PL179342B1 - Sposób aktywacji surowców keratynowych przed hydrolizą enzymatyczną do celów kosmetycznych - Google Patents

Abstract

Sposób aktywacji surowców keratynowych przed hydrolizą enzymatyczną do celów kosmetycznych, znamienny tym, że przed traktowaniem enzymami proteolitycznymi surowiec poddaje się działaniu wodnych roztworów wodorotlenków alkalicznych o stężeniu nie przekraczającym 10%, wtemperaturze od )° do 40°C, przez czas nie dłuższy niż 8 godzin.

Description

Przedmiotem wynalazkuj est sposób aktywacji surowców keratynowych, takichj ak pierze, wełna, szczecina, włosy, sierść, poddawanych hydrolizie enzymatycznej.

Hydrolizaty keratyn budzą duże zainteresowanie w przemyśle kosmetycznym dzięki swemu pozytywnemu działaniu na włosy i skórę. Szczególnie cenione są hydrolizaty otrzymywane w drodze hydrolizy enzymatycznej, posiadające wysoką zawartość oligopeptydów przy bardzo niskiej zawartości wolnych aminokwasów, oraz wolne od zanieczyszczeń powodowanych przez ostre warunki reakcji, niezbędne przy hydrolizie chemicznej.

Wiadomo, że keratyny są białkami nie poddającymi się działaniu enzymów proteolitycznych bez degradacji wstępnej. Trawienie enzymatyczne może być skuteczne tylko wtedy, gdy wiązania dwusiarczkowe zostaną najpierw rozerwane metodami chemicznymi. Bez aktywacji wstępnej efektywność hydrolizy enzymatycznej jest tak mała, że w ciągu 11 dni traktowania pankreatyną można osiągnąć rozpuszczenie 14%o wełny, a po trzech tygodniach oddziaływania pronazy (enzym uważany za keratolityczny), można przeprowadzić do roztworu 12%o tego surowca. Hydrolizie ulegająprzy tym głównie te części łańcuchów białkowych, które zawierająnieznaczne ilości cystyny. Jak podają Peters i Bradbury (Advances in Protein Chemistry, Acad. Press 1973, str. 157) wydaje się niepodobieństwem, aby enzymy te były zdolne do shydrolizowania zauważalnej ilości keratyny gęsto powiązanej poprzecznie mostkami dwusiarczkowymi (np. jedno wiązanie na 10 reszt aminokwasowych).

Znanychjest wiele metod wstępnej degradacji surowców keratynowych. Wszystkie te metody sąjednak albo destruktywne w stosunku do aminokwasu cystyny, szczególnie cennego jeśli chodzi o kosmetykę włosów, albo trudne do kierowania - tak, że otrzymywane w wyniku hydrolizy produkty zawierają głównie wolne aminokwasy, a nie oligopeptydy.

I tak znane są procesy aktywacji wstępnej przez:

- hydrolizę przegrzanąparą wodną (Papadopoulos M. C. „Animal Feed Science and Technology, 16 (5) 1986); ten sposób traktowania powodował destrukcję cieplną szeregu wrażliwych aminokwasów, nie zapewniając jednocześnie wysokiej wydajności trawienia enzymatycznego,

- utlenianie, które nieodwracalnie przekształca cystynę w kwas cystynowy,

- traktowanie siarczynem - powodujące utworzenie S-sulfocysteiny,

- redukcję tiolami, w wyniku której poważna część cystyny zostaje przekształcona w lantioninę (z utratą siarki) i w mieszane dwusiarczki (opis patentowy japoński 82 109 797),

- hydrolizę wstępną kwasem solnym - otrzymane hydrolizaty zawierają głównie wolne aminokwasy, nawet przy stosowaniu niskich stężeń kwasu,

- wstępną hydrolizę alkaliczną, przy użyciu IV-rzędowych wodorotlenków amoniowych w podwyższonych temperaturach - połączoną z destrukcją szeregu aminokwasów, a zwłaszcza cystyny i z utworzeniem siarkowodoru, lantioniny i lizynoalaniny.

