O biocatalytic usa para enzimas que têm crescido imenso nos últimos anos, uma vez que eles são ecologicamente corretos, tem uma alta especificidade, presente de quimio-regio-enantio-seletividade e apresentam uma grande diversidade de reações. Além disso, as condições para obter e otimizar a produção de enzimas em termos de nutrientes, pH, temperatura e aeração são facilmente controladas em biorreatores. Os microrganismos também podem ser manipulados geneticamente para melhorar as características desejáveis de um biocatalisador. Essas características têm incentivado a busca cada vez maior por processos biocatalíticos . O objetivo do nosso estudo foi utilizar um processo enzimático para obtenção de hidrolisados de queratina para produtos capilares. Atualmente, Os hidrolisados comerciais de queratina são obtidos por hidrólise química. O método proposto é favorável ao meio ambiente e produz um hidrolisado claro. Em contraste, os hidrolisados comerciais têm uma cor escura devido à presença de ácido. A cor clara é uma vantagem ao incorporar hidrolisado de queratina em produtos para cosméticos para cabelo ou pele. Proteínas de soro de leite com uma massa molecular inferior a 10 kDa são caracterizadas por alergenicidade reduzida. Portanto, é desejável obter frações com massas moleculares abaixo de 5 kDa no processo de hidrólise . Além disso, Eremeev et al demonstraram a atividade antioxidante dos hidrolisados de queratina. O primeiro passo neste trabalho envolveu a transformação de penas em peptídeos de queratina e aminoácidos por peptidases e queratinases produzidas por Bacillus subtilis. A figura 3 mostra que as penas foram degradadas (90-95%) pelo microrganismo após cinco dias de crescimento no meio. As queratinases e peptidases podem atuar em outros resíduos de queratina, incluindo lã e pó de chifre. As queratinases estão sendo aplicadas nas indústrias de ração, fertilizantes, detergentes, couro e farmacêutica .
a controle: Bacillus subtilis em pena contendo meio (tempo 0) e B Após 5 dias de crescimento em meio de pena.
alguns relatos descreveram a produção de queratinases por espécies de Bacillus , como B. subtilis KD-N2 ; B. pumilus KS12, B. megaterium SN1 . No entanto, esses trabalhos descrevem o isolamento de novas cepas, a produção de mutantes e a caracterização de queratinases sugerindo suas potenciais aplicações. Em nosso estudo, o foco foi o hidrolisado de queratina de penas produzido por B. subtilis, especificamente os peptídeos, e o objetivo do nosso trabalho foi analisar o efeito do hidrolisado na fibra capilar. Diferentes metodologias para análise de queratinases têm sido utilizadas por outros autores e essa grande variabilidade dificulta a comparação dos resultados. No entanto, a cepa nativa de Bacillus subtilis utilizada no presente manuscrito apresentou excelente atividade proteolítica (gelatinase) com produção de 350 U/ml e 400 U/ml de queratinases e proteases, respectivamente.
os peptídeos de queratina formados por degradação enzimática foram analisados por espectrometria de massa de dessorção /ionização a laser assistida por matriz-Time of flight (MALDI –TOF). Em primeiro lugar, comparando os dois espectros, podemos observar os perfis distintos dos dois hidrolisados. Os múltiplos picos correspondentes aos peptídeos com baixo peso molecular predominantemente na faixa de 800 a 1079 m/z foram produzidos por Bacillus subtilis (figura 4a). Também podemos observar alguns íons com m / z na faixa de 1171,57 a 1758,96. Enquanto para a preparação comercial de hidrolisado de queratina KH1, os picos foram concentrados na faixa de 900 a 1400 m / z, conforme mostrado na Figura 4(B). Vários picos entre 1400 e 2100 também podem ser vistos na mesma figura. Assim, o hidrolisado produzido por B. subtilis contém peptídeos com massas moleculares mais baixas. Esses peptídeos de baixo peso molecular podem penetrar na fibra capilar com mais eficiência e essa característica é uma diferença positiva em comparação com os hidrolisados comerciais. Um trabalho anterior do nosso grupo usando cabelo humano como substrato demonstrou vários picos de 816 a 2080 m⁄z após 4 dias de cultura . A análise de massa molecular do sobrenadante de cultura produzido pelo B.subtilis strain SLC usando penas como substrato revelou que a maioria dos peptídeos, derivados de penas de frango, apresentou uma massa molecular na faixa de 500-3000 Daltons . Em um meiotérmico termofílico ruber h328, a análise MALDI TOF de produtos solubilizados após o crescimento em meio de penas detectou apenas oligopeptídeos com menos de 1.000 Daltons . Esses resultados confirmam que as enzimas microbianas produzem peptídeos com menor massa molecular.
