WO2018199605A1

WO2018199605A1 - 고체 원물이 포함된 바이오셀룰로오스, 이를 제조하기 위한 배지 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: WO2018199605A1
Application number: PCT/KR2018/004764
Authority: WO
Inventors: 정주아; 이현기; 이은지; 임재민; 최양규
Original assignee: Amorepacific Corp
Current assignee: Amorepacific Corp
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2019-10-25
Also published as: KR102336328B1; KR20180119282A

Abstract

본 발명은 고체 원물이 포함된 바이오셀룰로오스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 바이오셀룰로오스는 망상 구조 내부에 고체 원물이 균일하게 분포되며, 고체 원물과 바이오셀룰로오스 간의 안정적인 물리적 결합으로 인하여, 세척 과정에서도 고체 원물이 유실되지 않는 효과가 있다.

Description

고체 원물이 포함된 바이오셀룰로오스, 이를 제조하기 위한 배지 조성물 및 이의 제조방법

본 출원은 2017년 04월 25일자 한국 특허 출원 제10-2017-0052819호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함한다.

본 발명은 고체 원물이 포함된 바이오셀룰로오스에 관한 것이다.

미생물 배양을 통해 만들어진 셀룰로오스는 바이오셀룰로오스(biocellulose) 혹은 미생물 셀룰로오스(microbial cellulose)로 불리며, 의약품용 화상처리제나 화장용 마스크 시트의 소재로서 활용이 되고 있다. 바이오셀룰로오스는 식물 유래 셀룰로오스와 동일한 β-D-glucose 사슬로 구성이 되어 있으나, 식물 유래 셀룰로오스는 리그닌(lignin), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 펙틴(pectin) 등이 함유되어 있어서 60 ~ 70% 수준의 순도를 갖고 있는 반면, 바이오셀룰로오스는 순수한 셀룰로오스 단일 성분으로 구성되어 있기 때문에 추가적인 분리 정제 공정이 필요하지 않다.

바이오셀룰로오스는 하이드로젤의 펠리클(pellicle) 형태로 생산되기 때문에 60%의 함수율을 지니는 식물 유래 셀룰로오스에 비하여 월등히 높은 98.5% 이상의 함수율을 지니고 있다. 또한 20 ~ 50nm 수준의 나노 섬유로 구성된 다공성의 네트워크 구조를 가지고 있어서 우수한 기계적 강도 특성을 보이며, 결정성 또한 약 80%로 식물 유래 셀룰로오스의 50 ~ 65%에 비하여 매우 높기 때문에 열적 안정성이 상대적으로 우수하다.

또한 배양 용기의 형태에 따라 바이오셀룰로오스 펠리클의 모양을 제어할 수 있고, 배양 환경에 따라 수십에서 수백 나노미터 수준으로 펠리클 내의 공극을 제어할 수 있다는 점은 바이오셀룰로오스 생산 공정의 장점이다.

이러한 장점으로 인하여 바이오셀룰로오스는 의약품용 화상처리제나 화장용 마스크 시트의 소재로써 활용되고 있다. 일반적인 바이오셀룰로오스의 제조는 주로 과일주스의 배양액에서의 균체 배양을 통해서 이루어지는데, 바이오셀룰로오스의 생산 균주는 아세토박터 속(Acetobacter sp.), 글루콘아세토박터 속(Gluconacetobacter sp.), 아그로박테리움 속(Agrobacterium sp.), 리조비움 속(Rhizobium sp.), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.), 사르시나 속(Sarcina sp.) 등이 있으나, 생산 수율이 우수한 균주는 아세토박터 속으로 아세토박터 자일리늄이 가장 많이 알려진 미생물이다. 또한, 생산수율을 올리기 위해서, 바이오셀룰로오스를 생산하는 아세토박터 속 미생물과, 잡균 오염을 방지하는 박테리오신을 생산하는 젖산균을 정치 혼합 배양 또는 교반 혼합 배양하는 바이오셀룰로오스의 생산방법에 관한 시도가 있었다.

한편 종래에는 자연 유래의 성분을 피부에 직접적으로 적용하기 위하여, 물 또는 유기 용매로 추출하는 방식을 이용하였다. 그러나 이렇게 추출된 추출액은 사용 용매에 따라 수용성 또는 유용성 성분만을 한정적으로 포함하게 된다. 최근에는 이러한 추출식 방식의 문제점을 보완하고자 통째로 갈아 넣는 전체식 방식이 주목받고 있다. 더욱이 물이나 유기 용매에 용해되지 않는 물질, 예컨대 화산석송이와 같은 고체 원물은 추출 방식이 불가능하기 때문에 고체 원물 형태 그대로 포함시켜 제형화해야 한다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0003098호 "인장강도가 강화된 바이오셀룰로오스 및 이의 제조방법"

(특허문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0043287호 "화장용 바이오셀룰로오스 마스크 시트 및 이의 제조방법"

