KR102013272B1 - 집속초음파 기술을 이용하여 수득된 그린커피빈 추출물을 포함하는 피부 미백용 화장료 조성물 - Google Patents

집속초음파 기술을 이용하여 수득된 그린커피빈 추출물을 포함하는 피부 미백용 화장료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제 효과를 가지는 페놀성 화합물을 다량으로 포함하는 그린커피빈 추출물에 관한 것으로서, a) 그린커피빈을 물에 혼합하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 수득된 혼합물에 집속초음파를 조사하는 단계; c) 상기 b) 단계에서 집속초음파 처리된 혼합물에 초음파를 처리하는 단계; d) 상기 c) 단계에서 초음파 처리된 혼합물에 집속초음파를 조사하는 단계; 및 e) 상기 d) 단계에서 집속초음파 처리된 혼합물에 초음파 처리하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
또한, 본 발명에 따른 그린커피빈 추출물은 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제 효과를 가지는바, 이 추출물은 피부 미백용 화장료로서 유용성이 우수하다.

Description

집속초음파 기술을 이용하여 수득된 그린커피빈 추출물을 포함하는 피부 미백용 화장료 조성물{SKIN-WHITENING COSMETIC COMPOSITION CONTAINING GREEN COFFEE BEAN EXTRACT OBTAINED USING FOCUSED ULTRASONIC TREATMENT}
본 발명은 집속초음파를 이용하여 제조된, 활성성분인 페놀성 화합물을 다량 포함하는 그린커피빈 추출물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 그린커피빈 추출물을 포함하는 피부 미백용 화장료 조성물에 관한 것으로서, 상기 추출물은 그린커피빈이 함유하고 있는 성분 중 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제 효과를 가지는 페놀성 화합물을 다량 포함하므로 피부 미백용 화장료로서 유용성이 우수하다.
그린커피빈은 가공되지 아니한 커피의 생두를 가리키며, 인간에게 유익한 항산화물이 다량 함유되어 있어 기능성 화장품 원료 또는 건강기능식품 원료로 널리 사용되고 있다.
그린커피빈에는 폴리페놀, 클로로겐산, 카페인, 카페인산 등이 유효성분으로 포함되어 있으며, 색소침작 방지, 피부 미백, 노화방지, 체지방 감소, 염증 감소, 식욕 감소, 혈압 및 콜레스테롤 감소 등의 효능이 있는 것으로 알려져 있다.
그린커피빈에 함유된 유효성분인 폴리페놀(Polyphenol)은 분자 하나에 페놀 그룹이 두 개 이상 있는 알카노이드 일종의 화학물질을 가리킨다. 대부분의 천연 항산화제는 주로 폴리페놀 화합물이며, 우리 몸의 활성 산소를 제거하고 산화적 스트레스를 막는 역할을 하여 노화방지, 항암 작용 및 심장 질환 예방 효과가 있어 식품, 의약품, 화장품 등 많은 분야에서 활용되고 있다.
멜라닌은 여러 동물들의 피부나 눈 등의 조직에 널리 존재하는 페놀류 고분자 물질로 흑색 내지 갈색 색소를 총칭한다.
멜라닌은 표피 기저층의 멜라노사이트 세포 내 멜라노좀(Melanosome)에서 티로시나아제(Tyrosinase) 효소의 연속적 산화반응으로 합성되며, 일정량 이상의 자외선을 차단함으로써 피부를 보호하는 긍정적인 기능을 가지나, 현대 사회에서는 미적으로 부정적인 영향을 미치는 기미, 주근깨, 검버섯 형성 및 피부노화 촉진의 요인 중 하나로 알려져 있기도 하다. 이러한 특징 때문에 미백 효과 존부의 판단은 주로 티로시나아제 활성 저해능 및 멜라닌 생성 억제능에 대한 실험에 의해 이루어 진다.
티로시나아제는 티로신을 산화시켜 DOPA를 만드는 티로신 히드록시아제(Tyrosine hydroxyase) 및 DOPA를 산화시켜 DOPAquinone을 만드는 DOPA 옥시다아제로 작용하여 멜라닌 전구체를 합성하며, 이에 따라 멜라닌의 최종합성에 있어 중요한 효소로 작용하게 된다. 구체적으로 티로신이 티로시나아제에 의해 L-3,4-dihydroxyl-Lphenylalanine(L-DOPA)으로, 이후 DOPAquinone으로 산화되고 다시 DOPAquinone이 DOPAchrome으로, DOPAchrome이 Indole-5,6-quinone 또는 Indole-5,6-quinone carboxylic acid가 되어 최종적으로 멜라닌이 합성된다.
페놀성 화합물은 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제 효과를 가진다는 것이 일반적으로 알려져 있으며, 지금까지 알려진 티로시나아제 활성 저해제로는 하이드로퀴논(Hydroquinone), 아스코르브산(Ascorbic acid), 코직산(Kojic acid), 알부틴(Arbutin), 글루코사민(Glucosamine) 등이 있다. 이 중 알부틴과 코직산은 피부안정성 등의 문제로 인해 제한된 양으로 미백제에 첨가되고 있다.
한편, 최근 건강 및 미용에 대한 관심이 높아지면서 소비자들은 합성 제품보다는 천연 추출물을 재료로 포함하는 제품에 대한 선호도가 크게 증가하고 있다. 전술한 바와 같이 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제 효과를 가지는 페놀성 화합물은 그린커피빈에 많이 함유되어 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 페놀성 화합물을 함유하는 그린커피빈 추출물은 화장품, 식료품, 의약품 등의 원재료로서 활용 가치가 높다.
이에 따라, 적은 양의 천연물로부터 페놀성 화합물을 다량 포함하는 추출물을 제조하는 방법에 대한 필요성이 당업계에서 크게 증가하고 있다.
천연물을 추출하기 위해 널리 사용되는 방법에는, 뜨거운 물을 사용하여 천연물에 포함된 활성성분을 용출하는 열수추출, 알코올 등 용매를 사용하여 고체 또는 액체 시료 중에서 활성성분을 용해시켜 분리하는 용매추출, 초임계 유체를 사용하여 추출하는 초임계 추출 등이 있다. 그러나, 수율이 낮거나, 고온의 열을 천연물에 적용함에 따라 활성성분이 파괴 또는 변성되거나, 추출 이후 잔존하는 유기용매로 인해 인체용 화장품에 사용하기에 적합한 정도의 안전성을 충족시키지 못하는 등 다양한 문제점들이 존재한다.
또한, 천연물을 추출하기 위해 사용되는 방법으로서, 초음파를 이용하여 추출하는 방법도 개시되어 있다. 예를 들어, 공개특허공보 제10-2014-0031662호 (2014.03.13)는 유기사포닌 성분의 홍삼 추출액 제조방법이 개시되어 있으며, 홍삼을 고온으로 가열하여 4 내지 6회 추출한 후 남은 홍삼 찌꺼기에 대해 구연산 및 호박산을 혼합한 유기산을 첨가하고 숙성시킨 후 초음파진동과 미세기포를 부여하면서 추출하는 단계를 포함한다.
이와 같이 초음파를 이용하여 추출하는 방법은 이미 공지되어 있다. 그러나, 추출 과정에서 유기용매가 사용된다면 최종 생성물인 추출물에서 유기용매를 완전 제거하는 것은 불가능하며, 이와 같이 추출물 내에 잔존하는 유기용매는 인체 피부에 도포하기 위한 화장품으로서의 사용 기준을 충족시키지 못하도록 만든다. 또한, 유기용매를 사용하지 않고 추출용매로서 물을 사용하게 될 경우 그 수율이 현저하게 저하된다는 문제점을 발생시킨다.
특히, 천연추출물은 그 원재료인 식물이 무엇인지에 따라 추출 수율과 활성성분의 함량이 크게 달라지기 때문에, 특정 식물에 대해 효과가 확인된 추출방법이라고 하더라도 다른 식물에 대해서는 동일하거나 유사한 수준의 효과를 나타내지 못하는 경우가 대부분이다.
