biokatalityczne zastosowania enzymów wzrosły w ostatnich latach, ponieważ są one prawidłowe ekologicznie, mają wysoką swoistość, wykazują chemo-Regio-enancjo-selektywność i wykazują szeroką różnorodność reakcji. Ponadto w bioreaktorach można łatwo kontrolować warunki uzyskiwania i optymalizacji produkcji enzymów pod względem składników odżywczych, pH, temperatury i napowietrzania. Mikroorganizmy można również manipulować genetycznie, aby poprawić pożądane właściwości biokatalizatora. Te cechy zachęciły do stale rosnących poszukiwań procesów biokatalitycznych . Celem naszych badań było wykorzystanie procesu enzymatycznego do otrzymywania hydrolizatów keratyny do produktów do pielęgnacji włosów. Obecnie komercyjne hydrolizaty keratyny otrzymuje się w drodze hydrolizy chemicznej. Proponowana metoda jest przyjazna dla środowiska i wytwarza klarowny hydrolizat. Natomiast komercyjne hydrolizaty mają ciemny kolor ze względu na obecność kwasu. Jasny kolor jest zaletą przy wprowadzaniu hydrolizatu keratyny do produktów do włosów lub kosmetyków do skóry. Białka serwatkowe o masie cząsteczkowej poniżej 10 kDa charakteryzują się zmniejszoną alergennością. Dlatego pożądane jest otrzymywanie frakcji o masach cząsteczkowych poniżej 5 kDa w procesie hydrolizy . Ponadto Eremeev i wsp. wykazali aktywność przeciwutleniającą hydrolizatów keratyny. Pierwszym krokiem w tej pracy było przekształcenie piór w peptydy i aminokwasy keratynowe przez peptydazy i keratynazy wytwarzane przez Bacillus subtilis. Rysunek 3 pokazuje, że pióra zostały zdegradowane (90-95%) przez mikroorganizm po pięciu dniach wzrostu w pożywce. Keratynazy i peptydazy mogą działać na inne reszty keratynowe, w tym na wełnę i proszek Rogowy. Keratynazy są stosowane w przemyśle paszowym, nawozowym, detergentowym, skórzanym i farmaceutycznym .
a Kontrola: Bacillus subtilis w pożywce zawierającej pióro (czas 0) I B Po 5 dniach wzrostu pożywki piórkowej.
niektóre raporty opisują wytwarzanie keratynaz przez Gatunki Bacillus , takie jak B. subtilis KD-N2 ; B. pumilus KS12, B. megaterium SN1 . Prace te opisują jednak izolację nowych szczepów, produkcję mutantów i charakterystykę keratynaz sugerujących ich potencjalne zastosowania. W naszych badaniach skupiliśmy się na hydrolizacie keratyny piór wytwarzanym przez B. subtilis, a konkretnie na peptydach, a celem naszej pracy była analiza wpływu hydrolizatu na włókno włosa. Inni autorzy stosowali różne metody analizy keratynaz, a ta duża zmienność utrudnia porównywanie wyników. Jednak natywny szczep Bacillus subtilis użyty w niniejszym manuskrypcie wykazał doskonałą aktywność proteolityczną (żelatynazę) z wytworzeniem odpowiednio 350 U/ml i 400 U/ml keratynaz i proteaz.
peptydy keratyny utworzone przez degradację enzymatyczną analizowano za pomocą spektrometrii masowej desorpcji laserowej /jonizacji czasu lotu (MALDI-TOF) wspomaganej matrycą. Po pierwsze, porównując te dwa widma, możemy zaobserwować różne profile tych dwóch hydrolizatów. Wielokrotne piki odpowiadające peptydom o niskiej masie cząsteczkowej, głównie w zakresie od 800 do 1079 m/z, zostały wytworzone przez Bacillus subtilis (Fig. 4a). Możemy również zaobserwować niektóre jony z m / z w zakresie od 1171,57 do 1758,96. Podczas gdy dla komercyjnego preparatu hydrolizatu keratyny KH1, piki koncentrowały się w zakresie od 900 do 1400 m/z, jak pokazano na fig.4(B). Wiele szczytów między 1400 i 2100 można również zobaczyć w tej samej liczbie. Tak więc hydrolizat wytwarzany przez B. subtilis zawiera peptydy o niższych masach cząsteczkowych. Te niskocząsteczkowe peptydy mogą skuteczniej przenikać do włókna włosów, a ta cecha jest pozytywną różnicą w porównaniu z komercyjnymi hydrolizatami. Poprzednia praca naszej grupy wykorzystująca ludzkie włosy jako podłoże wykazała wiele szczytów od 816 do 2080 m z z po 4 dniach hodowli . Analiza masy cząsteczkowej supernatantu Kultury wytwarzanego przez B.subtilis szczep SLC używając piór jako substratu ujawnił, że większość peptydów, pochodzących z piór kurzych, prezentowała masę cząsteczkową w zakresie 500-3000 Daltonów . W ciepłolubnym Meiothermus ruber H328 analiza MALDI TOF solubilizowanych produktów po wzroście na podłożu piórkowym wykryła tylko oligopeptydy z mniej niż 1000 Daltonów . Wyniki te potwierdzają, że enzymy mikrobiologiczne wytwarzają peptydy o niższej masie cząsteczkowej.