일반적으로 바이오셀룰로오스 생성균은 호기성 균으로 배지의 표면에서 막을 형성한다. 이러한 바이오셀룰로오스에 고체 원물을 포함시키기 위하여 일반 배양용 배지에 고체 원물을 넣어 바이오셀룰로오스를 배양하게 되면, 막이 형성되는 동안 고체 원물이 배지 아래로 침강하여 배지 표면에 형성되는 바이오셀룰로오스 막 안에 들어갈 수 없다. 따라서 본 발명의 목적은 바이오셀룰로오스 생성에 방해되지 않으면서, 고체 원물이 가라앉지 않는 조건의 점증된 형태의 배지 조성물과 이러한 배지에서 배양된 고체 원물을 포함하는 바이오셀룰로오스 및 이것의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고체 원물이 바이오셀룰로오스의 망상 구조에 균일하게 삽입된 바이오셀룰로오스를 제공한다.

또한 본 발명은 배지 조성물은 고체 원물 및 점증제를 포함하는 것인 바이오셀룰로오스 배양을 위한 배지 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 a) 고체 원물 및 점증제를 포함하는 배양 배지를 준비하는 단계; b) 바이오셀룰로오스 생산 균주를 전배양 하는 단계; c) 상기 a) 단계의 배양 배지에 b) 단계의 전배양된 생산 균주를 투입하여 바이오셀룰로오스를 배양하는 단계; d) 상기 c) 단계에서 배양된 바이오셀룰로오스를 배양 배지로부터 분리하는 단계; 및 e) 상기 바이오셀룰로오스를 세척한 후 탈수하는 단계;를 포함하는 바이오셀룰로오스의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 바이오셀룰로오스는 망상 구조 내부에 고체 원물이 균일하게 분포되고, 고체 원물과 바이오셀룰로오스 간의 안정적인 물리적 결합으로 인하여, 세척 과정에서도 고체 원물이 유실되지 않는 효과가 있다.

도 1(a)는 본 발명의 비교예 1에 따른 바이오셀룰로오스 배양용 배지 이미지이고, 도 1(b)는 본 발명의 실시예 1에 따른 바이오셀룰로오스 배양용 배지 이미지이다.

도 2(a)는 본 발명의 비교예 2에 따른 바이오셀룰로오스, 도 2(b)는 본 발명의 실시예 2 및 실시예 2에서 사용된 화산석송이, 도 2(c)은 본 발명의 실시예 2에 따른 화산석송이 입자를 포함하는 바이오셀룰로오스의 SEM 이미지이다.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 펄 입자를 포함하는 바이오셀룰로오스 이미지이다.

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 화산석송이 입자를 포함하는 바이오셀룰로오스 이미지이다.

도 5는 본 발명의 실시예 3 및 비교예 3에 따른 이산화티탄 입자를 포함하는 바이오셀룰로오스의 메이크업 잔여물 흡착 이미지이다.

본 발명은 고체 원물을 넣은 배지를　점증하여 생성 균주가　바이오셀룰로오스를 만들어　낼 때 셀룰로오스 망상 구조 사이에　고체 원물이 갇혀서 최종적으로 고체 원물이 삽입되어 있는 형태의 바이오셀룰로오스, 이를 배양하기 위한 배지 조성물 및 이러한 배지 조성물에서 바이오셀룰로오스를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에서 바이오셀룰로오스는 배양 배지에서 생산 균주에 의해 배양되어 생산된 시트형 바이오셀룰로오스를 의미한다.

바이오셀룰로오스

본 발명의 일측면에 따르면, 고체 원물(solid original ingredient)이 바이오셀룰로오스의 망상 구조에 균일하게 삽입된 바이오셀룰로오스를 제공한다.

바이오셀룰로오스는 생산 균주, 예컨대 아세토박터 속의 미생물로서 통상적으로 아세토박터 자일리넘(Acetobacter xylinum)의 배양에 의해 생산되는 포도당의 β-1,4 결합에 의해 생성된 중합체이다. 상기 미생물을 정치배양하면, 미세섬유 형태의 미생물 셀룰로오스가 각 균체로부터 분비되고, 각기 다른 균체로부터 분비된 미세섬유는 서로 엇갈려 미세섬유와 균체가 망상 구조를 이룬 셀룰로오스의 펠리클을 형성한다.

식물 유래의 셀룰로오스와는 달리 미생물 유래의 바이오셀룰로오스는 셀룰로오스 이외에 다량의 리그닌(lignin), 헤미셀룰로오스(hemicellulose) 등의 이물질을 함유하지 않는다. 바이오셀룰로오스는 β-1,4 글루칸(glucan)을 일차구조로 하여 20 내지 50nm인 피브릴(fibril)이 망상 구조를 이루고 있다. 바이오셀룰로오스는 이러한 망상 구조로 인하여 습윤성, 흡수성 및 고강도, 고탄력성 등의 특성을 가지며, 피부 적용시, 하이드로겔 마스크와 같은 부드러운 질감과 매끄러운 착용감을 줄 수 있다.

