Применение гидролизата кератина, полученного микробной конверсией куриного пера, в составе косметической сыворотки для ухода за волосами
Кирилл Эдуардович Бетехтин,
Екатерина Романовна Вольнова,
Любовь Эдурдовна Розанцева,
Наталья Геннадьевна Машенцева Аннотация
Введение. Гидролизаты кератина эффективно восстанавливают структуру волос, формируя защитную пленку и придавая им эластичность. Традиционные химические методы получения кератина неэкологичны, тогда как биотехнологический подход с использованием кератинолитических микроорганизмов представляет собой экологически устойчивую альтернативу. Однако доступность промышленных кератиназ ограничена: на мировом рынке представлено лишь несколько препаратов, а в России – это единственный препарат «Кератиназа» компании ООО Торговый дом «Биопрепарат». Цель. Разработать биотехнологический метод получения гидролизата кератина с использованием новых штаммов B. licheniformis БАЛ-1 и БАЛ-2 и оценить его эффективность в составе косметической сыворотки для волос.
Материалы и методы. Исследование проводили с использованием штаммов B. licheniformis БАЛ-1 и БАЛ-2, куриных перьев бройлеров (влажность 75%), клеточных линий SPEV и MDBK для биотестирования
Культивирование осуществляли на модифицированной среде с пером (5 г/100 мл) при 28°C и 80 об/мин в течение 72 ч. Оптимизировали параметры (температура 20-40°C, перемешивание 80-160 об/мин, содержание пера 5-20 г, добавление в питательную среду мочевины до 8 г). Кератиназную активность определяли спектрофотометрически.
Результаты. Оптимизация условий повысила кератиназную активность в 2,4 раза: до 39 КА/см³ (БАЛ-1) и 44 КА/см³ (БАЛ-2). Гидролизат показал безопасность на клеточных линиях SPEV и MDBK (жизнеспособность клеток ≥65%). Разработанная сыворотка (3% гидролизата) при тестировании на фокус-группе (n=5, 2 месяца) улучшила состояние волос: 100% участниц отметили повышение гладкости, 80% – упругости и блеска.
Выводы. Разработанный метод ферментативного гидролиза перьев эффективен для создания косметического ингредиента – гидролизата кератина. Дальнейшие исследования будут направлены на определение биологически активных пептидов в перьевом гидролизате и оценке их вклада в повышение эффективности косметической сыворотки для волос.
Ключевые слова
Об авторах
Кирилл Эдуардович БетехтинРоссия
аспирант кафедры "Биотехнология и биоорганический синтез"
Екатерина Романовна Вольнова
Россия
и.о. зав. каф. "Биотехнология и биоорганический синтез", к.т.н.
Любовь Эдурдовна Розанцева
Россия
доцент кафедры "Биотехнология и биоорагнический синтез", к.х.н.
Наталья Геннадьевна Машенцева
Россия
профессор кафедры "Биотехнология и биоорганический синтез", д.т.н.