MALDI-TOF MS análise enzimática de queratina hidrolisado de queratina de penas pelo Bacillus subitilis (A) e um comercial hidrolisado (KH1) (B). Para obter detalhes, consulte materiais e métodos.
Uma análise preliminar dos enzimática hidrolisado de queratina foi feita através de cromatografia em camada fina (HPTLC) e péptidos e aminoácidos, com uma menor massa molecular foram observados, como mostrado na Figura 5, pista 2, quando comparado com o comercial hidrolisado (KH1) na faixa 3. O aminoácido glicina na faixa 1 foi utilizado como padrão.
HPTLC análise dos peptídeos de queratina após a filtração por ultrafiltração no sistema Amicon (Millipore, 1000 Daltons). 1-aminoácido glicina. Peptídeos de queratina de 2 penas obtidos por hidrólise enzimática. 3-hidrolisado comercial (KH1).
após a fermentação, o hidrolisado enzimático apresentou uma concentração proteica de 3,5 mg / ml. Após a filtração, o teor de proteína foi para1, 5 mg / ml, correspondendo a uma porcentagem de 42, 8% em relação à proteína total. O hidrolisado enzimático foi aplicado nas mechas capilares a uma concentração de 10%, conforme descrito nos materiais e métodos e na Figura 2.
o hidrolisado foi aplicado com shampoo suave e condicionador de enxágue preparado de acordo com as Tabelas 1 e 2. A tabela 3 demonstra que há um aumento na hidratação para todos os cabelos tratados com os hidrolisados enzimáticos e com alisador a 180°C. Sem a aplicação de calor, o processo não foi eficiente, sugerindo que o aquecimento é importante para incorporar os hidrolisados no cabelo.
hidrolisados proteicos, em particular aqueles com uma baixa distribuição de peso molecular-i.é., < de 1.000 Daltons são conhecidos para fornecer uma proteção eficaz e cuidado de cabelo. Várias fontes de proteínas têm sido usadas para produzir hidrolisados. Proteína de trigo, queratina de lã e hidrolisados colagênicos são exemplos que têm sido usados em produtos de cuidados com a pele e cabelos pessoais e são conhecidos por conferir melhor compatibilidade, sensação, hidratação e ajudar a manter a estrutura natural . Em produtos de cuidados capilares, os peptídeos de menor peso molecular têm dois efeitos: 1) Eles são capazes de penetrar no córtex da fibra capilar e 2) eles podem promover um revestimento superficial. A penetração parece ser mais profunda com tratamentos mais longos. Além disso, o cabelo branqueado mostra um maior nível de penetração de hidrolisados quando comparado com o cabelo de controle não danificado . Essas propriedades têm efeitos benéficos na estrutura do cabelo, substituindo a queratina perdida e também têm um efeito antienvelhecimento . O efeito do peptídeo de queratina de lã na pele em uma formulação aquosa ou em lipossoma foi investigado por e um aumento na hidratação e elasticidade como resultado da aplicação do peptídeo de queratina foi observado.
o efeito da aplicação do hidrolisado enzimático na fibra capilar foi avaliado pelo MEV (figuras 6, 7 e 8). Todas as figuras mostram micrografias de fibras capilares tratadas e não tratadas com o hidrolisado enzimático. Um aumento no brilho e suavidade foi observado pela análise sensorial (dados não mostrados). No entanto, nas micrografias, depósitos de hidrolisados de queratina de penas foram observados na junção das cutículas de todos os tipos de cabelo. Este depósito provavelmente colabora para a vedação das cutículas. Também o calor é essencial para a vedação completa das cutículas. A fibra colorida foi beneficiada pelos hidrolisados quando aplicada com calor (figura 6C, D). Os hidrolisados aderiram mais às fibras capilares previamente coloridas e alisadas (figura 7C, D) indicando que a combinação de coloração e alisamento favorece a ação dos peptídeos de queratina. A figura 8 (A, B) mostra que o tratamento de branqueamento promoveu danos acentuados à fibra capilar. O aparecimento da borda de ataque das escamas da cutícula indica uma quebra das escamas (B). A aplicação dos hidrolisados enzimáticos com calor colaborou para a vedação das cutículas, mas suas bordas permaneceram quebradas (C, D).
microscopia eletrônica de Varredura (MEV) a análise do cabelo de cor A, B –Controle; C, D – Após o tratamento com o hidrolisado enzimático e alisador de 180°; E, F – Após o tratamento com o hidrolisado enzimático sem calor. As setas indicam depósitos enzimáticos de hidrolisado de penas.
