KR101804785B1 - 슈도지마 속 균주 유래의 수소화된 mel 및 이의 용도 - Google Patents

슈도지마 속 균주 유래의 수소화된 mel 및 이의 용도 Download PDF

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윤종석
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Abstract

본 발명은 슈도지마 속 균주 유래의 수소화된 MEL 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슈도지마 속 균주가 생산하는 기존 당지질계 생물계면활성제(MEL, Mannosylerythritol lipid)로부터 수소첨가 방법을 이용하여 수득된 총 지방산 함량 대비 불포화 지방산 함량이 0 ~ 0.5%인 당지질계 생물계면활성제를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 방법으로부터 수득된 신규한 당지질(Hydrogenated MEL)은 특히 낮은 불포화 지방산 함량을 가지며, 산화 안정성이 높아 산패 및 변취, 변색 발생률이 낮고, 우수한 자기회합능(Self-assembly capacity)을 가지며, 세포의 항산화능 및 콜라겐 생합성능을 증가시키므로 다양한 산업적 응용 및 특히 화장료 조성을 위한 원재료로써 사용에 적합하므로, 관련 산업에 매우 유용하다.

Description

슈도지마 속 균주 유래의 수소화된 MEL 및 이의 용도{Hydrogenated mannosylerythritol lipid from Pseudozimma sp. and uses thereof}
본 발명은 슈도지마 속 균주 유래의 수소화된 MEL 및 이의 용도에 관한 것이다.
미생물 발효로 생산되는 당지질계 생물계면활성제(MEL, Mannosylerythritol lipid)는 통상의 화학합성 계면활성제를 대체할 수 있는 대안으로서 평가를 받고 있으며, 식품, 화장품 및 의약품 산업에 이르기까지 현재 화학산업에서 재생 가능한 기원의 원재료로서 주목받고 있다. 당지질계 생물계면활성제는 친수성(Hydrophilic)의 헤드(Head) 부분과 친유성(Hydrophobic)의 테일(Tail) 부분을 포함한다. 그 중 친유성의 테일 부분을 구성하는 지방산은 일반적으로 6 내지 22 개의 탄소 원자를 함유하고 포화된 산, 예를 들어 스테아르산, 또는 불포화된 산, 예를 들어 올레산, 리놀레산 및 리놀렌산일 수 있다. 그 중 불포화된 산의 존재는 원재료의 산화 안정성에 영향을 줄 수 있으며, 특히, 산패 및 산화, 변취, 변색 등의 품질의 저하를 야기한다.
당지질계 생물계면활성제(MEL)는 이들이 기질로 사용하는 오일의 종류에 따라 상당히 상이한 지방산 조성 및 유형을 가지며, 특히 불균일한 불포화지방산의 함유, 예를 들어 올레산, 리놀레산 및 리놀렌산의 비율 혹은 불포화지방산과 포화지방산의 비율 등은 원재료의 재현성 및 품질의 안정성에 영향을 준다. 따라서 이러한 양상은 화학합성 계면활성제를 대체하기 위한 현재의 움직임에 문제점으로 지적받고 있다.
따라서, 현재 생물계면활성제를 이용하는 모든 분야에서 이의 사용을 증진시키기 위하여, 원재료의 재현성 및 품질의 안정성이 확보된 생물계면활성제로, 이의 조성을 변화시키는 방법을 찾고 활용하는 것이 요구된다.
