ISSN (Print) ISSN (Online) Asian J Beauty Cosmetol 2020; 18(3): R E S E A R C H

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1 ISSN (Print) ISSN (Online) Asian J Beauty Cosmetol 2020; 18(3): R E S E A R C H A R T I C L E Open Access Novel Composition of Multifunctional Sunblock from Eisenia bicyclis and Aloe vera Extracts and a Mixed Compound of Titanium Dioxide Dong-Myong Kim 1*, Ju-Yeong Jung 1, Hyung-Kon Lee 1, Sang-Keun Park 1, Yong-Seong Kwon 1, Seung-Koo Yang 2, In-Suk Han 3 1 Biotechnology Research Institute, KJM Bio Ltd, Seoul, Korea 2 R&D Center of Aloe, Kim Jung Moon Aloe Ltd, Seoul, Korea 3 Department of Chemical Engineering, College of Engineering, The University of Utah, Salt Lake, USA * Corresponding author: Dong-Myong Kim, Biotechnology Research Institute, KJM Bio Ltd, 17 Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea Tel.: Fax: Received June 19, 2020 Revised July 23, 2020 Accepted July 31, 2020 Published September 30, 2020 Abstract Purpose: The objective of this study was to develop a novel composition of multifunctional sunblock (NCMFS) by combining extracts from Eisenia bicyclis (E. bicyclis) and Aloe vera (A. vera) with a mixture of micron- and nano-titanium dioxide (TiO 2 ) powders, which are MP-100 and MPT-136, respectively, characterized by ultraviolet (UV)-blocking properties. Methods: The mixed compound was prepared by combining micron-tio 2 and nano-tio 2 particles. The NCMFS was prepared by combining E. bicyclis and A. vera extracts with the mixed compound. The physicochemical properties (particle shape and size) of the mixed compound and UV, infrared (IR), and thermal blocking efficiency of each compound were analyzed. Results: Analysis of the physicochemical properties of the mixed compounds showed that the optimum ratio of mixing MP-100 and MPT-136 was 2.5:7.5. Measurement of sun protection factor (SPF) and protection grade of UV-A (PA) values of A. vera, E. bicyclis, and mixed extracts and NCMFS showed that the NCMFS mixture had the highest values, which were 34.35±0.36 and 34.87±0.36, respectively. Similarly, upon measuring the SPF and PA values, the highest values, 34.39±0.41 and 34.37±0.52, respectively, were measured for NCMFS and compared to the values of each single compound or the mixed compound. In addition, it was found NCMFS has excellent antifine dust adhesion rate and water-resistant properties. Conclusion: Therefore, our results suggested that the NCMFS consisting of the mixture of TiO 2 and E. bicyclis and A. vera extracts has not only UV, IR, and thermal-blocking activity but also antidust protectant and water-resistance properties. Keywords: Eisenia bicyclis, Aloe vera, N-heterocyclic, Multifunctional, Sunblock Introduction 화장품은일반적으로피부를청결하고아름답게하는것이목적이다. 이러한목적을수반하는과정에서잡티를제거하며피부를깨끗하고촉촉하게하는기능을가질수있을뿐만아니라, 열을동반한적외선과자외선을차단하고, 미세먼지등공해물질및스트레스에의한피부의노화를지연하는기능을갖게할수있다 (Forest Company, 2018). 자외선이피부에조사되면다양한피부반응을초래하는데, 크게 두가지로나뉜다. 첫번째는급성반응으로, 피부가붉어지는홍반반응과피부색이검어지는색소반응등이있다. 두번째인만성반응으로는광노화현상이나광발암현상등이있으며, 이는장기간빛에노출되면서피부가노화되거나피부암을유발하는반응이다 (Youn, 1995). 특히피부의노화는크게두종류로나뉜다. 첫번째는세월이흘러감에따라피할수없는노화현상인내인성노화 (intrinsic aging) 이다. 두번째는광노화 (photoaging) 로서오랫동안태양광에노출된얼굴, 손등, 목뒤등의피부에서관찰되는노화현상으로, 내인성노화현상과자외선에의한노화및적외선에의한피부온도상 Copyright c Korea Institute of Dermatological Sciences. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

