[논문]초임계 유체 기술을 이용한 제주산 갈조류의 화장품 소재로서의 가능성 평가

최하영; 최나영; 손명수; 김덕수; 이현주

doi:10.5762/kais.2020.21.1.698

초임계 유체 기술을 이용한 제주산 갈조류의 화장품 소재로서의 가능성 평가
Assessment of the possibility as Cosmetics Materials by Brown algae from Jeju Island Using Supercritical Fluid System 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.1, 2020년, pp.698 - 704

최하영 ((주)웰니스라이프연구소) , 최나영 ((주)웰니스라이프연구소) , 손명수 ((주)웰니스라이프연구소) , 김덕수 (제주대학교 화학코스메틱스학과) , 이현주 ((주)웰니스라이프연구소)

초록
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제주산 생물자원을 이용하여 화장품 소재 추출물들이 개발되고 있으나, 제주산 갈조류를 활용하여 연구된 경우는 드물다. 본 연구를 통해 제주산 갈조류에서 항산화 성분이 높은 소재를 찾아 미백 효과를 살펴보고 이를 바탕으로 화장품 소재로서의 활용될 가능성을 평가했다. 제주산 갈조류(미역, 다시마, 감태, 톳, 모자반)을 초임계 이산화탄소 추출장비로 처리하여 이화학적 특성 측정과 피부 일차 자극 실험을 위한 시료로 사용했다. 각 시료들은 초임계 이산화탄소 추출장비로 온도 50℃, 압력 400bar에서 처리한 후, 총 페놀 함량, 항산화능, Tyrosinase 활성, 그리고 피부 일차 자극을 측정했다. 각 시료의 총 페놀 함량은 처리된 모자반에서만 농도 의존적으로 검출되었다(p<0.05). 처리된 시료 중 모자반의 항산화능이 유의적으로 높았으며(p<0.05), 농도에 따라 항산화 활성이 높은 것으로 확인되었다(p<0.05). 그러나 Tyrosinase 활성 억제는 처리된 톳에서 가장 높게 나타났다(p<0.05). 처리된 모든 시료의 피부 일차 자극 실험에서는 소재의 종류에 관계없이 피부에 자극이 없는 것으로 측정되었다. 본 연구를 통해 제주산 갈조류가 화장품 소재로서 가능성이 있다는 것을 확인했으며, 각 갈조류가 가진 이화학적 특성에 따라 소재를 선택적으로 사용할 필요가 있다고 판단했다.

Abstract ▼ AI-Helper

Although various biological extracts derived from the resources from Jeju are currently being developed for cosmetic materials, few studies using Brown algae from Jeju have been conducted. This study identified materials with high antioxidant levels and examined their whitening effects to assess their feasibility as potential cosmetic resources. Brown algae from Jeju (Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar, Laminaria japonica, Ecklonia cava, Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura (HF), and Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh (SF) were processed using a supercritical fluid system at 50℃ and 400 bar, and their total phenol content, antioxidant activity, tyrosinase inhibition, and primary skin irritation were measured. Of all the samples, only SF using the supercritical fluid system (SFS) displayed concentration-dependent behavior for the total phenol content (p<0.05). Among the samples, the antioxidant activity of SFS was significantly higher (p<0.05) and the one increased at higher concentrations (p<0.05). On the other hand, tyrosinase was inhibited to a greater extent with HF than the others. The primary skin irritation tests showed that none of the samples were skin irritants. This study confirmed the feasibility of using Phaeophyceae from Jeju as potential cosmetic materials, where the samples can be selected and utilized based on the required physicochemical properties.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Grinded brown algae from Jeju; Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar (UP), Laminaria japonica (LJ), Ecklonia cava (EC), Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura (HF), and Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh (SF)
표 Table 1. Standards of Skin irritation
표 Table 2. Standards of skin patch test
표 Table 3. Extraction yield of the supercritical fluid system on Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar (UP), Laminaria japonica (LJ), Ecklonia cava (EC), Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura (HF), and Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh (SF)
표 Table 4. Total phenol contents of extracts from the supercritical fluid system on Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar (UPS), Laminaria japonica (LJS), Ecklonia cava (ECS), Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura (HFS), and Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh (SFS)
그림 Fig. 2. 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavening activity (%) of extracts from the supercritical fluid system on Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar (UPS), Laminaria japonica (LJS), Ecklonia cava (ECS), Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura (HFS), and Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh (SFS) ; Data represent the mean with standard deviations (n=3). (p< 0. 05, Duncan's test).
그림 Fig. 3. Mushuroon tyrosinase activity (% of control) of extracts from the supercritical fluid system on Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar (UPS), Laminaria japonica (LJS), Ecklonia cava (ECS), Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura (HFS), and Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh (SFS) * Data represent themean with standard deviations (n=3). (p< 0. 05, Duncan's test).
표 Table 5. Evaluation of patch test of extracts from the supercritical fluid system on Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar (UPS), Laminaria japonica (LJS), Ecklonia cava (ECS), Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura (HFS), and Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh (SFS)

