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ISSN : 1225-0112(Print)
ISSN : 2288-4505(Online)

Applied Chemistry for Engineering Vol.29 No.6 pp.682-689
DOI : https://doi.org/10.14478/ace.2018.1071

Preparation of Cosmeceuticals Containing Broussonetia kazinoki Extracts: Optimization Using Central Composite Design Method

Seheum Hong, Bo Ra Park^*, Seung Bum Lee^*†

^*Department of Polymer Science and Engineering, Dankook University, Gyeonggi 16890, Korea
^**Department of Chemical Engineering, Dankook University, Gyeonggi 16890, Korea

Corresponding Author: Dankook University, Department of Chemical Engineering, Gyeonggi 16890, Korea Tel: +82-31-8005-3559 e-mail: leesb@dankook.ac.kr

Received July 11, 2018 ; Review July 31, 2018 ; Accepted August 13, 2018

Abstract

In this paper, the stability criteria of cosmeceuticals emulsion containing Broussonetia kazinoki extracts was established using the central composite design model. As optimization conditions of the emulsification using the central composite design model, concentrations of the emulsifier and emulsion stabilizer were used as a quantitative factor while emulsion stability index (ESI) and polydispersity index (PDI) were used as a reaction value. The targeted values of ESI and PDI were estimated as over 60% and the minimum number, respectively. Optimized concentrations of the emulsifier and emulsion stabilizer were 3.73 and 3.07 wt%, respectively, from the emulsification optimization based on ESI and PDI values. The estimated reaction values of ESI and PDI were 60% and 0.585, respectively. As concentrations of the emulsifier and emulsion stabilizer increased, the stability of the emulsion prepared tended to increase. The emulsifier was one of the most influential factors for ESI than the emulsion stabilizer. On the other hand, the PDI value was similarly affected by both the emulsion and emulsion stabilizer. The ESI of the cosmeceuticals emulsion prepared under experimental conditions deduced from the central synthesis planning model showed at least about 45% of the stability. However, all of the emulsions were separated after 4 weeks from the initial preparation. When the concentration of the emulsifier was more than 3.72 wt%, the ESI value was over 60%. Also the layer separation rate decreased with increasing the emulsion stabilizer concentration.

Key Words : cosmeceuticals , central composite design model , Broussonetia kazinoki , ESI , PDI

닥나무 추출물이 함유된 Cosmeceuticals의 제조: 중심합성계획모델을 이용한 최적화

홍 세흠, 박 보라^*, 이 승범^*†

^*단국대학교 고분자공학과
^**단국대학교 화학공학과

초록

본 연구에서는 중심합성계획모델을 사용하여 닥나무 추출물을 함유한 cosmeceuticals 유화액의 안정성 조건을 설정하 였다. 중심합성계획모델을 이용한 유화 최적화 조건으로 계량인자는 유화제와 유화안정제의 농도로, 반응치는 ESI와 PDI로 설정하였으며 ESI의 목표값은 60% 이상, PDI의 목표값은 최소값으로 하였다. 유화 최적화 결과 유화제와 유화 안정제의 농도는 각각 3.73, 3.07 wt%이었으며, 이때 예상 반응치 ESI는 60%, PDI는 0.585로 산출되었다. 유화제와 유화안정제의 농도가 증가할수록 제조한 유화액의 안정성은 증가하는 경향을 보였으며, 두 가지의 계량인자 중 ESI에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 유화제였으며, PDI에 대한 두 인자의 영향은 유사하게 나타났다. 중심합성계획모델의 실험조건으로 제조한 cosmeceuticals 유화액의 ESI는 적어도 약 45% 이상의 안정성을 보였으나 제조 후 4주 뒤에는 모두 분리되었다. 유화제의 농도가 3.72 wt% 이상일 때 ESI의 값은 60% 이상으로 나타났으며, 유화안정제의 농도가 증가할수록 층 분리 속도는 감소하였다.

