KR20150030973A

KR20150030973A - 해조류 색소를 이용한 가모 염색방법

Info

Publication number: KR20150030973A
Application number: KR20130110364A
Authority: KR
Inventors: 문외숙; 문진남; 김진엽; 최재석; 정향리
Original assignee: 주식회사 에코마인
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-23
Also published as: KR101528299B1

Abstract

본 발명은 해조류 색소의 초임계 추출방법 및 그에 따른 해조류 색소를 이용한 가모 염색방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 추출방법은 이산화탄소를 이용한 초임계 유체 추출장치를 이용하여 120~150bar의 조건 하에 조지방으로 구성되는 해조류 색소를 추출 수율 0.5~0.7%의 고수율로 효율적으로 추출 가능하며, 본 발명에 따른 가모 염색방법은 염색 가모의 CIE 1976(Commission Internationale de l'Eclairageu 1976) L^*a^*b^*색표시계의 좌표 L^*값이 25~40이고 a^*값이 -2.5~4이며 b^*값이 11~16이고 색차 △E^* _ab가 24~39인 독특하면서도 자연스럽고 우아하면서도 선명하고 고급스러운 초록 색조를 띤 갈색 또는 진초록 색감을 부여하며, 더욱이 가모 손상 우려가 없고 착용 시 자극성 등의 부작용 우려가 없으며, 가모에 광택과 윤기를 부여함과 아울러, 사용에 불편함이 없는 충분한 단기적 견뢰도를 지님은 물론, 재염색 필요시 표백제에 의한 블리칭(bleaching)을 할 필요 없이 세탁에 의해 원래의 색상으로 환원되므로 가모의 건조화 현상을 효과적으로 방지할 수가 있다.

Description

해조류 색소의 초임계 유체 추출방법 및 그에 따른 해조류 색소를 이용한 가모 염색방법{SUPERCRITICAL FLUID EXTRACTION METHOD OF SEAWEED PIGMENTS AND DYEING METHOD FOR ARTIFICIAL WIG USING THE SEAWEED PIGMENTS THEREBY}

본 발명은 해조류 색소의 초임계 추출방법 및 그에 따른 해조류 색소를 이용한 가모 염색방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 해조류의 조지방으로 구성되는 비극성 색소에 대한 효율적이고 효과적이며 수율 높은 초임계 유체(supercritical fluid: SCF) 추출방법 및 그에 의해 추출된 해조류 색소를 이용한 가모 염색방법에 관한 것으로서, 천연물 색소를 이용하는 것이므로 염색 색상이 독특하고 아름다운 초록 색조의 갈색 또는 진초록색으로 자연스러운 느낌을 발현하며, 가모에 윤기와 광택을 부여하는 한편, 가모의 코르텍스(cortex; 모피질)가 아닌 큐티클(cuticle; 모소피)에 대한 착색이 이루어지므로 가모의 손상이 없고 가모의 착용 시 염색에 따른 자극성과 같은 부작용이 없으며, 사용에 불편함이 없는 충분한 단기적 견뢰도를 지니며 재염색 필요시 표백제에 의한 블리칭(bleaching)을 할 필요 없이 세탁에 의해 원래의 색상으로 환원되므로 블리칭에 따른 큐티클의 손상에 따른 코르텍스의 간층물질 유출에 따른 가모의 뻣뻣해짐이나 푸석푸석해짐과 같은 건조화 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

근래 들어 생활수준의 향상 및 건강에 대한 관심이 고조됨에 따라, 화학적 합성염료 또는 안료가 아닌 친환경 천연염료 또는 안료에 대한 관심이 증가 되는 추세에 있다.

일반적으로 염료(dye)는 특정한 화학 구조를 가지는 단분자 집합체로 구성되며 용매에 가용성이며 용매 중 안정성은 화학적 요소에 의해 좌우되는 반면, 안료(색소: pigment)는 용매에 불용성이며 연속 또는 불연속의 액상 상태 또는 고액상으로 존재하고 안정성은 입자 크기 및 물리적 요소에 의해 좌우되나, 상기한 염료와 안료의 구분이 불명확한 경우도 다수 존재하므로 상기한 구분이 엄격히 제한적인 것은 아니다.

여기서, 종래의 대부분의 합성염료 또는 합성안료는 석유화학 계통에서 유래하는 화합물들을 주원료로 사용하고 있으므로 거시적인 견지에서 자원고갈을 촉진하게 된다는 문제점이 있음과 아울러, 미시적인 견지에서는 원료 생산 시 산업폐기물의 생성을 피할 수 없고, 또한 발생되는 폐기물이 비분해성 내지 난분해성이므로 폐기물의 처리가 곤란하여 환경오염을 유발할 염려가 있을 뿐만 아니라, 특히 원료 자체가 화학적 독성을 가지거나 또는 환경 호르몬인 경우가 많아 호흡기 장애나 피부 트러블, 암 등과 같은 신체적 유해성을 초래할 수 있다는 문제점이 있음과 아울러, 상기한 원료의 생산에서 염색에 이르기까지, 그리고 심지어 염색 후 휘발성 유기화합물(VOCs: Volatile Organic Compounds)이나, 납, 크롬, 카드뮴과 같은 중금속 등의 발암성 물질이 유출될 수 있으므로 되므로 인체에 유해하다는 문제점이 있다.

이러한 문제점으로 인하여 최근 들어 선진국을 중심으로 법적 규제가 대폭 강화됨에 따라 보다 환경 친화적인 천연염료 또는 천연안료의 개발 필요성이 강력히 대두되고 있다.

일반적으로 천연염료 또는 안료는 염색방법이 복잡하고 염색에 많은 시간이 소요되며 색조가 선명하지 못하지만, 색감이 우아하고 부드러우며 심신에 안정감을 부여하는 특징이 있으며, 상대적으로 고가이므로 주로 고급 직물의 염색에 주로 사용되고 있다.