공개특허공보 제10-2014-0031662호 (2014.03.13)
본 발명자들은 상기 종래 기술의 문제점을 인지하고, 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제 효과로 인해 미백 효과를 가지는 활성성분인 페놀성 화합물이 다량으로 포함된 그린커피빈 추출물을 제조하는 방법을 발견하기 위해 수많은 시행착오를 거치면서 연구를 거듭하였다. 그 결과, 용매로서 물을 사용하더라도 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제 효과를 가짐으로써 피부 미백 효과를 가지는 페놀성 화합물을 유의적으로 높은 수율로 포함하는 그린커피빈 추출물을 제조할 수 있는 특정 조건을 입증하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 방법에 따라 제조된, 그린커피빈 추출물을 제공한다:
a) 그린커피빈을 물에 혼합하는 단계;
b) 상기 a) 단계에서 수득된 혼합물에 집속초음파를 조사하는 단계;
c) 상기 b) 단계에서 집속초음파 처리된 혼합물에 초음파 처리하는 단계;
d) 상기 c) 단계에서 초음파 처리된 혼합물에 집속초음파 처리하는 단계; 및
e) 상기 d) 단계에서 집속초음파 처리된 혼합물에 초음파 처리하는 단계.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명의 집속초음파를 이용하여 제조된 그린커피빈 추출물은 피부 미백 효과를 갖는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제 효과로 인해 피부 미백 효과를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 집속초음파를 이용하여 그린커피빈의 활성성분인 페놀성 화합물이 다량 포함된 그린커피빈 추출물을 제조하는 방법의 각 단계에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 제조방법에서, 단계 a)는 그린커피빈 및 용매를 혼합하는 단계이다.
본 발명에 따른 제조방법에서 단계 a)의 그린커피빈은 분쇄된 형태의 그린커피빈일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 제조방법에서 용매는 물이 사용된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 제조방법에서 메탄올, 에탄올, 헥산, 클로로포름, 에틸아세테이트 등과 같은 유기용매는 제외된다.
추출 용매로서 유기용매를 사용하는 것이 물을 사용하는 것에 비해 활성성분의 추출 수율이 더 높게 달성되는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에 따른 그린커피빈 추출물은 화장료에 사용하기 위한 목적을 갖고 있으므로, 추출 과정에서 유기용매의 사용을 배제하였으며 물이 유일한 추출 용매로서 사용된다. 유기용매는 추출이 진행되는 과정에서 그린커피빈 내 활성성분의 변성을 일으키거나, 또는 그린커피빈의 함유 성분과 반응하여 부가물질을 생성하거나, 또는 최종 생성물로서 수득된 추출물 내에 유기용매 또는 이로부터 파생된 물질이 잔존하기 때문에, 최종 생성물로서 수득된 추출물은 화장료로 사용하기 위한 기준을 충족시키지 못하기 때문이다. 만일 유기용매추출법에 의해 수득된 최종 생성물을 화장료로 사용하기 위해서는 최종 생성물 내에 인체에 유해한 물질이 없다는 것을 입증하는 별도의 단계가 추가로 필요하거나, 또는 최종 생성물로부터 인체에 유해한 물질을 완전 제거하는 정제 단계가 추가로 필요하므로, 화장료 생산을 위한 전체 공정의 효율성 측면에서 불리하다.
본 발명에서 사용되는 용어 집속초음파는 집속 영역 강도에 따라 1,000 W/cm2 이상의 고강도 집속초음파(HIFU, High Intensity Focused Ultrasound)와 10 mW/cm2 내지 50 W/cm2 범위의 저강도 집속초음파(LIFU, Low Intensity Focused Ultrasound)로 분류될 수 있다. 본 발명의 방법에서 사용되는 집속초음파는 고강도 집속초음파인 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 방법에서 사용되는 집속초음파는 1,500 W/cm3 내지 2,000 W/cm3의 고강도 집속초음파인 것이 더욱 바람직하다. 이와 대비되는 용어로서 초음파(ultrasound)는 인간이 들을 수 있는 가청 음역대의 주파수 20kHz를 초과하는 음파를 말한다.
후술하는 실시예에서 보는 바와 같이, 본 발명자들은 고강도 집속초음파를 사용하였을 때와 일반초음파를 사용하였을 때의 페놀성 화합물의 추출 수율 및 추출물 내 페놀성 화합물의 함유량을 측정하는 실험을 수행하였다. 그 결과, 본 발명의 방법에 따라 그린커피빈 추출물을 제조할 때 페놀성 성분의 추출 수율 및 추출물 내 페놀성 화합물의 함량이 증가하였다.
특정 이론에 얽매이지 않고 이와 같은 결과를 얻게 된 근거를 분석해볼 때, 집속초음파가 그린커피빈의 세포벽과 세포벽 공간을 자극하여 활성성분의 유출을 높이고 또한 용매의 유동성을 증가시키는 복합적인 작용에 의해 그린커피빈 내에 함유되어 있는 여러 성분이 용이하게 추출되며, 이에 더하여 그린커피빈이 함유하는 성분 중 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 색소 생성 억제 효과로 인해 미백효과을 가지는 페놀성 화합물이 보다 선택적이며 집중적으로 분리될 수 있는 것으로 여겨진다.
본 발명에 따른 방법에서 사용되는 집속초음파 기기는 특정 위치에 초점을 갖는 집속초음파를 생성할 수 있는 초음파 발생 모듈을 포함하며, 상기 초음파 발생 모듈은 타원형 발진체를 구비한 초음파 트랜스듀서를 포함한다.
바람직하게는, 상기 집속초음파 기기는 집속초음파가 특정 위치에 초점을 갖고 집속초음파가 조사됨에 따라 매질의 온도가 상승하고 그린커피빈의 활성성분이 파괴되거나 변성되는 것을 방지하기 위하여 그린커피빈 함유 용액을 지속적으로 교반하는 장치를 구비할 수 있다. 상기 교반하는 장치는 예를 들어 교반 날개일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 따른 방법이 수행될 때 특정 범위의 온도를 유지할 수 있도록, 상기 집속초음파 기기는 냉각장치를 구비할 수 있다. 상기 냉각장치는 초음파 또는 집속초음파에 의한 매질 온도 상승을 억제한다.
