CN115581629A - 基于酶法氧化提高染发稳定性的方法 - Google Patents

基于酶法氧化提高染发稳定性的方法 Download PDF

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齐崴
申雨禾
苏荣欣
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Abstract

本发明公开了基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，该方法的步骤为：(1)将L‑酪氨酸或L‑型酪氨酸衍生物溶解于PBS缓冲液中，得到溶液一；将D‑酪氨酸或D‑型酪氨酸衍生物溶解于PBS缓冲液中，得到溶液二；(2)将溶液一和溶液二以体积比为1：1的比例混合，得到溶液三；(3)将多酚氧化酶溶解于PBS缓冲液中，得到溶液四；(4)用水清洗人的头发，将清洗后的头发浸泡于溶液三中；在晃动或搅拌下，加入溶液四，反应；(5)水洗，吸干水分，烘，固色。本发明的方法操作简便，着色速度和稳定性提高，绿色友好，安全无毒，反应温和，稳定。本发明在化学酶促反应下进行，不使用碱和额外的添加剂，不会发生染料向毛发皮质中的渗透。

Description

基于酶法氧化提高染发稳定性的方法
技术领域
本发明属于化学技术领域，具体涉及一种基于酶法氧化提高染发稳定性的方法。
背景技术
人们随着年龄的增长，由于黑色素的流失导致头发颜色的褪色早已成为许多人的苦恼之一。传统方法中使用天然植物材料用于头发染色，具有颜色单调、稳定性低等极大缺点。而目前市售的商用染发剂多利用对苯二胺(PPD)等衍生化合物在碱性条件下化学氧化染色，其中的有毒成分可通过皮肤吸收或肺吸入对人体造成伤害。在损坏头发和头皮的同时，还会增加过敏性皮炎及癌症的风险。随着人类对美化容颜和隐藏年龄的需求不断增加，对染发剂的需求逐年增长，找到更安全的稳定性染发剂替代品已成为人们的长期追求。化学和材料科学交叉领域的纳米技术的迅速发展，为开发绿色、安全的新型染发剂提供了新的机遇。早期研究提出了在碱性溶液中用HAuCl4处理头发，利用合成的金纳米粒子实现白发染色；以及Huang等报道的在头发表面包覆石墨烯基片、Cui等提出的植物多酚和金属离子协同作用对头发进行着色的方法，但他们均具有：着色时间长、价格昂贵、生物相容性差等诸多缺陷。
黑色素是在大多数生物体中发现的一组天然存在的深色色素，是由氧化酪氨酸的自组装产生的，其在自然界起着许多关键作用，对各种生物的生存至关重要。近年来许多研究人员利用仿生化学氧化技术，得到聚多巴胺(PDA)等合成类黑色素来重新构建头发纤维的颜色，但此氧化聚合反应过程中添加H2O2、过硼酸钠等强氧化剂，或高浓度的潜在的有毒重金属离子(例如铜和铁)作为螯合剂，不能满足绿色化学和实际应用的要求。受天然黑色素的反应路径启发，近年来关于使用生物酶法染发的报道有所增加，与传统的化学染料相比，使用酪氨酸酶(EC 1.14.18.1)进行酶促氧化具有绿色安全、染色简单、易于处理等诸多优点。先前，已经报道了在酪氨酸酶催化下酪氨酸及其衍生物得到多彩的仿生色素并用于多色系染发，但该方法染发时间长、稳定性较差等缺陷仍有待进一步解决。
因此，亟需一种稳定性强的基于酶法氧化提高染发稳定性的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简单，染色快捷，稳定性高且绿色环保的基于酶法氧化提高染发稳定性的方法。
本发明的技术方案概述如下
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)将L-酪氨酸或L-型酪氨酸衍生物溶解于pH＝6.5～7的PBS缓冲液中，得到浓度为1～20mg/mL的溶液为溶液一；将D-酪氨酸或D-型酪氨酸衍生物溶解于pH＝6.5～7的PBS缓冲液中，得到浓度为1～20mg/mL的溶液为溶液二；
(2)将所述溶液一和溶液二以体积比为1：1的比例混合，得到溶液三；
(3)将多酚氧化酶溶解于pH＝6.5～7的PBS缓冲液中，得到溶液四；
(4)用下述两种方式之一种进行：
方式一：用水清洗人的头发，将清洗后的头发浸泡于溶液三中；在晃动或搅拌下，加入溶液四，使多酚氧化酶的终浓度为10-20U/mL，在25-40℃下，反应至少2小时；
