a biokatalitikus felhasználások enzimek nőtt mérhetetlenül az elmúlt években, mivel azok ökológiailag helyes, van egy nagy specificitású, jelen kemo-regio-enantio-szelektivitás és jelenleg sokféle reakciókat. Ezenkívül a bioreaktorokban könnyen szabályozhatók a tápanyagok, a pH, a hőmérséklet és a levegőztetés szempontjából az enzimek előállításának és optimalizálásának feltételei. A mikroorganizmusok genetikailag is manipulálhatók a biokatalizátor kívánatos tulajdonságainak javítása érdekében. Ezek a jellemzők ösztönözték a biokatalitikus folyamatok egyre növekvő keresését . Vizsgálatunk célja az volt, hogy enzimatikus eljárást alkalmazzunk keratin hidrolizátumok előállítására hajápolási termékekhez. Jelenleg a kereskedelmi keratin hidrolizátumokat kémiai hidrolízissel nyerik. A javasolt módszer környezetbarát, és tiszta hidrolizátumot állít elő. Ezzel szemben a kereskedelmi hidrolizátumok sötét színűek a sav jelenléte miatt. A tiszta szín előnyt jelent, ha a keratin hidrolizátumot haj-vagy bőrkozmetikai termékekbe építik be. A 10 kDa-nál kisebb molekulatömegű tejsavófehérjéket csökkent allergén hatás jellemzi. Ezért kívánatos, hogy a hidrolízis során 5 kDa alatti molekulatömegű frakciókat kapjunk . Ezenkívül Eremeev et al bizonyította a keratin hidrolizátumok antioxidáns aktivitását. Ennek a munkának az első lépése a tollak keratin peptidekké és aminosavakká történő átalakítása volt a Bacillus subtilis által termelt peptidázok és keratinázok által. A 3. ábra azt mutatja, hogy a tollakat a mikroorganizmus a táptalajban végzett öt napos növekedés után (90-95%) lebontotta. A keratinázok és a peptidázok más keratin maradványokra is hatással lehetnek, beleértve a gyapjút és a kürtport. A keratinázokat a takarmány -, műtrágya -, mosószer -, bőr-és gyógyszeriparban alkalmazzák .
a kontroll: Bacillus subtilis tollban, amely táptalajt tartalmaz (idő 0) és B 5 napos növekedés után tollközegben.
egyes jelentések leírták a keratinázok termelését olyan Bacillus fajok által, mint a B. subtilis KD-N2; B. pumilus KS12 , B. megaterium SN1 . Ezek a munkák azonban leírják az új törzsek izolálását, a mutáns termelést és a keratinázok jellemzését, ami potenciális alkalmazásokra utal. Tanulmányunkban a B. subtilis által termelt toll keratin hidrolizátumra, különösen a peptidekre összpontosítottunk, munkánk célja a hidrolizátum hajrostra gyakorolt hatásának elemzése volt. Más szerzők különböző módszereket alkalmaztak a keratinázok elemzésére, és ez a nagy variabilitás megnehezíti az eredmények összehasonlítását. A Bacillus subtilis jelen kéziratban használt natív törzse azonban kiváló proteolitikus (zselatináz) aktivitást mutatott 350 U/ml, illetve 400 U/ml keratináz és proteáz termeléssel.
az enzimes lebomlás során képződött keratin peptideket mátrix-asszisztált lézeres deszorpció /ionizáció –repülési idő (MALDI-TOF) tömegspektrometriával elemeztük. Először is a két spektrum összehasonlításával megfigyelhetjük a két hidrolizátum különálló profilját. A 800-1079 m/z közötti kis molekulatömegű peptideknek megfelelő többszörös csúcsokat Bacillus subtilis állította elő (4a.ábra). Megfigyelhetünk néhány m/z-es iont is az 1171,57 – 1758,96 tartományban. Míg a kereskedelmi keratin-hidrolizátum KH1 készítmény esetében a csúcsok 900-1400 m/z tartományban koncentrálódtak, amint azt a 4.B) ábra mutatja. Az 1400 és 2100 közötti több csúcs is látható ugyanazon az ábrán. Így a B. subtilis által termelt hidrolizátum alacsonyabb molekulatömegű peptideket tartalmaz. Ezek az alacsony molekulatömegű peptidek hatékonyabban tudnak behatolni a hajszálakba, és ez a jellemző pozitív különbség a kereskedelmi hidrolizátumokhoz képest. Csoportunk egy korábbi munkája, amely emberi hajat használt szubsztrátként, több csúcsot mutatott 816 – tól 2080 m-ig 6 nap tenyésztés után . A B által előállított tenyészet felülúszó molekulatömeg-elemzése.az SLC szubtilis törzs, amely tollakat használt szubsztrátként, feltárta, hogy a csirketollakból származó legtöbb peptid molekulatömege 500-3000 Dalton tartományban volt . Egy termofil Meiothermus ruber H328-ban az oldott termékek MALDI TOF analízise a tollközegben történő növekedés után csak 1000 Daltonnál kisebb oligopeptideket mutatott ki . Ezek az eredmények megerősítik, hogy a mikrobiális enzimek alacsonyabb molekulatömegű peptideket termelnek.
