하이브리드 코팅 기술을 적용한 친환경 색소 분체와 컬러 스크럽 비즈 개발
요약
목적
하이브리드 코팅 기술을 사용하여 전분을 마그네슘 미리스테이트(magnesium myristate) 및 라우릴 라이신(lauryl lysine)으로 코팅하여 메이크업 화장품용 분체 소재를 개발하였다. PlanCare는 내수성이 뛰어난 분체이며, Neo Beads는 플라스틱 비드를 대체할 수 있는 소재로 기대된다. 두 소재 모두 생분해성이 뛰어나고 친환경적인 화장품 원료로서의 가능성을 갖고 있다.
방법
생분해성을 비교하기 위해 아밀레이즈를 이용한 전분 가수분해 실험과 세포 생존율 시험을 수행하였으며, 감자 전분과 비교하였다. 또한, 안정성 평가를 위해 시료를 4℃, 25℃, 55℃, -20℃ 및 자연광 환경에서 5개월간 보관한 후, 색차계를 이용하여 색 차이(ΔE)를 측정하였다.
결과
아밀레이즈 전분 가수분해 시험 결과, 하이브리드 코팅 기술을 적용한 마그네슘 미리스테이트 코팅 PlanCare는 전분과 유사한 생분해능을 나타내었다. 다른 PlanCare 시료 및 Neo Beads 또한 생분해능이 확인되었다. 색차계 분석 결과, PlanCare는 보관 온도 및 기간과 관계없이 5개월 동안 전분과 유사한 안정성을 유지하는 것으로 나타났다. Neo Beads 또한 모든 보관 조건에서 안정성을 유지하였다. ΔE 값은 L*, a*, b*의 총 색 차이를 나타내며, 색 안정성 평가에 활용될 수 있다. 5개월간 ΔE 값을 비교한 결과, 1.5-3.0 범위에서는 색 차이가 거의 인지되지 않는 것으로 나타났다. PlanCare 및 Neo Beads의 ΔE는 2.0 이하로 유지되어 안정성이 확인되었다.
결론
본 연구에서 PlanCare 및 Neo Beads는 친환경적 생분해능 특성을 갖춘 화장품 소재를 개발하였다. 미세플라스틱의 위험성에 대한 문제가 대두되어 미세플라스틱 대체에 집중하고 있는 화장품 산업사회에서 생분해성을 지닌 친환경 화장품 소재로 응용할 수 있는 가능성을 확인하였다.
핵심용어: 색조 분체, 전분, 색차계 분석, 생분해능, 색 안정성
Abstract
Purpose
Starch was coated with magnesium myristate and lauroyl lysine using hybrid coating technology to develop powder materials for makeup cosmetics. PlanCare are water-resistant powders, and Neo Beads may replace plastic beads. Both are biodegradable and ecofriendly materials with potential applications in the cosmetic industry.
Methods
Starch hydrolysis using amylase and cell viability test were conducted for comparison with starch. Stability test was conducted by measuring the color differences using a colorimeter after storing the samples for 5 months at 4°C, 25°C, 55°C, and −20°C and under daylight conditions.
Results
The amylase assay confirmed that the powder material (PlanCare), coated with magnesium myristate using hybrid coating technology, exhibited a biodegradation rate similar to that of starch. The biodegradability of other PlanCare samples and Neo Beads was also demonstrated. Colorimetric analysis demonstrated that PlanCare maintained stability for 5 months, similar to starch, irrespective of storage temperature and duration. Neo Beads also remained stable irrespective of storage conditions. As the ΔE value represents the total color difference in L*, a*, and b*, it can be used to evaluate color stability. A 5-month comparison showed that it is generally difficult to perceive a range of 1.5–3.0. Both PlanCare and Neo Beads maintained ΔE values at <2.0, confirming their stability.
Conclusion
Due to the increasing concerns on the risks posed by microplastics, the cosmetic industry is focusing on alternatives. PlanCare and Neo Beads demonstrated their potential as biodegradable and ecofriendly cosmetic materials.
