제 2 장유성원료 1. 유지류 (Fat and Oil) 유지는기름및지방류를간략화한명칭으로화학구조상지방산 (Fatty Acid) 과 3가알코올인글리세린 (Glycerin) 의에스테르 (Glyceride: 글리세라이드 ) 형태로서화학구조는그림과같습니다. CH 2 CH CH 3 OH OH OH O R C OH 글리세린 : Glycerin 지방산 : Fatty Acid O CH 2 O C R O CH O C R CH 3 O C R O [ 그림 ] 유지류기본골격 ( 트리글리세라이드 : Triglyceride) 유지류는자연계에서존재하는동식물체에서얻어지며, 글리세린에각종지방산이여러종류의비율로혼합되어있는데, 조성지방산의혼합비율은채유원료및산지에따라서다르며, 채유원료가같다면어느정도범위에있어서거의유사한물리화학적성질을가집니다. 유지를채유원료및성질로서분류하면식물성오일 (Vegetable Oil), 동물성오일로구분하는데, 일반적으로동물성오일은식물성오일에비하여색상및냄새가나쁘므로화장품공업에서의사용량은적은편입니다. 화장품공업에이용되는자연계유지들은고도로탈색, 탈취, 정제공정을거쳐서사용되게되는데원료의제조원에따라서품질이많이다른편이고, 유지의산패여부도제조원에따라많이다른편이라서, 꼭어느오일이더산패가빠르다고는단정짓기어렵습니다만, 불포화지방산이많이포함되어있는오일일수록산패가빠르다고할수있습니다.
유지류의화장품에서의사용목적으로는 1 피부및모발에대하여유연성을부여한다. - Emollient효과 2 피부면에소수성피막을형성하여외부로부터유해물질의침투를방지하고피부표면의수분의증발을억제한다. - Occlusive효과 3 화학적자외선차단제, 지용성비타민등의용매로사용된다. 4 유지에따라서는함유하는지방산의종류에따라세라마이드및비타민의전구체가될수있으므로, 급원물질의기대를걸고사용되기도한다. 식물성오일의경우에는공기중에존재하는산소와결합하여산화, 중합, 축합하여건조피막을형성하는정도에따라건성유와, 반건성유, 불건성유로구분하기도하는데, 식물성오일중지방산구조의불포화도가높으면건성유가되고, 불포화도가낮으면불건성유가됩니다. 좀더구체적으로는불포화도를측정하는요오드가가 130이상이면건성유, 100~130이면반건성유, 100이하면불건성유라고칭합니다. 동식물유지에는일반적으로불포화된 C-C 이중결합이많이있다. 이러한유지에니켈등의가루를촉매로가하여 150~200 로가열하면서수소를첨가하는공정을수화또는수소첨가라고하고이러한공정을거치면 C-C 이중결합이 C-C 단일결합으로, 즉불포화결합이포화결합으로바뀌게된다. 유지에서이렇게얻어진원료를경화유 (Hardened Oil) 또는수첨유 (Hydrogenated Oil) 이라고하는데, 일반적으로이렇게수소첨가를하게되면원료유지의취기가억제되고, 융점이높아진다. 따라서성상도오일상에서백색의고상이되는경우도발생한다. 화장품의원료로서불쾌취를가져서는널리이용될수없는것이당연한일이다. 그러므로대체적으로취가심한유지인피마자유, 야자유, 카카오유, 터틀유 (Turtle Oil), 밍크유등의경우에는경화유가많이사용된다. 그러나, 요즈음식품공업에서는이러한경화유의제조공정에서발생하는포화지방 ( 산 ) 만발생하는것이아니라, 원재료에서는시스 (Cys-) 형태로존재하던불포화지방 ( 산 ) 이트랜스 (Trans-) 형태로변이되어트랜스지방 ( 산 ) 이발생되기도하는데, 트랜스지방에대한폐해에대한우려와함께규제의대상이되고있다. 화장품공업에서는아직까지이러한트랜스지방에대한평가가확실히이루어지고있지는않지만계속예의주시하여야할사항이라고판단된다. 가. 식물성오일 (Vegetable Oil) 1) 피마자유 (Castor Oil) 인도또는아프리카가원산지인대극과 (Euphorbiaceae) 의피마자 ( 아주까리 ;Ricinus communis L.) 의종자에서얻어지는무색또는담황색의점도가있는지방유이며, 약간특이한냄새와맛을가지고있습니다.
