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문제 정의
- 온도 변화에 따라 유화. 가용화에 물성변화를 관찰하기 위하여 실시한다. 안전성이 떨어지는 제품은 고온에서 가수분해 현상 등이 일어나며, 저온에서는 부피팽창, 용해도차에 의한 계면 막 손상, 침전 등이 일어난다.
- 따라서 본 연구에서는 피부흑화를 억제하여 미백효과를 얻을 수 있는 물질을 탐색하던 중 민간에서 한약재로 널리 사용되어지고 있는 황백(E amerase)에서 미백효과를 가지는 물질이 있음을 확인하였고, 유용성분들을 분리, 동정하였으며, 직접 화장품에 적용시켜 제품의 안정성을 확인함으로서, 기능성 화장품으로의 산업화 가능성을 검토하였다.
가설 설정
- 미백 기능성 화장품(에센스) 제품의 제조. 미백 기능성 에센스 제품은 Table 1의 처방에 따라 제조하였는데, 황백 추출물 0.3% 농도는 essence 제형이 유지되는 범위내의 농도이며, 0.3% 에 4.3 mg정도의 활성 물질이 함유되어있어 앞의 실험 결과에서 보듯이 충분히 미백기능성을 나타낼 수 있을 것으로 판단되어 정하였다. Essence제품의 제조에는 수상으로 보습제인 glycerin, polyethylene glycol 150과 방부제를 넣어 80℃까지 가열하여 용해시킨 후, homo mixer (T.
제안 방법
- 5mL에 lOmM .DOPA를 녹인 기질액 0.2 mL 및 시료용액 0.1 mL의 혼합액에 mushroom tyrosinase (llOU/mL) 0.2 mL을 첨가하여 25℃ 에서 2분간 반응시켜 반응액 중에 생성된 DOPA chrome을 475nm에서 측정하였다. Tyrosinase 저해활성은 시료용액의 첨가 구와 무첨가구의 흡광도 감소율로 다음의 식에 의해 계산하였다.
- Melanoma cell (B16F10)에서의 melanin 생합성 저해율 측정. 피부 멜라노마 세포로부터의 melanin 생합성 저해 측정은 Hosoi 등[1985]의 방법에 따라 측정하였다.
- 생리활성 물질의 정제는 Sephadex LH-20 및 MCl-gel CHP 20P open column을 이용하여 정제하였다. Sephadex LH-20 column (5X95 cm)을 충진한 후 흡착성의 성질에 의해 분리하였으며, 용출용매는 normal phase type으로서 EtOH H2O 및 60% EtOH과 reveise phase type으로 HQTEtOH의 순으로 용출시켜 TLC 상에서 phenol성 물질의 유무 및 종류를 확인하였으며, 분획별로 활성 검정을 하여 미백 활성 분획은 농축, 동결건조 하였다. Sephadex LH-20 column을 이용하여 분취한 미백활성 분획은 다공성 polystyren gel로서 흡착성을 이용한 MCI-gel CHP 20P column에 이용하여 정제하였으며, 용출용매는 일반적인 reverse phase type인 HQTEtOH로 용출하여 TLC 상에서 분리 유무를 확인하고 분 획별로 활성 검정을 하였다.
- Sephadex LH-20 column (5X95 cm)을 충진한 후 흡착성의 성질에 의해 분리하였으며, 용출용매는 normal phase type으로서 EtOH H2O 및 60% EtOH과 reveise phase type으로 HQTEtOH의 순으로 용출시켜 TLC 상에서 phenol성 물질의 유무 및 종류를 확인하였으며, 분획별로 활성 검정을 하여 미백 활성 분획은 농축, 동결건조 하였다. Sephadex LH-20 column을 이용하여 분취한 미백활성 분획은 다공성 polystyren gel로서 흡착성을 이용한 MCI-gel CHP 20P column에 이용하여 정제하였으며, 용출용매는 일반적인 reverse phase type인 HQTEtOH로 용출하여 TLC 상에서 분리 유무를 확인하고 분 획별로 활성 검정을 하였다.
