지방산 원료를 이용한 방부효과 연구 및 화장품 제형개발

국문 초록 (Abstract)

방부제는 화장품 제형을 개발하는데 있어 빼놓을 수 없는 원료이며 동시에 파라벤, 페녹시에탄올 등의 일부 방부제는 인체에 축적되었을 경우 호르몬 장애를 유발하여 자궁내막증, 생리통, 유방 질환 등 호르몬 질환을 야기하는 인체에 유해한 것
으로 잘 알려져 있다. 이러한 유해성 논란으로 인해 이들을 대체할 방부제 연구도 지속 되었다.
그 대안 중 하나로 천연방부제에 대한 연구가 주목받고 있지만 추가적인 신소재를 발굴해야 하며 방부효과를 보이는 물질을 개발해도 방부력이 상대적으로 약하거나 천연물의 알레르기 반응의 가능성이 있으며 기존의 화학방부제에 비해 과할 정
도의 높은 함량을 사용해야 효과가 있으므로 생산비용이 높아진다는 문제점들이 있다. 무엇보다 화장품 원료의 경우 파라벤과 같이 많은 시간이 흐른 뒤 그 유해성이 드러나는 경우가 많아 천연방부제로 쓰인 물질의 유해성을 검증하거나 보장하기가 어렵다는 문제점도 지닌다. 화학방부제의 유해성을 줄이면서 천연방부제 보다 뛰어난 효과를 보이는 소재의 연구는 여전히 연구자로서 놓을 수 없는 주제이다.
지방산은 동물에 있어 중요한 에너지원이며, 세포에서는 중요한 구조적 구성성분이다. 다양한 물질의 피부침투에 영향을 미치는 것으로 확인됐으며, 일반적으로 화장품 제조에서 유화제, 안정화제, 용해 촉진제 등 국소 포뮬라에 일반적으로 사용
되고 있다. 그리고 일부 미생물들에 대해 항균 효과가 뛰어난 것으로 밝혀져 있다.
본 연구에서는 지방산의 이 항균 효과에 주목하며 다양한 지방산들의 항균실험을 수행하므로 어떠한 지방산들이 항균 효과가 뛰어난지를 실험을 통해 밝히고 실제 제형개발을 통해 상용성이 있는지를 확인하고자 한다.
연구는 지방산 중 항균력이 우수한 지방산을 가려내는 실험을 먼저 수행하여 탄소수가 짧은 ‘중간 사슬 지방산’ 중 2종류를 선정하고 또 탄소수가 긴 ‘긴 사슬 지방산’ 중 2종류를 선정하여 사용하였다.
항균력 실험법은 최소저해농도법(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)과 최소살균농도법(Minimal Bactericidal Concentration, MBC)를 사용하였다. 나아가 Microtiter Dish Biofilm Formation Assay를 통해 생물막 형성에 있어 억제력 또한 가지고 있는지도 실험하였다. 이렇게 선정된 항균력 높은 중간 사슬 지방산들과 긴 사슬 지방산들을 다른 비율로 배합하여 항균력 실험을 한 번 더 수행하였다. 그 중 가장 항균력 높은 배합비의 지방산복합체을 실제 적용하여 화장품 제형을 개발하였으며 이렇게 만든 실험군과 방부제를 첨가한 대조군의 항균력을 비교 실험하였다. 더불어 안정성, pH, 점도 측정을 통해 상용성 확인을 위한 물성검사를 진행하였다.
그 결과 그램양성균과 진균에서는 지방산의 항균 효능이 뛰어남을 확인하였고 대비적으로 그램음성균에서는 그 효능이 약함을 확인하였다. 그램음성균에 대해서는 지방산의 함량을 높이는 것으로 소구할 수 있을 것으로 보이며 나아가 폴리올
종류들이 그램음성균에 대한 효능이 있다는 연구자료들을 선행학습을 통해 확인하였으므로 추가적인 연구로 더 나은 결과를 볼 수 있을 것으로 기대된다.
이 실험은 화학성 방부제를 배제하고 또한 천연방부제 개발을 위한 신소재 개발을 하지 않고 일반적으로 사용하는 화장품 원료로도 충분히 화장품 제형의 항균 효능을 낼 수 있음을 확인한 것으로 의미가 크다고 볼 수 있으며 지방산이 향후 향장
업계에 방부제 부작용은 줄이는 동시에 보습력까지 제공하는 원료로 대체 가능성이 있다는 것을 보여 주었다. 나아가 현 향장업계가 추구하는 DNA, Cytokine, Enzyme, Autoregulation 관련 원료와도 호환성이 높을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Preservatives are essential ingredients in the development of cosmetic formulations, and some preservatives like parabens and phenoxyethanol have been known to accumulate in the human body, potentially causing hormonal disorders such as endometriosis, menstrual pain, and breast diseases. Due to these concerns, research on alternative preservatives has been ongoing. Among the alternatives, natural preservatives have gained attention. However, they often require additional novel materials and may exhibit weaker preservation effects or potential allergenic reactions compared to chemical preservatives. Additionally, they may require higher concentrations than traditional chemical preservatives, leading to increased production costs. Furthermore, the challenge lies in the difficulty of verifying or guaranteeing the safety of natural preservatives, as the harmful effects of these substances, similar to parabens, often become apparent after a considerable amount of time has passed. Therefore, researching materials that exhibit superior efficacy to chemical preservatives while reducing their harmfulness remains an important topic for researchers.
