兔毛角蛋白护发素的制备及其护发效果研究

张　睿，张　毅，张　昊，张晓亮

(天津工业大学 纺织学部，天津　300387)

0　引言

近年来大气污染严重，人发经常暴露于外界环境中，极易受到不同外界因素的侵袭，如光照、化学处理、环境污染、机械损伤等，造成人发鳞片的翘起和折断、分解的酸性成分增加以及角蛋白大量流失[1-2]。紫外线强度增大以及消费者消费习惯的改变，护发，美发已成为人们在工作、人际交往等日常生活方面不可缺少的一部分[3]，因此护发素得以催生。但由于缺乏必要的护发理论基础，护发不当、护发频率过高或者护发产品质量低下等原因，头发角蛋白中的二硫键结构容易受到破坏[4,5,6]。

兔毛纤维作为一种动物纤维，蛋白质含量93%，且其氨基酸含量是动物纤维中最为丰富的[7]。兔毛角蛋白具有良好的亲肤性、无毒性和吸附性，是实用价值很高的蛋白质资源[8]。采用半胱氨酸法提取角蛋白制备出一种含兔毛角蛋白的护发素，其成品中含有大量半胱氨酸，通过渗入头发皮层，能与受损发质中暴露出的亲水基团交联成键，起到保湿，增强，修复的作用[9-10]。角蛋白在头发表层形成致密的薄膜，巩固护理效果，提高头发光泽[11]。

1　实验

1.1　实验原料和试剂

兔毛纤维(二级，浙江嵊州市畜产品有限公司)；尿素、L-半胱氨酸、氢氧化钠、聚乙二醇20000(AR，天津市科密欧化学试剂有限公司)。

1.2　实验仪器

截留分子量为8000～14000透析袋(北京Solarbio公司)；Vario EL cube元素分析仪(德国Elementar公司)；YG(B)001A型电子单纤维强力机。

1.3　半胱氨酸法制备兔毛角蛋白

称取用清水洗净晾干后的5g兔毛，放入250mL的三颈瓶中，投入盛有100mL混合溶液(含有8mol/L尿素，0.165mol/L L-半胱氨酸)的250mL单口烧瓶中，用5mol/L氢氧化钠溶液调节反应体系pH至10，于75℃加热反应5h，混合液经砂芯漏斗过滤，滤液注入透析袋并置于去离子水中透析3d，每隔4h换一次水，再换入质量分数为18%的聚乙二醇20000溶液中浓缩24h，得到兔毛角蛋白溶液。

1.4　角蛋白含量测定

采用元素分析法[12]测定半胱氨酸法提取后兔毛角蛋白中含氮量，将处理后的样品放入燃烧反应管，通入少量的纯氧助燃使其转化为各种可检测气体，混合气体经过色谱分离柱进行分离，再通过TCD热导检测器完成检测，通过含氮量计算角蛋白的质量分数。

w(角蛋白)/%=N%×k

式中：k为换算系数，取值为6.25。

1.5　含兔毛角蛋白护发素的制备

按照表1配方制备兔毛蛋白护发素。

表1　护发素配方

护发素的制备过程如下：

将A、 B 分别均匀搅拌， 置于 90 ℃加热后持续20分钟灭菌；当B相降温到75℃，A相降温到70℃时，将A相加入到B相中，搅拌均匀，维持温度在70℃～75℃下剪切乳化25分钟；乳化后搅拌冷却至50℃时加入日化香精，继续搅拌，冷却至40℃时即成成品。

1.6 　头发的修护实验

1.6.1吸湿性保湿性测试

将收集到的头发用中性洗发水洗涤后，用清水清洗，再用制备出的成品涂抹揉搓，15min左右后再用清水洗净，晾干，放入干燥器内干燥 24 h待用。

室温条件下，用饱和 KCl 溶液控制玻璃器皿中相对湿度为80%，将含不同浓度角蛋白溶液的成品护发素处理过的头发充分干燥后转移入玻璃器皿中，分别于12 h 和24 h后取出称重m1。用饱和K2CO3溶液调整玻璃器皿中的相对湿度为43%，将吸湿后的头发放入其中，分别于12 h和24 h 后称重 m2，并计算头发的失水率R。

1.6.2弹性测试

选取直径在0.09mm～0.11mm的人发在模拟头发损伤环境后使用不同护发素处理。在YG(B)001A型电子单纤维强力机上测定弹性。试样长度5cm，取试样长度的10% 为定伸长值(L)，据测得的残留伸长值(Li)，按下式计算头发的定伸长弹性率 R(%)。

1.6.3头发的表面形貌

未经处理和含不同浓度角蛋白溶液的成品护发素处理过的头发样品高真空喷金放入TM-3030扫描电镜中，通过扫描电镜将样品分别放大到合适的倍数观察其外观形态。

1.6.4定型测试

选取多根长度为12cm(L)的头发分别在未经处理和用含不同浓度角蛋白溶液的成品护发素涂抹揉搓15min后用清水洗净。以5N恒定张力绕在发卷上，电吹风吹干。解开头发，静置30s测定其长度L1。然后于t时测定发卷长度Lt，计算卷曲保持率W。

