KR20150109228A

KR20150109228A - 초임계 유체를 이용한 항염증 효능이 우수한 동백씨유의 제조방법

Info

Publication number: KR20150109228A
Application number: KR1020140032397A
Authority: KR
Inventors: 변상요; 송영근
Original assignee: 초임계연구소 주식회사
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-10-01

Abstract

본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여, 항염증 효능이 우수한 동백씨유 제조 방법 및 동 방법에 의하여 제조된 동백씨유에 관한 것이다. 구체적으로는 파쇄된 동백씨 원료에 35 내지 90 및 100 내지 800 bar의 조건으로 초임계 이산화탄소를 적용하여 동백씨유를 추출하는 단계 및 상기 추출된 오일과 초임계 이산화탄소의 혼합물로부터 이산화탄소의 분리 및 재순환하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 동백씨유는 높은 생리활성물질을 함유하여 리포폴리사카라이드(LPS)로 처리된 대식세포에서의 산화질소(NO)의 생성을 현저히 감소시키며, 소디움라우릴설페이트(SLS)에 의해 매개되는 염증반응의 홍반 감소 및 피부 장벽 재생을 유도하여 항염증 화장품 원료로의 기능성이 우수하다.

Description

초임계 유체를 이용한 항염증 효능이 우수한 동백씨유의 제조방법{Process for Manufacturing Camellia seed Oil of Anti-inflammatory efficacy with Supercritical Fluid}

본 발명은 초임계 유체를 이용하여 동백씨유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여, 항염증 효능이 우수한 동백씨유의 제조방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 동백씨유에 관한 것이다.

염증(inflammation)은 병원체의 침입 또는 손상된 조직 제거를 개시하기 위해 상처부위에 대해 나타나는 지역적인 반응이다. 염증반응이 일어나면 여러 가지 염증인자들(pro-inflammation mediator)이 만들어지는데, 염증인자에는 유도성 산화질소 합성효소(iNOS)에 의해 만들어지는 산화질소(NO)와 사이클로 옥시게나아제-2(COX-2)에 의해 만들어지는 프로스타그란딘 E₂(PGE₂) 등이 있다. NO는 염증상태에서 혈관 투과성, 부종 등의 염증반응을 촉진시키며, PGE₂는 염증반응, 면역반응, 신생혈관형성을 촉진하여 암 발생 등에도 깊게 관여한다.

염증반응의 유도물질들 중에서 리포폴리사카라이드(LPS)는 백혈구와 같은 면역세포와 상호작용을 하며, Raw 264.7 세포와 같은 마크로파지의 iNOS와 COX-2 활성화에 의한 NO, PGE₂ 농도의 증대를 이끌고 이는 염증반응에서 중요한 역할을 하고 있다. NO와 PGE₂ 생산 및 성상세포에 의한 염증 사이토카인들을 통한 염증 진행은 관절염, 골다공증, 천식, 아토피, 염증성 피부질환 등의 형태로 나타나게 된다.

피부는 체내의 근육들과 기관을 보호하는 다수의 상피(epithelial) 조직으로 이뤄진, 외피 체계(integumentary system)에서 가장 큰 조직이다. 이러한 피부는 체내 수분을 보호하고 외부 침입 인자(항원, 감염원 등)의 내부 침입을 보호하는 필수적인 장벽 기능을 수행한다. 피부 각질층은 약 10-20m 두께의 구조물로서 체내 수분 손실 방지와 외부 유해 물질의 침입을 막아주는 장벽기능에 있어 가장 중요한 역할을 담당하고 있다. 표피층에서 유래한 각질형성세포가 증식과 최종분화를 통해 각질세포로 변화하게 되며, 각질세포는 각질층 내에 존재하는 다양한 단백질분해효소(protease)에 의해 궁극적으로 탈락하게 된다. 피부 각질층에 있어서 피부 장벽의 역할 수행에 중요한 성분은 20% 정도 존재하는 지질성분으로 외부 오염물질의 침입 및 내부 수분의 증발을 억제하는 기능을 수행한다.

