KR102047346B1

KR102047346B1 - 천연 화장품에 이용가능하도록 그린 커피빈으로부터로부터 클로로겐산 및 카페인을 추출할 수 있는 그린 추출법 및 이를 이용한 천연 화장품의 제조방법

Info

Publication number: KR102047346B1
Application number: KR1020180019294A
Authority: KR
Inventors: 박선주; 진현우
Original assignee: 박선주
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2019-11-21
Also published as: KR20190099630A

Abstract

본 발명은 천연 화장품에 이용가능하도록 그린 커피빈으로부터로부터 클로로겐산 및 카페인을 추출할 수 있는 그린 추출법 에 있어서, 그린 커피빈 및 용매를 마련하는 단계; 및 용매에 그린 커피빈을 투입하고, 초음파 발생장치를 이용하여 50 내지 70 kHz의 초음파를 10 내지 15분동안 인가하여 카페인 및 클로로겐산을 포함하는 커피 추출물을 추출하는 단계;를 포함하고, 상기 용매는 물인 것을 특징으로 하는 그린 추출법에 관한 것이다.

Description

천연 화장품에 이용가능하도록 그린 커피빈으로부터로부터 클로로겐산 및 카페인을 추출할 수 있는 그린 추출법 및 이를 이용한 천연 화장품의 제조방법{GREEN EXTRACTION METHOD THAT EXTRACTS CHLOROGENIC ACID AND CAFFEINE FROM GREEN COFFEE BEANS TO BE USED IN NATURAL COSMETICS AND METHOD FOR MANUFACTURING NATURAL COSMETICS USING THE SAME}

본 발명은 천연 화장품에 이용되는 커피 추출물의 추출 방법 및 이를 이용한 천연 화장품의 제조 방법에 관한 것이다.

1890년대 커피가 우리나라에 들어온 이후 현재 커피는 우리나라에서 가장 사랑받는 음료 중 하나가 되었다. 근래에 들어서는 단순히 음료를 넘어 커피가 가지고 있는 고유의 효과에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.

특히, 커피에는 카페인(caffeine)과 클로로겐산(chlorogenic acid)이 다량으로 포함되어 있다.

카페인은 잔틴(xanthine)계 화합물로 커피콩은에서 처음 발견된 흥분제의 한 종류이다. 카페인은 부신피질 호르몬 분비를 촉진하여 순화기 계통의 운동을 늘리며 중추신경을 활성화 시키는 등 다양한 효과를 가진다.

한편, 클로로겐산은 그린 커피빈(Green coffee bean)에 포함되는 천연 생성물이며, 화학적으로는 카페산(caffeic acid), 퀸산(quinic acid), 3-CQA(3-O- caffeoylquinic acid)의 에스테르이며, 다른 이성질체로는 4-CQA(crypto-caffeoylquinic acid), 5-CQA(neo- caffeoylquinic acid)가 있다. 클로로겐산은 폴리페놀 화합물로서 강한 항산화제이다. 즉, 클로로겐산은 세포 및 모든 기관의 산화적 퇴행으로부터 보호하는 역할을 수행한다.

근래에는 단순히 커피를 섭취해서 카페인 및 클로로겐산의 효과를 누리는 것을 넘어 화장품 등으로 피부에 직접적인 효과를 주려는 시도가 많아지고 있다.

이와 같은 효과를 가지는 카페인이나 클로로겐산을 화장품 등에 이용하기 위해서는 그린 커피빈으로부터로부터 해당 물질을 추출하여야 한다.

식물의 줄기, 뿌리 또는 열매 등으로부터 어떠한 천연물을 추출하는 방법은 매우 다양하다. 전통적으로는 천연물 추출을 위해 열수출법, 고온용매추출법, 기계 압착법 등을 이용한다. 하지만, 이러한 전통적인 방법들은 추출하고자 하는 대상이 열에 의해 변성이 일어나거나, 추출효율이 현저히 떨어지거나, 추출되는 양이 일정하지 않다는 문제가 있다.

한편, 일반 화장품과 달리, 천연 화장품의 경우에는 추출효율 뿐만 아니라 추출시 사용된 용매 종류 등 피부에 자극이 될 수 있는 물질의 사용여부도 매우 중요하다. 일반적으로 천연 화장품을 사용하는 소비자는 보통의 화장품에 포함되는 보존제, 향료, 유기 용매 등에 의해 피부가 자극되는 사람들이다. 결국, 커피추출물인 카페인과 클로로겐산이 피부에 좋다고 하더라도, 이를 추출하는 과정에서 피부를 자극할 수 있는 물질이 포함된다면 천연 화장품에 이용하기 되기 어렵다.

