KR20130002068A

KR20130002068A - 아임계 추출기를 이용하여 추출된 황기 추출물을 유효성분으로 함유하는 피부 외용제 조성물 및 추출 방법

Info

Publication number: KR20130002068A
Application number: KR1020110063078A
Authority: KR
Inventors: 홍연주; 김연준; 한상훈
Original assignee: (주)아모레퍼시픽
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-01-07
Also published as: KR101806111B1

Abstract

본 발명은 아임계 추출기를 이용하여 추출된 황기 추출물을 유효 성분으로 함유하는 피부 외용제 조성물 및 그 추출방법에 관한 것으로서, 본 발명을 이용하면 자연환경 및 인체에 무해한 물을 사용하여 친환경적으로 천연물의 다양한 유효성분을 추출할 수 있으며, 특히 아임계수를 황기의 추출용매로 사용함으로써 아미노산, 감마아미노부리트산, 아스트라갈로사이드IV와 같은 유효성분을 보다 고농도로 수득할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에서는 산소를 제거한 상태에서 유효성분을 추출하므로 산소와 접촉하여 추출물질이 검은색으로 변질이 되는 문제점을 해결할 수 있고 황기로부터 고효율로 유효성분을 추출할 수 있다는 이점을 가진다.

Description

아임계 추출기를 이용하여 추출된 황기 추출물을 유효성분으로 함유하는 피부 외용제 조성물 및 추출 방법{Composition for External Application Containing Astragalus Membranaceus Extract and Preparation Method using Subcritical Extractor}

본 발명은 아임계 추출기를 이용하여 추출된 황기 추출물을 유효 성분으로 함유하는 피부 외용제 조성물 및 그 추출방법에 관한 것이다.

일반적으로 천연물의 유효성분을 추출하는 기술에는 열수, 유기용매, 및 초임계 추출기술이 사용되고 있다. 특히 식품, 화장품 등의 분야에서는 잔류용매의 인체에 대한 안정성 때문에 물이나 유기용매로서 주정 및 초임계 이산화탄소만이 추출용매로 사용될 수 있다. 열수 추출은 한약재를 추출하는데 전통적으로 사용되어 온 방법이다. 열수추출은 물을 이용하므로 대부분 극성물질의 추출에 이용된다.

열수추출은 고온에서 이루어지므로 열에 의해 추출하고자 하는 물질의 변성이 일어나는 점과 열수 추출 과정에서 필연적으로 대기 중의 산소와 접촉이 일어나게 되어 추출물질이 검은색으로 변질 되는 문제점들이 있다.

천연물의 추출에 일반적으로 사용되고 있는 유기용매를 이용한 추출기술의 경우 불순물의 혼입이 많고 유해물질인 용매의 잔존으로 인해 이를 제거해야 하는 불편한 점이 있으며, 몇 단계의 공정을 거치므로 공정이 복잡할 뿐만 아니라 유용한 성분도 유실될 수 있고, 화학약품에 의한 이물질이 혼입도 있을 수 있고, 추출물의 순도가 낮다는 문제점들이 있다.

본 발명자들은 황기에서 보다 효율적으로 유효성분을 추출하고자 노력하였다. 그 결과 아임계 추출기를 이용하는 경우 황기로부터 친환경적이면서도 인체에 무해한 유효성분의 추출이 가능하고 고온고압 반응기에서 물의 물리화학적 특성을 조절할 수 있는 아임계 상태 하에서 유효성분을 추출하는 경우 황기로부터 보다 고효율로 유효성분을 추출할 수 있다는 것을 규명함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 아임계 추출기를 이용하여 추출된 황기 추출물을 유효 성분으로 함유하는 피부 외용제 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 아임계 추출기 및 추출용매로서 물을 이용하여 황기로부터 유효성분을 추출하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명은 아임계 추출기를 이용하여 추출된 황기 추출물을 유효 성분으로 함유하는 피부 외용제 조성물을 제공한다.