MALDI-TOF MS a Tollkeratin enzimatikus hidrolizátumainak elemzése Bacillus subitilis (A) és egy kereskedelmi hidrolizátum (KH1) (B) által. A részleteket lásd: anyagok és módszerek.
az enzimatikus keratin hidrolizátumok előzetes elemzését vékonyréteg-kromatográfiával (HPTLC) végeztük, és kisebb molekulatömegű peptideket és aminosavakat figyeltünk meg, amint azt az 5.ábra 2. sávja mutatja, összehasonlítva a kereskedelmi forgalomban kapható hidrolizátummal (KH1) a 3. sávban. Standardként az 1. sávban található glicin aminosavat használtuk.
a keratin peptidek HPTLC elemzése ultraszűréssel történő szűrés után az Amicon rendszerben (Millipore, 1000 Dalton). 1-aminosav glicin. 2-toll keratin peptidek, amelyeket enzimatikus hidrolízissel nyernek. 3-Kereskedelmi hidrolizátum (KH1).
fermentáció után az enzimatikus hidrolizátum fehérjekoncentrációja 3,5 mg / ml volt. Szűrés után a fehérjetartalom elment1, 5 mg/ml, ami 42, 8% – os százaléknak felel meg a teljes fehérjéhez viszonyítva. Az enzimatikus hidrolizátumot 10% – os koncentrációban vittük fel a hajfürtökre az anyagokban és módszerekben, valamint a 2.ábrán leírtak szerint.
a hidrolizátumot enyhe samponnal és az 1.és 2. táblázat szerint elkészített öblítőszerrel alkalmaztuk. A 3. táblázat azt mutatja, hogy az enzimatikus hidrolizátumokkal és hajvasalóval kezelt összes haj hidratáltsága 180 C. Hő alkalmazása nélkül a folyamat nem volt hatékony, ami arra utal, hogy a melegítés fontos a hidrolizátumok beépítéséhez a hajba.
a Fehérjehidrolizátumok, különösen az alacsony molekulatömegű eloszlásúak-azaz < 1000 Dalton-köztudottan hatékony védelmet és gondoskodást nyújtanak a hajnak. A hidrolizátumok előállításához különféle fehérjeforrásokat használtak. A búzafehérje, a gyapjú keratin és a kollagén hidrolizátumok olyan példák, amelyeket a bőr és a személyes hajápolási termékekben használtak, és ismert, hogy jobb kompatibilitást, érzetet, hidratálást és a természetes szerkezet fenntartását szolgálják . A hajápolási termékekben az alacsonyabb molekulatömegű peptideknek két hatása van: 1) képesek behatolni a hajszálak kéregébe és 2) elősegíthetik a felületi bevonatot. A behatolás hosszabb kezelésekkel mélyebbnek tűnik. Emellett a fehérített haj magasabb szintű penetrációt mutat a hidrolizátumokban, összehasonlítva a nem sérült kontroll hajjal . Ezek a tulajdonságok jótékony hatással vannak a haj szerkezetére, helyettesítve az elveszett keratint, és öregedésgátló hatással is rendelkeznek . A gyapjú keratin peptid bőrre gyakorolt hatását vizes vagy liposzómás készítményben vizsgálták, és a keratin peptid alkalmazásának eredményeként a hidratáció és rugalmasság növekedését figyelték meg.
az enzimatikus hidrolizátumnak a hajszálakra gyakorolt hatását SEM-Mel értékeltük (6., 7. és 8. ábra). Az összes ábra az enzimatikus hidrolizátummal kezelt és kezeletlen hajszálak mikrográfiáját mutatja. A fényesség és a lágyság növekedését érzékszervi analízissel figyelték meg (az adatok nem jelennek meg). A mikrográfiákban azonban a toll keratin hidrolizátumainak lerakódásait figyelték meg az összes hajtípus kutikulájának csomópontjában. Ez a betét valószínűleg együttműködik a kutikulák lezárásával. A hő is elengedhetetlen a kutikulák teljes lezárásához. A színes rostot a hidrolizátumok hasznosították, ha hővel alkalmazták (6c, D ábra). A hidrolizátumok jobban tapadtak a korábban színezett és kiegyenesített hajszálakhoz (7c, D ábra), jelezve, hogy a színezés és az egyenesítés kombinációja kedvez a keratin peptidek hatásának. A 8. ábra (A, B) azt mutatja, hogy a fehérítő kezelés elősegítette a hajszálak fokozott károsodását. A kutikula mérlegek elülső élének megjelenése a mérlegek felbomlását jelzi (B). Az enzimatikus hidrolizátumok hővel történő alkalmazása együttműködött a kutikulák lezárásában, de széleik töröttek maradtak (C, D).