동백나무는(Camellia japonica) 차나무과(Theaceae)에 속하는 식물로 한국 남부, 중국, 대만, 일본의 남부 지방에서 자생한다. 다 자라면 6 ~ 9m 에 이르고 10월초에서 3월까지 꽃을 피우며 열매에는 세쪽의 검은색 씨가 들었다. 주로 산지, 해안, 촌락 부근에서 자라며 목재는 숯을 만들거나 가구재, 조각재, 세공재로 사용하였다. 본초강목에 의하면 꽃은 산다화라 하여 지혈작용, 종기를 작게하는 작용을 한다고 명시하고 있다. 또한 씨는 기름의 원료로 사용되었는데, 민간에서는 등잔기름, 머릿기름으로 사용하였다. 일본에서는 동백기름을 아토피 치료에 사용하고 있다. 동백씨의 대표적인 생리활성물질은 EGCG, 비사보롤, 2-메톡시신나말데하이드, 마그놀롤, 카페익산, 알파-추야폴리신 및 살리신이다.

따라서 본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여 동백씨유를 제조하고, 제조된 동백씨유가 항염증 활성을 지님을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 초임계 이산화탄소로 추출된 동백씨유가 압착법에 의해 추출된 동백씨유에 비해 항염증 활성이 높고, 이로 인해 LPS로 처리된 RAW 264.7 세포에서의 산화질소(NO)의 생성을 현저히 감소시키고, 소디움라우릴설페이트(SLS)에 의해 매개되는 염증반응의 홍반 감소 및 피부 장벽 재생을 유도하는 등의 효과를 가진 동백씨유를 제공하고, 이를 식품, 화장품, 의약품 등에 사용하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 초임계 이산화탄소를 이용한 동백씨유 제조방법은 동백씨에 35 내지 90 및 100 내지 800bar의 조건에서 초임계 이산화탄소를 가하여 동백씨유를 추출하는 단계; 상기 추출된 오일과 초임계 이산화탄소의 혼합물로부터 이산화탄소를 기체상으로 분리하여 수거하는 단계; 및 추출된 오일을 분리 정제하는 단계를 포함 한다. 이때, 동백씨는 추출의 효율을 높이기 위하여 파쇄 전처리한다.

유럽특허 제 925,724호에 개시된 바와 같이, 초임계 이산화탄소를 사용하여 지질을 추출하기 위하여는, 추출조, 열교환기, 펌프, 이산화탄소 저장조, 칠러(냉각응축기), 감압 분리기 및 감압밸브로 구성된 추출장치를 사용한다. 상기 추출장치에 있어서, 추출조는 파쇄된 동백씨를 투입하여 추출되도록 하는 역할을 수행하고, 펌프는 초임계 이산화탄소에 압력을 가하는 역할을 수행하며, 열교환기는 초임계 이산화탄소를 가열하는 역할을 수행하고, 감압밸브는 추출기에서 방출된 초임계 이산화탄소를 감압시키는 역할을 수행하며, 감압분리기는 초임계 이산화탄소를 완전히 감압시켜서, 기체상의 이산화탄소를 분리하는 역할을 수행하고, 칠러는 감압된 이산화탄소를 초임계 이산화탄소로 전환시키는 역할을 수행하며, 이산화탄소 저장조는 초임계 이산화탄소를 저장하는 역할을 수행한다.

상기 추출장치를 사용하여 동백씨로부터 오일을 추출하기 위해서는, 먼저 추출조에 동백씨를 투입하고, 펌프 및 열교환기를 통과한 초임계 이산화탄소를 추출조의 하단에 투입한 다음, 동백씨에서 추출된 오일 및 여러 성분과 초임계 이산화탄소의 혼합물을 추출조의 상단으로 배출하고, 배출된 혼합물을 감압밸브를 통하여 감압시킨 후, 감압분리기에서 이산화탄소를 기체상으로 분리하여 수거하고, 추출된 오일을 수거하는 단계를 수행하게 된다. 이때, 분리된 이산화탄소는 칠러를 통하여 액체 이산화탄소로 전환되어 이산화탄소 저장조에 보관된다.

일반적인 동백씨유를 생산하는 방법에 의하여 생산되는 동백씨유는 항염증활성이 매우 우수하지 못한데, 본 발명자는 이를 극복하기 위하여 초임계 이산화탄소를 이용하는 추출 방법을 다각적으로 연구한 결과, 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출한 동백씨유가 높은 항염증 활성을 갖는 것을 확인하였다.