예로부터 천연 염료의 원료로서는 주로 육상 식물이 널리 이용되어 왔으며, 본 발명자들이 파악하고 있는 한 해조류와 같은 원생생물군의 조류에 속하는 원료를 사용한 경우는 한국특허 제1183958호(2012.09.12. 등록)가 유일하다.

상기한 종래기술은 감태 및 모자반과 같은 갈조류(褐藻類: Phaeophyta, brown algae)에 3~8배의 메탄올이나 에탄올 등과 같은 추출용매를 이용하여 2~7일간 추출을 수행한 다음, 농축하고, 선택적으로 다른 식물 추출물과 함께 농축액을 저급 알코올에 투입하여 1차 및 2차에 걸쳐 섬유를 염색함으로써, 갈조류로부터의 생리활성 물질의 병행 추출에 따른 염색의류의 항염증성 및 항산화성과 열적 안정성 부여를 주요 목적 및 효과로 하는 염색방법을 개시(開示)하고 있다.

그러나 상기한 염색방법은 단순 용매 추출법을 사용하고 있는 관계로 추출 효율이 낮아 추출에 장기간이 소요되므로 공정 효율성이 열등할 뿐만 아니라, 색소 성분의 추출 수율도 충분히 만족스럽지 못하다는 문제점이 있음은 물론, 가모(假毛)의 염색에 관한 것이 아니다.

근자에 이르러, 백모를 흑모로 염색하는 종래의 모발 염색 행태 외에도, 개성을 표현하고 멋을 즐기려는 목적으로 모발 또는 가모를 다양한 색상으로 염색하는 사람들이 늘어나고 있으므로 염색약의 사용량 및 사용빈도가 현저히 증가하고 있는 추세에 있다.

가모 또는 모발의 염색은 사용 목적 또는 염색의 유지 기간에 따라 블리치칭(표백: bleaching), 영구 염모, 반영구 염모, 일시적 염모로 대별될 수 있으며, 또한 염색의 화학적 작용 메카니즘에 따라 산화형, 산성형 및, 염기성형으로 구분될 수 있다.

한편, 모발의 구조를 살펴보면 모발은 비늘 형태로 적층된 모표피 또는 모소피(cuticle)와, 멜라닌 색소를 다량 포함하는 모피질(cortex)과, 그리고 모발 중심부의 다공부인 모수질(medulla)로 구성된다.

상기한 블리칭은 표백제로 상기한 모소층을 투과하여 모피질 내의 멜라닌 색소를 파괴하여 탈색하는 모발 또는 가모 처리방법이며, 일시적 염모는 중성 또는 산성의 일회용으로 모발 또는 가모의 표면에 대한 도포 또는 코팅에 의해 주로 모소피 표면을 착색하는 것이므로 모발에 대한 손상은 적으나 물에 의해 쉽게 지워진다는 단점이 있으며, 산성 염모형이 주종인 반영구 염모는 모소피의 내외 표면에 대한 염색이 이루어질 뿐 모피질 내부로의 침투는 거의 이루어지지 않으므로 멜라닌 색소의 변화는 없고 따라서 모발의 손상은 적으나 강산성으로 인하여 모발 또는 가모를 뻣뻣하고 푸석푸석하게 만들 우려가 있으며, 염기성 염모인 영구 염모는 산화제와 염기성 염모제를 혼합 사용하되 염색제로서 알칼리 제제에 의해 모소피 층을 팽윤(swelling) 및 연화(softening)시켜 과산화수소와 같은 산화제가 모피질 내부로 침투하여 멜라닌 색소의 파괴에 의한 탈색과 동시에, 모피질 내부에서의 작은 염료 입자의 생성 및 성장에 의한 발색으로 영구적 염색을 이루나 모소피층의 파괴에 따른 모발 또는 가모의 손상은 필연적이다.

부연하면, 상기한 일시적 염모 내지 염색은 염색 색소 또는 염료의 단순 코팅 또는 도포에 불과하므로 엄밀한 의미에서의 염색이라 보기 곤란하며, 반영구적 염모는 모발 손상의 우려가 적다는 장점은 있지만 강산성 의 합성 제제이므로 모발 손상을 피할 수 없고, 영구 염모는 모소피층의 파괴에 따른 모피질 내부의 간층물질 유출이 진행됨에 따라 모발 또는 가모의 심각한 손상이 수반되며, 이 문제는 모발의 경우에는 머리카락이 자람에 따라 별 문제가 되지는 않지만 가모의 경우에는 궁극적으로 가모의 손상에 따라 가모를 폐기할 수밖에 없다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 해조류의 조지방으로 구성되는 천연 비극성 색소를 효율적이고 효과적이며 높은 수율로 추출할 수가 있는 해조류 색소의 초임계 유체 추출방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 전술한 첫 번째 목적에 따른 추출방법에 의해 추출된 해조류 색소를 이용한 독특하면서도 자연스럽고 우아하면서도 선명하고 고급스러운 초록 색조를 띤 갈색 또는 진초록 색감을 부여할 수가 있는 가모 염색방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 상기한 두 번째 목적에 더하여 가모의 코르텍스(cortex; 모피질)가 아닌 큐티클(cuticle; 모소피)에 대한 착색이 이루어지므로 가모의 손상 우려가 없고 가모의 착용 시 염색에 따른 자극성과 같은 부작용 우려가 없는 가모 염색방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 가모에 광택과 윤기를 부여할 수가 있는 가모 염색방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다섯 번째 목적은 사용에 불편함이 없는 충분한 단기적 견뢰도를 지님은 물론, 재염색 필요시 표백제에 의한 블리칭(bleaching)을 할 필요 없이 세탁에 의해 원래의 색상으로 환원되므로 블리칭에 따른 큐티클의 손상에 따른 코르텍스의 간층물질 유출에 따른 가모의 뻣뻣해짐이나 푸석푸석해짐과 같은 건조화 현상을 효과적으로 방지할 수가 있는 가모 염색방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 첫 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態: aspect)에 따르면, (A) 건조 해조류 100중량부에 에탄올 25~45중량부를 혼합하는 보조용매 혼합단계와, (B) 이산화탄소를 이용한 초임계 유체 추출장치를 이용하여 120~150bar의 조건 하에 해조류 색소를 추출하는 초임계 유체 추출 단계와, (C) 추출액을 진공 농축기를 이용한 농축 단계로 구성되며: 추출 수율이 0.5~7.0%인 해조류 색소의 초임계 유체 추출방법이 제공된다.