[ 그림 ] 피마자 (Ricinus communis L.) 의종자 구성지방산으로는포화지방산인스테아린산및디옥시스테아린산이 2~3%, 리시놀레인산 80~85%, 올레인산 3~9%, 리놀산 2~3% 를함유하고있는것이보통이다. 피마자유 (Castor Oil) 는그주성분이친수성의수산기 (Hydroxy기) 를가지고있는리시놀레인산의글리세라이드이기때문에물리적, 화학적성질이다른유지와비교하여대단히다른데그중하나를들자면친수성이다른유지보다강하고점성이있으면서, 에탄올에용해된다는점이다. CH 3 (CH 2 ) 5 CHCH 2 CH CH(CH 2 ) 7 COOH OH [ 그림 ] 리시놀레인산의화학구조 이러한특성을살려서화장품원료로서의용도는립스틱에서의높은점도를이용한안료의분산제로사용하여반제품인 Colorant를만들기도하며, 염료 ( 적색 223호 : 테트라브롬플루올레세인 ) 의용해제로사용되기도한다. 예로부터포마드와같은정발제에사용되었고, 알코올에용해성을이용하여헤어로션의트리트먼트제로사용되기도한다. 옛날부터사용되어온원료이기는하나단점으로는특이한냄새가나며, 높은점도로인하여현대적감성에매치되지않는사용감등을들수있으며, 특히문제가되는냄새는고도로정제된탈취피마자유를사용하고있으나, 제조후다시취기가되돌아오는경향이크다. 또다른피마자유의주요용도로는수소를첨가한후친수성인폴리에틸렌글라이콜을부가중합하여친수성을더욱증대시킨계면활성제 (PEG-40 Hydrogenated Castor Oil 혹은 PEG-
60 Hydrogenated Castor Oil 등등 ) 를만드는데사용된다. 이러한계면활성제는스킨류제조등에있어가용화제로사용된다. 또한피마자유에수소를첨가한것을경화피마자유 (Hydrogenated Castor Oil) 이라고하는데일반적으로 Castor Wax라고도하는융점 80 이상의고체로그지방산의주성분은 12- Hydroxy Stearic Acid이다. 경화피마자유의용도는 12-Hydroxy Stearic Acid의용도와비슷하여비극성용매에서높은온도까지가온하였다가냉각하였을때얻을수있는겔화능을이용하여유성컨실러등의주요기제로사용되기도하며, 굳어서부서지기쉬운성질이있기때문에카르나우바왁스와칸델릴라왁스의대용품으로사용되기도한다. 경화피마자유는수소첨가의가감에따라융점이높은 Wax상에서부터융점이낮은 Paste상까지의제품을얻을수있다. 비중 : 0.945~0.9465, 검화가 : 176~187, 요오드가 : 81~90 2) 올리브유 (Olive Oil) 올리브유는물푸레나무과 (Oleaceae) 의올리브나무 (Olea europaea L.) 의열매를압착하여얻는지방유이다. 주산지는스페인, 이탈리아등의지중해연안지방이다. 주요구성지방산은올레인산이 79~86% 로압도적으로많고, 그외에리놀산 4~12%, 팔미틴산 7~15% 및대단히소량의스테아린산, 미리스틴산이함유되어있다. 화장품으로서의주요용도는피부에에몰리언트한감촉을주고, 피부표면으로부터의수분증발억제작용이있어선탠오일, 마사지오일의기제, 각종크림, 두발류제품에사용된다. 또한최근에는올리브오일에친수성의폴리에틸렌글라이콜을부가중합하여스킨류등에사용감개선을위한용도로수용성오일로만들어사용되기도하고 ( 사용예 : B&T사의 Olivem 300), 올리브오일의주요지방산과고급알코올인세테아릴알콜 (Cetearyl Alcohol) 을반응시켜얻은에스테르형태의천연물유도계면활성제의형태 ( 사용예 : B&T사의 Olivem 1000) 로사용되기도한다.
