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문제 정의
- 당근 유래의 당 단백질은 60년대 초기에 세포벽에서 발견된 것으로 동물 콜라겐 이외의 일반적인 단백질에서는 보이지 않는 히드록시프롤린을 많이 함유하고 있는 것 때문에 구조와 기능을 동물성 콜라겐과 엘라스틴에 관련시켜 연구하고, 이 단백질을 “Extensin(A plant glycoprotein similar to collagen)"이라고 명명하였다[10].
- 따라서 본 연구에서는 천연 식물성 원료인 당근에서 당 단백질을 추출하여 현재 시판되고 있는 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림의 배합비를 참고하여 당근 당 단백질을 함유한 크림을 제조하여 안정성과 보습효과를 비교 분석하기 위하여 변색, 변취, 크리밍 현상, 응집 등의 관능검사와 pH, 점도 등의 물성 변화 측정을 통해 안정성을 입증하고 경표피 수분 손실율과 수분 함유량을 측정하여 보습효과를 측정함으로써 보습제로서의 사용 가능성을 알아봄으로서 기능성 화장품 산업에서 중요한 소재로서의 응용성을 검토하고자 하였다.
제안 방법
- 각 피험자는 동일한 비누를 이용하여 팔의 하박부위를 씻은 후, 온도 25±2℃, 상대습도 43.5±2.5%의 항온항습 조건에서 30분 동안 시험부위를 안정화 시킨 다음 실험을 진행하였다.
- 다음 1차 여과된 여액을 기공의 크기가 10 μm인 면 여과기를 사용해 2차 감압 여과함으로서 불순물을 제거한 후 여액을 85℃에서 30분 동안 가열하여 남아 있는 효소를 불활성화시켜 당근 당 단백질을 제조하였다.
- 당근 당 단백질을 추출하기 위한 방법은 Lee의 방법[12]에서 확립된 식물성 당 단백의 최적 추출조건을 참고로 하였다. 단백질 분해 효소의 일종인 pepsin을 0.7 wt% 농도로 사용하여 45℃의 수욕 상에서 5 시간 동안 식물성 당 단백질 추출하였고, 각 단계의 여과 공정을 거쳐 순수한 당근 당 단백질을 정제하였으며, 분무건조기를 이용하여 건조된 당근 대비 수율 14.3 wt%의 당근 당 단백질을 제조하였다.
- 당근 당 단백질을 함유한 기능성크림과 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림 및 아무것도 함유하지 않은 크림을 5℃, 25℃, 37℃, 45℃의 온도별로 항온기에 저장 시킨 후 시각과 후각을 통해 색상 변화와 냄새 변화를 관찰하였고, 2주 간격으로 8주 동안 1 g을 취하여 물 15 ㎖에 희석하여 초음파 분해한 후에 온도를 25 ± 1℃로 세팅하여 pH의 변화를 측정하였다.
- 당근 당 단백질을 함유한 크림과 콜라겐 펩타이드을 함유한 크림 및 아무것도 함유하지 않은 크림을 피부에 도포하여 피부를 촉촉하게 해주는 피부 수분 함량을 0분, 30분, 60분, 90분, 120분에 측정하여 그 결과를 Table 3와 Fig. 5에 제시하였다. Table 3와 Fig.
- 당근 당 단백질의 제조는 Lee의 방법[12,13]을 참고 하여 원재료인 당근을 분쇄한 후 10 wt% HCl(pH 2.0)수용액을 이용하여 1 : 3 의 비율로 침지시키고, 원재료인 당근 대비 0.7 wt%의 펩신을 첨가하여 진동정온기에서 45～50℃, 200 rpm의 조건으로 5 시간 동안 교반하여 가수분해 시켰다. 효소 가수분해를 마친 시료는 200 mesh 체를 사용하여 추출액과 잔여물을 분리하는 1차 여과를 진행하였다.
- 당근 당 단백질을 함유한 기능성크림과 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림 및 아무것도 함유하지 않은 크림을 5℃, 25℃, 37℃, 45℃의 온도별로 항온기에 저장 시킨 후 시각과 후각을 통해 색상 변화와 냄새 변화를 관찰하였고, 2주 간격으로 8주 동안 1 g을 취하여 물 15 ㎖에 희석하여 초음파 분해한 후에 온도를 25 ± 1℃로 세팅하여 pH의 변화를 측정하였다. 또한 점도의 변화 측정은 각 온도별로 저장되어 있는 세가지 크림을 항온기에서 꺼낸 후 3시간 후에 T-막대 추를 이용하여 94 rpm으로 15초 간격으로 일정한 가속도로 회전함에 따라 움직이는 크림의 점성 저항 토크값을 검출하는 방법으로 3회 측정하여 평균과 편차 값을 구하였다[14].