상기한 초임계 유체 추출 단계는 32~45℃, 바람직하게는 33~38℃에서 1.0~3.0시간, 바람직하게는 1.5~2.5시간 수행될 수 있다.

또한 상기한 농축 단계는 35~45℃에서 수행될 수 있다.

여기서 상기한 해조류는 갈조류(褐藻類: Phaeophyta, brown algae) 또는 녹조류(綠藻類: Chlorophyta, green algae)가 사용될 수 있다.

상기한 갈조류는 미역이고, 상기한 녹조류는 파래일 수 있다.

상기한 추출수율이 갈조류인 경우 0.5~0.6%이고, 녹조류인 경우 0.6~0.7%일 수 있다.

상기한 본 발명의 두 번째 내지 다섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, (A) 가모를 35~45℃의 황산제이철(ferric sulfate Fe₂(SO₄)₃) 수용액 중에 30~50분간 침적하는 선매염 단계와, (B) 55~65℃의 전술한 해조류 추출물의 에탄올 용액 중에 45~90분, 바람직하게는 50~70분간 침적하는 염색 단계로 구성되며: 염색 가모의 CIE 1976(Commission Internationale de l'Eclairageu 1976) L^*a^*b^*색표시계의 좌표 L^*값이 25~40이고 a^*값이 -2.5~4이며 b^*값이 11~16이고 색차 △E^* _ab가 24~39인 가모 염색 방법이 제공된다.

상기한 선매염 단계가 0.3% 황산제이철 수용액 중에 가모와 매염제를 욕비 1:40~60으로 침적하며, 상기한 염색 단계가 해조류 추출물의 5% 에탄올 용액 중에 가모와 상기한 해조류 추출물 에탄올 용액을 욕비 1:25~40으로 침적하여 수행되는 가모 염색방법이 제공된다.

상기한 CIE 1976 L^*a^*b^*색표시계의 좌표값이 미역인 경우 L^*값이 38~40이고 a^*값이 2.5~4이며 b^*값이 14~16이고 색차 △E^* _ab가 24~28이고; 파래인 경우 L^*값이 25~30이고 a^*값이 -2.5~-1.2며 b^*값이 11~13이고 색차 △E^* _ab가 35~39일 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서는 경우에 따라 필요하다면, 상기한 선매염 단계에 앞서, 블리칭 단계를 수행할 수도 있다.

또한, 상기한 선매염 단계에 후속하여 흐르는 물에 의한 세정 단계를 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 해조류 색소의 초임계 유체 추출방법은 해조류의 조지방으로 구성되는 천연 비극성 색소를 효율적이고 효과적이며 높은 수율로 추출할 수가 있으며, 상기한 초임계 유체 추출방법에 의해 추출된 해조류 색소를 이용한 본 발명에 따른 가모 염색방법에 의하면 독특하면서도 자연스럽고 우아하면서도 선명하고 고급스러운 초록 색조를 띤 갈색 또는 진초록 색감을 부여할 수가 있으며, 가모의 코르텍스(cortex; 모피질)가 아닌 큐티클(cuticle; 모소피)에 대한 착색이 이루어지므로 가모의 손상 우려가 없고 가모의 착용 시 염색에 따른 자극성과 같은 부작용 우려가 없으며, 가모에 광택과 윤기를 부여할 수가 있음과 아울러, 사용에 불편함이 없는 충분한 단기적 견뢰도를 지님은 물론, 재염색 필요시 표백제에 의한 블리칭(bleaching)을 할 필요 없이 세탁에 의해 원래의 색상으로 환원되므로 블리칭에 따른 큐티클의 손상에 따른 코르텍스의 간층물질 유출에 따른 가모의 뻣뻣해짐이나 푸석푸석해짐과 같은 건조화 현상을 효과적으로 방지할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법으로 추출한 파래 색소를 이용한 가모 염색방법으로 염색된 가모를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법으로 추출한 미역 색소를 이용한 가모 염색방법으로 염색된 가모를 나타내는 사진이다.
도 3a는 파래 초임계 추출물의 PLC(preparative thin layer chromatography(분취 실리카겔 크로마토그라피) 또는 plate liquid chromatography(박층 액체 크로마토그라피))사진이다.
도 3b는 도 3a의 PLC 상에 분리된 색소체의 용매 용해 상태 사진이다.
도 4a는 미역 초임계 추출물의 PLC 사진이다.
도 4b는 도 4a의 PLC 상에 분리된 색소체의 용매 용해 상태 사진이다.
도 5a 내지 도 5e는 도 3a 및 도 3b의 분리된 각 색소체에 대한 분광도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 4a 및 도 4b의 분리된 각 색소체에 대한 분광도이다.
도 7은 본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법에 따라 추출된 색소의 독성 MTT(3-(4,5-디메틸미아졸-2일)-2,5-디페닐-2H-테트라졸륨 브로마이드) 검정 결과도이다.

이하 본 발명에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 해조류 색소의 초임계 유체 추출방법은 기본적으로 건조 해조류 100중량부에 에탄올 25~45중량부를 혼합하는 보조용매 혼합단계와, 이산화탄소를 이용한 초임계 유체 추출장치를 이용하여 120~150bar의 조건 하에 25~45℃, 바람직하게는 30~40℃의 온도에서 1.0~3.0시간, 바람직하게는 1.5~2.5시간 수행되는 초임계 유체 추출 단계와, 추출액을 진공 농축기를 이용한 35~45℃의 온도에서 수행되는 농축 단계로 구성된다.