키워드 :

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Funding:

1. 서 론

최근 들어 건강에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이러한 경향은 식 품 및 의약품 뿐 아니라 화장품에도 반영되고 있다. Cosmeceuticals이 란 화장품(cosmetic)과 제약(pharmaceutical)의 합성어로서 화장품에 생리활성을 나타내는 활성성분을 첨가시켜 만든 새로운 기능성 화장 품을 의미한다. 즉, 피부 안전성 및 피부개선 효능을 목적으로 활성성 분이 포함된 화장품으로서 이에 대한 수요가 점점 증가하는 추세이며 관련된 유화 제조 분야에도 많은 연구가 진행되고 있다. 기능성 화장 품은 주름개선, 미백 및 노화방지에 효과가 있는 제품으로서 첨가되 는 기능성 성분은 매우 다양하다. 이 중 닥나무 추출물(Broussonetia kazinoki extracts)은 알부틴(arbutin), 나이아신 아마이드(niacinamide) 등과 같이 미백기능을 갖는 대표적인 천연물로서 미백기능뿐만 아니 라 항산화 기능도 가지고 있어 주목받고 있는 천연원료이다[1]. 닥나 무가 이러한 항산화 기능과 미백기능을 동시에 나타내는 것은 닥나무 에 포함된 유효성분인 폴리페놀류에 의한 활성산소의 제거와 tyrosinase 활성 저해 효과에 의한 것으로 알려져 있다[2-5].

계면활성제는 섞이지 않는 유상과 수상의 계면장력을 감소시켜 두 상(phase)을 유화시켜주는 역할을 한다[6]. 계면활성제의 종류는 극성 에 따라 양이온성, 음이온성, 양쪽성, 비이온성 계면활성제로 나뉘어 지는데, 이 중 비이온성 계면활성제의 경우 피부 자극성이 가장 작아 서 화장품 제조에 많이 사용된다. 유화액 제조시 일반적으로 단일성 분 계면활성제를 사용하기보다는 두 종류 이상의 계면활성제를 혼합 사용하며 유화액의 안정성을 장기적으로 유지시키기 위해 유화안정 제를 사용한다[7]. 혼합계면활성제에는 친수성 및 친유성 계면활성제 를, 유화안정제에는 고급장쇄알코올류를 사용한다. 이들 성분들은 유 화시 안정하고 기계적 물성이 우수한 계면막을 형성함으로써 분산상 간의 응집을 억제하여 안정성을 향상시키는 역할을 한다. 그러나 이 러한 안정한 유화액을 제조하는데 제조조건(온도, 혼합기 형태, 교반 속도 등) 뿐 아니라 구성 성분(유상성분, 수상상분)들 간의 최적의 혼 합 비율, 즉 최적의 농도를 결정하는 것은 상당히 많은 시간과 노력을 요구한다[8-10]. 또한 활성성분이 함유된 유화액의 경우, 천연물로 인 하여 안정성이 감소하며 쉽게 변질될 수 있기 때문에 이러한 활성성 분이 함유된 화장품의 장기적인 안전성과 안정성을 유지할 수 있는 유화제 및 유화안정제의 종류와 성분 함량을 결정하는 것은 더욱 중 요하다고 할 수 있다.

따라서 본 연구에서는 비이온성 혼합유화제와 유화안정제를 사용 하여 이들의 농도에 따른 닥나무 추출물이 함유된 cosmeceuticals 유 화액을 제조한 후 액적크기(droplet size), 제타전위(zeta-potential), 탁 도(turbidity), 유화안정도지수(emulsion stability index, ESI), 다분산지 수(polydispersity index, PDI) 등을 측정하여 안정성을 비교 분석하였 으며, 중심합성계획모델을 이용하여 유화제와 유화안정제의 농도에 따른 cosmeceuticals의 유화 최적화를 수행하였다.

2. 실험방법

2.1. Cosmeceuticals 유화액의 제조

본 연구에서 제조한 cosmeceuticals 유화액의 안정성을 분석 및 평 가하기 위하여 중심합성계획모델로 설계한 기초 O/W 유화액과 식품 의약품안전청 기준인 닥나무 추출물 2.0 wt%를 함유한 cosmeceuticals 유화액을 제조하였으며, 성분조성을 Table 1에 나타내었다. 유화제로 사용된 비이온성 혼합계면활성제와 유화안정제의 농도를 계량인자로 설정하고 중심합성계획모델을 적용하여 실험조건을 설계하였다.

