I. 제목
국내산 상황버섯(Phellinus baumii)으로부터 피부면역활성 에센스 오일 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
화장품 시장의 급속한 성장 및 발전에 힘입어 중국과 유럽 시장에서의 한국제품의 경쟁력 확보가 이루어지고 있으며, 새로운 기능성 화장품에 대한 전반적인 인식의 변화 및 수요자의 수요 욕구가 증대되고 있는 가운데 화장품의 개념이 소비자의 욕구증대와 화장품 관련 기술발달로 단순 미화에서 고기능·다기능 제품으로 변화하고 있다. 화장품법 제정·시행(2000. 7. 1)으로 기능성화장품이 분리 신설됨에 따라 관련 기업의 활발한 연구개발과 시장이 확대되고 있으며 단순 미용개념의 화장품에서 기능성 화장품 신소재 개발 요구가 증대되고 있는 상황에서 특히 국내는 풍부한 약용작물을 이용한 천연추출물 화장품 원료개발이 유리하다는 장점을 가지고 있다. 더구나 기능성 화장품 원료개발은 의약품 및 건강기능식품 개발비용에 비해 저렴하지만, 시장에 대한 파급효과 및 매출은 대등하므로 천연물 화장품 소재개발의 사회, 경제적 중요성이 크게 부각되고 있다. 미백화장품의 경우 한국, 일본, 중국, 동아시아 시장이 증대되고 있으며 천연자원 활용 시 뽕나무의 멀베린과 같이 1제품 당 국내 년 2백억 원 매출이 예상되고 있으며, 천연식물을 활용한 기능성 원료개발은 의약품 개발보다 상대적 진입이 용이한 반면 시장규모도 적지 않다. 또한 기능성 화장품 원료개발 시 동시에 의약품 원료 개발 가능의 부가적 이점을 가지고 있으며, 천연원료는 특성상 다양한 생리활성 성분을 함유하고 있어 다양성이 중시 되고 있는 미래 화장품 원료개발에 적합하고 소재개발의 기간 단축 및 비용 절감의 장점을 가지고 있으므로 본 연구에서는 상황버섯을 이용한 기능성 천연추출물 화장품을 개발하고자 한다.
III. 연구개발 내용 및 범위
본 연구는 국내산 상황버섯으로부터 피부 면역 활성을 지닌 에센스 오일을 개발하고자 피부 면역 활성 효능을 규명하기 위한 유효성 시험 및 안전성을 확인하기 위한 독성시험을 실시하였고, 유효성과 안전성을 확인한 후 이를 응용한 시제품을 제작하였다. 이를 위하여 시제품 제작 시 고품질의 상황버섯 에센스 오일 생산을 위한 각 연구 및 생산단계별로 기능성 및 기초 독성을 check하였고, 시제품을 대상으로 한 화장품원료 등재 시험(독성/문헌자료)을 실시하였으며, 응용제품을 대상으로 하여 기능성 화장품 등록시험을 실시(기능성, 독성, 문헌자료)하였다. 또한 특허보완과 국제특허출원을 위한 기능성 연구보완 및 특허청구 범위를 확대하였고 기사용 화장품의 정유 성분과 생리활성을 비교 연구하여 상황버섯의 정유 성분을 분석 및 규명하고, 기사용 화장품 정유성분과의 보습효과에 대한 비교임상을 실시하였다. 본 연구의 결과물을 사업화하기 위하여 국제 화장품 원료 규격집 등재를 위한 독성 및 기능성 시험을 보완하였고, 각종 학회 등 전시회 출품을 위한 문헌 및 조사연구를 병행하였으며, 생산시설 확충 및 고품질의 에센스 오일 생산을 위한 생산단계 별 기능성/독성 연구를 진행하였다.
IV. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
1. 상황버섯 에센스 오일의 생물학적 활성규명
(1) 항산화 작용
피부세포 배양물에 과산화수소를 이용, 활성산소 생성을 유발하여 상황버섯 오일 첨가에 의한 세포내 활성산소가 억제됨을 확인하였다.
(2) 상황버섯의 동정
수거검체 3종에 대한 ITS부위의 염기서열분석 결과를 확인한 결과 각각 Phellinus igniarius와 98%, Phellinus linteus와 99%, Phellinus baumii와 99.8%의 상동성이 나타남을 확인하였고 이는 유통되고 있는 진흙버섯류의 제품명과 동정결과가 일치하였으며, 이중에서 초원농장에서 제공한 상황버섯은 Phellinus baumii로 나타나 정유 성분 등 에센스 오일 시험을 위한 원료로 사용하였다.
(3) 면역세포 증진, 항체 형성능 촉진
인체혈액으로부터 림프구를 분리하여 배양, 상황버섯 에센스 오일 및 시제품을 첨가하여 림프구 생장이 촉진됨을 DNA 합성량을 통하여 확인하였다.
(4) IgE 억제를 통한 피부 알러지 보호
IgE 생성억제를 측정하기 위하여 비만세포 (RBL2HB)에 상황버섯 에센스 오일을 첨가한 결과 세포탈과립화가 억제됨을 확인하였다. 특히 BuOH층과 EA층에서 비슷한 정도의 탈과립화 억제결과가 나타나 상황버섯 오일에 함유되어 있는 성분은 극성 방향성 화합물일 것으로 추정되며 약 10%의 탈과립화 억제효과가 나타났다.