한편, 한국등록특허 제0599248호에서는 '발효를 이용한 당지질계 생물계면활성제의 대량 생산방법'이 개시되어 있고, 한국공개특허 제2012-0130965호에서는 '슈도짐마 속 미생물을 이용하여 당지질계 계면활성제를 제조하는 방법'이 개시되어 있으나, 본 발명에서와 같이, 슈도지마 속 균주 유래의 수소화된 MEL 및 이의 용도에 대해서는 밝혀진 바가 전혀 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 화학합성 계면활성제를 대체하기 위해 생물계면활성제를 사용할 때 발생하는 문제점을 극복하고자 생물계면활성제의 원재료의 재현성 및 품질의 안정성 증대를 위한 연구를 진행하던 중, 당지질 생물계면활성제의 수소첨가 방법은 불포화 지방산에 포함되는 이중 결합이 니켈, 백금, 팔라듐 혹은 구리와 같은 촉매 존재 하에 수소 첨가를 통해 포화될 수 있으며, 발열반응으로, 오일의 종류, 온도, 압력, 그리고 촉매의 활성 및 농도에 의해 반응속도가 달라질 수 있는 점을 확인하였으며, 특히, 본 발명의 슈도지마 속(Pseudozimma sp.) 균주로부터 분리한 당지질 생물계면활성제의 수소첨가 방법은 오일 화학 분야에서 널리 사용되는 고온 고압 조건과는 달리, 상온 상압 조건에서 유기용매를 이용하여 단시간에 보다 효과적으로 불포화 지방산을 포화시킬 수 있는 점을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 팔라듐 금속 기재의 촉매 존재 하에 특정량의 용매 및 특정 반응 조건을 설정하여, 당지질계 생물계면활성제를 구성하는 불포화 지방산을 효과적으로 포화시킬 수 있는 조건을 확인하고, 이로부터 낮은 불포화 지방산 함량을 가지며, 산화 안정성이 높아 산패 및 변취, 변색 발생률이 낮은 당지질 생물계면활성제를 제조할 수 있는 방법을 찾아내었다.
또한, 본 발명을 통해 슈도지마 속 균주 유래의 MEL에 분자 수소를 처리하여 불포화 지방산이 포화되어 제조된 수소화 MEL는 산패 안정성이 증가하고, 세포의 항산화능 및 콜라겐 생합성능을 증가시키므로, 화장료 조성물로 유용하게 사용될 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 슈도지마 속(Pseudozimma sp.) 균주 유래의 MEL(Mannosylerythritol lipid)에 분자 수소를 처리하여 불포화 지방산이 포화되어 제조된 수소화 MEL(Mannosylerythritol lipid)를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 수소화 MEL(Mannosylerythritol lipid)을 유효성분으로 함유하는 주름 예방 또는 개선용 화장료 조성물을 제공한다.
본 발명은 슈도지마 속 균주가 생산하는 기존 당지질계 생물계면활성제(MEL, Mannosylerythritol lipid)로부터 수소첨가 방법을 이용하여 수득된 총 지방산 함량 대비 불포화 지방산 함량이 0 ~ 0.5%인 당지질계 생물계면활성제를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 방법으로부터 수득된 신규한 당지질(Hydrogenated MEL)은 특히 낮은 불포화 지방산 함량을 가지며, 산화 안정성이 높아 산패 및 변취, 변색 발생률이 낮고, 우수한 자기회합능(Self-assembly capacity)을 가지며, 세포의 항산화능 및 콜라겐 생합성능을 증가시키므로 다양한 산업적 응용 및 특히 화장료 조성을 위한 원재료로써 사용하기에 적합하므로, 관련 산업에 매우 유용하다.
도 1은 수소첨가 전 당지질(왼쪽)보다 수소첨가 후 당지질(오른쪽)의 경우 투명도가 증가된 것을 확인한 결과이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 슈도지마 속(Pseudozimma sp.) 균주 유래의 MEL(Mannosylerythritol lipid)에 분자 수소를 처리하여 불포화 지방산이 포화되어 제조된 수소화 MEL(Mannosylerythritol lipid)를 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 수소화 MEL에서, 상기 수소화 MEL은 총 지방산 함량 대비 불포화 지방산 함량이 0 ~ 0.5중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 수소화 MEL에서, 상기 슈도지마 속(Pseudozimma sp.) 균주는 기탁번호가 KCTC 8950P인 슈도지마 속 SY16 균주일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 수소화 MEL에서, 상기 수소화 MEL은 산패 안정성이 증가하고, 세포의 항산화능 및 콜라겐 생합성능을 증가시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 수소화 MEL에서, 상기 분자 수소 처리는 슈도지마 속(Pseudozimma sp.) 균주로부터 분리한 MEL(Mannosylerythritol lipid)에 0.01~0.1 중량%의 촉매, 90~95%(v/v) 용매를 첨가하고, 200~1,000rpm 속도의 교반식 반응기에서 1~3 bar의 분자 수소를 0~50℃ 온도 조건으로 1~6시간 동안 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 수소화 MEL에서, 상기 촉매는 니켈, 백금, 팔라듐 또는 구리인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 수소화 MEL에서, 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트, 클로로포름 또는 이소프로필알코올인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명은 슈도지마 속 미생물, 바람직하게는 슈도지마 속(Pseudozyma sp.) SY16(KCTC8950P)로부터 생산된 당지질을 팔라듐 금속 촉매 존재 하에 수소와 접촉시키는 수소첨가 방법을 통해 생성된 신규한 당지질 및 이의 용도에 관한 것이다.
