KR20170038474A - 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법 및 그 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법 및 그 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스를 개시한다. 본 발명에 따라 제조할 경우 박테리아 셀룰로오스의 생산량이 증가하였으며 본 발명에 따라 얻어진 박테리아 셀룰로오스는 우수한 보습 활성 및 주름개선 활성을 보유하고 있기 때문에 해당 목적의 화장품 등으로 유용하게 활용될 수 있다.
Description
본 발명은 화산 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스 제조 방법 및 그 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스에 관한 것이다.
셀룰로오스는 자연계에 널리 존재하는 고등식물의 세포벽의 주성분으로서, β-1,4-glucose로 구성된 다당류이다. 식물 셀룰로오스는 펙틴(pectin), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin) 등의 다른 다당류와 혼합되어진 복합다당류로 이루어져 있어 결정화도가 낮고 기계적 강도와 흡착성이 떨어진다(Proc Natl Acad Sci U S A. 1980 Nov;77(11):6678-82.). 반면 박테리아가 생산하는 셀룰로오스는 일반 식물체가 생산한 셀룰로오스와 달리 펙틴, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등의 다당류를 함유하지 않은 순수한 셀룰로오스의 집합체이며, 약 0.1㎛의 두께를 지닌 미세섬유(microfibril)이 수소결합으로 3차원적 망상구조를 이루고 있다(Benziman M et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 1980 Nov;77(11):6678-82.;Milda E et al., Food Hydrocoll 1994 8:419-430.). 이에 따라 분리 및 정제가 용이할 뿐만 아니라 결정화도가 높고 기계적 강도와 흡착성, 보수성, 현탁 안정성, 결착성 등의 물리적 성질이 우수하여 식품, 화장품 및 의약품 산업의 소재로서 널리 이용되고 있다(Vandamme FJ et al., Polym Degarad Stab, 1998 59:93-99; Cho SH et al., J Korean Soc Food Sci Nutr, 2002 31:802-807; Sutherland IW., Tibtech, 1998 16:41-46).
1886년 브라운에 의하여 초산균(acetic acid bacteria)이 박테리아 셀룰로오스를 생성한다는 보고가 있은 이래, 현재 셀룰로오스를 생산하는 균주로 아세토박터 속(Acetobacter sp., 초산균), 아그로박테리움 속(Agrobacterium sp.), 리조비움 속(Rhizobium sp.), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.) 및 사르시나(Sarcina sp.) 속 균주가 알려졌으며, 특히 아세토박터 속(Acetobacter sp.) 중에 아세토박터 자이리움(Acetobacter xylium), 아세토박터 파스테우리아누스(A. pasteurinanus) 및 아세토박터 한세니(A. hansenii) 등이 가장 많이 알려져 있다. 셀룰로오스 생산균 중 비교적 최근에 글루콘아세토박터 속(Gluconacetobacter sp.) 균주가 분리되었는데 16S rRNA 염기서열을 이용하여 분자계통 분류학적으로 Acetobacter 속으로부터 재분류 되었다(Lee OS et al., J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 2002 31:572?577; Choi KH et al., J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 2004 33:170?175.).
순도가 높은 셀룰로오스를 생성하는 균주의 특징은 형태학적으로 장간균이고, 내산성력이 강한 세균으로 균체에서 셀룰로오스를 분비하는 것으로 보고되어 있다. 박테리아 셀룰로오스를 생산하는 이러한 균주들은 생장하는 동안 글루코스(glucose), 수크로스(sucrose), molasses, 프룩토스(fructose), mannitol, 글리세롤(glycerol) 또는 천연재료 중 감즙 및 감식초, 사과즙, 포도즙, 맥주폐액 및 코코넛 부산물 등을 탄소원으로 사용(S. Masaoka et al., J. Ferment. Bioeng. 75, 1993, 18-22)할 수 있으며 카세인(casein), 펩톤(peptone), 효모 추출물(yeast extract) 등을 질소원으로 사용(Ramana KV et al., World J. Microbial. Biotechnol. 16, 2000, 245-248; Yang YK et al., J. Ferment. Bioeng. 85, 1998, 312-317)하는 것이 알려졌다.
다양한 효용 가치를 지니는 박테리아 셀룰로오스의 제조 기술들은 주로 그 수율 향상을 위한 기술과 그 물성 향상을 위한 기술로 대별될 수 있다.
수율 향상을 위한 기술로서는 다양한 종류의 탄소원과 보조 탄소원 그리고 질소원 중 최적의 것을 선택하여 적정 농도의 배양조건을 확립하는 기술들이 주를 이루고 있으며(한국 공개특허 제1998-0067009호, 한국 공개특허제2010-0135455호, 한국 등록특허 제1435580호, 김성준 전남대학교 2007년 학위논문 등), 물성 향상을 위한 기술은 탄성 향상, 강도 향상, 분해·분산성 향상, 보습성 향상 등의 목적으로 개발되고 있다(유럽 공개특허 제2002-013925, 일본 공개특허 제1991-228479호, 미국 특허 제10/162073호, 유럽 공개특허 제2002-022526호 등).
본 발명은 화산석 송이의 추출물을 이용하여 생산 수율이 향상되고 보습 활성 및 주름개선 활성을 보유한 박테리아 셀룰로오스를 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 목적은 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스를 유효성분으로 포함하는 보습용 또는 주름 개선용 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적이나 구체적인 목적은 이하에서 제시될 것이다.