본 발명에 있어서의 해조류는 미역, 감태, 곰피, 다시마, 모자반, 톳 지충이 등과 같은 갈조류(褐藻類: Phaeophyta, brown algae), 또는 파래, 청각, 매생이 등과 같은 녹조류(綠藻類: Chlorophyta, green algae)가 사용되며, 상기한 갈조류는 엽록소(클로로필: chlorophyll) a 및 c와, 푸코크산틴 색소를 가지며, 상기한 녹조류는 a 및 b와, 카로티노이드, 크산토필 색소를 가지며, 이들 색소는 속슬렛(Soxhllet) 추출기를 이용한 에테르 추출물인 조지방으로 구성된다.

상기한 색소의 흡수 파장 대역을 하기의 표 1에 나타낸다.

본 발명에 있어서는, 사용되는 해조류가 갈조류와 녹조류라면 그 종류에 특별한 제한은 없지만, 갈조류로서는 미역, 녹조류로서는 파래가 일반적으로 사용된다.

본 발명에 따른 초임계 추출방법에 의한 추출 수율은 0.5~7.0%의 범위이며, 이는 속슬렛 추출 시의 추출 수율 0.6~0.8%에 비하여 80~90%에 이르는 높은 추출 수율이다.

구체적으로는, 상기한 추출수율은 갈조류인 미역의 경우 0.5~0.6%, 특정하게는 0.545%이고, 녹조류인 파래의 경우 0.6~0.7%, 특정하게는 0.645%이다.

본 발명에 있어 사용되는 해조류는 건조 상태의 것이 사용되며, 추출 효율 측면에서 분체(粉體) 상인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 건조 해조류 미세 절편도 사용 가능함은 물론이다.

일반적으로 초임계 유체란 임계 온도 및 임계 압력 이상의 조건을 갖는 상태에 있는 물질로 정의되며, 액체나 기체의 중간 정도의 물성을 나타내며 상변화 없이도 약간의 압력 및 온도 변화에 따라 물성을 급격히 변화시킬 수 있고 낮은 표면 장력으로 인한 저점도로 인하여 높은 침투력과 확산력을 가지며 물질 전달 속도가 빠르다는 특성을 가진다.

또한 본 발명에 따른 초임계 유체로서는 화학적으로 안정하고 장치에 대한 부식성이 없으며 임계 온도 및 임계 압력이 낮아 사용성이 양호하며 선택성이 높고 용해도가 크며 확산계수가 높고 불연성이며 상대적으로 저가이고 인체에 무독하며 환경오염의 우려가 없는 이산화탄소가 사용되며, 이산화탄소는 임계 온도 31.1℃, 임계 압력 73.8bar, 0.469g/cm³, 분자량 44.01g/mol이다.

따라서 본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법은 잔존 유기용매가 없으므로 인체 및 환경 친화적인 청정 기술로서 에너지 절약적인 고속 공정법이다.

한편, 본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법에 있어서는 보조용매로 에탄올이 사용되며, 건조 해조류 100중량부에 에탄올 25~45중량부, 바람직하게는 30~35중량부가 사용된다.

상기한 보조용매로서의 에탄올의 첨가량이 25중량부 미만인 경우에는 추출 효율이 저하될 수 있어 바람직하지 못하며, 역으로 45중량부를 초과하면 그 첨가에 따른 추출 효율 증가가 일어나지 않으므로 역시 바람직하지 못하다.

본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법에 있어서의 압력 조건은 120~150bar, 특정하게는 132bar 정도이며, 120bar 미만인 경우에는 추출 효율이 열등하게 될 우려가 있어 바람직하지 못하며, 역으로 150bar를 초과하면 압력에 따른 추출 효과의 증가가 미미할 뿐만 아니라 그 가압 조건의 달성에 따른 비용 증가를 초래하게 되므로 역시 바람직하지 못하다.

또한 본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법에 있어서의 온도는 32~40℃, 바람직하게는 33~37℃의 온도이고, 추출 시간은 1.0~3.0시간, 바람직하게는 1.5~2.5시간이다.

초임계 추출 온도가 32℃ 미만인 경우에는 초임계 유체의 생성이 곤란하게 되어 추출 효율이 열등하게 될 우려가 있어 바람직하지 못하며, 역으로 40℃를 초과할 경우에는 온도를 그 이상 상승시킨다 하더라도 그에 따른 임계 압력 강하 효과가 나타나지 않으므로 초임계 유체의 생성에 유리한 효과가 없을 뿐만 아니라 가온에 따른 비용 상승만 초래하게 되므로 역시 바람직하지 못하다.

또한 초임계 유체 추출 시간이 1시간 미만인 경우에는 충분한 추출 수율이 얻어지지 못하게 될 우려가 있어 바람직하지 못하며, 역으로 2.5시간을 초과하더라도 그 추출 수율의 증가가 수반되지 않으므로 바람직하지 못하다.

한편, 농축 단계는 회전 감압 농축기와 같은 진공 농축기를 이용하여 35~45℃의 온도에서 수행되며, 35℃ 미만인 경우에는 농축 효율성이 열등하게 될 우려가 있어 바람직하지 못하며, 역으로 45℃를 초과하는 경우에는 농축 과정에서 색소의 파괴에 따른 변성이 일어날 가능성이 상대적으로 높아지므로 이 역시 바람직하지 못하다.

한편, 본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법에 따라 추출하고 농축한 색소에 의한 세포 독성을 MTT(3-(4,5-디메틸미아졸-2일)-2,5-디페닐-2H-테트라졸륨 브로마이드)를 이용하여 세포 생존률 80% 이상을 세포 독성이 없는 것으로 평가하였을 때, 갈조류인 미역 추출물의 경우는 10g이고, 녹조류인 파래 추출물의 경우는 50g으로 세포 독성은 무시할 정도이다.

