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문제 정의
- 음용 재료로만 사용되어 왔으며, 진달래꽃 추출물을 화장품의 소재로 한 in vitro나 in vitro의 연구가 이루어지지 않았다. 따라서 크림제형에 진달래꽃 추출물을 첨가한 후, 제형의 물리 화학적 특성 변화를 조사하면서, 제형의 안정성을 확인해 보고, 이후 진달래꽃의 화장품 기능 소재로서의 개발 가능성을 검토하였다.
제안 방법
- 1과 같이 추출하였다. 즉, 열수 추출은, 진달래꽃에 10배 양의 증류수를 가하여 85P에서 3시간 환류 냉각 추출하여 상등액과 침전물을 분리하여 3회 반복 추출하였다. 에탄올 추출은 70% 에탄올 10배의 양을 가하여 실온에서 24시간 동안 방치한 후 여과를 하고 남은 침전물에 다시 70% 에탄올을 첨가하여 추출하기를 반복 3회 실시하였다.
- 즉, 열수 추출은, 진달래꽃에 10배 양의 증류수를 가하여 85P에서 3시간 환류 냉각 추출하여 상등액과 침전물을 분리하여 3회 반복 추출하였다. 에탄올 추출은 70% 에탄올 10배의 양을 가하여 실온에서 24시간 동안 방치한 후 여과를 하고 남은 침전물에 다시 70% 에탄올을 첨가하여 추출하기를 반복 3회 실시하였다. 이후 여과된 액을 원심 분리하여 상층액만 모으고 농축 후 동결건조하여 시료로 사용하였다.
- 즉 ring을 액에 담근 다음 서서히 끌어당기면 최고의 힘(Fmax)에서 접촉각 0는 0°가 됨을 이용하여 표면장력을 측정하였다. 이 측정법에서, 최고의 힘에 도달 시 액면 위로 따라 올라오는 액의 밀도에 대한 무게만큼 실제 장력 측정치에 더해져 오차가 생기므로 이를 보정해 주어야 하지만, SEO- DST30M 표면장력 측정계는 오차 범위 및 보정 인자에 대해 자동 제어가 가능하여 별도의 보정은 하지 않았다.
- 즉 ring을 액에 담근 다음 서서히 끌어당기면 최고의 힘(Fmax)에서 접촉각 0는 0°가 됨을 이용하여 표면장력을 측정하였다. 이 측정법에서, 최고의 힘에 도달 시 액면 위로 따라 올라오는 액의 밀도에 대한 무게만큼 실제 장력 측정치에 더해져 오차가 생기므로 이를 보정해 주어야 하지만, SEO- DST30M 표면장력 측정계는 오차 범위 및 보정 인자에 대해 자동 제어가 가능하여 별도의 보정은 하지 않았다. 하지만 측정 시 주위 온도와 ring의 청결 및 건조 상태에 따라 측정치가 달라질 수 있으므로 주의를 기울였다.
- 2와 같이 제조하였다. 진달래꽃이 들어 있지 않는 크림의 처방전에서 수상의 양을 조절하여 진달래꽃의 열수와 에탄올 추출물을 농도별로 첨가한 각각의 크림을 제조하여, 여러 가지 안정성 실험과 유변학적 특성을 고찰하였다. 실험에 사용된 진달래꽃 크림의 제조는 melting point가 120℃ 가량 되는 methylparabene 을 정량하여 일정양의 정제수와 함께 중탕 .
- Brookfield 점도계를 이용하여 측정6, >하였다. 즉 점성액 (cream)을 일정한 가속도로 회전하는 loader(spindle)에 움직이는 액의 점성 저항 torquet- 검출하여 점도를 측정하는 기기를 사용하여 측정한 것이다. 이 점도계는 loader(spindle)의 종류 및 회전수가 가변으로 되어 있으므로, 본 실험에서는 온도가 25 ± 1℃를 유지되게 하고 5번 spindle을 50 rpm으로 1분간 회전시킨 후 점도를 측정하였다.
- 즉 점성액 (cream)을 일정한 가속도로 회전하는 loader(spindle)에 움직이는 액의 점성 저항 torquet- 검출하여 점도를 측정하는 기기를 사용하여 측정한 것이다. 이 점도계는 loader(spindle)의 종류 및 회전수가 가변으로 되어 있으므로, 본 실험에서는 온도가 25 ± 1℃를 유지되게 하고 5번 spindle을 50 rpm으로 1분간 회전시킨 후 점도를 측정하였다.
