Abstrakt

Biopolymer-Kongress 2018: Synthese von Phospholipid-Biotensiden und Charakterisierung der Grenzflächeneigenschaften und Umweltverträglichkeit für die Anwendung in Kosmetikprodukten – JongChoo Lim – Dongguk University

 Jong Choo Lim  

 Das Interesse an Biotensiden hat in den letzten Jahren aufgrund ihrer Vielfalt, Umweltfreundlichkeit (z. B. Ungiftigkeit und hervorragende biologische Abbaubarkeit), ihres hohen Produktionspotenzials, ihrer Selektivität und hohen Effizienz stark zugenommen. Sie funktionieren sogar unter rauen Betriebsbedingungen wie hohen und sehr hohen Temperaturen oder niedrigem pH-Wert. In dieser Studie wurden Phospholipid-Biotenside mit hervorragender biologischer Abbaubarkeit aus erneuerbaren Pflanzenölen wie Sonnenblumenöl, Schnapperöl, Baumwollöl, Palmöl und Kokosnussöl für die Anwendung in kosmetischen Produkten synthetisiert und die Struktur der resultierenden Produkte wurde mittels FT-IR, 1H-NMR-Spektroskopie und 13C-NMR beschrieben. Die synthetisierten Phospholipid-Biotenside erwiesen sich als hochgradig oberflächenaktiv und sehr wirksam bei der Reduzierung der freien Grenzflächenenergie, wie aus Messungen der Grenzflächeneigenschaften wie CMC, statischer und dynamischer Oberflächenspannung, Emulgieraktivität, Benetzungseigenschaft und Schaumeigenschaft hervorgeht. Die Bewertung der oralen Vergiftung (LD50) zeigte, dass die synthetisierten Phospholipid-Biotenside ungiftig sind und die primäre biologische Abbaubarkeit 99 % beträgt, was auf eine hohe Bioverfügbarkeit hinweist. Ein akuter Hautbestrahlungstest zeigte, dass die synthetisierten Biotenside keine Hautreizungen verursachen und extrem verdünnt sind. Ein Augentraumatest zeigte auch, dass die synthetisierten Biotenside keine Augenreizungen verursachen. Die neu synthetisierten Phospholipid-Biotenside können in kosmetischen Materialien eingesetzt werden, da sie hoch oberflächenaktiv sind, die freie Grenzflächenenergie sehr effektiv reduzieren, ungiftig, nicht reizend, sehr dünn und leicht bioverfügbar sind. Biotenside haben in der Lebensmittelindustrie Potenzial als Lebensmittelzutaten und Antihaftmittel. Biotenside reduzieren die Oberflächen- und Grenzflächenspannung und fördern so die Bildung und Stabilität von Emulsionen. Zu den weiteren Aktivitäten von Biotensiden in der Lebensmittelverarbeitung gehören: Kontrolle der Agglomeration von Fettkügelchen, Stabilisierung belüfteter Systeme, Verbesserung der Textur und Haltbarkeit von stärkebasierten Produkten und Verbesserung der Konsistenz und Textur von auf Fett fixierten Produkten (Muthusamy et al., 2008). In der Backwaren- und Eiscremeherstellung werden Biotenside verwendet, um die Konsistenz zu kontrollieren, die Frische zu verlängern und aromatisierte Öle zu solubilisieren. Sie werden auch als Fettstabilisatoren und Anti-Muster-Mittel beim Kochen von Öl und Fett verwendet. Die Zugabe von Rhamnolipid-Biotensiden verbessert die Stabilität von Teig, die Textur, Größe und Haltbarkeit von Backwaren sowie die Cremigkeit von Butter, Croissants und gefrorenen Zuckerprodukten (Muthusamy et al., 2008). Die neue Strategie zur Kontrolle der Anhaftung von Mikroorganismen an Lebensmittelkontaktflächen und damit zur Verhinderung der Biofilmbildung ist die Einarbeitung von Biotensiden. Bakterielle Bioorganismen können Kontaminationsquellen sein, die zu Lebensmittelschäden und zur Verbreitung von Krankheiten führen können (Muthusamy et al., 2008).Die mathematische Modellierung ist