본 발명에서의 고체 원물은 피부에 유용한 성분을 함유하여 피부 개선 효능이 있는 다양한 유/무기물일 수 있으며, 바람직하게는 수용성 배지에서 용해되지 않고 고체 상태를 유지하는 물질일 수 있다. 예컨대 분말 형태의 차류, 곡물류, 한약재류, 꽃류, 과일류, 열매류, 해초류, 자외선차단제류 등 일 수 있고, 보다 구체적으로는 화산석송이 분말, 맥반석 분말, 펄 분말, 진주 분말, 금 분말, 은 분말, 녹차 분말, 인삼 분말, 홍삼 분말, 감초 분말, 다시마 분말, 살구씨 분말, 홍화씨 분말, 오미자 분말, 황토 분말, 감자 분말, 콩 분말, 녹두 분말, 오트밀 분말, 쌀 분말, 허브 분말, 숯 분말, 유황 분말, 이산화티탄 분말, 키토산 분말, 케냐프 분말 등 다양한 소재들이 사용될 수 있다.

종래에는 이러한 피부 개선 효능을 가지는 유/무기물을 추출물의 형태나 또는 용해된 형태로 시트 상에 함침시키는 것이 일반적이었으나, 이러한 경우, 피부 개선에 효능이 있는 전성분을 그대로 포함시키는 것이 불가능했으며, 이를 개선하고자 고체 원물의 형태 그대로 포함시키는 경우에는 시트 상에 균일하게 분산되지 않고, 세척 과정에서 유실되는 문제점이 있었다.

또한 화장품용 마스크 시트로 바이오셀룰로오스를 적용시 색상이나 외관 느낌을 달라 보이게 하기 위해서 배지에 유기 색소를 혼입하게 되는데, 이러한 경우 세척이나 살균 과정에서 색상이 모두 빠져서 보이지 않게 되며, 여러 번의 세척공정을 통해 만들어진 일반적인 흰색의 바이오셀룰로오스를 제작 후, 화장품용 유액에 색상을 넣게 되면 유액의 색상이 피부에 염착될 우려가 있다.

따라서 상기의 문제점을 해결하기 위해 고체 원물을 바이오셀룰로오스에 포함시키기 위해서는, 고체 원물이 적정한 배양 배지 점도에 균일하게 부유하여 바이오셀룰로오스의 망상 구조에 갇히는 입경 범위인 것이 바람직하다. 구체적으로 고체 원물의 평균 입경은 50 ㎛, 바람직하게는 30 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 ㎛이다. 만약 고체 원물의 평균 입경이 50 ㎛를 초과하면, 고체 원물이 피부에 닿는 사용감이 떨어질 수 있다.

상기 고체 원물은 세척 공정을 거쳐 최종적으로 얻어지는 건조된 바이오셀룰로오스 총 중량을 기준으로 0.1 내지 90 중량%, 바람직하게는 1 내지 85 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 80 중량%, 가장 바람직하게는 10 내지 70 중량%로 포함된다. 만약 고체 원물의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 고체 원물이 피부에 주는 유용 효과를 확보하기 어려울 수 있고, 90 중량%를 초과하면, 바이오셀룰로오스의 생장을 방해할 수 있고, 고가의 원물의 경우 버려지는 양이 많아 비경제적이며, 원물에 의해 바이오셀룰로오스 물성이 약해져 찢어지는 현상이 발생할 수 있다.

상기 바이오셀룰로오스의 두께에는 그 제한이 없으며, 물리적 강도, 피부 밀착감 등을 고려하여 적정 두께로 배양하거나, 또는 슬라이스 컷팅하여 사용할 수 있다.

상기 바이오셀룰로오스는 의료용, 화장용 등 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 피부 개선을 위한 마스크 시트용으로 사용될 수 있다.

바이오셀룰로오스 배양용 배지 조성물

본 발명의 다른 일측면에 따르면, 상기 고체 원물이 바이오셀룰로오스의 망상 구조에 균일하게 삽입된 바이오셀룰로오스를 배양하기 위한 배지 조성물을 제공한다.

종래에는 이러한 고체 원물을 포함하는 마스크 시트를 제형화하기 위해서, 바이오셀룰로오스 배양시 고체 원물을 적용하게 되면, 원물이 배양 기간 동안 바이오셀룰로오스 배양 배지에 균일하게 분산되지 않고 바닥에 가라앉아, 호기성 균의 특징으로 공기와 맞닿는 배지의 표면에서 생성되는 바이오셀룰로오스 상에는 적용시키기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명에 따른 바이오셀룰로오스 배양 배지 조성물은 고체 원물과 이러한 고체 원물을 배양 배지 상에 안정적으로 균일하게 부유시키기 위한 점성을 부여하는 점증제를 포함한다.