도 2를 참조하여, 본 발명에서 사용되는 아임계 추출기의 작동 원리를 설명하면, 고압 액체펌프(P-110, P-120)에서 추출용매는 고압의 상태가 되어 예열기(PH-110, PH-120)로 공급된다. 예열기(PH-110, PH-120)에서 추출용매를 가열하고, 가열된 추출용매는 추출기(R-100)에 공급되어 추출이 행해진다. 고온의 추출액은 열교환기(C-100)를 통과하며 상온으로 냉각되어 후방압력조절기(BPR)를 통과하며 상압으로 감압되어 추출액을(PRODUCT) 회수한다. CH-200은 열교환기에 냉각수를 공급하는 냉동기이며, Txx는 온도제어관련 기기이고, Pxx는 압력감지 기기이며, PSV 는 압력제어 밸브이다.

본 발명에서 사용되는 추출용매는 아임계 추출에 일반적으로 사용되는 어떠한 것도 사용될 수 있으나 본 발명의 목적 달성을 위해서는 물을 사용하는 것이 바람직하다. 물은 상온 상압의 조건에서는 극성이 매우 높아서 천연물 내에 들어있는 극성이 약한 물질은 추출이 어려운 경우가 많다. 그러나 물은 아임계 영역(물의 임계점(critical point)인 온도 374℃, 압력 217기압 보다 낮은 온도와 압력범위)에서는 유전상수(dielectric constant), 이온곱(ion product) 등의 물성이 온도와 압력의 변화에 따라서 변화의 폭이 매우 크다. 따라서 아임계 수를 이용하는 경우에는 극성 및 약극성의 성질을 나타내며, 산 또는 염기의 촉매작용을 하여 가수분해 반응 효과가 있다. 이와 같은 아임계 수의 물리화학적 성질 변화를 도 1.에 예시 하였고, 표 1에는 물 대표적인 유기용매의 유전상수와 극성의 상관관계를 나타내었다. 따라서 고온고압 반응기에서 아임계 조건을 적절히 조절하여 천연물 내에 들어있는 약극성 물질부터 극성의 물질 및 저분자에거 거대분자 물질까지 추출하고자 한다. 하기의 표 1은 대표적인 용매들의 유전상수(dielectric constant)와 극성도(Polarity)를 보여준다.

용매(25℃)	유전상수 [dielectric constant(ε/ε0)]	극성도(Polarity Index)
아세톤	20.7	5.4
아세토니트릴	36.0	6.2
벤젠	2.3	3.0
니트로벤젠	34.8	4.5
아세트산	6.2	6.2
에탄올	24.3	5.2
메탄올	32.6	6.6
프로판올	20.1	4.3
테트라히드로퓨란	7.3	4.2
물 (water)	81.7	9.0
물 (205℃)	33.0	6.6

본 발명에서 사용되는 용어 '유효성분'은 황기에 함유된 성분 중에서 피부외용제로서 이용할 수 있는 어떠한 성분일 수 있으나 바람직하게는 아미노산류, 감마아미노부리트산, 아스트라갈로사이드IV, 아스트로갈로사이드(I,Ⅱ), 칼리코신, 포르모노네틴, 피니톨, 루페논 및 베타시토스테롤로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, 보다 바람직하게는 아미노산류, 감마아미노부리트산, 아스트라갈로사이드IV이다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 황기를 아임계 추출기에 투입하는 단계; 아임계 추출기에 추출용매로서 물을 투입하여 유효성분을 추출하는 단계; 및 추출된 유효성분을 회수하는 단계를 포함하는 황기로부터 유효성분을 추출하는 방법을 제공한다.

본 발명의 물을 투입하여 유효성분을 추출하는 단계에서 황기는 아임계 1~2cm 정도 크기로 절단하여 투입하는 것이 추출 효율을 높이는 차원에서 바람직하며, 물을 아임계 추출기에 공급하고 온도 및 압력을 조절하여 추출용매가 아임계 상태가 되도록 할 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 추출되는 유효성분은 아미노산류, 감마아미노부리트산, 아스트라갈로사이드IV, 아스트로갈로사이드(I,Ⅱ) 칼리코신, 포르모노네틴, 피니톨, 루페논 및 베타시토스테롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 아미노산류, 감마아미노부리트산 및 아스트라갈로사이드IV이다.

