대구한의대학교 화장품공학부 김수야·박재훈 교수팀

김수야 교수
박재훈 교수
               박재훈 교수
그림1. 피톤치드 웹 크롤링 분석
그림1. 피톤치드 웹 크롤링 분석

[더케이뷰티사이언스]  대구한의대학교 화장품공학부 산업품질전공 김수야, 박재훈 교수팀이 대구한의대학교 프라임사업단이 주관한 채용약정형 기업 모듈형 캡스톤디자인 프로젝트 수행으로 (주)KFST와 산학연계 MOU를 맺고 기업에서 요구하는 신제품의 기획과 제형개발을 수행하여 기업에 기술이전을 하였다.

본 연구팀은 피부와 관련된 온라인 빅데이터의 텍스트마이닝 분석결과 온난화와 미세먼지로 인한 피부손상과 노폐물 제거에 대한 관심도가 증가되고 있는 것을 파악하였다.

빅데이터 분석결과 화장품, 먼지, 정화, 피부 및 피부염, 보호, 미세 등의 검색어가 눈에 띄고 있는 실정으로 현대의 미세먼지로 인한 환경오염이 피부와 화장품과의 상관관계가 있음을 예측하고, 편백나무, 피톤치드, 소나무 등을 소재로 활용하여 미세먼지에 대항한 항균, 항염 효과가 있는 손상피부용 케어밤을 개발하게 되었다. 예비 실험을 통하여 항균 및 항염, 소취 효능이 검증된 천연 피톤치드를 함유하였고, 브랜드 파워나 인지도에 덜 민감하고 입소문 마케팅에 의존적인 영유아 화장품 시장을 타깃으로 하였다.

피톤치드는 식물에서 내뿜는 천연의 자연치유성분으로 식물이 내뿜는 살균성 물질을 총칭한다. 휘발성이 강한 테르펜류가 주성분으로 방충, 항균, 소염, 면역기능 증대 등의 효과들이 보고되어 있으며 실질적으로 피부손상을 유발하는 유해물질이 없는 삼림환경에서의 치유효과는 방송매체를 통하여 보고되었으나 피톤치드성분이 손상피부 치유효과에 대한 신뢰성 있는 보고는 빈약한 실정이다. 본 연구를 통해 식물성 피톤치드의 손상피부 발생 원인(집먼지 진드기, 황색포도상구균)에 대한 생리활성 및 효능에 관한 과학적 근거를 마련하고, 이를 토대로 화장품의 주요성분으로 적용하여 제품에 대한 신뢰성을 확보하였다. 산업의 발달에 따른 환경공해, 의식주 생활방식으로 민감성 피부나 이로 인한 손상피부 보유자가 급격히 증가하였고, 민감성 피부는 대게 피부소양증과 홍반, 따가움을 동반하며 피부건조증과 아토피 등의 손상피부로 확대될 수 있으므로 피부 화장제에서의 피부 진정작용 및 항균작용은 필수적인 요소라 할 수 있다.

그림 2. 피톤치드의 항균활성 테스트
그림 2. 피톤치드의 항균활성 테스트

연구를 통해 개발된 피톤치드를 함유한 화장제는 민감성 피부의 소양, 따가움증과 홍반 완화에 상당한 효과를 나타내었으며, 피부건조증 및 아토피 환자들의 전형적인 증세인 피부 가려움 완화, 손상된 피부 장벽의 회복에도 탁월한 효과를 보였다. ‘피톤치드’는 식물에서 내뿜는 천연의 살균성 물질로, 휘발성이 강한 테르펜류(인체 무해한 것으로 신체에 흡수된 후 피부를 자극하여 신체의 활성을 높이고 피의 순환을 원활하게 함. 심신 안정 효과 및 살균 효과)가 주를 이루고 있으며 효능은 탈취효과, 알레르기 및 피부질환 개선, 스트레스 완화, 항균효과, 소염효과, 진정작용과 쾌적 효과, 면역기능 증대효과 등으로 많은 사례를 통하여 검증되었다.