2 Multifunctional Sunblock Composed of Eisenia bicyclis and Aloe vera Extracts and Titanium Dioxide 승에따라서피부노화가발생하는것이다 (Seo, 2001). 또한, 오존층의파괴에따른자외선노출이심화되고있어피부의홍반, 주근깨또는피부암등의원인으로작용할수있다. 이에따라, 피부노화에영향을미칠수있는자외선과열을동반한적외선을동시에차단하고조절하여적정피부상태를유지하면서, 제형에있어서안정성이있는안전하고우수한썬제형조성물이요구되고있다. 현대사회에서도시지역과산업단지에서는자동차배출가스, 중국동부공업지대를지나며날아온황사또는외부오염물을포함하는미세먼지등공해물질은피부노화및피부트러블의원인이될수있다. 그속에는크로뮴, 망간, 카드뮴, 납등중금속이다량포함되어있어건강에치명적일수밖에없다 (Park et al., 2005). 특히미세먼지의크기는대부분 10 μm 이하이기때문에, 평균크기가 50 μm 이상인일반먼지보다훨씬작아서인체의폐포까지깊숙이침투해각종호흡기질환의직접적인원인이되며몸의면역기능을떨어뜨린다 (Shin, 2007). 이러한침투된미세먼지를깨끗이제거하지못하면피부에서염증및트러블을일으키는경우가많기때문에, 미세먼지가피부에침투할수없도록미연에차단할수있는제품의필요성이높아지고있다. 현재자외선차단용으로미립자인이산화티타늄 (TiO 2 ) 이나산화아연 (ZnO) 등에의한자외선의산란에의해물리적으로차단하는무기자외선산란제와화학적자외선흡수제를혼합하여사용하고있다. 최근에는유기자외선차단제로써 UV-A영역의자외선을흡수할수있는새로운자외선흡수제의합성이나, 식물체와해양미생물을이용한흡수제가연구되고있다. 또한, 멜라닌 (melanin) 색소자체를자외선흡수제로사용하거나스틸벤 (stilbene) 유도체를이용한합성등이함께연구되고있다 (Lee, 1998; Kim et al., 2000). 또한, 천연성분인새싹인삼과차풀복합추출물, 발효엉겅퀴추출물을이용한피부미백효과에관한연구가진행되었으며 (Kim et al., 2018; Park et al., 2019), 자외선손상피부에대한미세조류 Scenedesmus deserticola JD052 추출물의효능이보고되었다 (Baek et al., 2018). 대황 (Eisenia bicyclis) 은갈조식물 (Phaeophyta) 다시마목 (Laminariales) 미역과 (Alariaceae) 의다년생식물이다. 일반적으로대한민국의울릉도및독도에분포하며조간대심해암반지역하부에서주로서식하고, 수심 5-10 m 부근에서커다란군락을형성한다. 통상적으로길이는서식처의수심에따라차이가있으나큰것은 1-2 m 내외이고, 4년까지사는다년생으로유체는주로봄에나타난다. 대황에는에콜 (eckol), 플로로퓨코퓨로엑콜 (phlorofucofuroeckol-a), 다이에콜 (dieckol) 및 8,8'-바이에콜 (8,8'-bieckol) 과같은플로로탄닌계 (phlorotannins) 생리활성물질들이다량함유되어있다 (Okada et al., 2004). 이들성분들은항균, 항염증, 항고지혈증, 항당뇨, 항산화및항염증등의다양한기능성을가지고있다고보고되었다 (Eom et al., 2013; Han et al., 2015; Jang et al., 2008; Jung et al., 2013; Okada et al., 2004). 대황 은심해조류의특성상육상식물과비교하여엽록체가더욱발달되어있으며, 포피린 (porphyrin) 의기능이강한비타민 B12 포피린계로열과적외선및자외선차단효과가있다 (Jeon et al., 2009). 알로에베라 (Aloe Barbadensis Mill.) 는백합과 (Liliaceae) 의다년생초본으로한곳에서방사형으로뻗어나온두껍고다육질의가시가없는잎과똑바로선노란색혹은빨간꽃다발을지닌줄기가없는식물이다. 알로에베라의주요성분으로는아세만난 (acemannan), 글루코만난 (glucomannan), 만노스 (mannose) 와같은다당체 (polysaccharide) 를포함하여효소, 안트라퀴논 (anthraquinone), 비타민및무기질등이있다. 알로에의생리활성으로는상처치료, 자외선등의화상에의한자극완화, 항균, 항염증및항산화활성을가지는것으로알려져있다 (Surjushe et al., 2008). N-헤테로고리 (N-heterocycle) 는질소원자를헤테로원자로서포함하는포화되거나불포화된 5, 6 또는 9원자 N-헤테로고리이다. 5원자 N-헤테로고리의예로는피롤린 (pyrroline), 피롤 (pyrrole), 피라졸 (pyrazole), 이미다졸 (imidazole), 테트라졸 (tetrazole) 및옥사졸 (oxazole) 등이있으며, 6원자 N-헤테로고리의예로는피리딘 (pyridine), 피페리딘 (pyperidine), 피리미딘 (pyrimidine), 피라진 (pyrazine) 및우라실 (uracil) 등이있다. 이러한 5원자 N-헤테로고리가벤젠고리와결합된형태인 9원자 N-헤테로고리에는인돌린 (indoline), 인돌 (indole), 인다졸 (indazole) 및벤즈이미다졸 (benzimidazole) 등이속하며, 이들을포함하는화합물을유효성분으로포함하는조성물은피부가미세먼지가부착되는것을방지한다는것이보고되었다. 이들 N-헤테로고리를포함하는화합물은피부나물체의표면에존재하는미세한전하를중화시켜미세먼지를차단할수있으며, 중금속의부착을방지또는차단하는효과가있다고보고된바있다 (LG Household & Health Care LTD., 2017). 본연구는심해해조류인대황및알로에베라에서추출한천연추출물과서로다른크기의미립자인이산화티타늄의혼합분체를통해자외선과적외선을동시에차단하여다양한피부노화현상과피부온도의상승을억제하는썬제형조성물을제공하기위해진행되었다. 또한, N-헤테로고리를포함하는화합물을더포함하여피부에미세먼지가부착되는양을낮춤으로써미세먼지로인한피부트러블유발등의오염문제를방지할수있는다기능성썬제형조성물에대한연구가함께진행되었다. Methods 1. 실험재료본연구에서사용된대황은울릉도 독도연구소에서지원받았으며, 알로에베라는 김정문알로에에서구매하였다. 실험에는순도 298