추출용매는 액체펌프를 이용하여 공급할 수 있으며, 예열기를 거쳐서 추출기 내부로 공급된다. 이 때 예열기와 추출기의 히터를 작동시켜서 원하는 추출용매가 추출온도에 도달하도록 조절 할 수 있다. 추출용매가 추출온도에 도달하는 과정에서 압력이 추출압력 이상으로 높아지는 경우에는 방출구 쪽에 있는 후방 압력조절기를 개방하여 압력을 낮추는 방식으로 압력을 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 추출 온도 30℃ 내지 300℃, 압력 2 내지 210기압, 유량 1 mL/min 내지 10 mL/min인 조건에서 60 내지 120분간 추출할 수 있으며, 보다 바람직하게는 온도 100 내지 200℃, 압력 50 내지 100기압, 유량 3 내지 8 mL/min인 조건에서 80 내지 100분간 추출하고, 가장 바람직하게는 120 내지 180 ℃, 압력 60 내지 90기압, 유량 4 내지 7 mL/min 인 조건에서 80 내지 100 분간 추출한다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 아임계 추출기 내부의 산소를 제거하는 단계를 더 포함하는 황기로부터 유효성분을 추출하는 방법을 제공한다. 산소의 제거를 위해서는 항 진공 펌프 또는 불활성 기체를 이용할 수 있고 상기 불활성 기체는 헬륨, 네온, 아르곤, 질소(N₂)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 질소(N₂), 헬륨이다.

본 발명의 또 다른 구현예에 의하면 유효성분 추출의 과정은 회분식 추출, 연속식 추출, 및 연속식 역류 추출로 구성된 군으로부터 선택되는 추출 방법을 포함하는 것일 수 있다. 회분식 추출기(batch extractor)는 추출기의 70% 정도만 충진하고, 충진물은 천연물과 이의 수배에 해당하는 물을 넣게 되어 실제 들어가는 천연물의 양은 추출기의 10~20% 정도 이다. 이로 인하여 추출기의 용량이 커야하는데, 아임계 추출기 특성상 고압을 유지하기 위하여 추출기 제조비가 매우 고가인 문제점이 있다.

반면, 예열기에서 물을 아임계 상태로 만들어서 공급하는 경우 추출기 내부에는 천연물만 넣고 물을 외부에서 연속적으로 공급하며 추출을 수행하는 연속식 추출을 하는 경우 고온고압 반응기의 용량을 소형화 하면서 많은 양의 천연물을 추출할 수 있다는 점에서 유리하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 자연환경 및 인체에 무해한 물을 이용하여 친환경적으로 천연물의 다양한 유효성분을 추출할 수 있으며, 특히 아임계 추출기를 이용하고 물을 황기의 추출용매로 사용함으로써 아미노산, 감마아미노부리트산, 아스트라갈로사이드IV와 같은 유효성분을 보다 고농도로 수득할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에서는 산소를 제거한 상태에서 유효성분을 추출함으로써 산소와 접촉하여 추출물질이 검은색으로 변질이 되는 문제점을 해결할 수 있고 황기로부터 고효율로 유효성분을 추출할 수 있다는 이점을 가진다.

도 1은 247기압에서 온도변화에 따른 물의 유전상수(dielectric constant)와 이온곱(ion product) 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 아임계 추출장치의 개략도를 나타내는 그림이다.
도 3은 1차 아미노산 16종, 2차 아미노산 1종1, 2차 아미노산 17종의 각각을 농도 0.25 nM/㎕로 합하여 혼합액을 만들고 이를 크로마토그래프로 분석한 결과를 보여주는 그림이다.
도 4는 순도 99%의 감마아미노부리트산을 100 ppm 크로마토그래프에 투입하여 분석한 결과를 보여주는 그림이다.
도 5는 황기 열수 추출물의 세린 및 감마아미노부리트산 고속액체크로마토그래피 분석 챠트를 보여주는 그림이다.
도 6은 황기 아임계 추출물의 세린 및 감마아미노부리트산 고속액체크로마토그래피 분석 챠트를 보여주는 그림이다.
도 7은 아스트라갈로사이드의 화학구조식을 보여주는 그림이다. 아스트라갈로사이트의 화학식은 C₂₈H₃₂O₁₇ _- C₄₁H₆₈O₁₄, 분자량은 640.54 - 784.98이다.
도 8은 검출기의 UV 스텍트럼 그래프로서 파장은 230㎚이다.
도 9a는 아스트로가로사이드Ⅳ의 고속액체크로마토그래피 분석 결과를 보여주는 그림이다.
도 9b 는 황기 열수 추출물의 아스트라갈로사이드Ⅳ의 고속액체크로마토그래피 분석결과룰 보여주는 그림이다.
도 9c는 황기 아임계수 추출물의 아스트라갈로사이드Ⅳ의 고속액체크로마토그래피 분석결과를 보여주는 그림이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

