KR101065443B1 - 마황의 피부 노화억제 활성을 위한 식용소재 나노입자화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마황의 피부 노화억제 활성을 위한 식용소재 나노입자화 방법 및 그 생산물에 관한 것으로서, 이는 기본적으로 레시틴으로 마황의 저온열수추출물을 나노입자화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 마황의 지용성 레시틴 나노 입자화를 통해, 마황 특유의 냄새에 대한 거부감 없이 저온 추출로 용출된 유용 생리 활성 물질이 효과적인 방법으로 피부에 전달될 수 있어, 미백활성 증진을 위한 향장품으로서의 마황의 가치가 크게 증진된다.

마황, 나노입자, 리포솜, 노화방지

Description

마황의 피부 노화억제 활성을 위한 식용소재 나노입자화 방법{The preparing method of Ephedra sinica nanoparticle}

본 발명은 마황[麻黃, Ephedra sinica]의 피부 노화억제 활성을 위한 식용소재 나노입자화 방법 및 그 생산물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식용소재인 레시틴(lecithin) 제재를 이용하여 마황을 나노 입자화함으로써 마황의 화장품으로서의 기능을 재발견하고 그 활성을 극대화한 기술에 관한 것이다.

본 발명은 호흡기 질환의 치료 및 면역 증진 효과가 뛰어나 한방에서 한약재로 널리 쓰이고 있지만 특유의 향이 진하여 향장품 및 의용소재로서의 가치를 인정받지 못하고 있는 마황 소재의 지용성 나노 입자화를 통해, 체내 침투율을 높여 미백활성을 올리는 동시에 향장품으로서 단점을 극복하도록 함으로써 마황의 유용성을 극대화하고자 한다. 본 발명은 마황의 생리 활성을 근거로 한 생물 소재 탐색의 최초 시도로서 가치가 있다.

최근 대기의 오염이 심각해짐에 따라 오존층의 파괴가 가속화되고 있어 자외 선으로부터 깨끗한 피부를 지키기 위한 노력도 많아지고 있다. 이런 경향에 따라 미백 효과가 있는 향장품에 대한 인기가 날로 높아지고 있다.

특히, 유해한 화학 성분을 대체할 수 있는 천연물이나 한약재를 이용한 기능성 화장품이 주목받는 상황으로서 기능성 성분과 항산화 물질이 함유된 열매나 식물을 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 연구에 의하면 과실은 암이나 심장마비와 같은 다양한 질병의 위험을 감소시키는 데 크게 기여한다고 보고되고 있다.

본 발명에서 소재로 삼은 마황(Ephedra sinica)은 중국 북부, 몽골 등지에 주로 분포하고 그 길이가 30∼70cm로 기존 연구에서 발한, 해열, 항염증에 효과가 있다고 보고되었으며, 실제로 한약재로서 천식치료 및 열병을 다스리는 데 쓰이고 있다. 또한 마황의 알카로이드 성분인 Ephedrine과 Pseudoephedrine, ephedroxane, norephedrine 등의 체액성 면역과 관련된 약리작용이 연구 보고되었다. 이외에도 마황의 알러지성 피부염 억제 효과에 대해 보고된 바 있다.

그런데 마황을 기존의 열수 추출방법으로 추출할 경우, 낮은 추출효율과 이로 인한 큰 에너지 소비, 열로 인한 유용성분의 파괴, 단백질의 변이, 성분의 손실 등의 단점이 발견된다.

이에 본 발명에서는 저온 열수 추출법을 도입하여 마황의 유용 생리 활성 물질 용출 증진, 물성 유지, 기능성 향상을 이루고자 한다. 마황의 가공에서 열처리는 소화성을 향상시키는데, 그중에서도 화학변화가 많이 일어나는 고온 처리에 비하여 저온 처리는 화학적으로 큰 변화를 일으키지 않는 장점이 있다. 따라서 저온 추출은 마황 내 주요 성분을 크게 변성시키지 않아 신선감을 유지시킬 수 있을 뿐 아니라 기존의 고온처리에 의한 마황의 조직감 및 풍미 저하 등을 극복할 수 있는 대안으로 생각된다.