상기 방법에 있어 용매의 선정은, 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트, 클로로포름, 이소프로필알코올 등 유극성용매가 적합하며, 바람직하게는 50 내지 99% 에탄올이 적합하다. 통상적으로 80~90% 에탄올 사용이 적합하며, 바람직하게는 90~95%의 에탄올이 적합하다. 바람직한 유기용매는, 예를 들어 증류에 의해 용이하게 회수 가능하다.
본 발명에서 촉매의 선택은 예를 들어, 알루미나, 나노튜브를 포함하는 각종 형태의 탄소 실리카 무기-유기 졸-겔 매트릭스, 다결정 산화물 기판, 비정질 탄소 알루미노규산염, 제올라이트 및 세라믹 지지체 상에 지지된 형태로 팔라듐 금속을 포함하며, 바람직하게는 탄소 상에 지지된 팔라듐 금속의 포함이 적합하다.
촉매는 0.01~1 중량%의 팔라듐 금속을 포함하고, 바람직하게는 0.01~0.5 중량%, 더 바람직하게 0.01~0.1 중량%의 팔라듐 금속이 적합하다. 반응 종료 후, 촉매는 회수 가능하며, 1-10회 바람직하게는 1-5회 재사용될 수 있다.
반응기의 선택에 있어 통상적으로 예를 들어 교반식 반응기, 고정상 반응기, 이동상 반응기, 분류상 반응기 및 유동상 반응기 중 하나 이상의 적합한 장치에서 수행될 수 있다. 본 발명에서는 교반식 반응기가 적합하며 특히, 교반식 반응기의 경우 매질의 교반은 수소의 확산 속도 및 당지질의 수소 접촉량에 영향을 줄 수 있다. 또한, 반응기의 용적 및 배치 역시 반응속도에 영향을 줄 수 있으며, 바람직하게는 100~1,500rpm, 더 바람직하게는 200~1,000rpm의 교반 속도가 적합하다.
일반적으로, 본 발명에 따른 수소첨가 반응에 있어 온도의 조건은 0~100℃가 바람직하며, 더욱 특히 0~50℃의 온도가 바람직하다.
분자 수소가 고려되는 한, 수소첨가 반응은 바람직하게는 1 내지 5 bar의 분자 수소가 적합하며, 더 바람직하게는 1 내지 3 bar의 분자 수소가 적합하다. 반응기 내, 상기 제시된 범위 내 수소압을 유지하면 연속적으로 주입되거나 혹은 1회 이상의 분취량, 특히 1 내지 5회 더 바람직하게는 1 내지 10회의 분취량으로 주입 될 수 있다.
수소첨가 반응에 있어 상기 조건에서 반응 시간은 반응 물질의 성질 혹은 작업 조건 혹은 목적 전환율 등의 조건에 따라 달라질 수 있으며, 통상적으로 1 내지 12 시간, 바람직하게는 4 내지 8 시간이 적합하다.
또한, 본 발명은 상기 수소화 MEL(Mannosylerythritol lipid)을 유효성분으로 함유하는 주름 예방 또는 개선용 화장료 조성물을 제공한다.
본 발명에서 화장료 조성물은 기능성 화장료 조성물임을 특징으로 한다. 기능성 화장료 조성물이란, 특정 피부의 관리와 예방을 위해 특정 기능을 강조해 만든 화장료 조성물, 또는 유전적, 환경적 요인에 의한 각종 피부질환의 예방과 적당한 관리를 위한 화장료 조성물을 말한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 화장료 조성물에서, 상기 화장료 조성물은 주름 예방 및 개선 효과를 갖는 화장품 및 세안제 등에 다양하게 이용될 수 있는데, 특히 피부외용연고, 크림, 유연화장수, 영양화장수, 팩, 에센스, 헤어토닉, 샴푸, 린스, 헤어컨디셔너, 헤어트리트먼트, 젤, 스킨로션, 스킨소프너, 스킨토너, 아스트린젠트, 로션, 밀크로션, 모이스처 로션, 영양로션, 맛사지크림, 영양크림, 모이스처 크림, 핸드크림, 파운데이션, 영양에센스, 선스크린, 비누, 클렌징폼, 클렌징로션, 클렌징크림, 바디로션 및 바디클렌저로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나의 제형을 갖는 화장료 조성물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제형이 페이스트, 크림 또는 겔인 경우에는 담체 성분으로서 동물섬유, 식물섬유, 왁스, 파라핀, 전분, 트라칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크 또는 산화아연 등이 될 수 있다.
