استفاده از پروتئین‌های هیدرولیز شده در صنعت کازموسیوتیکال سابقه‌ای طولانی دارد و به دهه‌ها پیش بازمی‌گردد. در ابتدا، پروتئین‌های حیوانی مانند کلاژن و کراتین به‌دلیل شباهت ساختاری با پوست و موی انسان، به‌طور گسترده در محصولات مراقبتی به کار می‌رفتند. با این حال، ظهور بیماری‌هایی مرتبط با استفاده از مواد اولیه استخراج شده از منابع حیوانی، نظیر انسفالوپاتی گاوی (BSE) در دهه ۱۹۹۰، نگرانی‌ها و ملاحظات ایمنی و اخلاقی را افزایش داد. این مسئله، صنعت را به‌سمت جایگزینی منابع حیوانی با پروتئین‌های گیاهی (مانند گندم، ذرت، جو، سویا، برنج و جوجوبا) و دریایی (مانند کلاژن ماهی) سوق داد. امروزه، پروتئین‌های هیدرولیز شده به‌عنوان ترکیباتی چندمنظوره، نقش کلیدی در فرمولاسیون های آرایشی بهداشتی بخصوص محصولات ضدپیری، آبرسان و ترمیم کننده ایفا می‌کنند.
فرایند هیدرولیز پروتئین‌ها
هیدرولیز پروتئین‌ها به فرآیند شکستن پیوندهای پپتیدی از طریق افزودن آب و استفاده از آنزیم‌ها یا مواد شیمیایی گفته می‌شود. این فرآیند منجر به تولید پپتیدهایی با وزن مولکولی مشخص و خواص فیزیکوشیمیایی متنوع می‌شود. در محصولات کازموسیوتیکال، پروتئین‌های هیدرولیز شده بسته به اندازه، ساختار و ترکیب خود، اثرات گوناگونی از جمله نفوذ به پوست، آبرسانی مؤثر و تقویت سد دفاعی پوست دارند. کیفیت این پپتیدها به دقت انتخاب روش هیدرولیز بستگی دارد، زیرا شرایط فرآیند هیدرولیز می‌تواند بر سلامت آمینواسیدها، یکنواختی توزیع وزن مولکولی، رنگ، بو و کارایی نهایی محصول موثر باشد.
تفاوت هیدرولیز آنزیمی و شیمیایی
در هیدرولیز آنزیمی، آنزیم‌هایی مانند پپسین یا پاپائین با انتخاب‌گری[1] بالا، پیوندهای خاصی از پروتئین را هدف قرار می‌دهند و پپتیدهایی با وزن مولکولی کنترل‌شده (۵۰0 تا 10000دالتون) تولید می‌کنند. این روش بدون تخریب آمینواسیدهای حساس، محصولاتی با رنگ و بوی مناسب و کارایی بالا ارائه می‌دهد. در مقابل، در روش هیدرولیز شیمیایی از اسیدها و یا قلیاهای قوی (هیدروکلریک اسید، سدیم هیدروکساید و غیره) استفاده می‌کند. این روش ارزان‌تر و صنعتی‌تر است، اما به دلیل عدم انتخاب‌گری، ممکن است منجر به تخریب حدود ۱۰٪ از آمینواسیدهای سرین و ترئونین و از بین رفتن کامل تریپتوفان شود. همچنین محصولات حاصل از این روش ممکن است رنگ و بوی نامطلوبی داشته و توزیع وزن مولکولی آن‌ها یکنواخت نباشد. بنابراین، انتخاب روش هیدرولیز باید بر اساس نوع پروتئین و هدف کاربردی آن در فرمولاسیون‌های مراقبتی، صورت گیرد.
انواع پروتئین‌های هیدرولیز شده و ویژگی‌های شیمیایی
پروتئین‌های هیدرولیز شده از دو منبع اصلی گیاهی و حیوانی استخراج می‌شوند. هر یک از این منابع، ترکیب آمینواسیدی منحصربه‌فردی دارند که خواص و کاربردهای خاصی را ایجاد می‌کند که در جدول زیر مقایسه شده است.