이에 높은 추출효율 및 일정한 추출량을 가지면서도, 추출물이 천연 화장품의 소비자의 피부에 자극이 되는 물질을 포함되지 않도록 하는 카페인 및 클로로겐산의 추출법이 필요하다.

본 발명의 일 목적은 천연화장품의 유효성분으로 이용될 수 있는 그린 추출법을 제공하고자 하는 것이며, 보다 구체적으로는 그린 추출법이 가지고 있는 낮은 추출 효율 및 유효성분 함량이 일정하지 않다는 것을 해결하고자 하는 것이다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 발명의 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명은 천연 화장품에 이용가능하도록 그린 커피빈으로부터 클로로겐산 및 카페인을 추출할 수 있는 그린 추출법에 관한 것이다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법은 그린 커피빈 및 용매를 마련하는 단계; 및 용매에 그린 커피빈을 투입하고, 초음파 발생장치를 이용하여 50 내지 70 kHz의 초음파를 10 내지 15분동안 인가하여 카페인 및 클로로겐산을 포함하는 커피 추출물을 추출하는 단계;를 포함하고, 상기 용매는 물인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 커피추출물을 추출하는 단계에서 용매의 온도는 70 내지 80도인 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 그린 커피빈은 수세한 후 동결 건조하여 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 커피 추출물을 물로 1 배 초과, 100 배 미만으로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법을 이용하여 추출된 커피 추출물을 사용하여 천연 화장품을 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법은 초음파 발생장치로 50~70kHz의 초음파를 10 내지 15분동안 인가함과 동시에, 용매로 물을 이용하기 때문에 커피 추출물에 천연화장품의 소비자의 피부를 자극할 수 있는 유해성분이 포함되지 않으면서도 높은 추출 효율을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법 및 천연 화장품의 제조방법의 플로우차트를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 샘플 1 내지 5의 HLPC LC-MS 의 클로로겐산의 피크측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 샘플 1 내지 5의 HLPC LC-MS 의 카페인의 피크측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 클로로겐산의 표준물질을 이용하여 도시된 표준 곡선이다.
도 5는 카페인의 표준물질을 이용하여 도시된 표준 곡선이다.
도 6은 세포독성시험에 이용된 세포 종류에 따른 세포주 배양 형태를 촬영한 것이다.
도 7은 샘플 8 내지 12의 세포독성시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 샘플 8 내지 12의 항산화 효과 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 피부자극 시험의 각 단계를 촬영한 것이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

태양은 인간에게 없어서는 안될 소중한 존재이나, 피부의 관점에서는 광노화(Photo aging)를 발생시키는 주된 이유이다. 광노화된 피부는 자연적으로 노화된 피부에 비해 주름살이 굵고 깊으며, 흑자, 기미 등의 색소 침착이 발생한다.

이처럼 광노화로 주름이 발생하는 원리를 살펴보면 다음과 같다. 피부 속의 콜라겐과 엘라스틴은 망상구조로 진피를 지지하는 기능을 수행한다. 자외선(UV)는 피부섬유 아세포의 콜라겐 생성을 막으며, 콜라겐 분해효소인 MMP(Matrix Metallo-proteinase의 발현을 증가시켜 콜라겐과 같은 피부를 구성하는 섬유의 분해를 촉진함으로써 광노화가 빠르게 진행된다.

광노화를 예방하기 위해서 다양한 연구가 수행되고 있으며, 그 결과로 커피에 포함되어 있는 클로로겐산이 광노화를 방지하는데 매우 효과적이라는 점이 밝혀졌다.

한편, 최근 커피에 포함되어 있는 카페인이 혈액 내 염증반응을 일으키는 물질을 억제한다는 역할을 수행한다는 것이 밝혀졌다. 즉, 카페인을 화장품으로 이용함으로써 피부 트러블을 개선하는데 도움이 될 수 있다.

이에 따라, 클로로겐산 및 카페인을 커피로부터 추출하여 의약이나 화장품 등으로 이용하려는 다양한 연구가 진행중에 있다.

다만, 천연화장품 분야에서는 종래의 클로로겐산 및 카페인의 추출법들을 바로 이용할 수 없다. 천연화장품의 소비자는 일반적인 화장품에 포함되는 인공적인 화학제들에 의해 피부가 자극되어 염증 반응 등을 경험하는 경우가 많다. 즉, 천연화장품 분야에서는 클로로겐산과 카페인의 추출과정에서 피부자극을 유발하는 물질이 포함되지 않도록 할 필요가 있다. 이러한 추출법을 그린 추출법이라 한다.