- 5%의 항온항습 조건에서 30분 동안 시험부위를 안정화 시킨 다음 실험을 진행하였다. 먼저 팔의 하박부위에 일정한 위치와 크기의 시험 부위를 지정하였고, 초기 값으로 도포 전 수분함유량 및 경표피 수분 손실량을 측정하였다. 일정량의 크림을 도포 후 피부 수분 함유량은 30분 간격으로 경표피 수분 손실량은 1시간 간격으로 측정하였다.
- 당근 당 단백질을 함유한 기능성 크림은 현재 시판되고 있는 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림의 제조 배합비를 참고로 제조하였다. 시판 크림에 첨가된 콜라겐 펩타이드의 함량과 동일하게 당근 당 단백질을 0.63% 함유하도록 하여 Table 1과 같은 제조 배합비에 따라 제조하였고, 대조군으로 콜라겐 펩타이드를 동량 함유한 시판 크림과 당근단백질과 콜라겐 펩타이드를 첨가하지 않은 크림을 제조하여 실험에 사용하였다.
- 먼저 팔의 하박부위에 일정한 위치와 크기의 시험 부위를 지정하였고, 초기 값으로 도포 전 수분함유량 및 경표피 수분 손실량을 측정하였다. 일정량의 크림을 도포 후 피부 수분 함유량은 30분 간격으로 경표피 수분 손실량은 1시간 간격으로 측정하였다. 측정된 capacitance value는 0～120 사이의 arbitrary capacitance units(A.
- 화장품은 외부환경요인 등에 의한 변질, 변색, 변취, 미생물 오염 등이 없어야 한다. 제조된 기능성 크림의 안정성은 소비자 안전에 중요한 부분으로 보관기간동안 pH 변화와 온도변화에 따른 제품의 변질여부를 다음과 같이 실험하였다. 당근 당 단백질을 함유한 기능성크림과 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림 및 아무것도 함유하지 않은 크림을 5℃, 25℃, 37℃, 45℃의 온도별로 항온기에 저장 시킨 후 시각과 후각을 통해 색상 변화와 냄새 변화를 관찰하였고, 2주 간격으로 8주 동안 1 g을 취하여 물 15 ㎖에 희석하여 초음파 분해한 후에 온도를 25 ± 1℃로 세팅하여 pH의 변화를 측정하였다.
- 제조된 당근 당 단백질의 항산화 활성 및 주름개선에 대한 기능성을 부각시키고, 세포에 독성을 나타내지 않으며 콜라겐 생합성 촉진 효과를 얻을 수 있도록 시판되고 있는 콜라겐 펩타이드를 함유한 기능성 크림의 배합비율을 참고로 당근 당 단백질을 0.63% 함유하도록 Table 1과 같은 배합 비율로 당근 당 단백질 함유 기능성 크림을 제조하였고, 대조군으로 시판되고 있는 콜라겐 펩타이드를 첨가하여 제조한 크림과 아무것도 첨가하지 않은 크림을 제조하여 비교하였다.
- 5 wt%의 활성탄을 첨가하여 진탕항온기에서 50℃, 200 rpm의 조건으로 30분 동안 교반하면서 탈색과 탈취를 시켰다. 활성탄 처리로 1차 정제된 당근 당 단백질의 추출액을 이온교환 수지를 이용하여 추출액에 포함되어 있는 유리아미노산 및 Na＋, H＋, Cl－, OH－ 등의 염을 제거하는 2차 정제과정으로 탈이온 처리를 하였다. 탈이온 처리된 당근 당 단백질의 추출액을 기공 1 μm의 멤브레인 필터를 사용해 감압 여과함으로써, 난용성 불순물을 제거하여 순수한 당근 당 단백질을 정제한 후 분무건조기를 이용하여 180～200℃의 온도조건에서 시간당 100～150 ℓ의 수분을 건조시켜 분말 화하여 얻어진 당근 당 단백질 분말을 본 실험의 재료로 사용하였으며 제조공정은 Fig.
- 7 wt%의 펩신을 첨가하여 진동정온기에서 45～50℃, 200 rpm의 조건으로 5 시간 동안 교반하여 가수분해 시켰다. 효소 가수분해를 마친 시료는 200 mesh 체를 사용하여 추출액과 잔여물을 분리하는 1차 여과를 진행하였다. 다음 1차 여과된 여액을 기공의 크기가 10 μm인 면 여과기를 사용해 2차 감압 여과함으로서 불순물을 제거한 후 여액을 85℃에서 30분 동안 가열하여 남아 있는 효소를 불활성화시켜 당근 당 단백질을 제조하였다.