2　结果与分析

2.1　角蛋白含量测定

按照1.4节方法测定兔毛角蛋白和兔毛纤维的总含氮含量，进一步计算出角蛋白含量，结果见表2。

表2　元素分析法测定角蛋白质量分数

元素分析法测得兔毛角蛋白和兔毛纤维中氮的质量分数分别为15.88%和14.64%，角蛋白的质量分数分别为99.25%和91.05%，证实通过提取、透析浓缩后很大程度上提高了角蛋白纯度，质量分数达到99%以上。

2.2　吸湿性保湿性分析

头发含有一定的水分是因为在头发的角质层中含有丰富的天然保湿因子[13-14]。现如今护发素中使用较多的是甘油和透明质酸，前者使用过多会刺激皮肤及毛发，后者则价格昂贵[9]，本实验制备的含兔毛角蛋白溶液的护发素能与受损头发较好的结合，在头发表面形成光滑薄膜，提高了发质的光泽性和机械性能。

图1　处理前后头发的吸湿性比较

如图1所示，未处理的头发和使用不同护发素处理过的头发均能从空气中吸收水分，但是前者的吸水率明显低于后者。随护发素中添加兔毛角蛋白浓度的提高，头发的吸水率也不断提高。含有5%浓度角蛋白的护发素处理过的头发在12h时其吸水率就达到了12.3%，满足了健康头发需要10%～15%含水量的要求。而使用含有12.5%角蛋白和含有20%角蛋白的护发素经12h或者24h处理过的头发，其吸水率均好于使用市售某品牌护发素处理过的头发。

图2　处理前后头发的保湿性比较

将上述吸湿后的头发放入干燥环境中，考察其对水分的保持性。如图2所示，未处理过的头发在干燥环境下放置24h后失水率达到4.5%，随护发素中添加兔毛角蛋白浓度的提高，头发的失水率也不断降低。而使用含有12.5%角蛋白和含有20%角蛋白的护发素经12h或者24h处理过的头发，其失水率均低于使用市售某品牌护发素处理过的头发。由此可见，添加兔毛角蛋白的护发素对于头发有着很好的保湿功能。

2.3　弹性测试分析

表3表4为经不同护发素处理后模拟头发损伤环境与弹性的关系。

表3　不同护发素处理热损伤后的头发

表4　不同护发素处理酸损伤后的头发

制备的护发素在头发表面预先形成角蛋白透明膜以后，这层膜可以对头发起到很好的保护作用，能部分抵消热、化学物质等直接接触和损伤，降低了头发的损伤程度。 相比于市售护发素，含20%兔毛角蛋白的护发素效果明显，由此可见，兔毛角蛋白对头发的保护作用是明显的。

2.4　头发的表面形貌分析

下页图3描述了不同状态下头发表面的显微形貌。(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别为未处理的受损头发、经过市售某品牌护发素、含有5%、12.5%、20%兔毛角蛋白护发素处理过的头发。

(a)　未处理的受损头发

(b)　市售某品牌护发素处理过的头发

(c)　含5%(质量分数)角蛋白的护发素处理过的头发

(d)含12.5%(质量分数)角蛋白的护发素处理过的头发

(e)含20%(质量分数)角蛋白的护发素处理过的头发

未处理过的受损头发表面均匀的覆盖着瓦片状的鳞片，鳞片开口较大，末端缺损，露出内层皮质，头发粗糙，光泽性差。经市售某品牌护发素处理过的头发鳞片较为紧密的贴附在毛干上，鳞片边缘模糊，表面较光洁；经过含5%角蛋白的护发素处理过的头发，鳞片开口较未处理的头发要小且趋于均匀；经过12.5%角蛋白的护发素处理过的头发，鳞片开口更小，鳞片的长度小且更加均匀；经过20%角蛋白的护发素处理过的头发鳞片紧密的贴附在毛干上，鳞片长度小，饱满有光泽。综合分析可知，角蛋白对于头发有着较为良好的修复作用。

2.5　头发的定型效果分析

通过测定干净头发和涂覆含有不同浓度兔毛角蛋白制备的护发素后头发的卷曲保持率。

表5　头发的定型效果分析

如表5所示，头发经过含有兔毛角蛋白制备的护发素处理之后，对卷曲形状的保持性明显提高，经过较长时间之后，仍能很好的保持原状，比未处理的头发更具有更好的形状保持能力，所以兔毛角蛋白是一种很好的天然定型添加剂。使用添加12.5%和20%兔毛蛋白的护发素对头发卷曲的保持效果均好于市售某品牌护发素。使用半胱氨酸法制备的兔毛角蛋白中富含巯基，巯基被易被氧化，相邻的巯基结合形成双硫键，形成难溶于水的高分子，添加进护发素后涂覆于头发表面后形成了定型的效果。

3　结论

采用半胱氨酸法从兔毛纤维中提取角蛋白为主要原料，制备出一种新型的角蛋白护发素。涂覆于人发清洗之后能在其表面形成一层透明薄膜，能有效的修复受损发质，提高头发的光泽性，柔软性。此外，用含兔毛角蛋白制备的护发素护理之后的头发具有良好的吸湿保湿性和良好的定型能力。兔毛角蛋白是一种安全，有效的天然护发用品添加剂。

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