方式二：向溶液三中加入溶液四，使多酚氧化酶的终浓度为10-20U/mL，得到溶液五，用水清洗人的头发，并将溶液五喷洒在清洗后的头发表面；在25-40℃下，反应至少2小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，烘，固色。
L-型酪氨酸衍生物优选为N-叔丁氧羰基-L-酪氨酸(Boc-L-Tyr)、9-芴基甲氧基羰基-L-酪氨酸(Fmoc-L-Tyr)或苄氧基羰基-L-酪氨酸(Cbz-L-Tyr)。
D-型酪氨酸衍生物优选为：N-叔丁氧羰基-D-酪氨酸(Boc-D-Tyr)、9-芴基甲氧基羰基-D-酪氨酸(Fmoc-D-Tyr)或苄氧基羰基-D-酪氨酸(Cbz-D-Tyr)。
多酚氧化酶优选为酪氨酸酶、儿茶酚氧化酶或漆酶。
烘的温度为40～60℃，烘的时间为5～10分钟。
本发明的优点：
1.本发明的原料选用手性氨基酸或其衍生物分子，分子的手性对其氧化过程的速率、颜色以及着色稳定性有着重要影响，L-酪氨酸和D-酪氨酸(或L-型酪氨酸衍生物和D-型酪氨酸衍生物)分子间作用力协同作用使其在微观水平上重新排列的更加紧密，从而更快地产生饱和度更高、稳定性更好的一系列染发效果。
2.本发明的方法操作简便，绿色友好，安全无毒。由于氧化产生的色素分子边反应边沉积，所得涂层更稳定，且整个染色过程方便快捷，大大缩短了染色时间，实现了快速，温和，稳定的染色过程。
3.本发明在化学酶促反应下进行，不使用碱和额外的添加剂，不会发生染料向毛发皮质中的渗透，颜色主要保留在头发外层，不会进一步渗入损伤头发，且对内部皮质的干扰小，是一种不伤发的绿色染色技术。由于本发明采用常温，不会导致头发中水分失衡，不影响发质，不损害内部头发的组成和结构。机械拉伸试验表明，染发前后头发的柔韧性等机械性能没有发生明显变化。
4.本发明染发所呈现的颜色来自酪氨酸及其衍生物，其本身安全无毒，生物适应性良好，可极大缓解传统染发方式可能带来的过敏等不良反应；另一方面酪氨酸衍生物均为水溶性材料，避免了在有机相中染色时，有机溶剂对头发及头皮带来刺激，进一步提升了安全性。选择手性氨基酸衍生物，可以更快的产生效果更好的红棕色染发，弥补现有生物方法在染发速度、着色稳定性和多种色彩染发上的不足。
附图说明
图1为对照例1、2及实施例1染发过程肉眼观察照片及对应的染色头发亮度。
图2对照例3、4及实施例2所选用的不同手性酪氨酸衍生物分子染发过程肉眼观察照片及对应的染色头发亮度。
图3对照例1、2及实施例1染发后洗涤前后头发的宏观照片和RGB颜色分析。
图4对照例3、4及实施例2染发后洗涤前后头发的宏观照片和RGB颜色分析。
图5对照例1、2及实施例1染发后头发的机械应力及拉伸强度表征结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步阐述，但本发明所保护范围不限于此。对本发明内容所做的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。
下述各实施例中的多酚氧化酶包括酪氨酸酶(tyrosinase,EC.1.14.18.1)、儿茶酚氧化酶(catechol oxidse,EC.1.10.3.1)和漆酶(laccase,EC.1.10.3.2)。
对照例1
L-酪氨酸(L-Tyr)进行黑色染发的方法，包括如下步骤：
(1)用水清洗人的头发(头发为白色)；
(2)将L-酪氨酸溶于pH为6.5的PBS缓冲溶液中，使质量浓度为10mg/mL；
(3)将水清洗后的头发浸泡于步骤(2)获得的溶液中，在搅拌下，加入酪氨酸酶(tyrosinase,EC.1.14.18.1)使终浓度为10U/mL，37℃下搅拌反应3小时。
在反应过程中，观察到白色头发表面逐渐有颜色沉积，出现从浅灰色、深灰色到黑色的过度，头发完全变为黑色后取出(3小时)，用自来水冲洗，吸干发丝表面水分，在50℃烘干8分钟，固色。完成整个染色步骤，将白头发染成黑色，染发过程及对应染色头发亮度参数见图1a和图1a′。
对照例2
D-酪氨酸(D-Tyr)进行黑色染发的方法，包括如下步骤：
(1)同对照例1步骤(1)；
(2)将D-酪氨酸溶于pH为6.5的PBS缓冲溶液中，使质量浓度为10mg/mL；