- 미백 생리활성물질의 정제. 생리활성 물질의 정제는 Sephadex LH-20 및 MCl-gel CHP 20P open column을 이용하여 정제하였다. Sephadex LH-20 column (5X95 cm)을 충진한 후 흡착성의 성질에 의해 분리하였으며, 용출용매는 normal phase type으로서 EtOH H2O 및 60% EtOH과 reveise phase type으로 HQTEtOH의 순으로 용출시켜 TLC 상에서 phenol성 물질의 유무 및 종류를 확인하였으며, 분획별로 활성 검정을 하여 미백 활성 분획은 농축, 동결건조 하였다.
- 특수가혹 보존 시험. 온도순환(Cycle chamber)에 따른 안정성 시험은 시료를 투명 용기에 담아 -15~4(TC의 온도 범위에서 각각 24시간 보관한 후 이를 1 cycle로 하여 10회 반복 시행하여 온도 순환에 따른 안정성을 평가하였다(Fig. 4). 냉 해동 순환(Freeze & Thaw cycling)에 따른 안정성 시험은 시료를 투명 용기에 담아 -HPC와 251에 각각 24시간 보관하여 이를 1 cycles.
- Mass spectng의 측정은 고체 시료 1 mg을 감압상태(1(~10% mmHg)에서 negative ion Fast Atom Bombardment (FAB)-mass spectrum을 이용하여 화학적 분석법에 의해 측정하였다. 이때 측정 용매로서는 thioglycer을 사용하였으며, 측정조건에서 emitter 전류는 22~28 eV이며, 이온원의 가속가압이 6~7kV에서 질량분석을 하였다.
- 황백 에탄올 추출물을 활용한 essence는 Table 3에서와 같이 B phase인 수상과 A phase인 유상을 나누어 80, C까지 가열하여 용해시켰다. 이때 화장품 원료는 유상에 첨가하여 녹여주며 C, D, E, F phase인 폴리머들은 mixer를 이용하여 3, 000rpm에서 폴리머가 균일하게 분산될 때까지 완전히 풀어주고 B phase인 수상에 첨가하였다. Homo mixer (T.
- 광안정성 시험법. 인공광(Artificial sun lamp)에 의한 광안정성 시험은 투명 용기에 시료를 담아 Sun lamp (WL-610, Labtron Co. Ltd., Busan, Korea)에 넣은 후 4VC의 온도, 20.3 cm의 광원거리로 조절하여 UV조사 후 0.5~3시간 동안의 변색, 발색, 변취, 산패 등의 변화를 육안으로 관찰하였다. 자연광 노출 시험은 한여름 태양하의 조건으로 시료를 투명용기에 담아 햇빛이 비치는 실외에 보관하여 7, 15일 동안의 변색, 발색, 변취, 산패 등의 변화를 육안으로 관찰하였다.
- 5~3시간 동안의 변색, 발색, 변취, 산패 등의 변화를 육안으로 관찰하였다. 자연광 노출 시험은 한여름 태양하의 조건으로 시료를 투명용기에 담아 햇빛이 비치는 실외에 보관하여 7, 15일 동안의 변색, 발색, 변취, 산패 등의 변화를 육안으로 관찰하였다.
- 정제물의 tyrosinase 저해활성 측정. 피부 내에서 멜라닌 중합체 생합성을 효과적으로 저해할 수 있는 정제물의 tyrosinase 저해 활성을 측정한 결과, 황백으로부터 분리한 obacunonee 20 g농도에서 35.
- 추출물의 조제. 추출물의 조제는 황백 시료 1 g을 열수 및 60% 에탄올로 24시간 동안 교반 추출하였다. 각각의 추출물은 Whatman No.