한편, 사람의 피부는 체표를 덮은 조직으로서 물리적·화학적으로 외계로부터 신체를 보호하는 동시에 전신의 대사(代謝)에 필요한 생화학적 기능을 영위하는, 생명유지에 불가결한 기관이다. 피부에서의 효소 활성은 간장에서의 효소 활성과 비교했을 때 30배 이상 적게 나타난다. 효소의 활성이 적다는 것은 유용 생리 활성 물질을 체내로 통과시키기 용이하다는 것을 의미한다. 진피의 상부에는 혈관과 림프관이 존재하고 각질층과 표피층이 있다. 피부의 진피는 3∼5mm의 결합조직인 매트릭스와 콜라겐 섬유로 구성되어 있기 때문에 진피 상부의 혈관을 통해 체내 순환계로 유용물질의 대사를 이행시키는 것이 가장 이상적이다. 다른 한편, 마황은 호흡기 질환의 치료 및 면역 증진 효과가 뛰어나 한방에서 한약재로 널리 쓰이고 있지만 특유의 향이 진하여 향장품 및 의용소재로서의 가치를 인정받지 못하고 있다.

본 발명의 발명자들은 진피 상부에서 마황 추출물의 유용물질이 쉽게 통과하도록 하는 동시에, 그 특유의 향에 의해 향장품으로서 단점을 가진 마황의 소재상 문제점을 극복하기 위해, 레시틴 제재를 이용하여 소수성 표면을 가지는 리포솜 형태의 나노입자를 제조하는 방안을 안출하였다.

나노기술은 나노미터(10^-9, 10억분의 1m) 수준을 제어하는 기술로서, 최근 질병치료의 새로운 수단으로 각광받고 있다. 현재 기술개발이 진행되고 있는 나노 의약품 관련기술로는 나노 약물 전달체, 의료용 나노 입자, 나노진단시약, 나노바이오 물질 등이 있다. 본 발명에서는 나노 약물 전달체 관련 기술의 일부를 한약재인 마황에 접목시켜 기존 추출물의 세포 전달 체계 수준에서의 장벽을 극복하며, 기능성 소재로서의 마황 추출물을 재평가하고자 한다.

본 발명에 이용된 레시틴은 세포구조와 대사 작용에 중요한 생체적합성 인지질의 일종으로, 사료, 습윤제, 유화제, 구운 제품과 즉석식품, 초콜릿, 화장품, 비누, 염료, 살충제, 페인트, 플라스틱에 사용된다. 순수한 레시틴은 희고 부드러우며, 공기 중 상온에 방치하면 검어지는 물성이 있다. 본 발명에서 사용한 레시틴은 내외용재 겸용으로 널리 사용되므로 피부 노화 억제 활성을 위한 향장품의 개발에 유리하게 작용할 수 있다.

앞에서 기재한 바에 의하여 이미 어느 정도 암시되었지만, 본 발명의 목적은 종래 행해져오던 고온 추출법에 따른 문제점을 극복하여 마황의 유용 생리 활성 물질 용출 증진, 물성 유지, 기능성 향상을 꾀하는 데 있다.

본 발명은 또한 마황이 가진 특유의 향을 제거하여 향장품으로서의 가치를 극대화하는 데 그 목적이 있다.