(3)同对照例1步骤(3)。
在反应过程中，观察到白色头发表面逐渐有颜色沉积，出现从浅灰色、深灰色到黑色的过度，头发完全变为黑色后取出(3小时)，用自来水冲洗，吸干发丝表面水分，在50℃烘干8分钟，固色。完成整个染色步骤，将白头发染成黑色，染发过程及对应染色头发亮度参数参见图1b和图1b′。
对照例3
L-型酪氨酸衍生物(N-叔丁氧羰基-L-酪氨酸(Boc-L-Tyr))进行红棕色染发的方法，包括如下步骤：
(1)同对照例1步骤(1)；
(2)将Boc-L-Tyr溶于pH为6.5的PBS缓冲溶液中，使质量浓度为10mg/mL；
(3)将水清洗后的头发(头发为白色)浸泡于步骤(2)获得的溶液中，在搅拌下，加入酪氨酸酶(tyrosinase,EC.1.14.18.1)使终浓度为10U/mL，37℃下搅拌反应3小时，在反应过程中，观察到白色头发表面逐渐有颜色沉积，出现从浅棕色、棕色到红棕色的过度，头发完全变为红棕色后取出(2小时)，用自来水冲洗，吸干发丝表面水分，在50℃烘干8分钟，固色。完成整个染色步骤，将白头发染成红棕色，染发过程及对应染色头发亮度参数参见图2a和图2a′。
对照例4
D-型酪氨酸衍生物(N-叔丁氧羰基-D-酪氨酸(Boc-D-Tyr)进行红棕色染发的方法，包括如下步骤：
(1)同对照例1步骤(1)；
(2)将Boc-D-Tyr溶于pH为6.5的PBS缓冲溶液中，使质量浓度为10mg/mL；
(3)将水清洗后的头发(头发为白色)浸泡于步骤(2)获得的溶液中，在搅拌下，加入酪氨酸酶(tyrosinase,EC.1.14.18.1)使终浓度为10U/mL，37℃下搅拌反应3小时，在反应过程中，观察到白色头发表面逐渐有颜色沉积，出现从浅棕色、棕色到红棕色的过度，头发完全变为红棕色后取出(2小时)，用自来水冲洗，吸干发丝表面水分，在50℃烘干8分钟，固色。完成整个染色步骤，将白头发染成红棕色，染发过程及对应染色头发亮度参数参见图2b和图2b′。
实施例1
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)将L-酪氨酸溶解于pH＝7的PBS缓冲液中，得到浓度为10mg/mL的溶液为溶液一；将D-酪氨酸溶解于pH＝7的PBS缓冲液中，得到浓度为10mg/mL的溶液为溶液二；
(2)将所述溶液一和溶液二以体积比为1：1的比例混合，得到溶液三；
(3)将酪氨酸酶(tyrosinase,EC.1.14.18.1)溶解于pH＝7的PBS缓冲液中，得到溶液四；
(4)用水清洗人的头发(头发为白色)，将清洗后的头发浸泡于溶液三中；在搅拌下，加入溶液四，使酪氨酸酶的终浓度为10U/mL，在37℃下，反应3小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，50℃烘8分钟，固色。
在反应过程中，观察到白色头发表面逐渐有颜色沉积，出现从中灰色、深灰色到黑色的过度，头发完全变为黑色后取出(3小时)。完成整个染色步骤，将白头发染成黑色，染发过程及对应染色头发亮度参数参见图1c和图1c′。从图1c和图1c′中可以看出，与对照例1和对照例2相比着色速度快且颜色饱和度高证实了其更好的着色效果。
实施例2
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)将L-型酪氨酸衍生物(N-叔丁氧羰基-L-酪氨酸(Boc-L-Tyr)溶解于pH＝7的PBS缓冲液中，得到浓度为10mg/mL的溶液为溶液一；将D-型酪氨酸衍生物(N-叔丁氧羰基-D-酪氨酸(Boc-D-Tyr)溶解于pH＝7的PBS缓冲液中，得到浓度为10mg/mL的溶液为溶液二；
(2)将所述溶液一和溶液二以体积比为1：1的比例混合，得到溶液三；
(3)将儿茶酚氧化酶(catechol oxidse,EC.1.10.3.1)溶解于pH＝7的PBS缓冲液中，得到溶液四；
(4)用水清洗人的头发(头发为白色)，将清洗后的头发浸泡于溶液三中；在搅拌下，加入溶液四，使儿茶酚氧化酶(catechol oxidse,EC.1.10.3.1)的终浓度为10U/mL，在37℃下，反应3小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，50℃烘8分钟，固色。