본 발명은 그린 추출법을 이용하여 피부자극을 유발하는 물질이 포함되지 않으면서, 커피로부터 클로로겐산 및 카페인을 높은 효율로 추출할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 단순히 그린 추출법에 의하는 것이 아니라, 커피로부터 클로로겐산 및 카페인을 현저히 높은 효율로 온전히 추출할 수 있는 그린 추출법을 제공하고자 하는 것이다. 나아가, 추출된 클로로겐산 및 카페인이 변성이 없어 충분한 항산화 효과나 항염증 효과를 가지는 것과 동시에 독성 없이 사용할 수 있는 농도까지 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법의 플로우 차트를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법은 크게 다음과 같은 두 단계로 구성된다. 먼저, 그린 커피빈 및 용매를 마련하는 단계(S110)를 수행하고, 초음파 발생장치를 이용하여 그린 커피빈으로부터 커피 추출물을 추출하는 단계(S120)를 수행한다.

이하, 각 단계를 조금 더 구체적으로 살펴보도록 한다.

그린 커피빈 및 용매를 마련하는 단계(S110)는 각각 그린 커피빈을 마련하는 단계(S111) 및 용매를 마련하는 단계(S112)를 포함한다.

그린 커피빈을 마련하는 단계(S111)를 살펴보자. 그린 커피빈으로는 아라비카(Arabica), 로부스타(Robusta-canephora) 및 리베리카(Liberica)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 다만, 바람직하게는 클로로겐산의 함량이 가장 높은 아라비카 품종을 사용할 수 있다.

일반적으로 커피를 음료로 섭취할 경우에는 그린 커피빈에 대해 배전(Roasting) 과정을 수행한다. 다만, “배전시간에 따른 커피 추출물의 항균 및 항산화 효과(김지영 · 한영숙, KOREAN J. FOOD COOKERY SCI, Vol. 25, No. 4, pp. 496~505 (2009))”에 따르면 카페인은 별론, 클로로겐산은 열에 의해 쉽게 분해되는 것으로 알려져있다.

따라서, 클로로겐산의 추출 효율을 증가시키기 위하여 본 발명에서는 배전 과정을 생략하고 그린 커피빈을 이용하고자 한다. 즉, 커피의 경우 배전과정을 생략하는 것이 일반적이지 않음을 밝히는 바이다.

이때, 그린 커피빈을 마련하는 단계(S111)는 그린 커피빈을 수세후 약 -20 ~ -40 ℃에서 동결건조함으로써 수행될 수 있다. 이처럼 동결건조하는 것은 그린 커피빈에 포함된 클로로겐산 및 카페인의 손실을 초소화하면서 수분을 제거하여 단위 중량당 클로로겐산 및 카페인의 함량을 증가시켜, 후술하는 클로로겐산 및 카페인의 추출효율을 증가시키기 위함이다. 동결건조된 그린 커피빈은 분쇄하는 단계가 더 수행될 수 있다.

한편, 그린 커피빈을 마련하는 단계(S111)와 별개로 용매를 마련하는 단계(S112)가 수행된다. 용매를 마련하는 단계(S112)는 후술하겠지만 추출 효율의 극대화 및 천연화장품에 이용가능할 수 있도록 용매로 물을 사용하였다.

용매를 마련하는 단계(S112)는 용매를 70 내지 80 ℃로 가열하는 단계를 포함한다. 즉, 용매로 물을 사용하고, 물의 온도를 70 내지 80 ℃로 승온하여 추출과정을 거침으로써 클로로겐산의 변성을 최소화하면서 추출효율을 극대화 할 수 있었다.

그린 커피빈과 용매의 질량비는 0.25:1 내지 0.35:1이 되도록 혼합될 수 있다.

후술하는 바와 같이, 본 발명의 커피 추출물은 항산화 효과를 유지하면서도, 독성을 제거하기 위하여 희석하는 단계를 수행하게 된다. 추출하는 단계부터 추출물이 독성을 가지지 않는 충분한 양의 용매를 사용하지 않는 이유는 용매의 양이 증가하면, 초음파가 전파되어야하는 매질의 증가 및 초음파의 감쇠 등으로 인해 추출효율이 현저히 감소하기 때문이다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법은 추출하는 단계와 희석하는 단계를 분리함으로써 추출 효율을 극대화하고, 독성을 제거할 수 있다. 즉, 그린 커피빈과 용매의 질량비를 0.25:1 내지 0.35:1 함으로써 초음파의 전파 효율을 증가시켜 추출 효율을 향상시키고, 동시에 커피 추출물을 1배 초과, 100배 이하로 희석하여 독성을 제거할 수 있었다.

그린 커피빈 및 용매를 마련하는 단계(S110)를 수행한 후에는 그린 커피빈으로부터 커피 추출물을 추출하는 단계(S120)가 수행된다.

