CC BY
79
Химия растительного сырья. 2011. №4. С. 325-328.
Применение
УДК 637.146.33
ФЕРМЕНТАЦИЯ СКОРЛУПЫ И ПОДСКОРЛУПНОЙ ОБОЛОЧКИ КЕДРОВЫХ ОРЕХОВ МОЛОЧНОКИСЛЫМИ БАКТЕРИЯМИ В ТВОРОЖНОЙ СЫВОРОТКЕ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ КОСМЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
© Ф.П. Балдынова
Восточно-Сибирский государственный технологический университет, ул. Ключевская, 406, Улан-Удэ, 670013 (Россия), e-mail: feodocia@rambler.ru
Показан биотехнологический способ получения косметической маски на основе ферментированного растительного сырья (скорлупы, подскорлупной оболочки кедровых орехов) и бентонитовой глины в пастеризованной осветленной творожной сыворотке закваской чистых культур Lactobacillus bulgaricus. Изучены физико-химические, биохимические, а также органолептические свойства готового продукта сразу после приготовления и те же показатели с течением времени. Определены режим и срок хранения полученных композиций.
Ключевые слова: ферментация, скорлупа кедровых орехов, подскорлупная оболочка кедровых орехов, творожная сыворотка, косметическая композиция, бентонитовая глина, Lactobacillus bulgaricus.
Введение
Стремительное развитие современной косметологии требует создания натуральных и эффективных препаратов, поддерживающих эластичность кожи и улучшающих ее восстановительные свойства. В связи с этим становится актуальным разработка и производство косметических препаратов с применением методов биотехнологии.
Успех биотехнологии предопределен тем, что в основе биотехнологических процессов лежат ферментативные реакции. Высокая специфичность ферментов, наличие в живых организмах полиферментных систем, катализирующих последовательные превращения субстратов, позволяют получать целевые продукты заданного качества наиболее экономичным путем. Переход от химической технологии переработки природного сырья к биотехнологии - это переход к более совершенному типу производства, приближающемуся по экономичности к естественным процессам, происходящим в природе, к использованию природного сырья растительного происхождения, которые безвредны и мало отличаются от синтетических по действию на биохимические процессы человеческого организма.
Растительное сырье является неисчерпаемым источником биологически активных веществ, которые находят широкое применение в косметической промышленности. Фитокосметика действует мягче, чем синтетическая, ее основные компоненты взяты из растительных клеток, у которых много общего с процессами, происходящими в клетках человеческого организма. Действие растительных компонентов усиливается введением продуктов биотехнологии: ферментов, белковых гидролизатов, витаминов, полисахаридов, что позволяет активизировать собственные защитные и восстановительные функции кожи, нормализуя обменные процессы.
Цель данной работы - исследование и разработка способа получения косметических препаратов на основе природных сорбентов месторождений Бурятии и ферментированных растений - эндемиков с использование чистой закваски Lactobacillus bulgaricus, изучение их биохимических свойств, определение режима и срока хранения полученных композиций.
Экспериментальная часть и обсуждение результатов
В качестве растительного сырья использовали скорлупу и подскорлупную оболочку кедровых оре -хов. Подскорлупная оболочка содержит клетчатку, целлюлозу, витамин С, аминокислоты, микро-, макроэлементы [1].
Основную часть скорлупы кедровых орехов составляют углеводы, главным образом клетчатка [2]. Наличие минеральных веществ и большое содержание углеводов характеризуют скорлупу кедровых орехов как источник углеводно-минерального комплекса и различных органических веществ. Дубильные вещества, или танниды, содержащиеся в скорлупе кедровых орехов, способны изменять коллоидное состояние белков, оказывают вяжущее, противомикробное, противовоспалительное действие, способствует стягиванию кожи, образует на слизистых оболочках и раневых поверхностях защитную пленку, под которой восстанавливается новый слой молодых клеток.
Масло кедровое обладает мощным антиоксидантным эффектом, защищает организм от действия свободных радикалов, предохраняет организм от аллергических реакций. Оно укрепляет кровеносные сосуды (капилляры, артерии и вены), улучшает циркуляцию крови, снимает воспалительные процессы, повышает подвижность суставов [3].
Компоненты продукта проникают в коллаген кожи, улучшая ее эластичность и целостность соединительной ткани, а также нейтрализуют действие ферментов, разрушающих коллаген кожи.