- 따라서 obscuration 수치가 크게 변동이 없는 일정한 상태에 이르면 Sarf를 눌러 시료의 입도를 측정한다. 측정 시조 건은 size가 0.01 pm, cycle 4로 3회 반복하여 D[4, 3]인 체적 평균을 이용하여 분석하였다.
- 시료가 측정 거리인 60 μm에 도달했을 때부터 3분간 기다려 system이 안정화된 후 측정을 시작하였다. 낮은 범위에서 더욱 정밀한 값을 얻기 위해 log scale로 변형력을 상승시켰다. 변형력 (oscillatory shear stress)에 따른 변형률 사이의 선형관계가 나타나는 구간을 결정하기 위해, oscillation 법9-15)의 변형력 범위 0.
- 열수와 에탄올로 추출한 진달래꽃 추출물이 농도별로 첨가된 크림을 소정의 온도 조건(0, 25, 40℃에서 28일간 방치하고, 실험품의 상태 변화를 육안 관찰로 표준품(주로 실온 보관 제품)과 비교하고 상분리가 일어났는지 유무로 평가하였다.
- 보는 평가법이다. 7일간 -10, 25℃를 교대, 반복 실시하는 과정에서 육안으로 상분리가 일어났는지 여부로 안정성을 평가하였다.
- 진달래꽃 추출물이 첨가된 크림을 -15, -10, -5, 0, 5, 10, 15, 25, 37.5, 40℃의 각 온도 조건에 1일씩 보관하고 10일간이 1 cycle이 되게 하여 3회 반복, 평가하였다. 이 과정의 평가 역시, 육안으로 관찰하여 상분리가 일어났는지 여부로 안정성을 판단하였다.
- 크림의 안정성 여부는 육안 관찰된 변색 등으로 평가하였다.
- 인공광 평가(sun lamp test)는 진달래꽃 추출물이 첨가된 크림을 투명 용기에 담아 Labtror사의 Sun lamp tester를 사용하여 실험하였다. 광원과 실험품과의 거리를 20.
- 3 cm로 하고 실험품이 올려진 회전판이 돌아가게 했다. 밀폐된 내부는 40℃를 유지하며 실험품을 6시간 동안 보관한 후 육안관찰된 변색 유무로 안정성을 평가하였다.
- 이 힘은 온도나 액체상의 용질둥과 같은 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 본 실험에서 온도는 일정하게 유지하였으므로 표면 장력이 차이를 보이는 원인을 용질인 진달래꽃 추출물에서 살펴보았다. 먼저 용매인 물의 경우, 표면 장력은 액체 표면에서의 van der Waals 힘의 불균형으로발생된다.
- 진달래꽃 열수와 에탄올 추출물의 농도를 증가시킨 크림과 진달래꽃 추출물이 첨가되지 않은 크림의 동적 점 탄성 실험 (oscillatory shear test)을 통하여 복소 탄성률(complex modulus, |*|)G, 저장 탄성률(storage modulus, G'), 손실 탄성률(loss modulus, G#) 및 손실각(loss angle, 6)을 측정하였다. 주기 함수 형태로 가해진 응력에 대해 점성과 탄성을 동시에 나타낼 수 있는 복소 탄성률 측정에서, Fig.
- 실험에 사용된 진달래꽃 크림의 제조는 melting point가 120℃ 가량 되는 methylparabene 을 정량하여 일정양의 정제수와 함께 중탕 . 가열하여 녹이고, carbopol 940을 정제수에 agitator로 미리 분산시켜 놓았다. 나머지 수상을 계량하여 80℃까지 가열하여 중탕으로 용해시키고, 유상도 따로 계량하여 80℃ 정도를 유지하며 용해시켰다.
- 낮은 범위에서 더욱 정밀한 값을 얻기 위해 log scale로 변형력을 상승시켰다. 변형력 (oscillatory shear stress)에 따른 변형률 사이의 선형관계가 나타나는 구간을 결정하기 위해, oscillation 법9-15)의 변형력 범위 0.1~1,000 pa의 영역에서 3회 반복 측정한 평균값으로 저장 탄성률 (storage modulus, G'), 손실 탄성률 (loss modulus, G"), 복소 탄성률 (complex modulus, |*|) G 및 손실각(loss angle, 6)을 구하였다.
대상 데이터
- TA Instruments사의 rheometer를 사용하였다. 사용된 cone 은 지름이 60 mm이고 기울기가 °이며, cone과 plate사이의 측정 거리는 60 μm로 실험이 끝날 때까지 일정하게 유지되었다. 실험이 진행되는 동안 온도는 25%:이었고, 각 시료를 plate에 놓고 즉정 거리까지 plate를 이동시킬 때 cone과 plate의 거리가 1,000 μm가 될 때부터 1분에 300 μm씩 plate가 상승되도록속도를 조정했다.