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구의 목적은 (1) 제주산 갈조류에서 항산화 성분이 높은 소재를 찾아, (2) 미백 효과를 살펴보고, (3) 피부 일차 자극 시험을 통해 화장품 소재로서의 가능성을 평가하는 것이다.

제안 방법

본 연구는 초임계 기술을 이용하여 제주산 갈조류에서 항산화 성분이 높은 소재를 찾은 뒤, 각 소재의 미백 효과를 알아보고, 피부 일차 자극 시험을 통해 천연 화장품 소재로서의 활용 가능성을 평가했다. 초임계 기술을 이용 하여 제주산 갈조류 5종을 추출한 결과, 추출 수율에 따른 차이가 나타나지 않았다.
초임계 기술을 이용한 제주산 갈조류의 화장품 소재로 서의 활용 가능성을 평가하기 위한 피부 일차 자극 시험을 실시했다. UPS, LJS, ECS, HFS, 그리고 SFS로 피부 일차 자극 시험을 시행한 결과, Table 5의 결과처럼 처리군과 시간의 경과에 관계없이 피부에 자극이 없는 것으로 나타났다.

대상 데이터

실험에 이용한 제주산 건조 갈조류(Brown Algae) 5종으로 미역(Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar, UP), 다시마(Laminaria japonica, LJ), 감태 (Ecklonia cava, EC), 톳(Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura, HF), 모자반 (Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh, SF)은 제주도 제주시 소재의 동성상사에서 구매했다. 구입한 각 갈조류의 소금기를 제거하기 위해 물에서 2시간 동안 불린 뒤, 흐르는 물로 세척했다.
실험에 이용한 제주산 건조 갈조류(Brown Algae) 5종으로 미역(Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar, UP), 다시마(Laminaria japonica, LJ), 감태 (Ecklonia cava, EC), 톳(Hizikia fusiforme (Harvey) Okamura, HF), 모자반 (Sargassum fulvellum (Turner) C. Agardh, SF)은 제주도 제주시 소재의 동성상사에서 구매했다.
본 연구는 인체를 대상으로 수행한 실험으로서 ㈜OATC에서 연구윤리 심의를 거쳐 실험을 실시했다. 피부 첩포실험을 위한 시험대상자는 만 20~60세 성인남녀 31명(평균연령 46.23세)을 대상으로 피부 질환, 급 만성 신체 질환이 없는 건강한 사람으로 선정했다. 시험에 참여한 지원자들은 시험이 진행하기에 앞서 시험자가 알아야 할 사항에 대하여 충분히 설명을 듣고 자발적으로 동의서를 작성하여 시험에 참여했다.

데이터처리

실험을 통해 얻은 이화학적 특성 데이터들은 SPSS (Ver. 18, SPSS Inc., Chicago., IL, USA)의 일원 분산 분석(one-way ANOVA)을 실시하였고, Duncan 다중 범위 검증(Duncan’s multiple range test)을 이용하여 유의수준 5%에서 시료간의 유의차를 검증했다.

