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아카시아꽃잎 발효액의 미백 및 항산화활성

Whitening and Antioxidant Activities of Fermentation Broth of Acacia Flower (Robinia pseudoacacia)

청정기술 = Clean technology, v.23 no.4, 2017년, pp.401 - 407  

김유근 (KB코메틱) ,  디엡느구팜 (경상대학교 화학공학과 및 공학연구원) ,  이영훈 (KB코메틱) ,  조지중 (KB코메틱) ,  최은영 (KB코메틱) ,  이용현 (KB코메틱) ,  김성배 (경상대학교 화학공학과 및 공학연구원) ,  김창준 (경상대학교 화학공학과 및 공학연구원)

초록
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본 연구에서 아카시아꽃잎을 기질로 미백효과와 항산화효과가 우수한 천연물질을 생산하는 플라스크 발효법을 개발하였다. 아카시아꽃잎 추출액은 tyrosinase 활성을 저해하지 않은 반면, 2년 전통발효액과 2년 전통발효액을 접종한 아카시아꽃잎 플라스크 발효액은 tyrosinase 활성을 저해하였다. 아카시아꽃잎 플라스크 발효농축액 10% 포함된 용액의 tyrosinase 활성 저해율은 40%였고 농축액 함량이 증가할수록 저해율도 증가하였다. 양성대조군인 알부틴($20mg\;mL^{-1}$)과 코직산($80{\mu}g\;mL^{-1}$)의 tyrosinase 활성 저해율은 각각 90%와 58%였다. 이는 플라스크 발효농축액 40%가 포함된 용액의 미백성능이 코직산($80{\mu}g\;mL^{-1}$)의 성능과 비슷함을 보여준다. 농축액이 20% 포함된 용액의 항산화활성은 56%였고 농도가 증가할수록 용액의 항산화활성도 점차 증가하여 농축액이 60% 포함된 용액의 항산화활성은 98%였다. 이는 항산화효과가 우수한 비타민 C 수용액($10mg\;mL^{-1}$)과 동일한 항산화능력이다. 모든 농도의 발효농축용액에서 95% 이상의 세포생존율을 나타내어 발효액은 독성이 없는 것으로 판명되었다. 실온에 보관된 아카시아꽃잎 발효상등액은 pH와 당도 변화가 없었고 분리, 변색, 및 변취 등의 관능적 성상의 변화가 없는 안정한 상태를 유지하였다. 본 결과는 아카시아꽃잎 플라스크 발효액이 안전하고 미백 및 항산화효과가 뛰어나 미백화장품 원료로 사용가능함을 보여준다. 이는 본 연구를 통하여 아카시아꽃잎 발효기간을 획기적으로 단축시킨 배양방법이 개발되었음을 시사한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes a shake-flask fermentation of Acacia flower producing whitening- and antioxidant- agents. Tyrosinase activity was inhibited in the presence of traditional and flask-fermentation broths whereas no inhibitory effect of flower extract was observed. Tyrosinase inhibition was 40% in ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 발효액이 미백효과를 갖는지 여부를 조사하기 위하여 식품의약품안전처에서 제시한 시험법[8]을 사용하였다. 본 방법은 Ishihara 등[9]이 제안한 것으로 tyrosinase 활성 저해율을 측정하여 미백성분의 효과를 평가하는 시험법이다. 시험관에 0.
  • 본 실험에서는 아카시아꽃잎 발효액의 미백효과를 알아보기 위하여 타이로신을 기질로 사용하여 효소반응시험(in vitro tyrosinase inhibition assay)을 수행하였다. 발효기간이 다른 아카시아꽃잎 발효액들의 tyrosinase 활성 저해율을 측정하였고 그 결과를 Table 1에 나타내었다.
  • 그러나 전통발효방법은 24개월 이상의 긴 발효시간을 필요로 하여 생산성이 낮고 제품의 균일한 품질 유지가 어렵다는 문제점이 있다. 본 연구는 미백활성을 갖는 아카시아꽃잎 발효액을 단기간에 획득할 수 있는 속성발효공정을 개발하는 데 목적이 있다. 피부가 자외선을 받으면 활성산소가 증가하여 피부세포가 손상을 받는데, 피부세포의 손상을 억제할 목적으로 세포 내에 멜라닌 생성이 증가하여 색소침작이 증가하게 된다.