본 발명의 제형이 파우더 또는 스프레이인 경우에는 담체 성분으로서 락토스, 탈크, 실리카, 알루미늄 히드록시드, 칼슘 실리케이트 또는 폴리아미드 파우더가 이용될 수 있고, 특히 스프레이인 경우에는 추가적으로 클로로플루오로히드로카본, 프로판/부탄 또는 디메틸 에테르와 같은 추진제를 포함할 수 있다.
본 발명의 제형이 용액 또는 유탁액인 경우에는 담체 성분으로서 용매, 용매화제 또는 유탁화제가 이용되고, 예컨대 물, 에탄올, 이소프로판올, 에틸 카보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올, 벤질 벤조에이트, 프로필렌 글리콜, 1,3-부틸글리콜 오일, 글리세롤 지방족 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 또는 소르비탄의 지방산 에스테르가 있다.
본 발명의 제형이 현탁액인 경우에는 담체 성분으로서 물, 에탄올 또는 프로필렌 글리콜과 같은 액상 희석제, 에톡실화 이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르와 같은 현탁제, 미소결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 아가 또는 트라칸트 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 제형이 계면-활성제 함유 클렌징인 경우에는 담체 성분으로서 지방족 알코올 설페이트, 지방족 알코올 에테르설페이트, 설포숙신산 모노에스테르, 이세티오네이트, 이미다졸리늄 유도체, 메틸타우레이트, 사르코시네이트, 지방산 아미드 에테르 설페이트, 알킬아미도베타인, 지방족 알코올, 지방산 글리세리드, 지방산 디에탄올아미드, 식물성 유, 리놀린 유도체 또는 에톡실화 글리세롤 지방산 에스테르 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 제형은 형광물질, 살진균제, 굴수성 유발물질, 보습체, 방향제, 방향제 담체, 단백질, 용해화제, 당유도체, 일광차단제, 비타민 및 식물 추출물 등을 포함하는 부형제를 추가로 함유할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 슈도지마 속( Pseudozimma sp .) 균주로부터 분리한 당지질계 생물계면활성제( MEL , Mannosylerythritol lipid)에 분자 수소를 처리하여 불포화 지방산을 포화시킨 MEL 의 제조
슈도지마 속(Pseudozimma sp.) 균주로부터 분리한 당지질계 생물계면활성제(MEL, Mannosylerythritol lipid)에 0.05 중량%의 촉매, 90%(v/v) 용매를 첨가하고, 500rpm 속도의 교반식 반응기에서 1 bar의 분자 수소를 25℃ 온도 조건으로 6시간 동안 처리하였다.
실시예 2. 슈도지마 속( Pseudozimma sp .) 균주로부터 분리한 당지질계 생물계면활성제( MEL, Mannosylerythritol lipid)에 분자 수소를 처리하여 제조된 당 지 질계 생물계면활성제의 지방산 함량 분석
슈도지마 속 미생물이 생산한 불포화 지방산을 포함하는 당지질의 상기 실시예 1에서 생산한 불포화 지방산을 포함하지 않는 신규한 당지질로의 전환 여부를 요오드가(Iodine value) 측정 및 가스크로마토그래피 분석법(GC)을 통해 분석하였다.
요오드가는 유지를 구성하고 있는 지방산에 함유된 이중결합의 수를 나타내는 수치로, 유지 100g에 흡수되는 요오드의 g수로 표시한다. 따라서 요오드가가 높을수록 불포화 지방산 비율이 높고 낮을수록 불포화 지방산 비율이 낮음을 의미한다. 본 실시예에서는 Wijs법을 이용하여 하기와 같은 방법으로 측정하였다.