Fatty acids are important energy sources for animals and serve as essential structural components in cells. They have been found to influence the penetration of various substances into the skin and are commonly used as emulsifiers, stabilizers, and solubilizers in cosmetic manufacturing. Some fatty acids have also demonstrated excellent antibacterial effects. This study focuses on the antibacterial properties of fatty acids, aiming to identify fatty acids with superior antimicrobial effects through experiments and determine their commercial viability through formulation development.
The research initially screened fatty acids to identify two types of "medium-chain fatty acids" with excellent antibacterial properties and two types of "long-chain fatty acids." The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimal bactericidal concentration (MBC) methods were used to evaluate the antibacterial effects. Additionally, a Microtiter Dish Biofilm Formation Assay was conducted to assess their inhibitory effects on biofilm formation. The selected medium-chain and long-chain fatty acids with high antimicrobial potency were then mixed in different ratios and subjected to another round of antimicrobial testing. The fatty acid complexes with the highest antimicrobial efficacy were incorporated into cosmetic formulations, and their antimicrobial effectiveness was compared to a control group with added preservatives. Stability, pH, and viscosity measurements were also conducted to assess their commercial viability.
The results confirmed the superior antibacterial efficacy of fatty acids against Gram-positive bacteria and fungi, while demonstrating relatively weaker efficacy against Gram-negative bacteria. For Gram-negative bacteria, increasing the concentration of fatty acids may be a potential solution. Additionally, previous studies have shown that certain polyols have efficacy against Gram-negative bacteria, suggesting that further research can yield better results. This study is significant as it demonstrates that cosmetic formulations can achieve sufficient antimicrobial efficacy without the use of chemical preservatives or the development of novel natural preservatives. Moreover, it highlights the potential of fatty acids as ingredients that not only reduce the side effects of preservatives in the cosmetics industry but also provide moisturizing properties. Furthermore, fatty acids are expected to be compatible with other ingredients pursued by the cosmetics industry, such as those related to DNA, cytokines, enzymes, and autoregulation.
Overall, this research sheds light on the antimicrobial properties of fatty acids and their potential as alternative ingredients in the cosmetics industry, offering the dual benefits of minimizing preservative-related side effects and providing moisturization. Furthermore, they hold promise for compatibility with various desired ingredients in the cosmetics industry.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1. 연구 배경과 목적 1
• 1.1.1. 화장품 성분의 동향 1
• 1.1.2. 화장품 업계의 방부제 관련 시장 동향 2
• 1.1.3. 화학성 방부제의 유해성(Paraben, Phenoxyethanol) 4
• 1.1.4. 유해성이 거론된 방부제를 대체하기 위한 노력(천연방부제 연구) 5
• 1.1.5. 지방산의 선정이유 6
• 제2장 본론 10
• 2.1. 실험 재료 및 실험 기기 10
• 2.1.1. 실험 시료 10
• 2.1.2. 사용 균주 및 배지 10
• 2.1.3. 지방산 복합체 제작 11
• 2.1.4. 실험 기기 12
• 2.2. 단일 지방산 및 복합 물질의 항균력 실험 방법 (항균제 감수성 검사) 12
• 2.2.1. 최소 억제 농도 측정(minimum inhibitory concentration, MIC) 12
• 2.2.2. 최소 사멸 농도 측정(minimum bactericidal concentration, MBC) 13
• 2.2.3. 항균 활성 측정(Disk Diffusion Test) 14
• 2.2.4. 생물막 형성 확인 실험(Biofilm formation assay) 15
• 2.2.5. 핵 염색(Nuclear staining) 16
• 2.3. 화장품 제형 연구 및 방부 효과 실험방법 16
• 2.3.1. 지방산 조성원료를 이용한 제형 실험방법 17
• 2.3.2. 물성 검사(점도 및 pH측정) 19
• 2.3.4. 안정도(가혹 & 가속시험(3개월간)) 19
• 2.3.5. 화장품 미생물한도시험 19
• 2.4. 연구결과 21
• 2.4.1. 단일 지방산의 항균력 실험 결과 21
• 2.4.2. 지방산 복합체 항균력 실험 결과 26
• 2.4.3. Biofilm formation (after broth microdilution) 실험결과 31
• 2.4.4. 핵 염색 (Nuclear staining) 실험결과 32
• 2.4.5. 화장품 제형의 물성 검사 및 화장품 미생물 한도 시험 결과 35
• 제3장 결론 44
• 3.1. 결과 및 고찰 44
• 3.2. 결론 45
• 참고문헌 47
• ABSTRACT 52