상기 집속초음파 기기의 구체적인 예를 도 1 내지 7에 도시하였으며, 다만 이들 도면에 도시된 기기로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 집속초음파 기기의 일례이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 초음파 처리 장치(100)는 초음파 처리되는 원료가 저장되는 처리 용기(102)와, 처리 용기(102)의 특정 위치에 초점을 갖는 집속초음파를 조사하는 초음파 발생 모듈(110)을 구비한다. 도 1에서 이해의 편의를 위해 처리 용기(102), 초음파 발생 모듈(110) 등은 단면도로 표시하였다. 초음파 발생 모듈(110)은 초음파 트랜스듀서(116), 카트리지 하우징(112), 초음파 매질(113) 등을 구비한다. 초음파 트랜스듀서(116)는 타원형 발진체(117)를 구비하여 집속초음파를 생성한다. 카트리지 하우징(112)의 내부에 초음파 트랜스듀서(116)가 설치된다. 카트리지 하우징(112)은 하부에 개구부가 형성되고, 개구부에는 초음파를 투과시키는 카트리지 윈도우(114)가 부착된다. 초음파 매질(113)은 카트리지 하우징(112)의 내부에 채워지고 초음파 트랜스듀서(116)에서 생성된 초음파를 카트리지 윈도우(114)로 전달한다. 처리 용기(102)에는 초음파 발생 모듈(110)이 분리 가능하게 장착되는 결합부(104)가 설치되며, 초음파 처리되는 원료가 저장된다. 초음파 발생 모듈(110)은 집속초음파를 조사하여 처리 용기(102)에 저장된 천연물 그린커피빈로부터 활성성분을 추출한다. 집속초음파가 처리 용기(102)에 저장된 원료에 고르게 조사될 수 있도록 초음파 트랜스듀서(116)를 이동시키는 이동기구(118)가 초음파 발생 모듈(110)의 내부에 설치되거나, 또는 처리 용기(102) 내의 원료에 진동을 전달하여 흔드는 원료 유동기기(미도시됨)가 처리 용기(102)에 설치된다. 초음파 발생 모듈(110)은 초음파가 투과되는 카트리지 윈도우(114)가 원료(103)의 수면(水面)과 접촉하거나, 일부가 원료 내로 잠기게 설치된다. 따라서 초음파 발생 모듈(110)에서 발생된 초음파가 공기를 통과하지 않고 원료(103)에 조사된다. 카트리지 윈도우(114)는 초음파를 투과할 수 있는 반투명 또는 투명 재질의 필름이다. 본 실시예에서 카트리지 윈도우(114)는 캡톤 필름이나, 초음파를 원활하게 통과시킬 수 있는 공지의 다른 재질일 수 있다. 이동기구(118)는 초음파 트랜스듀서(116)에서 생성된 집속초음파가 처리 용기(102) 내의 원료(103)에 골고루 조사되도록 초음파 트랜스듀서(116)를 이동시킨다. 이동기구(118)는 초음파 트랜스듀서(116)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 이동부(118a), Y축 방향으로 이동시키는 Y축 이동부(118b), Z축 방향으로 이동시키는 Z축 이동부(118c)로 구성된다. 이동기구(118)는 초음파 트랜스듀서(116)가 X/Y/Z축을 따라 직선 운동을 하도록 구성되나, 초음파 트랜스듀서가 피벗 운동, 시계추 운동, 나선형 운동 등의 다양한 형태로 움직이도록 구성될 수 있다. 이동기구(118)는 카트리지 하우징(112)의 내부에 위치되고, 초음파 트랜스듀서(116)와 연결되어 초음파 트랜스듀서(116)를 이동시키도록 구성되나, 이동기구(118)는 카트리지 하우징(112)의 외측에 위치하여 카트리지 하우징(112)을 이동시키도록 구성될 수 있다. 또한, 처리 용기(102) 내의 원료를 흔들어 집속초음파가 원료에 고르게 조사될 수 있도록 원료 유동기기(미도시됨)가 구비될 수 있다. 상기 원료 유동기기는 처리 용기(102)가 시계추 운동, 회전 운동 등을 하도록 구성될 수 있다. 또한, 처리 용기(102)의 내부에 원료를 교반하는 교반 날개(미도시됨)가 구비될 수 있다. 집속초음파가 처리 용기(102) 내의 원료(103)에 조사되면 원료(103)의 온도가 상승하여 가스가 발생할 수 있다. 이 가스를 방출할 수 있도록 결합부(104)에는 가스 방출구(미도시됨)가 형성될 수 있다. 초음파 발생 모듈(110)이 장시간 집속초음파를 생성하면 초음파 매질(113)의 온도가 상승하게 되므로 초음파 매질(113)을 냉각시키는 냉각기구가 필요하다. 상기 매질 냉각기구는 카트리지 하우징(112)에 삽입되어 초음파 매질(113)과 접촉하는 금속판(120)과, 금속판(120)을 통해 전달된 열을 공기 중으로 발산하는 히트 싱크(heat sink, 122)로 구성된다. 히트 싱크(122) 대신에 펠티어 소자가 사용될 수 있다. 원료 용기(130, 132, 134)가 더 구비될 수 있다. 원료 용기(130, 132)에는 초음파 처리 전의 원료가 저장된다. 원료 용기(134)에는 초음파 처리 후의 원료가 저장된다. 원료 용기(130)는 이송관(136)을 통해 처리 용기(102)의 원료 주입구(137)에 연결되며, 이송관(136)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(144)를 통해 조절된다. 원료 용기(132)는 이송관(138)을 통해 처리 용기(102)의 원료 주입구(139)와 연결되며, 이송관(138)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(146)를 통해 조절된다. 원료 용기(134)는 이송관(140)을 통해 처리 용기(102)의 원료 배출구(141)와 연결되며, 이송관(140)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(148)를 통해 조절된다. 원료 용기(130)와 원료 용기(134)는 이송관(142)를 통해 연결되며, 이송관(142)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(150)를 통해 조절된다. 원료 용기(130, 132)에 저장된 원료는 초음파 처리를 위해 개폐밸브(144, 146)가 개방된 상태에서 펌프(미도시됨)를 통해 처리 용기(102) 내로 이송된다. 처리 용기(102)에서 초음파 처리된 원료는 개폐밸브(148)를 개방하여 원료 용기(134) 내로 이송된다. 1회의 초음파 처리가 충분하지 않은 경우 반복해서 초음파 처리를 수행할 필요가 있는 경우, 개폐밸브(150)를 개방하여 초음파 처리된 후 원료 용기(134)에 저장되어 있는 원료를 이송관(142)을 통해 원료 용기(130)로 이송한다. 원료 용기(130)로 이송된 원료는 이송관(136)을 통해 처리 용기(102)로 이송되어 다시 초음파 처리된다. 즉, 원료 용기(134), 이송관(142), 원료용기(130), 처리용기(102)의 순서로 원료가 순환하게 된다. 본 실시예에서는 초음파 트랜스듀서(116)가 처리 용기(102) 내의 원료와 직접 접촉하지 않으므로 초음파 처리 중에 유해 성분이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 처리 용기(102)에 안정적으로 저장된 원료에 이동기구(118)를 통해 집속초음파를 균일하게 조사할 수 있다.
도 2는 집속초음파 기기의 또다른 일례이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 처리 장치(200)는 초음파 처리되는 원료가 저장되는 처리 용기(202)와, 처리 용기(202)의 특정 위치에 초점을 갖는 집속초음파를 조사하는 초음파 발생 모듈(210)을 구비한다. 초음파 처리 장치(200)는 초음파 발생 모듈(210)이 처리 용기(202)의 아래쪽에 위치하는 점에서 도 1에 도시된 초음파 처리 장치(100)와 상이하다. 초음파 발생 모듈(210)은 초음파 트랜스듀서(216), 카트리지 하우징(212), 초음파 매질(213) 등을 구비한다. 초음파 트랜스듀서(216)는 타원형 발진체(217)를 구비하여 집속초음파를 생성한다. 카트리지 하우징(212)의 내부에 초음파 트랜스듀서(216)가 설치되고, 상부에는 개구부가 형성되며, 이 개구부에는 카트리지 윈도우(214)가 부착된다. 초음파 매질(213)은 카트리지 하우징(212)의 내부에 채워지고 초음파 트랜스듀서(216)에서 생성된 초음파를 카트리지 윈도우(214)로 전달한다. 집속초음파가 처리 용기(202)에 저장된 원료에 고르게 조사될 수 있도록 초음파 트랜스듀서(216)를 이동시키는 이동기구(218)가 초음파 발생 모듈(210)에 설치되거나, 또는 처리 용기(202) 내의 원료에 진동을 전달하여 흔드는 원료 유동기기(도시되지 않음)가 처리 용기(202)에 설치된다. 초음파 발생 모듈(210)에 처리 용기(202)를 분리 가능하게 장착하기 위한 결합부(204)가 형성된다. 처리 용기(202)의 바닥면에는 초음파가 투과하는 용기 윈도우(206)가 설치된다. 초음파 발생 모듈(210)이 상부를 향하게 설치되므로 카트리지 윈도우(214)에 처짐이 발생하여 카트리지 윈도우(214)와 용기 윈도우(206) 사이에 간격이 형성될 수 있다. 윈도우(206, 214) 사이에 간격이 형성되는 경우 초음파가 공기 중에서 전달되지 못하고 손실이 크게 발생되는 문제점이 있다. 이러한 현상의 방지를 위해 윈도우(206, 214) 사이에 초음파를 전달할 수 있는 매질이 채워진다. 또는 용기 윈도우(206)는 처리 용기(202) 내부에 채워지는 원료의 하중에 의해 처짐이 발생되어 카트리지 윈도우(214)에 밀착되는 필름재로 형성된다. 즉, 용기 윈도우(206)는 필름재로 처짐이 발생되어 마찬가지로 처짐이 발생된 카트리지 윈도우(214)에 밀착됨으로써 윈도우(206, 214)의 사이에 빈 공간이 형성되지 않도록 한다. 초음파 발생 모듈(210)에 초음파 매질을 완전히 채울 수는 없으므로 카트리지 윈도우(214)가 카트리지 하우징(212) 내에서의 초음파 매질(213)의 통상적인 수면보다 낮게 위치하도록 카트리지 하우징(212)을 구성할 필요가 있다. 이를 위해 카트리지 하우징(212)은 상면 둘레부(225)가 카트리지 윈도우(214)에 비해 단차를 갖도록 하여 에어 포켓부(226)를 형성한다. 