이때 상기 고체 원물의 종류는 상술한 바와 같으며, 그 함량은 배지 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 3.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.0 중량%로 포함된다. 만약 0.01 중량% 미만으로 포함되면, 원물이 가지는 피부에 유효한 효능이 미미하고, 5.0 중량%를 초과하여 포함되면, 고체 원물이 배지에 균일하게 분산되지 않고, 바이오셀룰로오스 생장에 방해되며, 바이오셀룰로오스의 물성이 약해질 우려가 있다.

상기 점증제는 바이오셀룰로오스 생장에 방해되지 않고, 적정한 함량으로도 점성을 가지며, 별도의 중화가 필요 없고, 낮은 pH에서 안정적으로 점증되는 물질인 것이 바람직하다. 특히 상기 점증제는 검류, 셀룰로오스 유도체, 폴리사카라이드, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 예컨대 사용될 수 있는 상기 점증제로서는 잔탄검, 구아검, 타마린드검, 타라검, 로커스트빈검, 아라비아검, 가티검, 카라야검, 트라가칸스검, 겔란검, 나트륨 알기네이트, 카라긴, 한천, 퍼셀란(furcellaran), 퀸스씨드, 곤약(Amorphophalus konjak), 만난, 덱스트린, 전분, 아라비노갈락탄, 펙틴, 퀸스, 키토산, 전분, 커들란, 크산탄검, 시클로덱스트린, 덱스트란, 풀룰란, 마이크로크리스탈린 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 카르복시 전분, 양이온화 셀룰로오스, 전분 인산 에스테르, 알부민, 카제인 등을 들 수 있다. 바람직하게는 잔탄검을 사용한다.

또한 상기 점증제는 배지 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 3.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.0 중량%으로 포함된다. 만약 점증제의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 배지의 점증 효과가 미미하여 고체 원물을 부유하는 것이 어렵고, 반면 5.0 중량%를 초과하면, 배지가 지나치게 점증되어 바이오셀룰로오스 배양을 방해할 수 있다.

상기 바이오셀룰로오스 배양용 배지 조성물은 탄소원을 포함할 수 있으며, 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 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 중량%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 전술한 바와 같이 고온·고압 멸균법, 자외선 조사 등 당업계에 공지된 방법을 사용하여 수행될 수 있다.

상기 바이오셀룰로오스 배양용 배지 조성물은 질소원을 별도로 혼합하지 않거나, 혹은 바이오셀룰로오스의 수율 향상을 위해서 다양한 질소원을 함께 배양할 수도 있다. 질소원은 당업계에 공지된 것으로, 그 범위는 특별히 한정하지는 않는다. 구체적인 예를 들면, 효모 추출물(yeast extract), 소이톤(soytone), 펩톤(peptone), 트립톤(tryptone), 맥아 추출물(malt extract), 콩 분말, 콩 비지 분말, 청국장 분말, 된장 분말, 암모늄염, 질산염, 유레아 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 질소원을 포함하는 배지 조성물의 경우, 구체적으로 상기 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%의 질소원을 포함할 수 있다. 천연 질소원을 사용할 경우 천연 탄소원을 사용할 경우와 관련하여 설명한 바와 동일한 이유에서 멸균하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 바이오셀룰로오스 배양용 배지 조성물은 무기염류와 미량원소를 추가로 포함하여 제조될 수 있다. 사용될 수 있는 무기염류로는 인산수소나트륨, 황산마그네슘, 염화철, 칼슘염, 망간염, 코발트염, 몰리브텐산염, 킬레이트금속염 등을 들 수 있으며, 미량원소로서는 아미노산, 비타민, 지방산, 핵산, 아황산 펄프 폐액 등을 들 수 있다. 이들 무기염류와 미량원소는 1종 이상 혼합하여 사용될 수 있으며, 0.001 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 0.005 내지 1.5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1 중량%의 범위로 배지에 포함될 수 있다.

또한 상기 바이오셀룰로오스 배양용 배지 조성물은 접종될 셀룰로오스 생성능을 가진 미생물이 내산성 세균인 점을 고려할 때 그 pH는 pH 2 내지 pH 7 범위에서 생성균주의 종류에 따라 결정하는 것이 바람직하다. 만약 상기 범위를 벗어나는 배지를 사용할 경우, 바이오셀룰로오스의 생성이 어려울 수 있다.

이 외에도, 본 발명에 따른 바이오셀룰로오스 배양용 배지 조성물은 미생물학적으로 사용되는 보조제를 더욱 포함할 수 있다. "미생물학적으로 허용되는 보조제"란, 바이오셀룰로오스 생산 균주, 바람직하게는 아세토박터 자일리늄(Acetobacter xylinum)의 성장 및 생존을 지지할 수 있게 하는 모든 가능한 보조제를 의미한다. 상기 보조제는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 배지에 포함되는 다양한 성분을 추가적으로 또 본 발명의 목적을 저해하지 않는 함량으로 포함할 수 있다.