MALDI-TOF MS analiza enzymatycznych hydrolizatów keratyny z keratyny piór przez Bacillus subitilis (a) i handlowy hydrolizat (KH1) (B). Szczegóły w materiałach i metodach.
wstępną analizę enzymatycznych hydrolizatów keratyny przeprowadzono stosując chromatografię cienkowarstwową (HPTLC) i zaobserwowano peptydy i aminokwasy o niższej masie cząsteczkowej, jak pokazano na fig.5, pas 2, w porównaniu z komercyjnym hydrolizatem (KH1) na pasie 3. Jako standard użyto aminokwasu glicyny w pasie 1.
analiza HPTLC peptydów keratynowych po filtracji przez ultrafiltrację w systemie Amicon (Millipore, 1000 Daltonów). Glicyna 1-aminokwasowa. 2-piórkowe peptydy keratynowe otrzymywane przez hydrolizę enzymatyczną. 3-handlowy hydrolizat (KH1).
po fermentacji hydrolizat enzymatyczny miał stężenie białka 3,5 mg / ml. Po przesączeniu zawartość białka wzrosła DO1, 5 mg/ml, co odpowiada odsetkowi 42, 8% w stosunku do całkowitego białka. Hydrolizat enzymatyczny nanoszono na zamki włosów w stężeniu 10%, jak opisano w materiałach i sposobach oraz na fig.
hydrolizat nanoszono łagodnym szamponem i odżywką do płukania przygotowaną zgodnie z tabelami 1 i 2. Tabela 3 pokazuje, że występuje wzrost nawilżenia wszystkich włosów leczonych hydrolizatami enzymatycznymi i prostownicą w temperaturze 180°C. Bez zastosowania ciepła proces nie był wydajny, co sugeruje, że ogrzewanie jest ważne, aby włączyć hydrolizaty do włosów.
wiadomo, że hydrolizaty białkowe, w szczególności te o niskim rozkładzie masy cząsteczkowej-tj. < 1000 Daltonów, zapewniają skuteczną ochronę i pielęgnację włosów. Do produkcji hydrolizatów wykorzystano różne źródła białek. Białko pszenicy, keratyna wełny i hydrolizaty kolagenowe są przykładami, które zostały wykorzystane w produktach do pielęgnacji skóry i włosów osobistych i są znane z poprawy kompatybilności, czucia, nawilżenia i pomagają utrzymać naturalną strukturę . W produktach do pielęgnacji włosów peptydy o niższej masie cząsteczkowej mają dwa efekty: 1) są zdolne do penetracji kory włókna włosa i 2) mogą promować powłokę powierzchniową. Penetracja wydaje się być głębsza przy dłuższych zabiegach. Poza tym bielone włosy wykazują wyższy poziom penetracji hydrolizatów w porównaniu z nieuszkodzonymi włosami kontrolnymi . Właściwości te mają korzystny wpływ na strukturę włosów, zastępując utraconą keratynę, a także mają działanie przeciwstarzeniowe . Wpływ wełny peptydu keratyny na skórę w postaci wodnej lub liposomowej badano i zaobserwowano wzrost nawilżenia i elastyczności w wyniku zastosowania peptydu keratyny.
wpływ zastosowania hydrolizatu enzymatycznego na włókno włosa oceniono za pomocą sem (Fig.6, 7 i 8). Wszystkie dane przedstawiają mikrografy włókien włosów poddanych działaniu hydrolizatu enzymatycznego i nieleczonych. Wzrost jasności i miękkości zaobserwowano za pomocą analizy sensorycznej (dane nie zostały przedstawione). Jednak w mikrografach zaobserwowano złogi piór hydrolizatów keratyny w połączeniu skórek WSZYSTKICH rodzajów włosów. Osad ten prawdopodobnie służy do uszczelniania skórek. Również ciepło jest niezbędne do całkowitego uszczelnienia skórek. Barwne włókno korzystało z hydrolizatów po nałożeniu na ciepło (Fig. 6c, D). Hydrolizaty bardziej przylegały do wcześniej zabarwionych i wyprostowanych włókien włosów (rysunek 7C, D), co wskazuje, że połączenie zabarwienia i prostowania sprzyja działaniu peptydów keratynowych. Rysunek 8 (A, B) pokazuje, że zabieg wybielający promował uwypuklenie uszkodzenia włókna włosa. Pojawienie się krawędzi natarcia łusek naskórka wskazuje na zerwanie łusek (B). Zastosowanie enzymatycznych hydrolizatów z ciepłem przyczyniło się do uszczelnienia skórek, ale ich krawędzie pozostały złamane (C, D).
skaningowa mikroskopia elektronowa (sem) analiza włosów farbowanych A, B –Kontrola; C, D – po obróbce hydrolizatami enzymatycznymi i prostownicą w temperaturze 180°; E, F-po obróbce hydrolizatami enzymatycznymi bez ciepła. Strzałki wskazują osady enzymatycznego hydrolizatu piór.
