[논문]Haematococcus pluvialis 유래 아스타잔틴의 리포좀 캡슐화가 코스메슈티컬 소재로서의 안정성에 미치는 영향

이정현; 김동명; 변상요

doi:10.7841/ksbbj.2011.26.5.381

Haematococcus pluvialis 유래 아스타잔틴의 리포좀 캡슐화가 코스메슈티컬 소재로서의 안정성에 미치는 영향
Effect of Liposomal Encapsulation of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis on Stabilities for Cosmeceuticals 원문보기

KSBB Journal, v.26 no.5, 2011년, pp.381 - 385

이정현 (아주대학교 대학원 응용생명공학과 화장품과학전공) , 김동명 (한국콜마(주) 피부과학연구소) , 변상요 (아주대학교 대학원 응용생명공학과 화장품과학전공)

Abstract ▼ AI-Helper

Studies were made to improve the stability of astaxanthin which has application limitations caused by light and thermal stability problems in spite of its strong anti-oxidant property. Astaxanthin was extracted from Haematococcus pluvialis with supercritical carbon dioxide. Liposomal encapsulation of astaxanthin to improve the stability was made with high pressure homogenizer. The narrow size distribution was observed with astaxanthin liposomes. Tests on light and thermal stabilities resulted that the liposormal encapsulation improved the stability of astaxanthin for cosmeceutical purposes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

일반적으로 초임계 유체 추출에 있어 그 추출물의 함량 및 조성은 초임계 이산화탄소의 추출 온도, 압력 및 추출물의 입자 크기에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 실험에서는 초임계 이산화탄소 추출을 이용하여 Haematococcus pluvialis로부터 수율이 높은 아스타잔틴을 얻기 위해서 우선적으로 초임계 이산화탄소의 추출 온도 및 압력을 단계별로 조절하여 추출을 실시하였다. 초임계 추출 조건에 따른 추출물의 수율은 아래 Fig.
아스타진틴은 다양한 기능을 가지고 있으나 가장 큰 문제점은 고온안정성, 열안정성이 나쁜점, 분자량이 커 사용의 어려움, 색상 문제, 고단가등의 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 Haematococcus pluvialis를 이용하여 순도와 효율성을 증진하기 위해 co-solvent를 사용하지 않고 초임계추출법으로 추출하였고, 추출된 아스타잔틴의 안정성을 높이고자 하였다. 이렇게 추출 획득한 아스타잔틴은 열, 광에 약해 취급이 어려워 이를 해소하기 위하여 리포좀 캡슐화 과정을 거처 나노 베지클에 담지하여 안정성을 향상시켜 화장품 소재로서의 효능을 증진시키고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 Haematococcus pluvialis를 이용하여 순도와 효율성을 증진하기 위해 co-solvent를 사용하지 않고 초임계추출법으로 추출하였고, 추출된 아스타잔틴의 안정성을 높이고자 하였다. 이렇게 추출 획득한 아스타잔틴은 열, 광에 약해 취급이 어려워 이를 해소하기 위하여 리포좀 캡슐화 과정을 거처 나노 베지클에 담지하여 안정성을 향상시켜 화장품 소재로서의 효능을 증진시키고자 하였다.