바이오셀룰로오스의 제조방법

본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 상기 고체 원물이 바이오셀룰로오스의 망상 구조에 균일하게 삽입된 바이오셀룰로오스의 제조방법을 제공한다.

구체적으로, 정치배양법, 연속배양법 등 본 발명이 속한 분야에서 통상적으로 사용되는 어떠한 배양 방법도 이용될 수 있으나, 마스크 시트를 제조하는 경우 정치배양법이 보다 바람직하다.

본 발명에 따라, 고체 원물이 균일하게 분산된 배지 조성물에 바이오셀룰로오스를 배양하면, 바이오셀룰로오스가 생성되는 과정에서 바이오셀룰로오스의 망상 구조에 고체 원물을 가두어 이들의 안정적인 물리적 결합을 유도하여 세척 과정에서도 고체 원물이 유실되지 않는다.

본 발명에 따른 바이오셀룰로오스는 a) 고체 원물 및 점증제를 포함하는 배양 배지를 준비하는 단계; b) 바이오셀룰로오스 생산 균주를 전배양하는 단계; c) 상기 a) 단계의 배양 배지에 b) 단계의 전배양된 생산 균주를 투입하여 바이오셀룰로오스를 배양하는 단계; d) 상기 c) 단계에서 배양된 바이오셀룰로오스를 배양 배지로부터 분리하는 단계; 및 e) 상기 바이오셀룰로오스를 세척한 후 탈수하는 단계;를 거쳐 제조될 수 있다. 이하 단계별로 상세하게 설명한다.

a) 배양 배지 준비 단계

고체 원물 및 점증제를 포함하는 바이오셀룰로오스 배양용 배지를 준비한다. 이때 바이오셀룰로오스 배양용 배지는 상술한 바와 같이, 탄소원, 질소원, 무기염류와 미량원소를 포함할 수 있으며, 점증제와 고체 원물을 투입한 후 교반하여 고체 원물이 배양 배지에 균일하게 분산되도록 한다.

b) 생산 균주 전배양 단계

바이오셀룰로오스 생성능을 가진 미생물은 그 접종 전에 그 활성화를 위해서 전배양 후 접종되는 것이 바람직하다. 이때 사용 가능한 생산 균주는 당업계에 공지된 임의의 미생물이 모두 사용될 수 있다. 예컨대 아세토박터 속(Acetobacter sp.), 글루콘아세토박터 속(Gluconacetobacter sp.), 아그로박테리움 속(Agrobacterium sp.), 리조비움 속(Rhizobium sp.), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.) 및 사르시나 속(Sarcina sp.) 중 선택될 수 있으며, 생산 효율성을 위해서 여러 종의 미생물을 혼합배양할 수도 있다. 가장 바람직하게는 생산수율이 좋은 아세토박터속 자일리늄과, 잡균 오염을 방지하는 박테리오신을 생산하는 젖산균을 정치 혼합 배양 또는 교반 혼합 배양하는 한국공개특허 제2002-0067226호를 따르는 것이 효과적이다.

상기 균주는 (a)의 배양용 배지에 접종하기 전, 전배양하는 것이 바람직하며, 전배양용 배지에 제한은 없으나, (a)의 배양용 배지에서 고체 원물을 균일하게 부유시키기 위한 점증제를 제외한 배지인 것이 바람직하다.

상기 전배양용 배지는 생산 균주를 접종하기 전 멸균될 수 있다. 이러한 멸균 단계는 타 미생물의 오염을 방지하기 위한 것이며, 결과적으로 바이오셀룰로오스 생산 수율을 높이기 위한 것이다. 멸균 방법은 고온·고압 멸균법, 자외선 조사 등 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다.

c) 바이오셀룰로오스 배양 단계

상기 a) 단계의 배양 배지에 b) 단계의 전배양된 생산 균주를 투입하여 바이오셀룰로오스를 배양한다. 상기 a) 단계의 고체 원물 및 점증제를 포함하는 배양 배지 채취하여 페트리 디쉬에 분주하고, 여기에 b) 단계의 전배양된 생산 균주를 접종한다. 이후, 본 발명에서 목적하는 두께의 시트형 바이오셀룰로오스를 수득하기 위하여, 20 ~ 40 ℃, 구체적으로 25 ~ 35 ℃ 범위에서 2 ~ 10일, 바람직하게는 3 ~ 8일, 더욱 바람직하게는 3 ~ 6일 동안 배양할 수 있으나, 각 공정 조건에 따라 달라질 수 있다.