아울러 피부에서 흡수가 용이하도록 하여 한약재인 마황 성분의 효율적인 체 내 전달을 제고하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 발명자들은 마황에 저온 열수 추출 공정을 적용하여 한약재의 유용 성분 용출을 유도하고, 식용소재인 레시틴 나노입자 제조 공정을 적용한 다음, 피부 미백과 관련된 생리활성 측정을 통해 상기 공정의 특정 조건에 대한 효과적인 기능을 확인하였다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레시틴으로 마황의 저온열수추출물을 나노입자화하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 마황의 피부 노화억제 활성을 위한 식용소재 나노입자화 방법은,

(1) 마황을 분쇄하는 단계;

(2) 분쇄된 마황을 10배수의 증류수를 용매로 하여 60℃에서 24시간 동안 저온 열수 추출하는 단계;

(3) 위 열수 추출물을 감압여과장치로 여과·농축한 다음, 동결건조를 하여 파우더로 만드는 단계;

(4) 위 파우더를 1mg/ml의 농도로 증류수에 녹이는 단계;

(5) 전술한 단계들과는 별도로 용기에서 레시틴을 클로로포름과 혼합하여 녹인 후 감압기를 이용해 클로로포름은 날리고 레시틴의 멀티레이어(multilayer)를 형성하는 단계; 및

(6) 완전히 건조되어 레이어가 형성된 (5)의 용기에 (4)의 액상 마황 추출시료를 넣고, 초음파 분산기로 균일화시켜 수용성 나노입자를 제조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 레시틴으로 마황의 저온열수추출물을 나노 입자화하여 제조되는 마황의 피부 노화억제 활성을 위한 식용소재 나노입자인 것을 특징으로 한다.

또한 전술한 방법에 따라 제조되는, 마황의 피부 노화억제 활성을 위한 식용소재 나노입자인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 최근 한약재의 효율적인 체내 전달에 대한 관심이 높아짐에 따라 한방소재에 대한 연구 범위가 넓어지고 있으며 피부 미백과 천연 화장품에 대한 관심이 증폭되는 상황에서, 마황의 유용성분의 효과적인 체내 전달을 위한 저온 추출법에 의한 나노 입자화를 접목시킨 것을 특징으로 한다. 저온 추출법을 통해 지금까지 고온 열수 추출방법으로 인해 독성이 증가하거나 생리활성 물질의 변성이 일어나는 현상을 막을 수 있으며, 나노 입자화를 통해 마황의 유용성분의 효과적인 체내 전달이라는 성과 외에, 마황이 가진 특유의 향이 완화될 수 있어 향장품으로서의 가치를 대폭 높일 수 있다. 그 효과에도 불구하고 특유의 향으로 인해 대중으로부터 한방소재 향장품으로의 사용에 거부감을 낳았던 단점을 개선할 수 있는 것이다.

더 구체적으로, 본 발명에서는 마황 추출물을 식용소재인 레시틴을 이용하여 소수성 표면을 가지는 리포솜 형태로서 100∼200nm 크기의 미세한 나노 입자로 제조함으로써 표피 투과가 용이하게 하고 200nm 크기의 세포 간극에 의한 피부 투과 장벽을 극복할 수 있게 한다. 나노입자화한 마황의 효과적인 세포 투과 기능은 적은 농도의 추출물로도 높은 활성을 기대할 수 있으므로 비용과 시간 면에서 경제적이다. 마황 수용성 추출물의 지용성 나노입자는 투과 장벽이 상대적으로 큰 인간의 피부에 효과적으로 침투하여 유용물질의 효과를 극대화하게 된다.

물질은 나노미터(10^-9m) 스케일에서 새로운 물리화학적 특성을 나타내게 되고, 이러한 특성들을 잘 활용하여 기존에 구현하지 못했던 많은 기술적 성과들을 얻을 수 있다. 나노입자는 인체에 쉽게 침투할 수 있기 때문에 순환을 통하여 각기 다른 신체 부위로 전달되며, 본 발명의 공정에 따라 발생하는, 소수성 표면을 갖는 리포솜은 분자성 약물의 운반을 용이하게 하여 세포에 대한 친화성을 증가시킨다. 일반적으로 수용성 성분은 용매에 이온상태로 존재하여 그 활용성이 높을 것으로 기대되지만, 그럼에도 인체 피부의 내피세포는 인지질로 구성되어 있어 수용성 성분이 침투하기 어려운 구조로 되어 있다. 따라서 수용성 물질의 세포내 침투 효율 향상을 위해서 활성물질을 유상이 포집한 리포솜 형태로 제조하고 이를 생체에 적용시켜 높은 침투력 및 생체활용성을 나타내고자 하였다.