이동기구(218)는 초음파 트랜스듀서(216)에서 생성된 집속초음파가 저장 용기(202) 내의 원료에 골고루 조사되도록 초음파 트랜스듀서(216)를 이동시킨다. 본 구현예에서 이동기구(218)는 초음파 트랜스듀서(216)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 이동부(218a), Y축 방향으로 이동시키는 Y축 이동부(218b), Z축 방향으로 이동시키는 Z축 이동부(218c)로 구성된다. 처리 용기(202) 내의 원료를 흔들어 집속초음파가 원료에 고르게 조사될 수 있도록 원료 유동기기(미도시됨)가 구비될 수 있다. 상기 원료 유동기기는 처리 용기(202)가 시계추 운동, 회전 운동 등을 하도록 구성될 수 있다. 또한, 처리 용기(202)의 내부에 원료를 교반하는 교반 날개(미도시됨)가 구비될 수 있다. 집속초음파가 처리 용기(202) 내의 원료에 조사되면 원료의 온도가 상승하여 가스가 발생할 수 있다. 이 가스를 방출할 수 있도록 처리 용기(202)의 상부에는 가스 방출구(252)가 형성될 수 있다. 또한 가스 방출구(252)에는 소정 크기 이상의 압력에서 개방되는 체크 밸브(254)가 구비될 수 있다. 초음파 발생 모듈(210)이 장시간 집속초음파를 생성하면 초음파 매질(213)의 온도가 상승하게 되므로 초음파 매질(213)을 냉각시키는 냉각기구가 필요하다. 본 구현예에서 매질 냉각기구는 카트리지 하우징(112)에 삽입되어 초음파 매질(113)과 접촉하는 금속판(220)과, 금속판(220)을 통해 전달된 열을 공기 중으로 발산하는 히트 싱크(222)로 구성된다. 히트 싱크(222) 대신에 펠티어 소자가 사용될 수 있다. 원료 용기(230, 232, 234)가 더 구비될 수 있다. 원료 용기(230, 232)에는 초음파 처리 전의 원료가 저장된다. 원료 용기(234)에는 초음파 처리 후의 원료가 저장된다. 원료 용기(230)는 이송관(236)을 통해 처리 용기(202)의 원료 주입구(237)에 연결되며, 이송관(236)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(244)를 통해 조절된다. 원료 용기(232)는 이송관(238)을 통해 처리 용기(202)의 원료 주입구(239)와 연결되며, 이송관(238)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(246)를 통해 조절된다. 원료 용기(234)는 이송관(240)을 통해 처리 용기(202)의 원료 배출구(241)와 연결되며, 이송관(240)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(248)를 통해 조절된다. 원료 용기(230)와 원료 용기(234)는 이송관(242)를 통해 연결되며, 이송관(242)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(250)를 통해 조절된다. 본 구현예에서는 초음파 트랜스듀서(216)가 처리 용기(202) 내의 원료와 직접 접촉하지 않으므로 초음파 처리 중에 유해 성분이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 처리 용기(202)로부터 초음파 발생 모듈(210)을 분리하기가 용이하므로 초음파 트랜스듀서(216)를 교체하기가 용이하다. 또한, 본 구현예에서는 처리 용기(202)에 안정적으로 저장된 원료에 이동기구(218)를 통해 집속초음파를 균일하게 조사할 수 있다.
도 3은 집속초음파 기기의 또다른 일례이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 초음파 처리 장치(300)는 초음파 처리되는 원료가 저장되는 처리 용기(202)와, 처리 용기(302)의 특정 위치에 초점을 갖는 집속초음파를 조사하는 초음파 발생 모듈(310)을 구비한다. 초음파 발생 모듈(310)은 초음파 트랜스듀서(316), 카트리지 하우징(312), 초음파 매질(313) 등을 구비한다. 카트리지 하우징(312)은 상부에 카트리지 윈도우(314)가 형성된다. 초음파 매질(313)은 카트리지 하우징(312)의 내부에 채워지고 초음파 트랜스듀서(316)에서 생성된 초음파를 카트리지 윈도우(214)로 전달한다. 초음파 발생 모듈(310)의 초점은 트랜스듀서(316)는 처리 용기(302)의 바닥면 즉, 용기 윈도우(306)의 상면 근처에 맞춰진다. 처리 용기(302)의 내부에서 바닥부에는 격리실(370)이 설치된다. 격리실(370)은 초음파가 통과하는 윈도우를 구비한다. 본 구현예에서는 초음파 발생 모듈(310)이 처리 용기(302)의 하부에 위치하므로 윈도우가 격리실의 바닥에 형성된다. 초음파 발생 모듈(310)의 초점은 격리실(370)의 내부에 맞춰진다. 격리실(370)은 처리 용기(302)로부터 원료가 유입되는 유입구(372)와, 처리 용기(302)로 원료가 유출되는 유출구(374)를 구비한다. 유입구(372)에는 격리실(370)의 내부로 열리는 유입 도어(376)가 설치되고, 유출구(374)에는 격리실(370)의 외부로 열리는 유출 도어(378)가 설치된다. 유입 도어(376) 또는 유출 도어(378)의 근방에는 원료를 유동시키는 원료 이송 팬(380, 382)이 설치될 수 있다. 원료 이송 팬(380, 382)의 동작에 의해 처리 용기(302) 내부의 원료는 유입구(372)를 통해 격리실(370)의 내부로 유입된다. 격리실(370)의 내부로 유입된 원료는 격리실을 따라 이송되는 동안 집속초음파에 의해 처리되고, 유출구(374)를 통해 유출된다. 집속초음파가 처리 용기(302) 내의 원료에 조사되면 원료의 온도가 상승하여 가스가 발생할 수 있다. 이 가스를 방출할 수 있도록 처리 용기(302)의 상부에는 가스 방출구(352)가 형성될 수 있다. 또한 가스 방출구(352)에는 소정 크기 이상의 압력에서 개방되는 체크 밸브(354)가 구비될 수 있다. 본 구현예에서는 격리실(370)을 구비하고, 처리 용기(302) 내의 원료(303)를 격리실(370)로 이송하여 초음파 처리함으로써 원료(303)에 보다 균일하게 초음파를 조사할 수 있다.
도 4는 집속초음파 기기의 또다른 일례이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 초음파 처리 장치(400)는 초음파 처리되는 원료가 저장되는 처리 용기(402)와, 처리 용기(202)의 특정 위치에 초점을 갖는 집속초음파를 조사하는 초음파 발생 모듈(410)을 구비한다. 초음파 발생 모듈(410)은 초음파 트랜스듀서(416a, 416b, 416c), 초음파 매질(413), 메인 하우징(411)을 구비한다. 초음파 매질(413)은 메인 하우징(412)의 내부에 채워지고 초음파 트랜스듀서(416a, 416b, 416c)에서 생성된 초음파를 전달한다. 집속초음파가 처리 용기(402)에 저장된 원료에 고르게 조사될 수 있도록 초음파 트랜스듀서(416a, 416b, 416c)를 이동시키는 이동기구(418)가 초음파 발생 모듈(410)에 설치된다. 메인 하우징(412)의 상면에는 개구부가 형성된다. 경사 조절 기둥(464a, 464b)은 그 일단이 처리 용기(402)의 바닥면을 지지한다. 경사 조절부(462a, 462b)는 경사 조절 기둥(464a, 464b)의 높이를 조절함으로써 처리 용기(402)의 바닥면이 지면에 대해 갖는 경사를 조절할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 처리 용기(402)의 바닥면의 왼쪽을 오른쪽에 비해 높게 하면 원료는 바닥면을 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하게 되므로, 처리 용기(402) 내에서 원료의 이송을 위한 별도의 기구를 구비할 필요가 없다. 처리 용기(402)의 바닥면에는 초음파가 투과하는 용기 윈도우(406)가 설치된다. 처리 용기(402)는 메인 하우징(412)의 개구부에 설치되며, 용기 윈도우(406)는 초음파 매질(413)에 잠겨 있다. 처리 용기(402)의 바닥면이 지면에 대해 경사면이면 원료가 처리 용기(402)의 바닥면에 쌓이지 않고 경사면을 따라 흐르게 되므로 초음파 트랜스듀서(416a, 416b, 416c)의 초점은 경사면의 바로 위에 위치하는 것이 바람직하다. 복수의 초음파 트랜스듀서(416a, 416b, 416c)는 상기 경사면을 따라 배치됨으로써 동일한 원료가 여러 번 초음파에 조사되도록 할 수 있다. 원료 용기(430, 432, 434)가 더 구비될 수 있다. 원료 용기(430, 432)에는 초음파 처리 전의 원료가 저장된다. 원료 용기(434)에는 초음파 처리 후의 원료가 저장된다. 원료 용기(430)는 이송관(436)을 통해 처리 용기(402)의 원료 주입구(437)에 연결되며, 이송관(436)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(444)를 통해 조절된다. 원료 용기(432)는 이송관(438)을 통해 처리 용기(402)의 원료 주입구(439)와 연결되며, 이송관(438)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(446)를 통해 조절된다. 원료 용기(434)는 이송관(440)을 통해 처리 용기(402)의 원료 배출구(441)와 연결되며, 이송관(440)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(448)를 통해 조절된다. 원료 용기(430)와 원료 용기(434)는 이송관(442)를 통해 연결되며, 이송관(442)을 통한 원료 이송은 개폐밸브(450)를 통해 조절된다. 이송관(436)에 대해 이송관(438)은 처리 용기(402)의 동일한 측면에 연결되고, 이송관(440)은 반대 측면에 연결된다. 즉, 원료 주입구(470, 472)는 처리 용기(402)의 동일 측면에 형성되고, 원료 배출구(474)는 반대 측면에 형성된다. 원료 주입구(470, 472)를 통해 주입된 원료가 처리 용기(402)의 바닥면으로 바로 떨어지지 않고 벽면을 따라 흘러내리도록 가이드 부재(474)가 더 설치된다.