유화액의 안정성을 평가하기 위해 기본성분만을 사용하였다. 수상 성분은 2차 초순수를 사용하였고, 유상성분으로는 mineral oil, 유화제 는 비이온성 계면활성제(Tween80, Span80), 유화안정제는 cetyl alcohol, 방부제는 methyl paraben을 소량 사용하였다. 닥나무 추출물을 수 상성분에 포함시켜 총 질량을 200.0 g으로 하였다. 유화안정제인 cetyl alcohol은 자체적인 유화력은 없으나 유해성과 피부자극성이 거의 없 으며, 유화제와 함께 사용하여 유화막 부위의 점성을 증가시키는 역 할을 한다. 유화액의 제조 순서는 다음과 같이 수행하였다. 75 ℃의 수상성분과 유상성분을 농도에 맞춰 계량한 후 수상성분에 유상성분 을 일정한 시간 동안 소량씩 주입하여 pre-mixing한 후, 고속 유화기 (Homomixer Mark II, T.K. Primix)를 이용하여 5,000 rpm, 75 ℃에서 10 min 동안 균질 혼합하였다. 균질 혼합 후 제조된 유화액은 35 ℃로 냉각시킨 후, 25 ℃의 incubator에서 4주 간 보관하면서 물성을 측정 하였다.

2.2. Cosmeceuticals 유화액의 물성 및 안정성 평가

유화액의 물성 및 안정성 평가는 제조된 유화액을 25℃의 온도에서 4주 간 보관하면서 시간 경과에 따른 액적크기, 제타전위, 탁도, 유화 안정도지수(ESI), 다분산지수(PDI) 등으로 측정하였다. 유화액의 액적 크기, 제타전위와 다분산지수는 ZETA Sizer (Zen 3600, Malvern)와 광학현미경(KB-320, Optinity)을 이용하여 측정하였으며, 광학현미경 의 배율은 400배이다.

유화액의 탁도는 유화액 10 μL를 초순수 100 mL에 희석한 뒤 자외 선분광광도계(Optizen 2120UV, MECASYS, λ= 600 nm)를 이용하여 측정한 후 다음의 식을 이용하여 계산하였다.

Turbudity = 100 - T (%)

(1)

여기서 T는 자외선의 투광도(transmittance)를 나타내며, 유화액의 액 적크기가 클수록 빛의 투과율은 감소하여 탁도는 높은 값을 나타낸다.

유화안정도지수(ESI)는 유화액의 층분리가 완료된 후 유화액의 분 리 층의 높이 비율로 측정하였다. 일반적으로 제조된 유화액은 시간 이 지남에 따라 분산력이 저하되어 상대적으로 밀도가 작은 유상성분 을 많이 포함한 상이 위쪽으로 응집되는 크리밍(creaming)을 보인다. 이때 전체 유화액 높이와 분리된 층의 높이 비를 측정하여 다음의 식 으로 수치화하였다[11].

E S I (%) = (1 - \frac{H_{S}}{H_{E}}) \times 100

(2)

위 식에서 H_E는 유화액의 높이를 의미하며 H_S는 분리된 층(serum layer)의 높이를 의미한다. ESI는 100에 가까울수록 유화의 안정성이 우수한 것으로 평가하였다. 또한 PDI는 제조한 유화액 10 μL를 초순 수 100 mL에 희석한 뒤 소량 취하여 측정하였다. 측정한 PDI는 표준편 차의 제곱을 액적의 크기로 나눠준 값으로서 0.0~1.0 사이의 값을 갖는 다. 일반적으로 PDI가 0~0.08인 경우에는 단분산성을, 0.7~1.0일 경우 에는 다분산성을 의미한다. 일반적으로 분산계의 경우 단분산성 분산 계가 다분산성 분산계보다 안정성이 우수한 것으로 알려져 있다[12].