Для достижения синергического эффекта и усиления активного действия косметических средств ферментацию растительного сырья проводили в творожной сыворотке. Творожная сыворотка содержит большое количество биологически активных веществ, преимущественно белковой природы [4]. По своему составу творожная сыворотка отличается от молока только отсутствием казеина, который в кислой среде образует хлопья. Главными белками сыворотки являются лактоглобулин, лактоальбумин, бычий сывороточный альбумин и иммуноглобулин. В составе этих белков обнаружен полный набор незаменимых аминокислот, в том числе и аминокислоты с разветвленной цепью, играющие важную роль в энергообеспечении мышечной ткани.
В работе предусмотрено использование чистой закваски Lactobacillus bulgaricus для предотвращения нежелательных биохимических реакций при ферментации растительного сырья. Данный микроорганизм выбран на основании следующих свойств:
- Lactobacillus bulgaricus выделяет антибиотические вещества;
- во время ферментации Lactobacillus bulgaricus образуют вещества, которые активируют иммунные реакции и повышают сопротивляемость организма к болезнетворным агентам;
- протеолитические ферменты Lactobacillus bulgaricus способствуют ускорению метаболических процессов с получением аминокислот, ди- и триполипептидов;
- данный микроорганизм обладает устойчивостью по отношению к биологически активным веществам растительного сырья.
Учитывая нарушение минерального гомеостаза кожных покровов, а также в качестве стабилизатора ферментированных и неферментированных эмульсий, в состав косметических препаратов введена бентонитовая глина.
Применение бентонитовых глин в качестве основы косметических масок базируется на знаниях, пришедших к нам с древних времен, когда целебные глины использовались для лечения и сохранения красоты кожи, благодаря свойствам сорбции и ионного обмена.
В настоящее время глины широко используются как сырье в косметической промышленности. Бентонит - глинистый минерал группы алюмосиликатов [5]. Обладает высокой адсорбционной способностью, способностью к ионному обмену. Известны данные о возрастании удельного заряда в алюмосиликатных пластинах данных минералов с увеличением сорбированной воды. Аналогичные свойства характерны и для липидов и фосфолипидов клеточной стенки. Таким образом, бентонит как основа маски обладает способностью катализировать биохимические реакции, в том числе и при контакте с кожными покровами, что способствует нормализации обменных процессов в тканях и оптимальному протеканию синтетических процессов, отвечающих за регенераторные и пластические процессы.
Первым этапом при приготовлении ферментированных и неферментированных препаратов является подготовка растительного сырья: измельчение и просеивание скорлупы кедровых орехов, очистка от по-
сторонних примесей подскорлупной оболочки кедровых орехов, измельчение глины, пастеризация творожной сыворотки, инокулирование культурой Lactobacillus bulgaricus. Далее в пастеризованную творожную сыворотку вносят растительное сырье, обработанное 96% этиловым спиртом. Ферментацию проводят глубинно при температуре 42 °С в течение 3 суток. Затем смесь фильтруют.
Приготовление ферментированных композиций осуществляют согласно разработанным рецептурам и технологии.
В технологии косметических композиций на основе эмульсий ключевыми проблемами являются обеспечение определенной консистенции, термо- и агрегативную устойчивость, сохранность биоактивных компонентов и пролонгированное действие на поверхности кожи. Решение этих проблем тесно связано с составом поверхности и дисперсностью капель эмульсии, и, соответственно, со структурно-механическими свойствами, косметической композиции. В этой связи выявление корреляций между реологическими характеристиками и составом эмульсий, их свойствами является актуальным.
В настоящей работе установлены изменения структурно-механических свойств косметических компози -ций при варьировании состава, концентрации бентонитовой глины и содержания масляной фазы. Определение реологических свойств полученных препаратов проводили на вискозиметре по методу Гэпплера. Дисперсионные характеристики суспензий находили по методу седиментации в гравитационном поле.
Установлено, что в области малых концентраций глины суспензия является бесструктурной. Начиная с критической концентрации структурообразования появляются отдельные структурные элементы, не связанные между собой. Структурообразование при приготовлении косметической маски на основе ферментированной подскорлупной оболочки кедровых орехов наблюдается при меньшей концентрации глины, чем в маске, приготовленной на основе ферментированной скорлупы кедровых орехов. При дальнейшем увеличении концентрации глины образуется структурированная паста.
Полученные косметические композиции являются седиментационно-устойчивыми за счет возникновения коагуляционных контактов. В коагуляционных структурах масляные прослойки дисперсионной среды полностью не вытесняются и препятствуют дальнейшему уменьшению толщины прослоек, что способствует агрегативной устойчивости.