[ 그림 ] 올리브나무 (Olea europaea L.) 비중 : 0.910~0.916, 검화가 : 186~194, 요오드가 : 79~88 3) 아보카도유 (Avocado Oil) 아보카도유는아메리카의캘리포니아주혹은플로리다주에서자라는아보카도나무 (Persea Americana) 의과실에서채취하는지방유이다. 구성지방산은불포화지방산이많으며, 올레인산이 63~77%, 리놀산이 6~11%, 그외포화지방산을 6.9~25% 포함하고있다. 포화지방산중에대부분은팔미틴산으로구성되어있으며, 미리스틴산과스테아린산은대단히소량포함하고있다. 화장품원료로서의용도는피부에서의침투성이라놀린과비슷하게우수하여미국에서는꽤오래전부터사용중이다. 라놀린은이소콜레스테린에의해피부에의침투성이촉진된다고알려져있고, 아보카도유는시토스테린의함유로피부로의침투성이향상된다고알려져있다. 아보카도유는크림, 마사지오일등에기제에사용되고있으며, 피부에침투성이없는여러종류의활성물질의매개체의역할도담당한다.
[ 그림 ] 아보카도 (Persea Americana) 또한아보카도유는지방유이외에도카로틴 (Provitamin A), 아스코르빈산 (Vitamin C), 칼시페롤 (Vitamin D), 토코페롤 (Vitamin E) 등을포함하고있어화장품용유지원료로서흥미롭다. 4) 동백유 (Camellia Oil) 동백유는차나무과 (Theaceae) 의동백나무 (Camellia Japonica L.) 및그동속식물의종자에서채취되는지방유로서주요구성성분은올레인산글리세라이드가 82~88%, 팔미틴산및스테아린산과같은포화지방산의글리세라이드가 8~15%, 리놀산의글리세라이드가 3~4% 정도로포함되어있다. 구성지방산이올리브오일과유사한올레인산이많이함유되어있어서올리브유와비슷한용도로크림, 유액등에사용되고있으며, 특히두발용으로많이사용되고있다. 일본에서는 Camellia japonica종을쯔바끼오일 (Tsubaki Oil) 이라고부르고, Camellia kissi 종을사산카오일 (Sasanaqua Oil) 이라고부르기도하는데용도는같다.
[ 그림 ] 동백나무 (Camellia Japonica L.) 의꽃과종자 비중 : 0.916~0.917, 검화가 : 188~194, 요오드가 : 80~85 5) 면실유 (Cotton Seed Oil) 면실유는아욱과 (Malvaceae) 의목화 (Gossypium hirsutum L.) 및동속식물의종자에서채취하는오일이며, 주산지는미국, 인도, 이집트등이다. 주요구성지방산은포화지방산이 20~25%( 팔미틴산이대부분 19.6~21.9% 차지 ), 불포화지방산이 70~78%( 올레인산 23~35%, 리놀산 41~53%) 이다. 채유된것은 0~5 정도에서응고되나, 냉각하여고체산을석출시켜여과하여제거하면겨울에도탁하지않은투명한기름을얻을수있다. 화장품원료로서의용도는선탠오일등에활용된다. 비중 : 0.918~0.931, 검화가 : 191-198, 요오드가 : 101~120 [ 그림 ] 목화 (Gossypium indicum Lam.) 의꽃과종자
6) 아몬드유 (Almond Oil) 아몬드유는장미과 (Rosaceae) 의감편도 (Prunus amygdalus Batsch) 와그변종의핵인에서얻는지방유로서구성지방산은불포화지방산이대부분이며, 올레인산이 80~83%, 포화지방산 ( 미리스틴산, 팔미틴산등 ) 은 4~5% 정도이다. 올리브유와는비교하여약간불포화도가높고, 응고점은상당히낮은특성을가지고있으나, 용도는올리브유와비슷하게쓰여지고있다. [ 그림 ] 아몬드 (Prunus amygdalus Batsch) 의꽃과종자 7) 참깨유 (Sesamine Oil) 참깨유혹은참기름은참깨과 (Pedaliaceae) 의참깨 (Sesamum indicum Linne) 종자를압착하여채취하는지방유로종자의 45~55% 정도의지방유를채취할수있다. 구성지방산으로는올레인산 33~54%, 리놀레인산 39~59% 정도이다. 다른식물유와는달리천연의산화방지제인 Sesamolin이라는성분을함유하고있기때문에현저하게우수한산화안정성을갖는다.
