감귤 가공업체가 감귤을 주스등으로 가공하는 과정에서 전체 중량의 약 40%가 감귤박으로 나옵니다. 2022년 기준 감귤주스를 만들고 난 뒤 버려지는 껍질과 부산물인 감귤박은 5만톤가량 발생하며 해양투기가 금지되면서 이를 처리하기위해 매년 약 12억원의 비용이 사용되고 있습니다. 감귤박은 가공과정에서 즙을 짜내고 바로 배출되는 형태이기 때문에 수분함량이 높고, pH가 낮아서 이용에 제한적입니다. 하지만 감귤박에는 비타민 C, 플라보노이드, 카르티노이드, 펙틴과 같은 유효한 생리활성 물질을 다수 포함하고 있으므로 이러한 감귤박을 활용하여 고부가가치 물질로 전환하기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있습니다. 현재 친환경 가축사료와 사료첨가제, 버섯배지 등으로 제한적으로 사용되고 있지만 그 사용량이 한정적입니다.
바이오계면활성제는 통상적으로 생체 유래의 계면활성제를 총칭하고 있지만 연구분야에서는 미생물에 의해 균체 외에서 생산되는 양친매성 지질을 뜻합니다. 바이오계면활성제의 연구는 1960년대 시작으로 해서 친환경적인 계면활성제로의 응용에 관련된 연구를 시작으로 나노 기술이나 라이프사이언스와 같은 분야로 확대되고 있습니다. 이러한 바이오계면활성제는 크게 친수성기의 종류에 따라 구분되며, 통상적으로 생산되는 미생물의 기원과 화학조성에 따라 구별됩니다. 석유화학 및 유지화학에서 생산하는 화학 계면활성제는 환경적, 안전성에서 문제점이 있는 반면, 미생물로부터 생성되는 바이오계면활성제는 낮은 독성, 용이한 생분해성, 온화한 생산조건 등의 장점을 가지고 있어 전통적인 석유화학 계면활성제를 대체할 수 있을 것으로 기대되어지고 있습니다. 그러나 바이오계면활성제의 높은 생산원가, 낮은 역가 및 응용 가능분야의 한계 등의 문제점이 산업화에 제약을 주고 있습니다. 최근, 기술 및 공정이 발달됨에 따라 경제성이 충족되는 일부 바이오계면활성제에 대해 산업화를 위한 활발한 연구가 진행되고 있습니다.
바실러스 균주는 통상적으로 안전하다고 인정된 균주로서 성장속도가 빠르고 높은 단백질 분비능력과 같은 다양한 장점을 지니고 있어 생명공학산업 분야에서 널리 사용되어 지고 있습니다. 특히, surfactin과 iturin 등 유용한 바이오계면활성제를 생산할 수 있는 균주로 알려져 있으나 생산단가가 높은데 반해 생산수율이 낮아 산업화에 한계점을 가지고 있습니다. 그러므로 낮은 생산단가로 높은 수율의 바이오계면활성제를 생성할 수 있는 공정의 개발이 산업화를 위해 필수적인 과정입니다. 또한, 경제적인 관점에서 가격 경쟁력을 갖추기 위한 대량생산 기술 개발 역시 필요할 것으로 보입니다.
피부 투과 시험 방법은 생체 내 시험과 체외 시험의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 생체내 시험법은 전신순환 및 대사에 관한 일반적인 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 살아있는 동물을 사용해야 하므로 초기 투과단계를 구별하기가 어렵습니다. 그리고 실험에서 사용하는 쥐나 돼지 등의 피부는 종 특이성으로 인해 실제 인간피부와의 차이가 있어 인간피부에 대한 결과 값과는 차이가 있습니다. 체외 피부투과시험법은 피부를 통과하여 이동하는 시험물질의 양을 측정하는 방법으로 사람의 피부나 다른 종의 피부를 사용할 수 있고 시험물질의 반복측정이 가능하며, 실험동물을 사용하지 않고도 투과 조건을 연구하는 것이 가능합니다. 또한, 사용할 수 있는 시험물질의 범위가 넓고, 윤리적인 이유로 생체 내 시험으로는 평가할 수 없는 피부 손상과 피부 투과 사이의 관계를 연구할 수 있다는 장점이 있습니다. 뿐만 아니라, 체외 피부투과시험은 물질의 조성에 따른 투과도를 비교할 수 있어 인체 내 피부투과로 인한 위험성 평가에 유용한 모델로 활용될 수 있습니다. 이번 연구를 통해 새롭게 디자인한 피부 투과도 측정시스템은 실험과정에서 생길 수 있는 공기방울을 자동적으로 제거하고 피부를 통해 투과되는 양을 실시간으로 측정가능한 시스템입니다.
체외 투과도 시험 중 투과층에 생기는 공기방울은 시험결과 신뢰도에서 가장 큰 문제로 여겨지고 있습니다. 그리고 한번 형성된 공기방울은 시험 중 제거가 불가능하며 시험에 사용된 피부와 물질은 재사용이 불가능합니다. 이러한 이유로 시험자는 샘플링이나 조작에서 많은 주의를 요하고 있습니다. 시험자가 franz cell의 투과면에 시험용 피부를 장착할 때 공기방울의 형성될 수 있습니다. 또한 OECD 시험법 가이드라인 기준 6회 이상 투과농도 측정이 필수적으로 되어있어서 시험자는 franz cell에서 샘플링을 진행해야 하는데, 이러한 샘플링과정은 franz cell 내부로 공기방울이 주입되는 가장 큰 요인으로 작용하고 있습니다. 하지만 이 시스템을 적용하면 초기 조건에서 시험 중 franz cell 내부에 형성된 공기방울은 순환라인을 통해 버블트랩으로 들어가며, 다시 franz cell로 들어갈 때에는 공기방울이 제거되어 다시 들어가지 않게 되는 시스템입니다. 이 시스템은 기존의 FPLC가 가지고 있는 순환라인의 밸브를 통해 샘플링이 가능하고 버블트랩의 조절을 통해 샘플링으로 인해 감소된 버퍼를 간단하게 충전해줄 수 있습니다. 또한 시험기간동안 UV detector를 통해 지속적으로 투과량 측정이 가능하여 약물전달에서 중요한 전달속도와 방법을 최적화하는데 적합한 시스템으로 적용이 가능합니다. 본 연구에서 바실러스 발효를 통해 생산한 바이오계면활성제의 피부투과도 향상 성능을 검증하였고 돼지피부와 인공피부에서 모두 대조군대비 향상된 투과능을 확인할 수 있었습니다. 본 연구를 통해 개발된 감귤박을 이용한 바실러스 균주에서 생산된 바이오계면활성제 효능을 검증하였고, 공기방울 제거 및 실시간 투과도 측정 가능하도록 설계된 체외 피부 투과도 시스템을 이용하면 보다 효율적이고 신뢰도 있는 결과를 도출할 수 있을 것입니다.