Development of eco-participatory and new generation sun preparations : use of lignin as an SPF booster and production of a melanin substitute

Abstract

Ce travail sur l’amélioration de la protection solaire suivant un concept éco-participatif propose 2 parties, (i) l’élaboration d’une formulation simple, (ii) la synthèse d’une mélanine de substitution. La formulation contient seulement 8 ingrédients, dont 2 filtres organiques sélectionnés sur leur photostabilité, caractéristiques physicochimiques, et l'absence d'impact (santé, écosystèmes), le BEMT et le DHHB. Une protection totale est atteinte par l’addition de lignine sulfatée (LiS), polymère largement disponible, non toxique, antiradicalaire et soluble dans l’eau. Des méthodologies expérimentales ont permis de minimiser les concentrations, débouchant sur 2 formules stables, SPF30 et SPF50, contenant respectivement 9 et 12% de filtres, et 5% de LiS chacune. De l'effet booster observé, des hypothèses sur les interactions LiS-filtres sont émises. La deuxième partie concerne la production de pyomélanine. Alors que les quantités produites par les microorganismes restent faibles, 3 procédés sont comparés: une autooxydation du HGA-Mn2+ (rendement 0,317 g/g de substrat), une culture induite d’Halomonas titanicae (0,55 g/L), et une polymérisation par une laccase (PyoENZ, 1,25 g/g). Les 3 structures ont été caractérisées par 13C RMN (CP-MAS) et FTIR, une réaction de décarboxylation biologique partielle conduit à la formation d'alcool gentisique et de gentisaldéhyde incorporés dans le polymère. PyoENZ est hyperthermostable, non (photo)cytotoxique, piège les ROS, réduit efficacement le Fe3+, et est proposée pour des applications.This work on the improvement of solar protection according to an eco-participatory concept proposes 2 parts, (i) the elaboration of a simple formulation, (ii) the synthesis of substitute melanin. The formulation contains only 8 ingredients, including 2 organic filters selected on their photostability, physicochemical characteristics, and absence of impact (health, ecosystems), BEMT and DHHB. Total protection is achieved by the addition of lignosulfonate (LiS), a widely available, non-toxic, anti-free radical, and a water-soluble polymer. Experimental design allowed to minimize the concentrations, resulting in 2 stable formula, SPF30 and SPF50, containing 9 and 12% filters respectively, and 5% LiS each. From the observed booster effect, hypotheses on LiS-filter interactions were proposed. The second part concerns the production of pyomelanin. While the quantities produced by the microorganisms remain low, 3 processes are compared: autooxidation of HGA-Mn2+ (yield 0.317 g/g substrate), an induced culture of Halomonas titanicae (0.55 g/L), and a method based on a laccase polymerization (PyoENZ, 1.25 g/g). The 3 structures had been characterized by 13C NMR (CP-MAS) and FTIR, a partial biological decarboxylation reaction was occurred and led to the formation of gentisic alcohol and gentisaldehyde which are incorporated in the polymer. PyoENZ is hyperthermostable, non-(photo)cytotoxic, traps ROS, effectively reduces Fe3+, and is proposed for applications