이어서, 본 발명에 따른 가모 염색방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 초임계 유체 추출방법에 의해 추출된 해조류 색소를 이용한 본 발명에 따른 가모 염색방법은, 가모를 35~45℃의 황산제이철(ferric sulfate Fe₂(SO₄)₃) 수용액 중에 30~50분간 침적하는 선매염 단계와, 55~65℃의 전술한 해조류 추출물의 에탄올 용액 중에 45~90분, 바람직하게는 50~70분간 침적하는 염색 단계로 구성된다.

상기한 선매염 단계는 가모에 대한 해조류 추출물의 흡착력을 높이기 위해 수행되며, 0.3% 황산제이철 수용액 중에 가모와 매염제를 욕비 1:40~60으로 침적하는 것으로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기한 선매염 단계는 필수적이며, 상기한 매염을 수행하지 않을 경우, 염착이 이루어지지 않아 견뢰도가 극히 낮아지게 되어 염색 후 흐르는 물로 세정하면 염액이 대부분 씻겨 버리게 된다.

한편, 상기한 염색 단계는 해조류 추출물의 5% 에탄올 용액 중에 가모와 상기한 해조류 추출물 에탄올 용액을 욕비 1:25~40으로 침적하여 수행된다.

염색된 가모의 CIE 1976(Commission Internationale de l'Eclairageu 1976) L^*a^*b^*색표시계의 좌표 L^*값은 25~40이고 a^*값은 -2.5~4이며 b^*값은 11~16이고 색차 △E^* _ab는 24~39의 범위이다.

구체적으로는, 갈조류인 미역의 경우 CIE 1976 L^*a^*b^*색표시계에서 L^*값은 38~40이고 a^*값은 2.5~4이며 b^*값은 14~16이고 색차 △E^* _ab는 24~28의 범위이며, 녹조류인 파래인 경우 L^*값은 25~30이고 a^*값은 -2.5~-1.2며 b^*값은 11~13이고 색차 △E^* _ab는 35~39의 범위이다.

한편, 본 발명에 있어서는 가모가 흑발인 경우, 상기한 선매염 단계에 앞서, 전처리 단계로서의 블리칭 단계를 수행하게 되며, 블리칭 단계는 예컨대 증류수와 과산화수소를 4:1 정도의 비율로 혼합한 다음, 이 용액과 통상의 블리칭제를 2:1 정도의 비율로 혼합한 탈색제로 가모에 도포하고 약 20분 정도 방치한 후, 흐르는 물로 세정해 내는 과정을 액 2회 정도 반복하는 것으로 수행할 수 있으나, 이러한 블리칭은 공지의 다양한 방법으로 수행하더라도 무방함은 물론이다.

또한, 상기한 선매염 단계에 후속하여 흐르는 물에 의한 세정 단계를 수행한 후, 염색 단계를 수행할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예와 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

실시예 1 및 2: 녹조류 파래 색소 및 갈조류 미역 색소의 초임계 유체 추출

건조된 녹조류 파래(구멍갈파래, 제주산)와 갈조류 미역(죽성각 미역, 기장물산) 분체 각각 300g에 보조용매로서 에탄올(99.9%, HPLC, Burdick & Jackson) 100g을 각각 혼합하고, 본 출원인인 주식회사 에코마인 자사 제작의 이산화탄소(extrapure, 60bar, Syphon) 초임계 유체 추출장치(Supercritical fluid extractor, 2011)를 이용하여 132bar, 35℃의 조건 하에 2시간 동안 추출하였으며, 추출물은 육안상 모두 진한 초록색의 묽은 추출물이었으며, 잔류 에탄올 용매를 회전 감압 증발기(rotary vacuum evaporator A-1000S, EYELA)를 이용하여 약 40℃에서 8시간 농축하였다.

농축 무게 및 시료에 대한 수율을 하기의 표 2에 나타낸다.

실험예 1: 속슬렛 추출 수율과의 비교

해조류 색소는 조지방으로 구성되어 있으므로 시료에 함유된 색소가 얼마나 효과적으로 추출되었는지 추출 수율을 비교하기 위하여 실시예 1 및 2의 초임계 유체 추출물의 농축물 무게와 속슬렛 추출물의 조지방 무게를 비교하였다.

속슬렛(Soxhlet: GLCM-F25-3H, Global lab)을 이용한 추출은 각 해조류 분체 시료 10g을 원통형 여과지에 담아 속슬렛 추출조에 넣고, 둥근 플라스크에는 페트롤륨 에테르(Mallinckrodt Chemicals, USA)를 2/3 담아 8시간 동안 50℃로 가온하여 진행하였다.

그 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.

실험결과 파래 및 미역에 대한 색소 초임계 유체 추출물은 속슬렛 추출 수율 대비 각각 80.6% 및 90.8%의 매우 높은 추출 수율로 효과적으로 추출됨을 나타냄을 확인 할 수 있었다.

실험예 2: 추출 색소에 대한 정성 분석

실시예 1 및 실시예 2의 각각 해조류 색소 추출물 1ml를 메탄올 4.8ml와 페트롤륨 에테르 2.4ml의 혼합 용매에 희석시킨 후, 건조 오븐에서 100℃로 건조시킨 100mmx100mm(가로x세로) PLC(preparative thin layer chromatography(분취 실리카겔 크로마토그라피)(PLC silicagel, 60 F₂₅₄ 0.5mm, Milipore corp., Germany) 판에 아래로부터 10mm 부분에 2㎕씩 점찍듯 도포 후 드라이기로 건조시켜주며 이를 10번 반복하였다.

이어서, PLC 판을 클로로포름(99.5%, extrapure, DAEJUNG) 중의 15% 아세톤(99.9%, HPLC, Burdick&Jackson) 용액(아세톤 1.5ml, 클로로포름 8.5ml)이 담긴 TLC(thin layer chromatography; 박층 클로마토그라피) 전개 탱크에 담아 전개시켜 색소를 분리 시켰다.

색소의 정성 분석을 위해 실시예 1 및 2의 해조류 색소 추출물이 전개된 PLC 상에서 가시적으로 색이 나타나는 각 부분을 긁어내어 3ml의 에탄올에 색소 성분을 녹여 분광광도계(UV/VIS Spectrophotometer UVIKON XS; Secoman, France)를 사용하여 파장 300-900nm 영역에서 정성 분석을 실시하였다.