- 냉 해동 순환(Freeze & Thaw cycling)에 따른 안정성 시험은 시료를 투명 용기에 담아 -HPC와 251에 각각 24시간 보관하여 이를 1 cycles. 하여 3, 7일 동안의 안정성을 육안으로 관찰하였다.
- 화장품의 사용감에 대한 소비자 품질평가는 제조된 essence* 20인으로 구성된 관능검사원이 1주일간 피부에 직접 사용하여본 후 제품의 사용감, 피부자극 정도, 제품향의 느낌, 보습감, 청량감, 흡수성 및 종합적 만족도에 대하여 매우좋다(5점), 좋은 편이다(4 점), 보통이다(3점), 나쁜 편이다(2점), 매우 나쁘다(1점)등의 점수를 부여하여 5단계 평점 법으로 평가하였다.
- 온도에 따른 안정성 시험법. 화장품의 온도에 따른 안정성은 0~4(rc의 온도범위 조건에 보관하며, 경시적 변화에 따른 유분리, 침전, 변색 등의 상태변화를 육안으로 평가하였다.
- 황백추출물의 tyrosinase 억제 효과 측정. Tyrosinase는 tyrosine으로부터 DOPA와 DOPA-quinone을 거쳐 흑갈색의 melanin 색소를 생성하는 효소로써 식품의 갈변현상과 피부에 암갈색의 색소 물질을 침착 시키는 원인이다[Prota, 1980; Pavel 과 Muskiet, 1983; Hearing과 Jimenez, 1987; Ko, 2000].
대상 데이터
- 미백 기능성 화장품(에센스) 제품의 제조. 미백 기능성 에센스 제품은 Table 1의 처방에 따라 제조하였는데, 황백 추출물 0.
- 실험재료. 본 실험에 사용한 황백 (R amurense, 뿌리)은 영천 소재의 약업사에서 구입하여 분쇄 후 저온저장 하면서 이용하였다.
데이터처리
- 농도에 따른 에센스의 특성을 동적 점탄성 측정을 통하여 검증하였으며, 실험은 3회 반복하였다. 실험 수치는 큰 차이가 없는 한 평균치를 이용하여 저장 탄성률(storage modulus, G'), 손실 탄성률(loss modulus, G), 복소 탄성률(complex modulus, G*)과 손실각(loss angle, 6)을 계산하였으며, 동적 점탄성 측정데이터는 TA Rheometer Data Analysis Software (version 5.0, 38)에 의해 각각 계산하였다.
이론/모형
- 핵자기 공명 분광기(NMR) spectrum의 측정은 FT 방법 (Mse Fourier Transform method)을 이용하여 순수정제물 10 mg을 측정 용매 CDC13+DMSO-D6+D2O11 5-20% (w/v) 비율로 용해시키고 TMS [TetramethylsilaneXCHeSi)를 기준 물질로 하여 PMR (300 MHz)로 측정하였다. Mass spectng의 측정은 고체 시료 1 mg을 감압상태(1(~10% mmHg)에서 negative ion Fast Atom Bombardment (FAB)-mass spectrum을 이용하여 화학적 분석법에 의해 측정하였다. 이때 측정 용매로서는 thioglycer을 사용하였으며, 측정조건에서 emitter 전류는 22~28 eV이며, 이온원의 가속가압이 6~7kV에서 질량분석을 하였다.
- 미백효과 (tyrosinase 활성억제력) 측정. Tyrosinase 저해 활성측정은 Yagi 등의 방법 [1986]에 따라 측정하였다. 반응구는 0.
- 동적 점 탄성 측정 (Oscillatory shear test)은 Rheometer (AR550, TA Instruments Co. Ltd., Woodland, CA)를 사용하여 측정하였다. Conee <|> 60 이고 기울기가 2인 것을 이용하였으며 cone과 plate 사이의 측정 거리 (tumcation gap)은 60 呻로 실험종료까지 일정하게 하였다.