도 5는 집속초음파 기기의 또다른 일례로서, 도 5a는 초음파 처리 장치(500)의 구성도이고, 도 5b는 초음파 처리 장치(500)에 사용된 초음파 생성 모듈(504)의 구성도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 초음파 처리 장치(500)는 초음파 처리되는 원료가 저장되는 처리 용기(502)와, 처리 용기(502)의 특정 위치에 초점을 갖는 집속초음파를 조사하는 초음파 생성 모듈(504)과, 초음파 반사 부재(510)를 구비한다. 초음파 반사 부재(510)은 초음파 트랜스듀서(516), 카트리지 하우징(512), 초음파 매질(513) 등을 구비한다. 카트리지 하우징(512)은 하부에 카트리지 윈도우(514)가 형성되고, 그 내부에 초음파 트랜스듀서(516)가 설치된다. 초음파 매질(513)은 카트리지 하우징(512)의 내부에 채워지고 초음파 트랜스듀서(516)에서 생성된 초음파를 카트리지 윈도우(514)로 전달한다. 집속초음파가 처리 용기(502)에 저장된 원료에 고르게 조사될 수 있도록 초음파 생성 모듈(504)를 이동시키는 이동기구(506)가 설치된다. 초음파 처리 장치(500)에서는 초음파 발생 모듈(504)의 적어도 일부가 처리 용기(502) 내부의 원료에 잠긴 상태에서 이동기구(506)에 의해 이동된다. 초음파 반사 부재(510)가 초음파 발생 모듈(504)에 연결되어 설치된다. 초음파 반사 부재(510)는 초음파 발생 모듈(504)과 함께 이동하며, 초음파 발생 모듈(504)의 초음파 조사 방향에 위치되어 집속초음파의 초점을 지난 초음파를 반대 방향으로 반사시킨다. 초음파 반사 부재(510)는 “ㄷ”자 형상으로 형성될 수 있다. 초음파 반사 부재(510)는 일면이 초음파의 조사 방향에서 마주보게 설치되어 초음파를 반사시킨다. 초음파 반사 부재(510)는 초음파가 원료 내에 더 균일하게 조사되도록 한다. 초음파 발생 모듈(504)의 외측에는 교반부(508)가 설치된다. 교반부(508)는 초음파 발생 모듈(504)가 이동기구(506)에 의해 이동될 때 원료를 섞어 초음파가 원료에 균일하게 조사되도록 한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 초음파 발생 모듈(504)은 이동축(518)을 통해 이동기구(506)에 의해 연결되며, 교반부(508)는 초음파 발생 모듈(504)의 외측에 돌출되게 설치된다. 교반부(508a, 508b, 508c, 508d)는 초음파 발생 모듈(504)에 대해 방사상으로 대칭되게 설치되며, 숟가락 모양의 단부의 방향이 다를 수 있다. 본 구현예는 처리 용기(502) 내부의 원료에 초음파 발생 모듈(504)의 일부가 잠긴 상태에서 이동기구(506)에 의해 초음파 발생 모듈(504)이 이동하므로 초음파 발생 모듈(504)이 처리 용기(502) 내의 원료를 교반하는 기능을 수행한다. 따라서 초음파 처리 장치(500)는 간단한 구성으로도 원료에 초음파의 균일한 조사가 가능하다.
도 6은 집속초음파 기기의 또다른 일례이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 초음파 처리 장치(600)는 초음파 처리되는 원료를 저장하는 처리 용기(602)와, 집속초음파를 생성하는 초음파 발생 모듈(604)를 구비한다. 초음파 처리 장치(600)는 처리 용기(602)를 상/하 이동시키는 원료 승하강기구(606)를 구비한다. 또한, 초음파 처리 장치(600)는 처리 용기(602)와 초음파 발생 모듈(604)을 지지하는 지지대(608)를 더 구비한다. 지지대(608)는 상부에 처리 용기(602)가 위치되는 베이스부(610)와, 베이스부(610)의 일 측에 세워져 초음파 발생 모듈(604)을 지지하는 지지부(612)를 포함한다. 베이스부(610)의 하부에는 이동 바퀴(614)가 설치된다. 지지부(612)에는 초음파 발생 모듈(604)를 이동시키는 초음파 이동기구(616)가 설치된다. 초음파 발생 모듈(604)는 지지체(626)를 통해 이동기구(616)에 설치된다. 처리 용기(602) 내의 원료를 교반하기 위한 교반 부재(618)가 더 설치된다. 교반 부재(618)는 모터(미도시됨)에 의해 회전되고, 프로펠러 형태를 가지며, 복수개가 일정 간격으로 이격되게 설치될 수 있다. 교반 부재(618)는 지지체(624)에 의해 초음파 발생 모듈(604)과 연결되고, 초음파 발생 모듈(604)이 이동기구(616)에 의해 이동될 때 함께 이동되어 원료가 더 잘 혼합되도록 한다. 초음파 처리 장치(600)는 처리 용기(602) 내의 원료의 온도를 감지하는 온도 감지센서(620)와, 원료의 온도를 냉각시키는 냉각 유닛(622)를 더 포함한다. 냉각 유닛(622)의 일 예는 처리 용기(602) 내에 설치되어 처리 용기(602) 내에 저장된 원료를 직접 냉각한다. 냉각 유닛(622)은 예를 들어, 펠티어 소자로 구현할 수 있다. 냉각 유닛(622)의 다른 예는 도 1 또는 도 2에 예시한 바와 같이, 처리 용기(602) 내의 원료를 이송관을 통해 외부의 저장 용기로 이송하면서 원료를 냉각시켜 다시 처리 용기(602)로 주입하는 것으로 구성될 수 있다.