3. 결과 및 고찰

3.1. Cosmeceuticals 유화액의 물성 평가

본 연구에서는 중심합성계획모델로 설계 및 제조한 13가지의 기초 O/W 유화액과 닥나무 추출물을 함유한 13가지 cosmeceuticals 유화액 의 안정성을 비교 분석하고 평가하였다. 안정성 평가는 액적크기, 제 타전위, 탁도, ESI, PDI 등으로 수행하였다. 중심합성계획모델을 사용 하여 설계된 유화액 제조조건을 Table 1에 나타내었다.

Figure 1에 Table 1의 실험번호 1, 2, 3, 4, 6, 9에 대한 기초 O/W 유화액과 cosmeceuticals 유화액의 제조 후 7일 차의 액적크기를 나타 내었다. 기초 O/W 유화액과 cosmeceuticals 유화액 모두 유화제의 농 도가 증가할수록, 동일한 유화제의 조성에서는 유화안정제인 cetyl alcohol의 농도가 증가할수록 액적크기는 감소하는 경향을 보였다. 기초 O/W 유화액의 평균 액적크기 100~300 nm, cosmeceuticals 유화액의 평균 액적크기는 300~1,000 nm로 나타났다. 유화액의 경우, 일반적 으로 유화제 양이 증가함에 따라 유상 성분에 대한 유화력이 증가하 여 액적크기는 감소한다. 따라서 유화제의 농도가 증가함에 따라 mineral oil의 액적크기는 실험번호 1, 3, 9, 2, 4, 6 순으로 감소함을 알 수 있었다. 또한 실험번호 6과 2, 3과 1에서 cetyl alcohol의 함량이 증 가함에 따라 Tween80과 Span80으로 구성된 유화층 사이에 더욱 조밀 하게 위치함으로써 비교적 안정한 유화막을 형성하여 액적크기를 더 욱 감소시킨 것으로 사료된다.

Figure 2에 Table 1의 실험번호 1, 2, 3, 4, 6, 9에 대한 기초 O/W 유화액과 cosmeceuticals 유화액의 제타전위를 7일간 측정하여 나타내 었다. 일반적으로 제타전위가 ± 30 mV 이상일 경우, 액적 간의 강한 정전기 반발력으로 인하여 안정한 분산상을 형성한다. 그러나 제타전 위가 ± 30 mV 보다 작을 경우에는 O/W 유화액의 경우, 물보다 밀도 가 작은 분산상인 유상 간의 합일이 일어나서 위로 떠오르는 크리밍 이 발생하여 상분리가 일어난다. 하지만 Figure 2에서 알 수 있듯이 본 연구에서 제조한 기초 O/W 유화액의 제타전위는 1~6 mV, cosmeceuticals 유화액의 제타전위는 1~5 mV으로, 기초 O/W 유화액의 경 우 다소 크게 나타났지만 이 값은 ± 30 mV보다 매우 작은 값으로 안 정한 분산상에는 큰 효과가 없었다. 이는 비이온성 유화제는 전기적 으로 중성이기 때문에 안정한 분산상 형성은 정전기 반발에 의한 것 이 아니라 친수기인 polyoxyethylene간의 입체장해효과에 의해 형성 되기 때문으로 사료된다[13].

Figure 3은 제조 후 7일 차의 기초 O/W 유화액과 cosmeceuticals 유 화액의 탁도를 나타낸 그래프이다. 기초 O/W 유화액의 탁도는 94~97, cosmeceuticals 유화액의 탁도는 99~100으로 cosmeceuticals 유화액의 탁도가 높게 나타난 것은 Figure 1의 결과로 해석할 수 있다. 일반적 으로 액적크기가 증가할수록 액적들 간의 산란강도가 증가하여 탁도 는 높게 나타나는데 이것은 cosmeceuticals 유화액의 평균 액적크기는 300~1,000 nm로서 기초 O/W 유화액의 100~300 nm보다 크기 때문 에 나타난 결과라고 할 수 있다. 그러나 cosmeceuticals 유화액의 경우 에 순수한 액적크기의 영향 뿐 아니라 닥나무 추출액에 의한 유화액 의 색도 변화가 빛의 투과능에 영향을 끼쳐 cosmeceuticals 유화액의 탁도는 신뢰성이 다소 떨어졌다.