染发过程及对应染色头发亮度参数参见图2c和图2c′。
在反应过程中，观察到白色头发表面逐渐有颜色沉积，出现从浅棕色、棕色到红棕色的过渡，完成整个染色步骤，将白头发染成红棕色，染发过程及对应染色头发亮度参数参见图2c和图2c′。从图2c和图2c′中可以看出，与对照例3和对照例4相比着色速度快且颜色饱和度高证实了其更好的着色效果。
实施例3
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)将L-型酪氨酸衍生物(9-芴基甲氧基羰基-L-酪氨酸(Fmoc-L-Tyr))溶解于pH＝6.5的PBS缓冲液中，得到浓度为20mg/mL的溶液为溶液一；将D-型酪氨酸衍生物(9-芴基甲氧基羰基-D-酪氨酸(Fmoc-D-Tyr))溶解于pH＝6.5的PBS缓冲液中，得到浓度为20mg/mL的溶液为溶液二；
(2)将所述溶液一和溶液二以体积比为1：1的比例混合，得到溶液三；
(3)将儿茶酚氧化酶(catechol oxidse,EC.1.10.3.1)溶解于pH＝6.5的PBS缓冲液中，得到溶液四；
(4)用水清洗人的头发(头发为白色)，将清洗后的头发浸泡于溶液三中；在晃动下，加入溶液四，使儿茶酚氧化酶(catechol oxidse,EC.1.10.3.1)的终浓度为20U/mL，在40℃下，反应2小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，40℃烘10分钟，固色。
所得头发颜色为红棕色。
实施例4
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)将L-型酪氨酸衍生物(苄氧基羰基-L-酪氨酸(Cbz-L-Tyr))溶解于pH＝6.8的PBS缓冲液中，得到浓度为1mg/mL的溶液为溶液一；将D-型酪氨酸衍生物(苄氧基羰基-D-酪氨酸(Cbz-D-Tyr))溶解于pH＝6.8的PBS缓冲液中，得到浓度为1mg/mL的溶液为溶液二；
(2)将所述溶液一和溶液二以体积比为1：1的比例混合，得到溶液三；
(3)将漆酶(laccase,EC.1.10.3.2)溶解于pH＝6.8的PBS缓冲液中，得到溶液四；
(4)用水清洗人的头发(头发为白色)，将清洗后的头发浸泡于溶液三中；在搅拌下，加入溶液四，使漆酶(laccase,EC.1.10.3.2)的终浓度为15U/mL，在25℃下，反应3.5小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，60℃烘5分钟，固色。
所得头发颜色为红棕色。
实施例5
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)、(2)、(3)同实施例1步骤(1)、(2)、(3)；
(4)向溶液三中加入溶液四，使酪氨酸酶的终浓度为10U/mL，得到溶液五，用水清洗人的头发(头发是白色)，并将溶液五喷洒在清洗后的头发表面；在37℃下，反应3小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，50℃烘8分钟，固色。
所得头发颜色为黑色。
实施例6
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)、(2)、(3)同实施例1步骤(1)、(2)、(3)；
(4)向溶液三中加入溶液四，使使儿茶酚氧化酶(catechol oxidse,EC.1.10.3.1)的终浓度为10U/mL，得到溶液五，用水清洗人的头发(头发是白色)，并将溶液五喷洒在清洗后的头发表面；在37℃下，反应3小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，50℃烘8分钟，固色。
所得头发颜色为红棕色。
实施例7
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)、(2)、(3)同实施例1步骤(1)、(2)、(3)；
(4)向溶液三中加入溶液四，使儿茶酚氧化酶(catechol oxidse,EC.1.10.3.1)的终浓度为20U/mL，得到溶液五，用水清洗人的头发(头发是白色)，并将溶液五喷洒在清洗后的头发表面；在40℃下，反应2小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，40℃烘10分钟，固色。