도 7은 도 6의 초음파 처리 장치(600)에 적용된 초음파 발생 모듈(604)의 개념도이다. 초음파 발생 모듈(604)은 초음파 매질(704)이 채워진 카트리지 하우징(702) 내에 복수의 초음파 트랜스듀서(706)를 구비한다. 복수의 초음파 트랜스듀서(706)는 상이한 높이에 위치되거나 초음파 발진체의 곡률 반경이 상이하여 카트리지 윈도우(708)로부터의 초점 거리가 상이하다. 또한, 복수의 초음파 트랜스듀서(706)는 서로 다른 세기로 초음파를 발생시킬 수 있다. 초음파 트랜스듀서(706)는 카트리지 하우징(702) 내에 위치되고, 카트리지 하우징(702)의 상부 측으로 또는 하부 측으로 초음파를 조사하도록 설치될 수 있다. 본 구현예에서와 같이 초음파 트랜스듀서(706)가 카트리지 하우징(702)의 하부 측으로 초음파를 조사하는 경우 카트리지 윈도우(708)는 카트리지 하우징(702)의 하면에 설치된다. 초음파 트랜스듀서(706)가 카트리지 하우징(702)의 상부 측으로 초음파를 조사하는 경우 카트리지 윈도우는 카트리지 하우징(702)의 상면에 설치된다. 초음파 발생 모듈(604)은 전원 라인(708)을 통해 복수의 초음파 트랜스듀서(706)에 전원을 공급하고, 제어 라인(710)을 통해 제어부(미도시됨)로부터의 제어 신호를 공급한다. 카트리지 하우징(702) 내부의 초음파 매질(703)을 순환시킬 수 있는 매질 순환 라인(714)을 더 포함하고, 매질 순환 라인(714)에는 초음파 매질의 온도를 측정하는 온도 센서(712)가 설치된다. 매질 순환 라인(714)은 전원 라인(708) 및 제어 라인(710)과 하나의 케이블 형태로 묶여서 구성될 수 있다. 매질 순환 라인(714)은 온도 센서(712)로부터 온도 정보를 전달받고, 카트리지 하우징(702) 내부의 매질이 초음파에 의해 미리 설정된 온도 이상으로 가열되는 경우 매질을 외부로 순환시킴으로써 매질의 온도를 적절한 온도로 유지시킨다. 초음파 발생 모듈(604)은 카트리지 하우징(702)에 위치되어 체크 밸브(716)를 더 구비한다. 체크 밸브(716)는 카트리지 하우징(702)의 내부에서 발생된 가스를 방출한다. 초음파 매질은 초음파에 의해 가열되어 가스를 생성할 수 있다. 가스는 카트리지 하우징(702) 내부에 기포로 존재하게 되므로 초음파의 전달을 방해한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 a) 단계에서 그린커피빈 및 물은 1:1 내지 1:15의 중량비로 혼합되며, 바람직하게는, 상기 중량비는 1:10이다. 이 중량비에서 그린커피빈은 용매에 침지되지 않고 가장 잘 혼합되며, 집속초음파는 그린커피빈의 세포벽에 조사되어 활성성분이 가장 잘 용출될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 c) 단계 및 e) 단계에서 초음파는 바람직하게는 10 mW/cm2 내지 500 W/cm2 범위의 초음파이다. 초음파는 그린커피빈의 세포벽을 자극하여 집속초음파가 조사될 때 활성성분이 더욱 용이하게 용출될 수 있도록 하는 환경을 조성하는 역할을 하는 것으로 여겨진다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 b) 내지 e) 단계는 각각 27℃ 내지 70℃에서 수행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 35℃ 내지 45℃의 온도이다. 70℃를 초과하는 온도로 열을 가할 경우 추출 수율이 증가되거나 추출공정 시간이 단축될 수 있는 이점은 있으나, 식물 또는 천연물과 같은 원재료는, 특히 그 안에 포함되어 있는 활성성분은 일반적으로 열에 의해 변성된다는 중요한 문제점이 있다. 따라서, 상기 c) 내지 f) 단계를 27℃ 내지 70℃의 저온에서 수행하는 것은 70℃를 초과하는 열을 필요로 하는 다른 공정에 비해 수율 및 순도 측면에서, 그리고 최종 생성물 내 활성성분의 온전성 측면에서 매우 유리하다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 b) 내지 e) 단계를 27℃ 내지 70℃의 저온에서 수행하기 위하여 냉각장치와 같은 별도 장치가 필요할 수 있다. 초음파 또는 집속초음파를 조사할 경우 매질의 온도가 종종 상승하는데, 이러한 온도를 특정 범위 내로 유지해주어야 한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 b) 내지 e) 단계는 각각 5분 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 최종 생성물의 활성성분의 수율 및 순도와 전체 추출 공정의 효율성 및 생산성 측면에서 가장 바람직한 시간은 약 15분이다.
본 발명에 따라 집속초음파를 이용하여 제조된, 활성성분인 페놀성 화합물을 고수율로 포함하는 그린커피빈 추출물은 다른 열수추출법, 유기용매추출법, 초음파추출법 등에 의해 제조된 그린커피빈 추출물에 비해 페놀성 화합물의 추출 수율 및 추출물 내 페놀성 화합물의 함량이 크게 증가된다.
또한, 본 발명에 따른 집속초음파를 이용하여 제조된 그린커피빈 추출물은 그린커피빈이 함유하는 활성성분 중 티로시나아제 활성 저해 및 멜라닌 생성 억제에 직접적으로 연관되는 페놀성 화합물이 선택적이며 집중적으로 추출되어 포함되어 있으므로 피부 미백에 있어 뛰어난 효과를 발휘할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 집속초음파를 이용하여 제조된 그린커피빈 추출물은 피부 미백용 화장료로서 유용성이 우수하다.
도 1 내지 7은 본 발명에 따른 방법에 사용할 수 있는 집속초음파 기기의 예들을 도시한 것이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 그린커피빈 추출물의 페놀성 화합물의 함량 분석 결과를 나타낸다. 집속초음파 추출물은 집속초음파를 이용하여 추출한 추출물, 초음파 추출물은 초음파추출법을 이용하여 추출한 추출물, 열수추출물은 열수추출법을 이용하여 추출한 추출물을 의미한다.
도 9는 비교예 2에서 제조한 대두 추출물의 페놀성 화합물의 함량 분석 결과를 나타낸다. 집속초음파 추출물은 집속초음파를 이용하여 추출한 추출물, 열수추출물은 열수추출법을 이용하여 추출한 추출물을 의미한다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 특별히 정의되지 않은 용어들에 대해서는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서 내 모든 실험 결과는 3회 이상 반복한 평균값으로 나타내었으며, 대조군과 실험군 사이의 통계학적 유의성의 검정은 One-way ANOVA 검정법을 사용하여 p<0.05 수준에서 유의성 검정을 실시하였다.
실시예 1
건조된 그린커피빈(산지: 베트남)을 정제수로 세척한 후 분쇄하여 10배 중량의 증류수에 첨가하였다.
그 후, 도 1의 초음파 트랜스듀서에 구비되어 있는 타원형 발진체를 통해 생성한 1500~2000 W/cm2의 집속초음파를 상기 그린커피빈 용액에 40℃에서 15분 동안 조사하였다. 이 때, 그린커피빈 용액은 계속 교반하여 집속초음파가 그린커피빈 용액 전체에 균질하게 조사되도록 하였다.
이후, 집속초음파 처리된 그린커피빈 용액을 40℃에서 10분 동안 초음파 처리하였다.
이어서, 상기 초음파 처리된 그린커피빈 용액을 교반해주면서, 타원형 발진체를 통해 생성한 1500~2000 W/cm2의 집속초음파를 40℃에서 15분 동안 조사하였다.
그 후, 집속초음파 처리된 그린커피빈 용액을 40℃에서 5분 동안 초음파 처리하였다.
그 결과 수득된 그린커피빈 용액을 정성 여과지 No.2(제조사: Whatman)를 사용하여 여과한 후, 회전식증발농축기(EYELA, Japan)를 사용하여 감압농축하여 증류수를 완전 제거하였으며, 이후 동결건조하여 -20℃에 보관하여 사용하였다.
비교예 1
추출방법에 따른 페놀성 화합물의 추출 수율, 추출물 내 페놀성 화합물 함량, 티로시나아제 활성 저해율 및 멜라닌 생성율 비교를 위하여 초음파추출법 및 열수추출법을 이용하여 그린커피빈 추출물을 제조하였다.
1-1. 초음파추출법을 이용한 추출물의 제조
건조된 그린커피빈(산지: 베트남)을 정제수로 세척한 후 분쇄하여 10배 중량의 증류수에 첨가하였다.
그 후, 수득된 그린커피빈 용액을 초음파추출기(Ilshin Lab, Daejeon, Korea)를 이용하여 40℃에서 45분간 초음파 처리하였다. 비교예 1-1에서 초음파는 500 W/cm2의 초음파를 사용하였다.