Keywords: Cosmetic powder, Starch, Colorimetric analysis, Biodegradability, Color stability
中文摘要
目的
利用混合涂层技术，淀粉被肉豆蔻酸镁和月桂酰赖氨酸包裹，开发出用于彩妆的粉末材料。PlanCare是防水粉末，而Neo Beads可以替代塑料珠。这两种材料都是可生物降解的环保材料，在化妆品行业具有潜在的应用前景。
方法
使用淀粉酶进行淀粉水解，并进行细胞活力测试，与淀粉进行比较。稳定性测试：将样品在 4℃、25℃、55℃、-20℃和日光条件下储存5个月后，用比色计测量色差。
结果
淀粉酶测定证实，采用混合包衣技术包覆肉豆蔻酸镁的粉末材料(PlanCare)的生物降解速率与淀粉相似。本研究还证明了其他PlanCare样品和Neo Beads的生物降解性。比色分析表明，PlanCare在5个月内保持稳定性，与淀粉相似，不受储存温度和储存时间的影响。Neo Beads在任何储存条件下均保持稳定。由于ΔE值代表L*、a*和b*的总色差，因此可用于评估颜色稳定性。5个月的比较表明，通常难以察觉1.5至3.0之间的色差。PlanCare和Neo Beads均将ΔE值保持在<2.0，证明了它们的稳定性。
结论
由于人们日益担忧微塑料带来的风险，化妆品行业正致力于寻找替代品。 PlanCare和Neo Beads展示了其作为可生物降解、环保化妆品材料的潜力。
关键词: 化妆品粉末, 淀粉, 比色分析, 生物降解性, 颜色稳定性
Introduction
최근 COVID-19 팬데믹을 겪으면서 더욱 친환경에 대한 글로벌 이슈가 대두되고 있으며, 이에 따라 모든 산업 전반에서 소비자들의 친환경적 가치에 대한 관심이 높아지고 있다( Lee & Kim, 2024; Heo & Kim, 2024). 특히, 국내외 규제 강화로 인해 화장품 업계는 기존 원료의 대체 및 친환경 소재 도입을 적극적으로 추진하고 있으며, 이에 따른 변화가 빠르게 진행되고 있다( Kang & Cho, 2021; Paek, 2021). 유행이 빠른 화장품 소재는 이러한 변화에 더욱 민감하게 반응하고 있으며, 제조업체들은 가능한 모든 원료를 천연물 또는 이에 준하는 소재로 대체를 추진하고 있다. 이에 따라 지속 가능한 천연 기반 소재이 중요한 과제로 대두되고 있다. 특히, 색조 제품에 사용되던 polymethyl methacrylate (PMMA) Beads Powder와 퍼스널케어 제품에 사용되던 polyethylene (PE) beads의 사용이 금지됨에 따라, 이를 대체할 수 있는 새로운 소재 개발이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 현재 대체 소재로 사용하는 색조용 코팅 분체로 talc, mica, selicite, silica 등의 무기 소재가 주를 이루고 있으며, 퍼스널케어 제품에 사용되는 스크럽 비즈는 호두 껍질, 곡물 분쇄 소재 또는 소성 가공된 실리카 비즈 등으로 대체되고 있다( Ko et al., 2012; Jeon & Chang, 2012). 그러나 이러한 무기 소재는 천연 유래 성분이지만, 채굴 과정에서 발생하는 환경오염 문제와 원재료 수급 불균형, 가격 변동성 등의 문제를 안고 있다. 실제로, talc와 mica는 특정 국가에서의 자원 보호 정책으로 인해 공급이 제한되거나 가격이 급등하는 사례가 발생하고 있으며, 이러한 불확실성은 화장품 업계의 지속적인 성장을 저해하는 요소로 작용하고 있다( Park, 2009). 또한, 최근 친환경 규제의 강화로 인해 유럽연합(EU), 미국, 대한민국을 비롯한 여러 국가에서 미세 플라스틱 사용을 제한하는 정책이 시행되고 있다( Park et al., 2024). 이에 따라, 기존 합성 폴리머 기반의 분체 소재와 스크럽 비즈를 대체할 수 있는 천연 소재의 필요성이 더욱 강조되고 있다( Giustra et al., 2024). 