[ 그림 ] 참깨 (Sesamum indicum Linne) 의꽃 화장품에는크림, 마사지오일에사용되고, 옛날부터의약품등의연고기제로사용되고있다. 비중 : 0.915~0.922, 검화가 : 187~194, 요오드가 : 103~116 8) 소맥배아유 (Wheat Germ Oil) 소맥배아유는벼과 (Gramineae) 밀 (Triticum aestivum L.) 의배아에서채취된지방유로서그지방산의조성은리놀레인산약 45%, 올레인산약 30% 정도의불포화지방산이주를이루고있으며, 토코페롤 (Vitamin E) 의함유량이 240mg/100g으로높기때문에산화안정성이높은것과비타민 E 효과를기대하여화장품에서는에몰리언트크림에자주활용됩니다.
[ 그림 ] 밀 (Triticum aestivum L.) 비중 : 0.93~0.95, 검화가 : 179~190 9) 홍화씨오일 (Safflower Oil) 홍화씨오일은잇꽃오일혹은사플라워오일이라고불리우며, 국화과 (Compositae) 의잇꽃 (Carthamus tinctorius L.) 의종자에서채취되는지방유로주요구성지방산의조성은리놀레인산 76~79%, 올레인산 12~20% 를함유하고있으며, 특히리놀레인산함유량이높기때문에건조성이큽니다. 화장품에서용도로는올리브유와마찬가지로사용되나불포화도가높고산패되기쉽기때문에산화방지제의배합이충분히고려되어져야만합니다.
[ 그림 ] 잇꽃 (Carthamus tinctorius L.) 비중 : 0.922~0.927, 검화가 : 186~194, 요오드가 : 140~150 10) 그레이프씨드오일 (Grape Seed Oil) 포도씨오일은포도과 (Vitaceae) 의포도 (Vitis vinifera L.) 의종자를압착하여얻는지방유로주요구성지방산은리놀레인산으로함량이 68~78% 에이릅니다. 식물유중에서토코페롤 29~75mg/100g으로높고, 피토스테롤 (phytosterol) 함량이 290~580mg/100g으로높은것이특징이어서산화안정성이우수하다고알려져있으나, 다른식물유가그러하듯이제조원에따라서품질의차이는대단히다르며, 화장품에서의용도로는물과의친화성이좋고, 사용감이 soft하여기름경향의감촉을주지않기때문에크림, 유액등의에몰리언트효과를위한기제로사용되거나, 선탠오일의기제로사용되기도하고, 헤어제품의트리트먼트제나메이크업제품에널리사용됩니다.
[ 그림 ] 포도 (Vitis vinifera L.) 비중 : 0.917~0.925, 검화가 : 187~203, 요오드가 : 135~150 11) 마카다미아오일 (Macademia Nut Oil) 마카다미아오일은호주가원산지인프로테아과 (Proteaceae) 의상록교목마카다미아 (Macadamia ternifolia) 의열매를압착하여얻은지방유입니다. 주요구성지방산으로는올레인산이 55~60%, 팔미틴산이약 25% 정도함유되어있으며, 특성으로는다른식물유보다피부에의친화성이좋고, 기름경향의감촉을주지않기때문에최근스킨케어제품의유성기제로자주이용되기도합니다. [ 그림 ] 마카다미아 (Macadamia ternifolia) 비중 : 0.907~0.915, 검화가 : 190~200, 요오드가 : 70~80
12) 로즈힙오일 (Rose hips Oil) 로즈힙오일은남미나유럽에서생육하는장미과 (Rosaceae) 의 Dog Rose(Rosa canina) 의종자를압착하여얻어지는지방유입니다. 화장품에사용되고있는다른식물유와비교하여리놀산및리놀레인산의함량이약 80% 정도로많고, 요오드가도 170~190정도로높습니다. 피부의습윤성, 염증의억제, 세포조직의부활에기여한다고알려져노화예방을위한화장품에자주이용되는식물유입니다. 비중 : 0.918~0.928, 검화가 : 185~195, 요오드가 : 170~190 [ 그림 ] 로즈힙 (Rosa canina) 의열매 13) 기타위에서언급한식물외에도대두유 (Soybean Oil), 땅콩유라고불리우는낙화생유 (Peanuts Oil) 등이다른식물성오일과같은목적으로여러종류의크림, 마사지오일, 선탠오일등에활용되고있다. 