이론/모형

Frosch & Kligman, CTFA guideline (The Cosmetic Toiletry and Fragrance Association, Safety testing guidelines)에 근거하여 피부반응도를 판독하고, 수식 3 의 피부자극지수(Grade of Skin irritation)로 산출했 다. Draize 방법을 응용하여 생성된 Table 1의 피부자 극지수표(Standards of Skin irritation)를 참조하여 시험 물질의 피부자극 정도를 활용했다.
각 시료의 총 페놀함량 측정을 위해 Choi 등의 방법에 따라 95% 메탄올(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)에 농도 별로 희석한 분석시료 80 μL과 Folin-Ciocalteu's phenol reagent (Sigma-Aldrich Co.
Tyrosinase는 멜라닌 생성 반응의 속도를 조절하는 핵심적인 효소로서, 이 효소의 활성 저해는 멜라닌생성을 저해하는 결과를 유도할 수 있다. 본 실험은 멜라닌이 합성되는 연쇄 산화 과정 중 기질-효소반응의 속도를 비색 법으로 측정하는 방법으로서 효소로는 mushroom tyrosinase를, 기질로는 L-DOPA를 이용했다. 각 시료 는 0.
시험에 참여한 지원자들은 시험이 진행하기에 앞서 시험자가 알아야 할 사항에 대하여 충분히 설명을 듣고 자발적으로 동의서를 작성하여 시험에 참여했다. 본 실험은 식품 의약품 안전처의 화장품 가이드라인, 헬싱키선언에 따라 시행 했다. 첩포 부위는 피험자의 척추를 제외한 등의 평평한 부위로 착색이나 피부손상이 없는 부위로 했으며, 피험자 등을 70% 에탄올로 닦아 낸 뒤 건조시키고, UPS, LJS, ECS, HFS, 그리고 SFS를 IQ chamber (IQ-UL, Chemotechnique MB Diagnostics AB, Modemgatan 9, SE-235 39, Vellinge, Sweden)에 20 ㎕ 로딩하여 피부에 고정한 후 24시간 동안 부착했다.
시료의 항산화능 측정은 Choi 등의 방법을 이용했다 [7]. 95% 메탄올(Sigma-Aldrich Co.