그러나 현재 시장에서 사용되고 있는 대체 소재들은 환경 친화적이라는 장점에도 불구하고, 기능성 측면에서 기존 합성 소재 대비 성능이 낮거나, 피부 감촉 및 분산성 등의 측면에서 한계를 보이는 경우가 많다. 따라서, 기존 소재의 단점을 보완하면서도 친환경적이고 지속 가능한 새로운 원료 개발이 필수적인 상황이다( Paek, 2020). 이에 따라 친환경적인 미세플라스틱 재활용 기술을 마련하기 위해 최근 연구들은 생분해에 초점을 맞추고 있다( Lee et al., 2021; Mendenhall, 2018; Rao et al., 2020). 기존의 분체 코팅 방식은 요구되는 코팅 분체의 품질 및 특성에 따라 습식, 건식 또는 혼합법을 활용해왔다( Lee et al., 2010; Shim, 2008). 습식 코팅은 정밀한 코팅 제어가 가능하여 고품질 코팅을 구현할 수 있는 장점이 있지만, 다량의 유기용제 사용이 불가피하며, 공정 과정이 복잡하여 높은 비용이 발생하는 단점과 식물성분체과 같이 내수성이 약한 소재는 적용이 어렵다는 단점이 있다( Kim et al., 2013). 또한 건식코팅에 비해 다량의 용제 등을 필수적으로 사용하여 경제성이 떨어진다. 반면, 건식 코팅은 공정이 단순하여 경제적이며 오염 물질 배출이 없어 친환경적이지만, 코팅 품질이 상대적으로 낮고, 회전 속도가 너무 빠르면 분체의 분쇄가 발생하여 균일한 코팅을 유지하기 어렵다. 따라서 분체에 대한 표면 처리 코팅 방식 또는 복합화에 대한 관심이 증가함에 따라 연구가 활발히 진행중이다( Son et al., 2006). 하이브리드 코팅 기술은 건식코팅법으로 이러한 기존 코팅 방법의 한계를 극복하고, 특히 식물성 분체 소재의 고품질 코팅을 가능하게 하는 혁신적인 방법이다. 기존의 습식 코팅에서는 식물성 분체가 물 또는 유기 용제에 취약하여 고품질 코팅이 어려웠으나, 하이브리드 코팅 기술을 통해 이러한 문제를 해결할 수 있다. 하이브리드 코팅 기술은 특수 설계된 vessel과 impeller를 사용하여 분체의 순환 방향과 운동 특성을 조절함으로써, 균일한 코팅을 구현한다. 또한, 압력을 조절하여 분체 분쇄를 최소화하면서도 높은 품질의 코팅을 유지할 수 있도록 설계되었다.
식물성 분체 소재는 우수한 생분해성 외에도 인체 적용 시 다양한 이점을 제공할 수 있다. 천연 유래 성분은 피부 자극이 적고 알레르기 유발 가능성이 낮아 민감성 피부에도 적합하며, 피부 친화적 특성이 뛰어나다. 또한 식물성 전분 기반 분체는 피부에 자연스럽게 밀착되며 부드럽고 유연한 사용감을 제공함으로써 감각적인 만족도를 높일 수 있다. 일부 식물성 전분은 수분 보유력이 뛰어나 보습 효과를 기대할 수 있으며, 천연 다당류는 피부장벽 보호에 기여할 수 있다. 마이크로비즈 사용이 제한되는 글로벌 화장품 시장에서는 이러한 천연 분체가 합성 고분자 및 미세플라스틱의 대체재로 주목받고 있으며, 클린뷰티 및 비건코스메틱 등 윤리적 소비 트렌드에 부합하는 원료로서 유리하다. 더불어, 천연 항산화제나 항균성 식물 추출물, 천연 향료 및 색소 등과의 결합을 통해 맞춤형 분체로서 응용 가능성도 높다. 다만, 이러한 식물성 분체는 무기 분체에 비해 내수성이 낮고 보존성이 떨어질 수 있다는 단점이 존재한다. 이에 본 연구에서는 하이브리드 코팅(hybrid coating)기술을 적용하여 내수성과 안정성을 보완함으로써 식물성 원료의 한계를 극복하고자 하였다. 기존 무기 소재의 한계를 극복하고, 친환경성과 안정성을 확보할 수 있는 대안으로서 하이브리드 코팅 기술을 적용한 색조화장품용 분체 및 피부 스크럽용 소재를 개발하고자 한다.