이론/모형
- 표면장력은 Du Notiy법 (ring method), 으로측정하였다. 즉 ring을 액에 담근 다음 서서히 끌어당기면 최고의 힘(Fmax)에서 접촉각 0는 0°가 됨을 이용하여 표면장력을 측정하였다.
- 물성 변화 상태를 알아보기 위하여 이 등8) 의 방법에 따라 Malvern Instrument사의 Particle size analyzer (Mastersizer S MAM 5004)를 이용하여 입자 크기를 측정하였으며, Mie 산란을 이용한 LASER 회절 원리를 적용하는 Mastersizer software를 사용하여 입자 크기와 분포 등을 출력해내었다. 투입된 용액의 온도는 25±1℃를 유지하도록 했으며, 시료가 투입될 때는 obscuration의 수치가 10~30%를 벗어나지 않도록 조절해야 한다.
- 동적 점 탄성 즉정 (oscillatory shear test)을위해 TA Instruments사의 rheometer를 사용하였다. 사용된 cone 은 지름이 60 mm이고 기울기가 °이며, cone과 plate사이의 측정 거리는 60 μm로 실험이 끝날 때까지 일정하게 유지되었다.
성능/효과
- 3에 나타내었다. 농도가 0.001%일 때의 표면 장력이 64.90mN/m로 정제수의 표면 장력보다는 적게 측정된 것을 시작으로 0.01%, 0.1%, 1%일 때 각각 58.25 mN/m, 54.87 mN/m 그리고 42.70 mN/rn 로 완만하게 감소하였다. 반면 진달래꽃 에탄올 추출물의 경우에는, 농도가 0.
- 45 mN/m 낮은 값을 나타내었다. 가장 낮은 측정치를 나타낸 1%의 표면장력은 24.98 mN/m로 감소 정도는 완만해졌지만, 같은 농도 열수 추출물의 표면 장력보다는 거의 18 mN/m정도 낮은 값으로 큰 폭의 차이를 보였다. 표면 장력이란, 단위 길이 당 액체 표면에서 작용하는 힘이다.
- 02까지 약산성의 값이 측정되었다. 진달래꽃 에탄올 추출물이 첨가된 크림에서도 농도가 각각 0.0001, 0.001, 0.01% 0.1%에서는 pH 7.08~7.50의 약 알카리성을 나타내었는데, 1%농도 크림에서는 제조 직 후 pH 6.18에서 마지막 날인 28일째 pH 5.82로 열수 추출물 1% 농도 크림보다 더 산성을 나타내었다. 따라서 진달래꽃 추출물을 많이 첨가할수록 약산성을 띄어 피부표면에 있는 세균이나 진균 등을 억제할 수 있을 것으로 판단된다.
- 82로 열수 추출물 1% 농도 크림보다 더 산성을 나타내었다. 따라서 진달래꽃 추출물을 많이 첨가할수록 약산성을 띄어 피부표면에 있는 세균이나 진균 등을 억제할 수 있을 것으로 판단된다.
- 진달래꽃 추출물이 첨가되지 않은 크림의 점도는 제조 직후 약 19, 000 cP이며, 7일째 17, 330 cP으로 가장 낮은 값을 나타내었다가 마지막 28일째는 18, 850 cP로 측정되었다. 진달래꽃 열수 추출물이 첨가된 크림 제형의 점도 측정 결과, 진달래꽃 추출물이 첨가되지 않은 크림의 점도보다 낮았으나, 수치상의 큰 변화는 없었다. 진달래꽃 에탄올 추출물이 첨가된 크림제형의 점도는 제조 직후를 기준으로 보면, 0.
- 진달래꽃 열수 추출물이 첨가된 크림 제형의 점도 측정 결과, 진달래꽃 추출물이 첨가되지 않은 크림의 점도보다 낮았으나, 수치상의 큰 변화는 없었다. 진달래꽃 에탄올 추출물이 첨가된 크림제형의 점도는 제조 직후를 기준으로 보면, 0.0001, 0.001, 0.01, 0.1% 및 1% 농도일 때의 점도가 각각 14, 970, 14, 160, 12, 670, 16, 070 cP 및 14, 970 cP로 측정되었다. 에탄올 추출물 크림 제형의 제조 직후 점도도 진달래꽃 추출물이 첨가되지 않은 크림의 점도보다 낮았으며, 28일간 측정한 결과 농도마다 큰 변화는 나타나지 않았다.