(5) Systemic anaphylaxis 억제 효과
Mouse model에서 anaphylaxis를 유발한 쥐에 상황버섯 에센스 오일을 복강주사하였을 때 anaphylaxis가 억제됨을 확인하였으며, 혈청에서도 histamine 분비가 억제됨을 확인하였다.
(6) Cytokine 발현조절 기능 평가
인체 비만세포인 HMC-1으로부터 상황버섯 에센스 오일 시제품에 의한 TNF-α와 IL-6와 같은 cytokine 발현이 감소함을 Bio-plex system을 이용하여 확인하였다.
2. 상황버섯 에센스 오일의 생산공정 연구
(1) 에센스 오일 생산공정 연구
상황버섯으로부터 에센스 오일을 생산하기 위하여 증류법, 용매추출법, 오일추출법, 초음파 추출물을 사용하여 생산량을 비교한 결과 오일을 용매로한 초음파 추출이 가장 생산수율이 높았다.
(2) 최적 생산공정
따라서, 증류법을 이용한 1차 생산을 통하여 에센스 오일을 생산하는 동안 부산물로 화장수 190kg을 얻었으며, 최종 오일을 용매로한 초음파추출을 통하여 100kg의 상황버섯으로부터 (사용한 상황버섯은 성분 및 효능은 동일하나 겉모양 및 가공과정에서 외관이 손상된 비상품으로 하였다) 160ml의 농축 에센스 오일을 얻었으며, 추출물 70kg을 얻어 최종 15kg으로 농축하였다. 따라서, 본 생산을 통하여 최종적으로 에센스 오일, 상황버섯추출물, 상황버섯 화장수를 생산할 수 있었다.
3. 상황버섯 에센스 오일의 개발 및 효력/독성 전임상
(1) 상황버섯 에센스 오일 및 시제품의 단회 투여 독성 평가
본 시험에서 시험물질 투여와 관련된 어떠한 독성 증상도 관찰되지 않았으며 LD 50 값은 50ml/kg을 훨씬 상회할 것으로 생각되었다. 이상의 결과에서 상황버섯 에센스 오일 및 시제품은 수컷 마우스에 의한 경구투여를 통한 단회 투여 독성시험에서 안전한 물질인 것으로 판단되었으며, 따라서 식품 및 화장품 소재로의 이용에 적합할 것으로 사료된다.
(2) 피부트러블 억제
Benzoic acid와 같은 염증유발 물질을 마우스의 귀에 처치하고 상항버섯 에센스 오일을 처리한 결과 유발 물질에 의한 피부트러블이 완화됨을 확인하였으며, 상황버섯 에센스 오일이 5% 함유된 Olive oil 및 chemical을 동시에 처리한 경우에는 마우스의 귀에 피부트러블 및 염증이 유도되지 않았다.
(3) 피부암 억제
피분암세포(마우스 melanoma, B16-BL6)를 마우스의 등배부에 주입하여 암세포에 의한 폐사율 억제 (Life span 증가) 및 암세포 크기를 측정한 결과, 시험기간 중 사망동물은 대조군에서만 1례가 관찰되었고 암세포의 무게 변화는 대조군에 비해 상황버섯 에센스 오일 10ml/kg/day 투여군에서 암세포의 크기가 42.54% 감소하였다.
(4) 안점막 시험
안검사에 있어서는 시험물질 투여 후 1, 24, 48, 72, 96 시간 및 7일째에 관찰을 실시하였는데, 모든 동물에서 투여 후 7일째까지 각막, 홍채, 결막에서 모두 이상소견이 전혀 관찰되지 않았다.
(5) 국소독성시험
시험물질인 상황버섯 에센스 오일을 New Zealand White계 토끼 등 피부의 찰과·비찰과부위에 경피도포한 결과, 시험물질에 기인한 일반증상의 변화는 관찰되지 않았으며 사망동물도 없었다. 또한, 시험물질 적용 후 7일째에는 홍반과 가피형성정도가 대체적으로 뚜렷한 회복 경향을 나타내었으며 찰과와 비찰과피부 모두에서 부종은 관찰되지 않았다.
4. 활용 방안
상황버섯 중에서 P. baumii는 자체로서의 제품뿐만 아니라 식품첨가제, 기능성화장품 등 기타 식의약화장품의 첨가제로서의 가능성을 확인하였으며, 이로 인하여 제품의 다양화를 가져와 농가수입의 증대가 예상되며, 상황버섯의 원물 수확 시 다량 발생하는 파쇄된 절편 부산물을 이용할 수 있으므로 부가적인 농가소득의 향상을 기대할 수 있다. 또한 피부암세포억제, 항산화효과, 면역세포활성이 확인 된 바 제품화 성공가능성이 매우 높을 것으로 예상되고, 생장속도가 빠른 상황버섯을 이용하므로 국내산 상황버섯의 생산원가 절감과 인력절감이 기대되며, 에센스 오일의 추출에 있어서도 기존의 추출설비를 이용하므로 생산비 절감도 기대할 수 있다.
특히, 본 연구결과를 토대로 증류법과 오일을 용매로 이용한 초음파추출을 통하여 champhor 및 borneol 함량이 각각 6.25 및 0.5%정도인 상황버섯 에센스 오일을 100kg의 비상품 상황버섯으로부터 160ml을 획득할 수 있으며, 이외에 부가적으로 190kg의 상황버섯 성분함유 화장수와 최종농축물 15kg의 상황버섯 추출물을 생산할 수 있으므로, 상황버섯 에센스 오일과 함께 다양한 화장품 용도로 개발이 가능하다.