제안 방법

아스타잔틴의 광 및 열 안정성 측정을 위하여 아스타잔틴 emulsion과 리포좀 용액을 이용하였다. 광 안정성은 샘플을 일광 조건에서 방치 1, 3, 6일 후 상등액을 취하여 색도 변화를 측정하였다. 열 안정성은 동일 샘플을 이용하여 45, 37, 25, 4℃에서 각 6시간으로 총합 24시간이 1 cycle로 고정하고 cycle test를 실시하여 광 안정성과 마찬가지로 1, 3, 6일 후 상등액을 취하여 색도 변화를 측정하였다.
저장조에 저장된 이산화탄소는 펌프를 통하여 가압되어 초임계 상태로 열교환기를 통하여 다시 추출기에 공급된다. 본 실험에서는 초임계 유체 추출을 이용하여 Haematococcus pluvialis로 부터 아스타잔틴을 추출하였으며 압력은 250, 300, 350 bar, 온도를 50, 60, 70℃, 입자 크기 조건별로 변화시키면서 추출을 실시하였다.
액체 상태의 이산화탄소를 pump로 가압하고 BPR로 반응기 내부의 압력을 조절하였다. 봉입 대상 물질의 온도, 압력, 입자 크기에 따른 용해도를 알아보기 위해 초임계 추출하였다. 초임계 추출장치는 추출기에 원료인 Haematococcus pluvialis를 충진하고, 열 교환기를 통하여 액화시킨 초임계 이산화탄소를 추출기의 하단부에 공급한다.
색도는 Color Spectrophotometer (Color Mate, Scinco, Korea)를 이용하여 ΔE 값을 측정하였다.
1과 같다. 액체 상태의 이산화탄소를 pump로 가압하고 BPR로 반응기 내부의 압력을 조절하였다. 봉입 대상 물질의 온도, 압력, 입자 크기에 따른 용해도를 알아보기 위해 초임계 추출하였다.
광 안정성은 샘플을 일광 조건에서 방치 1, 3, 6일 후 상등액을 취하여 색도 변화를 측정하였다. 열 안정성은 동일 샘플을 이용하여 45, 37, 25, 4℃에서 각 6시간으로 총합 24시간이 1 cycle로 고정하고 cycle test를 실시하여 광 안정성과 마찬가지로 1, 3, 6일 후 상등액을 취하여 색도 변화를 측정하였다. 색도는 Color Spectrophotometer (Color Mate, Scinco, Korea)를 이용하여 ΔE 값을 측정하였다.
제조된 리포좀의 입자 크기 분포는 입도분포 측정기(Mastersizer, Malvern, UK)를 이용하여 측정하였다. 일정 파장의 Laser가 입자의 표면에 조사되면 나타나는 회절(Diffraction), 굴절 (Refraction), 반사 (Reflection)의 동시 복합적 현상을 이용하며, 산란강도는 입자의 크기에 비례하고 산란각은 입자 크기에 반비례한다는 원리로 입자 크기를 분석하는 장비이다.
항산화 특성이 탁월하여 매우 우수하나 열 및 광 안정성이 취약한 것으로 알려진 아스타잔틴의 안정성 증진을 위하여 Haematococcus pluvialis로부터 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출한 후 리포좀화 하였다. 아스타잔틴 리포좀의 경우 일반 emulsion 대비 작은 입자 사이즈를 나타내었으며 광, 열 환경에 노출시켰을 때에도 입자 크기가 작고 단일 형태로 유지되는 거동을 살펴볼 수 있었다.

대상 데이터

실험에 사용한 아스타잔틴 추출원료인 Haematococcus pluvialis는 중국의 Honghao chemicals로부터 구입하여 빛이 차단된 조건에서 냉장 보관하여 사용하였으며 초임계 추출에 사용한 용매로는 순도 99.99%의 순도를 갖는 식품용 이산화탄소를 사용하였다. 그 밖의 모든 시약은 1급 또는 HPLC급 시약을 사용하였다.
일정 파장의 Laser가 입자의 표면에 조사되면 나타나는 회절(Diffraction), 굴절 (Refraction), 반사 (Reflection)의 동시 복합적 현상을 이용하며, 산란강도는 입자의 크기에 비례하고 산란각은 입자 크기에 반비례한다는 원리로 입자 크기를 분석하는 장비이다. 아스타잔틴의 광 및 열 안정성 측정을 위하여 아스타잔틴 emulsion과 리포좀 용액을 이용하였다. 광 안정성은 샘플을 일광 조건에서 방치 1, 3, 6일 후 상등액을 취하여 색도 변화를 측정하였다.