대상 데이터
- 1 from porcine stomach mucosa, 3,280 units/mg)은 Wako Pure Chemical Industries, Ltd.(1:100)의 제품을 사용하였고, 알카라제(Subtilisin EC3.4.21.62 from Bacillus licheniformis, 2.4 AU/mg)와 뉴트라제(EC 3.4.24.28. from Bacillius amyloliquefaciens, 0.8 AU/mg)는 덴마크 Novozyme사의 제품을 사용하였다.
- 당근 당 단백질을 함유한 기능성 크림은 현재 시판되고 있는 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림의 제조 배합비를 참고로 제조하였다. 시판 크림에 첨가된 콜라겐 펩타이드의 함량과 동일하게 당근 당 단백질을 0.
- 대조군으로 사용된 콜라겐 펩타이드는 씨엔에이바이오텍(주)에서 베트남산 양식어류인 틸라피아의 비늘에서 추출한 콜라겐 펩타이드를 사용하였다.
- 본 연구에 시료로 사용된 당근은 제주산이며 2008년 5월에 수확한 것으로 충북 청주시 농수산물 시장에서 구입한 후 물로 세척하여 분쇄한 뒤 실험에 사용하였고, 단백질 가수분해용 효소는 분석용 시약으로 펩신(EC 3.4.23.1 from porcine stomach mucosa, 3,280 units/mg)은 Wako Pure Chemical Industries, Ltd.(1:100)의 제품을 사용하였고, 알카라제(Subtilisin EC3.
- 제조된 기능성 크림의 피부에서의 보습효과를 실험하기 위하여 실험대상은 과거에 알레르기성 질환이나 아토피 피부염 등 질환의 병력이 없는 22～28세의 건강한 피부를 가진 여대생 15명을 대상으로 실시하였으며 시험 부위는 팔 하박 부위로 한정하였다. 각 피험자는 동일한 비누를 이용하여 팔의 하박부위를 씻은 후, 온도 25±2℃, 상대습도 43.
- 탈이온 처리된 당근 당 단백질의 추출액을 기공 1 μm의 멤브레인 필터를 사용해 감압 여과함으로써, 난용성 불순물을 제거하여 순수한 당근 당 단백질을 정제한 후 분무건조기를 이용하여 180～200℃의 온도조건에서 시간당 100～150 ℓ의 수분을 건조시켜 분말 화하여 얻어진 당근 당 단백질 분말을 본 실험의 재료로 사용하였으며 제조공정은 Fig. 1에 나타내었다.
데이터처리
- 2) Means with different superscripts (a> b> c> d>) within a row are significantly different from each at p = 0.05 by Duncan's multiple range test.
- 모든 실험은 3회 이상 반복하였고, 통계 분석은 SAS(statixtical analysis system, version 8.2) package program을 이용하여 평균과 표준편차를 구하였고 기간별 효과의 비교는 ANOVA분석을 이용하였으며, Duncan's multiple range test로 p<0.05 유의수준에서 유의성을 검증하였다[15].
이론/모형
- 당근 당 단백질을 추출하기 위한 방법은 Lee의 방법[12]에서 확립된 식물성 당 단백의 최적 추출조건을 참고로 하였다. 단백질 분해 효소의 일종인 pepsin을 0.
성능/효과
- Table 2과 Fig. 4의 (A)에 의하면 당근 당 단백질을 함유한 크림의 경표피 수분 손실량은 도포하지 않은 부위에 비하여 60분 후 4.20 g/h, m2에서 3.10 g/h, m2 로, 120분 후는 2.80 g/h, m2 로 각각 1.1 g/h, m2, 1.4 g/h, m2 정도 유의하게 감소하였고(p<0.001), 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림도 60분 후, 120분 후 각각 1.0 g/h, m2, 1.2 g/h, m2 정도 유의하게 감소하였으며(p<0.001), 아무것도 함유하지 않은 크림도 60분 후, 120분후 각각 0.66 g/h, m2, 0.57 g/h, m2 정도로 유의하게 감소하여(p<0.001) 3종류 크림 중 수분 손실량이 가장 적은 제품은 당근당 단백질 함유 크림으로 시간 경과에 따라 수분 손실량이 가장 적어 좋은 효과를 나타내었다.