Ponadto znane jest z francuskiego opisu patentowego nr 2 492 282 traktowanie surowców keratynowych:

179 342

- rozpuszczalnikami polarnymi takimi jak dwumetyloformamid (kilka godzin w temperaturze 120 -140 st. C - wydajność następującej po tym hydrolizy enzymatycznej około 16%), lub metanol (około 20 godzin w temperaturze wrzenia - wydajność hydrolizy enzymatycznej około 14%),

- kwasem mrówkowym o stężeniu przekraczającym 90% w temperaturze około 90 st. C (wydajność hydrolizy enzymatycznej około 14%),

- nasyconym roztworem wodnym bromku litu w temperaturze wrzenia przez kilka godzin - wydajność hydrolizy od 13 do 75%.

Zgodnie z informacjami podanymi w wyżej cytowanym francuskim opisie patentowym, oddziaływanie wszystkich wymienionych środków powoduje przerwanie wiązań między pakietami włókien keratyny, ułatwiając tym samym hydrolizę enzymatycznąbez strat któregokolwiek aminokwasu. Niedogodnością tego rozwiązania jest konieczność wielogodzinnego poddawania substratu wysokiej temperaturze. Występują ponadto rozmaite wady - zależnie od stosowanego medium. Traktowanie naturalnej keratyny rozpuszczalnikami takimi jak metanol okazało się w toku naszych prób mało skuteczne, działanie nasyconym roztworem bromku litu - kosztowne, a użycie stężonego kwasu mrówkowego - faktycznie stanowiące wstępnąhydrolizę kwaśną w trakcie której około 20% surowca ulega rozpuszczeniu, jest szczególnie uciążliwe ze ' względu na drażniące działanie oparów.

Znany jest z opisu patentowego· US nr 4511653 sposób hydrolizy enzymatycznej kolagenów po uprzedniej degradacji ługiem. Kolageny, należące także do białek, są związkami o innym składzie chemicznym oraz innej budowie przestrzennej niż keratyny. Aminokwasem wyróżniającym kolageny spośród innych białek jest hydroksyprolina, która nie występuje w keratynach. Natomiast składnikiem decydującym o -Właściwościach i budowie przestrzennej keratyn jest cystyna, która nie występuje w kolagenach. W przypadku kolagenów usieciowanie przestrzenne włókien zależy od wiązań kowalencyjnych między poszczególnymi łańcuchami białkowymi. Struktura keratyn opiera się zaś na pochodzących z cystyny mostkach siarczkowych (-S-S-) stanowiących poprzeczne wiązania- między łańcuchami peptydowymi.

Z opisu patentowego PL nr 140977 znany jest sposób degradacji surowca keratynowego przy użyciu kwasów lub alkaliów o stężeniu do 20%, w temperaturze 20-80°C, w czasie 0,5-3 godzin, w celu otrzymania materiałówjonowymiennych. Warunki trawieniaj ak wynika z przykładów są w opisanym sposobie na tyle ostre, że niemożliwejest zachowanie w nierozpuszczonej części surowca ważnych aminokwasów takich jak cystyna w postaci niezmienionej.

Zachowanie cystyny w postaci niezmienionej w produkcie kosmetycznym jest szczególnie ważne w kosmetyce włosów. Do niedawna unikano hydrolizy alkalicznej keratyn przy otrzymywaniu produktów przeznaczonych do celów kosmetycznych w przekonaniu iż w roztworach alkalicznych grupy -SH- i -S-S- cystyny i cysteiny są częściowo przekształcane w tioetery (lantionina), a częściowo degradowane z wytworzeniem H₂S. Faktyczne prowadzenie degradacji keratyn wyłącznie ługiem powoduje poważne obniżenie wartości produktu.

Podczas prowadzonych przez nas badań nieoczekiwanie okazało się, że działając alkaliami w szczególnie łagodnych warunkach można uwrażliwić keratyny na działanie enzymów proteolitycznych przy równoczesnym zachowaniu bez zmian znacznej części aminokwasów siarkowych - w postępowaniu trwającym stosunkowo krótko, przebiegającym w niskich temperaturach i nie powodujących zagrożeń dla obsługi.