pásztázó elektronmikroszkópos (sem) analízis színes haj A, B –kontroll; C, D – a kezelés után az enzimatikus hidrolizátumok és hajvasaló a 180 Anavar; E, F – a kezelés után az enzimatikus hidrolizátumok hő nélkül. A nyilak a toll enzimatikus hidrolizátum lerakódásait jelzik.
sem Mikrográfia elemzése színes és kiegyenesített haj után enzimatikus hidrolizátum kezelés. Kezelt haj A, B – kontroll; C, D-az enzimatikus hidrolizátumokkal és hajvasalóval végzett kezelés után 180 6. napon; E, F-az enzimatikus hidrolizátumokkal hő nélkül végzett kezelés után vegye figyelembe az enzimatikus hidrolizátumok lerakódását a mérlegen (nyíl).
elektronikus pásztázó mikroszkóp képek kezeletlen fehérített hajból (A, B) és hővel (C,D) vagy hő nélkül (E,F) kezelt enzimatikus hidrolizátumokból. A fekete nyíl az enzimatikus hidrolizátumokból származó peptidek lerakódását jelzi, a fehér nyíl pedig a kutikula törött széleit mutatja.
a hajkémia módosításakor a haj természetes tulajdonságai veszélybe kerülnek. Számos mechanizmus károsíthatja a hajszálakat. Például a környezeti stressz és az UV sugárzás fotooxidálja a fehérjéket. A fehérje foto-oxidációja diszulfidkötések hasadásához vezet, amelyek keresztkötik a fehérjéket, és megszakítják a tioészter kötéseket, ami a kötött felületi lipidek felszabadulását és a haj szerkezetének elvesztését eredményezi. Ezek a reakciók a haj tulajdonságainak romlásához vezetnek, ami a fogyasztók számára a rossz kezelhetőség, a szárazság és a törékenység, a ragyogás elvesztése és szélsőséges esetekben az erő csökkenése formájában észlelhető . Néhány kozmetikai kezelések, mint az állandó curling, állandó színezés, fehérítés és pihentető / egyengető ismert, hogy megváltoztatja a haj tulajdonságait . Még a kozmetikai kezelés, például a napi fésülés és a fogmosás is károsíthatja a hajat . A közelmúltban Cao et al a Stenotrophomonas maltophilia-ból nyert fermentációs húsleves (csirke toll) különböző koncentrációit használta a hajban. A felülúszót 30 percig inkubáltuk. A húslevest úgy találták, hogy védi a hajat, amint azt a jobb rugalmasság és erő mind a normál, mind a sérült haj esetében.
Sionkowska és munkatársai UV-Vis spektroszkópiával, Fourier transzformációval, infravörös spektroszkópiával (FTIR) és fluoreszcencia spektroszkópiával értékelték az UV besugárzás hatását a keratin hidrolizátumokra. A keratin hidrolizátumok UV besugárzása során új fototermékek képződtek, és az oxidált kénfajok enyhe növekedését is megfigyelték. A szerzők azt javasolták, hogy a keratin hidrolizátumok fotodegradációja hasznos módszer lehet alacsonyabb molekulatömegű hidrolizátumok előállítására. A jelen munka növekedését a hidratáció, a fényerő és a lágyság volt megfigyelhető a különböző típusú haj kezelés után 10% keratin peptidek nyert enzimatikus hidrolízis folyamat. A tollak, a baromfi által termelt ipari hulladék felhasználása biomassza forrásként a folyamathoz nagyon érdekes, mert ez a nyersanyag olcsó, és bio átalakul egy új, összesített értékű termékké. Jelenleg a keratin hidrolizátumokat általában keratintartalmú állati részekből állítják elő, például tollakból, szarvakból, patákból, hajból és gyapjúból. Az aromás aminosavak (triptofán, tirozin és fenilalanin) és a cisztin (kéntartalmú aminosav) kulcsszerepet játszanak a keratin fotokémiájában . Egyes iparágak olyan termékeket fejlesztettek ki, amelyek búzából, kukoricából és szójafehérjékből származó 18 szabad aminosavból álló komplexet használnak a keratin természetes összetételének utánzására. A szója magas kéntartalmú aminosav-tartalma hasonló az emberi haj és gyapjúéhoz . A keratin azonban mechanikai és védő tulajdonságai szempontjából pótolhatatlan fehérje.
a jelen munkában leírt enzimatikus módszer alkalmazható ipari hulladékok / maradékok esetében általában hozzáadott értékű termékek előállítására. A szakirodalom korábbi tanulmányai leírták a keratinázok / peptidázok alkalmazását a baromfiipar által eldobott toll keratin újrahasznosítására . A jelenlegi munka először jelent meg a keratin peptidek kozmetikai iparban történő felhasználásáról, különös tekintettel a hajápolási szegmensre. Figyelembe véve ezeket a tényezőket, a hajápolási termékek keratin peptid termelésének enzimatikus módszere vonzó és környezetbarát módszer, amely nagy potenciállal rendelkezik a kozmetikai iparban.