나. 식물성지방 (Vegetable Fat) 1) 쉐어버터 (Shea Butter) 쉐어버터는중앙아프리카에서생육하는사포타과 (Sapotaceae) 쉐어 (Butyrospermum parkii Kotschy) 의종자에서채취되는지방으로서성상이상온에서반고체상태로융점이 33~42 정도이다. 주요지방산의조성은올레인산 43~47%, 스테아린산 40~45%, 리놀산 5~8%, 팔미틴산 3~5% 정도이다. 또한쉐어버터의특징으로는불검화물이 3~10% 정도로많고, 그중에계피산 (Cinnamic Acid) 의에스테르를함유하기때문에파장영역이 275nm의자외
선을흡수하기쉬워자외선차단제의기제로많이사용되고, 카카오지방과마찬가지고크림기제로서안정성이매우우수하고특히 W/O제형에많이이용된다. [ 그림 ] 쉐어 (Butyrospermum parkii Kotschy) 나무와열매 비중 : 0.91~0.98, 융점 : 28~45, 검화가 : 160~190 2) 코코아버터 ( 카카오지 ;Cocoa Butter) 아메리카대륙열대산교목인벽오동과 (sterculiaceae) 의카카오나무 (Theobroma cacao L.) 의종자에서채취되는지방을코코아버터혹은카카오지라하여화장품공업에서는이용하고있으며, 식품공업에서는지방을제거한부분을코코아음료및초코렛의원료로사용하고있다. 코코아버터는황백색의고체지방으로산패하기어렵고, 약간의코코아냄새를가진다. 주요구성지방산은팔미틴산 23~25%, 스테아린산 31~34.5%, 올레인산 39~43%, 리놀산약 2% 전후이다. 화장품공업에서의용도는특유의에몰리언트성과사람의체온에가까운적당한융점을가지고있기때문에오래전부터립스틱, 크림류에쓰였으나, 립스틱에서는블루밍 (Blooming) 현상을일으키기때문에최근에는사용이제한되고있다.
[ 그림 ] 카카오나무 (Theobroma cacao L.) 와열매 융점 : 32~36, 검화가 : 192~196, 요오드가 : 34~38 3) 야자유 (Coconut Oil), 팜유 (Palm Oil), 팜핵유 (Palm Kernel Oil) 야자나무과 (Arecaecae) 에속하는식물은 11아과 220속 3300여종이알려져있는데주로동남아시아등열대지방에서나는코코야자 (Cocos nucifera) 의열매의씨로부터얻어지는지방성분을야자유 (Coconut Oil) 이라부르며, 아프리카산기름야자 (Elaeis guineensis) 로부터얻어지는지방성분을팜유 (Palm Oil) 라하며, 열매의씨로부터얻어지는지방성분을팜핵유 (Palm Kernel Oil) 이라고합니다. 주요지방산의구성에는약간의차이들이있으나지방성분을다량얻을수있으므로모두비누의원료, 지방산추출의근원물질로활용되고, 추출된지방산은계면활성제합성의시초물질이됩니다. 야자유의경우구성지방산은포화지방산이압도적으로많고카프릴산 7.8~9.5%, 카프린산 4.5~7.6%, 라우린산 45~51%, 미리스틴산 16.5~20%, 팔미틴산 7.5~9.5%, 스테아린산 2.1~3% 정도이며, 불포화지방산은올레인산 5~8.2%, 리놀산 1~2.6% 정도에지나지않으며, 팜핵유의경우는라우린산 50~55%, 미리스틴산 14~15%, 팔미틴산 8~10%, 올레인산 5~15%, 카프릴산 3~5%, 카프린산 3~7%, 기타스테아린산과리놀산등을함유하고있는것으로알려져있습니다. 또한팜유의주요구성지방산은팔미틴산 45% 정도, 올레인산 35%, 리놀산 10% 정도를함유하고있어포화지방산과불포화지방산의비율이 1:1 정도인것이특징이라고알려져있습니다. 주로화장품공업에서의용도로는저급의포화지방산이많기때문에특이한냄새와경시변화및피부에대한자극성을고려하여일반화장품의유성기제로는사용되지않고, 화장비누의원료로쓰여지거나, 지방산의원료혹은계면활성제의원료물질로사용됩니다.