3 대황및알로에베라복합추출물과이산화티탄의혼합분체로부터새로운다기능성선블록의조성물에관한연구 99.0% 의에탄올 (Dae Jung Chemical & Metals Co., Korea), 마이크론이산화티타늄 (TiO 2 ) MP-100 (Tayca Co., Japan) 및나노이산화티타늄 MPT-136 (Ishihara Sangyo Co., Japan) 이사용되었다. 2. 대황및알로에추출물의제조대황은알칼리이온수를이용해추출한뒤 affinity bead technique (ABT) 법으로분리및정제하였다 (Forest Company, 2018). 수분함량 5% 미만으로열풍건조된대황 1.5 kg에알칼리이온수 15 kg을넣고환류냉각기 ( 냉각콘덴서 ) 가달린추출기 (Extraction System B-811; BUCHI Labortechnik AG, Switzerland) 에서 55 로 24 h 동안중탕조건하에서추출하였다. 온도가감소하기전에 100 mesh 여과지로여과한후여액을 3000 rpm으로원심분리시켜불순물을제거한상층액을취한후, -40 의동결건조기 (FDU-2100; EYELA, Japan) 에서 24 h 동안건조하여 200 g의고형분을얻었다. 이고형분 200 g에에탄올 1 kg을가하여천천히교반하며고형분에존재하는점액성분이외의물질및색소물질을제거한후 1.0 μm 필터로여과한후건조하여 180 g의고형분을얻었다. 겉껍질을제거한알로에베라의점액부위 1.5 kg 역시대황과같은방법으로추출및건조하여 100 g의고형분을얻었다. 이를같은방법으로정제하여 80 g의고형분을얻었다. 3. 혼합분체의제조입자의직경이 μm 범위인 MP-100과직경 nm 범위인 MPT-136을이용하여융복합혼합분체를제조하였다. 융복합혼합분체의적외선및열차단과자외선차단에대한상승효과를비교하기위해, MP-100과 MPT-136의중량비를다르게하여코팅공정과혼합공정에각각기계적코팅시스템 (Mechano fusion system; Nobita, Hosokawa Micron Corp., Japan) 및브이혼합믹서 (V-Mixer FML; Henschel Mixing Technology, Germany) 을사용하여 650 rpm에서 7 min 동안실시하였다 (Table 1). 4. 혼합분체를이용한썬제형조성물제조및인체피부적용실험앞에서제조한혼합분체와대황및알로에복합추출물 ( 대황 : 알로에 =0.67:0.33) 을이용해썬제형조성물을제조하였다. 호모믹서 (M2-2.5; TK Prinix, Japan) 로 5,500 rpm 회전속도를유지하면서오일상에혼합분체및복합추출물을첨가하고 20 min 동안분산시킨후, 다시호모믹서로 5,500 rpm 회전속도를유지하면서오일상에수상을천천히투입한후 15 min 유화시켜 Table 2의균일한썬제형조성물을제조하였다. 분체의균일한분산을위하여, 분산매와분산제로구성된오일상에비교하고자하는분체를각각투입한후아지믹서 (Agi-Mixer; Hanyang Instruments, Korea) 로 200 rpm에서 5 min 전처리한후에 3롤밀 (type80/1342; EXAKT Appartebau GmBH, Germany) 을이용하여 3회균질화시켜분체분산액을제조하였다. W/O (water-in-oil) 타입의썬제형조성물을제조하기위해유상에분체분산액을투입한후아지믹서로 200 rpm으로 5 min 균일하게분산시켰다. 균일하게용해된수상을호모믹서 2,000 rpm하의유상에수상을투입한후, 수상이완전히투입되면호모믹서 3,000 rpm 에서 10 min 균질화하였다. 본조성물을이용해피부에서의효능을알아보기위하여헬싱키선언에근거한윤리규정, 식품의약품안전처의의약품, 의약외품, 화장품및의료기기검사기관지정등에관한규정, 의약품임상시험관리기준, 화장품인체적용시험및효력시험가이드라인, 화장품표시광고실증을위한시험방법가이드라인, 기능성화장품의유효성평가를위한가이드라인, 보건복지부의생명윤리및안전에관한법률에따라중앙대학교피엔케이피부임상연구센타 (P&K Skin Research Center) 에의뢰하여 2016년 12월 12일부터 2016년 12월 27일까지자외선, 적외선및열차단에대한인체피부적용시험을실시하였다 (PNK-16D12-E1R). 5. 혼합분체의물성분석본연구에서사용된혼합분체의형태와특성을분석하기위해주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope; SEM, JSM- 7600F; JEOL Ltd., Japan) 을이용하여 20,000배, 40,000배및 100,000배의배율에서표면형상을평가하였다. 혼합분체의입자크기및입도분포의변화는레이저회절입도분석기 (SALD-2001; Shimadzu Co Ltd., Japan) 를이용하여습식방법으로측정하였다. 제조된혼합분체는 0.1% 농도로에탄올에희석시켜 5 min 동안초음파처리후에용매로에탄올이사용된레이저회절입도분석기에투입하여측정하였다. Table 1. Processing conditions of mixed compounds IRatio of MP-100:MPT-136 1) Process C1 2.5:7.5 Coating C2 4.5:5.5 Coating M1 2.5:7.5 Mixing M2 4.5:5.5 Mixing 1) MP-100 and MPT-136 represent micron-titanium dioxide (TiO 2 ) and nano-tio 2, respectively

4 Multifunctional Sunblock Composed of Eisenia bicyclis and Aloe vera Extracts and Titanium Dioxide 6. 각추출물, 혼합분체및썬제형조성물에대한자외선차단효과알로에베라및대황각각의추출물, 복합추출물, MP-100, MPT-136, 혼합분체및썬제형조성물에대한자외선차단효과를측정하였다. 그과정은화장품법제4조및같은법시행규칙제 9조, 식품의약품안전처고시제 호의별표 3의자외선차단효과측정방법및기준에따라측정하였다. 시료 2.0 mg/cm 2 을 transpore TM tape (3M, USA) 의비접착면에골고루점적하고골무를낀손가락을이용하여균일하게바른후 15 min 건조하여측정시료를준비했다. 먼저기질로서 transpore TM tape를부착시켜 film holder 에보정및감도를조정하여레퍼런스스캔 (reference scan) 을진행한후, 자외선차단수치측정기 (SPF-290 analyzer; The Optometics Group, USA) 를이용하여시료를측정하였다. 측정시무작위로 12회스캔하여평균값을얻었고, 20대이상의피험자 10명 ( 남 여각각 5명 ) 을이용한 in vivo 의 sun protection factor (SPF) 와 protection grade of UV-A (PA) 측정결과로나타냈다. 7. 썬제형조성물에대한자외선과적외선및열차단효과피험자를대상으로썬제형조성물을사용하여코로나자외선 / 적외선열화상카메라 (CoroCAM8; UVIRCO LTD., Japan) 의사용전후의비교사진을촬영하였다. 썬제형조성물을손등및얼굴부위의피부에 2.0 mg/cm 2 만큼도포하고도포전과도포후의자외선카메라이미지를획득하였다. 또한, 썬제형조성물에대한적외선및열차단효과를측정하기위하여썬제형조성물을얼굴과허벅지부위의피부에 2.0 mg/cm 2 을도포하여도포전과도포후의이미지를획득하였다. 