본 발명은 천연 한약재인 마황의 효율적인 추출 및 피부 투과 장벽의 극복 등을 고려해 고안된 것으로, 본 발명에 따르면 60℃의 저온 추출 공정을 통해 마황으로부터 활성 물질의 파괴 없이 목적하는 활성 물질을 얻을 수 있다.

또한 마황의 지용성 레시틴 나노 입자화를 통해, 마황 특유의 냄새에 대한 거부감 없이 저온 추출로 용출된 유용 생리 활성 물질이 효과적인 방법으로 피부에 전달될 수 있어, 미백활성 증진을 위한 향장품으로서의 마황의 가치가 크게 증진된다.

본 발명은 견고한 세포벽을 가지고 있는 마황을 저온에서 추출하기 때문에 온도에 의한 성분의 변화가 적어 기능성 식품 및 향장 소재의 추출 공정에 활용 가치가 높다. 또한 마황 추출물을 소수성 표면을 가지는 리포솜 형태로서, 식용소재인 레시틴을 이용하여 100∼200nm 크기의 미세한 나노 입자로 제조함으로써 표피 투과가 용이하게 하고 200nm 크기의 세포 간극에 의한 피부 투과 장벽을 극복할 수 있게 한다.

본 발명은 저온 추출 공정에 의한 마황을 생체적합성 소재인 레시틴으로 나노 입자화 함으로써, 추출물 자체의 온도 상승을 수반하지 않고 신속히 유용물질의 생성을 유도하고, 나노 입자 제조 공정 후에도 피부 내에서 물리적, 화학적 및 영양학적 특성을 유지할 수 있는 장점을 가진다. 특히, 마황 특유의 한약재가 가지는 진한 향으로 인해 한방 향장품으로의 응용 사례가 적었던 것을 고려해 레시틴 제재로 나노입자화 함으로서 은은한 향을 가지고 활성은 증진되는 효과를 가진다.

국내에서는 나노 관련 연구는 많이 진행되고 있는 반면 마황의 유용 성분을 이용하여 나노 바이오 기술에 의한 나노 입자화 하는 기술에 대한 연구 및 이를 이용한 제품 개발에 대한 내용은 보고된 바 없으며 이러한 기술은 본 연구진이 국내에서 유일하게 보유하고 있는 기술이다.

발명자들은 피부 미백 효과 실험에서 저온 추출 공정을 통해 얻은 마황 추출물의 나노 입자화가 종래의 일반적인 추출 공정을 통한 마황 추출물과 비교하여 나타내는 차이를 알아보았다. 이하 본 발명을 실시예와 함께 상세히 설명한다.

1. 시료 전처리 공정

추출하고자 하는 국내산 마황을 적당한 크기로 분쇄하였다. 마황 시료는 수직 환류 냉각기에 부착된 추출 플라스크에, 10배 중량의 증류수에 침지시켜 60℃에서 24시간 열수추출을 하였다.

얻어진 추출물을 감압여과장치(Rotary Vacuum Evaporator N-N series, EYELA)로 여과·농축한 다음, 동결건조를 하여 파우더를 얻었다.

2. 나노 입자화 공정

나노 입자화한 마황의 생체활용성 증진 효과의 탐색을 해보기 위해, 미백 효과가 기대되는 마황 추출물과 식용 지용성 레시틴 제재로 나노파티클(nanoparticle)을 제조하였다.