| پروتئین های هیدرولیز شده گیاهی | |
| گیاهی | حیوانی |
| گندم – مهمترین پروتئین گندم گلوتن است.-گلوتن حاوی مقادیر بالایی از گلوتامین (33 تا 40 درصد) و پرولین (13 تا 15 درصد) است.· – هیدرولیز آن به روش آنزیمی، پپتیدهایی با وزن مولکولی ۳۵۰۰ دالتون تولید می‌کند. · – به‌عنوان نرم‌کننده و مرطوب‌کننده در شامپوها و حالت دهنده های مو و کرم‌های مرطوب کننده دست استفاده می‌شوند. | کلاژن – پرکاربردترین پروتئین در صنعت کازمتیک که عمدتاً از پوست گاو، ماهی و مرغ استخراج می‌شود. – کلاژن گاوی دارای هیدروکسی‌پرولین بیشتری (۸۳ تا ۱۰۶ در ۱۰۰۰ آمینواسید) بوده و پایداری حرارتی بالاتری دارد. در مقابل، کلاژن ماهی با هیدروکسی‌پرولین کمتر (۷۰–۸۴) و تیروزین بالاتر (۷ در ۱۰۰۰ آمینواسید)، برای فرمولاسیون‌های مناسب پوست های آسیب دیده و حساس مناسب‌تر است. |
| سویا – حاوی 20 درصد گلوتامین و 9 درصد آرژنین است. · – به دلیل خاصیت ضدالتهابی، در محصولات مناسب پوست‌های حساس کاربرد دارد. | کراتین – این پروتئین از پشم، مو و پرندگان به‌دست می‌آید و به‌دلیل محتوای بالای سیستئین (۱۶ تا 45 درصد)، توانایی بازسازی پیوندهای دی‌سولفیدی مو را دارد. – در ماسک های ترمیم کننده و شامپوهای تقویت کننده مو کاربرد دارد. |
| · جوجوبا · – هیدرولیز پروتئین جوجوبا، ترکیبی از اسیدهای آمینه با ساختاری مشابه لیپیدهای پوست تولید می‌کند که به تنظیم pH و بهبود آبرسانی کمک می‌کند. | الاستین – با ساختار کراس‌لینک شده و غلظت بالای والین، لوسین و ایزولوسین (حدود 27 درصد)، خاصیت کشسانی پوست را بهبود می‌بخشد و در محصولات پیشگیری از استریا کاربرد دارد. |
| ابریشم – فیبروئین ابریشم، با ترکیب غالب گلیسین، آلانین و سرین (۸7 درصد)، به‌عنوان نرم‌کننده و براق‌کننده طبیعی در محصولات مو استفاده می‌شود | |
مکانیسم عمل پروتئین های هیدرولیز شده:
عملکرد پروتئین‌های هیدرولیز شده به سه عامل کلیدی بستگی دارد:
1- وزن مولکولی:
– وزن مولکولی پایین(زیر ۳۵۰۰ دالتون): به دلیل اندازه کوچک، قادر به نفوذ به لایه درم پوست هستند و با تحریک فیبروبلاست‌ها، سنتز کلاژن نوع I و III را افزایش می‌دهند. برای نمونه، کلاژن هیدرولیز شده ماهی با وزن ۱۶۵۰ دالتون، اثر قابل‌توجهی در آبرسانی و کاهش چین‌وچروک دارد.
– وزن مولکولی متوسط(۳٬۵۰0 تا ۱۰۰۰۰ دالتون): در بازسازی ساختار مو و افزایش استحکام آن مؤثرند. مثلاً کراتین هیدرولیز شده با وزن مولکولی ۷۸۰۰ دالتون، به ترمیم پیوندهای شکسته مو کمک کرده و مقاومت مکانیکی آن را افزایش می‌دهد.
– وزن مولکولی بالا (بیش از ۱۰۰۰۰ دالتون): به دلیل وزن بالا قادر به نفوذ عمقی نیستند، اما روی سطح پوست یا مو باقی می‌مانند و با تشکیل یک لایه محافظ، از نفوذ آلاینده‌ها و آسیب‌های محیطی جلوگیری می‌کنند.
۲- نقطه ایزوالکتریک (pI)
پروتئین‌ها و هیدرولیزات‌های آن‌ها به دلیل داشتن گروه‌های اسیدی (کربوکسیل) و بازی (آمینو) متعدد دارای ساختار آمفولیتیک هستند، درنتیجه می‌توانند در محیط‌های مختلف pH رفتار متفاوتی داشته باشند. این یعنی بسته به اسیدی یا بازی بودن محیط، بار آن‌ها مثبت یا منفی می‌شود. اما در یک pH خاص به نام نقطه ایزوالکتریک (pI)، مقدار بار مثبت و منفی آن‌ها برابر شده و پروتئین بدون بار کلی (خنثی) می‌شود. در این حالت، به آن “زویترون” می‌گویند. این ویژگی در فرمولاسیون‌های کازموسیوتیکال اهمیت زیادی دارد زیرا تغییرات pH می‌تواند عملکرد پروتئین‌های هیدرولیز شده را تحت تأثیر قرار دهد. به عنوان مثال، کراتین با pI=3.7 در فرمولاسیون‌های اسیدی مانند سرم‌های ویتامین C عملکرد بهتری دارد، در حالی که کلاژن با pI=7.3 در محصولات با pH خنثی مانند کرم‌های روزانه پایدارتر است.
