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[최신연구] 닛콜그룹, 비타민C 유도체 유효성분 연구

지용성 비타민C 유도체 손상 모발 회복기술 소개

# 지용성 비타민C 유도체 이용한 모발 회복효과

 

1. 서론


1-1. 지용성 비타민C의 소개1)

 

비타민C인 아스코르브산은 미백 작용, 여드름, 주름개선 효과 등 다양한 생리활성을 갖고 있어 피부 관리 화장품 성분으로 유용하게 사용된다. 그렇지만 향료와 화장품에 포함된 아스코르브산은 안정성이 매우 낮으므로 아스코르브산의 안정화를 위해 다양한 유도체를 검토했다. 아스코빌테트라이소팔미테이트(VC-IP)는 아스코 르브산(VC)과 아이소팔미트산(IP)의 완전 에스터 화합물인 지용성 비타민C 유도체다(그림1).

 

그림1 아스코빌테트라이소팔미테이트의 화학구조

 

 

활성 주체인 아스코르브산의 작용기가 모두 지방산과 에스터 결합을 하고 있어 향료와 화장품 속에서도 안정성이 뛰어나다. VC-IP는 지용성이므로 피부 친화성이 뛰어나고 경피 흡수성이 높다. 또 VC-IP가 피부에 흡수되면 에스테라아제와 같은 피부 속 효소가 VC-IP 사이의 에스터 결합을 절단해 비타민 C를 생성하는 사실이 밝혀져 있다. 이같은 피우수한 경피 흡수성, 흡수 후에 분해된 비타민C가 갖는 다양한 생리활성은 피부 관리 분야에서 이미 증명된 성질들이다.

 

1-2. 손상 모발과 손상 회복기술의 현황

모발은 바깥쪽부터 안쪽으로 단백질이 큐티클, 모피질, 모수질을 형성한다. 이 중 가장 바깥에 있는 큐티클은 외부손상요인(열, 자외선, 마찰 등)에 대응해 모발 내부를 지키는 역할을 한다. 모발은 피부와 달리 자가회복 기능이 없으므로 앞에서 언급한 손상요인의 영향을 늘받게 되어 모발 손상이 축적된다. 모발 손상이 축적되면 모발 표면의 18-메틸에이코산산(18-MEA)이 소실되고 모발 단백질 유래 설포기, 아미노기 등의 친수성기가 표면에 노출된다.

 

그 결과, 큐티클 박리와 모발 내의 공동화(空洞化)가 발생해 모발 손상이 겉으로도 드러난다. 윤기와 탄력 감소, 엉킴 악화 등이 나타난다. 이러한 모발 손상의 회복을 위해 트리 트먼트제에 포함된 양이온 계면활성제를 모발에 흡착시키는 방법이 일반적으로 사용된다. 단, 흡착을 이용한 모발 회복은 일시적인 효과에 그치며 모발 자체를 회복시키는 효과는 거의 없다.

 

1-3. 지용성 비타민C를 이용한 손상 모발 회복 가능성 착안


위에서 언급한 바와 같이 모발이 손상되면 친수성기(설포기, 아미노기 등)가 밖으로 노출되며 이러한 친수성기는 유기화학적으로 반응하는 성질이 있다. 즉, 1-1에서 언급한 생체내 효소가 갖는 기능을 모발 표면에서 발휘하도록 한다면 VC-IP의 에스터 결합을 분해할 수 있을 것으로 예상된다. 그리고 이러한 에스터 결합 분해과정에서 모발이 VC-IP의 아이소팔미트산과 화학적으로 결합하고 이것이 18-MEA의 역할을 대신 하게 되어 손상 모발이 회복될 것이라고 기대해 이 연구를 진행하게 됐다.

 

2. 지용성 비타민C가 모발에 미치는 효과 확인

 

모발에 미치는 효과를 확인하기 위해 흑발 인모(Beaulax(주))를 탈색 처리해 손상을 가한 후 모발의 물접촉각 측정과 주사전자현미경(SEM) 관찰을 통해 모발 회복효과를 평가했다. 표1에 탈색 처리 전후의 모발 평가결과를 정리했다.

 

표1 탈색 처리 전후의 모발에 대한 물 접촉각과 SEM 사진

 

 

표1에서 탈색 처리 후 모발의 접촉각이 작아지고(발수성 저하) 큐티클이 박리된 것으로 보아 모발 발수성과 모발 상태에 상관성이 있음을 확인했다. 손상 모발에 각종 유제를 도포하고 실온에서 60분간 놔둔 후 세척 과정을 거친 모발의 접촉각과 SEM 사진을 표2에 정리했다.