전배양용 배지와 마찬가지로, 바이오셀룰로오스 배양용 배지에 대하여 멸균 단계를 추가적으로 수행할 수 있으며, 상기 설명한 바와 같다.

d) 바이오셀룰로오스 분리 단계

상기 배양기간이 끝난 후, 배지 표면에 생성된 바이오셀룰로오스 막을 걷어내어 분리한다.

상기 분리단계 이후, 추가적으로 주입된 균체의 사멸 공정을 거칠 수 있다.

e) 세척 및 탈수 단계

상기 분리된 바이오셀룰로오스는 수회 세척한 후, 화장유액을 함침시키기 전에 일정한 수분보유상태로 만들기 위해서 탈수 혹은 건조 공정을 거친다. 하지만, 완전건조 후에 화장유액을 침적시에는 바이오셀룰로오스의 보수성이 떨어져, 마스크의 팽윤이 너무 오래 걸리거나 팽윤이 충분치 않은 단점이 있다. 이를 극복하기 위한 가장 효과적인 방법은 원심분리기를 사용한 탈수공정으로 수분함량을 바이오셀룰로오스 건조중량의 1 ~ 50배의 중량으로 유지시킨 후, 화장유액을 투입하는 것이 효과적이며, 가장 바람직하게는 시트 건조중량의 10 ~ 20배의 중량 범위의 수분을 유지시키는 것이 가장 효과적이다. 바이오셀룰로오스는 건조중량의 동일 중량 미만의 수분을 남길 경우, 마스크의 팽윤시간이 너무 오래 걸리거나, 팽윤이 충분치 않아 화장유액을 충분히 담수하지 못하고, 부드러운 사용감이 나오지 않는다. 또한, 건조중량의 50배 초과의 수분을 담지하고 있을 경우, 더 이상의 미용액을 담지할 수 없어서 화장용 마스크 시트로서의 기능을 할 수 없다.

또한, 본 발명에서 배양된 바이오셀룰로오스는 커팅하는 단계를 거쳐 마스크 시트의 형태로 제조될 수 있다. 구체적으로, 평평한 트레이(예를 들어, 사각형 모양)에 바이오셀룰로오스를 배양하고 나서, 원하는 얼굴 모양의 칼날로 커팅하여 완성된 디자인을 얻을 수 있다. 또 한편으로는, 마스크 시트의 디자인을 얻기 위해서는 배양시의 트레이에 얼굴모양의 디자인을 음각 성형시켜서 바이오셀룰로오스를 완성된 디자인 형태로 바로 얻을 수도 있다. 그러나, 본 발명에 의해 제조된 바이오셀룰로오스가 반드시 마스크 시트로만 사용되는 것은 아니고, 화장료 소재, 의료용 소재, 친환경 산업용 소재, 건축재료 등으로도 사용될 수 있다.

본 발명의 바이오셀룰로오스를 이용한 화장용 마스크 시트의 디자인을 얻기 위해서는 배양시의 트레이에 얼굴모양의 디자인을 음각 성형시켜서 바이오셀룰로오스를 완성된 디자인 형태로 바로 얻을 수 있다. 또 한편으로는, 평평한 트레이(예를 들어, 사각형 모양)에 바이오셀룰로오스를 배양하고 나서, 원하는 얼굴 모양의 칼날로 커팅하여 완성된 디자인을 얻을 수도 있다.

본 발명으로 완성된 바이오셀룰로오스는 화장용 마스크 시트로 사용되기 위해서는 주입된 균체의 사멸 및 배양액 제거 공정을 거친다. 이를 위해서 열수 살균 공정을 반복하는 것이 가장 효과적이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위한 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제시되는 것으로 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

배지 조성물 제조

하기 표 1은 화산석송이 또는 은색펄을 고체 원물의 형태로 포함하는 바이오셀룰로오스를 제조하기 위한 배지 조성물 및 이들의 함량(중량%)을 나타낸 것이다.

성분	실시예 1	비교예 1	실시예 2	비교예 2	실시예 3	비교예 3
DI Water	94.50	96.00	94.50	96.00	94.50	96.00
잔탄검	1.50	-	1.50	-	1.50	-
은색펄	0.50	0.50	-	-	-	-
화산석송이	-	-	0.50	0.50	-	-
이산화티탄	-	-	-	-	0.50	0.50
포도당	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00
황산암모늄	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50
초산	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00
합계	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

<실시예 1> 은색펄을 포함하는 배지 조성물 제조

상기 표 1에 기재된 조성으로 배양액을 제조였으며, 상기 은색펄 입자의 평균 입경은 20 ㎛인 것을 사용하였다.

<비교예 1> 은색펄을 포함하는 배지 조성물 제조

상기 표 1에 기재된 조성으로 배양액을 제조하였으며, 상기 은색펄 입자의 평균 입경은 20 ㎛인 것을 사용하였다.

