utilizările biocatalitice pentru enzime au crescut enorm în ultimii ani, deoarece sunt corecte din punct de vedere ecologic, au o specificitate ridicată, prezintă chemo-regio-enantio-selectivitate și prezintă o mare diversitate de reacții. Mai mult, condițiile de obținere și optimizare a producției de enzime în ceea ce privește nutrienții, pH-ul, temperatura și aerarea sunt ușor controlate în bioreactori. Microorganismele pot fi, de asemenea, manipulate genetic pentru a îmbunătăți caracteristicile dorite ale unui biocatalizator. Aceste caracteristici au încurajat căutarea în continuă creștere a proceselor biocatalitice . Scopul studiului nostru a fost de a utiliza un proces enzimatic pentru a obține hidrolizate de keratină pentru produsele de îngrijire a părului. În prezent, hidrolizatele Comerciale de keratină sunt obținute prin hidroliză chimică. Metoda propusă este ecologică și produce un hidrolizat clar. În schimb, hidrolizatele comerciale au o culoare închisă datorită prezenței acidului. Culoarea clară este un avantaj atunci când se încorporează hidrolizat de keratină în produse pentru produse cosmetice pentru păr sau piele. Proteinele din zer cu o masă moleculară mai mică de 10 kDa se caracterizează prin alergenicitate redusă. Prin urmare, este de dorit să se obțină fracții cu mase moleculare Sub 5 kDa în procesul de hidroliză . În plus, Eremeev și colab au demonstrat activitatea antioxidantă a hidrolizatelor de keratină. Primul pas în această lucrare a implicat transformarea penelor în peptide de keratină și aminoacizi prin peptidaze și keratinaze produse de Bacillus subtilis. Figura 3 arată că penele au fost degradate (90-95%) de microorganism după cinci zile de creștere în mediu. Keratinazele și peptidazele pot acționa asupra altor reziduuri de keratină, inclusiv lână și praf de corn. Keratinazele sunt aplicate în industria furajelor, îngrășămintelor, detergenților, pielii și Farmaceutică .
a Control: Bacillus subtilis în mediu care conține pene (timpul 0) și B după 5 zile de creștere în mediu de pene.
unele rapoarte au descris producția de keratinaze de către specii de bacili, cum ar fi B. subtilis KD-N2 ; B. pumilus KS12 , B. megaterium SN1 . Cu toate acestea, aceste lucrări descriu izolarea tulpinilor noi, producția mutantă și caracterizarea keratinazelor sugerând aplicațiile sale potențiale. În studiul nostru, accentul a fost pus pe hidrolizatul de keratină din pene produs de B. subtilis, în special peptidele, iar scopul lucrării noastre a fost de a analiza efectul hidrolizatului asupra fibrei de păr. Diferite metodologii pentru analiza keratinazelor au fost utilizate de alți autori și această mare variabilitate face dificilă compararea rezultatelor. Cu toate acestea, tulpina nativă de Bacillus subtilis utilizată în manuscrisul de față a arătat o activitate proteolitică excelentă (gelatinază) cu o producție de 350 U/ml și 400 U/ml de keratinaze și, respectiv, proteaze.
peptidele de keratină formate prin degradare enzimatică au fost analizate prin spectrometrie de masă cu laser de desorbție /ionizare-timp de zbor (MALDI –TOF) asistată de matrice. În primul rând prin compararea celor două spectre se pot observa profilurile distincte ale celor două hidrolizate. Vârfurile multiple corespunzătoare peptidelor cu greutate moleculară mică predominant în intervalul 800-1079 M / z au fost produse de Bacillus subtilis (figura 4A). De asemenea, putem observa unii ioni cu m/z în intervalul 1171.57-1758.96. În timp ce pentru preparatul comercial de hidrolizat de keratină KH1, vârfurile au fost concentrate în intervalul de la 900 la 1400 m/z, așa cum se arată în Figura 4(B). Mai multe vârfuri între 1400 și 2100 pot fi văzute și în aceeași figură. Astfel, hidrolizatul produs de B. subtilis conține peptide cu mase moleculare inferioare. Aceste peptide moleculare scăzute pot pătrunde mai eficient în fibra de păr și această caracteristică este o diferență pozitivă în comparație cu hidrolizatele comerciale. O lucrare anterioară a grupului nostru care a folosit părul uman ca substrat a demonstrat vârfuri multiple de la 816 la 2080 m la Z după 4 zile de cultură . Analiza masei moleculare a supernatantului de cultură produs de B.subtilis tulpina SLC folosind pene ca substrat a arătat că majoritatea peptidelor, derivate din pene de pui, au prezentat o masă moleculară în intervalul 500-3000 Daltoni . Într-un meiothermus ruber h328 termofil, analiza MALDI TOF a produselor solubilizate după creșterea pe mediu de pene a detectat doar oligopeptide cu mai puțin de 1.000 Daltoni . Aceste rezultate confirmă faptul că enzimele microbiene produc peptide cu o masă moleculară mai mică.