그 결과 수득된 그린커피빈 용액을 정성 여과지 No.2(제조사: Whatman)를 사용하여 여과한 후, 회전식증발농축기(EYELA, Japan)를 사용하여 감압농축하여 증류수를 완전 제거하였으며, 이후 동결건조하여 -20℃에 보관하여 사용하였다.
1-2. 열수추출법을 이용한 추출물의 제조
건조된 그린커피빈(산지: 베트남)을 정제수로 세척한 후 분쇄하여 10배 중량의 증류수에 첨가하였다.
그 후, 상기 그린커피빈 용액을 40℃에서 45분 동안 열수추출하였다.
그 결과 수득된 그린커피빈 용액을 정성 여과지 No.2(제조사: Whatman)를 사용하여 여과한 후, 회전식증발농축기(EYELA, Japan)를 사용하여 감압농축하여 증류수를 완전 제거하였으며, 이후 동결건조하여 -20℃에 보관하여 사용하였다.
비교예 2
원료에 따른 티로시나아제 활성 저해율 및 멜라닌 생성율 비교를 위하여 집속초음파를 이용한 추출법 및 열수추출법을 사용하여 대두 추출물을 제조하였다.
2-1. 집속초음파를 이용한 추출물의 제조
건조된 대두를 실시예 1과 같은 방법으로 처리하여 대두 추출물을 제조하였다.
2-2. 열수추출법을 이용한 추출물의 제조
건조된 대두를 비교예 1-2와 같은 방법으로 처리하여 대두 추출물을 제조하였다.
실험예 1. 페놀성 화합물 추출 수율 및 함량 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 수득된 그린커피빈 추출물 시료 각각에 대해 활성성분인 페놀성 화합물 추출 수율 및 함량을 확인하였으며 이는 표 1 및 도 8에 나타내었다.
시료 용매 초음파 전력(W) 추출 온도(℃) 활성성분 수율(%)
실시예 1 물 1800 40 16.85±0.85%
비교예 1-1 물 500 40 12.41±0.45%
비교예 1-2 물 - 40 7.19±0.81%
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 열수추출법에 따라 비교예 1-2에서 제조한 그린커피빈 추출물은 활성성분인 페놀성 화합물을 7.19±0.81 중량% 함유하는 것으로 산출되었다.
초음파추출법에 따라 비교예 1-1에서 제조한 그린커피빈 추출물은 비교예 1-2에서 제조한 그린커피빈 추출물에 비해 활성성분인 페놀성 화합물의 추출 수율이 약 1.73배 더 높은 것으로 확인되었다.
집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 실시예에서 제조한 그린커피빈 추출물은 활성성분인 페놀성 화합물의 추출 수율이 비교예 1-2에 대비하여 무려 약 2.34배 높은 것으로 확인되었으며, 비교예 1-1에 대비해서도 활성성분인 페놀성 화합물의 추출 수율이 유의적으로 증가하였음이 확인되었다.
이에 따라, 집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 그린커피빈 추출물은 다른 추출법을 이용하여 제조된 그린커피빈 추출물과 대비하여 활성성분인 페놀성 화합물의 추출 수율이 높다는 것이 입증된다.
또한, 추출물 내 페놀성 화합물의 함량의 확인을 위해 Folin Ciocalteau method를 하기 절차에 따라 수행하였다.
테스트 샘플 50 ㎕을 100 ㎕ 50% Folin Ciocalteau reagent와 혼합하고 2분간 실온에 방치하였다. 이어서, 2 ml 2% sodium carbonate와 혼합하고 30분간 실온에서 방치한 후, 흡광도 720 nm에서 페놀성 화합물의 함량을 측정하였다. 표준화 곡선(Calibration curve)의 스탠다드(Standard)는 Gallic acid가 사용되었고, 추출물 내 페놀성 화합물의 함량은 Gallic acid equivalents (GAE)와 비교하여 정량하였으며, 결과는 도 8에 나타내었다.
도 8에서 확인할 수 있듯이, 집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 실시예 1에서 제조한 그린커피빈 추출물은 열수추출법에 따라 비교예 1-2에서 제조한 그린커피빈 추출물과 대비하여 페놀성 화합물의 함량이 무려 약 1.6배 더 많은 것으로 확인되었으며, 초음파추출법에 따라 비교예 1-1에서 제조한 그린커피빈 추출물과 대비(열수추출법에 대비 페놀성 화합물이 1.2배 증가)해서도 페놀성 화합물의 함량이 유의적으로 증가하였음이 확인되었다.
이에 따라, 집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 수득된 그린커피빈 추출물은 다른 추출법에 의해 제조된 추출물과 대비하여 추출물 내 페놀성 화합물의 함량이 높다는 것이 입증되었다.
실험예 2. 티로시나아제(Tyrosinase) 활성 저해율 비교
2-1. in vitro 티로시나아제(Tyrosinase) 활성 저해율 측정
티로시나아제 활성 저해율은 하기의 절차에 따라 도파크롬법(dopachrome method)를 이용하여 측정되었다.
0.175 M 인산나트륨(sodium phosphate) 버퍼(pH 6.8) 0.5 ㎖, 10 mM L-DOPA 0.2 ㎖ 및 시료용액 0.1 ㎖ 혼합 액체에 버섯 티로시나아제(110 U/㎖) 0.2 ㎖을 첨가하였으며, 이후 생성된 도파크롬(DOPAchrome)을 475㎚ 파장에서 측정하였다.
티로시나아제 활성 저해율은 하기의 식에 의해 계산되었으며, 100%의 저해율은 시료 첨가에 의해 효소의 활성이 완전히 저해된 것을 의미한다.
티로시나아제 활성 저해율(%)=[(C-D)-(A-B)/(C-D)]×100
A: 반응 후 시료 첨가 용액의 흡광도
B: 반응 전 시료 첨가 용액의 흡광도
C: 반응 전 시료 무첨가 용액의 흠광도
D: 반응 후 시료 무첨가 용액의 흡광도
2-2. 추출방법에 따른 티로시나아제 활성 저해율 비교
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 수득된 그린커피빈 추출물 시료 각각에 대해 티로시나아제 활성 저해율을 확인하였으며 이는 표 2에 나타내었다.
티로시나아제 활성 저해율 (%)
실시예 1 63.47±0.78%
비교예 1-1 61.82±0.43%
비교예 1-2 59.45±0.76%
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 열수추출법에 따라 비교예 1-2에서 제조한 그린커피빈 추출물은 티로시나아제 활성 저해율이 59.45±0.76 %로 산출되었다.
초음파추출법에 따라 비교예 1-1에서 제조한 그린커피빈 추출물은 열수추출법에 따라 비교예 1-2에서 제조한 그린커피빈 추출물과 대비하여 티로시나아제 활성 저해율이 2.37% 증가된 것이 확인되었다.
집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 실시예 1에서 제조한 그린커피빈 추출물은 열수추출법에 따라 비교예 1-2에서 제조한 그린커피빈 추출물과 대비하여 티로시나아제 활성 저해율이 약 4.02% 더 증가한 것으로 확인되었으며, 초음파추출법에 따라 비교예 1-1에서 제조한 그린커피빈 추출물과 대비해서도 유의미한 티로시나아제 활성 저해율이 확인되었다.
이에 따라, 집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 실시예 1에서 제조한 그린커피빈 추출물은 티로시나아제 활성 저해에 직접적으로 연관된 페놀성 화합물을 선택적이고 집중적으로 함유할 수 있음이 입증되며, 이는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 그린커피빈 추출물은 티로시나아제 활성 저해 효과로 인한 뛰어난 미백 효과를 발휘할 수 있음이 입증된다.
2-3. 원료에 따른 티로시나아제 활성 저해율 비교
상기 비교예 2에서 수득된 대두 추출물 시료 각각에 대해 티로시나아제 활성 저해율을 확인하였으며 이는 표 3에 나타내었다. 또한 대두 추출물 내 페놀성 화합물의 함량은 도 9에 나타내었다.