 

표2 각종 처리를 거친 모발의 물 접촉각과 SEM 사진

 

 

손상 모발에 스쿠알렌만 도포한 경우, 세척 과정에서 모발에 흡착된 스쿠알렌이 제거되어 접촉각이 원래의 손상 모발과 같았고 큐티클 박리 현상도 확인됐다.

 

반면에 0.5 wt.%의 VC-IP를 배합한 스쿠알렌을 도포한 경우에는 세척 후에도 발수성이 있음을 나타내는 접촉각 값을 보였으며 큐티클 박리 현상도 확인되지 않았다. 더욱 VC-IP의 모발 발수성 회복과 큐티클 박리 수복 효과는 다양한 유제(극성 오일, 실리콘 오일)를 사용했을 경우에도 발휘됨을 확인했다. 그리고 VC-IP배합 오일을 처리한 모발은 여러 차례 세척한 후에도 여전히 높은 모발 발수성을 유지했다. 즉, VC-IP는 손상 모발을 건강한 모발과 흡사한 상태로 회복시키는 효과를 갖고 있었다.

 

위의 평가는 손상 모발에 직접 유제를 도포하는 방식으로 이루어진 것이나 일상적인 모발 관리에서는 샴푸와 컨디셔너 등의 처리 과정을 거친다. 최근에는 비실리콘계 제품도 늘어나는 추세이나 일반적인 시판 컨디셔너에는 대부분 실리콘 성분이 포함되어 있으며 이 실리콘 성분과 양이온 계면활성제가 모발 표면을 코팅한다. 이처럼 코팅된 모발의 경우에도 위와 같은 효과를 얻을 수 있을지 확인하기 위해 그림2에 제시한 방법으로 처리한 후 위와 동일한 평가를 진행했다.

 

그림2 일상환경을 가정한 평가법의 개요

 

 

표3에서 알 수 있듯이 컨디셔너 처리 후에는 모발 발수성이 높아지고 큐티클 박리가 회복되지만 세척 후에는 발수성이 손실되고 큐티클도 박리됨을 확인할 수 있다. 일반적인 컨디셔너는 모발 표면에 함유성분을 흡착시켜서 모발의 질감을 개선시킨다. 그러나 흡착 성분은 세척을 통해 쉽게 제거되며 제거 후에는 원래의 손상 모발 상태로 돌아가는 것을 표3의 결과를 통해 알수 있다. 그림2의 B 경로(컨디셔너 처리 후 모발 오일 도포) 결과를 표4에 정리했다.

 

표3 각종 처리를 거친 모발의 물 접촉각과 SEM 사진

 

 

표4 컨디셔너 처리후, 각종 유제를 도포한 모발의 물 접촉각과 SEM 사진

 

 

이때 모발 코팅에 사용된 제제는 모발 오일로 가정했으며 VC-IP 배합 또는 미배합 스쿠알렌 용액을 사용했다. 컨디셔너 처리 후 스쿠알렌만 도포한 경우, 표3에서 알 수 있듯이 모발 발수성이 사라지고 큐티클이 박리 됐다. 단, 스쿠알렌에 0.5 wt.% VC-IP를 혼합하면 세척 후에도 모발 발수성과 큐티클이 유지되는 것을 확인할수 있었다. 즉, 컨디셔닝 성분으로 코팅된 모발에서도 VC-IP의 모발 회복효과가 나타나는 것을 알 수 있다.

 

3. 지용성 비타민 C의 작용 메커니즘 규명


앞에서 살펴본 VC-IP의 모발 회복효과의 작용 메커니즘을 알아보기 위해 유리기판을 사용해 실험을 진행했다. Smith 등의 보고를 바탕으로 아미노기로 수식 처리된 유리기판을 제작한 후2) 아미노기 수식 유리기판에 각종 유제를 도포해 실온에 놔뒀다. 도포한 유제를 세척한 후 측정한 유리기판의 물 접촉각은 그림3에 그래프로 정리했으며 VC-IP를 도포한 유리기판에서만 발수성이 나타났다.