본 발명의 커피 추출물을 추출하는 단계(S120)는 초음파 발생장치를 이용하는 것에 그 특징이 있다.

종래에 이용되는 추출방법은 고온 · 고압을 이용하는 것으로 클로로겐산의 추출에 적합하지 않다. 본 발명에서는 클로로겐산의 변성 없이 추출과정을 진행하기 위하여 초음파 발생장치를 이용하였다.

커피 추출물을 추출하는 단계(S120)를 구체적으로 살펴보면, 용매에 그린 커피빈을 투입하고 초음파 발생장치를 이용하여 이용하여 50 내지 70 kHz의 초음파를 10 내지 15분동안 인가하여 카페인 및 클로로겐산을 포함하는 커피 추출물을 추출할 수 있다.

초음파의 진동수와 인가 시간은 추출 효율 및 경제성을 고려하여 선택된 것이다. 즉, 진동수가 50 kHz 미만이거나 인가하는 시간이 10분 미만인 경우에는 크로로겐산 및 카페인의 추출효율이 너무 낮으며, 진동수가 70 kHz를 초과하거나 15분 초과인 경우에는 시간대비 추출량 증가가 적어 경제적이지 못하다.

커피 추출물의 이용의 편의성을 위해 시린지(Syringe pump) 등으로 그린 커피빈의 잔여물들을 필터링하는 단계(S130)를 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 그린 추출법으로 커피 추출물을 추출한 경우에 추출된 커피 추출물을 더욱 효율적이고 안전하게 이용할 수 있는 방법에 대한 추가적인 연구를 진행하였다.

즉, 본 발명의 그린 추출법은 추출된 커피 추출물은 항산화 능력을 유지하면서, 세포 독성이 없도록 농도를 1배 초과, 100 배 미만으로 희석하는 단계(S140)가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 그린 추출법으로 추출한 커피 추출물을 그대로 사용할 경우 매우 높은 항산화 능력을 가짐은 별론 세포 독성이 문제될 수 있다. 또한, 세포 독성을 감소시키기 위해 과도하게 희석할 경우 항산화 능력이 감소하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명의 그린 추출법으로 추출된 커피 추출물의 농도를 1배 초과, 100 배 미만으로 희석하여 사용함으로써 세포 독성 없이, 높은 항산화 능력을 가지도록 할 수 있다.

전술했던 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법의 효과를 후술하는 실시예를 통해 살펴보도록 한다. 본 발명의 모든 효과들은 단순히 추정이 아니라, 발명자들의 계획된 실험 과정을 통해 확인된 것임을 밝히는 바이다.

[실시예 1: 용매 종류에 따른 추출 효율]

먼저, 본 발명의 그린 추출법에 있어서 용매의 영향을 살펴보도록 한다.

그린 커피빈은 아라비카 품종으로 수세한 후 동결건조하고 분쇄하여 30g 준비하였다. 용매에 따른 콜로로겐 산 및 함량 분석을 위해, 용매로 식물성 에탄올(샘플 1 및 샘플 2), 에탄올(샘플 3 및 샘플 4) 및 증류수(샘플 5)를 각각 100g씩 마련하였다. 각 용매의 온도는 70 ℃로 동일하도록 하였다.

준비된 그린 커피빈을 용매에 투입한 후 그린 추출법으로 추출과정을 진행하였다. 초음파 발생 장치는 Sonics & Materials Inc. 의 VCX 500을 이용하였으며, 70 kHz의 초음파 신호(amplitude: 70% of 400W, 3,0 sec pulse, 1.0 sec rest)를 이용하여 수행하였다.

클로로겐산의 추출효율은 HPLC LC-MS 을 통해 수행되었다. 클로로겐산의 정확한 물질 분석을 위해 SIGMA 사의 합성 클로로겐산(표준물질)을 구입하여, 추출물 내에 포함된 클로로겐산과의 일치성을 확인하였다. 나아가, 표준물질을 이용하여 그린 표준곡선(Standard curve)을 통해 각 용매에 따른 클로로겐산의 함량을 확인하였다.

한편, 카페인의 클로로겐산의 추출효율도 HPLC LC-MS 을 통해 수행되었다. 카페인의 정확한 물질 분석을 위해 SIGMA 사의 합성 카페인(표준물질)을 구입하여, 추출물 내에 포함된 카페인과의 일치성을 확인하였다. 나아가, 표준물질을 이용하여 그린 표준곡선(Standard curve)을 통해 각 용매에 따른 카페인의 함량을 확인하였다.

각 물질의 함량을 확인하기 전에 각 성분의 존재여부를 확인하였다.