시료 0.2g을 300ml 삼각플라스크에 정밀히 칭량한 후, 클로로포름 10ml를 넣었다. 혼합한 시료를 완전히 용해 후, Wijs 시약 25ml를 뷰렛을 사용하여 넣어준 후 혼합하였다. 20~30℃ 정도의 암소에서 30~60분 방치하였다. 15% KI 용액 20ml와 증류수 100ml를 넣고 1% 전분 용액을 넣은 후 충분히 교반해 주었다. 0.1N-Na2S2O3 표준용액으로 무색이 될 때까지 적정하며, 종말점은 전분의 청남색이 소실될 때까지 한다. 시료의 요오드가는 하기의 식을 이용하여 계산하였다.
요오드가 = [(V0-V1) x 1.269 x Fr]/S
V1= 본시험의 0.1N-Na2S2O3 용액의 적정 소비량 (ml)
V0= 공시험의 0.1N-Na2S2O3 용액의 적정 소비량 (ml)
Fr= 0.1N-Na2S2O3 용액의 역가
S= 유지의 중량 (g)
1.269= 0.1N-Na2S2O3 용액 1ml에 상당하는 I2의 양(g)
무게 (g) 적정량 (ml) 요오드가
비교예 1 0.205 30.4 84
비교예 2 0.206 37.2 40.7
실시예 0.212 >44.0 0
공시험 - 44.0 -
비교예 1 : 올레익산(Oleic acid)
비교예 2 : 당지질(MEL)
실시예 : 수소첨가 당지질(Hydrogenated MEL)
불포화 지방산 함량에 대하여 80에서 90 중량%의 올레익산 및 리놀레산을 함유하는 올레익산을 비교예 1로 하고, 수소첨가 전 당지질을 비교예 2로 하고, 수소첨가된 신규한 당지질을 실시예로 하여 요오드가를 측정하였다. 비교예 1의 요오드가는 84로 나타났으며, 80에서 90의 요오드가를 갖는 올레익산의 결과로 보았을 때, 유의한 값을 보였다. 수소첨가 전 당지질의 요오드가는 40.7을 나타내었고, 수소첨가된 신규한 당지질의 요오도가는 0을 나타내었다. 이상의 결과로부터 슈도지마 속 미생물이 생산하는 당지질은 상기의 구현예로부터 유의하게 수소첨가 반응이 이루어질 수 있음을 확인하였다. 각각의 요오드가는 표 1에 기록하였다.
비교예 1의 올레익산 및 비교예 2의 수소첨가 전 당지질 및 실시예의 수소첨가된 신규한 당지질을 알칼리 가수분해를 통해 얻은 총 지방산을 메틸화시킨 후 GC 분석을 통해 지방산 메틸에스테르를 분석하였다.
STD(fatty acid) Sample 비교예 1 비교예 2 실시예
CaproicAcidMethylEster(C6:0) C6 0 0 1.11810 0.99698
Caprylic Acid Methyl Ester (C8:0) C8 0 1.77606 38.04924 38.92033
Capric Acid Methyl Ester (C10:0) C10 0 0.34927 3.69683 3.26350
Undecanoic Acid Methyl Ester (C11:0) C11 0 0 0.29058 0.28418
LauricAcidMethylEster(C12:0) C12 0 1.09001 11.29179 12.33920
Tridecanoic Acid Methyl Ester (C13:0) C13 0 0 0.50300 0.38173
Myristic Acid Methyl Ester (C14:0) C14 0 0 0.92056 2.46795
Pentadecanoic Acid Methyl Ester (C15:0) C15 0 5.69383 11.82482 11.66324
Palmitic Acid Methyl Ester (C16:0) C16 0 1.55647 0.40935 0.20320
HeptadecanoicAcidMethylEster(C17:0) C17 0 0 0.08039 0.05497
StearicAcidMethylEster(C18:0) C18 0 0 0.52308 29.10600
OleicAcidMethylEster(C18:1n9c) C 18 1n9 c 77.82286 26.33767 0.01080
ElaidicAcidMethylEster(C18:1n9t) C 18 1n9 t 0 0.10444 0
Linolelaidic Acid Methyl Ester (C18:2n6t) C 18 2n6 c 9.17851 4.53417 0
Linolenic Acid Methyl Ester (C18:3n3) C18 3n3 0 0.02309 0
Arachidic Acid Methyl Ester (C20:0) C20 0 0 0.10147 0.30792
cis-11-Eicosenoic Acid Methyl Ester (C20:1n9) C20 1 0.47218 0.19142 0
GC 분석을 통한 지방산 조성 분석 결과를 표 2에 나타내었다. 비교예 1의 올레익산의 경우 80에서 90% 수준의 불포화 지방산 함유를 보였으며, 올레익산 및 리놀레익산이 주 구성 성분이었다. 비교예 2의 수소첨가 전 당지질에 포함된 불포화 지방산은 30에서 35% 수준이었으며, 올레익산 및 리놀레익산이 주 구성 성분이었다. 수소첨가된 당지질의 불포화 지방산은 0.0108%로 나타났으며, 스테아르산으로의 전환율은 약 100%였다.