- 에탄올 추출물 크림 제형의 제조 직후 점도도 진달래꽃 추출물이 첨가되지 않은 크림의 점도보다 낮았으며, 28일간 측정한 결과 농도마다 큰 변화는 나타나지 않았다. 즉, 진달래꽃을 많이 첨가해도 농도에 따른 크림상의 점도 변화 없이 안정함을 알 수 있었다.
- 6과같이 나타났다. 진달래꽃 열수 추출물이 첨가된 크림 제형의 입자 크기는 진달래꽃 추출물이 첨가되지 않은 크림의 입자 크기 22.37 μm보다 작은 8.31 ~ 15.22 μm의 입자 크기로 제형의 안정성을 나타내었다. 진달래꽃 에탄올 추출물이 첨가된 크림 제형의 입자 크기는 0.
- 22 μm의 입자 크기로 제형의 안정성을 나타내었다. 진달래꽃 에탄올 추출물이 첨가된 크림 제형의 입자 크기는 0.1%의 크림을 제외하고는 진달래꽃 추출물이 첨가되지 않은 크림의 입자 크기보다 작은 1.14~19.94wm로 제형의 안정성을 나타내었다. 즉, 진달래꽃을 많이 첨가할수록 입자가 작아져 크림이 보다 안정한 상태로 존재할 수 있도록 하는 역할을 한다.
- 다시 말하면 1%농도 크림의 경우, 낮은 농도의 제형보다는 외부에서 가해지는 힘에 대해 내부 구조가 유지되는 저항이 큰 제형으로 판단되어진다. 가해진 응력변화에 따른 저장 탄성률로 탄성의 변화율을 나타낸 Fig. 8A, 8B에서처럼, 0.1%의 열수와 에탄올 추출물 첨가 크림의 경우 2, 710 Pa의 sample 크림과 비교해 본 결과 열수는 2, 340 Pa, 에탄올은 2, 740Pa로 가해진 응력이 제거되면 원래 상태로 되돌아 갈 수 있는 회복력을 보이는 영역이 크게 차이나지 않는다. 하지만 1%의 경우 열수는 10, 720 Pa, 에탄올은 10, 240 Pa로 sample 크림과 비교해보면 거의 4.
- 1% 농도 크림의 경우는 그림으로 나타내지는 않았지만, 각각 660, 830 Pa, sample 크림은 720 Pa로 큰 차이를 보이지 않았다. 즉면찰 응력이 내부 분자들의 이동에 의한 내부 마찰로 소산되어, 면찰 응력이 제거된 뒤에도 원래의 위치로 되돌아가지 않고 이동한 자리에 머무르는 흐름성에 대한 저항성을 보이는 부분에서 뚜렷한 차이는 나타나지 않았다. 하지만 1%의 경우 열수는 3, 830 Pa로 5배 이상, 에탄올의 경우 1, 740 Pa로 2배 이상의 흐름성에 대한 저항을 나타내었다.
- 11과 같이 나타내 볼 수 있다. 즉 손실각이 가장 적은 에탄올 1% 크림은 탄성이 가장 크고, 복소 탄성률이 높은 영역에 위치하며, 반면 손실각이 가장 큰 에탄올 0.1% 크림은 실험품 중 점성은 가장 크지만 복소 탄성률도 가장 작게 측정되었다. 열수와 에탄올 각각 0.
- 진달래꽃 추출물을 첨가한 크림의안정성을 평가한 결과, 내온성 평가인 Incubation 평가와 Freezing-thawing 평가, Cycling chamber 평가에서는 30일 동안 상의 분리 없이 모두 안정함을 나타내었다. 또한 내광성 평가에서도 진달래꽃 추출물을 첨가한 크림 모두 변색 없어 안정함을 나타내었으나, 태양광 평가에서 15일이 지난 진달래꽃 에탄올 추출물 1% 농도의 크림에서만 변색이 되었다.
- 분리 없이 모두 안정함을 나타내었다. 또한 내광성 평가에서도 진달래꽃 추출물을 첨가한 크림 모두 변색 없어 안정함을 나타내었으나, 태양광 평가에서 15일이 지난 진달래꽃 에탄올 추출물 1% 농도의 크림에서만 변색이 되었다. 이것은 1% 농도의 크림의 경우 가장 햇빛을 잘 받는 위치에 용기를 두어 다른 농도의 크림에 비해 조사조건이 좋지 못한 것도 영향을 받았을 것으로 사료된다.
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