  • 본 연구는 아카시아꽃잎을 유용자원화하기 위한 목적에서 시작되었다. 아카시아 나무는 전 국토에 널리 분포하고 이로부터 다량의 아카시아꽃잎이 발생하고 있으나 사용처가 거의 없어 자연적으로 버려지고 있다.
  • 아카시아꽃잎 발효액은 독성이 없었고 실온보관 시 시료의 pH와 당도의 변화가 없었으며 분리, 변색, 변취 등의 관능적 성상의 변화가 없었다. 본 연구는 플라스크를 이용하여 짧은 기간 안에 아카시아 꽃잎을 발효하여 안전하고 미백 및 항산화효과가 뛰어난 미백화장품 원료를 생산할 수 있음을 보여준다. 이는 아카시아 꽃잎 발효 기간을 획기적으로 단축시키고 품질관리가 가능한 배양방법이 개발되었음을 시사한다.
  • 그러나 제품의 품질 유지가 어렵고 발효기간이 2년 이상 소요되어 생산성이 낮다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 품질 제어가 가능하고 발효시간을 단축시킨 플라스크 배양방법을 개발하였다. 전통발효액을 접종균으로 사용한 플라스크배양에서 아카시아꽃잎 발효액은 미백활성을 나타내었다.
  • 많은 연구자들이 기능성화장품 또는 식품을 개발하기 위하여 천연물에서 항산화활성을 갖는 물질들을 발굴하기 위한 연구들을 수행해 오고 있다[19]. 본 연구에서도 아카시아꽃잎의 플라스크 발효에서 얻어진 발효액의 항산화활성 유무를 조사하였다. 발효농축액을 농도별로 제조하여 용액의 SOD 유사활성을 측정하였고 그 결과를 Figure 2에 나타내었다.
  • 아스코르브산, 유리당, 무기질의 함량 또한 높은 것으로 보고되었다[5]. 본 연구팀은 아카시아꽃잎에 함유된 당을 비롯한 많은 성분들을 미생물들이 효율적으로 이용하여 유용한 생리활성물질들을 생산할 것으로 예상하였다. 이를 확인하기 위하여 전통적인 방법으로 아카시아꽃잎을 자연발효 시킨 발효액에 대한 다양한 분석을 수행하였고, 이를 통해 발효액이 미백활성을 갖는 것을 발견하였다.
  • 배양 후 발효액의 미백활성 유무를 확인하기 위하여 tyrosinase 저해율과 항산화활성을 측정하였다. 최종적으로 세포독성 유무, 보관안정성을 확인함으로서 피부자극이 적고 미백효과와 항산화활성이 뛰어난 기능성화장품 원료로의 이용가능성을 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
화장품업계가 미백효과를 갖는 천연/합성 물질 개발에 어려움을 겪는 이유는? 국내 화장품업계는 미백효과를 갖는 천연/합성 물질 개발을 위한 연구개발에 많은투자를 하고 있으나 이의 성공적인 상업생산에 어려움을 겪고 있다. 원료의 미백효과는 뛰어나도 부작용이 있거나 품질은 우수하나 고가이고 수입에 의존해야 하는 문제점 등으로 인하여 화장품에 적용할 수 있는 미백원료물질 발굴이 쉽지 않기 때문이다[2]. 화장품에 사용되는 미백원료로는 피부의 멜라닌색소 합성을 저해하는 것과 이미 생성된 멜라닌색소를 벗겨내는 박피제 등이 있다[3,4].
기능성화장품에 대한 수요가 증가하는 이유? 국민 생활수준의 향상으로 평균 수명이 증가되어 소비자들이 아름답게 늙는 것에 대한 소망이 강해져 기능성화장품에 대한 수요가 증가하고 있다[1]. 첨단기술을 앞세운 선진국들과 경쟁하고 부작용이 없는 기능성화장품 개발을 위해서는 우리나라 고유의 자생식물을 화장품원료로 개발하는 것이 제품을 차별화하여 경쟁력을 높일 수 있다.
화장품에 사용되는 미백원료는? 원료의 미백효과는 뛰어나도 부작용이 있거나 품질은 우수하나 고가이고 수입에 의존해야 하는 문제점 등으로 인하여 화장품에 적용할 수 있는 미백원료물질 발굴이 쉽지 않기 때문이다[2]. 화장품에 사용되는 미백원료로는 피부의 멜라닌색소 합성을 저해하는 것과 이미 생성된 멜라닌색소를 벗겨내는 박피제 등이 있다[3,4].
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참고문헌 (19)

  1. Cho, W. G., "Comparison of Drug Delivery Using Hairless and Pig Skin," J. Korean Oil Chemists' Soc., 24(4), 410-415 (2007). 