Результаты физико-химических исследований свидетельствуют о том, что косметические маски с добавлением ферментированного растительного сырья обладают улучшенными структурно-механическими свойствами (вязкость, эластичность, пластичность) и повышенной влагоудерживающей способностью за счет образования адсорбционно-гидратных оболочек на жировых шариках системы, а также седиментационно и агрегативно устойчивы.
Полученную композицию контролируют по микробиологическим (ОМЧ, БГКП) и физико-химическим показателям (pH 20% смеси, w, ^), проводят биохимический анализ (пектины, танниды).
Полупродукт сушат при температуре 46 °С в течение 5-6 ч, затем измельчают на шаровой мельнице (0-0,1 мм). Далее проводят микробиологический контроль готовых сухих косметических масок (МА-ФАнМ, ОМЧ, Enterobacteriaceae, патогенные стаффиллококки, Pseudomonas - aeruginosa), физикохимический контроль (pH 20% смеси, вязкость), расфасовывают в полиэтиленовые пакетики по 15 г. Срок хранения 6 месяцев при температуре 22±1 °С.
Полученные косметические маски исследовали по физико-химическим, органолептическим, биохимическим, микробиологическим показателям согласно принятым в косметической промышленности требованиям.
Физико-химические и органолептические показатели определяли сразу после получения готовых косметических масок (табл. 1). Полученные сухие ферментированные маски на основе как подскорлупной оболочки кедровых орехов, так и скорлупы кедровых орехов представляют собой гомогенную сметаноподобную массу кремового цвета, имеющую свойственный данному продукту запах.
Для составления рецептур и получения продукта исследовали биохимические показатели. В исходном сырье и косметических композициях определяли наличие пектинов, таннидов. Результаты представлены в таблице 2. Микробиологические показатели готовой продукции представлены в таблице 3.
Таблица 1. Физико-химические показатели косметических средств
Наименование препарата Количество сухого вещества, % Водородный показатель pH (20%) Вязкость, с (при 25 °С)
Маска сухая, ферментированная на основе подскорлупной оболочки кедровых орехов 4,0-5,0 б,0-7,0 72
Маска сухая, ферментированная на основе скорлупы кедровых орехов 4,0-5,0 5,0-б,0 70
Таблица 2. Биохимический состав ферментационной среды
Среда после ферментации Пектины, % Танниды, %
Подскорлупная оболочка кедровых орехов 17 0,1
Скорлупа кедровых орехов 9 0,01
Таблица 3. Микробиологические показатели безопасности косметической продукции
Наименование Общее количество мезофильных аэробных и факультативноанаэробных бактерий (МА-ФАнМ) Дрожжи, дрожжеподобные, плесневые грибки Бактерии семейства Entero-bacteriaceae Патогенные стафилококки Pseudomonas aeruginosa
Маска сухая ферменти- не более 10З не более 102 - - -
рованная на основе под-
скорлупной оболочки
кедровых орехов
Маска сухая ферменти- не более 10З не более 102 - - -
рованная на основе скор-
лупы кедровых орехов
Заключение
1. Исследуемые сухие косметические маски содержат большое количество биологически активных веществ и обладают выраженным антибактериальным эффектом по отношению к грамположительным коккам по сравнению с масками, содержащими неферментированное растительное сырье.
2. Жидкие косметические маски хранят в течение 10 сут. при температуре (8+2) °С, сухие - 6 месяцев при температуре (22+2) °С.
3. Данная продукция не предполагает использование консервантов, так как хранится в сухом виде и разводится водой в соответствующем соотношении непосредственно перед применением.
Список литературы
1. Егорова Е.Ю., Митрофанов Р.Ю., Бахтин Г.Ю. Состав углеводов, минеральных элементов и жиров околоплодной оболочки кедрового ореха // Химия растительного сырья. 2006. №3. С. 33-37.
2. Ефремов А.А., Павлова Е.С., Оффан К.Б., Кротова И.В. Получение целлюлозосодержащих продуктов из
скорлупы кедровых орехов в условиях органосольвентного способа в среде уксусной кислоты // Химия расти-
тельного сырья. 1998. №3. С. 87-91.
3. Иванов А.Н. Физико-химические свойства масел. М., 1992. 216 с.
4. Храмцов А.Г. Молочная сыворотка. М., 1990. 239 с.
5. Швырев С.Н. Глины в природе. М., 1990. 301 с.
Поступило в редакцию 22 июня 2010 г.
После переработки 22 марта 2011 г.