Methods
1. 실험 재료
1) 시료
본 실험에서 전분(starch)에 하이브리드 코팅 기술을 적용한 분체 소재에 대한 제조공정을 기존 기술과 비교하여 Figure 1에 나타내었다. 즉, 전분에 magnesium myristate, lauryl lysine을 활용하여 하이브리드 코팅 기술을 통해 색조화장품용 분체소재(PlanCare) 및 스크럽 비즈(Neo Beads)를 개발하여 실험에 사용한 시료들을 Table 1에 정리하였다.
2) 시약 및 기기
전계방사형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Elelctron Microscope, GeminiSEm 300; Carl Zeiss, Germany)를 사용하여 입자를 측정하여 분석하였다. 세포 배양을 위해 37℃, 5% CO2 incubator를 사용하였으며 Dulbecco’s modified eagle’s medium (DMEM; Welgene, Korea) 배지에 10% fetal bovine serum (FBS; Gibco, USA)과 1% penicillin/streptomycine (PC/SM; Welgene)을 첨가하여 사용하였다. 세포 생존율을 측정하기 위해 water-soluble tetrazolium salt-1 (WST-1; DoGenBio, Korea)를 사용하여 microplate reader (Epoch; Biotech Instruments, USA)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 아밀레이즈 전분 가수분해 실험을 위해 α-amylase from Aspergillus oryzae (Sigma-Aldrich; USA)를 구입하였고 potassium iodide solution (Samchun, Korea)를 구입하여 흡광도를 측정하였다. 색차계 측정 실험을 위해 colorimeter (CM-700d; Konica Minolta, Japan)를 사용하였다.
3) 세포주
세포 독성 실험에 사용한 쥐 유래 대식세포주 RAW 264.7 세포는 한국세포주은행(Korean Cell Line Bank; Seoul; Korea)에서 분양 받아 실험에 사용하였다.
2. 실험 방법
1) 하이브리드 코팅 기술이 적용한 PlanCare와 Neo Beads 제조 방법
(1) Coated powder (PlanCare) 제조 방법
모분체(corn starch, particle size 5-30 μm) 100 g을 하이브리드 코팅기(centralized high pressure hybrid coating machine)에 코팅분체(lauoryl lysine, magnesim myristate)를 비율에 맞게 투입한다. 1500 rpm에서 5 min간 pre-mix 후 5000 rpm으로 15 min 동안 1차 코팅을 진행한다. 이때 chamber-vessel 온도는 상온 상압을 유지한다. 이후 코팅분체를 추가하며 위 과정을 3회 반복하여 식물성 coated powder (PlanCare)를 제조한다.
(2) 스크럽 비즈(Neo Beads) 제조 방법
상기 하이브리드 코팅 powder 제조 방법에 의해 제조된 PlanCare 100 g을 부형제(corn starch) 10 g, color pigment (iron oxide, chromium oxide) 1 g을 혼합하여 균질한 색상이 나오도록 섞어준다. 이후 과립기에 투입 후 결합제(carboxy methyl cellulose (CMC) 2%)를 30 g을 투입하여 과립을 형성하고 건조시킨다. 건조된 과립을 분급하여 과립 입자 크기를 균질화한다.
2) SEM 이미지 분석 방법
시료가 수분을 포함하고 있으면 진공 상태에서 변형될 수 있으므로 건조하고 비전도성 시료는 전자빔을 흡수하여 충전(charge-up) 현상이 발생할 수 있으므로, Au (금), Pt (백금), C (탄소) 등의 도전성 물질로 코팅시킨다. SEM 스텁(stub) 위에 시료를 접착제(탄소 테이프, 전도성 페이스트 등)를 이용해 부착하고 가속 전압을 설정한 후 진공 환경을 조성한다. 검출기를 선택한 후 초점과 배율, 대비 및 밝기 등을 조절한 후 이미지를 측정한 뒤 소프트웨어(ZEISS SmartSEM/ZEN)를 사용하여 분석하였다.
3) 세포 생존력 평가
생존력 평가를 하기 위해 WST-1 assay를 진행하여 확인하였다( Präbst et al., 2017). RAW 264.7 세포를 96 well plate에 1.0×10 4 cells/well이 되도록 seeding 후 37℃, 5% CO 2 incubator에서 24 h 동안 배양하였다. 배양 후 상층액을 제거하여 5, 1, 0.5, 0.1, 0.05%의 농도로 PlanCare를 희석하여 24 h 동안 처리하였다. WST-1 reagent와 투명 DMEM을 20:1 비율로 희석 후 분주하여 37℃, 5% CO 2 incubator에서 3 h 30 min 동안 반응시켰으며 450 nm 파장에서 microplate reader를 이용하여 흡광도를 측정하였다.