SEM o micrography análise de colorido e alisado o cabelo depois de hidrolisado enzimático de tratamento. Cabelo tratado A, B-Controle; C, D – após o tratamento com os hidrolisados enzimáticos e Alisador a 180°; E, F – Após o tratamento com os hidrolisados enzimáticos sem calor, observe o depósito dos hidrolisados enzimáticos nas escamas (seta).
Eletrônica de varredura o microscópio de imagens obtidas a partir de uma não tratada branqueada de cabelo (A, B) e tratados com o hidrolisado enzimático com o calor (C,D) ou sem calor (E,F). Seta preta indica depósito de peptídeos dos hidrolisados enzimáticos e seta branca mostra as bordas quebradas da cutícula.
quando a química do cabelo é modificada, algumas das propriedades naturais do cabelo são comprometidas. Vários mecanismos podem causar danos à fibra capilar. Por exemplo, estresses ambientais e radiação UV foto-oxidam proteínas. A foto-oxidação da proteína leva à clivagem de ligações dissulfeto que ligam as proteínas e quebra de ligações tioester, o que resulta na liberação de lipídios superficiais ligados e perda de estrutura capilar. Essas reações levam a uma deterioração das propriedades do cabelo, perceptível aos consumidores na forma de má capacidade de gerenciamento, secura e fragilidade, perda de brilho e, em casos extremos, diminuição da força . Alguns tratamentos cosméticos como curling permanente, coloração permanente, branqueamento e relaxamento/alisamento são conhecidos por alterar as propriedades do cabelo . Mesmo o manuseio cosmético, como pentear e escovar diariamente, Pode danificar o cabelo . Recentemente, Cao et al utilizaram diferentes concentrações do caldo de fermentação (penas de galinha) obtido a partir de Stenotrophomonas maltophilia, no cabelo. O sobrenadante foi incubado por 30 min. O caldo foi considerado protetor para o cabelo, como evidenciado pela maior flexibilidade e força para cabelos normais e danificados.Sionkowska, et al usando espectroscopia UV-Vis, transformada de Fourier, espectroscopia de infravermelho (FTIR) e espectroscopia de fluorescência, avaliaram a influência da irradiação UV em hidrolisados de queratina. Novos fotoprodutos foram formados durante a irradiação UV de hidrolisados de queratina e um ligeiro aumento nas espécies de enxofre oxidado também foi observado. Os autores propuseram que a fotodegradação de hidrolisados de queratina poderia ser um método útil para a preparação de hidrolisados com menor peso molecular. No presente trabalho foi observado um aumento na hidratação, brilho e maciez nos diferentes tipos de cabelo após o tratamento com 10% de peptídeos de queratina obtidos pelo processo de hidrólise enzimática. O uso de penas, um resíduo industrial gerado por aves como fonte de biomassa para o processo é muito interessante porque essa matéria-prima é barata e é bio transformada em um novo produto com valor agregado. Atualmente, Os hidrolisados de queratina são geralmente preparados a partir de partes animais contendo queratina, como penas, chifres, cascos, cabelos e lã. Aminoácidos aromáticos (triptofano, tirosina e fenilalanina) e cistina (aminoácido contendo enxofre) desempenham um papel fundamental na fotoquímica da queratina . Algumas indústrias desenvolveram produtos que usam um complexo de 18 aminoácidos livres derivados de proteínas de trigo, milho e soja para imitar a composição natural da queratina. O alto teor de aminoácidos de enxofre da soja é semelhante ao do cabelo e da lã humanos . No entanto, a queratina é uma proteína insubstituível em relação às suas propriedades mecânicas e protetoras.
o método enzimático descrito no presente trabalho pode ser usado para resíduos/resíduos industriais em geral para produzir produtos de Valor Agregado. Estudos anteriores na literatura descreveram o uso de queratinases / peptidases para reciclagem de queratina de penas descartada pela indústria avícola . O presente trabalho relata pela primeira vez o uso de peptídeos de queratina na indústria cosmética, com foco especial no segmento de cuidados capilares. Levando em consideração todos esses fatores, o método enzimático para a produção de peptídeos de queratina para produtos para o cuidado do cabelo é um método atraente e ecológico, com grande potencial na indústria cosmética.