analiza MALDI-TOF MS a hidrolizatelor enzimatice de keratină din keratina de pene de către Bacillus subitilis (a) și un hidrolizat comercial (KH1) (B). Pentru detalii vezi materiale și metode.
o analiză preliminară a hidrolizaților enzimatici de cheratină s-a făcut folosind cromatografie în strat subțire (HPTLC) și s-au observat peptide și aminoacizi cu o masă moleculară mai mică așa cum se arată în Figura 5, banda 2, în comparație cu hidrolizatul comercial (KH1) din banda 3. Aminoacidul glicină din banda 1 a fost utilizat ca standard.
analiza HPTLC a peptidelor de keratină după filtrare prin ultrafiltrare în sistemul Amion (Millipore, 1000 Daltoni). 1-aminoacid glicină. 2-peptide de keratină cu pene obținute prin hidroliză enzimatică. 3-hidrolizat comercial (KH1).
după fermentare, hidrolizatul enzimatic a avut o concentrație proteică de 3,5 mg/ml. După filtrare, conținutul de proteine a mers la1, 5 mg/ml, corespunzând unui procent de 42, 8% față de proteina totală. Hidrolizatul enzimatic a fost aplicat pe firele de păr la o concentrație de 10%, așa cum este descris în materiale și metode și în Figura 2.
hidrolizatul a fost aplicat folosind un șampon ușor și un balsam preparat conform tabelelor 1 și 2. Tabelul 3 demonstrează că există o creștere a hidratării pentru tot părul tratat cu hidrolizații enzimatici și cu îndreptare la 180 C. Fără aplicarea căldurii, procesul nu a fost eficient, sugerând că încălzirea este importantă pentru a încorpora hidrolizatele în păr.
hidrolizatele proteice, în special cele cu o distribuție cu greutate moleculară mică-adică < 1.000 Daltoni sunt cunoscute pentru a oferi protecție și îngrijire eficientă părului. Diferite surse de proteine au fost utilizate pentru a produce hidrolizate. Proteina din grâu, keratina din lână și hidrolizatele colagenice sunt exemple care au fost utilizate în produsele de îngrijire a pielii și a părului personal și sunt cunoscute pentru a conferi o compatibilitate îmbunătățită, senzație, hidratare și ajută la menținerea structurii naturale . În produsele de îngrijire a părului, Peptidele cu greutate moleculară mai mică au două efecte: 1) sunt capabile să pătrundă în cortexul fibrei de păr și 2) pot promova o acoperire de suprafață. Penetrarea pare să fie mai profundă cu tratamente mai lungi. În afară de aceasta, părul albit prezintă un nivel mai ridicat de penetrare a hidrolizatelor în comparație cu părul de control nedeteriorat . Aceste proprietăți au efecte benefice asupra structurii părului înlocuind keratina pierdută și au, de asemenea, un efect antiaging . Efectul peptidei de keratină din lână asupra pielii într-o formulare apoasă sau în lipozomi a fost investigat de și s-a observat o creștere a hidratării și elasticității ca urmare a aplicării peptidei de keratină.
efectul aplicării hidrolizatului enzimatic asupra fibrelor de păr a fost evaluat prin SEM (figurile 6, 7 și 8). Toate figurile prezintă micrografii ale fibrelor de păr tratate și netratate cu hidrolizatul enzimatic. O creștere a luminozității și a moliciunii a fost observată prin analiza senzorială (datele nu sunt prezentate). Cu toate acestea, în micrografe, s-au observat depozite de hidrolizate de keratină de pene în joncțiunea cuticulelor tuturor tipurilor de păr. Acest depozit colaborează probabil la sigilarea cuticulelor. De asemenea, căldura este esențială pentru etanșarea completă a cuticulelor. Fibrele colorate au beneficiat de hidrolizate atunci când au fost aplicate cu căldură (figura 6C, D). Hidrolizatele au aderat mai mult la fibrele de păr colorate și îndreptate anterior (figura 7C, D) indicând faptul că combinația de colorare și îndreptare favorizează acțiunea peptidelor de keratină. Figura 8 (A, B) arată că tratamentul de albire a favorizat deteriorarea accentuată a fibrei de păr. Aspectul marginii anterioare a cântarelor cuticulei indică o rupere a cântarelor (B). Aplicarea hidrolizatelor enzimatice cu căldură a colaborat pentru etanșarea cuticulelor, dar marginile lor au rămas rupte (C, D).