4) 아밀레이즈 전분 가수분해 평가
생분해도 측정방법으로 EC 방법，OECD 방법 ISO방법 등이 대표적인데 이러한 방법들은 유기화합물의 이론적 산소요구량(theoretical oxygen demand, ThOD) 용존산소농도(DOC) 등을 지표로 사용하고 있다. 본 연구에서는 OECD 301 method를 대체하는 방법으로 아밀레이즈 분해능을 평가하였다( Choi et al., 1996; Kim et al., 1999). PlanCare와 Neo Beads를 0.02 g/mL의 농도로 제조한 뒤 10% 아이오딘 용액을 0.5 mL 첨가해 청람색의 색 변화를 확인하였다. HCL buffer로 희석된 500 unit α-amylase 효소 1 mL를 더 첨가하여 37℃, 5% CO 2 incubator에서 10, 30 min 별 흡광도 변화를 620 nm파장에서 측정하였다.
5) 색 안정성 평가
PlanCare와 Neo Beads를 4, 25, 55, -20℃, Day Light 총 5가지 온도별로 보관하여 1-5개월 간 색차계로 측정하였다. 동일한 장소에서 시료 당 3회씩 측정을 시행하였다. 색차계 평가는 L, a, b, ΔE값을 측정하여 비교하였다( Lee & Kim, 2018).
6) 통계 처리
실험 결과에 대한 통계적 유의성 분석은 GraphPad Prism 5 (Software, Inc, San Diego, CA)를 이용하여 one-way ANOVA repeated measures를 실시하였다. 각 시료 간의 유의성 검증은 p<0.05 수준에서 사후 검정을 one-way analysis of variance with Bonferroni’s test로 검증하였다.
Results and Discussion
1. 주사전자현미경(SEM) 이미지 분석 결과
SEM 이미지 분석 결과 Figure 2에 나타내었다. 일반적인 건식 코팅에서는 구현할 수 없는 starch 입자와 하이브리드 코팅으로 균질하고 고른 코팅 starch 입자를 확인하였다( Figure 2C). 이러한 결과는 분체 표면에 균일한 피막을 형성한 선행 연구( Son & Han, 2024)와 일치하며, 하이브리드 코팅 기술이 건식 코팅의 물리적 한계를 보완할 수 있음을 시사한다.
2. 세포 생존력 평가 결과
RAW 264.7 세포에 대한 PlanCare와 Neo Beads의 세포 생존력 결과를 Figure 3에 나타내었다. 1% 이하의 농도에서 70% 이상의 세포 생존율을 보여, 높은 생체 적합성을 확인할 수 있었다. 세포 독성 평가는 ISO 10993-5:2009 기준에 따라 세포 생존율이 30% 이상 감소한 경우 독성이 있는 것으로 판단하며, 본 결과는 무처리군과 비교시 통계적 유의성이 없으며( p<0.05) 기준에 따라 모든 조건에서 독성 범위를 벗어나지 않았다. 이는 식물 유래 고분자 및 천연 유래 미립자를 바이오 캡슐화 소재로 활용할 수 있음을 보고한 선행 연구( Schwestka & Stoger, 2021)의 생체 적합성 결과에 기반한 것으로, 본 연구에서 개발한 코팅 분체 또한 저자극성의 대체 소재로서 활용 가능함을 시사한다.
3. 아밀레이즈 전분 가수분해 평가 결과
아밀레이즈 분석 방법을 응용하여 평가한 결과, 전분의 가수분해능을 기준으로 PlanCare와 Neo Beads의 α-amylase from Aspergillus oryzae 가수분해능을 평가하여 Figure 4에 나타내었다. 30 min 경과 후 전분과 유사한 60%의 생분해능을 나타내어, 코팅된 소재가 효소적 분해 과정을 방해하지 않음을 확인하였다. Lauoryl lysine 40%로 코팅한 PlanCare는 다른 코팅한 소재보다 낮은 대략 50%의 생분해능을 보였고 magnesium myristate 50%로 코팅한 소재도 약 57%의 생분해능을 보였다. 전분과 MgMy 50%를 제외한 모든 샘플들은 각각의 0 min과 비교시에 10, 30 min 모두 유의하게 생분해성이 나타났음을 확인하였다( p<0.001). 천연 고분자 기반 소재의 코팅으로 생분해 가능성을 보여준 선행 연구와 유사한 결과를 확인하였다( Karimi-Avargani & Biria, 2019).