실시예 1 및 2의 PLC 전개 결과를 각각 도 3a 및 도 4a에 나타냈다. 도 3a 및 도 4a에서의 각각의 전개 밴드를 긁어내어 에탄올 용매에 녹였으며, 이를 각각 도 3b 및 도 4b에 나타냈다.

녹조류인 파래에서는 일부 노란색과 붉은색을 띄며 그 외에 대부분 청색을 띄는 분리 밴드가 보였으며, 갈조류인 미역에서 분리된 밴드는 대부분 노란색과 갈색을 띄었으며 일부 붉은색을 띄기도 하였다.

상기한 도 3b 및 도 4b의 분리 밴드에 대하여 분광광도계로 정성하였으며, 그 결과를 각각 도 5a 내지 5e와 도 6a 내지 6c에 나타냈다.

파래 색소 추출물은 G1을 제외한 나머지 밴드에서 클로로필 a 및 b의 파장에서 피크가 형성되었으며, 클로로필의 녹색 영역 외에 적색 파장 영역에서도 약간의 파장을 찾아볼 수 있었고 미역 추출물에서는 갈조소인 푸코크산틴(Fucoxanthin) 외에도 초록색의 클로로필 a와 적색의 클로로필 b의 파장도 확인할 수 있었다.

실험예 3: 색소 추출물에 대한 독성 MTT 검정( assay )

실시예 1 및 실시예 2의 색소 추출물에 대한 독성 여부를 하기의 MTT 검정법에 의해 확인하였다.

DMEM(Dulbeco's Modified Eagle's Medium: 둘베코 변형 이글 배지)(Sjgma), 우태 혈청(FBS)(Hyclone), 100units/mL 페니실린-스트렙토마이신(Sigma)을 혼합한 용액에 로우세포(raw cell)(한국세포주은행)를 플레이트 상에 증식할 때까지 37℃, CO₂의 인큐베이터 내에서 배양하여, 플레이트 상에 80% 정도 배양이 되면 트립신(Sigma)-0.02% EDTA(Sigma)를 이용하여 24웰 플레이트에 옮겨 24시간 동안 배양하였다.

둘베코 변형 이글 배지(DMEM, Hyclone)에 실시예 1 및 2의 미역 및 파래 색소 추출물을 각각 10배, 50배, 100배, 1000배, 2000배, 4000배 희석을 하여 24시간 배양하였다.

5mg/L의 농도로 제조한 MTT(3-(4,5-디메틸미아졸-2일)-2,5-디페닐-2H-테트라졸륨 브로마이드) 시약을 각각 20㎕씩 첨가하고 4 시간 후에 DMSO와 ELISA 판독기(model 680, Bio-Rad, Hercules, CA, USA)를 이용하여 510nm에서 세포 생존률을 확인하였다.

결과를 도 7에 나타냈다.

도 7의 결과로부터, 세포 생존률 80%이상은 세포 독성이 없음의 평가 기준으로, 미역 색소 추출물은 10g이었으며, 파래 색소 추출물은 50g임을 확인할 수 있었다.

실시예 3 및 4와 비교예 1 내지 4: 가모의 염색

추출 색소 염착을 위한 가모로서는 백색이 바람직하지만 입수에 어려움이 있어 연갈색 가모(청미사)를 이용한 염색을 수행하였다.

먼저, 연갈색 가모의 탈색을 위하여 증류수와 과산화수소(30%, JUNSEI)를 4:1 비율로 섞고 이 용액과 헤어브리치제(파워크리닉파우더브리치 m-CERADE)를 2:1 비율로 섞어 탈색제를 제조하고, 탈색제를 가모에 도포 한 후 호일에 감싸 20분간 방치한 후, 흐르는 물에 씻어 주는 과정을 2회 반복하여 탈색하였다.

가모는 탈색 전 약간의 갈색을 띄었으며 탈색하였을 때는 아주 연한 살색을 띄었고, 탈색 가모를 황산 제2철로 매염하였을 때는 약간의 붉은색계열의 연한갈색으로 매염되었음을 확인할 수 있었다.

결과를 하기의 표 4에 사진으로 나타낸다.

무 처리 가모	탈색 가모	매염 가모

육안관찰 외에도 색차계(Color-difference meter; Spectrophotometer CM-700d; Konica Minolta Sensing, Inc., Japan))로 색도를 수치화시킨 결과를 하기의 표 5에 나타낸다.

색차계는 L^*, a^*, b^*의 데이터 값을 수치화하여 결과로 나타내며, 여기서 L은 밝기를 나타내는 명도(lightness, L^*)를 나타내고 값이 높을수록 백색에 가까워짐을 의미하고 값이 낮을수록 흑색에 가까워짐을 의미한다. 또한 a^*는 적색도(redness)를 나타내며 +a^*방향은 붉은색, -a^*방향은 녹색에 가까워짐을 나타낸다. 그리고 b^*는 황색도(yellowness)를 나타내며 +b^*방향은 노란색, -b^*방향은 파란색에 가까워짐을 의미한다.

이 데이터를 이용하여 하기의 수학식 1에 따라 색차 △E^*(Color difference)를 계산하였다.

탈색 색차를 계산한 결과, 어두운색이 많이 사라지고 가모의 본연색인 밝은 노란색으로 되고, E^*가 25.35로 탈색이 두드러지게 진행된 것이 확인 되었다. 또한 탈색 가모를 매염하였을 때는 붉은색과 갈색이 수치가 증가한 것이 확인 되었다.

이어서, 매염제인 황산 제2철(JUNSEI)을 0.3% 수용액으로 제조하여 가모 및 매염제 용액의 욕비 1:50으로 담근 후, 40℃에서 40분간 매염한 후, 흐르는 물에 씻어줌으로써 선매염을 진행하였다.