실시예 3. 분자 수소 처리방법에 의해 제조된 당지질계 생물계면활성제의 과산화물가, 변취 및 변색 안정성 분석을 통한 산패 안정도 평가
변패는 기름의 열화현상으로, 공기 중의 산소, 빛, 열, 습도, 효소 등의 작용에 의하여 유지가 화학변화를 일으킴으로써 생기는 현상이다. 산패는 화학변화 양식에 따라 하기와 같이 나눌 수 있다.
1. 가수분해형: 가수분해에 의하여 생기는 유리지방산이 산패 냄새의 주원인이 되는 것을 의미함.
2. 케톤형: 미생물에 의하여 불포화결합이 산화 분해되어 알데히드나 케톤이 생기고, 이것이 산패 냄새의 주원이 되는 것을 의미함.
3. 산화형: 공기 중의 산소에 의해 자동산화가 발생되는 것을 의미하며, 빛, 열, 금속 등에 의해 촉진됨.
산패는 유지를 이용하는 산업에 좋지 않은 영향을 미치며 식품의 맛 저하, 영양소 파괴 및 독성유발은 물론, 특히 화장료 조성에서 변색, 변취와 같은 품질 및 관능적 변화를 야기한다. 따라서, 슈도지마 속 미생물이 생산하는 당지질로부터 불포화 지방산을 포함하지 않는 당지질로의 변환은 이러한 산패를 막아 다양한 산업적 응용 및 화장료 조성을 위한 원재료로서 사용을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명에서는 수소첨가 반응에 의해 수득된 신규한 당지질의 산패 안정도를 평가하기 위해 과산화물가, 변취 및 변색 안정성을 하기와 같은 방법을 통해 분석하였다.
과산화물가(Peroxide value)
과산화물가는 유지의 산화과정에서 이중결합 위치에 산소 분자가 부가됨으로써 생성된, 히드로퍼옥시드(Hydroperoxide)와 같은 과산화물의 양을 나타낸다. 시료 5g을 300ml 삼각플라스크에 정밀히 달아, 클로로포름:빙초산=2:3 비율로 섞은 용액을 30ml 투입하였다. 삼각플라스크는 은박지를 이용해 암소를 유지하고 KI 포화용액 1ml를 넣고 충분히 섞은 후 5분간 방치하였다. 그 후, 30ml 증류수를 넣고 1% 전분용액을 1ml 넣은 후, 충분히 교반한다. 0.1N-Na2S2O3 용액으로 적정하며 종말점은 무색이 되었을 때로 한다. 시료의 과산화 물가는 하기의 식을 이용하여 계산하였다.
과산화물가(meq/kg) = [(V0-V1) x Fr x 10]/S
V1= 본시험의 0.1N-Na2S2O3 용액의 적정 소비량 (ml)
V0= 공시험의 0.1N-Na2S2O3 용액의 적정 소비량 (ml)
Fr= 0.1N-Na2S2O3 용액의 역가
S= 유지의 중량 (g)
수소첨가 전 당지질(비교예)의 과산화물가는 7.52 meq/kg로 나타났으며, 수소첨가된 당지질은 1.57 meq/kg 였다(표 3).