W sposobie według wynalazku do aktywacji surowców keratynowych zastosowano rozcieńczone roztwory wodorotlenków metali alkalicznych w niskich temperaturach. Stwierdzono mianowicie, że aktywację można uzyskać poddając surowiec działaniu wodnych roztworów wodorotlenku sodowego bądź potasowego o stężeniu nie przekraczającym 10%, w temperaturze od 5 do 40°C przez czas nie dłuższy niż 8 godzin. Aktywacja tajest tym skuteczniejsza im dalej zostanie posunięty proces hydrolizy wstępnej. Ustalono, że wprawdzie w tej niewielkiej części surowca, która przejdzie do roztworu w trakcie hydrolizy wstępnej należy spodziewać się degradacj i takich aminokwasówj ak cystyna, to j ednak nierozpuszczona część zaktywowanego surow4

179 342 ca nie traci na wartości, zachowując ważne aminokwasy w postaci niezmienionej, a produktem hydrolizy enzymatycznej następującej po aktywacji są oligopeptydy.

Przykład I. 200 g świńskiej szczeciny odpadowej, pranej i oczyszczonej z naskórka traktowano 4% wodnym roztworem wodorotlenku sodowego przez 1 godzinę i 1) minut, utrzymując temperaturę 33°C. Następnie roztwór wodorotlenku usunięto, a złoże szczeciny wypłukano wodą do uzyskania pH = 7,0.

Próbkę szczeciny wysuszono i oznaczono w niej zawartość cystyny, przy czym stwierdzono, że stanowi ona 7)% cystyny obecnej w surowcu nie traktowanym. Oznaczono również całkowitą zawartość azotu w alkalicznym hydrolizacie, na podstawie której to analizy oszacowano, że do roztworu zostało przeprowadzone 8,6)% białek szczeciny.

Doprowadzone do odpowiedniego pH złoże szczeciny poddano enzymatycznej hydrolizie kolejno pepsynąi pankreatyną, co spowodowało przeprowadzenie do roztworu 67,3% szczeciny. Przeciętny ciężar cząsteczkowy pochodnych białkowych w hydrolizacie otrzymanym przy użyciu pepsyny wynosił 9)8, a w hydrolizacie uzyskanym przez działanie pankreatyną-1374.

Przykład II. 200 g pierza kurzego, mytego i suszonego, poddawano działaniu 2% wodnego roztworu wodorotlenku potasowego w temperaturze 18°C przez 1,) godziny. Następnie ług usunięto, a pierze odmyto wodą do pH 6,). Próbkę pierza wysuszono i oznaczono w niej zawartość cystyny, stwierdzając, że stanowi ona 69% cystyny obecnej w pierzu nietraktowanym. Złoże pierza poddano hydrolizie kolejno pankreatyną i pepsyną przeprowadzając do roztworu )2% surowca.

Przykład III. 180 g świńskiej szczeciny odpadowej, pranej i suszonej, aktywowano przy użyciu 3% wodorotlenku sodowego przez 2 godziny w temperaturze 3 )°C. Po odmyciu złoża surowca do neutralnego pH i analizie próbek traktowanej szczeciny oraz alkalicznego hydrolizatu stwierdzono, że aktywowana w ten sposób szczecina zawiera 74,)% cystyny obecnej w szczecinie surowej, a do roztworu przeszło 3,6)% białek szczeciny. Następnie hydrolizowano złoże kolejno pepsynąi pankreatynąosiągając przeprowadzenie do roztworu 43,2% surowca. Przeciętny ciężar cząsteczkowy pochodnych białkowych w hydrolizacie uzyskanym przy użyciu pepsyny wynosił 863, a w hydrolizacie po traktowaniu pankreatyną - 620.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób aktywacji surowców keratynowych przed hydrolizą enzymatyczną do celów kosmetycznych, znamienny tym, że przed traktowaniem enzymami proteolitycznymi surowiec poddaje się działaniu wodnych roztworów wodorotlenków alkalicznych o stężeniu nie przekraczającym 10%, w temperaturze od 5° do 40°C, przez czas nie dłuższy niż 8 godzin.