자외선수치는평균값과합계, 열화상은자동 auto flat field correction (0.5s, auto level and span), 실화상은 auto low light 및 manual back light compensation 기능으로처리하였다. 8. 썬제형조성물에대한미세먼지부착평가미세먼지부착수치는환경부고시제 호, 환경분야시험 검사등에관한법률, 제6조제1항에따른대기오염공정시험기준 ( 환경부고시제 호, ) 개정고시시항에따라평가하였다. Poly-(methyl methacrylate) (PMMA) 플레이트에 1.3 mg/cm 2 의인공피지를도포후 15 min 건조시켰다. 시험제형을건조한인공피지위에동일한양으로도포후 15 min 건조시켰다. 챔버의내부상단에 PMMA 플레이트를부착하고챔버하단에있는팬을가동하여 0.5 g의대체미세먼지 ( 공시재료명 : LM-YG0510, 탄산스트론튬, 알루미나, 산화유로폼, 산화디스프로슘포함 ) 를 5 min 노출한후확대경을이용하여플레이트당 4 point 로 UV 이미지를촬영했다. ImagePro Plus를이용하여먼지부착면적을분석하여, 3회실험한결과로샘플을대조하여미세먼지부착도를계산하여평가하였다. 9. 썬제형조성물에대한내수성평가썬제형조성물에대한내수성평가는화장품법제4조및같은법시행규칙제9조, 식품의약품안전처고시제 호내수성자외선차단지수측정방법가이드라인의지속내수성제품시험방법과식약처고시 ' 기능성화장품기준및시험방법 ' 중 ' 자외선차단기능성시험법 ' 에따라진행하였다. Table 2. Sun formulation composition of mixed compounds and complex extracts Components Percentage (%) Complex extracts of Eisenia bicyclis and Aloe vera (0.67:0.33) Mixed compounds of MP-100 and MPT Cyclomethicone Neopentyl glycol diethylhexanoate Polyglyceryl-6 polyricinoleate Dicaprylyl carbonate Dimethicone Cetyl PEG/PPG-10/1 Dimethicone Quaternium 18-hectorite Butylene glycol Glycerin Methylparaben Sodium chloride Bis-ethylhexyloxyphenol methoxyphenyl triazine Vitamin B12 (cyanocobalamin) Purified water Remains 300

5 대황및알로에베라복합추출물과이산화티탄의혼합분체로부터새로운다기능성선블록의조성물에관한연구 Figure 1. SEM image of MP-100 and MPT-136, which are micron- and nano-titanium dioxide (TiO 2 ) powders, respectively ( 100,000). (A) MP-100; (B) MPT-136. SEM, scanning electron microscope. Figure 2. SEM image of MP-100/MPT-136 mixed compound in ratio of 2.5:7.5. MP-100 and MPT-136 represent micron-titanium dioxide (TiO 2 ) and nano-tio 2, respectively. (A) 20,000; (B) 40,000. SEM, scanning electron microscope. 10. 통계분석각시료간의차이를비교하기위해통계처리를실시하였다. 모든시료에대하여 3회반복추출하였으며, 각자료는평균과표준오차로나타내었다. 통계분석에는 SAS (Statistical analysis program) software version 8 (SAS Institute Inc., USA) 가이용되었으며, 95% 유의수준에서평균값과표준편차를던컨의다중검정시험으로각방법간의유의적인차이를확인하였다. Results and Discussion 1. 혼합분체의물성분석자외선차단분체로알려진 MP-100와 MPT-136의 SEM 이미지를 Figure 1에나타냈다. 혼합분체에사용된 MP-100의 SEM 사진 (Figure 1A) 을통해입자표면은매끄럽고입자형태는판상의구조로입자크기가큰것을알수있었다. 또한, MPT-136의 SEM 사진 (Figure 1B) 을통해입자형태는구형또는방추형구조이며입자크기가매우작고응집체를형성하고있음을알수있었다. MP-100과 MPT-136를 2.5:7.5 비율로코팅한혼합분체를 20,000배및 40,000배에서각각관찰한주사전자현미경이미지는 Figure 2에나타냈다. MP-100의매끄러운입자표면 (Figure 1A) 에구형혹은방추형의작은입자들인 MPT-136 (Figure 1B) 가부착되어, 거친표면을가진혼합분체 (Figure 2) 가형성되었음을알수있었다. 이는 MP-100의표면위에 MPT-136이불연속성코팅 (discrete coating) 구조로되어있음을나타낸다. 입도분석결과, 혼합분체에사용된 MP-100의평균입자크기는 550 nm이었고 MPT-136의평균입자크기는 25 nm이었다. 혼합분체의평균입자크기는 MPT-136의중량비율이증가할수록각각 650 nm에서 1.5 μm까지의범위로증가하는경향을보였다. 또한, 제조된혼합분체는 MPT-136의중량비율이높아질수록평균입자크기는증가하는경향을나타냈다. SEM 사진과평균입자크기및입자크기분포를통하여얻어진결과로미루어보았을때, 혼합 분체형성의최적비율은 2.5:7.5 이었다. 따라서본비율의혼합분체를이용해후속실험을진행하였다. 2. 각추출물, 혼합분체및썬제형조성물에대한자외선차단효과각추출물, 혼합분체및추출물이함유된썬제형조성물의자외선차단효과를비교하였다. 측정은알로에베라추출물, 대황추출물, 대황및알로에복합추출물및추출물이함유된썬제형조성물의자외선차단효과 (Figure 3A) 와 MP-100, MPT-136, 혼합분체및썬제형조성물의자외선차단효과 (Figure 3B) 로나누어실시하였다. 알로에, 대황, 복합추출물및썬제형조성물에서 SPF 수치의경우각각 6.75±0.21, 10.29±0.35, 16.21±0.42 및 34.35±0.36 를나타냈으며, PA 수치의경우각각 6.26±0.13, 9.56±0.12, 17.34±0.27 및 34.87±0.36을나타냈다. 이러한결과는각단독추출물에비하여복합추출물과대황및알로에베라추출물이함유된썬제형조성물이모두 SPF 수치및 PA 수치를유의적으로상승시키는것을확인하였다. 마찬가지로, MP-100, MPT-136, 혼합분체및썬제형조성물에서 SPF 수치의경우각각 8.82±0.32, 16.88±0.51, 26.85± 0.25 및 34.39±0.41를나타냈으며, PA 수치의경우각각 8.45± 0.27, 15.86±0.36, 29.87±0.21 및 34.37±0.52을나타냈다. 이러한결과에따라 MP-100과 MPT-136의경우 PA+++ 등급에, 혼합분체는 PA++++ 등급에, 썬제형조성물은 PA++++ 이상의등급에해당하는것을확인하였다. 또한, 각단독분체에비하여혼합분체그리고대황및알로에베라추출물이함유된썬제형조성물이모두 SPF 수치및 PA 수치를유의적으로상승시키는것을의미한다고볼수있었다. 3. 썬제형조성물에대한자외선과적외선및열차단효과썬제형조성물에대한자외선과적외선및열차단효과를확인하기위해피험자를대상으로코로나자외선 / 적외선열화상카메라 301