4. 색 안정성 평가 결과
색 안정성을 비교하기 위해 5개월간 색차계를 이용하여 PlanCare와 Neo Beads의 L, a, b, ΔE값을 측정하여 보관온도별로 색 안정성을 L, a, b 값은 Table 2에, ΔE값은 Figure 5에 나타내었다. 천연색소 기반 또는 식물 유래 소재가 적절히 코팅될 경우 외부 자극(온도, 광)에 대한 내성을 확보할 수 있다는 기존 연구( Díaz-Montes, 2025)와 유사한 결과를 보였다. 보관 온도와 기간에 관계없이 산업적으로 색의 편차 인정하는 범위(1.5-3.0)안에서 모두 2 이하를 나타내어 색안정성이 우수하게 유지되었다는 것을 확인하였다( Wyble & Rich, 2007). 색의 편차 확인 시 초기와 비교하였을 때 일부 조건에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났지만, 모든 샘플은 전후가 시각적으로 허용 가능한 범위 내에 위치하여 실제 색상 변화는 인지되지 않는 수준이었다. 통계적인 차이는 존재하지만, 시각적으로는 일정한 색상 상태로 판단하였다.
Conclusion
본 연구의 하이브리드 코팅 기술은 기존 습식 및 건식 코팅 방식의 한계를 보완하며 천연 식물성 분체 소재에 대한 균일하고 고품질의 코팅을 구현할 수 있도록 설계된 혁신적인 기술이다. 기존 기술은 분체를 혼합하여 성형한 후 코팅하는 것에 비해 하이브리드 코팅 기술은 파우더 입자에 먼저 코팅하는 방법으로 종래에 불가피하게 사용할 수 밖에 없었던 chemical polymer를 natural polymer로 대체할 수 있게 한 것이 특징이며 또한 제조공정의 단순화로 기존의 제조 기술 보다 경제성을 확보할 수 있다. 특수 설계된 vessel과 impeller 시스템을 통해 분체의 흐름과 압력을 정밀하게 제어함으로써, SEM 이미지로 분석한 결과 균질하고 고른 입자의 코팅 품질을 유지하였다는 점을 확인할 수 있었으며 기존 방식의 단점을 최소화하였다. 유기용제를 사용하지 않는 친환경적 공정으로 지속 가능성을 높여 화장품 소재로서의 실용성을 극대화하고자 하였다.
RAW 264.7 세포주를 이용한 세포 생존력 평가 결과, PlanCare는 1% 이하의 농도에서 70% 이상의 세포 생존력을 나타내어 높은 생체 적합성을 확인할 수 있었다. ISC 기준으로 독성이 없고 제품적용에도 문제 없는 독성이다. 이는 하이브리드 코팅 기술이 적용된 소재가 피부 친화적이며, 화장품 원료로 안전하게 사용될 수 있음을 시사한다.
또한, 아밀레이즈 전분 가수분해 평가에서 30 min 경과 후 전분과 유사한 60%의 생분해능을 나타내어, 코팅된 소재가 효소적 분해 과정을 방해하지 않음을 확인하였다. Lauoryl lysine 40%로 코팅한 PlanCare는 다른 코팅한 소재보다 낮은 대략 50%의 생분해능을 보였고 magnesium myristate 50%로 코팅한 소재도 대략 57%의 생분해능을 보였다. 이는 코팅한 재료의 양에 따라 분해능의 차이가 있음을 보인다. 이는 하이브리드 코팅 기술이 원료의 생물학적 분해성(biodegradability)을 유지하면서도 기능성을 효과적으로 보호할 수 있도록 설계되었음을 의미한다.