- 피부 멜라노마 세포로부터의 melanin 생합성 저해 측정은 Hosoi 등[1985]의 방법에 따라 측정하였다. DMEM 배지로 배양된 멜라노마 세포를 100 mm culture dish에 cell/dish 가 되게 분주하고 24시간 배양 후 시료 2mW 첨가하고, 48 시간 후에 인산완충액(pH 7.
- Melting point는 시료 1 mg을 취하여 미량융점 측정 장치를 이용하여 측정하였으며, [a]값은 시료 5 mg을 MejO 및 MeOH에 용해하여 polarimeter0]] 의해 측정하였다. 핵자기 공명 분광기(NMR) spectrum의 측정은 FT 방법 (Mse Fourier Transform method)을 이용하여 순수정제물 10 mg을 측정 용매 CDC13+DMSO-D6+D2O11 5-20% (w/v) 비율로 용해시키고 TMS [TetramethylsilaneXCHeSi)를 기준 물질로 하여 PMR (300 MHz)로 측정하였다. Mass spectng의 측정은 고체 시료 1 mg을 감압상태(1(~10% mmHg)에서 negative ion Fast Atom Bombardment (FAB)-mass spectrum을 이용하여 화학적 분석법에 의해 측정하였다.
성능/효과
- 점성과 탄성을 동시에 나타내는 복소탄성률(Complex modulus, G*)은 외부에서 가해지는 면찰응력에 대한 점탄성 물질의 저항값이며, 변형에 대한 저항 부분인 G'와 흐름에 대한 저항 부분인 G"로 나누어지므로, 다음과 같은 식을 # + # 이용해 복소탄성률을 나타낼 수 있다. essence 제품의 복소탄성률을 측정한 결과 Fig. 5와 같이, 복소탄성률이 저장기간 동안 200~215Pa를 나타내 수치상 큰 변화가 없음을 확인할 수 있었다.
- 1 ~100Pa까지 이고, 로그 스케일로 응력을 상승시켰으며, 측정 포인트간 intervale 두지 않았다. 농도에 따른 에센스의 특성을 동적 점탄성 측정을 통하여 검증하였으며, 실험은 3회 반복하였다. 실험 수치는 큰 차이가 없는 한 평균치를 이용하여 저장 탄성률(storage modulus, G'), 손실 탄성률(loss modulus, G), 복소 탄성률(complex modulus, G*)과 손실각(loss angle, 6)을 계산하였으며, 동적 점탄성 측정데이터는 TA Rheometer Data Analysis Software (version 5.
- 물리적 변화를 알아보기 위해서 온도 안정성 평가를 실시한 결과, 0~4(FC 범위의 온도에서 보관한 essence 제품은 60일 동안 모든 온도 조건에서 경시적 변화 없이 안정성을 나타내었다. 또한 essence제품의 인공광(artificial sun lamp) 안정성을 실시한 결과, 3시간 동안의 처리시간 동안 변색, 변취, 산패 등에 관해서는 변화없이 안정함을 나타내었으며, 햇빛아래에 보관하여 자연광 노출에 대한 안정성을 관찰한 결과, essence 제품은 15일 동안의 색조와 냄새 변화 없이 안정함을 보였다.
- 온도순환(Cycle chamber)에 따른 안정성 시험법은 이런 현상을 짧은 기간 내에 체크할 수 있으므로, essence 제품을 -15~40℃의 범위에서 각각 24시간 보관한 후 온도 순환에 따른 안정성을 관찰한 결과, 10 cycle 모두에서 상의 분리와 변색, 변취 없이 안정함을 확인할 수 있었다. 또한 냉, 해동순환(Freeze & Thaw cycling)에 따른 안정성을 조사하기 위하여 essence 제품을 급격한 온도 조건인 고온 (25(2)과 저온(-0C>의 온도에서 각각 24시간 보관하며 3일과 7일 보관 시 안정성을 관찰한 결과, 상의 분리와 변색 및 변취는 발견되지 않아 안정함을 알 수 있었다.