이론/모형

세포벽이 두껍고 단단한 조직체인 Haematococcus pluvialis로부터 아스타잔틴을 추출하기 위해서는 세포벽을 파괴하여 세포 안의 색소를 용매로 녹아나게 하여야 한다. 본 실험에서는 고압에 의하여 순간적으로 세포벽을 파괴하는 air jet mill 공법을 이용하였으며 그 압력을 증가하여 입자 크기를 작게 함에 따라 수율이 높아지는 결과를 얻었다 (Fig. 4).

성능/효과

천연물의 추출에 있어서 시료의 열변성도 고려해야 하므로 온도의 변화 폭은 크지 않은 것이 사실이다. 결과에서 알 수 있듯이 온도에 의한 추출 효율의 차이는 압력에 비해 현저히 작다 (Fig. 3).
리포좀의 열역학적 안전성을 유지하기 위해서는 입자를 작게 하고 입자의 분포를 협조하게 하는 size distribution의 효율을 증가 시키는 노력이 중요하다. 고압 Homogenizer를 이용한 리포좀의 형성에서 리포좀화에 따른 안정성을 살펴보기 위하여 일반 emulsion과 리포좀을 형성하여 측정한 결과 일반 emulsion은 3342 nm 이었고 고압 호모게나이저 (Panda, Niro Soavi, Italy)를 이용하여 1000 bar에서 3회 통과시켰을 때 안정한 나노 리포좀이 형성되었으며 size측정결과 입자 크기는 166 nm 임을 확인 하였다. 입도 분포 결과에서도 일반 emulsion은 두 개의 peak를 보이나 liposome의 경우 단일 peak를 나타냄을 알 수 있다 (Fig.
광 및 열 환경에 노출 후 색차측정 (ΔE) 결과(Fig. 7-8) 리포좀의 경우 일반 emulsion 보다 색변화가 없어, 아스타잔틴의 안정성이 더욱 향상된 것을 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	아스타진틴은 어떠한 단점을 가지는가?	아스타진틴은 다양한 기능을 가지고 있으나 가장 큰 문제점은 고온안정성, 열안정성이 나쁜점, 분자량이 커 사용의 어려움, 색상 문제, 고단가등의 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 Haematococcus pluvialis를 이용하여 순도와 효율성을 증진하기 위해 co-solvent를 사용하지 않고 초임계추출법으로 추출하였고, 추출된 아스타잔틴의 안정성을 높이고자 하였다.
	아스타잔틴의 가장 주요한 기능은 무엇인가?	아스타잔틴의 가장 주요한 기능은 항산화력으로 [13], 종전에 널리 사용되었던 다른 카로테노이드의 10배 이상이고, α-토코페롤 (tocopherol)의 100배 이상인 것으로 보고되었으며 [14] 항산화제의 보석 (The jewel antioxidant) 이라 불리고 있다. 또한 현재까지 아스타잔틴의 독성에 대해서는 보고된 바 없다.
	아스타잔틴은 화장품 소재로써 어떠한 역할을 하는가?	아스타잔틴은 정상적인 호기적 대사과정 중 활성 산소가 세포 내 DNA, 단백질, 지질 등을 손상시키는 것과 더불어 세포와 조직의 노화 및 발암을 유발하는 반응을 억제할 뿐만 아니라 유리 라디칼의 생성을 억제하는 작용을 한다 [15-16]. 화장품 소재로서는 레티놀 전구체로서 주름개선 [9]에 효과적이며, 티로시나제 억제에 의한 멜라닌 색소 침착 억제 [9] 피부보습 [8] 가려움 습진 개선 효과, 자외선에 의한 유해산소 제거효과 [17], 피부탄력 개선 [9] 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 단가와 안정성, 원료 수급에 문제가 있고 추출하는 방법에서도 안정성, 색상, 수율, 품질에 제약이 많이 따르며, 폐기물 처리도 어려움이 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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