본 발명자들은 아래의 실시예 및 실험예에서 확인되는 바와 같이, 화산석 송이 추출물이 첨가된 배지를 이용하여 박테리아 셀룰로오스를 제조할 경우 생산량이 증가하는 것을 확인하였으며 본 발명에 따라 얻어진 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스는 인체적용시험에서 피부 수분 지속 활성(보습 활성)이 우수하며 주름 개선 활성이 우수한 것을 알 수 있었다.
본 발명은 이러한 실험 결과에 기초하여 제공되는 것으로, (a) 탄소원 및 화산석 송이 추출물을 함유하는 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지를 제조하는 단계, (b) 이 배지에 박테리아 셀룰로오스 생성능을 가진 박테리아를 접종하는 단계, (c) 접종 후 호기적 조건에서 배양하는 단계, 및 (d) 그 배양액으로부터 박테리아 셀룰로오스를 수득하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 명세서에서, "화산석 송이"(Scoria, 스코리아) 또는 "송이"는 기공의 부피와 고체의 부피가 비슷한 다공질의 현무암질 암괴를 말하는데, 화산회(火山灰, Volcanic Ash, 2mm이하), 화산자갈(火山礫, lapilli, 2~64mm), 화산암괴(火山岩塊, Volconic Block,64mm이상), 화산탄(火山彈, Volcanic Bomb)이 여기에 포함된다. 송이는 화산에 의하여 형성된 지형에서 발견할 수 있는데, 우리나라의 경우는 화산섬인 제주도에서 쉽게 발견된다. 제주 화산석 송이는 그 주요 구성성분에 따라 색깔이 다양한데, 산화규소 함량이 높은 송이는 암회색을 띠고, 산화알류미늄 함량이 높은 송이는 황갈색 또는 흑색을 띠며, 산화티타늄과 산화철 함량이 높은 송이는 적갈색을 띤다. 그리고 제주 송이는 통상 그 융점이 1,120~1210℃이고, 흡수율은 17.7~32.5%, 그리고 마모율은 47.25~67.22% 라고 알려져 있다. 화산석 송이는 다양한 미네랄 성분을 함유하고 있으며, 근간에 많이 사용되고 있는 옥, 황토, 맥반석, 황토 등에 비해서 뛰어난 중금속 흡착효과, 항균효과, 원적외성 방출능 등을 지니는 것이 알려지고 있어 활용도가 높아지고 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 화산석 송이는 특별히 제주 송이에 한정하여 이해할 필요는 없지만, 원적외선 방사성, 중금속 흡착 효과 등 기능성이 매우 뛰어난 것으로 알려진 제주 화산석 송이로 이해하는 것이 바람직하다.
본 발명의 화산석 송이는 당업계에 통상적인 방법에 의해 수득될 수 있으며 화산석 송이 추출물 제조를 위한 화산석 송이는 원석의 형태 그대로 사용되거나 분쇄되어 분말의 형태로 사용될 수 있으며 바람직하게는 분말의 형태로 사용될 수 있다.
또 본 명세서에서, "%(w/w)"는 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 중량 백분율에 의한 농도(w/w) 표현으로서 당업계에 알려진 바와 같이 일정 중량의 용액 중에 녹아 있는 일정 중량의 용질을 의미한다. 예컨대 10%(w/w)는 용액 100g에 용질 10g이 용해되어 있다는 것이 된다. 따라서 본 발명의 방법에 있어서, 글루코오스가 배지에 10%(w/w)로 첨가된다고 할 때 정제수 등의 여타 배지 성분 90 중량%(w/w)와 글루코오스 10 중량%(w/w)가 혼합된다는 의미로서 이해될 수 있다.
본 명세서에서 특별히 정의되지 아니한 용어는 국어사전적 의미나 당업계에 통용되고 있는 의미를 따른다.