실시예

실시예 1

전통적인 열수 추출방법과 아임계 수 추출방법의 효능을 비교하기 위하여 황기의 추출 성분 중에서 세린과 감마아미노부리트산, 이 두가지 물질을 대상으로 추출하여 함량을 분석 하였다. 세린(L-Serine)은 아미노산의 일종으로 피부의 기능대사와 관계가 깊은 물질로 화장품의 크림과 로션 등에 첨가되며, 감마아미노부리트산[γ- aminobutyric acid, GABA] 는 뇌 세포의 대 사촉진 및 혈압강하 등에 효과가 있는 물질로 알려져 있다.

열수 추출의 경우에는 황기 150g과 물 500g을 상부에 냉각 응축기가 장착되어 기화는 증기를 액화 재순환시키는 1리터 초자 용기에 넣고 80℃,1기압에서 300분 동안 추출하였다. 추출물을 얻은 후, 이를 필터링(0.45㎛) 하여 정제된 최종 추출물 420 g을 얻었다. 아임계 추출의 경우에는 황기 150g을 추출기에 넣고 80℃, 60기압에서 유량 5mL/min으로 80분 동안 추출을 한 후, 이를 필터링(0.45㎛) 하여 정제된 최종 추출물 365 g 을 얻었다.

두 성분의 분석은 고속액체크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography, HPLC를 이용하였으며, 분석조건, 표준정량 챠트 및 분석결과 챠트를 하기의 표 2, 도 3 및 도 4에 요약하였다. 추출물 성분의 함량 분석결과 고속액체크로마토그래피(HPLC) 분석 챠트를 도 5 및 도 6에 나타냈으며, 표 3은 아임계수 추출의 경우가 열수 추출에 비하여 전체적으로 함량이 높게 나왔다는 것을 보여준다.

분석조건	1. 모델	Agilent 1200 HPLC
	2. 컬럼	C18 컬럼 (ZORBAX Eclipse XDB-C18 4.6 mm × 150 mm Agilent)
	3. 이동상	이동상 A : Na2HPO4 (10 mM), Na2B4O7 (10 mM), NaN3 (0.5 mM) on pH 8.2. 이동상 B: 아세토나이트릴-메탄올-물 (45:45:10, v/v/v).
	4. 검출기	여기 파장(excitation wavelength) 230 nm, 방출 파장(emission wavelength) 450 nm를 가지는형광 검출기
	5. 컬럼 오븐 온도	40℃
	6. 유속	2.0 ml/min

상기 표 2는 아미노산 및 감마아미노부리트산의 고속액체크로마토그래피 분석조건을 나타낸다.

유효성분	열수 추출법	아임계 추출법	차이(%)
총 아미노산(ppm)	8,382.4	12,176.2	45
세린(ppm)	5215.7	6709.7	28
GABA(ppm)	259.7	368.2	42

상기 표 3은 황기 추출물 아미노산 및 감마아미노부리트산의 성분 함량 비교표를 나타낸다.

실시예 2

황기의 사포닌 성분 중 가장 많은 연구 결과물은 아스트라갈로사이드Ⅳ(astragaloside Ⅳ)이다. 이 성분은 황기에 소량 함유되어 있는 것으로 보고되었으나, 아스트라갈로사이드Ⅰ이 분해되어 아스트라갈로사이드Ⅳ로 되는 것으로 보고되었다. 이 성분은 항산화, 심근허혈 증에 심장보호 그리고 혈관이완 등의 효능이 있음이 보고 되었다. 아스트라갈로사이드의 화학구조식을 도 7에 나타냈다.