- 화장품의 품질 열화(劣化)현상과 화학적 . 물리적 변화를 알아보기 위해서 온도 안정성 평가를 실시한 결과, 0~4(FC 범위의 온도에서 보관한 essence 제품은 60일 동안 모든 온도 조건에서 경시적 변화 없이 안정성을 나타내었다. 또한 essence제품의 인공광(artificial sun lamp) 안정성을 실시한 결과, 3시간 동안의 처리시간 동안 변색, 변취, 산패 등에 관해서는 변화없이 안정함을 나타내었으며, 햇빛아래에 보관하여 자연광 노출에 대한 안정성을 관찰한 결과, essence 제품은 15일 동안의 색조와 냄새 변화 없이 안정함을 보였다.
- 35 mg정도 함유된 것으로 계산되었다. 순수하게 정제된 활성물질을 동정한 결과 compound A는 미황색 무정형분말로 이었고, negative FAB-MS에서 453의 분자량을 나타내었으며, 1H-NMR spectrume 1.14, 1.27, 1.48 및 1.53 ppm에서 singlet이 확인되어 각각 H-18, 19, 28, 29, 30의 methyl group이 확인되었고, furan ring에 해당하는 6.35, 7.38, 및 7.41 ppm의 singlet spectrum이 관찰되었으며, 6.51과 5.96에서 각 1H 분의 methine proton signal도 관찰되었다. "C-NMR spectrum에서는 26개의 signal이 관찰되었으며, keton group에 해당하는 207.
- 미백 화장품의 안정성. 실온에서 보관한 essence 제품을 60 일간의 pH와 점도 측정 결과 Fig. 3, 4와 같이 저장 60일 동안 pH는 4.87-5.01, 점도는 25,000~25, 500 cP 사이에 분포했으며, 저장기간 60일 동안 큰 변화는 없었다. 점성과 탄성을 동시에 나타내는 복소탄성률(Complex modulus, G*)은 외부에서 가해지는 면찰응력에 대한 점탄성 물질의 저항값이며, 변형에 대한 저항 부분인 G'와 흐름에 대한 저항 부분인 G"로 나누어지므로, 다음과 같은 식을 # + # 이용해 복소탄성률을 나타낼 수 있다.
- 안전성이 떨어지는 제품은 고온에서 가수분해 현상 등이 일어나며, 저온에서는 부피팽창, 용해도차에 의한 계면 막 손상, 침전 등이 일어난다. 온도순환(Cycle chamber)에 따른 안정성 시험법은 이런 현상을 짧은 기간 내에 체크할 수 있으므로, essence 제품을 -15~40℃의 범위에서 각각 24시간 보관한 후 온도 순환에 따른 안정성을 관찰한 결과, 10 cycle 모두에서 상의 분리와 변색, 변취 없이 안정함을 확인할 수 있었다. 또한 냉, 해동순환(Freeze & Thaw cycling)에 따른 안정성을 조사하기 위하여 essence 제품을 급격한 온도 조건인 고온 (25(2)과 저온(-0C>의 온도에서 각각 24시간 보관하며 3일과 7일 보관 시 안정성을 관찰한 결과, 상의 분리와 변색 및 변취는 발견되지 않아 안정함을 알 수 있었다.
- 제품의 보습성과 바른 후의 피부 상태도 46점의 비교적 높은 score를 받았으며 그 중 사용 후 피부 상태와 같은 만족도에서 가장 높은 점수를 받았다. 이 결과 끈적임이 없이 가장 부드럽고, 보습감, 바름성, 바른 후의 피부상태가 가장 좋으며, 피부 자극성이 가장 낮은 제품이 개발되었으며, 종합적인 만족도는 4.8점으로 매우 우수한 평가를 받았다.