3.2. Cosmeceuticals 유화액의 안정성 평가

Figure 4는 기초 O/W 유화액과 cosmeceuticals 유화액의 ESI를 나 타낸 그래프이다. ESI는 모든 유화액의 층분리가 완료된 4주차에 측 정하였다. 10가지 유화액 중 기초 O/W 유화액에서 실험번호 6유화액 만 유일하게 4주간 분리가 일어나지 않았으며, 유화액의 분리된 형상 이 모두 다르게 나타났다. 유화제와 유화안정제의 총 함량이 가장 적 은 실험번호 1유화액의 안정성이 가장 낮게 나타났으며, 실험번호 1유화액에 비해 동일한 양의 유화안정제와 2배의 유화제 양이 들어간 실험번호 2유화액은 두 번째로 안정성이 높았다. 실험번호 7유화액의 경우 유화안정제가 가장 적게 들어갔으나 3번째로 높은 안정성을 보 였다. 반면, 실험번호 7유화액과 동일한 양의 유화제가 들어가고 가장 많은 양의 유화안정제가 들어간 실험번호 8유화액은 상대적으로 낮은 안정성을 보였다. 유화제와 유화안정제가 각각 3 wt% 함유된 실험번 호 9와 10유화액의 경우 중간 정도의 안정성을 보였다. Cosmeceuticals 유화액은 기초 O/W 유화액에 비하여 모든 유화액이 다 빠르게 분리 되어 전체적으로 낮은 안정도를 보였는데, 이는 닥나무 추출물이 미 셀 형성에 영향을 끼쳐 상대적으로 덜 안정한 유화액을 형성한 것으 로 사료된다. 이로부터 유화제의 양이 증가할수록 유화액의 안정성은 증가하며, 유화안정제는 층분리 속도를 감소시키는 경향이 있음을 알 수 있었다. 또한 유효성분이 함유된 기능성 유화액을 제조할 경우, 동 일 함량의 기초 유화액보다 더 많은 양의 유화제와 유화안정제가 필 요할 것으로 사료된다[14].

Figure 5에 기초 O/W 유화액과 cosmeceuticals 유화액의 PDI를 나 타내었다. 일반적으로 PDI가 0.00~0.08인 경우에는 단분산성을, 0.7~ 1.0일 경우에는 다분산성을 의미한다. 그림에서와 같이 기초 O/W 유 화액의 PDI는 0.08~0.60으로 중간 정도의 액적분포를 보이고 있다. 실험번호 6유화액의 PDI는 0.1 정도로 가장 낮은 값을 보였으며 ESI 도 100에 가까운 값으로 우수한 안정성을 나타냈다. 실험번호 3유화 액의 PDI는 0.6으로 가장 높게 나타났으며 ESI는 60으로 낮은 안정성 을 보였다. Cosmeceuticals 유화액 PDI는 0.5~1.0으로 기초 O/W 유화 액의 PDI 보다 큰 값을 나타낸 것은 닥나무 추출물질에 의한 것이라 고 할 수 있다. 따라서 PDI는 유화제의 농도가 증가할수록, 유상성분 의 농도가 감소할수록 작은 값을 나타내는 경향이 있는 것으로 나타 났다. 이는 유상성분에 대한 유화제 양의 증가는 유상에 대한 유화제 의 유화능이 증가되어 작고 균일한 크기의 유화액적을 형성하기 때문 이며, 이로 인하여 안정성이 증가된다고 사료된다.

3.3. 중심합성계획모델을 이용한 cosmeceuticals 유화 최적화

본 연구에서는 닥나무 추출물이 함유된 cosmeceuticals 유화액의 안 정성을 평가하고 최종적으로 ESI와 PDI를 반응치로 설정하여 중심합 성계획모델을 통해 유화 최적화과정을 수행하였다. 중심합성계획모델 을 적용하여 설계한 실험조건을 바탕으로 제조한 cosmeceuticals 유화 액의 ESI에 관한 회귀방정식은 다음과 같다.

