Papain as cosmetic exfoliant: in vitro effect in proteins of the skin and immobilization in beauty face masks of starch and carboxymethyl cellulose

Abstract

A papaína é uma enzima proteolítica que pode ser utilizada como agente esfoliante cosmético. Esse tipo de aplicação é baseado na hidrólise das proteínas da pele que estimula a produção de novas camadas desse órgão. Outro cosmético interessante que tem se destacado nos últimos anos são as máscaras faciais cosméticas. Esse tipo de máscara é considerado bom e efetivo e pode ser utilizado na rotina de skincare de pessoas. Máscaras faciais do tipo folha podem atuar como suportes para imobilização de papaína e produzir cosméticos ativos. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a capacidade da papaína de atuar como agente esfoliante em cosméticos, explorando a hidrólise de proteínas da pele e sua imobilização em filmes de amido e carboximetilcelulose (CMC) para produzir máscaras faciais cosméticas ativas. Os filmes foram físico-quimicamente caracterizados. Primeiramente, uma revisão da literatura foi escrita para demonstrar os principais tópicos e dar um panorama geral sobre o uso de enzimas proteolíticas como esfoliantes. A atividade proteolítica de diferentes concentrações de papaína foi estudada usando caseína, colágeno e queratina como substratos. Os efeitos da cinética de curso de tempo, pH, temperatura e esfoliação in vitro foram realizados. Os filmes da blenda de amido e CMC (razão em massa 1:1) foram obtidos por casting. Diferentes quantidades de papaína foram incorporadas na solução filmogênica. Ainda, a papaína foi imobilizada por adsorção nos filmes, variando-se o pH da solução e avaliando a ativação prévia da superfície dos filmes com HCl. Os resultados mostraram que o uso de 3 mM de cisteína melhorou a atividade proteolítica da papaína. O aumento da concentração de enzima aumentou a atividade proteolítica da enzima tanto na sua forma livre quanto imobilizada. A enzima foi capaz de hidrolisar as proteínas em baixo tempo de contato. A papaína apresentou atividade em pH e temperatura na região da pele humana. A incorporação de papaína melhorou as propriedades mecânicas dos filmes e ângulo de contato enquanto outras propriedades não foram afetadas. O uso de pH alcalino e, principalmente, ativação com HCl proporcionaram as melhores condições para adsorver a papaína nos filmes. Ambas estratégias de imobilização de enzima produziram filmes ativos. Os resultados de esfoliação in vitro mostraram que ambas solução e filmes com papaína apresentaram padrões similares aos esfoliantes controle. Em relação à estabilidade, os filmes preservaram a atividade da papaína por pelo menos 90 dias enquanto a solução líquida reteve sua atividade por menos de 30 dias. Assim, foi demonstrado que a papaína pode ser utilizada como esfoliante enzimático e ser imobilizada em filmes como máscaras faciais ativas.

Abstract: Papain is a proteolytic enzyme that can be applied in the cosmetic sector as an exfoliant. This type of application is based on promoting the hydrolysis of the skin proteins to stimulate the production of new layers of the organ. Another interesting cosmetic that has been highlighted recently is sheet beauty face masks. These types of masks are considered good, and effective, and have been used in the skincare routine of people. Sheet beauty masks can act as supports for immobilizing papain and produce an active cosmetic. The present study aimed to evaluate the capability of papain to act as an exfoliating agent for cosmetics, exploring the hydrolysis of proteins of the skin and the immobilization of the enzyme in films of starch and carboxymethyl cellulose (CMC) to produce active beauty masks. The films were physic-chemical characterized. Firstly, a literature review was written to demonstrate the main topics and an overview of the use of proteolytic enzymes as exfoliants. The proteolytic activity of different concentrations of papain was studied using casein, collagen, and keratin as substrates. The effects of time-course kinetics, pH, temperature, and in vitro exfoliation were performed. Films of the blend of starch and CMC (1:1 ratio) were obtained by casting. Different amount of papain was incorporated into the filmogenic solution. In addition, papain was immobilized by adsorption in the films varying the pH of the solution and evaluating the previous activation of the surface of the films with HCl. The results showed that using 3 mM of cysteine improves the proteolytic activity of papain. Increasing the enzyme concentration increase the proteolytic activity of both free and immobilized papain. The enzyme was able to hydrolyze the proteins at low contact times. Papain presented activity in pH and temperature of the range of human skin. The incorporation of papain improved the mechanical properties of the films and the contact angle while others properties were not affected. The use of alkaline pH and, principally, activation with HCl provided the best condition for adsorbing papain on the films. Both strategies of immobilizing papain provided active films, while the adsorption enabled to immobilize more enzyme. The in vitro exfoliation results showed that both solution and films with papain presented a similar pattern to control exfoliants. Regarding the storage stability, films preserved the activity of papain for at least 90 days while the papain solution for less than 30 days. Thus, it was demonstrated that papain can be used as an enzyme exfoliant and be immobilized in films to produce beauty face masks with this property.