۳- هیدروفوبیسیتی
هیدروفوبیسیته (Φ) نشان‌دهنده تمایل مولکول‌ها به دفع آب است. پروتئین‌هایی با Φ بالا مانند کازئین به‌عنوان امولسیفایر در کرم‌ها کاربرد دارند، در حالی‌که پروتئین‌های هیدروفیل مانند سِرایسین ابریشم برای آبرسانی عمقی مناسب‌ترند. میزان هیدروفوبیسیته در پروتئین‌های هیدرولیز شده به موقعیت اسیدآمینه‌های هیدروفوب در زنجیره پپتیدی بستگی دارد. این ویژگی بر حل‌پذیری، تشکیل مجموعه‌های پپتیدی و عملکرد پروتئین‌ها در محصولات کازموسیوتیکال تأثیر دارد و در محصولاتی مانند شوینده‌ها، بر پایداری فوم و کاهش تحریکات پوستی اثرگذار است.
کاربردهای کلیدی در مراقبت از پوست و مو
در محصولات مراقبت از پوست و مو، پروتئین‌های هیدرولیز شده بسته به وزن مولکولی و ساختار پپتیدی خود عملکردهای هدفمندی ارائه می‌دهند:
پوست
- ضدپیری و بازسازی: پپتیدهای با وزن مولکولی پایین به آسانی به لایه‌های عمیق پوست نفوذ کرده و با ترمیم سد رطوبتی، کاهش چین‌وچروک و افزایش الاستیسیته، به جوان‌سازی پوست کمک می‌کنند.
- آبرسانی طولانی‌مدت: پپتیدهای کلاژنی کوتاه، مانند گلیسین-پرولین-هیدروکسی‌پرولین، توانایی جذب رطوبت از محیط را دارند و آبرسانی پوست را تا ۲۴ ساعت حفظ می‌کنند.
- تحریک سنتز کلاژن: پپتیدهای کلاژن دریایی با وزن پایین، از طریق فعال‌سازی مسیرهای سیگنالینگ مانند Wnt/β-Catenin، تولید کلاژن نوع I را تا ۳۰٪ افزایش می‌دهند.
- تقویت سد پوستی: پروتئین‌های هیدروفوب مانند کازئین با تشکیل یک لایه چرب‌مانند روی سطح پوست، از تبخیر آب جلوگیری کرده و سد دفاعی پوست را تقویت می‌کنند.
مو
- بازسازی و استحکام: کراتین هیدرولیز شده با نفوذ به کورتکس مو و ترمیم پیوندهای دی‌سولفیدی، استحکام مکانیکی تار مو را تا ۴۰٪ افزایش می‌دهد.
- افزایش درخشش: فیبروئین ابریشم با وزن مولکولی بالا (۳۷۰٬۰۰۰ دالتون)، با ایجاد لایه‌ای نازک و شفاف روی سطح مو، انعکاس نور را افزایش داده و جلوه‌ای درخشان ایجاد می‌کند.
- محافظت حرارتی: پپتیدهای پیش ساز مانند گلوتن گندم، به دلیل ایجاد فیلم محافظ، در فرمولاسیون اسپری‌ها و محصولات محافظ حرارت برای کاهش آسیب ناشی از اتو و سشوار کاربرد دارند.
جمع‌بندی
پروتئین‌های هیدرولیز شده، با توجه به ویژگی‌های خاص خود مانند وزن مولکولی، نقطه ایزوالکتریک و هیدروفوبیسیته، به‌عنوان یکی از مهمترین اجزای فعال در فرمولاسیون‌های محصولات کازموسیوتیکال مطرح هستند. این ویژگی‌ها می‌توانند به‌طور چشمگیری بر عملکرد و اثربخشی این محصولات در مراقبت از پوست و مو تأثیرگذار باشند. استفاده از این پروتئین‌ها، با توجه به فرآیندهای هیدرولیز دقیق و کنترل‌شده، می‌تواند به بهبود کیفیت محصولات و افزایش رضایت مصرف‌کنندگان کمک کند.
در ضد چروک ها و مرطوب کننده های امونی شامل ضد چروک عمقی پوست صورت و ضد چروک دورچشم از خانواده 5-Peptide و همچنین کرم ضد چروک و مغذی لوسیدینت و مرطوب کننده لوسیدینت از ترکیبی از پروتئین هیدرولیز شده گندم و سویا استفاده شده است.
دکتر نیکا حدادیان- دکتر سمیه نیکنام
[1] Selectivity