6 Multifunctional Sunblock Composed of Eisenia bicyclis and Aloe vera Extracts and Titanium Dioxide Figure 3. Values of SPF and PA. (A) SPF and PA values of Aloe vera extract, Eisenia bicyclis extract, mixed extract and sun formulation composition resulting from in-vivo experiments. (B) The SPF and PA values of MP-100, MPT-136, mixed compound, and sun formulation composition resulting from the invivo experiments. MP-100 and MPT-136 represent micron-titanium dioxide (TiO 2 ) and nano-tio 2, respectively. Values marked by different letters indicate statistically significant differences with p<0.05 (ANOVA with Duncan post hoc test). Error bars indicate standard deviation. SPF, sun protection factor; PA, protection grade of UV-A. 를통해사용전후의비교사진을촬영하였다. 썬제형조성물을손등및얼굴부위의피부에도포한뒤자외선카메라를이용해촬영한결과, 도포된손등및얼굴의피부에서전체적으로검게변한것을확인하였다 (Figure 4). 이를통해썬제형조성물이자외선차단효과를나타낸것을알수있었다. 썬제형조성물도포전후의얼굴및허벅지부위를적외선열화상카메라로촬영한결과는 Figure 5에나타내었다. 적외선열화상카메라로촬영하는경우체온이높을수록붉은색을, 낮아질수록푸른색을나타낸다. 썬제형조성물의도포후에얼굴과허벅지부분에서붉은색이적고녹색및푸른색부분이넓은것이확인되었다. 이결과를프로그램을통하여환산한결과, 평균적으로얼굴에서는 15±5 낮은것을, 허벅지부위에서는 25±5 가량낮은것을알수있었다. 이를통해썬제형조성물이열발생의원인인적외선 및열선의차단효과를가지는것을확인하였다. 자외선은파장대에따라서 UV-A ( nm), UV-B ( nm) 및 UV-C ( nm) 로분류된다. 이때 UV-C 영역은지구대기권에의해사실상완전히차단되어있기때문에사람의건강에미치는영향은거의없다. UV-B는홍반 ( 화상 ), 피부암유발및면역억제작용의, UV-A는피부노화의원인이된다 (Gallagher & Lee, 2006). 이러한자외선에의한피부자극을방지하기위해서자외선차단제가사용되고있다. 본연구에서는무기자외선차단성분인마이크론이산화티타늄 MP-100 및나노이산화티타늄 MPT-136를혼합한복합분체에대황과알로에베라의복합추출물을혼합하고다기능성썬제형조성물을제조하여차단효과를확인하였다. 그결과, 앞선 SPF 수치및 PA 수치측정결과와상응하면서자외선뿐만아니라적외선및열차단효과를가지는것 Figure 4. UV camera image of back of hand and face used to investigate the effect of UV protection. (A) Back of hand before and (B) after spreading of mixture. (C) Face before and (D) after spreading of mixture. UV, Ultraviolet. Figure 5. Infrared thermal camera image of face and thigh to investigate the effect of infrared and thermal protection. (A) Face before and (B) after spreading mixture of mixture. (C) Thigh before and (D) after spreading of mixture

7 대황및알로에베라복합추출물과이산화티탄의혼합분체로부터새로운다기능성선블록의조성물에관한연구 을확인할수있었다. 복합추출물의성분중하나인대황은독도및울릉도인근의심해에서자생하는미세조류이다. 빛이잘들지않는심해에서식하는미세조류는적은양의빛이라도흡수하는성질이매우강하여광합성효율이높은것으로알려져있다 (Cho et al., 2006; Zijffers et al., 2010). 본연구의결과로미루어보았을때, 대황을이용한자외선차단제를제조할시, 자외선이흡수되어피부내부로투과되는것을방지하는것으로사료된다. 또한, 알로에베라는상처치료, 자극완화, 향균작용등의다양한생리활성기능을가지며항산화, 주름개선및피부탄력성유지등의효과를위한원료로사용되어왔다 (Surjushe et al., 2008; Yoon & Pyo, 2013). 따라서이두가지천연물의복합추출물을이용한썬제형조성물은자외선, 적외선및열에의한피부노화를억제하며다양한기능성을가진것으로생각된다. 4. 썬제형조성물에대한미세먼지부착평가썬제형조성물과환경부공시재료의미세먼지부착도를비교한결과, 썬제형조성물은 11.48±1.25% 의상대부착도를나타냈다. 비교군인공시재료의상대부착도는최소 82.54%, 최대 90.27% 로, 환경부고시기준인 1/2 미만의상대부착률은 41.27% 미만이었다. 썬제형조성물은환경부고시기준보다훨씬낮게평가되어우수한미세먼지부착방지효과가있는것을확인하였다. 5. 썬제형조성물에대한내수성평가썬제형조성물에대한내수성평가결과, 내수성비신뢰구간이 82.67% 으로측정되었으며, 상기의썬제형조성물은내수성비신뢰구간이식품의약품안전처에서제시한기준인 50% 이상으로아주우수한지속내수성이확인되었다. 자외선차단제의내수성 (water resistance) 이란피부표면에도포된후물, 땀, 신체적활동에도불구하고피부에서제거되지않고남아있으려는성질을뜻한다. 대부분의자외선차단제는물리적으로제거되거나흡수되지않는이상피부에서수시간동안그효과를유지하는것으로알려져있지만, 바람이나열과같은외부현상, 물기나땀, 마찰또는피부에서부터제거할수있는여러인자들에의해효과가감소된다. 