- Table 3와 Fig. 5의 (B)에 제시된 바와 같이 3종류 크림 중 시간이 경과함에 따라 수분 보유량이 가장 효과적인 크림을 선별하고자 크림 3종류와 시간대별로 이원분산분석을 실시한 결과, 당근 당 단백질을 함유한 크림이 90분과 120분에서 각각 65.00 g/h, m2과 64.93 g/h, m2로 가장 많은 피부 수분 보유량을 나타내었고 유의한 차이를 나타내었다(p<0.001).
- 5℃, 25℃에서 저장한 크림은 점도가 2주, 4주 후 증가하다가 다시 초기 점도 값과 비슷한 상태로 변화한 것을 볼 수 있었다. 그러나 37℃와 45℃에서 저장된 크림은 8주 후 당근 당 단백질을 함유한 크림은 각각 4,400 cP, 3,444 cP로 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림은 4,360 cP, 3,400 cP로 아무것도 함유하지 않은 크림은 4,350 cP, 4,100 cP의 점도 값으로 초기 점도에 비하여 상당히 큰 점도의 감소가 있는 것으로 나타났다. 하지만 당근 당 단백질을 함유한 크림과 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림 및 아무것도 함유하지 않은 크림의 점도 변화 정도가 같은 양상의 변화를 나타낸 것으로 보아 당근 당 단백질이 크림의 점도 변화에 영향을 주지 않고, 다만 온도에 따른 물리적 반응으로 인해 점도가 변화한 것으로 보인다.
- 2에 나타내었다. 당근당 단백질을 함유한 크림은 초기에 pH 7.54에서 8주 후 5℃, 25℃, 37℃, 45℃에서 pH가 각각 7.60, 7.38, 6.76, 6.34 이었고, 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림은 초기에 pH 7.75에서 7.57, 7.55, 7.14, 7.01 로 변하였으며, 아무것도 함유하지 않은 크림은 초기에 pH 7.15에서 8주 후 7.22, 7.13, 6.70, 6.08 이었다. 즉 세 가지 크림 모두 5℃, 25℃에서는 pH 변화가 거의 없었지만 37℃와 45℃에서 저장된 크림은 pH 변화가 다른 온도에서 저장된 크림보다 큰 것으로 나타났고, 세 가지 크림의 pH 변화는 각 온도 조건 모두에서 비슷한 경향을 나타냈다.
- 따라서, 점도의 변화가 비교적 안정적인 5℃의 냉장 조건에서 당근 당 단백질을 함유한 크림을 보관하여 사용하는 것이 효율적일 것으로 사료된다.
- 또한 3 종류 중 가장 효과적인 물질을 알고자 이원분산 분석을 실시한 결과, Table 2과 Fig. 4의 (B)에 나타난 바와 같이 당근당 단백질을 함유한 크림에서 120분에 2.80 g/h, m2 로 가장 적은 수분손실을 나타냈으며 유의성이 나타났다 (p<0.001).
- 제조된 당근 당 단백질을 함유한 크림과 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림 및 아무것도 함유하지 않은 크림을 5℃, 25℃, 37℃, 45℃의 온도에서 8주 동안 보관하면서 시각과 후각을 통한 관능검사를 실시한 결과, 세가지 크림 모두 어떠한 색상의 변화와 특이취가 없었으며, 크리밍 및 응집과 같은 분리현상도 관찰되지 않았다. 또한 당근당 단백질을 함유한 크림과 콜라겐 펩타이드를 함유한 크림 및 아무것도 함유하지 않은 크림을 8주 동안 5℃, 25℃, 37℃, 45℃의 온도 하에서 각각 보관하여 2주 간격으로 pH변화를 측정한 결과를 Fig.
- 08 이었다. 즉 세 가지 크림 모두 5℃, 25℃에서는 pH 변화가 거의 없었지만 37℃와 45℃에서 저장된 크림은 pH 변화가 다른 온도에서 저장된 크림보다 큰 것으로 나타났고, 세 가지 크림의 pH 변화는 각 온도 조건 모두에서 비슷한 경향을 나타냈다.
후속연구
- 본 연구에서는 식물성 원료인 당근에서 당 단백질을 제조하여 당근 당 단백질을 함유한 주름방지 기능성크림을 제조하여 변색, 변취 및 크리밍 현상이나 응집 등의 관능검사와 pH, 점도 등의 물성 변화 측정을 통해 안정성을 입증하고 경표피 수분 손실율과 수분 함유량을 측정하여 기능성 화장품 산업에서 중요한 소재로서의 응용성을 검토한 결과 당근 당 단백질은 현재 시판중인 콜라겐 펩타이드와 비교 시 피부에 보습 효과가 우수하여 주름개선에도 큰 영향을 줄 것으로 예상되며 기능성 소재로서 화장품에 응용 가능성이 매우 뛰어날 것으로 판단된다.
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