본 발명은 화산석 송이 추출물을 이용하여 생산성이 향상된 박테리아 셀룰로오스 제조 방법에 관한 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계의 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지의 탄소원으로서는 글루코오스, 수크로오스, 말토오스, 프룩토오스, 락토오스, 자일로오스, 갈락토오스, 아라비노오스, 글리세롤, 이들 성분이 포함되어 있는 전분, 전분 가수분해물 등이 사용될 수 있다. 이들 탄소원은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 상기 배지에 포함될 수 있으며, 단독으로 배지에 포함되든, 2종 이상의 혼합물로 배지에 포함되든 바람직하게는 5%(w/w) 내지 20%(w/w)의 범위로 배지에 포함될 수 있다. 전분이나 전분 가수분해물 등 천연물 또는 천연물 가공물을 탄소원으로 사용할 경우 타 미생물에 의한 원치 않는 발효를 방지하기 위해서 이들 탄소원을 멸균하여 사용할 수 있다. 멸균은 고온·고압 멸균법, 자외선 조사 등 당업계에 공지된 방법을 사용하여 수행될 수 있다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계의 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지에서의 화산석 송이 추출물은 추출 방법을 불문하고 추출대상인 화산석 송이를 물, 탄소수 1-4의 무수 또는 함수 저급 알콜(메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 노말-프로판올, 이소-프로판올 및 노말-부탄올 등), 아세톤, 에틸 아세테이트, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 1,3-부틸렌클리콜, 헥산, 디에틸에테르 또는 이들의 혼합용매로 추출하여 얻어진 그 추출물과 그 추출물에서 상기 열거된 영매로 분획된 추출물을 포함하는 의미로서 이해된다. 추출 방법을 불문하므로, 추출 대상을 추출 용매에 침지시키는 단계를 통하여 추출되는 한, 추출방법은 냉침, 환류, 가온, 초음파 등 임의의 방식이 모두 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그럼에도 상기 추출물은 바람직하게는 추출 대상을 물을 용매로 추출하고 얻어진 것으로서, 추출 용매가 제거된 농축된 액상의 추출물 또는 고형상의 추출물을 포함하는 의미이다. 또한 보다 바람직하게는 추출용매로서 물을 사용하고 가열하여 얻어진 추출물을 의미하며 보다 더 바람직하게는 추출용매로서 물을 사용하고 70℃ 내지 80℃의 농도로 가열하여 얻어진 추출물을 의미한다. 또한 상기 화산석 송이 추출물은 용매 혼합 후 여과 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 여과 단계는 화산석 송이의 현탁 고체 입자를 용매에서 제거하기 위한 단계로, 중력 여과, 가압 여과, 진공 여과, 원심 여과 등 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계에서 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지에서의 화산석 송이 추출물 제조를 위하여 용매 추출 및 여과 후 멸균 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 멸균 단계는 화산석 송이 추출물에 존재하는 미생물에 의한 오염을 방지하기 위한 것이며, 결과적으로 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지의 오염을 방지하기 위한 것이다. 멸균 방법은 고온·고압 멸균법, 자외선 조사, 여과 등 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계의 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지에서의 화산석 송이 추출물은 박테리아 셀룰로오스 생성능을 가진 미생물의 박테리아 셀룰로오스 생성을 저해하지 않는 한 박테리아 셀룰로오스의 생산율, 보습 활성 및 주름개선 활성 등을 고려하여 임의의 양으로 포함될 수 있다. 미네랄 등 화산석 송이 추출물의 성분이 과다하게 포함될 경우 셀룰로오스 생산능을 보유한 박테리아의 생장이 저해될 수 있으며, 이에 따라 셀룰로오스의 생산이 감소할 수 있다. 반면, 화산석 송이 추출물이 적게 포함될 경우 박테리아에 의한 셀룰로오스 생산 능력이 기존의 화산석 송이 추출물을 포함하지 않은 배지에 비해 높지 않을 수 있으며 화산석 송이 추출물에 의한 보습 및 주름개선 기능성 활성 또한 충분하게 나타나지 않을 수 있다. 이에 따라 통상은 배지에 20%(w/w) 내지 90%(w/w), 바람직하게는 60%(w/w) 내지 90%(w/w), 더욱 바람직하게는 70%(w/w) 내지 85%(w/w) 범위로 포함되어 사용될 것이다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계의 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지는 보조 탄소원을 추가적으로 포함하여 제조될 수 있다. 보조 탄소원은 박테리아 셀룰로오스 생성능을 가진 미생물의 생육이나 그러한 미생물에 의한 박테리아 셀룰로오스의 생산에 있어 필수적인 성분은 아니나 박테리아 셀룰로오스 생성능을 가진 미생물의 생육 및/또는 그러한 미생물에 의한 박테리아 셀룰로오스의 생산을 촉진시키기 위하여 첨가되는 성분으로 예컨대 젖산, 구연산, 숙신산, 시트르산, 아세트산, 에탄올, 포름산, 말산, 피부르산 등이 사용될 수 있으며,나아가 이들 성분 중 하나 이상을 본래 포함하고 있거나 이들 성분 중 하나 이상의 성분이 인위적으로 첨가된 감즙(Kim SY, et al., Appl Biochem Biotechnol., 129-132, 705-15, 2006), 감식초(Kim SY, et al., ApplBiochem Biotechnol., 129-132, 705-15, 2006), 사과즙(Lee OS, et al., J. Kor. Soc. Food Sci. Nutr.,31(4), 572-577, 2002), 포도즙(Son CJ, et al., J. Appl. Microbiol. iotechnol., 12(5), 722-728, 2002),맥주 폐액(Park JK, et al., Kor Chem Eng Res., 44(1), 52-57, 2006), 코코넛 부산물(Jonas R, et al.,Polym Degrad Stab., 59, 101-106, 1998), 파인애플 과즙(일본 특허출원 제1999-299034호 참조), 감귤즙 등을 들 수 있다. 