그러나이내수성은수영이나기타활동중에도차단제가씻겨나가지않고피부에밀착된상태로화상이나피부손상등을방지해야하기때문에자외선차단제의매우중요한요소중하나로꼽힌다 (Agin, 2006; Youn, 1997; Yoon et al., 2006). 본연구에서사용된썬제형조성물에대한내수성평가결과가식품의약품안전처기준인 50% 보다 30% 이상높은것으로미루어보았을때, 혼합분체에대황및알로에베라복합추출물을혼합할경우자외선차단효과의내수성이우수한것으로생각된다. Conclusion 본연구는우리나라영토인독도에자생하는심해해조류중하나인대황추출물및알로에베라복합추출물을함유함으로써피부의열을조절하여피부온도가상승하는것을억제하는새로운자외선차단제제조를목적으로진행되었다. 더불어서 N-헤테로고리를포함하는화합물을함유하여미세먼지의피부부착률을낮춤으로써미세먼지로인한피부트러블유발등의오염문제를방지하는다기능성썬제형조성물이연구되었다. 적외선및열차단분체인마이크로이산화티타늄과나노이산화티타늄을함께이용한혼합분체의물성분석을통해최적중량비율인 2.5:7.5를확인하였다. 혼합분체에대황및알로에베라복합추출물을혼합하여 SPF 수치와 PA 수치를측정한결과, 각각단일차단입자, 혼합분체, 썬제형조성물의순서대로높은수치를보였다. 또한, 자외선 / 적외선열화상카메라를통해썬제형조성물의사용전후의비교사진촬영을통해자외선, 적외선및열선의차단효과를가지는것을확인하였다. 환경부공시재료와의미세먼지부착도를비교한결과, 환경부고시기준보다훨씬낮게평가되어우수한미세먼지부착방지효과가있음을확인하였으며, 내수성평가실험을통해다기능성썬제형조성물의자외선차단효과의내수성이확인되었다. 본연구를통해서무기자외선차단제인이산화티타늄혼합분체의최적중량비율을규명하였다. 이에대황및알로에베라복합추출물을함께혼합하여자외선, 적외선및열선을동시에차단하면서기존의다른썬제형들에비해높은자외선차단수치를가질뿐만아니라우수한미세먼지부착방지율과내수성을갖는새로운다기능성썬제형조성물이제조되었다. 최근현대사회에당면한문제인오존층파괴및대기오염에대비하여피부의노화, 트러블및피부암등의다양한질환을방지하는다기능성썬제형이연구되었다는점에서의의가있다. Acknowledgements 본논문은 2018년도중소벤처기업부와서울특별시의재원으로기술개발지원사업의지원을받아수행된연구임 ( 과제번호 : S ). Author's contribution HKL and SKP performed extraction and physiochemical experiments. JYJ performed the preparation of the samples, formulation, stability and efficacy test. ISH, SKY and YSK assisted with experimental design and analyzed data. DMK designed this project and wrote the manuscript with assistance from JYJ

8 Multifunctional Sunblock Composed of Eisenia bicyclis and Aloe vera Extracts and Titanium Dioxide Author details Dong-Myong Kim (Chief Technical Officer), Biotechnology Research Institute, KJM Bio Ltd, 17 Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea; Ju-Yeong Jung (Senior Researcher), Biotechnology Research Institute, KJM Bio Ltd, 17 Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea; Hyung-Kon Lee (Senior Researcher), Biotechnology Research Institute, KJM Bio Ltd, 17, Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea; Sang-Keun Park (Senior Researcher), Biotechnology Research Institute, KJM Bio Ltd, 17, Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea; Yong-Seong Kwon (Research Director), Biotechnology Research Institute, KJM Bio Ltd, 17, Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea; Seung-Koo Yang (Research Director), R&D Center of Aloe, Kim Jung Moon Aloe Ltd, 15, Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea; In-Suk Han (Professor), Department of Chemical Engineering, College of Engineering, The University of Utah, 201 Presidents'Cir, Salt Lake City, UT 84112, USA. References Agin PP. Water resistance and extended wear sunscreens. Dermatologic Clinics, 24: 75-79, Baek JS, Jin SE, Kang SH, Park CS, Jeong JH, Yi SW, Kim YS. Effects of Scenedesmus deserticola JD052 extracts on UV-induced skin irritation. Asian Journal of Beauty and Cosmetology, 16: 71-81, Cho ES, Lee PY, Oh HJ, Choi YS, Choi YH, Lee SG. Evaluation of the ETR max in microalgae using the PHYTO-PAM fluorometer. Journal of Environmental Science International, 15: , Eom SH, Lee DS, Kang YM, Son KT, Jeon YJ, Kim YM. Application of yeast Candida utilis to ferment Eisenia bicyclis for enhanced antibacterial effect. Applied Biochemistry and Biotechnology, 171: , Forest Company. Multifunctional sun formulation composition. KR Patent , Gallagher RP, Lee TK. Adverse effects of ultraviolet radiation: a brief review. Progress in Biophysics and Molecular Biology, 92: , Han HN, Eom SH, Kim JH, Kim DH, Kim SH, Kim YH, Yeom SH, Kim YM. Effects of lactic acid bacterial fermentation on the antioxidant and anti-inflammatory activity of brown algae Eisenia bicyclis extract. Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 48: , Jang YH, Choi SW, Cho SH. Effect of Eisenia bicyclis and its pill on serum lipid status in rats fed high fat diet. Journal of Nutrition and Health, 41: 5-12, Jeon HY, Kim JK, Seo DB, Lee SJ. Effects of chlorophyll a on UVB-induced cellular responses and Type I pn collagen synthesis in vitro. Korean Journal of Food Science and Technology, 41: , Jung HA, Jin SE, Ahn BR, Lee CM, Choi JS. Anti-inflammatory activity of edible brown alga Eisenia bicyclis and its constituents fucosterol and phlorotannins in LPSstimulated RAW macrophages. Food and Chemical Toxicology, 59: , Kim KD, Lee YD, Park SS, Youn SH, Lee SH. The effect and stability of plant extract ingredient as uv absorber. Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea, 26: 41-58, Kim KW, Choi YH, Kim BL, Kim YG, Seong RS, Han MH, Kim GA, Choi MJ, Jeong YG. Determination of anti-oxidative and whitening effects of complex extracts obtained from sprout Panax ginseng C.A. Meyer and Cassia nomame (Sieb.) Honda on skin. Asian Journal of Beauty and Cosmetology, 16: , Lee OS. The future of R&D in cosmetic. Journal of The Society of Cosmetic Scientists of Korea, 24: 16-39, LG Household & Health Care LTD. Cosmetic composition for protecting microdust. KR Patent, , Okada Y, Ishimaru A, Suzuki R, Okuyama T. A new phloroglucinol derivative from the brown alga Eisenia bicyclis: potential for the effective treatment of diabetic complications. Journal of Natural Products, 67: , Park EJ, Kang MS, You DE, Kim DS, Yu SD, Chung KH, Park K. Health risk assessment of heavy metals in fine particles collected in Seoul metropolitan area. Environmental Health and Toxicology, 20: , Park YE, Kwon GS, Kim BH, Lee JB. Evaluation of the usefulness of the fermented thistle (Cirsium japonicum) with Lactobacillus rhamnosus BHN-LAB105 for antioxidative and whitening effects. Asian Journal of Beauty and Cosmetology, 17: 1-13,

9 대황및알로에베라복합추출물과이산화티탄의혼합분체로부터새로운다기능성선블록의조성물에관한연구 Seo JY. Skin aging from phenotype to mechanism. Korean Journal of Investigative Dermatology, 8: , Shin DC. Health effects of ambient particulate matter. Journal of the Korean Medical Association, 50: , Surjushe A, Vasani R, Saple DG. Aloe vera: a short review. Indian Journal of Dermatology, 53: , Yoon MY, Pyo YH. A study on the Aloe vera extract as the anti-againg cosmetic ingredient. Journal of the Korean Society of Cosmetology, 19: , Yoon TJ, Park SY, Koh JS. The measurement of SPF in waterresistant sunscreen. Korean Journal of Investigative Dermatology, 13: , Youn JI. Effects of ultraviolet radiation on the skin. Journal of Radiation Protection and Research, 20: , Youn JI. The measurement of UVA and UVB photoprotectiveness and its influencing factors. Korean Journal of Dermatology, 35: , Zijffers JWF, Schippers KJ, Zheng K, Janssen M, Tramper J, Wijffels RH. Maximum photosynthetic yield of green microalgae in photobioreactors. Marine Biotechnology, 12: ,