색차계를 이용한 색 안정성 평가에서는 4℃, 25℃, 55℃, -20℃ 및 day light 조건에서 1-5개월 동안 보관 후 색차를 분석한 결과, 보관 온도와 기간에 관계없이 큰 차이를 보이지 않았으며 색의 편차를 인정하는 범위 안에서 색 안정성이 우수하게 유지되었다. 이는 하이브리드 코팅 기술이 색소 변색을 방지하고 장기간 안정성을 유지할 수 있도록 효과적으로 작용함을 보여준다.
본 연구의 결과는 하이브리드 코팅 기술이 적용된 천연 코팅 분체 소재가 생분해성, 색 안정성 측면에서 우수한 성능을 보이며, 기존 합성 소재 대비 친환경적이고 지속 가능한 대안이 될 수 있음을 강력하게 시사한다. 이러한 연구 성과는 화장품 산업에서 친환경적이고 기능성이 강화된 원료 개발을 위한 새로운 기술적 접근법을 제시하며, 색조화장품 및 스크럽 제품에 적용할 생분해성 화장품 분체 소재를 개발하였다.
Figure 1.
Comparison between conventional and hybridization coating process.
(A) The manufacturing process of conventional stabilized color scrub beads; (B) The manufacturing process of new stabilized color scrub beads using hybridization coating technology.
Figure 2.
SEM image of particles and comparison of particle size distribution.
SEM image of starch particles: (A) before coating; (B) after conventional dry coating; (C) after hybrid coating. Morphological differences in surface coverage and coating uniformity were clearly observed.
Figure 3.
Cell viability of PlanCare and Neo Beads.
The cytotoxicity test using the WST assay, conducted on mouse macrophage cells (RAW 264. 7), demonstrated a concentration-dependent cell viability of >70%. Control refers to the untreated group.
Figure 4.
Biodegradability of PlanCare and Neo Beads.
Starch degradation by amylase test using α-amylase from Aspergillus oryzae. Results showed that PlanCare and Neobeads, with the applied hybridization coating technology, degraded over time similar to starch. MgMy, magnesium myristate; LL, lauroyl lysine; MgMy 30%, starch 70% coated with MgMy 30%; MgMy 50%, starch 50% coated with MgMy 50%; LL 40%, starch 60% coated with LL 40%. *p<0.05, ***p<0.001, compared with each sample 0 min.
Figure 5.
ΔE-value of PlanCare and Neo Beads by storage temperature.
ΔE value represents the total color difference in L*, a*, and b*, making it useful for evaluating color stability. It showed color stability for five months regardless of the five storage temperatures. (A) ΔE-value variation during 5 months of storage at 4℃; (B) ΔE-value variation during 5 months of storage at 25℃; (C) ΔE-value variation during 5 months of storage at 55℃; (D) ΔE-value variation during 5 months of storage at -20℃; (E) ΔE-value variation during 5 months of storage in daylight. MgMy, magnesium myristate; LL, lauroyl lysine; MgMy 30%, starch 70% coated with MgMy 30%; MgMy 50%, starch 50% coated with MgMy 50%; LL 40%, starch 60% coated with LL 40%.
Table 1.
|
Coating material |
Ingredient
|
PlanCare
|
Neo Beads
|
|
Starch |
MgMy1)
|
LL2)
|
MgMy 30%3)
|
MgMy 50%4)
|
LL 40%5)
|
GR36 |
WH36 |
YL36 |
|
Image |
|
|
|
Table 2.