analiza prin microscopie electronică de scanare (sem) a părului colorat A, B –Control; C, D – după tratamentul cu hidrolizații enzimatici și îndreptarea la 180%; E, F – după tratamentul cu hidrolizații enzimatici fără căldură. Săgețile indică depozite hidrolizate enzimatice de pene.
analiza micrografică SEM a părului colorat și îndreptat după tratamentul cu hidrolizat enzimatic. Păr tratat A, B – Control; C, D – după tratamentul cu hidrolizații enzimatici și îndreptarea la 180 de centi; e, F-după tratamentul cu hidrolizații enzimatici fără căldură, notați depunerea hidrolizatelor enzimatice pe solzi (săgeată).
imagini microscopice cu scanare electronică obținute dintr-un fir de păr albit netratat (A, B) și tratate cu hidrolizate enzimatice cu căldură (C,D) sau fără căldură (E,F). Săgeata neagră indică depunerea peptidelor din hidrolizatele enzimatice, iar săgeata albă arată marginile rupte ale cuticulei.
când chimia părului este modificată, unele dintre proprietățile naturale ale părului sunt compromise. Mai multe mecanisme pot provoca deteriorarea fibrelor de păr. De exemplu, stresul de mediu și radiațiile UV foto-oxidează proteinele. Foto-oxidarea proteinelor duce la scindarea legăturilor disulfidice care leagă proteinele și ruperea legăturilor tioester, ceea ce duce la eliberarea lipidelor de suprafață legate și la pierderea structurii părului. Aceste reacții duc la o deteriorare a proprietăților părului, vizibile consumatorilor sub formă de manevrabilitate slabă, uscăciune și fragilitate, pierderea strălucirii și, în cazuri extreme, scăderea rezistenței . Unele tratamente cosmetice, cum ar fi curlingul permanent, colorarea permanentă, albirea și relaxarea/îndreptarea, sunt cunoscute pentru a modifica proprietățile părului . Chiar și manipularea cosmetică, cum ar fi pieptănarea și periajul zilnic, poate deteriora părul . Recent, Cao și colab au folosit diferite concentrații ale bulionului de fermentație (pene de pui) obținute din Stenotrophomonas maltophilia, în păr. Supernatantul a fost incubat timp de 30 min. Bulionul s-a dovedit a fi protector pentru păr, dovadă fiind flexibilitatea și rezistența îmbunătățite atât pentru părul normal, cât și pentru cel deteriorat.
sionkowska și colab.folosind spectroscopia UV–Vis, transformata Fourier, spectroscopia în infraroșu (FTIR) și spectroscopia de fluorescență, au evaluat influența iradierii UV asupra hidrolizatelor de keratină. S-au format noi fotoproduse în timpul iradierii UV a hidrolizatelor de keratină și s-a observat, de asemenea, o ușoară creștere a speciilor de sulf oxidate. Autorii au propus că fotodegradarea hidrolizatelor de keratină ar putea fi o metodă utilă pentru prepararea hidrolizatelor cu greutate moleculară mai mică. În lucrarea de față s-a observat o creștere a hidratării, luminozității și moliciunii în diferitele tipuri de păr după tratamentul cu 10% peptide de keratină obținute prin procesul de hidroliză enzimatică. Utilizarea penelor, un deșeu industrial generat de păsări de curte ca sursă de biomasă pentru proces este foarte interesantă, deoarece această materie primă este ieftină și este bio transformată într-un produs nou cu o valoare agregată. În prezent, hidrolizatele de keratină sunt de obicei preparate din părți de animale care conțin keratină, cum ar fi pene, coarne, copite, păr și lână. Aminoacizii aromatici (triptofan, tirozină și fenilalanină) și cistina (aminoacizi care conțin sulf) joacă un rol esențial în fotochimia keratinei . Unele industrii au dezvoltat produse care utilizează un complex de 18 aminoacizi liberi derivați din proteine de grâu, porumb și soia pentru a imita compoziția naturală a keratinei. Conținutul ridicat de aminoacizi cu sulf din soia este similar cu cel al părului uman și al lânii . Cu toate acestea, keratina este o proteină de neînlocuit în ceea ce privește proprietățile sale mecanice și protectoare.
metoda enzimatică descrisă în prezenta lucrare poate fi utilizată pentru deșeurile/reziduurile industriale în general pentru a produce produse cu valoare adăugată. Studiile anterioare din literatura de specialitate au descris utilizarea keratinazelor / peptidazelor pentru reciclarea keratinei de pene aruncate de industria păsărilor . Prezenta lucrare raportează pentru prima dată utilizarea peptidelor de keratină în industria cosmetică, special axate pe segmentul de îngrijire a părului. Luând în considerare toți acești factori, metoda enzimatică pentru producerea peptidelor de keratină pentru produsele de îngrijire a părului este o metodă atractivă și ecologică, cu un mare potențial în industria cosmetică.