먼저, 클로로겐산의 표준물질의 피크(peak) 위치를 확인하였다. 클로로겐산의 표준물질의 피크(peak) 위치는 5.28 이였다. 샘플 1 내지 5의 클로로겐산의 피크 위치를 확인한 결과를 도 3에 나타내었다. 도 2를 참조하면, 샘플 1 내지 5는 모두 5.284 내지 5.287에 피크가 위치하는바 모두 클로로겐산이 추출되었음을 알 수 있었다.

다음으로, 카페인의 표준물질의 피크 위치를 확인하였다. 카페인의 표준물질의 피크 위치는 5.41이였다. 샘플 1 내지 5의 카페인의 피크 위치를 확인한 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 샘플 1 내지 5는 모두 5.415 내지 5.422에 피크가 위치하는바 모두 카페인이 추출되었음을 알 수 있었다.

그 다음 클로로겐산의 표준물질의 표준 곡선(도 4 참조)을 이용하여, 각 샘플의 클로로겐산의 함량을 측정하였다. 그 결과, 샘플 1 및 2(식물성 에탄올)의 경우에는 각각 19.29 mg/L 및 19.11 mg/L의 함량이 측정되었고, 샘플 3 및 4(에탄올)의 경우에는 58.77 mg/L 및 51.27 mg/L의 함량이 측정되었으며, 샘플 5(증류수)의 경우에는 59.55 mg/L의 함량이 측정되었다.

증류수를 용매로 사용한 경우의 클로로겐산의 함량이 가장 높게 측정되었음을 알 수 있다. 이는 에탄올을 용매로 사용한 경우보다 동등 이상의 추출 효율을 보인 것이다. 특히, 에탄올을 용매로 이용하는 경우에는 추출후 잔류물로 에탄올이 남아 피부를 자극하는 요인이 될 수 있다. 하지만, 증류수의 경우에는 그러한 문제가 없는바, 잔여물을 제거하는 공정도 필요없으며, 증류수에 의해 피부가 자극될 우려도 없다.

카페인의 함량도 측정하였다. 카페인의 함량은 카페인의 표준물질의 표준 곡선(도 5 참조)을 이용하여 수행되었다. 그 결과, 샘플 1 및 2(식물성 에탄올)의 경우에는 각각 15.28 mg/L 및 15.00 mg/L의 함량이 측정되었고, 샘플 3 및 4(에탄올)의 경우에는 23.27 mg/L 및 27.28 mg/L의 함량이 측정되었으며, 샘플 5(증류수)의 경우에는 127.62 mg/L의 함량이 측정되었다.

카페인의 경우에도 역시 증류수를 용매로 사용한 경우의 추출된 함량이 가장 높게 측정되었음을 알 수 있다. 이는 에탄올을 용매로 사용한 경우보다 동등 이상의 추출 효율을 보인 것이다.

한편, 이처럼 증류수를 이용하였음에도 불구하고 추출 효율이 높은 것은 본 발명이 초음파 발생장치를 이용하여 추출을 진행하였기 때문인 것으로 판단된다. “배전시간에 따른 커피 추출물의 항균 및 항산화 효과(김지영 · 한영숙, KOREAN J. FOOD COOKERY SCI, Vol. 25, No. 4, pp. 496~505 (2009))”에 따르면, 물의 경우 메탄올을 용매로 추출한 경우에 비해 그 추출 효율(yield)이 낮다고 보고하고 있다. 배전 과정의 진행 여부에 차이가 있으나, 본 발명의 경우에는 증류수를 용매로 사용였음에도 불구하고, 증류수를 이용한 경우의 추출 효율이 가장 높았다. 따라서, 용매로 증류수, 즉 물을 사용하는 것과 초음파 발생장치를 이용하여 추출을 진행하는 것의 조합을 통해 현저한 추출 효율 상승이 발생했다고 보는 것이 합리적일 것이다.

또한, 물은 다른 용매에 비해 그 가격 및 접근이 가장 용이한 용매에 해당한다.

결론적으로, 본 발명의 그린 추출법은 용매로 물을 사용하고 초음파 발생장치를 이용하여 추출을 수행함으로써, 높은 추출 효율, 높은 경제성 및 피부에 자극되는 요인의 최소화라는 세마리 토끼를 잡은 것과 같다.

[실시예 2: 용매 온도에 따른 추출 효율]

다음으로는 용매의 온도에 따른 영향을 살펴보기 위하여, 가장 높은 추출 효율을 보였던 증류수의 온도를 변화시켜 클로로겐산의 추출 효율을 확인하였다.

