de biokatalytiska användningarna för enzymer har vuxit oerhört de senaste åren eftersom de är ekologiskt korrekta, har en hög specificitet, presenterar kemo-regio-enantio-selektivitet och presenterar en stor mångfald av reaktioner. Dessutom kan villkoren för att erhålla och optimera produktionen av enzymer när det gäller näringsämnen, pH, temperatur och luftning lätt kontrolleras i bioreaktorer. Mikroorganismer kan också manipuleras genetiskt för att förbättra de önskvärda egenskaperna hos en biokatalysator. Dessa egenskaper har uppmuntrat den ständigt växande sökningen efter biokatalytiska processer . Målet med Vår studie var att använda en enzymatisk process för att erhålla keratinhydrolysat för hårvårdsprodukter. För närvarande erhålls de kommersiella keratinhydrolysaterna genom kemisk hydrolys. Den föreslagna metoden är miljövänlig och ger ett klart hydrolysat. Däremot har de kommersiella hydrolysaterna en mörk färg på grund av närvaron av syra. Den klara färgen är en fördel när man införlivar keratinhydrolysat i produkter för hår-eller hudkosmetik. Vassleproteiner med en molekylmassa lägre än 10 kDa kännetecknas av minskad allergenicitet. Därför är det önskvärt att erhålla fraktioner med molekylmassor under 5 kDa i hydrolysprocessen . Dessutom visade Eremeev et al antioxidantaktiviteten hos keratinhydrolysat. Det första steget i detta arbete involverade omvandling av fjädrar till keratinpeptider och aminosyror genom peptidaser och keratinaser producerade av Bacillus subtilis. Figur 3 visar att fjädrarna försämrades (90-95%) av mikroorganismen efter fem dagars tillväxt i mediet. Keratinaserna och peptidaserna kan verka på andra keratinrester inklusive ull och hornpulver. Keratinaser appliceras i foder -, gödningsmedel -, tvättmedel -, läder-och läkemedelsindustrin .
a kontroll: Bacillus subtilis i fjäder innehållande medium (tid 0) och B efter 5 dagars tillväxt i fjädermedium.
vissa rapporter har beskrivit produktionen av keratinaser av bacillusarter såsom B. subtilis KD-N2 ; B. pumilus KS12 , B. megaterium SN1 . Dessa arbeten beskriver emellertid isoleringen av nya stammar, mutantproduktion och karakteriseringen av keratinaser som tyder på dess potentiella tillämpningar. I vår studie var fokus på fjäderkeratinhydrolysat producerat av B. subtilis, specifikt peptiderna, och syftet med vårt arbete var att analysera effekten av hydrolysatet på hårfiber. Olika metoder för keratinasanalys har använts av andra författare och denna stora variation gör det svårt att jämföra resultat. Den ursprungliga stammen av Bacillus subtilis som användes i föreliggande manuskript visade emellertid en utmärkt proteolytisk (gelatinas) aktivitet med en produktion av 350 U/ml respektive 400 U/ml keratinaser och proteaser.
keratinpeptiderna bildade genom enzymatisk nedbrytning analyserades med Matrisassisterad laserdesorption /jonisering-flygtid (MALDI –TOF) masspektrometri. Först och främst genom att jämföra de två spektra kan vi observera de olika profilerna för de två hydrolysaterna. De multipla toppar som motsvarar peptiderna med låg molekylvikt huvudsakligen i intervallet 800 till 1079 m/z framställdes av Bacillus subtilis (figur 4A). Vi kan också observera några joner med m / z i intervallet 1171.57 till 1758.96. För det kommersiella keratinhydrolysatpreparatet KH1 koncentrerades topparna i intervallet 900 till 1400 m/z som visas i Figur 4(B). Flera toppar mellan 1400 och 2100 kan också ses i samma figur. Således innehåller hydrolysatet producerat av B. subtilis peptider med lägre molekylmassor. Dessa lågmolekylära peptider kan tränga in i hårfibern mer effektivt och denna egenskap är en positiv skillnad jämfört med de kommersiella hydrolysaterna. Ett tidigare arbete av vår grupp med hjälp av människohår som substrat visade flera toppar från 816 till 2080 m bisexuell z efter 4 dagars kultur . Molekylmassanalysen av kultursupernatanten som produceras av B.subtilis stam SLC använder fjädrar som substrat avslöjade att de flesta peptider, härledda från kycklingfjädrar, presenterade en molekylmassa i intervallet 500-3000 Dalton . I en termofil Meiothermus ruber H328 upptäckte MALDI TOF-analysen av solubiliserade produkter efter tillväxt på fjädermedium endast oligopeptider med mindre än 1000 Dalton . Dessa resultat bekräftar att mikrobiella enzymer producerar peptider med en lägre molekylmassa.