E S I = 120.6 - 65.2 E + 8.1 S + 12.24 E^{2} - 1.26 S^{2} - 0.03 E S

(3)

여기서 E는 유화제의 농도이고, S는 유화안정제의 농도이다. Figure 6은 식 (3)의 회귀방정식을 활용하여 유화제와 유화안정제의 농도에 대한 ESI의 변화를 각각 3차원 표면그래프와 등고선도로 나타낸 그림 이다. 본 연구에서 ESI에 관한 회귀방정식의 주효과도를 수치화한 결 과, 유화제와 유화안정제 농도의 주효과도는 8.05 : 1.00으로 유화제 의 영향이 더 큰 것으로 나타났다. 또한 두 효과의 조합으로 발생하는 교호효과도는 상대적으로 적은 영향을 나타내었다. 3차원 표면그래프 와 등고선도를 통해 ESI가 유화제의 농도가 약 2.5~3.0 wt%의 구간 에서 감소하였다가 유화제의 농도가 증가함에 따라 다시 증가하는 경 향을 보였다. 반면 유화제의 농도가 일정할 때 유화안정제의 변화에 따른 ESI의 변화는 아주 미미하였으며, 약 3 wt%의 구간에서 ESI가 조금 증가했다가 다시 감소하는 경향을 보였다. 또한 중심합성계획모 델을 적용하여 설계한 실험조건을 바탕으로 실험한 cosmeceuticals 유 화액의 PDI에 관한 회귀방정식은 다음과 같다.

P D I = 2.269 - 0.376 E - 0.567 S + 0.0447 E^{2} + 0.0939 S^{2} - 0.004 E S

(4)

여기서 E는 유화제의 농도이고, S는 유화안정제의 농도이다. PDI가 작을수록 액적크기 분포가 좁은 단분산성를 의미하며, 대략 0.08~0.7 사이의 값을 가질 때 유효하다[15]. 위의 회귀방정식을 통해 PDI에 대 한 유화제와 유화안정제의 주효과도를 수치화하였으며, 유화제 : 유화 안정제 = 1.50 : 1.0으로 거의 유사한 효과를 보였다. 또한 두 계량인 자의 조합으로 나타나는 교호효과도는 ESI와 마찬가지로 주효과도에 비해 상대적으로 낮은 효과를 보였다. 유화안정제의 함량이 일정한 경우, 유화제가 증가함에 따라 PDI는 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 유화제의 함량이 증가하면서 유상성분에 대한 유화 능력이 증가하여 액적을 좀 더 균일하게 만든 것으로 사료된다. 또한, 유화제가 일정한 경우 유화안정제에 따라서 PDI는 감소했다가 증가하는 경향을 보였 으며, 약 3 wt% 구간에서 가장 낮은 PDI를 나타냈다. 유화제와 유화 안정제 모두 종합적으로 고려하였을 때, PDI는 유화제와 유화안정제 가 모두 최소값을 가질 때 가장 높게 나타났으며, 유화제가 최대값을 갖고 유화안정제가 중간값을 가질 때 가장 낮게 나타났다.

Figure 7은 계량인자인 유화제와 유화안정제의 각각의 농도 변화에 따른 ESI와 PDI의 변화율을 나타낸 그래프이다. 각 인자의 고정값은 최적 유화제의 농도(3.78 wt%)와 유화안정제의 농도(3.07 wt%)로 설 정하였으며, 동일한 변화 범위를 위해 고정값을 기준으로 전체 실험 범위의 10% 전후로 설정하였다. ESI의 변화율은 유화제의 영향이 절 대적으로 컸으며, 유화안정제 또한 약 3.0 wt% 구간에서 가장 높은 ESI를 나타냈지만 이는 유화제의 영향에 비해 상당히 미미하게 나타 났다. 이를 통해 수상과 유상의 유화정도에 직접적인 영향을 끼치는 것은 유화제임을 확인하였다. 전체 실험범위의 10% 전후에 따른 PDI 의 변화율은 큰 차이 없이 거의 유사하게 나타났다. 유화제의 농도가 증가할수록 PDI는 감소하였으며, 유화안정제의 경우 최적값을 기준으 로 PDI는 소폭 증가하는 경향을 나타내었다. 이를 통해 액적의 균일 한 분포 정도는 유화제와 유화안정제 모두 유사한 영향이 있음을 확 인하였다.