샘플의 준비과정은 실시예 1의 샘플 5와 동일하나, 용매의 온도만 각각 50 ℃ (샘플 6) 및 80 ℃ (샘플 7)로 달리하였다. 샘플 5 내지 7을 비교하여, 온도 변화가 콜로로겐산의 추출 함량에 주는 영향을 알아보았다.

50 ℃의 증류수를 용매로 이용하여 추출을 진행한 샘플 6의 경우 클로로겐산의 함량은 12.00 mg/L 였으며, 70 ℃의 증류수를 용매로 이용하여 추출을 진행한 샘플 5의 경우 클로로겐산의 함량은 전술한 바와 같이 59.55 mg/L이였다. 80 ℃의 증류수를 용매로 이용하여 추출을 진행한 샘플 7의 경우 클로로겐산의 함량은 65.00 mg/L 이였다.

샘플 5 내지 7을 비교해보면, 용매의 온도를 70 ℃ 내지 80℃로 이용함으로써, 추출 효율을 50 ℃의 용매를 사용하는 것에 비해 4배에서 5배 넘게 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 더 높은 온도에서는 클로로겐산의 변형이 발생할 우려가 있다.

결론적으로, 본 발명의 그린 추출법은 단순히 용매로 물을 사용하는 것을 넘어, 용매로 사용되는 물의 온도를 70 ℃ 내지 80 ℃로 함으로써 추출 효율을 현저히 증가시킨 것이다. 특히, 상온(약 30 ℃)의 물을 사용한 것과 비교한다면, 추출 효율은 더욱 현저할 것이다.

[실시예 3: 커피추출물의 농도에 따른 세포독성시험]

전술한 바와 같이 높은 추출 효율을 보이는 커피 추출물의 농도에 따른 영향을 확인해 보았다.

먼저, 세포독성시험을 위해 인체 유래 세포주를 배양하였다. 인체 유래 세포주의 배양은 DMEM(Dubbecco's modified Eagle medium) 배지에 10 % FBS (heat-inactived fetal bovine serum)과 1% penicillin/streptomycin(100U/ml)을 첨가하여, 37 ℃, 5% CO₂ 인큐베이터에서 배양하였다. 세포의 종류는 인체 유래 섬유아세포(CCD-986sk), 피부각질세포(HaCaT cell), 동물 유래 섬유아세포(Vero cell)를 이용하였다(도 6 참조).

한편, 커피 추출물은 샘플 5를 이용하여, 증류수를 추가하여 희석하였다. 희석한 농도는 1배(샘플 8), 10배(샘플 9), 10²배(샘플 10), 10³배(샘플 11), 10⁴배(샘플 12)이다.

세포독성시험은 각 세포를 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5- diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay로 변형하여 실험하였다. 실험에 사용된 셀(cell)의 농도를 1 × 10⁵개/mL로 조정하여 96 웰 플레이트(well plate)에 100 μl씩 분주한 후 37°C, 5% CO₂ 조건에서 24시간 동안 배양하였다. 샘플 8 내지 12의 커피 추출물을 농도별로 100 μl씩 분주한 후 150rpm 에서 5분 혼합하고 37°C, 5% CO₂ 조건에서 48시간 및 72시간 배양하였다. 5 mg/mL in PBS 농도인 MTT 용액 (Ambresco)을 준비하여 각 well에 20 μl씩 분주하여 150 rpm, 5분 shake하고 37°C, 5% CO₂에서 2시간 배양하였다. 배지를 최대한 제거하고 DMSO( dimethyl sulfoxide)를 200 μl씩 분주한 뒤 150 rpm에서 5분간 교반하여 ELISA 리더기를 이용하여 595 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험에 사용한 대조군은 샘플과 동량의 증류수를 첨가하여 동일한 조건으로 배양하였다.

세포독성시험 결과는 도 7의 샘플들과 대조군의 흡광도 감소율로 나타내었다. 도 7을 참조하면, 추출물 원액(샘플 8)에서는 인체 유래 섬유아세포(CCD-986sk), 피부각질세포(HaCaT cell), 동물 유래 섬유아세포(Vero cell)가 각각 19.98%, 8.03%, 9.78%의 세포 생존율을 보였으나, 10배이상 희석한 경우(샘플 9 내지 12)에는 90% 이상의 세포 생존율을 보임을 알 수 있었다.

즉, 세포독성시험 결과 본 발명의 그린 추출법에 의해 추출된 커피 추출물은 원액 그대로 사용하기 보다는 1를 초과하도록, 바람직하게는 10 배이상으로 희석하여 사용할 수 있다.

[실시예 4: 커피추출물 농도에 따른 항산화 효과 분석]

세포독성시험과 별개로 커피추출물의 항산화 능력에 대한 평가를 진행하였다.