 

그림3 각종 유제 도포 후, 아미노기 수식 유리기판의 물 접촉각

 

 

이 결과는 VC-IP가 아미노기에 반응해 아미드 결합을 형성함을 의미하며 유리기판 위에 아이소팔미트산이 존재함을 암시한다. 이런 결과는 VC-IP가 갖는 화학 구조의 특징 때문에 얻어지는 것으로 보인다. VC-IP는 향료와 화장품에서 안정하게 존재하는 지용성 비타민C 유도체지만 화학적 유기구조 관점에서 볼 때 산 무수물에 가까운 구조를 가진다. 화합물 구조로 볼 때, 에스터 구조보다 산 무수물 구조가 아미노기와 잘 반응한다. 즉, 다른 에스터 유제와 달리 VC-IP는 아미노기와 반응한다. 따라서 유리기판에서 발수성을 나타내는 위의 결과는 유기화학적 관점에서 타당하다.

 

다음으로 VC-IP 농도와 반응시간의 관계도 조사했 다. VC-IP가 0.5 wt.%, 잔여물은 스쿠알렌인 용액을 조제한 후 도포 시간을 달리해(5, 10, 30, 60분) 농도와 도포 시간에 따른 아미노기와의 반응성을 검토했다. 그리고 유리기판의 접촉각을 반응성 지표로 삼아 도포 시간과 접촉각의 관계를 그림4의 그래프로 나타냈다.

 

그림4 아미노기수식 유리기판에 대한 VC-IP 도포 농도와 시간, 접촉 각의상 관성

 

 

그래프에서 알 수 있듯이 VC-IP 농도가 0.5, 100 wt.%일 때 접촉각은 큰 차이가 나지 않으며 도포 5분 후부터 발수성을 나타내고 10분 후에는 일정 수준의 접촉 각을 유지했다. 따라서 저농도 VC-IP에서도 단시간에 아미노기와 충분히 반응함을 알 수 있다. 위 결과를 바탕으로 고찰할 때, 모발 표면의 아미노기와 VC-IP의 반응 메커니즘은 그림5에 나타낸 모델로 추정된다.

 

그림5 아미노기와 VC-IP의 반응 메커니즘

 

 

아미노기와 VC-IP가 만나면 아미노기의 고립전자쌍이 에스터 결합을 공격해 아미노기와 VC-IP의 2분자체가 형성된다. 2분자체 내에서 N원자와 O원자의 전하 불균형이 발생한다. 이 불균형을 해소하기 위해 O원자가 N원자에 결합된 H원자를 공격해 빼앗는다. 그 후 빼앗은 H원자는 다시 이동하여 결국에는 VC와 분리된다.

 

이때 원래 VC-IP와 에스터 결합해 있던 아이소팔미트산이 아미노기와 결합한 형태로 남게 된다. 이러한 아미드 결합을 통해 아이소팔미트산이 모발 표면에 머무르게 되어 손상 모발에 발수성을 제공한다. 게다가 화학 결합을 이루고 있으므로 지나친 세척에도 씻겨 나가지 않고 회복효과를 나타내는 것으로 보인다.

 

끝으로 지용성 비타민C 유도체인 아스코빌테트라이 소팔미테이트가 손상 모발의 아미노기에 작용해 회복 효과를 나타낸다는 내용을 설명했다. 이 연구에서 다룬 내용은 모발과의 화학 반응에 주목했다는 점에서 양이 온화 물질의 흡착을 통해 손상 회복효과를 꾀했던 기존의 모발과학의 접근법과는 다르다. 화학 반응을 이용하기 때문에 모발세척 후에도 회복효과가 지속되므로 새로운 손상 회복법이 될 것으로 기대한다.

 

피부과학 분야와 비교해 모발과학 분야에서는 비타민C의 효과 검토와 분석이 그다지 주목을 받지 못하고 있다. 이 연구가 모발과학에서 비타민C와 각종 비타민C 유도체의 효과 검토, 분석을 고려하는 계기가 되길 바란다.

 

참고문헌

1) 요코타 마리코, 야하기 쇼이치, Fragrance Journal, 43(9), 57-63 (2015).
2) EA Smith and W. Chen, Langmuir, 24, 12405-12409 (2008)

 

저자
이름 : 미소노 다케시(Takeshi Misono)

소속 : 니콜그룹(주) 코스모스 테크니컬 센터(Nikkol Group Cosmos Technical Center Co., Ltd.)

주소 : (174-0046)도쿄도 이타바시구 하스네 3-24-3
TEL : +81-3-3966-7541
FAX : +81-3-3966-7307
E-mail : misotake@nikkolgroup.com

 

문의처
풍림무약(주)

주소 : 서울시 중구 소월로10 단암빌딩 16층

TEL : 02-6905-3145

FAX : 02-756-5402
E-mail : cosmetics@richwood.net

홈페이지 : www.richwood.net

 

 

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