3.4. 종합만족도 분석

Figure 8은 cosmeceuticals 유화액의 종합 만족도 그래프이다. 본 연 구에서는 유화제와 유화안정제를 계량인자로 설정하고 이에 대한 ESI 와 PDI를 반응치로 설정하여 cosmeceuticals의 유화 최적화과정을 수 행하였다. 최적화를 위해 설정한 ESI의 목표값은 60% 이상이며, PDI 는 최소값을 목표로 하였다. 두 반응치를 모두 고려한 최적조건은 유 화제의 농도는 3.73 wt%, 유화안정제의 농도는 3.07 wt%로 나왔으며 이때 예상되는 반응치 ESI는 60%, PDI 는 0.585로 산출되었다. 두 가 지의 계량인자 중, ESI에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 유화제였으 며, PDI에 영향을 끼치는 정도는 두 인자 모두 유사하게 나타났다. Cosmeceuticals 유화액의 ESI와 PDI에 관한 회귀방정식의 결정계수는 각각 R² = 73.85%, R² = 80.02%가 나왔으며 종합만족도는 D = 0.93으 로 신뢰성 있는 결과임을 확인하였다.

4. 결 론

본 연구에서는 중심합성계획모델을 사용하여 설계된 실험조건으로 cosmeceuticals의 유화 최적화과정을 수행하였다. 이를 위해 기초 O/W 유화액과 닥나무 추출물이 함유된 cosmeceuticals 유화액의 물성 분석을 통하여 cosmeceuticals 유화액의 유화 최적화 결과 다음과 같 은 결론을 얻었다.

기초 O/W 유화액과 cosmeceuticals 유화액의 액적크기, 제타전 위, PDI, 탁도, ESI 등을 측정하여 비교분석하였다. 기초 O/W 유화액 과 비교하였을 때, cosmeceuticals 유화액의 안정성은 상대적으로 낮 았지만 액적크기와 PDI를 통해 안정성이 높은 유화액임을 확인하였 다. 또한, 닥나무 추출물로 인한 색이 있는 cosmeceuticals 유화액의 경우 탁도를 통한 분석은 신뢰성이 낮은 분석방법으로 사료된다.
닥나무 추출물이 함유한 cosmeceuticals 유화액의 유화 최적화를 위해 설정한 ESI의 목표값은 60% 이상이며, PDI는 최소값을 목표로 하였다. 두 반응치를 모두 고려한 최적조건은 유화제의 농도는 3.73 wt%, 유화안정제의 농도는 3.07 wt%이며, 이때 예상되는 ESI는 60%, PDI는 0.585로 산출되었다. 두 가지의 계량인자 중, ESI에 가장 큰 영 향을 미치는 인자는 유화제였으며, PDI에 영향을 끼치는 정도는 두 인 자 모두 유사하게 나타났다. Cosmeceuticals 유화액의 ESI는 45% 이상 의 안정성을 보였으나 4주 뒤에 모두 분리가 되었다. 또한 유화안정제 의 함량이 높을수록 층분리가 일어나는 속도는 느렸으며 유화제가 3.72 wt% 이상일 때 60% 이상의 ESI를 보였다. 따라서 cosmeceuticals 유화액의 경우 기초 O/W 유화액보다 상대적으로 안정성이 낮게 나타 나 적어도 약 4 wt% 이상의 유화제가 첨가되어야 할 것으로 사료된다.

Figures

Figure 1.Variation of droplet size distribution with the various emulsions after 7 days.

Figure 2.Variation of zeta potential with the various emulsions.

Figure 3.Variation of turbidity with the various emulsions.

Figure 4.Variation of emulsion stability index (ESI) with the various emulsions.

Figure 5.Variation of polydispersity index (PDI) with various emulsions.

Figure 6.Response surface for ESI and PDI of cosmeceuticals emulsion as a function of amount of emulsifier and emulsion stabilizer (C₁₆H₃₄O).

Figure 7.Perturbation plot for the effect of variables on ESI and PDI of cosmeceuticals emulsion.

Figure 8.Optimization graph of response surface for ESI and PDI of cosmeceuticals emulsion.

Tables

Table 1.Basic Experimental Setup of Response Surface Methodology

References

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