무게 (g) 적정량 (ml) 과산화물가(meq/kg)
비교예 5.053 3.8 7.52
실시예 5.082 0.8 1.57
공시험 - 0 -
변취 안정성
변취 안정성은 시료를 실온, 가열 및 광조건에서 실험한 3종류의 샘플 취를 비교하여 실온의 특이취 경향과 강도, 가열 조건에서의 변취 경향과 강도, 광 조건에서의 변취 경향과 강도를 판정한 후 10명의 패널로부터 관능적 평가를 통해 1에서 5등급으로 평가하였다. 변취 안정성 평가는 하기와 같은 방법으로 실시하였다.
실온: 시료 1g을 증류수 100g에 넣고 충분히 녹인 후 시료가 가지고 있는 고유의 냄새 경향 및 강도를 판정함.
가열: 시료 1g을 증류수 100g에 넣고 충분히 녹인 후 85℃ 수조에서 3시간 물중탕 후 원료의 변취 여부를 판정함.
광: 제논광가속기 0.73W/m2/420 nm 조건에서 12시간 광 노출 후 원료의 변취 여부를 판정함.
하기 표 4의 결과로부터 수소첨가된 당지질의 변취 안정도가 증가된 것을 확인하였다.
실온 가열 광 비고
비교예 1 + + + 특이취 및 무변취
비교예 2 +++ +++++ ++++ 기름취 및 산패취
실시예 + + + 특이취 및 무변취
비교예 1: 수소첨가된 레시틴(Hydrogenated lecithin)
비교예 2: 당지질(MEL)
실시예: 수소첨가된 당지질(Hydrogenated MEL)
당지질 및 수소첨가된 당지질의 특성차이
시료 5g을 증류수 100g에 충분히 녹인 후 고압균질기(High Pressure Homogenizer)를 이용하여 1,000bar의 압력으로 2 pass 진행하였다. 상기 실시예를 통해 제조된 샘플을 도 1에 나타내었다. 수소첨가 전 당지질(왼쪽)보다 수소첨가 후 당지질(오른쪽)의 경우 투명도가 증가된 것을 확인하였다.
Abs at 660nm
비교예 2 0.732
실시예 0.168
비교예 2: 당지질(MEL)
실시예: 수소첨가된 당지질(Hydrogenated MEL)
상기 실시예를 통해 제조된 수소첨가 전 당지질 및 수소첨가 후 당지질의 수중분산 투명도를 자외선/가시광선 분광광도계(UV/VIS Spectrophotometer)를 이용하여 660nm에서 측정하였다. 수소첨가 전 당지질은(비교예 2)의 흡광도는 0.732를 나타내었고, 수소첨가 후 당지질(실시예)는 0.168의 흡광도 값을 보였다(표 5).
일반적으로 two tail의 불포화 지방산을 소수성기로 갖는 화합물에서 나노 파티클 형성시, 패킹(packing) 구조가 느슨하여 입자의 안정성이 불안한 반면, 상기의 결과로부터 수소첨가를 통해 수득된 신규한 당지질은 직쇄 구조의 소수성기로 인해 패킹 구조가 조밀하고 단단하며, 자기회합능(self-assembly capacity)이 우수하여 안정한 나노 파티클 형성을 가능하게 한다. 따라서, 수소첨가를 통해 수득된 신규한 당지질의 이러한 특성은 투명 제형 및 난용성 물질의 가용화에 보다 용이하게 응용될 수 있다.
실시예 4. 분자 수소 처리방법에 의해 제조된 당지질계 생물계면활성제의 산화 스트레스로부터 세포 보호 효과 평가
상기 실시예에서 수득한 수소첨가 당지질의 과산화수소 처리로 인해 유발된 산화 스트레스로부터 세포 보호 효과를 평가하였다. 인간 섬유아세포를 24공 평판배양기에 5×104 cells/well의 농도로 배양한 다음, 24시간 동안 10% FBS 첨가 배지 조건하에 안정화시킨 뒤, 배양액을 제거하고 PBS 조건하에서 과산화수소를 첨가하여 산화 스트레스를 유도하였다. 그 후 PBS를 제거하고 세포 배양 배지(FBS가 첨가된 것)로 교체하였다. 이후 수소첨가 당지질을 처리하고 24 시간 동안 배양하였다. 세포 독성 완화 효과를 보기 위해 MTT 분석을 이용하여 세포의 보호 효과를 비교 평가하였으며, 양성 대조군으로 arbutin(1ug/mL)을 적용하였으며 그 결과는 하기 표에 나타내었다. 하기 식에 의해 세포 보호 효과 (%)을 측정하였다.