L, a, and b-values of PlanCare and Neo Beads by storage temperature
|
℃ |
Month |
Ingredient
|
PlanCare
|
Neo Beads
|
|
Starch |
MgMy1)
|
LL2)
|
MgMy 30%3)
|
MgMy 50%4)
|
LL 40%5)
|
GR36 |
WH36 |
YL36 |
|
L*6)
|
4 |
1 |
96.32 |
98.77 |
98.74 |
97.78 |
97.48 |
97.93 |
64.94 |
94.83 |
71.23 |
|
5 |
96.23 |
98.88 |
98.58 |
97.72 |
97.52 |
97.99 |
64.95 |
94.96 |
71.32 |
|
25 |
1 |
96.45 |
98.68 |
98.57 |
97.90 |
98.39 |
97.89 |
64.99 |
94.92 |
71.04 |
|
5 |
96.33 |
98.81 |
98.73 |
97.83 |
97.47 |
97.94 |
64.79 |
95.06 |
71.10 |
|
55 |
1 |
96.25 |
98.83 |
98.67 |
97.63 |
97.44 |
97.94 |
65.02 |
95.10 |
70.97 |
|
5 |
96.17 |
98.78 |
98.65 |
97.66 |
97.50 |
97.92 |
65.58 |
94.90 |
71.59 |
|
-20 |
1 |
96.36 |
98.77 |
98.73 |
97.67 |
97.57 |
97.94 |
64.91 |
94.22 |
70.70 |
|
5 |
96.34 |
98.80 |
98.77 |
97.80 |
97.46 |
97.92 |
64.98 |
94.45 |
71.01 |
|
Day light |
1 |
96.41 |
98.80 |
98.73 |
97.86 |
97.45 |
97.91 |
64.74 |
95.18 |
70.62 |
|
5 |
96.46 |
98.88 |
98.66 |
97.85 |
97.38 |
98.03 |
65.14 |
95.11 |
71.20 |
|
a*7)
|
4 |
1 |
0.03 |
0.01 |
0.01 |
-0.22 |
-0.06 |
0.00 |
-6.64 |
-0.84 |
10.14 |
|
5 |
0.06 |
0.00 |
0.00 |
-0.20 |
-0.08 |
-0.03 |
-6.66 |
-0.85 |
10.02 |
|
25 |
1 |
0.07 |
0.02 |
0.00 |
0.03 |
0.02 |
-0.01 |
-6.60 |
-0.87 |
10.22 |
|
5 |
0.02 |
-0.02 |
-0.01 |
-0.22 |
-0.10 |
-0.05 |
-6.54 |
-0.90 |
10.08 |
|
55 |
1 |
0.01 |
-0.01 |
0.02 |
-0.19 |
-0.07 |
-0.01 |
-6.66 |
-0.84 |
10.17 |
|
5 |
-0.01 |
-0.04 |
-0.02 |
-0.16 |
-0.09 |
-0.07 |
-6.51 |
-0.72 |
9.74 |
|
-20 |
1 |
0.06 |
0.01 |
0.02 |
-0.22 |
-0.07 |
0.01 |
-6.59 |
-0.95 |
10.03 |
|
5 |
0.06 |
0.00 |
0.01 |
-0.21 |
-0.07 |
-0.02 |
-6.65 |
-0.94 |
10.12 |
|
Day light |
1 |
0.09 |
0.02 |
0.02 |
-0.13 |
-0.03 |
0.02 |
-6.56 |
-0.79 |
10.16 |
|
5 |
0.05 |
0.00 |
0.03 |
-0.10 |
0.00 |
0.02 |
-6.62 |
-0.90 |
10.06 |
|
b*8)
|
4 |
1 |
2.43 |
0.99 |
0.81 |
3.46 |
1.16 |
1.49 |
8.29 |
8.29 |
24.74 |
|
5 |
2.40 |
0.95 |
0.80 |
3.48 |
1.13 |
1.52 |
8.11 |
8.14 |
24.58 |
|
25 |
1 |
2.43 |
1.06 |
0.86 |
1.45 |
1.12 |
1.49 |
8.21 |
8.39 |
24.59 |
|
5 |
2.50 |
1.06 |
0.89 |
3.40 |
1.24 |
1.57 |
8.05 |
8.21 |
24.48 |
|
55 |
1 |
2.87 |
1.23 |
0.90 |
3.44 |
1.24 |
1.66 |
8.28 |
8.11 |
24.47 |
|
5 |
2.95 |
1.34 |
1.28 |
3.38 |
1.31 |
2.19 |
7.93 |
7.94 |
23.09 |
|
-20 |
1 |
2.44 |
0.99 |
0.76 |
3.52 |
1.12 |
1.52 |
8.17 |
8.08 |
24.44 |
|
5 |
2.42 |
0.96 |
0.81 |
3.44 |
1.13 |
1.50 |
8.13 |
8.10 |
24.68 |
|
Day light |
1 |
2.40 |
0.96 |
0.76 |
3.04 |
1.05 |
1.43 |
8.20 |
7.73 |
24.34 |
|
5 |
2.23 |
0.87 |
0.65 |
2.71 |
1.06 |
1.01 |
8.14 |
7.78 |
24.87 |
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