그림 3. 생활용품/의약외품에 활용되는 피톤치드 효능효과
그림 3. 생활용품/의약외품에 활용되는 피톤치드 효능효과

본 연구는 알로에베라잎추출물, 병풀추출물, 대나무추출물, 녹차추출물, 마치현추출물, 목련나무껍질추출물, 명일엽추출물 등 녹색식물 7종의 적정 배합비를 이용하여 추출한 식물성 피톤치드를 이용하였으며, 피톤치드 효능을 검증하였다. 이미 사용되고 있는 피톤치드를 활용한 생활용품 및 의약외품은 시중에 종종 판매되고 있으나 주요성분 피톤치드는 대부분 편백으로 유명한 일본산으로 수입에 의존하고 있다. 하지만 본 연구를 통하여 국내산 식물복합추출물로 이미 개별적으로 피부화장제의 원료로 널리 활용 되었고, 복합물로서 항산화 및 미백, 항염 등의 피부미용에 우수한 효과를 확인하였다. 이로써 일본산 피톤치드의 대체 원료로 활용하여 기존 제품의 품질을 업그레이드(Up-grade)하고 원가를 절감하는 효과를 불러왔다.

그림 4. 세포 내 멜라닌 합성 저해 실험
그림 4. 세포 내 멜라닌 합성 저해 실험
그림 5. 세포 내 산화스트레스 억제능 시험
그림 5. 세포 내 산화스트레스 억제능 시험

미백 효능 : 세포 내 멜라닌 합성 저해 실험

멜라닌 세포는 피부 상피 조직의 기저층에 있는 분화된 세포인데, 이 세포는 멜라닌 소체라는 특수한 기관이 있어 멜라닌을 합성한다. 멜라닌은 자외선으로부터 피부를 보호하는 기능 및 Cytotoxic radical의 Scavenger로서 역할뿐만 아니라, 기미, 주근깨와 같은 색소 침착에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 현재, 미백 원료의 효능을 평가하기 위해 가장 일반적으로 in vitro Tyrosinase 활성 억제 시험과 더불어 세포내 멜라닌 생성 저해 시험이 가장 많이 사용되고 있다. 본 실험은 세포에서 멜라닌 합성 저해실험을 통해 추출물의 미백 원료로서의 효능을 평가하였다.

항산화 효과 : 세포 내 산화스트레스 억제능 시험

세포에서의 에너지 생산에서는 미토콘드리아 호흡에 의한 부산물인 반응성 산소기(ROS, reactive oxygen species)의 생성이 수반되며 이것은 단백질, 지방 및 핵산에 손상을 가져온다. 이러한 손상으로부터 세포 자체를 보호하기 위해 세포 내의 방어체계가 작동을 하지만 유리 라디칼의 생성과 항산화 체계의 균형이 깨지면 산화스트레스가 세포에 작용하게 되어 신체노화를 비롯한 각종 성인병과 암의 주요 원인으로 작용한다. 따라서, 피부 친화적이고 안정적인 식물을 원료로 항산화제 개발을 위해, 세포 내에 형성된 활성산소의 양을 측정하여 추출물에 대한 항산화능을 평가한다. DCFH-DA(2`,7`-dichlorofluorescin-diacetate)를 이용한 Fluorimetric assay가 대표적인 평가법으로 DCFH-DA는 비극성분자로 용이하게 세포 내로 들어갈 수 있으며 세포 내의 Esterase에 의해 비형광성 극성분자인 DCFH으로 분리된 후 세포 내의 활성산소에 의해 산화되면 형광성 DCF(2`,7`-dichlorofluorescin)로 전환되고 이를 Fluorometer로 측정하는 방법이다