이를 위해 60℃ 증류수 추출 시료 50mg을 1mg/ml의 농도로 증류수에 녹였다. 그리고 둥근바닥플라스크에 레시틴과 유기용매인 클로로포름을 소량 넣어 녹인 후 감압기를 사용해 multilayer를 형성시켰다. 완전히 건조되어 클로로포름이 제거되도록 한 다음, layer가 형성된 둥근바닥플라스크에 액상의 마황 추출시료를 넣고, 초음파 분산기를 이용하여 25℃에서 2시간 동안 Amp 38%, 펄스 7:5의 조건으로 균일화시켜 수용성 나노입자를 제조하였다. 그리고 이를, 전하차에 의해 나노입자의 변성이 일어나지 않도록 유리로 된 병에 보관하였다.

3. 나노입자의 관찰

발명자들은 다른 식용 소재인 젤라틴과 키토산으로 포집한 마황 나노입자의 구조를 본 발명에서 사용한 레시틴의 구조와 비교하였다. 젤라틴 나노입자는 유기용매인 클로로포름 대신 45℃의 증류수를 소량 넣어 녹인 후 감압기를 사용해 multilayer를 형성시켰고, 키토산 나노입자는 1% 아세트산을 소량 넣어 녹인 후 감압기를 사용해 multilayer를 형성시켰다. 이하의 나노 입자 제조 과정은 레시틴 나노입자 제조공정과 동일하다.

나노입자의 구조는 대상 시료에 전자선을 쏘여 전자선이 통과해서 나온 전자를 확대하여 관찰하는 원리인 투과전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 관찰 결과, 레시틴으로 포집한 마황 나노입자가 다른 소재로 코팅한 나노입자에 비해 안정적으로 분포함을 확인하였다. 같은 배율의 TEM 사진 1에서 레시틴 마황 나노입자는 젤라틴, 키토산 나노입자와 비교했을 때 더 많은 양의 추출물을 포집하며, 나노입자 특유의 동그란 모양이 더 고르게 분포한다.

또한 DLS(dynamic light scattering)로 생성된 각각의 나노입자의 크기를 측정한 결과 표 1과 같은 데이터를 얻었다(표 1). 레시틴으로 제조한 마황 나노입자의 분포에 대해서도 데이터를 얻었다(그래프 1). 나노입자의 크기와 분포의 분석을 통해 식용 레시틴 소재로 나노입자화 했을 때 피부 세포 투과에 가장 최적의 조건이 될 수 있는 100∼200nm 사이의 나노입자가 생성되었음을 알 수 있다.

그래프 1. 레시틴으로 제조한 마황 나노입자의 분포 (DLS)

4. 생리활성 효과의 검증

본 발명으로 인한 추출물의 수율 증진을 통한 생리활성 효과를 알아보기 위한 일환으로, 위에서 얻은 마황 추출물의 나노입자를 이용하여 추출물의 세포 독성 실험을 실시하였다. 본 실험에서는 1㎎/㎖의 시료 첨가를 통해 인간 신장 세포인 HEK293 (Kidney nomal, Human, ATCC, USA)의 정상세포 독성을 알아보았다. 세포독성 측정을 위해서 SRB assay를 이용하였다. 마황 레시틴 나노시료의 HEK293 cell 정상세포 독성을 나노 입자화 하지 않은 마황 열수추출물과 비교함으로써, 세포 독성을 확인하였다(그래프 2).

그 결과 레시틴으로 포집한 마황 나노입자와 열수 추출에 의한 마황 추출물의 정상세포 독성이 비슷한 수치로 기록되었다. 생체에 무해한 유상의 소재인 레시틴으로 나노입자를 리포솜화 하였기 때문에 전체적인 세포 독성이 낮게 나타난 것으로 사료된다. 마황의 레시틴 나노입자화가 기존의 열수추출방법에 비해 세포 독성을 근소하게 증가시키지만 기존의 열수추출물의 세포독성과 오차범위 이내의 차이를 보이므로 세포에 유해하지 않으며 생체에 효과적으로 작용할 수 있을 것으로 사료된다.