티로시나아제 활성 저해율 (%)
실시예 1 63.47±0.78%
비교예 1-2 59.45±0.76%
비교예 2-1 56.26±0.98%
비교예 2-2 53.28±0.87%
상기 표 3 및 도 9에서 확인할 수 있듯이, 집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 비교예 2-1에서 제조한 대두 추출물은 열수추출법에 따라 비교예 2-2에서 제조한 대두 추출물과 대비하여 추출물 내 페놀성 화합물 함량은 1.9배의 증가율을 보였으나, 티로시나아제 활성 저해율은 약 2.98% 밖에 증가하지 않았다. 이는 원료로서 그린커피빈을 사용한 실시예 1의 경우, 비교예 1-2와 대비하여 추출물 내 페놀성 화합물 함량이 1.6배 증가했으나, 티로시나아제 활성 저해율은 약 4.02% 더 증가한 것과 큰 차이를 보인다.
이는 원료로서 대두를 사용할 경우, 추출물 내 전체 페놀성 화합물의 함량은 증가하지만 티로시나아제 활성 저해율에 직접적으로 연관된 페놀성 화합물은 선택적이고 집중적으로 추출하지 못한 것을 의미한다. 이에 따라, 원료로서 그린커피빈을 사용하고, 그린커피빈 추출물 제조를 위해 집속초음파를 이용하는 경우 티로시나아제 활성 저해에 직접적으로 연관된 페놀성 화합물을 선택적이고 집중적으로 추출할 수 있음이 입증되며, 이는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 그린커피빈 추출물은 티로시나아제 활성 저해 효과로 인한 뛰어난 미백 효과를 발휘할 수 있음이 입증된다.
실험예 3. 멜라닌 생합성 저해율 비교
3-1. 멜라닌 생합성 저해율 측정
본 실험에 사용한 생쥐유래 악성 흑색종 세포주인 Clone M-3 (mouse, Cloudman S91, skin, melanoma) 세포는 10% FBS 및 항생제를 첨가한 RPMI 1640 배지를 사용하여 37℃의 5% CO2의 인큐베이터에서 배양되었다. 세포는 2~3일마다 배양접시의 80% 정도까지 성장 후 계대배양하였다.
배양된 M-3 세포를 24-웰 플레이트에 각 웰당 세포를 1×105 세포/웰 분주한 후 추출물을 처리하였으며, 37℃의 5 % CO2 인큐베이터에서 48시간동안 배양하였다. 그 후, 각 웰을 PBS로 세척한 뒤, 트립신-EDTA로 처리하고 5,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 상등액을 제거하였으며, 펠릿(Pellet)을 60℃에서 건조한 후, 0.2N NaOH 용액 400 ㎕(10% DMSO)를 첨가하여 60℃에서 1시간 동안 용해하였다.
그 후 Microplatereader (Molecular Devices, USA)로 405 ㎚에서 흡광도를 측정하여 세포로부터 생성된 멜라닌의 양을 계산 후 상대적인 멜라닌 생성율을 다음 식에 의해 계산하였다.
상대적 멜라닌 생성율(%)=(A/B)×100
A: 추출물 첨가 후 멜라닌의 양(ug/mL)
B: 추출물 첨가하지 않은 멜라닌 양(ug/mL)
3-2. 추출방법에 따른 멜라닌 생성율 비교
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 수득된 그린커피빈 추출물 시료 각각에 대해 멜라닌 생성율을 확인하였으며 이는 표 4에 나타내었다.
멜라닌 생성율 (%)
실시예 1 81.45±0.64%
비교예 1-1 85.43±0.78%
비교예 1-2 88.42±0.56%
상기 표 4에서 확인할 수 있듯이, 열수추출법에 따라 비교예 1-2에서 제조한 그린커피빈 추출물은 멜라닌 생성율이 약 88.45±0.56%로 산출되었다.
초음파추출법에 따라 비교예 1-1에서 제조한 그린커피빈 추출물은 비교예 1-2에서 제조한 그린커피빈 추출물에 비해 멜라닌 생성율이 약 2.99% 감소한 것으로 확인되었다.
집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 실시예 1에서 제조한 그린커피빈 추출물은 멜라닌 생성율이 비교예 1-2에 대비하여 무려 약 6.97% 더 감소된 것으로 확인되었으며, 비교예 1-1에 대비해서도 멜라닌 생성율이 약 3.98% 더 감소하였음이 확인되었다.
이에 따라, 그린커피빈 추출물 제조를 위해 집속초음파를 이용하는 경우 초음파추출법 및 열수추출법에 의해 추출된 추출물과 대비하여 멜라닌 생성을 효과적으로 억제한다는 점이 입증되며, 이는 본 발명의 집속초음파를 이용하여 제조된 그린커피빈 추출물은 멜라닌 생성 억제 효과로 인한 뛰어난 미백 효과를 발휘할 수 있음이 입증된다.
3-3. 원료에 따른 멜라닌 생성율 비교
상기 비교예 2에서 수득된 대두 추출물 시료 각각에 대해 멜라닌 생성율을 확인하였으며 이는 표 5에 나타내었다. 또한 대두 추출물 내 페놀성 화합물의 함량은 도 9에 나타내었다.
멜라닌 생성율 (%)
실험예 1 81.45±0.64%
비교예 1-2 88.42±0.56%
비교예 2-1 89.28±0.21%
비교예 2-2 91.25±0.56%
상기 표 5 및 도 9에서 확인할 수 있듯이 집속초음파를 이용한 본 발명의 제조방법에 따라 비교예 2-1에서 제조한 대두 추출물은 열수추출법에 따라 비교예 2-2에서 제조한 대두 추출물과 대비하여 추출물 내 페놀성 화합물의 함량은 1.9배의 증가율을 보였으나, 멜라닌 생성율은 1.97% 밖에 감소하지 않았다. 이는 원료로서 그린빈를 사용한 실시예 1의 경우, 비교예 1-2와 대비하여 추출물 내 페놀성 화합물의 함량이 1.6배 증가했으나 멜라닌 생성율은 약 6.97% 더 감소한 것과 큰 차이를 보인다. 이는 원료로 대두를 사용할 경우, 추출물 내 전체 페놀성 화합물의 함량은 증가하지만 멜라닌 생성 억제와 직접적으로 연관있는 페놀성 화합물을 선택적이고 집중적으로 추출하지 못한 것을 의미한다. 이에 따라, 원료로서 그린커피빈을 사용하고, 그린커피빈 추출물 제조를 위해 집속초음파를 이용하는 경우 멜라닌 생성 억제에 직접적으로 연관된 페놀성 화합물을 선택적이고 집중적으로 추출할 수 있음이 입증되며, 이는 본 발명의 집속초음파를 이용하여 제조된 그린커피빈 추출물은 멜라닌 생성 억제 효과로 인한 뛰어난 미백 효과를 발휘할 수 있음이 입증된다.

Claims (10)

  1. a) 그린커피빈을 물에 혼합하는 단계;
    b) 상기 a) 단계에서 수득된 혼합물에 고강도 집속초음파를 조사하는 단계;
    c) 상기 b) 단계에서 고강도 집속초음파 처리된 혼합물에 초음파를 처리하는 단계;
    d) 상기 c) 단계에서 초음파 처리된 혼합물에 고강도 집속초음파를 조사하는 단계; 및
    e) 상기 d) 단계에서 고강도 집속초음파 처리된 혼합물에 초음파 처리하는 단계;를 포함하는 방법에 따라 제조된 그린커피빈 추출물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계의 그린커피빈은 분쇄된 것을 특징으로 하는 그린커피빈 추출물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계 및 d) 단계에서 고강도 집속초음파를 조사하는 동안 혼합물을 교반하는 것을 특징으로 하는 그린커피빈 추출물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계에서 그린커피빈 및 물은 1:10의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 그린커피빈 추출물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 b) 내지 e) 단계는 40℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 그린커피빈 추출물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 b) 내지 e) 단계는 각각 5분 내지 30분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 그린커피빈 추출물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 e) 단계 이후에 여과 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그린커피빈 추출물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 그린커피빈 추출물을 포함하는 피부 미백용 화장료 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 그린커피빈 추출물은 티로시나아제 활성을 저해하고 멜라닌 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 피부 미백용 화장료 조성물.
  10. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140031662A (ko) 2012-09-05 2014-03-13 김영욱 유기사포닌 성분의 홍삼 추출액 제조방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ultrasonics Sonochemistry. 제21권,제3호,1258-1264쪽, 2014년3월 공개* *
한국자원식물학회 학술심포지움, 93쪽, 2018년10월 공개* *
한국화학공학회. 제56권,제2호,245-251쪽, 2018년04월 공개* *

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