所得头发颜色为红棕色。
实施例8
基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)、(2)、(3)同实施例1步骤(1)、(2)、(3)；
(4)向溶液三中加入溶液四，漆酶(laccase,EC.1.10.3.2)的终浓度为15U/mL，得到溶液五，用水清洗人的头发(头发是白色)，并将溶液五喷洒在清洗后的头发表面；在25℃下，反应3.5小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，60℃烘5分钟，固色。
所得头发颜色为红棕色。
实验1
染色后头发洗涤，包括如下步骤：
为了验证本发明方法染色所得头发的颜色持久性，我们将实施例1染发后的头发，与商业洗发液和水，通过涡旋混合器进行了时长为1分钟的涡旋洗涤(商业洗发液和水的体积比为10：90)，重复此过程10次。洗发前后头发的颜色变化见图3，反应出本发明染发后较低的掉色情况。
实验2
洗涤前后头发的亮度及颜色RGB值测定，包括如下步骤：
使用手持式色度仪对(对照例1，对照例2，实施例1)和(对照例3，对照例4，实施例2)的方法染发后的头发进行反射光谱测量。通过安装在样品顶部，并以90°角固定的探头支架测量了染色后头发和水洗后头发样品的镜面反射率，所得数据曲线见图3和图4。每个头发样品进行三次测量，以减少数据误差。
实验3
染色后头发的机械性能测定，包括如下步骤：
选择直径约80-100μm的头发样本，使用DMA动态热机械分析仪对染色前后的头发进行发丝拉断实验(对照例1，对照例2，实施例1)，记录未染色天然头发和染色后的头发被设备拉断时的应力和应变变化，所得数据曲线见图5。此应力-应变曲线为三次不同测量结果的平均值，以减少数据误差。
实验证明，实施例3、4、5、6、7、8基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，染发过程及对应染色头发亮度与对照例1、2、3和4相比着色速度快且颜色饱和度高，证实了其更好的着色效果和机械性能。

Claims (5)

1.基于酶法氧化提高染发稳定性的方法，其特征是包括如下步骤：
(1)将L-酪氨酸或L-型酪氨酸衍生物溶解于pH＝6.5～7的PBS缓冲液中，得到浓度为1～20mg/mL的溶液为溶液一；将D-酪氨酸或D-型酪氨酸衍生物溶解于pH＝6.5～7的PBS缓冲液中，得到浓度为1～20mg/mL的溶液为溶液二；
(2)将所述溶液一和溶液二以体积比为1：1的比例混合，得到溶液三；
(3)将多酚氧化酶溶解于pH＝6.5～7的PBS缓冲液中，得到溶液四；
(4)用下述两种方式之一种进行：
方式一：用水清洗人的头发，将清洗后的头发浸泡于溶液三中；在晃动或搅拌下，加入溶液四，使多酚氧化酶的终浓度为10-20U/mL，在25-40℃下，反应至少2小时；
方式二：向溶液三中加入溶液四，使多酚氧化酶的终浓度为10-20U/mL，得到溶液五，用水清洗人的头发，并将溶液五喷洒在清洗后的头发表面；在25-40℃下，反应至少2小时；
(5)用水冲洗，吸干发丝表面水分，烘，固色。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述L-型酪氨酸衍生物为N-叔丁氧羰基-L-酪氨酸、9-芴基甲氧基羰基-L-酪氨酸或苄氧基羰基-L-酪氨酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述D-型酪氨酸衍生物为：N-叔丁氧羰基-D-酪氨酸、9-芴基甲氧基羰基-D-酪氨酸或苄氧基羰基-D-酪氨酸。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述多酚氧化酶为酪氨酸酶、儿茶酚氧化酶或漆酶。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述烘的温度为40～60℃，烘的时间为5～10分钟。
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