10 Multifunctional Sunblock Composed of Eisenia bicyclis and Aloe vera Extracts and Titanium Dioxide 국문초록 대황및알로에베라복합추출물과이산화티탄의혼합분체로부터새로운다기능성선블록의조성물에관한연구 김동명 1*, 정주영 1, 이형곤 1, 박상근 1, 권용성 1, 양승구 2, 한인석 3 1 케이제이엠바이오생물공학연구소, 서울, 한국 2 김정문알로에알로에연구소, 서울, 한국 3 유타대학교공과대학화학공학과, 살트레이크, 미국 목적 : 본연구에서는자외선차단분체와적외선및열선차단분체의혼합분체에대황 (Eisenia bicyclis) 및알로에 (Aloe vera) 의복합추출물을혼합함으로써피부온도가상승하는것을억제하는다기능성썬제형조성물 (Novel Composition of Multi-Functional Sunblock, NCMFS) 을제조하였다. 방법 : 마이크론이산화티타늄과나노이산화티타늄을이용해혼합분체를제조하였으며, 이혼합분체에대황및알로에추출물을혼합하여 NCMFS를제조하였다. 혼합분체의물성 ( 형태및입도 ) 을분석하였으며, 각각자외선차단분체, 혼합분체, 그리고 NCMFS의자외선, 적외선및열차단효과를분석하였다. 또한 NCMFS의미세먼지부착도및내수성을평가하였다. 결과 : 혼합분체의물성분석결과, 혼합시최적중량비율인 2.5:7.5가확인되었다. 알로에추출물, 대황추출물및 NCMFS를대상으로 SPF 수치와 PA 수치를측정한결과, 각각 34.35±0.36 및 34.87±0.36로 NCMFS에서가장높은값을보였다. 마찬가지로, 단일차단분체, 혼합분체, NCMFS를대상으로 SPF 수치와 PA 수치를측정한결과, 각각 34.39±0.41 및 34.37±0.52 로 NCMFS가가장높은값을보였다. 자외선 / 적외선열화상카메라를통해 NCMFS의사용전후의비교사진촬영을통해자외선, 적외선및열선차단효과를가지는것이확인되었다. 또한, 우수한미세먼지부착도및내수성을가지는것이확인되었다. 결론 : 본연구를통해무기자외선차단제인이산화티타늄혼합분체의최적중량비율을규명하였다. 대황및알로에복합추출물을함께혼합하여자외선, 적외선및열선을동시에차단함으로써높은자외선수치를가지는다기능성썬제형조성물이확인되었다. 핵심어 : Eisenia bicyclis, Aloe vera, N-heterocyclic, 다기능성, 선블록 본논문은 2018 년도중소벤처기업부와서울특별시의재원으로기술개발지원사업의지원을받아수행된연구임 ( 과제번호 : S ). 참고문헌 김경동, 이용두, 박성순, 윤성화, 이석현. 자외선흡수제로서의식물추출성분이안정성과효과. 대한화장품학회지, 26: 41-58, 김건우, 최윤희, 김병록, 김영욱, 성락선, 한민희, 김경애, 최민주, 정용기. 새싹인삼과차풀복합추출물의피부항산화및미백효과. 아시안뷰티화장품학술지, 16: , 박예은, 권기석, 김병혁, 이중복. Lactobacillus rhamnosus BHN-LAB105를이용한발효엉겅퀴의항산화및미백효과에대한유용성평가. 아시안뷰티화장품학술지, 17: 1-13, 박정은, 강미선, 유대은, 김대선, 유승도, 정규혁, 박광식. 서울북부지역미세먼지에함유된유해중금속의분석및건강위성평가. 한국독성보건학회지, 20: , 백준석, 진세은, 강승혜, 박찬선, 정재훈, 이상원, 김영수. 자외선손상피부에대한 Scenedesmus deserticola JD052 추출물의효능. 아시안뷰티화장품학술지, 16: 71-81, 서진영. 피부노화이특징과발생기전. 대한피부연구학회지, 8: ,

11 대황및알로에베라복합추출물과이산화티탄의혼합분체로부터새로운다기능성선블록의조성물에관한연구 윤재일. UVA, UVB 차단지수측정방법과이에영향을미치는요인. 대한피부과학회지, 35: , 윤재일. 자외선에의한피부반응. 방사선학회지, 20: , 윤미연, 표영희. 항노화화장품소재로서의알로에베라추출물에관한연구. 한국미용학회지, 19: , 장연희, 최상원, 조성희. 고지방식이급여흰쥐에서대황및대황정제환의혈청지질개선효과. 한국영양학회지, 41: 5-12, 전희영, 김정기, 서대방, 이상준. 클로로필 α가 UVB 유도성산화적스트레스에 matrix metalloproteinases (MMPs) 활성화및콜라겐합성에미치는영향. 한국식품과학회지, 41: , 주식회사엘지생활건강. 미세먼지차단용화장료조성물 한해나, 엄성환, 김지훈, 김덕훈, 김송희, 김윤혜, 염승목, 김영목. 대황 (Eisenia bicyclis) 추출액의항산화및항염증활성에대한유산균발효의영향. 한국수산과학회지, 48: , 훠리스트주식회사. 다기능성썬제형조성물 ,

12 Multifunctional Sunblock Composed of Eisenia bicyclis and Aloe vera Extracts and Titanium Dioxide 中文摘要 大黄和芦荟提取物和二氧化钛混合化合物的多功能防晒霜的新型组成 1* 金東明, 鄭珠英 1, 李灐坤 1, 朴相根 1, 權容聖 1, 梁承九 2 3, 韓仁錫 1 KJM 生物有眼公司生物工学研究所, 首尔, 韩国 2 Kim Jung Moon 芦荟有限公司芦荟研发中心, 首尔, 韩国 3 犹他大学工程学院化学工程系, 盐湖城, 美国 目的 : 通过将 Eisenia bicyclis (E.bicyclis) 和 Aloe vera (A. vera) 的提取物与微米级和纳米级二氧化钛 (TiO 2 ) 粉末 (MP-100 和 MPT-136) 混合制造多功能新型防晒霜 (Novel Composition of Multi-Functional Sunblock, NCMFS) 方法: 将微米级的 TiO 2 和纳米级的 TiO 2 颗粒混合制备复合物 NCMFS 是通过将大黄和芦荟提取物与混合的化合物混合来制备的 分析了混合化合物的理化性质 ( 颗粒形状和大小 ) 以及每种化合物的 UV, 红外 (IR) 和热阻滞效率 结果 : 混合化合物的理化性质分析表明,MP-100 和 MPT-136 的最佳混合比例为 2.5:7.5 对 A. vera,e.bicyclis, 混合提取物和 NCMFS 的防晒系数 (SPF) 和 UV-A(PA) 防护等级的测量表明,NCMFS 混合物的最高值分别为 34.35±0.36 和 34.87±0.36 同样, 在测量 SPF 和 PA 值时,NCMFS 的最高值分别为 34.39±0.41 和 34.37±0.52, 并与每种单一化合物或混合化合物的值进行比较 另外, 发现 NCMFS 具有优异的抗细粉尘粘附率和防水性能 结论 : 结果表明, 由 TiO 2 和大黄和芦荟提取物组成的 NCMFS 不仅具有 UV,IR 和热阻隔活性, 而且还具有防尘和防水性能 关键词 : 大黄, 芦荟, N-heterocyclic, 多功能, 防晒霜 308

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