본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여, 파쇄된 동백씨로부터 항염증 활성이 우수한 동백씨유를 제조하는 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 동백씨유를 제공한다. 본 발명에 의한 높은 항염증성의 동백씨유는 식용 뿐 아니라 기능성 화장품의 기초 오일로 이용될 수 있어, 고품질 동백씨유 생산에 의한 농가소득 향상에 널리 이바지할 수 있을 것이다.

도 1은 추출 방법에 따른 동백씨유의 산화질소 생성 억제능을 나타낸다.
도 2는 추출 방법에 따른 동백씨유의 염증 홍반 감소를 나타낸다.
도 3은 추출 방법에 따른 피부 장벽 재생 능력을 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다.

본 발명에서 사용한 동백씨는 제주산 햇동백씨를 사용하였으며, 열매를 수거한 후 증류수로 3회 세척하여 가지 등의 이물질을 제거한 후 60 오븐에서 24시간 건조하여 사용하였다.

<실시예 1> : 추출방법에 따른 동백씨유의 수율 변화 및 일반적 특성

전통적인 압착법과 초임계 추출방법을 비교하여 수율 및 색도를 측정하였다.

실시예 1-1: 추출 방법에 따른 수율 및 색도의 영향

파쇄 전처리한 동백씨 각 100 g을 압착법, 초임계 추출법을 이용하여 추출하였을 경우 각 추출방법에 따른 오일의 수율을 측정하였다. 이때 초임계유체의 압력은 350 bar, 온도는 60 로 고정하였으며, 그 결과는 표 1과 같다. 추출된 동백씨유의 색도는 분광광도계(Spectrophotometer, Scinco, KOREA)로 분석하였다.

추출 방법에 따른 동백씨유의 수율 및 색도

추출방법	압착법	초임계 추출법
추출된 동백씨유량 (g)	25.8	46.1
추출된 동백씨유 색도 (Gardner NO.)	8.85	0.65

표 1의 결과에서 보듯이 압착법의 경우 추출된 동백씨유의 수율이 낮고 색도도 높음을 알 수 있었다. 이는 압착법으로 채유 시 수율을 높이기 위해 온도를 150 ~ 200 로 가열하기 때문에 발생하는 문제이며, 이로 인하여 압착오일에서는 발암 물질인 벤조피렌 등의 탄화 성분이 발생하게 되고, 카라멜화 반응, 마이야르 반응에 의해 색소 물질이 증가하게 된다. 이러한 탄화 물질의 증가로 인해 오일의 색이 짙어지고 강한 취를 나타내게 된다. 반대로 초임계 추출법의 경우 상온 내지 100 이하의 온도에서 추출이 일어나기 때문에 탄화 성분이 발생하지 않으며, 이로 인해 낮은 색도를 나타내게 된다.

실시예 1-2: 초임계 유체 온도의 영향

상기 언급된 추출 공정에서, 파쇄 전처리된 동백씨 원료 100 g에서, 초임계 이산화탄소의 온도를 35, 40, 50, 60, 70, 80 로 변화시키며 동백씨유를 추출하고 동백씨유의 수율 및 색도를 측정하였다. 이때 초임계유체의 압력은 350 bar로 유지하였다.

표 2의 결과에서 보듯이 동백씨유의 추출 효율은 온도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 하지만 색도는 온도에 큰 영향을 받지 않았다. 온도가 높을수록 추출 효율이 증가하지만 60 이상에선 증가폭이 크지 않았고, 80 이상에선 오히려 감소하였는데, 이는 고온에서의 오일의 변질에 따른 영향으로 판단된다.

초임계 유체의 온도 변화에 따라 추출된 동백씨유의 수율 및 색도

온도 ()	35	40	50	60	70	80	90
추출 수율(g)	39.5	42.8	45.6	46.1	49.9	50.7	49.8
색도(Gardner No.)	0.62	0.63	0.67	0.65	0.67	0.70	0.72

실시예 1-3: 초임계 유체 압력의 영향

마찬가지로 상기 추출 공정에서, 파쇄 전처리된 동백씨 원료 100 g으로부터, 초임계 이산화탄소의 압력을 75, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 bar로 변화시키며 동백씨유를 추출하고 동백씨유의 수율 및 색도를 측정하였다. 이때 초임계 유체의 온도는 60 로 유지하였고, 추출 시간은 어떤 압력에서나 2시간으로 제한하였다.