DPPH(1, 1-diphenyl-2-picryl hydrazyl)는 화합물 내 질소 중심의 라디칼로 자유 라디칼의 안정화된 물질이다. 따라서 반응 중 DPPH의 감소는 자유 라디칼의 소거반응이 진행되는 것을 의미하고, 질소과산화의 초기반응의 억제 정도를 예측할 수 있다. DPPH는 510~590 nm에서 최대 흡수를 나타내며, 환원되면 흡수가 사라진다. 따라서 DPPH의 환원정도는 환원제의 환원력에 따라 달라진다. 이러한 DPPH의 성질을 이용하여 커피추출물 농도에 따른 항산화 효과를 분석하였다.

먼저, 에탄올에 용해시킨 0.2 Mm의 DPPH 용액 190 μl를 96 well plate에 각각 분주한 후 커피 추출물 희석액(샘플 8 내지 11)을 10 μl 분주하여 37°C에서 30분간 반응시켰다. 시료액의 대조군으로 멸균 증류수를 사용하였으며 반응 후 550 nm에서 흡광도를 측정한 다음 시료 첨가군과 무첨가군 사이의 흡광도의 차이를 백분율(%)로 표시하였다.

그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8를 참조하면, 원액인 샘플 8에서 가장 높은 66%의 저해활성을 나타내었다. 10배 희석한 경우(샘플 9)에는 43.2%로 약간 저해활성이 감소하였으나, 100배 이상 희석한 경우(샘플 10 내지 12)에는 6 % 미만의 매우 낮은 저해활성을 나타내는 것을 알 수 있었다.

[실시예 5: 커피추출물의 피부 자극 여부]

본 발명의 그린 추출법을 이용하여 추출한 커피 추출물이 천연화장품에 이용될 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 커피추출물의 피부 자극 여부에 관한 시험을 진행하였다. 시험은 부산가톨릭대학교 생명윤리심의위원회의 심의를 받고 한국식품의약품안전처 기준 피부안전성 검사법에 따라 인체 피부 일차자극시험이 수행되었다.

피험자로 22세 이상 25세 이하로 선정기준에 부합하고 제외기준에 해당하지 않는 여성 30명을 선정하여 시험을 진행하였다. 첩포 시험은 피험자의 팔 안쪽 부위에 샘플 9의 시험물질을 도포하여 48시간 후 패치(patch)를 제거하고 제거에 의한 일과성의 홍반의 소실을 기다려 관찰 및 판정하였다(도 9 참조). 그 결과를 아래의 표 1에 표시하였다.

성별	연령	도포 전 반응	24시간 후 반응	48시간 후 반응
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	24	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	24	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	25	이상없음	이상없음	이상없음
여	25	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
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여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
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여	24	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음
여	25	이상없음	이상없음	이상없음
여	23	이상없음	이상없음	이상없음

표 1을 참조하면, 반응을 관찰한 결과 실험에 참가한 30명의 피험자 중 알러지반응을 일으키는 사람은 없었다. 따라서, 본 발명의 그린 추출법으로 추출한 커피 추출물을 이용하여 천연화장품을 제조하더라도, 사용자의 피부에 자극이 없음을 알 수 있다.

이상에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법이 가지는 효과들에 대하여 살펴보았다. 서두에서 밝힌 바와 같이 본 발명의 목적은 그린 커피빈으로부터 클로로겐산 및 카페인을 추출하되, 천연화장품에 이용될 수 있도록 피부에 자극이 되는 물질을 포함하지 않으면서도 높은 추출효율을 가지는 추출방법을 찾는 것이었다. 위 결과들을 고려해보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법이 그러한 목적에 부합하는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 전술한 희석된 커피 추출물을 이용하여 천연 화장품을 제조하는 단계(S150)를 수행할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 추출법을 이용하여 추출된 커피 추출물을 사용하여 천연 화장품을 제조할 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 화장품의 제조 방법은 커피 추출물을 마련하는 단계 및 상기 커피 추출물과 천연 화장품용 조성물을 혼합하여 천연 화장품을 제조하는 단계를 포함한다. 이?, 상기 커피 추출물을 마련하는 단계는 그린 커피빈 및 물인 용매를 마련하는 단계 및 용매에 그린 커피빈을 투입하고, 초음파 발생장치를 이용하여 50 내지 70 kHz의 초음파를 10 내지 15분동안 인가하여 카페인 및 클로로겐산을 포함하는 커피 추출물을 추출하는 단계를 포함한다. 여기서 천연 화장품용 조성물은 제조하고자 하는 화장품의 종류에 따라, 천연 오일, 천연 버터, 천연 왁스 등을 의미한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 화장품의 제조 방법은 커피 추출물을 추출하는 단계에서 용매의 온도를 70 내지 80℃로 할 수 있다. 또한, 그린 커피빈은 수세한 후 동결 건조하여 마련될 수 있다.