<실시예 2> 화산석송이를 포함하는 배지 조성물 제조

상기 표 1에 기재된 조성으로 배양액을 제조하였으며, 상기 화산석송이 입자의 평균 입경은 30 ㎛ 이하인 것을 사용하였다.

<비교예 2> 화산석송이를 포함하는 배지 조성물 제조

상기 표 1에 기재된 조성으로 배양액을 제조였으며, 상기 화산석송이 입자의 평균 입경은 30 ㎛ 이하인 것을 사용하였다.

<실시예 3> 이산화티탄을 포함하는 배지 조성물 제조

상기 표 1에 기재된 조성으로 배양액을 제조였으며, 상기 이산화티탄 입자의 평균 입경은 25 ㎛인 것을 사용하였다.

<비교예 3> 이산화티탄을 포함하는 배지 조성물 제조

아세토박터 자일리늄 배양

셀룰로오스 생산 균주인 아세토박터 자일리늄 BRC21을 먼저 별도로 전배양하였다.

아세토박터 자일리늄 BRC21은 탄소원으로 2% 포도당이 첨가된 HS 배지(포도당 20.00g/ℓ, 효모추출물 5.00g/ℓ, 인산나트륨 2.70g/ℓ, 구연산 1.15g/ℓ)를 사용하여 배양하였다. 250㎖ 삼각플라스크에 50㎖ HS 배지를 분주하고 120℃에서 30분간 살균한 후에 아세토박터 자일리늄 BRC21을 각각 접종하고, 배양기에서 30℃ 조건으로 38시간 배양하였다.

바이오셀룰로오스 제조

250㎖ 삼각플라스크에 상기 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2, 3의 배양액을 50㎖씩 분주하고 120℃에서 30분간 살균한 후에 배양된 아세토박터 자일리늄 BRC21을 각각 5㎖씩 접종하고, 배양기에서 30℃에서 120시간 배양하여 시트 형상의 바이오셀룰로오스를 제조하였다.

상기 배양된 바이오셀룰로오스를 배양액으로부터 건져내고, 셀룰로오스 덩어리에 존재하는 균체 등 단백질 성분을 제거하기 위하여 1% NaOH 수용액에 침지하여 실온에서 24시간 방치한 다음 1% 아세트산 용액에 침지하여 중화처리하였다. 중화처리 후 충분히 수세하고 탈수하였다.

<실험예 1> 배양액의 분산도 확인

도 1(a)는 비교예 1, 도 1(b)는 실시예 1의 배지 조성물의 이미지이다. 비교예 1은 펄 입자가 침강하여 배지 조성물이 투명하게 보이는 반면, 실시예 1은 펄 입자가 점증제인 잔탄검에 의해 균일하게 분산되어 전체적으로 뿌옇게 보이는 것을 알 수 있다.

<실험예 2> 마스크 시트 내 고체 원물의 존재 여부 확인

도 2(a)은 본 발명의 비교예 2에 따른 바이오셀룰로오스, 도 2(b)는 본 발명의 비교예 2 및 실시예 2에서 사용된 화산석송이, 도 2(c)은 본 발명의 실시예 2에 따른 화산석송이 입자를 포함하는 바이오셀룰로오스의 SEM 이미지이다. 도 2(b)와 도 2(c)를 참고하면 무정형의 모양을 보이는 화산석송이가 셀룰로오스 내부에 박혀있는 모습을 확인할 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 펄 입자를 포함하는 바이오셀룰로오스 이미지이고, 도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 화산석송이 입자를 포함하는 바이오셀룰로오스의 이미지이다.

<실험예 3> 마스크 시트에 함유된 고체 원물의 중량비 비교

상기 실시예 1, 2, 3에서 생산된 셀룰로오스의 고체 원물의 함량을 비교하기 위하여 배양물에서 생산된 셀룰로오스를 회수하였다. 나머지 배지액과 셀룰로오스 세척 및 중화 과정에서 얻어지는 내용물을 회수하여 동결건조를 진행하였으며, 건조물의 중량을 칭량하여 셀룰로오즈 안에 함유된 고체 원물의 함량을 계산하였고, 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

	투입한 원물 함량(g)	회수된 원물 건조중량(g)	셀룰로오스에 함유된 고체 원물의 함량(중량%)
실시예 1	1.25	0.56	55.2
실시예 2	1.25	0.97	22.4
실시예 3	1.25	0.80	36.0

상기 표 2를 보면, 실시예 1 내지 3의 바이오셀룰로오즈 내부에 함유된 고체 원물의 함량은 각 55.2 중량%, 22.4 중량%, 36.0 중량%로 확인되었다.