그래프 2. 레시틴으로 포집한 마황과 일반 열수추출물의 정상세포 독성 비교

5. 멜라닌 생성에 미치는 영향 검증

다음은 마황을 60℃ 저온에서 24시간 동안 열수 추출한 보통의 마황 열수 추출물과 이를 레시틴으로 포집한 나노 추출물로 분류하여, Clone M-3 세포주 melanin 생성에 미치는 영향을 알아보기 위해서 각각 12.5, 25, 50 ㎍/㎖의 농도로 샘플 처리하여 멜라닌 생성량을 측정하였다(그래프 3).

Melasolv는 대조군으로서 미백제로 알려진 합성물질이며 처리 시 56%의 활성을 보인다. 마황은 레시틴으로 나노입자화 한 조건의 추출물이 60%가 넘는 멜라닌 생성 저해율을 보인다. 미백제로 사용되는 Melasolv와 비교했을 때 60%가 넘는 높 은 비율로 미백작용을 하는 레시틴 소재 나노입자는 보통 열수 추출로 용출되어 나오지 못했던 유용생리활성 물질이 나노 제조 공정을 통해 용출되어 나온 것으로 사료된다.

그래프 3. 추출공정에 따른 멜라닌 생성 저해율 (%)

위와 같이 발명자들은 본 발명을 통해 식용 소재인 유상의 레시틴을 사용한 마황 추출물의 나노 입자화는 피부 노화 억제 활성을 지님을 밝혔다.

본 발명은 레시틴을 이용해 포집한 마황 추출물이 피부 미백 효과를 증진시킬 수 있다는 점과 향장품으로 활용하기 위해 한약재 특유의 진한 향을 완화시킬 수 있다는 점을 특징으로 한다. 유상의 레시틴 소재를 이용한 마황 수용성 추출물 은 젤라틴 및 키토산으로 포집한 마황 추출물과 비교했을 때 피부 투과에 안정적인 크기로 나노입자화 할 수 있다는 점과 나노 공정 이후 고른 분포를 가진다는 점을 통해 향장품으로의 가능성을 찾을 수 있었으며, 정상 세포독성 실험과 멜라닌 세포의 미백 활성 실험을 통해 피부 노화 억제 활성을 가지는 소재로의 적합성을 검증하였다.

국내에서 나노 관련 연구는 많이 진행되고 있는 반면 마황의 유용 성분을 이용하여 나노 바이오 기술에 의해 유상의 레시틴 제재를 사용해 나노 향장품으로 발전시키는 기술에 대한 연구 및 이를 이용한 제품 개발에 대한 내용은 보고된 바 없으며 본 발명의 기술은 본 연구진이 국내에서 유일하게 보유하고 있는 기술로서 가치가 있다 하겠다.

Claims (4)

1. 삭제
2. (1) 마황을 분쇄하는 단계;

   (2) 분쇄된 마황을 10배수의 증류수를 용매로 하여 60℃에서 24시간 동안 저온 열수 추출하는 단계;

   (3) 위 열수 추출물을 감압여과장치로 여과·농축한 다음, 동결건조를 하여 파우더로 만드는 단계;

   (4) 위 파우더를 1mg/ml의 농도로 증류수에 녹이는 단계;

   (5) 전술한 단계들과는 별도로 용기에서 레시틴을 클로로포름과 혼합하여 녹인 후 감압기를 이용해 클로로포름은 날리고 레시틴의 멀티레이어(multilayer)를 형성하는 단계; 및

   (6) 완전히 건조되어 레이어가 형성된 (5)의 용기에 (4)의 액상 마황 추출시료를 넣고, 초음파 분산기로 균일화시켜 수용성 나노입자를 제조하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는,

   마황의 피부 노화억제 활성을 위한 식용소재 나노입자화 방법.
3. 삭제
4. 삭제