본 발명의 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지는 감귤 착즙액(온주밀감 착즙액)을 추가로 사용하는 것이 바람직하다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계의 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지는 질소원을 추가적으로 포함하여 제조될 수 있다. 질소원으로서는 효모 추출물(yeast extract), 소이톤(soytone), 펩톤(peptone), 트립톤(tryptone), 맥아 추출물(malt extract), 콩 분말, 콩 비지 분말, 청국장 분말, 된장 분말 등의 천연 질소원, 또는 황산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄 등의 암모늄염, 질산염, 유레아 등의 유ㅇ무기 질소원이 사용될 수 있다. 이들 질소원도 1종 이상 혼합하여 사용될 수 있으며, 배지에 바람직하게는 0.1%(w/w) 내지 8.0%(w/w)의 범위로 포함될 수 있다. 천연 질소원을 사용할 경우 천연 탄소원을 사용할 경우와 관련하여 설명한 바와 동일한 이유에서 멸균하여 사용하는 것이 바람직하다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계의 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지는 무기염류와 미량원소를 추가로 포함하여 제조될 수 있다. 사용될 수 있는 무기염류로서는 인산수소나트륨, 황산마그네슘, 염화철, 칼슘염, 망간염, 코발트염, 몰리브텐산염, 킬레이트금속염 등을 들 수 있으며, 미량원로소로서는 아미노산, 비타민, 지방산, 핵산, 아황산 펄프 폐액 등을 들 수 있다. 이들 무기염류와 미량원소는 1종 이상 혼합하여 사용될 수 있으며, 0.001%(w/w) 내지 3.0%(w/w)의 범위로 배지에 포함될 수 있다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계에서 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지가 제조된 후에는 멸균 단계가 추가로 포함될 수 있다. 이러한 멸균 단계는 타 미생물의 오염을 방지하기 위한 것이며, 결과적으로 박테리아 셀룰로오스 생산 수율을 높이기 위한 것이다. 멸균 방법은 고온·고압 멸균법, 자외선 조사 등 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (b) 단계의 박테리아 셀룰로오스 생성능을 가진 미생물은 당업계에 공지된 임의의 미생물이 모두 사용될 수 있다. 그러한 미생물로서 아세토박터 속 미생물(Acetobacter sp., 초산균), 글루콘아세토박터 속 미생물(Gluconacetobacter sp.), 아그로박테리움 속 미생물(Agrobacterium sp.), 리조비움 속 미생물(Rhizobium sp.), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.), 사르시나 속 미생물(Sarcina sp.) 등이 사용될 수 있으나 글루콘아세토박터 속 미생물(Gluconacetobacter sp.)이 사용되는 것이 바람직하다. 또한 글루콘아세터박터 속 gel_SEA623-2(Gluconacetobacter sp. gel_SEA623-2)가 사용되는 것이 더욱 바람직하다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (b) 단계의 박테리아 셀룰로오스 생성능을 가진 미생물은 그 접종 전에 그 활성화를 위해서 전 배양 후 접종되는 것이 바람직하다. 전 배양에서 탄소원, 보조 탄소원 등의 배지 성분, 그 성분의 조성, 전 배양 조건, 전 배양 기간 등은 전술한 바와 후술하는 바를 참조할 수 있다.
또 본 발명의 방법에 있어서, 상기 (c) 단계의 배양시 배양 온도는 10 내지 40℃의 범위, 특히 25 내지 35℃ 범위인 것이 바람직하며 28 내지 30℃ 범위인 것이 더욱 바람직하다.
또 본 발명의 상기 (c) 단계의 배양에서, 배양 기간은 5일 내지 20일, 특히 7일 내지 14일인 것이 바람직하다.
또 본 발명의 상기 (c) 단계의 배양에서, 호기적 조건을 만들어주기 위한 산소 농도는 1 내지 100%(w/w), 특히 20 내지 80%(w/w)인 범위인 것이 바람직하다.
또 본 발명의 상기 (c) 단계의 배양에서, 배양 방법은 정치배양법과 연속배양법 모두 가능하며, 바람직하게는 정치배양법을 사용할 수 있다.
본 발명은 전술한 바의 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스에 관한 것이다.
본 발명의 박테리아 셀룰로오스는 화산석 송이 추출물을 이용하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스로 이해될 수 있으며, 그럼으로써 피부 보습 및 피부 주름 개선 활성이 향상된 박테리아 셀룰로오스로 이해될 수 있다.
전술한 바를 고려할 때 본 발명은 일 측면에서 상기 제조 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스를 유효성분으로 포함하는 피부 보습용 조성물로 파악할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서는 상기 제조 방법에 의하여 얻어진 박테리아 셀룰로오스를 추출물을 유효성분으로 포함하는 피부 주름 개선용 조성물로 파악할 수 있다.
본 명세서에서, "유효성분"이란 단독으로 목적하는 활성을 나타내거나 또는 그 자체는 활성이 없는 담체와 함께 활성을 나타낼 수 있는 성분을 의미한다.
한편 본 발명의 "피부 보습용 조성물" 또는 "피부 주름 개선용 조성물"은 그 유효성분인 화산석 송이를 이용한 박테리아 셀룰로오스를 피부 보습 활성 또는 주름 개선 활성을 나타낼 수 있는 한 임의의 양(유효량)으로 포함할 수 있는데, 통상적인 유효량은 조성물 전체 중량을 기준으로 할 때 0.001 중량 % 내지 99.900 중량 % 범위 내에서 결정될 것이다. 여기서 "유효량"이란 증상의 예방, 개선, 치료, 또는 이러한 증상의 발현 지연을 유도할 수 있는 유효성분의 양을 말한다. 이러한 유효량은 당업자의 통상의 능력 범위 내에서 실험적으로 결정될 수 있다.
본 발명의 피부 보습용 또는 피부 주름 개선용 조성물은 구체적인 양태에 있어서, 화장품 조성물로 파악할 수 있다.
본 발명의 조성물이 화장품 조성물로 파악될 경우, 그 화장품 조성물은 다양한 형태로 제조될 수 있는데, 예컨대, 에멀젼, 로션, 크림(수중유적형, 유중수적형, 다중상), 용액, 현탁액(무수 및 수계), 무수 생성물(오일 및 글리콜계), 젤, 마스크, 팩, 분말 등의 제형으로 제조될 수 있다.
본 발명의 조성물은 그 유효성분을 포함하는 이외에 화장품 제제에 있어서 수용가능한 담체를 포함할 수 있다.