<실험예 4> 메이크업 잔여물 흡착 테스트

이산화티탄이 포함된 바이오셀룰로오즈의 메이크업 잔여물 흡착 테스트를 실시하였다. 먼저 실험용 테이블에 각각 동일한 양으로 메이크업 화장료를 도포하고, 상기 제조된 실시예 3과 비교예 3의 바이오셀룰로오즈를 부착하여 완전히 건조시킨 후, 떼어내어 시트 상에 흡착된 메이크업 잔여물을 육안으로 확인하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 알 수 있듯이, 이산화티탄 입자가 고르게 분포된 실시예 3의 바이오셀룰로오즈에서 메이크업 잔여물을 잘 흡착하는 것을 확인하였다.

마스크 시트 제조

1. 화장유액 제조

하기 표 3에 기재된 조성으로 에멀젼을 제조하였다.

구분	원료명	함량(중량%)
유성성분	하이드로제네이티드 폴리데센	8.0
	디메치콘	0.5
	글리세릴스테아레이트SE/ 피이지-100스테아레이트	0.8
	폴리글리세릴-3 메틸글루코스디스테아레이트	1.0
수성성분	정제수	잔량
	디소듐 이디티에이	0.02
	글리세린	5.0
	부틸렌글리콜	10.0
	방부제	0.25
	트리에탄올아민	0.05
	카보머	0.05
	향	적량

(1) 유성성분을 70 ~ 75 ℃로 가열하여 균일하게 혼합하였다.

(2) 수성성분을 70 ~ 75 ℃로 가열하여 균일하게 용해 및 혼합하였다.

(3) 70 ~ 75 ℃를 유지한 상태로 상기 (2)에 상기 (1)을 교반하면서 서서히 투입한 후에 냉각하여 수중유형 에멀젼을 얻었다.

2. 바이오셀룰로오스 재단

상기 실시예 1, 2, 3에서 제조된 바이오셀룰로오스를 얼굴 형태로 성형, 재단한 다음 하기 표 3의 조성으로 제조된 에멀젼 20g에 함침시켜 마스크 시트를 제조하였다.

Claims

고체 원물(Solid original ingredient)이 바이오셀룰로오스의 망상 구조에 삽입된 바이오셀룰로오스.
제1항에 있어서,

상기 고체 원물은 화산석송이 분말, 맥반석 분말, 펄 분말, 진주 분말, 금 분말, 은 분말, 녹차 분말, 인삼 분말, 홍삼 분말, 감초 분말, 다시마 분말, 살구씨 분말, 홍화씨 분말, 오미자 분말, 황토 분말, 감자 분말, 콩 분말, 녹두 분말, 오트밀 분말, 쌀 분말, 허브 분말, 숯 분말, 유황 분말, 이산화티탄 분말, 키토산 분말, 케냐프 분말로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 바이오셀룰로오스.
제1항에 있어서,

상기 고체 원물은 평균 입경이 50㎛ 이하의 입자 형태인 바이오셀룰로오스.
제1항에 있어서,

상기 고체 원물은 그 함량이 상기 바이오셀룰로오스 총 중량을 기준으로 0.1 내지 90 중량%로 포함되는 바이오셀룰로오스.
제1항에 있어서,

상기 바이오셀룰로오스는 화장용 마스크 시트인 바이오셀룰로오스.
바이오셀룰로오스 배양을 위한 배지 조성물에 있어서,

상기 배지 조성물은 고체 원물 및 점증제를 포함하는 것인 배지 조성물.
제6항에 있어서,

상기 고체 원물은 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 내지 5.0 중량%로 포함되고, 상기 점증제는 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5.0 중량%로 포함되는 배지 조성물.
제6항에 있어서,

상기 점증제는 검류, 셀룰로오스 유도체, 폴리사카라이드, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 배지 조성물.
제6항에 있어서,

상기 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5.0 중량%의 질소원을 더 포함하는 배지 조성물.
a) 고체 원물 및 점증제를 포함하는 배양 배지를 준비하는 단계;

b) 바이오셀룰로오스 생산 균주를 전배양 하는 단계;

c) 상기 a) 단계의 배양 배지에 b) 단계의 전배양된 생산 균주를 투입하여 바이오셀룰로오스를 배양하는 단계;

d) 상기 c) 단계에서 배양된 바이오셀룰로오스를 배양 배지로부터 분리하는 단계; 및

e) 상기 바이오셀룰로오스를 세척한 후 탈수하는 단계;

를 포함하는 바이오셀룰로오스의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 바이오셀룰로오스 생산 균주는 아세토박터 속(Acetobacter sp.), 글루콘아세토박터 속(Gluconacetobacter sp.), 아그로박테리움 속(Agrobacterium sp.), 리조비움 속(Rhizobium sp.), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.) 및 사르시나 속(Sarcina sp.) 중 선택된 1종 이상인 바이오셀룰로오스의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 c) 단계의 배양은 20 ~ 40 ℃에서 2 ~ 5일 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 바이오셀룰로오스의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 e) 단계 이후 바이오셀룰로오스를 화장유액에 함침시키는 단계;를 더 포함하는 바이오셀룰로오스의 제조방법.