성능/효과

초임계 기술을 이용한 제주산 갈조류의 총 페놀함량은 Table 4와 같다. UPS, LJS, ECS, HFS, 그리고 SFS의 총페놀함량을 각각 측정한 결과, SFS 처리군에서 총 페놀 함량이 측정되었다. 그러나 SFS에서도 20와 30% 희석한 처리군에서 각각 21.
에 나타냈다. UPS, LJS, ECS, HFS, 그리고 SFS의 항산화능을 측정한 결과, 다른 처리군보다 SFS의 항산화 능이 유의적으로 높은 것을 확인했다(p<0.05). 각 처리군을 10%, 20%, 그리고 30% 별로 희석한 후 측정하였을 때도 동일한 결과를 보였다.
05). 그리고 Tyrosinase 활성 억제 시험에서는 ECS, UPS, 그리고 HFS에서만 효과가 나타났으며, 그 중에서도 HFS가 가장 높은 Tyrosinase 활성 억제능을 보였다. 피부 일차 자극 시험에서는 처리군, 시간의 경과와는 무관하게 모두 자극이 없다고 나타났다.
피부 일차 자극 시험에서는 처리군, 시간의 경과와는 무관하게 모두 자극이 없다고 나타났다. 본 실험 결 과를 통해 제주산 갈조류가 화장품 소재로서 활용될 가능성이 있다는 것을 확인했다. 그러나 피부일차자극시험을 제외한 총 페놀함량, 항산화능의 결과가 Tyrosinase 억제 결과와 유사한 방향으로 나타나지 않는다는 것을 확인함에 따라 각 소재를 선택적으로 사용한다면 천연 화장품 소재로의 가치가 높을 것으로 예상한다.
총 페놀 함량 측정을 위해 각 처리군을 농도별로 희석하여 측정한 결과, SFS의 20, 30%에서만 페놀 성분이 확인되었다. 제주산 갈조류의 항산화능은 농도 의존적으로 나타났으며, 그중에서도 SFS 다른 처리군에 보다 유의적으로 높은 항산화능을 나타내 었다( p <0.05). 그리고 Tyrosinase 활성 억제 시험에서는 ECS, UPS, 그리고 HFS에서만 효과가 나타났으며, 그 중에서도 HFS가 가장 높은 Tyrosinase 활성 억제능을 보였다.
본 연구는 초임계 기술을 이용하여 제주산 갈조류에서 항산화 성분이 높은 소재를 찾은 뒤, 각 소재의 미백 효과를 알아보고, 피부 일차 자극 시험을 통해 천연 화장품 소재로서의 활용 가능성을 평가했다. 초임계 기술을 이용 하여 제주산 갈조류 5종을 추출한 결과, 추출 수율에 따른 차이가 나타나지 않았다. 총 페놀 함량 측정을 위해 각 처리군을 농도별로 희석하여 측정한 결과, SFS의 20, 30%에서만 페놀 성분이 확인되었다.
초임계 기술을 이용 하여 제주산 갈조류 5종을 추출한 결과, 추출 수율에 따른 차이가 나타나지 않았다. 총 페놀 함량 측정을 위해 각 처리군을 농도별로 희석하여 측정한 결과, SFS의 20, 30%에서만 페놀 성분이 확인되었다. 제주산 갈조류의 항산화능은 농도 의존적으로 나타났으며, 그중에서도 SFS 다른 처리군에 보다 유의적으로 높은 항산화능을 나타내 었다( p <0.
그리고 Tyrosinase 활성 억제 시험에서는 ECS, UPS, 그리고 HFS에서만 효과가 나타났으며, 그 중에서도 HFS가 가장 높은 Tyrosinase 활성 억제능을 보였다. 피부 일차 자극 시험에서는 처리군, 시간의 경과와는 무관하게 모두 자극이 없다고 나타났다. 본 실험 결 과를 통해 제주산 갈조류가 화장품 소재로서 활용될 가능성이 있다는 것을 확인했다.

후속연구

최근 소비자들은 화장품의 천연 성분과 관련된 인식이 높아지고 있어, 전 세계적으로 화장 품에 사용되는 천연 성분이 기초 또는 상호 보완적인 성분으로 활용되는 것에 많은 관심을 갖고 있다. 그렇기 때문에 다양한 종류의 천연 추출물이 화장품 소재로 적용 되기 위해서는 지속적으로 천연 소재 후보에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Tyrosinase는 무엇인가?	Tyrosinase는 멜라닌 생성반응의 속도를 조절하는 핵심적인 효소로서, 이 효소의 활성 저해는 멜라닌 생성을 저해하는 결과를 유도할 수 있다. 본 실험은 멜라닌이 합성되는 연쇄 산화 과정 중 기질-효소 반응의 속도를 비색법으로 측정하는 방법이다[10].
	해조류의 종류는 무엇이 있는가?	그러나 최근 몇 년간 해조류 성분이 의약, 건강식품, 그리고 화장품 소재로서의 가능성에 관해 많은 관심을 두고 있다. 특히 해조류는 광합성에 따라 색소별로 갈조류, 녹조류, 홍조류로 구분되어지며, 주로 양식에 의해 생산이 이뤄지고 있다. 그중에서도 갈조류는 페놀 성분, 항산화 능, 그리고 Tyrosinase 활성 억제능이 높은 것으로 알려져 있어 주로 산화적 손상을 줄이는데 이용된다[4,5].
	초임계 기술로 유효성분 추출이 어려운 경우는 무엇인가?	초임계 기술은 이산화탄소를 이용하고, 초임계 유체의 열역학적 및 이동 특성을 활용하기에 기존의 열수 및 유기용매 추출보다 생리활성 추출과 미세 공정에 응용되고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 추출하고자 하는 소재가 극성을 띄는 경우, 이산화탄소의 특성에 의해 유효성분 추출이 어려운 점이 있어 이를 효율적으로 전환하고자 극성 보조용매(에탄올, 메탄올 등)를 이용하여 소재의 용해성을 향상시킨다[2].