[ 그림 ] 야자수 (Cocos nucifera) 융점 : 20~28, 검화가 : 251~264, 요오드가 : 7~10 4) 목랍 (Japan Wax) 목랍은옻나무과 (Anacardiaceae) 의검양옻나무 (Rhus succedanea L.) 의열매로부터압착하여추출하는지방으로우리나라에도자생하는나무이나주로일본에서생산된다고하여저팬왁스로더잘알려져있습니다. 주요구성지방산은팔미틴산 77%, 스테아린산 5%, 이염기산으로알려진일본산 6%, 올레인산 12%, 리놀산 1% 이하로알려져있습니다. 목랍은융점이높아왁스처럼보인다하여저팬왁스로불리워지나화학구조상은명확히팔미틴산이주인글리세라이드입니다. 화장품용도로는주로포마드, 립스틱따위에응용되고있고, 다른용도로는양초, 광택제등에활용됩니다. 원료외관은표백하는정도에따라백색에서미황색의왁스형태를가집니다.
[ 그림 ] 검양옻나무 (Rhus succedanea L.) 융점 : 52.8~53.4, 검화가 : 214~219, 요오드가 : 3.5~10.6 다. 동물성유지동물성유지는불쾌취가심한점과환경보호 ( 동물보호 ) 등의여론조성등으로현재에는거의사용되는일이적으며, 과거이용해왔던원료들과현재도조금씩이용되는원료들에대해간략히살펴보겠습니다. 1) 난황유 (Egg Oil) 오래전부터난황유는천연유화성분으로화장품에사용하는일이많았으나, 원료특유의독특한냄새와맛, 황갈색의색상등의문제와난황유성분의대부분인레시친을대두에서대량추출하게됨으로써현재는거의사용되지않는실정이다. 난황유의일반적인특성으로는광물성, 식물성유지에용해되고, 물에는불용이나물에강하게진동을주면용해되어분산되고유탁액을형성한다. 난황유의구성지방산은올레인산 40~82%, 고체지방산도다소포함하고있고, 다른유지와는다르게콜레스테린과레시틴이상당량함유되어있다. 또한대량의레시틴을함유하는것이외에도비타민 A,B,C,D,E 등이함유되어있어고급영양크림에많이이용되었었다. 난황유는 W/O type의에멀젼을형성하는경향이두드러진다. 2) 밍크오일 (Mink Oil) 밍크오일은밍크의피하지방조직에서얻어진지방유를정제한것으로주요구성지방산은불포화지방산으로올레인산 37.1%, 리놀산 12.3%, 헥사디센산 22.2%, 옥타티도라엔산 2.3% 와포화지방산으로팔미틴산 12.2%, 스테아린산 9.1%, 미리스틴산 4.8% 정도를함유하고있다.
밍크오일은퍼짐성이좋고, 피부면에도포하였을경우번지르르한유분감촉을가지지않으므로, 베이비오일, Bath Oil, 선탠오일등의오일류와각종유액류의제조에도이용되어왔으며, 두발제품에서는모발의유연효과와광택효과를부여한다. 비중 : 0.912, 검화가 : 202.7, 요오드가 : 79.4 3) 거북오일 (Turtle Oil) 바다거북의피하지방조직에서채취된오일로서정제유도불쾌한냄새를가지는경우가많으므로수소첨가하여사용한다. 터틀유는피부에침투성이우수하고, 비타민 A,D,F 등을포함하고있으므로, 노화예방크림, 마사지크림등에활용되어왔다. 비중 : 0.914~0.915, 검화가 : 191~120, 요오드가 : 68~170