Список литературы
1. Abdel-Fattah, A. M., El-Gamal, M. S., Ismail, S. A., Emran, M. A., & Hashem, A. M. (2018). Biodegradation of feather waste by keratinase produced from newly isolated Bacillus licheniformis ALW1. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 16(2), 311-318. https://doi.org/10.1016/j.jgeb.2018.05.005
2. Allpress, J. D., Mountain, G., & Gowland, P. C. (2002). Production, purification and characterization of an extracellular keratinase from Lysobacter NCIMB 9497. Letters in Applied Microbiology, 34(4), 337-342. https://doi.org/10.1046/j.1472-765X.2002.01093.x
3. Altman, G. H., Diaz, F., Jakuba, C., Calabro, T., Horan, R. L., Chen, J., Lu, H., Richmond, J., & Kaplan, D. L. (2003). Silk-based biomaterials. Biomaterials, 24(3), 401-416. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(02)00353-8
4. Anbu, P., Gopinath, S. C. B., Hilda, A., Priya, T. L., & Annadurai, G. (2005). Purification of keratinase from poultry farm isolate—Scopulariopsis brevicaulis and statistical optimization of enzyme activity. Enzyme and Microbial Technology, 36(5), 639-647. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2004.07.019
5. Anitha, T. S., & Palanivelu, P. (2013). Purification and characterization of an extracellular keratinolytic protease from a new isolate of Aspergillus parasiticus. Protein Expression and Purification, 88(2), 214-220. https://doi.org/10.1016/j.pep.2013.01.007
6. Balaji, S., Kumar, M. S., Karthikeyan, R., Kumar, R., Kirubanandan, S., Sridhar, R., & Sehgal, P. K. (2008). Purification and characterization of an extracellular keratinase from a hornmeal-degrading Bacillus subtilis MTCC (9102). World Journal of Microbiology and Biotechnology, 24(11), 2741-2745. https://doi.org/10.1007/s11274-008-9782-7
7. Barba, C., Martí, M., Manich, A. M., Carilla, J., Parra, J. L., & Coderch, L. (2010). Effect of wool keratin proteins and peptides on hair water sorption kinetics. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 102(1), 43-48. https://doi.org/10.1007/s10973-010-0936-0
8. Bayramoglu, E. E., Yorgancioglu, A., Yeldiyar, G., & Onem, E. (2014). Extraction of keratin from unhairing wastes of goat skin and creating new emulsion formulations containing keratin and calendula flower (Calendula officinalis L.). Journal of the American Leather Chemists Association, 109(13), 49-55.
9. Bethekhtin, K. E., Sazonova, O. I., Sokolov, S. L., et al. (2024). [New strains of Bacillus licheniformis, their identification and enzymatic activity in feather processing for feed additives]. Agricultural Biology, 59, 385-406. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2024.2.385rus (In Russian)
10. Bhari, R., Kaur, M., & Singh, R. S. (2019). Thermostable and halotolerant keratinase from Bacillus aerius NSMk2 with remarkable dehairing and laundary applications. Journal of Basic Microbiology, 59(6), 555-568. https://doi.org/10.1002/jobm.201900001
11. Bhavsar, P., Zoccola, M., Patrucco, A., Montarsolo, A., Mossotti, R., Rovero, G., Giansetti, M., & Tonin, C. (2016). Superheated Water Hydrolysis of Waste Wool in a Semi-Industrial Reactor to Obtain Nitrogen Fertilizers. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 4(12), 6722-6731. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6b01664
12. Bloch, L. D., Goshiyama, A. M., Dario, M. F., Escudeiro, C. C., Sarruf, F. D., Velasco, M. V. R., & Baby, A. R. (2019). Chemical and physical treatments damage Caucasian and Afro-ethnic hair fiber: analytical and image assays. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology, 33(11), 2158-2167. https://doi.org/10.1111/jdv.15761
13. Bobyleva, O. V., Gorbacheva, M. V., & Gordienko, I. M. (2023). [The effect of keratin in cosmetic products on the histological structure of hair]. In Current problems of veterinary medicine, animal science, biotechnology and examination of raw materials and products of animal origin (pp. 504-505). Agricultural Technologies. (In Russian)