과산화수소 처리에 의한 세포 보호 효과(%) =〔1-(St-Bo)/(Bt-Bo)〕× 100
Bo : 과산화수소 및 시료 미처리 웰의 세포 보호 효과
Bt : 과산화수소 처리 및 시료 미처리 웰의 세포 보호 효과
St : 과산화수소 및 시료 모두 처리한 웰의 세포 보호 효과
시료명 처리 농도(㎍/ml) 세포 보호 효과(%)
수소첨가 당지질 0.1 65
0.5 74
1 87
수소첨가 전 당지질 1 42
양성 대조군 1 80
상기 표 6에 나타나는 바와 같이, 수소첨가 당지질은 수소첨가 전 당지질 보다 인간 섬유아세포에서 산화 스트레스로 인한 세포 보호 효과가 우수한 것을 알 수 있었다. 상기 실험결과를 통해 본 발명의 수소첨가 당지질은 산화적 스트레스에 의한 세포손상을 낮은 농도에서도 효과적으로 방어함을 알 수 있었다.
실시예 5. 분자 수소 처리방법에 의해 제조된 당지질계 생물계면활성제의 콜라겐 생합성능 평가
인간 섬유아세포를 24공 평판배양기에 5×104 cells/well의 농도로 배양한 다음, 24시간 동안 10% FBS 첨가 배지 조건하에 안정화시킨 뒤, 배양액을 제거하고 PBS 조건하에서 UV-B(25mJ/cm2) 조사한 후 PBS를 제거하고 세포 배양 배지(FBS가 첨가된 것)로 교체하였다. 이후 수소첨가 당지질의 최종농도 5 ㎍/㎖로 첨가한 무혈청 DMEM 배지에서 48시간동안 배양하였다. 대조군은 자외선만 조사 후 동 시간 배양한 조건으로 하였다. 배양 후, 각 평판기의 상층액을 모아 Collagen Kit(Takara, Japan)를 이용하여 프로콜라겐 (procollagen) 타입 I C-펩타이드 (PICP) 양을 측정하여 ng/㎖ 환산하였으며, 이에 의해 합성된 콜라겐 양을 측정하였다. 양성 대조군으로는 콜라겐 합성 증진 효과가 있는 것으로 알려진 TGF-β(5ng/ml)를 사용하였다. 콜라겐 생합성능(%)은 하기 식에 따라 계산하였으며, 그 결과를 표 7에 나타내었다.
콜라겐 생합성능(%) = (실험군의 콜라겐양/대조군의 콜라겐양 - 1) x 100
시료명 처리 농도(㎍/ml) 콜라겐 생합성능(%)
수소첨가 당지질 0.5 10.3
1 18.2
5 25.9
수소첨가 전 당지질 5 12.1
양성 대조군 TGF-β 5 ng/ml 22.8
상기 표 7은 인간 섬유아세포를 이용하여 자외선 조사 시 수소첨가 전 당지질과 수소첨가 당지질의 콜라겐 생합성 능을 비교 평가한 것이다. 본 발명의 수소첨가 당지질은 자외선 조사에 의해 저하된 콜라겐 생합성능을 동일한 농도의 수소첨가 전 당지질(5 ㎍/ml)과 비교하였을 때, 2배 이상 우수한 효과를 보여주었다.
한국생명공학연구원 KCTC8950P 19990618

Claims (6)

  1. 기탁번호가 KCTC 8950P인 슈도지마 속(Pseudozimma sp.) 균주 유래의 MEL(Mannosylerythritol lipid)에 0.05~0.2 중량%의 팔라듐, 90~95%(v/v) 메탄올 또는 에탄올을 첨가하고, 교반식 반응기에서 1~3 bar의 분자 수소를 0~50℃ 온도 조건으로 4~12시간 동안 처리하여 불포화 지방산이 포화된 수소화 MEL(Mannosylerythritol lipid)의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항의 방법에 의해 제조된 수소화 MEL(Mannosylerythritol lipid)을 유효성분으로 함유하는 주름 예방 또는 개선용 화장료 조성물.
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