그 후, 선매염된 가모를 실시예 1 및 2의 5%의 추출물에 1:30의 욕비로 담근 후 60℃에서 60분간 염색을 진행 하였으며, 파래 색소 초임계 유체 추출물을 이용한 염색 경우를 실시예 3, 미역 색소 초임계 유체 추출물을 이용한 염색 경우를 실시예 4로 하였다.

한편, 미역 및 파래의 단순 에탄올 색소 추출물(실온에서 7일 추출) 을 이용하여 상기한 바와 동일한 절차 및 방법으로 염색을 수행하였으며 이를 각각 비교예 1 및 2로 하였다.

또한 실시예 3 및 4에서 선매염 절차를 수행하지 않은 경우를 각각 비교예 3 및 4로 하였다.

상기한 실시예 3 및 4와 비교예 1 내지 4의 염색 결과를 하기의 표 6에 사진으로 나타낸다.

실시예 3	비교예 1	비교예 3	실시예 4	비교예 2	비교예 4

상기한 표 6의 염색 결과로부터 명확히 확인할 수 있는 바와 같이, 파래 초임계 추출물로 염색한 실시예 3의 가모는 진한 초록색으로 염색되었으며, 미역 초임계 추출물로 염색한 실시예 4의 가모는 아주 약간 초록계열의 갈색으로 염색되었다.

한편, 탈색 가모를 매염군(실시예 3 및 4)과 비매염군(비교예 3 및 4)으로 모발을 염색하였을 때 비매염군(비교예 3 및 4)은 염색 후 흐르는 물에 씻었을 때 염착이 잘되지 않아 염액이 모두 물에 씻겨나갔지만 황산제2철로 매염한 가모(실시예 3 및 4)는 염색 후 흐르는 물에 씻어도 염액이 잘 씻겨나가지 않음을 확인하였다.

또한 초임계 추출물로 염색한 가모(실시예 3 및 4)와 단순 에탄올 추출물로 염색한 가모(비교예 1 및 2)를 비교하였을 때, 미역 및 파래 색소 염색 가모 모두 초임계 추출물로 염색한 가모(실시예 3 및 4)가 더 진하게 염색되는 것이 확인되었다.

또한 육안관찰 외에 색차계로 색도를 수치화시킨 결과를 하기의 표 7에 나타낸다.

색차 측정 결과, 미역과 파래 색소 염색 모두 초임계 추출물로 염색한 가모(실시예 3 및 4)가 단순 에탄올 추출물로 염색한 가모(비교예 1 및 2)보다 색차 △E^*가 높게 나와 더 진한 색으로 염색된 것을 확인 할 수 있었다.

실험예 4: 자외선 견뢰도 평가

견뢰도 평가를 위하여 전술한 수학식 1에 따라 색차 △E^*(Color difference)를 계산하고 염색견뢰도 평가를 위하여 하기의 표 8에 나타낸 바와 같은 NBS(National Bureau of Standard) 등급을 사용하였다.

실시예 3 및 실시예 4의 염색 가모에 대한 UV 견뢰도를 UV 램프(20W)로부터 40cm 거리를 두고 펼쳐놓고 실온하에 습도 60~80% 상태에서 24시간동안 가모에 UV 빛에 노출시켰다. 24시간을 기준으로 UV 견뢰도 1회 테스트로 보고 이를 총 3회까지 반복하였으며 그 결과를 하기의 표 9와 표 10에 실시예 3의 결과를, 그리고 하기의 표 11 및 표 12에 실시예 4의 결과를 각각 나타낸다.

실시예 3 (UV 0회)	실시예 3 (UV 1회)	실시예 3 (UV 2회)	실시예 3 (UV 3회)

상기한 표 9 및 표 10으로부터 확인되는 바와 같이, 사진 상으로는 1회는 큰 변화가 없다가 2~3일째에는 변화가 두드러지게 보이나, 색차계 측정결과 1~2회까지 큰 변화가 없다가 3일째 두드러진 변화를 나타낸다는 것이 확인되었다.

실시예 4 (UV 0회)	실시예 4 (UV 1회)	실시예 4 (UV 2회)	실시예 4 (UV 3회)

상기한 표 11 및 표 12로부터 확인되는 바와 같이, 육안 관찰 시에는 가모가 1~3회 실험 모두 큰 변화가 없어 보이나 색차계 측정결과 1~2회는 큰 변화가 없었으나 3일째에 약간의 변화가 나타났다.

실험예 5: 마찰 견뢰도 평가

마찰 견뢰도 평가를 위하여 마디 사이가 좁은 빗을 사용하여 가모를 300번 빗질하는 것을 1회 기준으로 하여 이를 총 3회까지 반복하여 실험하였으며, 그 결과를 하기의 표 13와 표 14에 실시예 3의 결과를, 그리고 하기의 표 15 및 표 16에 실시예 4의 결과를 각각 나타낸다.

실시예 3 (마찰 0회)	실시예 3 (마찰 1회)	실시예 3 (마찰 2회)	실시예 3 (마찰 3회)

상기한 표 13 및 표 14로부터 확인되는 바와 같이, 육안 관찰 시 마찰 1~2회 실험결과는 크게 두드러진 변화 없어 보이고 색차 결과는 3회차 색차는 다소 차이가 있으나 NBS등급은 ‘주목(Appreciable)’으로 큰 변화가 없는 것으로 나타났다.

실시예 4 (마찰 0회)	실시예 4 (마찰 1회)	실시예 4 (마찰 2회)	실시예 4 (마찰 3회)

상기한 표 15 및 표 16으로부터 확인되는 바와 같이, 육안관찰, 색차계 측정 결과 모두 크게 두드러진 변화 없는 것으로 확인되었다.

