittelemätön entsymaattinen Hydrolysaatti. Kirkkauden ja pehmeyden lisääntyminen havaittiin aistianalyysillä (tietoja ei näytetä). Mikrografeilla havaittiin kuitenkin sulkakeratiinihydrolysaattien kerrostumia kaikkien hiustyyppien kynsinauhojen liitoskohdassa. Tämä esiintymä toimii luultavasti kynsinauhojen tiivistämiseen. Myös lämpö on välttämätöntä kynsinauhojen täydelliselle tiivistämiselle. Hydrolysaatit hyödyttivät värillistä kuitua, kun sitä levitettiin kuumuudella (Kuva 6C, D). Hydrolysaatit kiinni enemmän aiemmin värillinen ja suoristettu hiukset kuidut (Kuva 7C, D) osoittaa, että yhdistelmä väri ja suoristus suosii toimintaa keratiini peptidit. Kuva 8 (A, B) osoittaa, ettävalkaisukäsittely edisti korostettua vahingonhiuskuitua. Kynsinauhamaisten suomujen etureunan ulkonäkö kertoo suomujen hajoamisesta (B). Entsymaattisten hydrolysaattien käyttö lämmön kanssa tiivisti kynsinauhoja, mutta niiden reunat pysyivät rikki (C, D).
Pyyhkäisyelektronimikroskopia (sem) analyysi värjätyt hiukset A, B –ohjaus; C, D – käsittelyn jälkeenentsymaattiset hydrolysaatit ja Suoristaja 180°; E, F – käsittelyn jälkeenentsymaattiset hydrolysaatit ilman lämpöä. Nuolet osoittavat sulan entsymaattisia hydrolysaattiesiintymiä.
sem Micrography analyysi värillinen ja suoristettu hiukset jälkeen entsymaattinen Hydrolysaatti hoito. Käsitellyt hiukset A, B-ohjaus; C, D – käsittelyn jälkeenentsymaattiset hydrolysaatit ja Suoristaja 180°; E, F-käsittelyn jälkeenentsymaattiset hydrolysaatit ilman lämpöä, Huomaatesiintymän entsymaattiset hydrolysaatit asteikot (nuoli).
elektronisen skannausmikroskoopin kuvat, jotka on saatu käsittelemättömästä valkaistusta tukasta (A, B) ja käsitelty entsymaattisilla hydrolysaateilla lämmöllä (C,D) tai ilman lämpöä (E,F). Musta nuoli osoittaa peptidien kertymistä entsymaattisista hydrolysaateista ja valkoinen nuoli näyttää kynsinauhan rikkoutuneet reunat.
kun hiusten kemiaa muokataan, osa hiusten luontaisista ominaisuuksista vaarantuu. Useat mekanismit voivat vahingoittaa hiuskuitua. Esimerkiksi ympäristöjännitykset ja UV-säteily valokuva-hapettavat proteiineja. Proteiinin foto-oksidaatio johtaa proteiinien ristisidoksia yhdistävien disulfidisidosten pilkkoutumiseen ja tioesterisidosten katkeamiseen, mikä johtaa sitoutuneiden pintalipidien vapautumiseen ja hiusten rakenteen menetykseen. Nämä reaktiot johtavat hiusten ominaisuuksien heikkenemiseen, joka on havaittavissa kuluttajille huonona hallittavuutena, kuivuutena ja haurautena, kiillon menetyksenä ja äärimmäisissä tapauksissa vähentynyt lujuus . Jotkut kosmeettiset hoidot, kuten pysyvä curling, pysyvä väritys, valkaisu ja rentouttava/suoristus tiedetään muuttavan hiusten ominaisuuksia . Jopa kosmeettinen käsittely, kuten päivittäinen kampaus ja harjaus, voi vahingoittaa hiuksia . Äskettäin cao et al käyttivät stenotrophomonas maltofiliasta saadun käymisliemen (kanansulkien) eri pitoisuuksia hiuksissa. Supernatanttia inkuboitiin 30 minuuttia. Liemen todettiin suojaavan hiuksia, mistä osoituksena on parantunut joustavuus ja lujuus sekä normaaleille että vaurioituneille hiuksille.
Sionkowska, et al using UV–Vis spectroscopy, Fourier transform, infrared spectroscopy (FTIR) and fluoresence spectroscopy, evaluated the influence of UV radiation on keratin hydrolysates. Keratiinihydrolysaattien UV-säteilytyksessä muodostui uusia valotuotteita ja myös hapettuneiden rikkilajien havaittiin hieman lisääntyvän. Kirjoittajat ehdottivat, että keratiinihydrolysaattien fotodegradaatio voisi olla hyödyllinen menetelmä molekyylipainoltaan pienempien hydrolysaattien valmistamiseen. Nykyisessä työssäkasvu nesteytys, kirkkaus ja pehmeys havaittiin eri hiustyypeissäkäsittelyn jälkeen 10% keratiinipeptidejä saatu entsymaattinen hydrolyysi prosessi. Höyhenten, siipikarjan tuottaman teollisuusjätteen käyttö prosessin biomassalähteenä on erittäin mielenkiintoista, koska tämä raaka-aine on halpaa ja se on bio muuntunut uudeksi tuotteeksi, jolla on yhteenlaskettu arvo. Nykyisin keratiinihydrolysaatit valmistetaan yleensä keratiinia sisältävistä eläinten osista, kuten höyhenistä, sarvista, kavioista, hiuksista ja villasta. Aromaattisilla aminohapoilla (tryptofaani, tyrosiini ja fenyylialaniini) ja kystiinillä (rikkiä sisältävä aminohappo) on keskeinen rooli keratiinin valokemiassa . Jotkut teollisuudenalat ovat kehittäneet tuotteita, jotka käyttävät 18 vapaan aminohapon kompleksia, joka on johdettu vehnästä, maissista ja soijaproteiineista jäljitelläkseen keratiinin luonnollista koostumusta. Soijan korkea rikkiaminohappopitoisuus on samanlainen kuin ihmisen hiuksissa ja villassa . Keratiini on kuitenkin korvaamaton proteiini mekaanisten ja suojaavien ominaisuuksiensa osalta.
tässä työssä kuvattua entsymaattista menetelmää voidaan käyttää teollisuuden jätteille/tähteille yleensä lisäarvotuotteiden tuottamiseen. Aiemmissa kirjallisuustutkimuksissa on kuvattu keratinaasien /peptidaasien käyttöä siipikarjateollisuuden hylkäämien höyhenkeratiinien kierrätykseen . Tässä työssä kerrotaan ensimmäistä kertaa keratiinipeptidien käytöstä kosmetiikkateollisuudessa, joka keskittyy erityisesti hiustenhoitosegmenttiin. Kun otetaan huomioon kaikki nämä tekijät, entsymaattinen menetelmä keratiinipeptidin tuotantoon hiustenhoitotuotteille on houkutteleva ja ympäristöystävällinen menetelmä, jolla on suuri potentiaali kosmetiikkateollisuudessa.