kompliziert, wenn es um den Stoffwechsel lebender Organismen geht, wodurch das Verhalten des Systems etwas vorhersehbar wird. In diesen Fällen werden keine gradientenbasierten numerischen Methoden verwendet, da sie häufig auf niedrigeren Ebenen in diesem Bereich stecken bleiben. Andererseits wird künstliche Intelligenz verwendet, um hochkomplexe Systeme wie biochemische Prozesse zu modellieren und zu erweitern, bei denen der Einsatz von Präzisionstechniken sehr begrenzt ist (Link & Weuster-Botz, 2006, Pappu & Gummadi, 2017, Dhanarajan et al., 2017). Sie gelten als der richtige Weg, um die beste Lösung zu finden, da sie auf Wahrscheinlichkeitsregeln basieren (Chowdhury & Garai, 2017). Die Autoren haben Mizellen bei einem pH-Wert von 6,8 oder höher nachgewiesen, bei dem die Carboxylgruppen der RLs vollständig neutralisiert sind. Wie man sieht, sind die Kosten bei RL-basierten Liposomen stark miteinander verbunden, und dieses Problem muss bei der Entwicklung von Abgabesystemen für biologische Zwecke berücksichtigt werden, da die Verwendungsbedingungen möglicherweise nicht übereinstimmen. günstig in Bezug auf Stabilität (Shete et al., 2006). Die meisten der spärlichen Arbeiten an Liposomen auf Biotensidbasis beschränkten sich auf die Entwicklung von Alternativen zur Verwendung von Viren in Übertragungsmethoden. Antibiofilm-Biotenside wurden in früheren Arbeiten in unserem Labor untersucht (Monteiro et al., 2011, 2012; Domingues et al., zur Veröffentlichung eingereicht), und unsere Gruppe arbeitet derzeit an Methoden zur Untersuchung solcher Moleküle bei der Biofilmkontrolle mit Liposomen (Dias-Souza et al., unveröffentlichte Daten). Ein Liposomvektor, der das DNA-Biotensid Beta-D-Glucosid Beta-D-Glucosid enthält, wurde von Maitani et al. (2006) für das Herpes-simplex-Thymidinkinase-Gentherapievirus entwickelt. Liposomen wurden mit Cholesterin-3[N-(N‘,N‘-Dimethylaminoethan)-carbamoyl] (DC-Chol) und L-Dioleoylphosphatidylethanolamin (DOPE) hergestellt, und jeder Verbindung wurde ein Biotensid hinzugefügt, nämlich Beta-Sitosterol-Beta-D-Glucosid (Sit-G). Zur Selektivität der Genexpression wurde das Gen der Thymidinkinase (MK-tk) für das Gen der Herpes-simplex-Virus-Thymidinkinase (HSV-tk) verwendet, wobei zur Analyse ein Luciferasesystem verwendet wurde. Sit-G-Liposomen zeigten im Vergleich zu MEL-Liposomen eine bessere Leistung hinsichtlich der Transfektionseffizienz des Luciferase-Signalgens, und die Autoren schlugen vor, dass das Sit-G-Liposom ein potenzieller Vektor für das Gen des HSV-tk-Gens sein könnte. Um die Abgabeeffizienz der kationischen Liposomensysteme zu erhöhen, haben Shim et al. (2009) fügten der durch DOPE und EDOPC hergestellten Liposomenmembran Surfactin in verschiedenen Konzentrationen (1–30 %) hinzu. Surfactin, ein Lipopeptid aus B. subtilis, besteht aus einem Heptapeptid mit geschlossener Schleife und Hydroxyfettsäure C13 – C15. In allen von den Autoren getesteten Zusammensetzungen überschritt die Größe der Vesikel 200 nm nicht. Die Verwendung von Surfactin erhöhte die zelluläre Abgaberate von siRNA in Hela-Zelllinien, und die Transfektionseffizienz hing vom Prozentsatz des verwendeten Surfactins ab.Fluoreszenzmikroskopie-Experimente zeigten, dass EDOPC-basierte kationische Liposomen mit 3 % Surfactin ein intensiveres Fluoreszenzsignal in menschlichen Hela-Zellen zeigten als Liposomen ohne Surfactin, was darauf hindeutet, dass Surfactin die Effizienz der Liposomen in dieser Anordnung steigerte.