실험예 6: 세탁 견뢰도 평가

세탁 견뢰도 평가를 위하여 세탁견뢰도를 위해 정제수:ALS:ALES:디메치콘:코코베타인을 5:6:6:1로 섞어 테스트용 샴푸를 제조하고 염색한 가모를 테스트용 샴푸를 사용하여 30회 정도 문질러 거품을 내어 세척하고 샴푸를 잘 씻어낸 후 자연건조 시키는 것을 세탁 견뢰도 1회 테스트로 보고 총 3회까지 반복하였으며, 그 결과를 하기의 표 17와 표 18에 실시예 3의 결과를, 그리고 하기의 표 19 및 표 20에 실시예 4의 결과를 각각 나타낸다.

실시예 3 (세탁 0회)	실시예 3 (세탁 1회)	실시예 3 (세탁 2회)	실시예 3 (세탁 3회)

상기한 표 17 및 표 18의 결과로부터 확인되는 바와 같이, 세탁 결과 육안관찰, 색차결과 모두 2회 세탁까지는 작은 변화만 보였으나 3회 세탁 시 색이 많이 빠져 큰 변화를 보였으며, 특히 NBS 등급이‘매우 큼(Very much)’으로 평가되었다.

실시예 4 (세탁 0회)	실시예 4 (세탁 1회)	실시예 4 (세탁 2회)	실시예 4 (세탁 3회)

상기한 표 19 및 표 20의 결과로부터 확인되는 바와 같이, 육안 관찰 결과 2회 세탁부터 색이 두드러지게 큰 변화를 나타내었으며 색차결과 역시 2회부터는 NBS 등급 ‘큼(Much)’로 큰 변화를 나타내는 결과를 보였다.

실시예 5 및 6과 비교예 5 및 6: 실크 염색 평가

30x30cm 크기로 실크를 자른 후 실시예 1 및 2의 추출물과 단순 에탄올 추출물(실온에서 7일간 추출)을 완전히 농축 후 에탄올 용매를 사용하여 5% 농도로 희석시킨 용매에 욕비 1:30으로 담그고 60℃에서 60분간 염색을 진행하였다.

그 결과를 하기의 표 21에 나타낸다.

염색 전 실크(대조)	실시예 5(실시예 1 추출물 염색)	실시예 6(실시예 2 추출물 염색)

	비교예 5(파래-에탄올 추출물 염색)	비교예 6(미역-에탄올 추출물 염색)

상기한 표 21의 결과로부터 명확히 확인되는 바와 같이, 같은 농도의 추출물로 염색 하였지만 초임계 추출물(실시예 5 및 6)이 단순 에탄올 추출물(비교예 5 및 6)보다 훨씬 진한 색으로 염색된 것이 확인되었다.

Claims

(A) 건조 해조류 100중량부에 에탄올 25~45중량부를 혼합하는 보조용매 혼합단계;
(B) 이산화탄소를 이용한 초임계 유체 추출장치를 이용하여 120~150bar의 조건 하에 해조류 색소를 추출하는 초임계 유체 추출 단계; 및
(C) 추출액을 진공 농축기를 이용한 농축 단계로 구성되며:
추출 수율이 0.5~7.0%인
해조류 색소의 초임계 유체(supercritical fluid: SCF) 추출방법.
제1항에 있어서, 상기한 초임계 유체 추출 단계가 32~40℃에서 1.0~3.0시간 수행되는 해조류 색소의 초임계 유체 추출방법.
제1항에 있어서, 상기한 농축 단계가 35~45℃에서 수행되는 해조류 색소의 초임계 유체 추출방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기한 해조류가 갈조류(褐藻類: Phaeophyta, brown algae) 또는 녹조류(綠藻類: Chlorophyta, green algae)인 해조류 색소의 초임계 유체 추출방법.
제4항에 있어서, 상기한 갈조류가 미역이고, 상기한 녹조류가 파래인 해조류 색소의 초임계 추출방법.
제5항에 있어서, 상기한 추출수율이 갈조류인 경우 0.5~0.6%이고, 녹조류인 경우 0.6~0.7%인 해조류 색소의 초임계 추출방법.
(A) 가모를 35~45℃의 황산제이철(ferric sulfate Fe₂(SO₄)₃) 수용액 중에 30~50분간 침적하는 선매염 단계; 및
(B) 55~65℃의 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 초임계 유체 추출방법에 의한 해조류 추출물의 에탄올 용액 중에 45~90분간 침적하는 염색 단계로 구성되며:
염색 가모의 CIE 1976(Commission Internationale de l'Eclairageu 1976) L^*a^*b^*색표시계의 좌표 L^*값이 25~40이고 a^*값이 -2.5~4이며 b^*값이 11~16이고 색차 △E^* _ab가 24~39인
가모 염색 방법.
제7항에 있어서, 상기한 선매염 단계가 0.3% 황산제이철 수용액 중에 가모와 매염제를 욕비 1:40~60으로 침적하여 수행하는 가모 염색방법.
제7항에 있어서, 상기한 염색 단계가 해조류 추출물의 5% 에탄올 용액 중에 가모와 상기한 해조류 추출물 에탄올 용액을 욕비 1:25~40으로 침적하여 수행하는 가모 염색방법.
제7항에 있어서, 상기한 해조류가 갈조류(褐藻類: Phaeophyta, brown algae) 또는 녹조류(綠藻類: Chlorophyta, green algae)인 가모 염색방법.
제10항에 있어서, 상기한 갈조류가 미역이고, 상기한 녹조류가 파래인 가모 염색방법.
제11항에 있어서, 상기한 CIE 1976 L^*a^*b^*색표시계의 좌표값이 미역인 경우 L^*값이 38~40이고 a^*값이 2.5~4이며 b^*값이 14~16이고 색차 △E^* _ab가 24~28이며; 파래인 경우 L^*값이 25~30이고 a^*값이 -2.5~-1.2이며 b^*값이 11~13이고 색차 △E^* _ab가 35~39인 가모 염색방법.
제7항에 있어서, 상기한 선매염 단계에 후속하여 흐르는 물에 의한 세정 단계를 수행하는 가모 염색방법.
제7항에 있어서, 상기한 선매염 단계에 앞서, 블리칭(bleaching) 단계를 수행하는 가모 염색방법.