특히, 커피 추출물은 물로 1 배 초과, 100 배 미만으로 희석하여 사용될 수 있다.

결론적으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 화장품의 제조 방법은 상술한 일 실시예의 그린 추출법과 같이 용매를 물로 사용하고, 그린 커피빈이 투입된 용매에 초음파 발생장치를 이용하여 50 내지 70 kHz의 초음파를 10 내지 15분동안 인가하여 추출을 진행함으로써 종래보다 경제적이며, 천연 화장품에도 이용가능하고, 높은 추출 효율 하에서 클로로겐산 및 카페인을 포함하는 커피 추출물을 수득할 수 있을 것이다. 나아가, 용매의 온도를 70 내지 80 ℃로 조절함으로써 추출 효율을 약 5배 이상 향상시킬 수 있을 것이다.

예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 화장품의 제조 방법으로 제조될 수 있는 천연 화장품은 그린 커피빈 스킨, 그린 커피빈 로션, 그린 커피빈 에센스 및 마스크 팩, 그린 커피빈 폼 클렌져, 그린 커피빈 바디 클렌져 및 그린 커피빈 스크럽 등과 같은 천연 화장품을 제조하는 것이 가능하다.

그린 커피빈 스킨은 커피빈 추출물을 90 wt% 이상 포함되도록 할 수 있으며, 본 발명의 그린 추출법으로 추출하여 희석한 커피 추출물은 독성이 없는바, 이와 같이 사용하더라도 사용자에게 자극되지 않으며, 사용자는 커피 추출물에 의한 항산화 효과를 향유할 수 있다.

한편, 그린 커피빈 스크럽의 경우, 희석된 커피 추출물 외에 추출에 이용하였던 그린 커피빈의 잔여물을 건조 후 볶아서 이용할 수 있다. 본 발명의 그린 추출법은 용매로 물을 사용하기 때문에, 이처럼 추출과정에서 이용되었던 그린 커피빈까지도 천연 화장품의 원료로 사용하는 것이 가능한 것이다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims

천연 화장품에 이용가능하도록 그린 커피빈으로부터 클로로겐산 및 카페인을 추출할 수 있는 그린 추출법 에 있어서,
그린 커피빈 및 용매를 마련하는 단계;
용매에 그린 커피빈을 투입하는 단계; 및
초음파 발생장치를 이용하여 50 내지 70 kHz의 초음파를 10 내지 15분동안 그린 커피빈이 투입된 용매에 인가하여 카페인 및 클로로겐산을 포함하는 커피 추출물을 추출하는 단계;를 포함하고,
상기 용매는 물인 것을 특징으로 하는 그린 추출법.
제1항에 있어서,
상기 커피 추출물을 추출하는 단계에서 용매의 온도는 70 내지 80도인 것을 특징으로 하는 그린 추출법.
제1항에 있어서,
상기 그린 커피빈은 수세한 후 동결 건조하여 마련된 것을 특징으로 하는 그린 추출법.
제1항에 있어서,
상기 커피 추출물을 물로 1 배 초과, 100 배 미만으로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 그린 추출법.
커피 추출물을 마련하는 단계; 및
상기 커피 추출물과 천연 화장품용 조성물을 혼합하여 천연 화장품을 제조하 는 하는 단계;를 포함하고,
상기 커피 추출물을 마련하는 단계는,
그린 커피빈 및 용매를 마련하는 단계;
용매에 그린 커피빈을 투입하는 단계; 및
초음파 발생장치를 이용하여 50 내지 70 kHz의 초음파를 10 내지 15분동안 그린 커피빈이 투입된 용매에 인가하여 카페인 및 클로로겐산을 포함하는 커피 추출물을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연 화장품의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 커피 추출물을 추출하는 단계에서 용매의 온도는 70 내지 80도인 것을 특징으로 하는 천연 화장품의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 그린 커피빈은 수세한 후 동결 건조하여 마련된 것을 특징으로 하는 천연 화장품의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 커피 추출물을 물로 1 배 초과, 100 배 미만으로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 하는 천연 화장품의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 용매에 그린 커피빈을 투입하는 단계는,
그린 커피빈과 용매의 질량비가 0.25:1 내지 0.35:1이 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 그린 추출법.
제5항에 있어서,
상기 용매에 그린 커피빈을 투입하는 단계는,
그린 커피빈과 용매의 질량비가 0.25:1 내지 0.35:1이 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 천연 화장품의 제조 방법.