MALDI-TOF MS-analys av enzymatiska keratinhydrolysat från fjäderkeratin av Bacillus subitilis (A) och ett kommersiellt hydrolysat (KH1) (B). För detaljer se material och metoder.
en preliminär analys av de enzymatiska keratinhydrolysaterna gjordes med användning av tunnskiktskromatografi (HPTLC) och peptider och aminosyror med en lägre molekylmassa observerades som visas i Figur 5, lane 2, jämfört med det kommersiella hydrolysatet (KH1) i lane 3. Aminosyran glycin i lane 1 användes som standard.
HPTLC-analys av keratinpeptider efter filtrering genom ultrafiltrering i Amicon-systemet (Millipore, 1000 Dalton). 1-aminosyra glycin. 2-Fjäderkeratinpeptider erhållna genom enzymatisk hydrolys. 3-kommersiellt hydrolysat (KH1).
efter jäsning hade det enzymatiska hydrolysatet en proteinkoncentration av 3,5 mg/ml. Efter filtrering gick proteininnehållet till1, 5 mg/ml, motsvarande en procentandel av 42, 8% i förhållande till det totala proteinet. Det enzymatiska hydrolysatet applicerades på hårlåsarna i en koncentration av 10% som beskrivs i material och metoder och i Figur 2.
hydrolysatet applicerades med ett milt schampo och ett sköljmedel framställt enligt tabellerna 1 och 2. Tabell 3 visar att det finns en ökning av hydrering för allt hår som behandlas med de enzymatiska hydrolysaterna och med plattång vid 180 kcal C. Utan applicering av värme var processen inte effektiv, vilket tyder på att uppvärmning är viktigt för att införliva hydrolysaterna i håret.
proteinhydrolysat, särskilt de med låg molekylvikt-dvs < 1000 Dalton är kända för att ge effektivt skydd och vård till hår. Olika proteinkällor har använts för att producera hydrolysat. Veteprotein, ullkeratin och kollagenhydrolysat är exempel som har använts i hud-och personliga hårvårdsprodukter och är kända för att ge förbättrad kompatibilitet, känsla, fuktighet och hjälpa till att upprätthålla den naturliga strukturen . I hårvårdsprodukter har peptiderna med lägre molekylvikt två effekter: 1) de kan tränga in i hårfiberns cortex och 2) de kan främja en ytbeläggning. Penetrationen verkar vara djupare med längre behandlingar. Förutom detta visar blekt hår en högre penetrationsnivå av hydrolysat jämfört med icke-skadat kontrollhår . Dessa egenskaper har fördelaktiga effekter på hårstrukturen som ersätter förlorat keratin och har också en antiaging effekt . Effekten av ullkeratinpeptid på huden i en vattenhaltig eller i liposomformulering undersöktes av och en ökning av hydrering och elasticitet som ett resultat av keratinpeptidapplikationen observerades.
effekten av att applicera det enzymatiska hydrolysatet på hårfiber utvärderades med SEM (figurerna 6, 7 och 8). Alla figurer visar mikrografer av hårfibrer behandlade och obehandlade med det enzymatiska hydrolysatet. En ökning av ljusstyrkan och mjukheten observerades genom sensorisk analys (data visas inte). I mikrograferna observerades emellertid avlagringar av fjäderkeratinhydrolysat i korsningen av nagelbanden av alla hårtyper. Denna insättning samarbetar förmodligen med tätningen av nagelbanden. Värme är också viktigt för fullständig tätning av nagelbanden. Färgad fiber gynnades av hydrolysaterna när de applicerades med värme (figur 6C, D). Hydrolysat vidhäftade mer till de tidigare färgade och rätade hårfibrerna (figur 7C, D) vilket indikerar att kombinationen av färgning och rätning gynnar verkan av keratinpeptiderna. Figur 8 (A, B) visar att blekningsbehandlingen främjade accentuerad skada på hårfibern. Utseendet på framkanten av nagelbandskalorna indikerar en nedbrytning av skalorna (B). Appliceringen av de enzymatiska hydrolysaterna med värme samarbetade för tätning av nagelbanden men deras kanter förblev trasiga (C, D).