여기서 "화장품 제제에 있어서 수용가능한 담체"란 화장품 제제에 포함될 수 있는 이미 공지되어 사용되고 있는 화합물 또는 조성물이거나 앞으로 개발될 화합물 또는 조성물로서 피부와의 접촉시 인체가 적응 가능한 이상의 독성을 지니지 않는 것을 말한다.
상기 담체는 본 발명의 조성물에 그것의 전체 중량에 대하여 약 1 중량 % 내지 약 99.99 중량 %, 바람직하게는 조성물의 중량의 약 50 중량% 내지 약 99 중량 %로 포함될 수 있다.
그러나 상기 비율은 화장품의 전술한 바의 제형에 따라 또 그것의 구체적인 적용 부위(얼굴이나 손)나 그것의 바람직한 적용량 등에 따라 달라지는 것이기 때문에, 상기 비율은 어떠한 측면으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
한편 상기 담체로서는 알코올, 오일, 지방산, 실리콘 오일, 습윤제, 보습제, 점성 변형제, 유제, 안정제, 자외선 차단제, 발색제, 향료 등이 예시될 수 있다.
상기 담체로서 사용될 수 있는 알코올, 오일, 지방산, 실리콘 오일, 습윤제, 보습제, 점성 변형제, 유제, 안정제, 자외선 차단제, 발색제, 향료 로 사용될 수 있는 화합물/조성물 등은 이미 당업계에 공지되어 있기 때문에 당업자라면 적절한 해당 물질/조성물을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물은 다른 구체적인 양태에 있어서, 식품 조성물로 파악할 수 있다.
본 발명의 조성물이 식품 조성물로 파악될 경우, 쥬스, 탄산음료, 이온음료 등의 음료류, 우유, 요구루트 등의 가공 유류, 껌류, 떡, 한과, 빵, 과자, 면 등의 식품류, 산제, 정제, 캡슐제 등 형태의 식품 제제류가 될 수 있다.
본 발명의 식품 조성물은 건강기능성 식품, 건강 보조식품, 특수 영양 보충용 식품, 기능성 음료 등으로 제조될 수 있다.
본 발명의 식품 조성물에는 그 유효성분 이외에 감미제, 풍미제, 생리활성 성분, 미네랄 등이 포함될 수 있다.
감미제는 식품이 적당한 단맛을 나게 하는 양으로 사용될 수 있으며, 천연의 것이거나 합성된 것일 수 있다. 바람직하게는 천연 감미제를 사용하는 경우인데, 천연 감미제로서는 옥수수 시럽 고형물, 꿀, 수크로오스, 프룩토오스, 락토오스, 말토오스 등의 당 감미제를 들 수 있다.
풍미제는 맛이나 향을 좋게 하기 위하여 사용될 수 있는데, 천연의 것과 합성된 것 모두 사용될 수 있다. 바람직하게는 천연의 것을 사용하는 경우이다. 천연의 것을 사용할 경우에 풍미 이외에 영양 강화의 목적도 병행할 수 있다. 천연 풍미제로서는 사과, 레몬, 감귤, 포도, 딸기, 복숭아 등에서 얻어진 것이거나 녹차잎, 둥굴레, 대잎, 계피, 국화 잎, 자스민 등에서 얻어진 것일 수 있다. 또 인삼(홍삼), 죽순, 알로에 베라, 은행 등에서 얻어진 것을 사용할 수 있다. 천연 풍미제는 액상의 농축액이나 고형상의 추출물일 수 있다. 경우에 따라서 합성 풍미제가 사용될 수 있는데, 합성 풍미제는 에스테르, 알콜, 알데하이드, 테르펜 등이 이용될 수 있다.
생리 활성 물질로서는 카테킨, 에피카테킨, 갈로가테킨, 에피갈로카테킨 등의 카테킨류나, 레티놀, 아스코르브산, 토코페롤, 칼시페롤, 티아민, 리보플라빈 등의 비타민류 등이 사용될 수 있다.
미네랄로서는 칼슘, 마그네슘, 크롬, 코발트, 구리, 불소화물, 게르마늄, 요오드, 철, 리튬, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 인, 칼륨, 셀레늄, 규소, 나트륨, 황, 바나듐, 아연 등이 사용될 수 있다.
또한 본 발명의 식품 조성물은 상기 감미제 등 이외에도 필요에 따라 보존제, 유화제, 산미료, 점증제 등을 포함할 수 있다.
이러한 보존제, 유화제 등은 그것이 첨가되는 용도를 달성할 수 있는 한 극미량으로 첨가되어 사용되는 것이 바람직하다. 극미량이란 수치적으로 표현할 때 식품 조성물 전체 중량을 기준으로 할 때 0.0005중량％ 내지 약 0.5중량％ 범위를 의미한다.
사용될 수 있는 보존제로서는 소듐 소르브산칼슘, 소르브산나트륨, 소르브산칼륨, 벤조산칼슘, 벤조산나트륨, 벤조산칼륨, EDTA(에틸렌디아민테트라아세트산) 등을 들 수 있다.
사용될 수 있는 유화제로서는 아카시아검, 카르복시메틸셀룰로스, 잔탄검, 펙틴 등을 들 수 있다.