표 3의 결과에서 보듯이 동백씨유의 수율은 압력에 따라 크게 좌우되는 경향을 보이고 있다. 특히 300 bar 이상의 압력에서 추출 수율이 지속적으로 상승하는 결과를 보이고 있다. 압력 500 bar 이상에서는 2시간 이전에 동백씨의 모든 오일이 추출되어 큰 차이를 나타내지는 않았다. 색도도 압력에 의해 큰 차이를 나타내지 않았다.

초임계 유체의 압력 변화에 따라 추출된 동백씨유의 수율 및 색도

압력 (bar)	75	100	200	300	400	500	600	700	800
추출 수율(g)	24.8	29.8	35.3	44.8	48.9	51.3	51.2	51.2	51.3
색도(Gardner)	0.63	0.62	0.65	0.65	0.64	0.63	0.67	0.62	0.65

<실시예 2> : 동백씨유의 산화질소(NO) 생성 억제 효능

각 추출법에 의해 추출된 동백씨유의 항염증 효능을 측정하기 위하여 대식세포인 RAW 264.7 세포에 의한 NO 생성 억제 능력을 실험하였다.

실시예 2-1: 세포주 배양

대식세포주인 RAW 264.7 세포는 한국세포주은행(KCLB)에서 분양받아 페니실린 (10 U/ml), 스트렙토마이신 (10 /ml) 및 10 % 태아소혈청(FBS, Fetal Bovine Serum)이 함유된 DMEM 배지(Dulbeccos Modified Eagles Medium)에서 37 , 5 % CO₂ 인큐베이터에서 배양하였으며, 3일 주기로 계대배양 하였다.

실시예 2-2: 산화질소 생성 억제 효능 평가

배양된 상기 200 의 RAW 264.7 세포를 2.010⁴ cell/well의 농도로 96 well plate에 각각 분주한 후 CO₂ 인큐베이터에서 16시간 배양하였다. 이후 배지를 제거하고 동백씨유 10 /ml, 100 /ml 함유된 배지와 염증유발 물질인 LPS 100 ng/ml를 각 세포에 첨가하여 준다. CO₂ 인큐베이터에서 48시간 배양해준 후 배양 상등액 50 와 그리스 시약(Griess reagent) 50 을 혼합하여 상온에서 10분간 반응시켰다. 반응액은 마이크로플레이트 리더기를 이용해 540 nm에서 흡광도를 측정하여 NO 생성 억제율을 계산하였다. 표 4에 나타난 바와 같이 추출 방법에 따른 NO 생성 억제율이 큰 차이를 나타내었다.

추출 방법에 따른 NO 생성 억제율

추출 방법 및 농도(/ml)	압착 10	압착 100	초임계 10	초임계 100
NO 생성 억제율(%)	10.4	15.1	44.8	82.1

<실시예 3> : 소디움라우릴설페이트에 의해 매개된 염증반응의 홍반 감소와 피부장벽재생 효능 평가

소디움라우릴설페이트(SLS)는 음이온 계면활성제의 일종으로 비누, 치약, 샘푸 등의 제작에 널리 사용된다. 하지만 SLS는 피부 자극성 물질로 피부와 접촉 시 염증 반응을 유발하며 피부 건조, 자극, 홍반, 발진을 일으키게 된다. 이러한 SLS에 의해 매개된 염증반응의 대표적 현상인 홍반의 적색도(Chroma a*)를 측정하여 염증억제 정도를 측정하였다. 또한 피부 장벽의 파괴에 따른 피부 표면에서의 경피수분증발량(TEWL, Trans epidermal water loss) 변화를 측정하여 동백씨유의 피부 장벽 재생 효능을 측정하였다.