Scanningelektronmikroskopi (SEM) analys av färgat hår A, B –kontroll; C, D – efter behandlingen med de enzymatiska hydrolysat och plattång vid 180 kcal; E, F – efter behandlingen med de enzymatiska hydrolysat utan värme. Pilar indikerar fjäderenzymatiska hydrolysatavlagringar.
SEM Mikrografianalys av färgat och rakt hår efter enzymatisk hydrolysatbehandling. Behandlat hår A, B-kontroll; C, D – efter behandling med enzymatiska Hydrolysater och plattång vid 180 kcal; E, F – efter behandling med enzymatiska Hydrolysater utan värme, notera deponeringen av enzymatiska Hydrolysater på skalorna (pil).
elektroniska skanningsmikroskopbilder erhållna från ett obehandlat blekt hår (A, B) och behandlat med enzymatiska hydrolysat med värme (C,D) eller utan värme (E,F). Svart pil indikerar deponering av peptider från de enzymatiska hydrolysaterna och vit pil visar de trasiga kanterna på nagelbandet.
när hårkemi modifieras äventyras några av hårets naturliga egenskaper. Flera mekanismer kan orsaka skador på hårfiber. Till exempel oxiderar miljöspänningar och UV-strålning proteiner. Proteinfotooxidation leder till klyvning av disulfidbindningar som tvärbinder proteinerna och brytning av tioesterbindningar, vilket resulterar i frisättning av bundna ytlipider och förlust av hårstruktur. Dessa reaktioner leder till försämring av håregenskaper, märkbara för konsumenterna i form av dålig hanterbarhet, torrhet och brittleness, förlust av glans och i extrema fall minskad styrka . Vissa kosmetiska behandlingar som permanent curling, permanent färgning, blekning och avkopplande/rätning är kända för att förändra håregenskaper . Även kosmetisk hantering som daglig kamning och borstning kan skada håret . Nyligen använde Cao et al olika koncentrationer av jäsningsbuljongen (kycklingfjädrar) erhållna från Stenotrophomonas maltophilia, i håret. Supernatanten inkuberades i 30 minuter. Buljongen befanns vara skyddande för håret, vilket framgår av förbättrad flexibilitet och styrka för både normalt och skadat hår.
Sionkowska, et al med användning av UV–VIS-spektroskopi, Fourier-Transformation, infraröd spektroskopi (FTIR) och fluorescensspektroskopi, utvärderade påverkan av UV-bestrålning på keratinhydrolysat. Nya fotoprodukter bildades under UV-bestrålning av keratinhydrolysat och en liten ökning av oxiderade svavlarter observerades också. Författarna föreslog att fotodegradering av keratinhydrolysat kan vara en användbar metod för framställning av hydrolysat med lägre molekylvikt. I det nuvarande arbetet observerades en ökning av hydrering, ljusstyrka och mjukhet i de olika hårtyperna efter behandlingen med 10% keratinpeptider erhållna genom den enzymatiska hydrolysprocessen. Användningen av fjädrar, ett industriavfall som genereras av fjäderfä som biomassakälla för processen är mycket intressant eftersom detta råmaterial är billigt och det omvandlas bio till en ny produkt med ett aggregerat värde. För närvarande framställs keratinhydrolysat vanligtvis från keratininnehållande djurdelar, såsom fjädrar, horn, hovar, hår och ull. Aromatiska aminosyror (tryptofan, tyrosin och fenylalanin) och cystin (aminosyra innehållande svavel) spelar en central roll i fotokemi av keratin . Vissa industrier har utvecklat produkter som använder ett komplex av 18 fria aminosyror härrörande från vete, majs och sojaproteiner för att efterlikna den naturliga sammansättningen av keratin. Den höga svavelaminosyrahalten i soja liknar den hos människohår och ull . Keratin är emellertid ett oersättligt protein med avseende på dess mekaniska och skyddande egenskaper.
den enzymatiska metoden som beskrivs i detta arbete kan användas för industriavfall/rester i allmänhet för att producera förädlingsprodukter. Tidigare studier i litteraturen har beskrivit användningen av keratinaser /peptidaser för återvinning av fjäderkeratin som kasseras av fjäderfäindustrin . Nuvarande arbetsrapporter för första gången om användningen av keratinpeptider i kosmetikindustrin, speciellt inriktad på hårvårdssegmentet. Med hänsyn till alla dessa faktorer är den enzymatiska metoden för keratinpeptidproduktion för hårvårdsprodukter en attraktiv och miljövänlig metod med stor potential inom kosmetikindustrin.