사용될 수 있는 산미료로서는 연산, 말산, 푸마르산, 아디프산, 인산, 글루콘산, 타르타르산, 아스코르브산, 아세트산, 인산 등을 들 수 있다. 이러한 산미료는 맛을 증진시키는 목적 이외에 미생물의 증식을 억제할 목적으로 식품 조성물이 적정 산도로 되도록 첨가될 수 있다.
사용될 수 있는 점증제로서는 현탁화 구현제, 침강제, 겔형성제, 팽화제 등을 들 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 화산석송이수를 이용하여 생산수율이 향산된 박테리아 셀룰로오스 제조 방법과 그 제조 방법에 따라 얻어진 박테리아 셀룰로오스를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 박테리아 셀룰로오스는 보습 및 주름개선 용도의 화장품 또는 식품 등으로 유용하게 활용될 수 있다.
도 1은 화산석 송이 추출물의 제조 방법을 도식화 한 것이다.
도 2는 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법을 도식화 한 것이다.
도 3은 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스 적용시 시간 경과에 따른 피부 수분 변화를 확인한 결과이다.
도 2는 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법을 도식화 한 것이다.
도 3은 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스 적용시 시간 경과에 따른 피부 수분 변화를 확인한 결과이다.
이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이러한 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스
화산석 송이 추출물을 이용하여 배지를 제조하였으며 Gluconacetobacter 속 gel_SEA623-2(KACC 91526P) 균주를 해당 배지에서 배양하여 박테리아 셀룰로오스를 획득하였다.
<실시예 1> 박테리아 셀룰로오스 생산용 박테리아 종균의 제조
실험을 위한 Gluconacetobacter 속 gel_SEA623-2 균주는 국립원예특작과학원 감귤시험장에서에서 분양(Lee SY et al., Kor. J. Hort. Sci. Technol. 2011 29:145.)받아 사용하였다.
Gluconacetobacter sp. gel_SEA623-2는 G10 아가(agar) 배지(글루코스 100g/L, 효모 추출물 10 g/L, 탄산칼슘 20 g/L, 아가 15 g/L)에 접종하고 30˚C에서 4일간 배양하여 주변에 투명환이 생성된 콜로니(colony)를 전 배양액(온주밀감 착즙액 10%(w/w), 수크로스(sucrose) 8.8%(w/w), 에탄올(ethanol) 1%(w/w), 초산 1%(w/w), 정제수 79.2%(w/w))에 접종하고 배양병 입구를 살균된 여과 종이(HYUNDAI Micro)로 덮은 후 30˚C에서 5일간 정치배양하여 본 배양을 위한 종균(Seed)으로 사용하였다.
<실시예 2> 화산석 송이 추출물 제조
화산석 송이 추출물을 제조하기 위하여 제주도의 오름에서 화산석 송이(scoria)를 채취하여 세척 후 볼밀로 분쇄하고 40메쉬(mesh) 이하로 흔들 채를 이용하여 규격화 하였다. 상기 화산석 송이에 10 배 중량의 정제수를 혼합하였으며 75ㅁ5℃로 가열하고 해당 온도를 유지하며 24시간 동안 교반하였다. 24시간이 지난 후 여과지(Advantec No.2, 300mm)로 여과한 추출물을 121℃에서 15분간 멸균하였다.
<실시예 3> 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조
상기 <실시예 2>의 화산석 송이 추출물은 (화산석 송이 중량에 대한 추출물 수율/농도 확인) Gluconacetobacter 속 gel_SEA623-2 균주의 박테리아 셀룰로오스 배양 배지를 제조하는데 사용하였다.
박테리아 셀룰로오스 배양 배지는 화산석 송이 추출물(79.2% w/w), 감귤착즙액(온주밀감착즙액) 10(% w/w), 설탕(8.8% w/w), 초산(1% w/w), 에탄올 (1% w/w) 및 잔량의 정제수를 혼합하여 제조하였다. 해당 배지는 121℃에서 15분간 멸균하여 사용하였다.
상기 멸균된 박테리아 셀룰로오스 배양 배지에 상기 <실시예 1>의 Gluconacetobacter sp. gel_SEA623-2 종균이 포함된 전 배양액 1%(w/w)을 접종하였으며 30℃의 온도에서 호기성 조건으로 14일간 정치 배양하여 박테리아 셀룰로오스를 생산하였다.
<
비교예
>
박테리아 셀룰로오스의 비교
제조예
<비교예 1> 박테리아 셀룰로오스의 비교 제조예 1
상기 <실시예 3>과 동일한 제조 공정을 거쳐 박테리아 셀룰로오스를 제조하되, 박테리아 셀룰로오스 배양 배지 중 화산석 송이 추출물을 제외하고 잔량을 정제수로 맞추어 사용하였다.
<비교예 2> 박테리아 셀룰로오스의 비교 제조예 2
상기 <실시예 3>과 동일한 제조 공정을 거쳐 박테리아 셀룰로오스를 제조하되, 박테리아 셀룰로오스 배양 배지 중 화산석 송이를 추출물의 형태가 아닌 분말 형태로 사용하였다. 해당 화산석 송이 분말은 분쇄기를 통하여 입도가 0.05 내지 5㎛ 범위의 분체를 제조한 후에, 송이 분체에 초임계 이산화탄소를 100℃의 온도 및 600bar의 압력으로 가하여 이물질과 미생물을 제거한 후 1%(w/w) 농도로 첨가하여 사용하였다. 모든 샘플은 100ml의 배지를 이용하여 생성량을 비교하였으며 배양 후 셀룰로오스의 단면두께(mm)와 중량(g)으로 비교하였다.