실시예 3-1: SLS에 의해 매개된 염증 반응 유도 및 적색도 감소

사람의 전완부 내측 2.5 cm 2.5 cm 넓이에 70 % SLS 100 를 1시간 도포하여 염증을 유발시킨 후 염증의 유발로 인해 생긴 홍반의 적색도를 색차계(Minolta CR-13, Japan)를 이용하여 측정하였다. 그리고 홍반이 생성된 부위에 각각의 동백씨유를 100 씩 도포한 후 2시간 단위로 적색도의 감소를 상기와 같이 색차계를 이용하여 측정한 후 그 결과를 표 5에 나타내었다.

동백씨유에 의한 홍반의 적색도(chroma a*) 감소 효과

시간(hour) 추출 방법	0	2	4	6
무처리군	10.5	10.3	10.0	9.5
압착법	10.5	9.8	9.1	8.3
초임계 추출법	10.6	8.5	6.4	6.1

표 5의 결과에서 나타났듯이 압착 추출된 동백씨유는 6시간 후에도 홍반이 남아있었으며 용매 추출된 동백씨유는 6시간 후에 약한 홍반이 남아있었다. 반면 초임계 추출된 동백씨유는 6시간 후에 정상적인 피부 적색도인 6.0 수준으로 감소하여 홍반이 사라진 것으로 나타났고, 이는 상기 실시예 2-2에서 나타난 염증 유발 인자인 NO의 감소에 따른 항염증 활성을 증명한 것이다.

실시예 3-2: SLS에 의해 매개된 염증 반응 유도 및 피부 장벽 재생

실시예 3-1과 같은 방법으로 염증 유발 및 동백씨유 도포 후 TEWL 측정장치(Tewameter TM 300, German)를 이용하여 2시간 단위로 측정한 결과를 표 6에 나타내었다. 이때 동백씨유의 피부 장벽 재생 효과를 비교하기 위한 실험군으로 화장품에서 보습효과가 널리 알려진 BG(1,3-butylene glycol)를 대조군으로 사용하였다.

동백씨유에 의한 경피수분증발량(TEWL,g H₂O/m² skin/h) 감소 효과

시간(hour) 추출 방법	0	2	4	6
BG	12.7	11.2	9.8	8.1
압착법	12.6	9.8	7.2	5.8
초임계 추출법	12.7	7.3	6.3	5.1

표 6의 결과에서 보듯이 홍반의 적색도 감소와는 다르게 각 동백씨유에 따른 TEWL 감소 효과는 크지 않았는데, 이는 피부 표면에 오일이 도포됨에 따라 발생되는 자연적인 수분 증발 억제 효과로 사료된다. 하지만 보습제인 BG와의 측정 결과를 비교해보면 동백씨유의 피부 장벽 재생 효과가 큰 것을 알 수 있었다.

상술한 실험 결과, 본 발명의 초임계 추출 동백씨유는 리포폴리사카라이드(LPS)로 처리된 대식세포에서의 산화질소(NO)의 생성을 현저히 감소시키며, 소디움라우릴설페이트(SLS)에 의해 매개되는 염증반응의 홍반 감소 및 피부 장벽 재생을 유도하여 항염증 화장품 원료로의 기능성이 우수함을 알 수 있었다.

Claims

초임계 이산화탄소를 이용한 항염증 활성이 우수한 동백씨유의 제조방법.
제 1항에 있어서, 35에서 90의 온도조건 및 100에서 800bar의 압력조건의 초임계 이산화탄소로 추출하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소를 이용한 동백씨유의 제조방법.
제 1항의 방법에 의하여 제조됨에 있어, 전통적인 압착법에 비해 수율이 증가된 동백씨유의 제조방법.
제 1항의 방법에 의하여 제조된, 낮은 온도에서 추출되어 색조성이 우수한 동백씨유의 제조방법.
제 1항의 방법에 의하여 제조된, 산화질소(NO) 생성을 억제하는 항염증 효과가 있음을 특징으로 하는 동백씨유.
제 1항의 방법에 의하여 제조된, 홍반의 적색도를 감소시키는 항염증 효과가 있음을 특징으로 하는 동백씨유.
제 1항의 방법에 의하여 제조된, 피부 경피수분증발량(TEWL)을 감소시키는 피부 장벽 재생 효과가 있음을 특징으로 하는 동백씨유.