열수 추출의 경우에는 황기 150 g과 물 500 g을 상부에 냉각 응축기가 장착되어 기화는 증기를 액화 재순환시키는 1리터 초자 용기에 넣고 100℃, 1기압에서 300분 동안 추출하였다. 추출물을 얻은 후, 이를 필터링(0.45 ㎛) 하여 정제된 최종 추출물 420 g을 얻었다.

아임계 추출의 경우에는 황기 150g을 추출기에 넣고 100℃, 180기압에서 유량 5mL/min으로 90분 동안 추출을 한 후, 이를 필터링(0.45 ㎛) 하여 정제된 최종 추출물 412 g 을 얻었다.

아스트라갈로사이드Ⅳ의 분석은 고속액체크로마토그래피를 이용하였으며, 분석조건과 분석결과 챠트를 다음의 표 4, 도 8 및 도 9a에 요약하였다.

추출물의 아스트라갈로사이드Ⅳ 함량 분석결과 고속액체크로마토그래피 분석 챠트를 도 9b와 도9c에 나타내었으며, 비교한 결과를 표 3에 요약 하였다. 열수 추출의 경우에는 거의 검출되지 않았으나, 아임계수 추출의 경우가 소량 검출이 되었다. 이는 아스트라갈로사이드Ⅳ의 추출 및 아스트라갈로사이드Ⅰ 일부가 분해되어 아스트라갈로사이드Ⅳ로 전환된 것으로 예측할 수 있다.

분석조건	1. 모델	Agilent HPLC 1200 series
	2. 컬럼	Zorbax Eclipse C18(역상) 4.6 x 250 mm, 5 um
	3. 이동상	이동상 A: 2% 아세트산(in DW) / 이동상 B: 아세토나이트릴
	3. 이동상	92 : 8 ~ 10 : 90, Gradient
	4. 검출기	DAD, 230 nm
	5. 컬럼 오븐 온도	25℃
	6. 유속	0.5 ml/min
	7. 주입량	1 ul
	8. 종료시간	30 min

상기 표 4는 아스트라갈로사이드Ⅳ의 고속액체크로마토그래피 분석조건을 보여준다.

유효성분	열수 추출법	아임계 추출법
아스트라갈로사이드IV (ppm)	-	136.6

상기 표 5는 황기 추출물 아스트라갈로사이드Ⅳ의 성분 함량 표를 나타낸다.

Claims

아임계 추출기를 이용하여 추출된 황기 추출물을 유효 성분으로 함유하는 피부 외용제 조성물.
제 1 항에 있어서, 물을 추출용매로 이용하여 추출하는 것을 특징으로 하는 황기 추출물을 유효 성분으로 함유하는 피부 외용제 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 유효 성분은 아미노산류, 감마아미노부리트산, 아스트라갈로사이드IV, 아스트로갈로사이드(I,Ⅱ), 칼리코신, 포르모노네틴, 피니톨, 루페논 및 베타시토스테롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 피부 외용제 조성물.
다음의 단계를 포함하는 황기로부터 유효 성분을 추출하는 방법:
황기를 아임계 추출기에 투입하는 단계;
아임계 추출기에 추출용매로서 물을 투입하여 유효 성분을 추출하는 단계; 및
추출된 유효 성분을 회수하는 단계.
제 4 항에 있어서,
상기 유효 성분은 아미노산류, 감마아미노부리트산, 아스트라갈로사이드IV, 아스트로갈로사이드(I,Ⅱ), 칼리코신, 포르모노네틴, 피니톨, 루페논 및 베타시토스테롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 황기로부터 유효 성분을 추출하는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 물을 투입하여 유효 성분을 추출하는 단계는 추출 온도 30℃ 내지 300℃, 압력 2 내지 210 기압, 유량 1 mL/min 내지 10 mL/min인 조건에서 60 내지 120분간 추출하는 것임을 특징으로 하는 황기 추출물로부터 유효성분을 추출하는 방법.
제 4 항 내지 제 6 항에 있어서,
아임계 추출기 내부의 산소를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 황기로부터 유효 성분을 추출하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 산소를 제거하는 단계는 항 진공 펌프 또는 불활성 기체를 이용하는 것을 특징으로 하는 황기로부터 유효 성분을 추출하는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 불활성 기체는 헬륨, 네온, 아르곤, 질소(N₂)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 황기 추출물로부터 유효 성분을 추출하는 방법.