<
실험예
1>
박테리아 셀룰로오스의 수율 분석
상기 <실시예> 및 <비교예>를 통하여 제조된 박테리아 셀룰로오스의 생성량을 확인하여 결과를 [표 1]에 나타내었다.
박테리아 셀룰로오스 생성량은 먼저 배양이 종료된 배양액 상층에 형성된 백색의 겔 두께(thickness)를 기준으로 평가하였으며 가장 두꺼운 부분과 가장 얇은 부분 두 곳을 측정하여 평균 값으로 나타내었고 mm 단위로 측정하였다.
또한 생성된 박테리아 셀룰로오스의 건조중량(dry weight)을 측정하기 위해 세척 후 건조기(OF-22, 팜스웰바이오)에 넣고 60℃의 온도에서 24시간 건조하여 남은 건조체의 중량을 기준으로 미세저울(FX-300i, AND)을 이용하여 측정한 후 기재하였다. 모든 실험은 3회 반복 수행하였으며 평균값을 [표 1]에 나타내었다.
| 배양전 pH | 두께(mm) | 중량(g/100ml) | 배양후 pH | |
| 비교예 1 | 7.08 | 6.5 | 8.0 | 2.40 |
| 비교예 2 | 7.10 | 6.5 | 8.4 | 2.36 |
| 실시예 | 7.53 | 7.3 | 9.6 | 2.35 |
[표 1]에 나타나듯이, <실시예>와 같이 화산석 송이 추출물을 첨가하여 박테리아 셀룰로오스를 생산할 경우 두께 및 중량이 증가한 것을 확인할 수 있다. 이는 화산석 송이 추출물이 박테리아 셀룰로오스의 생산성을 증대시키는 효과가 있음을 알 수 있다.
<
실험예
2>
화산석
송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 기능 확인
<실험예 2-1> 보습 활성
상기 <실시예>의 화산석 송이 추출물을 사용하여 제조한 박테리아 셀룰로오스의 보습 활성을 확인하기 위한 인체적용시험을 수행하였다.
상기 <실시예> 및 <비교예>를 통하여 획득한 박테리아 셀룰로오스를 여러 차례 정제수에 수세하여 배지 성분을 제거 한 후 1% NaOH 수용액 중에 80℃로 하룻동안 처리하여 균체를 제거하였다. 1%의 아세트산 용액에 박테리아 셀룰로오스를 침지하여 중화시킨 후 정제수로 충분히 수세하고 10mg/ml(1%,w/v)의 농도로 시료를 준비하였다.
흉터, 점, 여드름, 홍반, 모세혈관 확장 등의 피부 이상 소견이 없는 만 30세에서 55세의 성인 여성 20명을 피험자로 선정하였다. 피험자들은 측정 조건을 동일하게 하고자 시험 부위를 깨끗하게 하고 마른 상태로 유지하였으며 최소 30분간 항온항습(22ㅁ2℃, R.H. 40~60%)이 유지되는 곳에서 피부 안정을 취한 후 시험을 진행하였다. 시험 제품에 대해 이상반응인 홍반, 부종, 인설(Scaling), 가려움(Itching), 자통(Stinging), 작열감(Burning), 뻣뻣함(Tightness), 따끔거림(Prickling)이나 다른 이상반응이 발생한 경우 시험에서 제외하였다.
전완부의 선정된 시험부위(1.5cm X 1.5cm)에 마이크로 피펫(Micro pipette)을 사용하여 각각 2㎕/cm2의 양으로 4 군데 도포하였으며, 제품 도포 전, 도포 30분 후, 도포 3시간 후, 도포 6시간 후로 총 4회 측정하였으며, 3개의 값을 이용해 평균값을 구하였다. 측정 시 마다 도포 부위를 티슈로 가볍게 닦아 내고 측정하였다.
피부 수분 측정은 수분측정기(Corneometer;CM825, Courage and Khazaka Electronic Co., Germany)를 이용하여 전완부를 측정하였다. 수분측정기는 피부에 접촉하는 프로브(probe)를 통해 전달되는 전류의 정전부하용량(capacitance)계측으로 이루어진다. 수분의 함량과 정전부하용량은 서로 비례하는 성질이 있어 수분이 높을수록 측정수치가 높아지며, 측정계수는 arbitrary unit(A.U.)이다.
무도포 부위에 대한 수분 변화량은 하기의 식을 통하여 산출하였다.
<무도포 부위에 대한 수분 변화량>
변화량(%)= ((제품 측정시간별 결과-제품 도포 전)-(무도포 측정시간별 결과-무도포 0시간))/((무도포 측정시간별 결과-무도포 0시간)+제품 도포 전)ㅧ100
통계분석은 무도포 부위의 시간 경과에 따른 수분 변화량과 상기 <실시예>, <비교예1> 및 <비교예2>를 통하여 제조된 박테리아 셀룰로오스 사용 부위에 대한 시간 경과에 따른 수분 변화량 측정 결과를 독립 검정(Independent t-test)법으로 분석하였다. 모든 통계 결과는 생물학적 통계분석에서 가장 많이 사용하는 유의차 5%(p<0.05)일 때 통계적 유의성이 있다고 간주하였으며, SPSS 18.0 소프트웨어를 사용하여 통계분석을 수행하였다. 시험 결과는 [표 2], [표 3] 및 [도 1]에 나타내었다.