참고문헌 (10)

G. M. An, S. I. Park, M. G. Kim, M. S. Shin, Antioxidant, "Antimicrobial and Anti-inflammatory Effects of Anemarrhena asphodeloides Extracts using Supercritical Extraction" Journal of investigative cosmetology, Vol. 14, No. 4, pp. 455-462, 2018 DOI: https://doi.org/10.15810/jic.2018.14.4.007
S. H. Jung, K. S. Chang, K. H. Ko, "Physiological Effects of Curcumin Extracted by Supercritical Fluid from Turmeric (Curcuma longa L.)" Korean Journal of Food Science and Technology, Vol. 36, No. 2, pp. 317-320, 2004 DOI: https://doi.org/10.15810/jic.2018.14.4.007
S. W. Kang, E. J. Kim, Y. R. Jung, H. J. Ko, "The anti-oxidant and whitening activities of seaweeds mixture fermentation extracts" Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea, Vol.44, No.3, pp.327-334, Sep, 2018 DOI: https://dx.doi.org/10.15230/SCSK.2018.44.3.327
T. T. Dang, M. C. Bowyer, I. A. Van Altena, C. J. Scarlett, "Comparison of chemical profile and antioxidant properties of the brown algae" International Journal of Food Science and Technology, Vol.53, pp.174-181, July, 2018

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M.. J. Kim, T. K. Jung, M. H. Kim, K. S. Yoon, "In vitro screening of Jeju-island plants for cosmetic ingredients" Korean Society for Biotechnology and Bioengineering, Vol.33 No. 2, pp.76-82, April, 2018 DOI: https://dx.doi.org/10.7841/ksbbj.2018.33.2.76
H. Y. Choi, I. H. Bang, J. H. Kang, S. C. Min, "Development of a Microbial Decontamination System Combining Washing with Highly Activated Calcium Oxide Solution and Antimicrobial Coating for Improvement of Mandarin Storability" Food Engineering, Materials Science, & Nanotechnology, July, 2019 DOI: https://doi.org/10.1111/1750-3841.14719
M. H. Lee, K. H. Lee, S. Y. Choi, K. T. Kim, "Quality Properties of Ginger (Zingiber officinale Roscoe) Oleoresin by Supercritical Fluid Extraction" Journal of Food Hygiene and Safety, Vol. 26, No. 1, pp. 36-42, Feb, 2011
S.J Kim, S.O Woo, HY Yun, SS Yum, ES Choi, JR Do, JH Jo, DG Kim, SC Lee, TK Lee "Total phenolic contents and biological activities of korean extracts", Food Science and Biotechnology, Vol. 14, No. 6, 2005
M. Y. Kim, M. J. Jeon, M. R. Park, S. W. Lee, H. J. Hwang, H. J. Jang, M. S. Kang, B. K. Kim, S. T. Choi, M. Y. Park, S. H. Lee "Purification of Peat Moss Extract Using a Supercritical CO2 and Verification of Its Biological Activities", Korean Society for Biotechnology and Bioengineering, Vol. 26, pp.459-464, 2011
P Paudel, A Wagle, SH Seong, HJ Park, HA Jung, JS Choi "A new tyrosinase inhibitor from the red alga Symphyocladia latiuscula (Harvey) yamada (Rhodomelaceae)" Marine Drugs Vol. 17, No.5, 2019

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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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