  2. Lee, Y. H, Park, S. S, Lee, S. w, Lee, S. H, Park, K. H, Choi, Y. J., and Gal, S. W., "Whitening Effect of Mycelial Culture Broth of Paecillomyces Japonica in the Mixture of Cucumber and Grape Extract," J. Life Sci., 16(5), 870-875 (2006). 

  3. Smit, N., Vicanova, J., and Pavel, S., "The Hunt for Natural Skin Whitening Agents," Int. J. Mol. Sci., 10, 5326-5349 (2009). 

  4. Maeda, K., and Fukuda, M., "In Vitro Effectiveness of Several Whitening Cosmetic Components in Human Melanocytes," J. Soc. Cosmet. Chem., 42, 361-368 (1991). 

  5. Kwon, J.-H., Byun, M.-W, and Kim, Y.-H., "Chemical Composition of Acacia Flower (Robinia pseudo-acacia)," Korean J. Food Sci. Technol., 27(5), 789-793(1995). 

  6. Shin, J. Y., "Screening of Natural Products That Have Activities Against Skin-aging," Korean J. Food Nutr., 14(6), 568-572 (2001). 

  7. Ra, K. S, Shu, H. J., Chung, S. H., and Son, J. Y., "Antioxidant Activity of Solvent Extract from Onion Skin," Korean J. Food Sci. Technol., 29(3), 595-601 (1997). 

  8. "Guideline for Efficacy Evaluation of Functional Cosmetics," Korean Food & Drug Administration (2005). 

  9. Ishihara Y., Oka M., Tsunakawa M., Tomita K., Hatori M., Yamamoto H., Kamei H., Miyaki T., Konishi M., and Oki T., "Melanostatin. A new melanin synthesis inhibitor: Production, Isolation, Chemical properties, Structure and Biological Activity," J. Antibiot, 44(1), 25-31 (1991). 

  10. Chung, S. H, Moon, Y. J., Kim, S. G., Kim, K. Y., Lee, K. T., Kim, H. K., and Whang, W. K., "Isolation of Flavonoides from Carthami Flos and Their Antibiotic Activity," Yakhak Hoeji., 52(4), 241-251 (2008). 

  11. Marklund, S., and Marklund, G., "Involvement of Superoxide Anion Radical in the Autoxidation of Pyrogallol and a Convenient Assay for Superoxide Dismurase," Eur. J. Biochem., 47, 469-474 (1974). 

  12. Tominaga, H., Ishiyama, M., Ohseto, F., Sasamoto, K., Hamamoto, T., Suzuki, K., and Watanabe, M., "A water-soluble Tetrazolium Salt Useful for Colorimetric Cell Viability Assay," Anal. Commun., 36, 47-50 (1999). 

  13. Jo, J. S., Ku, B. M., Kang, S. S., Lee, J. R., Kim, Y. G., Lee, H., Kim, S. B., Kim, S.-W., Kim, C.-J., and Chung, I.-Y., "Anti-wrinkle Activity of ${\beta}$ -carotene Extracted & Purified from Recombinant Escherichia coli," Korean J. Biotechnol. Bioeng., 23(6), 513-518 (2008). 

  14. Chang, T.-S., "An Updated Review of Tyrosinase Inhibitors," Int. J. Mol. Sci., 10, 2440-2475 (2009). 

  15. Yang, E.-S., Hwang, J.-S., Choi, H.-C., Hong, R.-H., and Kang, S.-M., "The Effect of Genistein on Melanin Synthesis and In vivo Whitening," Korean J. Microbiol. Biotechnol., 36(1), 72-81 (2008). 

  16. Woo, Y. M., Kim, A. J., Kim, J., and Lee, C. H., "Tyrosinase Inhibitory Compounds Isolated from Persicaria tinctoria Flower," J. Appl. Biol. Chem., 54(1), 47-50 (2011). 

  17. Son, H.-U., Lee, S. H., Kim, M.-A., Park, H.-J., and Lee, S.-H., "Comparison of Melanogenesis-Inhibiting Activity by Extracts of Prunus persica Flower and Calyx," Korean J. Food Preserv., 19(6), 946-950 (2012). 

  18. Kwak, J.-H., and Han, Y.-H., "Tyrosinase Inhibitory Activity of Macrolepiota procera," Korean J. Mycol., 38(2), 202-204 (2010). 

  19. Song, H. S., Moon, H. J., Park, B. E., Choi, B. S., Lee, D. J., Lee, J. Y., Kim, C. J., and Sim, S. S., "Anti-oxidant Activity and Whitening Activity of Bamboo Extracts," Yakhak Hoeji., 51(6), 500-507 (2007). 

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