- 7-1-1 (compound A)에서 tyrosinase 저해활성을 확인할 수 있었다. 정제 결과 compound A는 황백 시료 g당 0.35 mg정도 함유된 것으로 계산되었다. 순수하게 정제된 활성물질을 동정한 결과 compound A는 미황색 무정형분말로 이었고, negative FAB-MS에서 453의 분자량을 나타내었으며, 1H-NMR spectrume 1.
- 8점 이상의 높은 점수를 받아- 기호도가 우수한 것으로 나타났다. 제품의 보습성과 바른 후의 피부 상태도 46점의 비교적 높은 score를 받았으며 그 중 사용 후 피부 상태와 같은 만족도에서 가장 높은 점수를 받았다. 이 결과 끈적임이 없이 가장 부드럽고, 보습감, 바름성, 바른 후의 피부상태가 가장 좋으며, 피부 자극성이 가장 낮은 제품이 개발되었으며, 종합적인 만족도는 4.
- 정제물의 tyrosinase 저해활성 측정. 피부 내에서 멜라닌 중합체 생합성을 효과적으로 저해할 수 있는 정제물의 tyrosinase 저해 활성을 측정한 결과, 황백으로부터 분리한 obacunonee 20 g농도에서 35.1±5.2%의 저해횔성을 나타내어 tyrosinase 저해 활성이 Kojic acid 보다는 비교적 낮게 나타났다. Lee 등 [2001}은 제주산 식물을 이용한 tyrosinase 억제 활성을 측정한 결과 1,000 ppm의 농도에서 10.
- 화장품의 사용감에 대한 소비자 품질평가는 대상 인원 20명(여성)을 선발하여 제조한 미백 기능성 에센스 제품을 일주일간 사용하게 하고 각 평가항목에 대하여 5단계 평점법 조사한 결과, Table 2에서와 같이, 제품의 피부 자극정도는 4.8점으로 피부 자극 정도가 매우 낮은 것으로 나타났으며, 제품의 향의 느낌은 4.8점 이상의 높은 점수를 받아- 기호도가 우수한 것으로 나타났다. 제품의 보습성과 바른 후의 피부 상태도 46점의 비교적 높은 score를 받았으며 그 중 사용 후 피부 상태와 같은 만족도에서 가장 높은 점수를 받았다.
- 황백 추출물을 천연 미백제로 사용하기 위하여 melanoma 세포에서의 멜라닌 생합성을 측정한 결과, 황백 에탄올 추출물은 250ug/mL의 농도에서 31.2H.6%의 저해활성을 나타내어 멜라닌생성억제 효과가 있음을 알 수 있었다. 이는 Hwang과 Choi[2006]의 건조 인삼시료 100μg/mL의 농도에서 27.
후속연구
- Tyrosinase는 tyrosine으로부터 DOPA와 DOPA-quinone을 거쳐 흑갈색의 melanin 색소를 생성하는 효소로써 식품의 갈변현상과 피부에 암갈색의 색소 물질을 침착 시키는 원인이다[Prota, 1980; Pavel 과 Muskiet, 1983; Hearing과 Jimenez, 1987; Ko, 2000]. 본연구에서는 황백 추출물에서 미백물질을 분리하여 기능성 화장품 소재로서 활용키 위해 tyrosinase 억제효과를 검토한 결과 Fig. 1과 같이 물 추출물에서는 10% 이하의 낮은 tyrosinase 억제 효과를 나타내었으나, 60% 에탄올 추출물(142 ug/mL)에서 25% 정도의 억제효과를 나타내어 미백물질로 알려진 순수한 kojic acid를 첨가한 대조구보다는 다소 낮았지만, 황백 추출물을 정제한다면 보다 높은 tyrosinase 억제효과를 나타낼 수 있을 것으로 판단되어 에탄올 추출물을 대상으로 향후 실험을 진행하였다.
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