analiza SEM włosów farbowanych i wyprostowanych po zabiegu hydrolizatu enzymatycznego. Włosy traktowane A, B – Kontrola; C, D – po obróbce hydrolizatami enzymatycznymi i prostownicą w temperaturze 180°; E, F-po obróbce hydrolizatami enzymatycznymi bez ciepła, zwróć uwagę na osadzanie hydrolizatów enzymatycznych na łuskach (strzałka).
obrazy uzyskane z nieprzetworzonych bielonych włosów (A, B) i poddane obróbce hydrolizatami enzymatycznymi ciepłem (C,D) lub bez ciepła (E,F). Czarna strzałka oznacza depozyt peptydów z hydrolizatów enzymatycznych, a biała strzałka pokazuje złamane krawędzie naskórka.
kiedy Chemia włosów jest modyfikowana, niektóre naturalne właściwości włosów są zagrożone. Kilka mechanizmów może powodować uszkodzenie włókna włosów. Na przykład naprężenia środowiskowe i promieniowanie UV fotoutleniają białka. Fotoutlenianie białek prowadzi do rozszczepiania wiązań dwusiarczkowych, które krzyżują białka, i łamania wiązań tioestrowych, co skutkuje uwolnieniem związanych lipidów powierzchniowych i utratą struktury włosów. Reakcje te prowadzą do pogorszenia właściwości włosów, zauważalnego dla konsumentów w postaci słabej podatności na układanie, suchości i łamliwości, utraty połysku, aw skrajnych przypadkach zmniejszonej wytrzymałości . Niektóre zabiegi kosmetyczne, takie jak trwałe zwijanie, trwałe farbowanie, wybielanie i relaksujące/prostowanie, zmieniają właściwości włosów . Nawet zabiegi kosmetyczne, takie jak codzienne czesanie i szczotkowanie, mogą uszkodzić włosy . Ostatnio Cao i wsp. stosowali różne stężenia bulionu fermentacyjnego (piór kurzych) uzyskanego ze stenotrophomonas maltophilia we włosach. Supernatant inkubowano przez 30 minut. Bulion okazał się ochronny dla włosów, o czym świadczy zwiększona elastyczność i wytrzymałość zarówno dla włosów normalnych, jak i zniszczonych.
sionkowska i in., wykorzystując spektroskopię UV-Vis, transformację Fouriera, spektroskopię w podczerwieni (FTIR) i spektroskopię fluorescencyjną, ocenili wpływ promieniowania UV na hydrolizaty keratyny. Podczas napromieniowania UV hydrolizatów keratyny powstawały nowe fotoprodukty, zaobserwowano również niewielki wzrost utlenionych gatunków siarki. Autorzy zaproponowali, że fotodegradacja hydrolizatów keratyny może być użyteczną metodą wytwarzania hydrolizatów o niższej masie cząsteczkowej. W niniejszej pracy zaobserwowano wzrost nawilżenia, jasności i miękkości w różnych typach włosów po obróbce 10% peptydów keratynowych uzyskanych w procesie hydrolizy enzymatycznej. Wykorzystanie piór, odpadów przemysłowych wytwarzanych przez drób jako źródła biomasy do tego procesu jest bardzo interesujące, ponieważ surowiec ten jest tani i jest bio przekształcany w nowy produkt o łącznej wartości. Obecnie hydrolizaty keratyny są zwykle przygotowywane z części zwierzęcych zawierających keratynę, takich jak pióra, rogi, kopyta, włosy i wełna. Aminokwasy aromatyczne (tryptofan, tyrozyna i fenyloalanina) i cystyna (aminokwas zawierający siarkę) odgrywają kluczową rolę w fotochemii keratyny . Niektóre gałęzie przemysłu opracowały produkty, które wykorzystują kompleks 18 wolnych aminokwasów pochodzących z pszenicy, kukurydzy i białek sojowych do naśladowania naturalnego składu keratyny. Wysoka zawartość aminokwasów siarki w soi jest podobna do ludzkiej sierści i wełny . Jednak keratyna jest niezastąpionym białkiem ze względu na swoje właściwości mechaniczne i ochronne.
metoda enzymatyczna opisana w niniejszej pracy może być stosowana w przypadku odpadów przemysłowych/pozostałości w celu wytworzenia produktów o wartości dodanej. Wcześniejsze badania w literaturze opisywały zastosowanie keratynaz / peptydaz do recyklingu keratyny z piór wyrzucanej przez przemysł drobiarski . W niniejszej pracy po raz pierwszy opisano zastosowanie peptydów keratynowych w przemyśle kosmetycznym, szczególnie skoncentrowanych na segmencie pielęgnacji włosów. Biorąc pod uwagę wszystkie te czynniki, enzymatyczna metoda produkcji peptydów keratynowych do produktów do pielęgnacji włosów jest atrakcyjną i przyjazną dla środowiska metodą o dużym potencjale w przemyśle kosmetycznym.