그림 6. 대식세포에서 Nitrite 합성 저해 측정
그림 6. 대식세포에서 Nitrite 합성 저해 측정

항염 효과 : 대식세포에서 Nitrite 합성 저해 측정

염증의 발현 기전에는 다양한 매개체가 관여하고 있으며, 그 병의 원인도 다양하다. 대식세포에 endotoxin으로 알려져 있는 LPS(lipopolysachride)를 처리하면, iNOS(inducible NOS)발현에 의해 NO 생합성이 증가하며 염증반응이 유도된다. NO는 많은 세포들이 분비하는 병리적인 2차 신호전달 물질이며, COX의 활성을 조절하고 염증반응에 상승적으로 작용한다. Raw264.7 세포에서 LPS에 의해 유도되는 NOS에 의해 생성되는 NO를 측정함으로써 추출물의 염증반응 억제 효과를 판정할 수 있다. 시료의 처리 농도는 용매를 대조군으로 하여, 최종 10, 5, 1% 의 농도로 처리하였다. 미백 효능평가 결과, 농도가 증가할수록 멜라닌생성이 감소하였으며, 시험 최고 농도인 10%에서 대조군 대비 약 14%의 멜라닌 합성 저해를 확인하였다. 또한, 항산화 시험에서도 미백과 마찬가지의 경향을 나타내었으며, 10%에서 19%의 ROS 저해 효능을 확인하였다. 항염 효능 평가 결과, 10%농도에서 15% NO 생성을 저해하는 결과를 확인하였다. 이를 활용하여 손상피부용 케어밤을 개발하고 안정성, 안전성 테스트, 제형개발을 통한 시제품을 생산하여 기업에 기술이전을 하였고, 기업의 신제품 출시에 적극 활용하였다. 본 개발 제품은 트렌드를 반영하여 미세먼지로 인해 손상된 피부 장벽의 회복과 항산화, 항염 및 미백효과를 보이고 있어, 여러 기능성 화장품으로의 활용이 가능하다. 피부트러블을 최소화한 저자극 처방으로, 피부에 자극이 될 수 있는 인공색소, 방부제, 파라벤류, 에탄올, 피이지, 탤크, 스테로이드, 미네랄오일 등을 첨가하지 않고, 피톤치드 성분의 빠른 진정효과로 트러블을 잠재우고, 피부자극 및 피부 스트레스를 완화하고 진정시켜 주는 효과가 있어, 연약한 영유아의 건조한 피부를 빠르게 회복하고 건조 및 공해, 미세먼지로 인한 가려움을 완화하며, 아토피, 건선, 태열 등의 피부손상 예방에 효과적이다.

그림 7. 천연 피톤치드를 함유한 화장품의 제형 개발
그림 7. 천연 피톤치드를 함유한 화장품의 제형 개발
그림 8. 제품 완성 사진
그림 8. 제품 완성 사진

본 기술로 인한 개발품은 (주)KFST(정창현 대표)와 산학연계 MOU를 맺고 기술이전을 통하여 기업에서 요구하는 신제품의 기획과 제형개발에 반영하여 시장에 선보이게 되었고, 다양한 국내외 마케팅을 통하여 판매될 예정이다.

REFERENCES

1. 시사상식사전, pmg지식엔진연구소, 박문각

2. 피톤치드 추출 및 가공기술과 현황, 김의회, 김영운, 한국염색가공학회, 2010.12.

3. 삼림욕과 피톤치드, 김재광, 대한토목학회

4. 한약재 혼합 추출물의 항아토피 효과, 이보경 외, 한국식품영양과학회지

5. 녹차씨 껍질 에탄올 추출물의 미백활성, 송하연 외, 한국식품영양과학회

6. 제주산 알로에베라의 항산화 효과, 설남규 외, 한국식품과학회

7. P. gingivalis에 대한 피톤치드의 항균효과, 김선규 외, 대한구강내과학회지 제 32권

8. 피톤치드의 입냄새 제거효과, 박재봉 외, 대한안면통증구강내과학회

9. 구강 상주균에 대한 편백 피톤치드의 항균효과, 어규식 외, 대한안면통증구강내과학회

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