14. Bodde, S., Meyers, M., & McKittrick, J. (2011). Correlation of the mechanical and structural properties of cortical rachis keratin of rectrices of the Toco Toucan (Ramphastos toco). Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 4(5), 723-732. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2011.01.010
15. Bradbury, J. H. (1973). The structure and chemistry of keratin fibers. Advances in Protein Chemistry, 27, 111-211. https://doi.org/10.1016/S0065-3233(08)60447-7
16. Chilakamarry, C. R., Mahmood, S., Saffe, S. N. B. M., Arifin, M. A. B., Gupta, A., Sikkandar, M. Y., Begum, S. S., & Narasaiah, B. (2021). Extraction and application of keratin from natural resources: A review. *3 Biotech, 11*(5), 220. https://doi.org/10.1007/s13205-021-02734-7
17. Coulombe, P. A., & Omary, M. B. (2002). "Hard" and "soft" principles defining the structure, function and regulation of keratin intermediate filaments. Current Opinion in Cell Biology, 14(1), 110-122. https://doi.org/10.1016/S0955-0674(01)00301-5
18. Cruz, C. F., Martins, M., Egipto, J., Osório, H., Ribeiro, A., & Cavaco-Paulo, A. (2017). Peptide-protein interactions within human hair keratins. International Journal of Biological Macromolecules, 101, 805-814. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.03.190
19. Deb-Choudhury, S., Plowman, J. E., Harland, D. P., & Clerens, S. (2016). Isolation and analysis of keratins and keratin-associated proteins from hair and wool. Methods in Enzymology, 568, 279-301. https://doi.org/10.1016/bs.mie.2015.09.024
20. Decina, A. N., & Martynets, L. D. (2002). [Selection of cell test systems for raw material evaluation in the production of cosmetics and some pharmaceuticals]. *University News. Food Technology, 5-6*. https://cyberleninka.ru/article/n/vybor-kletochnoy-test-sistemy-dlya-otsenki-syrya-v-proizvodstve-kosmeticheskih-i-nekotoryh-lekarstvennyh-sredstv-1 (Original work published in Russian)
21. Fakhfakh, N., Kanoun, S., Manni, L., & Nasri, M. (2009). Production and biochemical and molecular characterization of a keratinolytic serine protease from chicken feather-degrading Bacillus licheniformis RPk. Canadian Journal of Microbiology, 55(4), 427-436. https://doi.org/10.1139/W08-142
22. Fernandes, M., & Cavaco-Paulo, A. (2012). Protein disulphide isomerase-mediated grafting of cysteine-containing peptides onto over-bleached hair. Biocatalysis and Biotransformation, 30(1), 10-19. https://doi.org/10.3109/10242422.2012.644435
23. Fraser, R. D. B., & Parry, D. A. D. (2008). Molecular packing in the feather keratin filament. Journal of Structural Biology, 162(1), 1-13. https://doi.org/10.1016/j.jsb.2008.01.011
24. Gupta, R., Sharma, R., & Beg, Q. K. (2013). Revisiting microbial keratinases: Next generation proteases for sustainable biotechnology. Critical Reviews in Biotechnology, 33(2), 216-228. https://doi.org/10.3109/07388551.2012.685051
25. He, Z., Sun, R., Tang, Z., Bu, T., Wu, Q., Li, C., & Li, Z. (2018). Biodegradation of feather waste keratin by the keratin-degrading strain Bacillus subtilis 8. Journal of Microbiology and Biotechnology, 28(2), 314-322. https://doi.org/10.4014/jmb.1708.08077
26. Ji, Y., Chen, J., Lv, J., Li, Z., Xing, L., & Ding, S. (2014). Extraction of keratin with ionic liquids from poultry feather. Separation and Purification Technology, 132, 577-583. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.06.009
27. Klabukova, D. L., Mashentseva, N. G., Nikonov, I. N., Fisinin, V. I., Chebotareva, S. E., & Chebotarev, I. I. (2016). Sposob opredeleniya bezopasnosti pishchevykh ingredientov s pomoshch'yu kletochnykh test-sistem [Method for determining the safety of food ingredients using cellular test systems] (Patent No. RU 2604802C1). Russian Agency for Patents and Trademarks. https://new.fips.ru/
28. Korniłłowicz-Kowalska, T., & Bohacz, J. (2011). Biodegradation of keratin waste: Theory and practical aspects. Waste Management, 31(8), 1689-1701. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.03.024
29. Lange, L., Huang, Y., & Busk, P. K. (2016). Microbial decomposition of keratin in nature—a new hypothesis of industrial relevance. Applied Microbiology and Biotechnology, 100(5), 2083-2096. https://doi.org/10.1007/s00253-015-7262-1