| 도포 전 | 도포 30분 후 | 도포 3시간 후 | 도포 6시간 후 | |
| 무도포 | 36.67 | 36.90 | 36.78 | 36.62 |
| 비교예 1 | 36.74 | 71.82 | 42.62 | 38.65 |
| 비교예 2 | 36.85 | 78.92 | 44.96 | 39.97 |
| 실시예 | 36.69 | 83.11 | 55.92 | 47.81 |
| 도포 30분 후 | 도포 3시간 후 | 도포 6시간 후 | |
| 비교예 1 | 94.27 | 15.66 | 5.32 |
| 비교예 2 | 112.84 | 21.65 | 8.58 |
| 실시예 | 125.11 | 51.96 | 30.35 |
[표 2], [표 3] 및 [도 1]의 결과에 나타나듯이, <실시예>의 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스는 도포 후 수분량이 <비교예> 군에 비하여 높게 지속되고 있어 보습 활성이 높은 것을 알 수 있다. 특히 화산석 송이 분말을 사용한 <비교예 2>보다 화산석 송이를 추출물 형태로 사용하여 박테리아 셀룰로오스를 제조하였을 경우에 보습 활성이 뛰어난 것이 확인되었다.
<실험예 2-2> 주름개선 활성
상기 <실시예>의 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 주름개선 활성을 확인을 위한 인체적용시험을 수행하였다.
상기 <실험예 2-1>과 동일한 시료를 사용하였으며 흉터, 점, 여드름, 홍반, 모세혈관 확장 등의 피부 이상 소견이 없는 만 30세에서 55세의 성인 여성 20명을 피험자로 선정하였다. 우측 및 좌측에 매일 아침 및 저녁으로 2회씩 12주 동안 도포하였다. 피시험자의 안면우측 및 안면좌측에 <실시예>, <비교예> 또는 대조군 시료를 적용하였다. 주름의 완화정도는 피부화상분석기(Visiometer)를 이용하여 측정하였으며 개선 없음, 약간의 개선, 중간정도의 개선, 매우 개선 정도로 평가하여 그 결과를 [표 4]에 나타내었다. 또한 작용 전과 후의 주름 주형(replica)을 영상분석법으로 주름의 깊이(㎛)를 측정하여 그 결과를 하기 [표 5]에 나타냈다. 대조군으로는 증류수를 사용하였다.
| 개선 없음 | 약간의 개선 | 중간정도의 개선 | 매우 개선 | |
| 대조군 | 8 | 2 | - | - |
| 비교예 1 | 3 | 5 | 2 | - |
| 비교예 2 | 1 | 4 | 3 | 1 |
| 실시예 | - | 3 | 5 | 2 |
| 도포 전(단위:㎛) | 도포 후(단위:㎛) | 주름깊이 감소율(%) | |
| 대조군 | 297±21 | 300±32 | -1.0% |
| 비교예 1 | 286±17 | 276±22 | 3.5% |
| 비교예 2 | 289±16 | 264±14 | 8.7% |
| 실시예 | 291±19 | 226±17 | 22.3% |
상기 [표 4] 및 [표 5]에 나타나듯이, 화산석 송이 추출물을 이용한 <실시예>의 박테리아 셀룰로오스를 적용한 군에서 <비교예 1>의 배지를 사용한 박테리아 셀룰로오스나 <비교예 2>의 화산석 송이 분말을 배지에 사용한 박테리아 셀룰로오스를 적용한 군보다 뛰어난 주름개선 활성이 나타났다. 이처럼, 배지 중에 포함된 화산석 송이 추출물의 성분이 박테리아 셀룰로오스의 생산량을 증가시키고 기능성 성분의 함량을 증가시켜 우수한 성질의 박테리아 셀룰로오스를 제조할 수 있었다.
Claims (10)
- (a) 탄소원 및 화산석 송이 추출물을 함유하는 박테리아 셀룰로오스 제조용 배지를 제조하는 단계,
(b) 이 배지에 박테리아 셀룰로오스 생성능을 가진 박테리아를 접종하는 단계,
(c) 접종 후 호기적 조건에서 배양하는 단계, 및
(d) 그 배양액으로부터 박테리아 셀룰로오스를 수득하는 단계를 포함하는
화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 화산석 송이 추출물은 화산석 송이의 열수 추출물인 것을 특징으로 하는 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 박테리아 셀룰로오스 생성능을 가진 박테리아는 글루콘아세터박터 속 gel_SEA623-2(Gluconacetobacter sp. gel_SEA623-2) 인 것을 특징으로 하는 화산석 송이 추출물을 이용한 박테리아 셀룰로오스의 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법으로 얻어진 박테리아 셀룰로오스.
- 제4항 기재의 박테리아 셀룰로오스를 유효성분으로 포함하는 피부 보습용 조성물.
- 제5항에 있어서,
상기 조성물은 화장품 조성물인 것을 특징으로 하는 피부 보습용 조성물.
- 제6항에 있어서,
상기 조성물은 식품 조성물인 것을 특징으로 하는 피부 보습용 조성물.
- 제4항 기재의 박테리아 셀룰로오스를 유효성분으로 포함하는 피부 주름 개선용 조성물.
- 제8항에 있어서,
상기 조성물은 화장품 조성물인 것을 특징으로 하는 피부 주름 개선용 조성물.
- 제8항에 있어서,
상기 조성물은 식품 조성물인 것을 특징으로 하는 피부 주름 개선용 조성물.
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