30. Leichner, C., Steinbring, C., Baus, R. A., Baecker, D., Gust, R., & Bernkop-Schnürch, A. (2019). Reactive keratin derivatives: A promising strategy for covalent binding to hair. Journal of Colloid and Interface Science, 534, 533-541. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.09.057
31. Liu, Y., Liu, J., & Xiao, J. (2023). Enzymatic crosslinking of amino acids improves the repair effect of keratin on hair fibre. Polymers, 15(9), 2210. https://doi.org/10.3390/polym15092210
32. Malinauskyte, E., Shrestha, R., Cornwell, P. A., Gourion-Arsiquaud, S., & Hindley, M. (2021). Penetration of different molecular weight hydrolyzed keratins into hair fibers and their effects on the physical properties of textured hair. International Journal of Cosmetic Science, 43(1), 26-37. https://doi.org/10.1111/ics.12672
33. Meyers, M. A., Chen, P.-Y., Lin, A. Y.-M., & Seki, Y. (2008). Biological materials: Structure and mechanical properties. Progress in Materials Science, 53(1), 1-206. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2007.05.004
34. Mohamed, J. M. M., Alqahtani, A., Al Fatease, A., Alqahtani, T., Khan, B. A., Ashmitha, B., & Vijaya, R. (2021). [Composite scaffold from human hair keratin: Study of characteristics and biocompatibility on NIH 3T3 fibroblast cells]. Pharmaceuticals, 14(8), 781. https://doi.org/10.3390/ph14080781 (Original work published in Russian)
35. Mokrejš, P., Pavlačková, J., Janáčová, D., & Huťťa, M. (2018). Hydration and barrier properties of emulsions with the addition of keratin hydrolysate. Cosmetics, 5(4), 64. https://doi.org/10.3390/cosmetics5040064
36. Pawar, V. A., Prajapati, A. S., Akhani, R. C., Patel, D. H., & Subramanian, R. B. (2018). Molecular and biochemical characterization of a thermostable keratinase from Bacillus altitudinis RBDV1. *3 Biotech, 8*(2), 1-12. https://doi.org/10.1007/s13205-018-1130-5
37. Savaides, A., & Tasker, R. (2014). Formulations and methods for straightening and revitalizing hair (U.S. Patent No. US2014/0261518A1). U.S. Patent and Trademark Office.
38. Sinkiewicz, I., Staroszczyk, H., & Śliwińska, A. (2018). Solubilization of keratins and functional properties of their isolates and hydrolysates. Journal of Food Biochemistry, 42(2), e12494. https://doi.org/10.1111/jfbc.12494
39. Tasaki, K. (2020). A novel thermal hydrolysis process for extraction of keratin from hog hair for commercial applications. Waste Management, 104, 33-41. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.01.011
40. Tinoco, A., Gonçalves, D., Silva, C., Loureiro, A., Dias, M., & Cavaco-Paulo, A. (2021). Keratin:Zein particles as vehicles for fragrance release on hair. Industrial Crops and Products, 159, 113067. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.113067
41. Wan, M.-Y., Dong, G., Yang, B.-Q., & Feng, H. (2016). Identification and characterization of a novel antioxidant peptide from feather keratin hydrolysates. Biotechnology Letters, 38(4), 643-649. https://doi.org/10.1007/s10529-015-2016-9
42. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M. A. (2016). Keratin: Structure, mechanical properties, occurrence in biological organisms, and efforts at bioinspiration. Progress in Materials Science, 76, 229-318. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.06.001
43. Xiao, X. L., Hu, J. L., Gui, X. T., & Qian, K. (2017). Shape memory investigation of alpha-keratin fibers as multi-coupled stimuli of responsive smart materials. Polymers, 9(3), 87. https://doi.org/10.3390/polym9030087
44. Yang, Y., & Reddy, N. (2013). Utilizing discarded plastic bags as matrix material for composites reinforced with chicken feathers. Journal of Applied Polymer Science, 130(1), 307-312. https://doi.org/10.1002/app.39173
Рецензия
Для цитирования:
Бетехтин К.Э., Вольнова Е.Р., Розанцева Л.Э., Машенцева Н.Г. Применение гидролизата кератина, полученного микробной конверсией куриного пера, в составе косметической сыворотки для ухода за волосами. Health, Food & Biotechnology. 2025;7(4).
Послать статью по эл. почте 