지속력 향상을 위한 립 스테인 화장품 제조 및 평가
Preparation & Evaluation of Lip Stain Cosmetics with Improved Longevity and Hydration
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Trans Abstract
Lip stain is a cosmetic product formulated to impart color to the lips while ensuring a natural, sheer, and long-lasting effect. This study aims to develop lip stain cosmetics with enhanced longevity and evaluate their performance. We formulated a lip stain incorporating sodium polyglutamate crosspolymer, hyaluronic acid, and glyceryl glucoside to improve durability and moisturizing properties. The stability of the formulations was assessed through centrifugation and thermal cycling tests. To evaluate safety and efficacy, thirty Korean female volunteers in their twenties, with no adverse clinical history related to lip products, were enrolled in this study. The results indicated that the stability of the lip stain formulation was confirmed via centrifugation and cycling tests. The cumulative irritation test results showed that none of the participants exhibited any adverse reactions, confirming the cosmetic’s safety. These findings provide valuable data supporting the safety of the lip stain for repeated use. Finally, the durability assessment demonstrated a statistically significant increase in redness after 8 hours, indicating the manufactured lip stain’s excellent durability. This study presents the potential for developing functional lip makeup cosmetics with improved longevity properties.
I. 서 론
최근 소비자의 화장품 선택 요인은 과거 브랜드 인지도에서 목적성, 기능성으로 변화되고 있으며 이에 따라 미백, 보습, 자외선 차단 및 흡수, 유해산소 제거, 콜라겐 합성, 피부 주름 방지 등 다양한 효능의 화장품이 개발되고 있다. 특히 피부과학과 화학공학의 결합에 기초하는 기능성 화장품 시장은 꾸준한 상승세를 이어갈 것으로 전망되고 있다(Eom, 2015).
한국보건산업진흥원의 2020년 화장품산업 분석 보고서에서도 코로나 19로 인한 세계 경제 수요 및 공급 악화로 화장품 시장 규모가 둔화되는 양상을 보고하였으나, 유통시장의 디지털 전환, 라이브 커머스 등의 활용으로 2021년 세계 화장품 시장 규모는 반등하여 2024년(5,263억 달러)까지 꾸준한 증가세를 보일 것으로 전망하였다. 2019년 화장품 품목별 시장규모를 살펴보면, Skin Care가 1,369억 달러(32.6%)로 가장 큰 시장을 형성했고, Hair Care(17.6%)와 Colour Cosmetics(16.6%)가 순이었다. 세부 유형별로는 Facial Make-Up이 전체의 6.5%를 차지하고 있으며, 특히 전년 대비 증가율이 가장 큰 유형 중 Lip Products가 6.2% 증가율을 보였다. 이는 립 메이크업 제품이 전체 색조화장품 부문에서 중요한 성장 동력으로 작용하고 있음을 알 수 있는 자료이다.
립 메이크업 화장품의 국내외 연구현황을 살펴보면, 천연색소를 적용한 연구(Lee et al., 2013; Kim et al., 2013)가 발표되었고, 기능성 원료의 적용으로는 피막 형성제를 활용하여 유지력이 향상되는 립글로스의 개발(An & Kim, 2019)과 립 플럼핑 제품의 개발에 관련한 특허 및 연구(Mazzarello et al., 2017; Song et al., 2020), 립 타투 필 오프 화장료 조성물(특허 출원 10-2014-0144633) 등이 보고되었다. 기능, 효용성을 기반으로 한 색조화장품 관련 연구는 피부관리 분야의 연구에 비해 여전히 매우 미흡하게 보고되고 있다.
최근 마스크 사용으로 인해 립 메이크업 제품이 마스크에 묻어나는 불편함을 해결하기 위한 립 틴트, 립 타투, 립 스테인 제품이 출시되고 있다. 이러한 트렌드는 코로나 19 이후로 인한 뉴노멀 시대에 부합하는 기능성 색조화장품의 소비자 요구라 할 수 있다. 그러나 립 타투 혹은 틴트 제품은 입술을 자연스럽게 물들이고, 마스크에 잘 묻어나지 않아 소비자의 호응이 높으나 실제 사용에 있어서 효용성에 한계가 있다. 가장 중요한 한계점은 지속력이다. 세미퍼머넌트 아이브로 제품과 피부 착색 제품의 지속력이 7일간 유지되는 것에 비해 립 틴트의 착색 지속력은 12시간에서 24시간으로 광고, 출시되고 있으나 그 효과에 대한 과학적인 데이터가 수반되는 제품이 많지 않다는 점이다. 또한, 매트한 제형의 립 틴트, 립 타투 제품을 적용하였을 때 입술이 건조해지고 갈라지는 부작용이 나타나며, 글로시한 제형의 립 틴트 제품의 경우 번짐으로 인하여 구강 내부에 유입뿐 아니라 치아에 착색될 수 있는 부작용이 나타나고 있다. 따라서 이러한 기술적 문제점을 보완할 수 있는 새로운 접근의 립 메이크업 화장품 개발이 필요하다. 따라서 이 연구에서는 지속력이 우수한 립 스테인(lip stain) 화장품을 제조하고, 이에 대한 안정성, 안전성, 사용 후 지속력을 평가하였다.
II. 재료 및 방법
1. 재료 및 제조
식품의약품안전처 고시「화장품법」제 8조 제2항의 화장품의 색소 종류와 기준 및 시험방법 (식약처 고시 제2013-13호) 고시에는 이전에는 규정되고 있지 않았던 기존의 타르색소 이외의 화장품에 사용할 수 있는 색소 45종을 추가하고 색소의 종류와 기준 및 시험방법을 개정하여 화장품용 색재에 대한 규정을 시행하고 있다. 식품의약품안전처 고시에 따라 립 틴트 제품색 적용에 적합하며 우수한 착색력을 가지는 수용성의 색소인 Phloxine B (CI 45410)를 색재 원료로 선정하였다. 지속력 및 보습 향상을 위한 효능원료로는 소듐폴리글루타메이트크로스폴리머(Sodium Polyglutamate Crosspolymer), Hyalurnoic acid, Glyceryl glucoside를 적용하였다.
Chemical formula of Phloxine B
립 스테인 제조에 사용한 원료 및 제형은 Table 1과 같다. A 원료를 계량하여 비커에 투입하고 65℃에서 Agi mixer를 이용하여 300 rpm에서 용해하였다. 정제수에 색재를 용해한 후 A상과 혼합하였다. 마지막으로 C상의 원료를 65℃에서 Agi mixer 300 rpm를 이용하여 균일하게 혼합 교반하였다. A+B 상의 용액에 C 상을 투입하여 완전 분산을 확인 후 여과, 탈포하였다.
Ingredients of Lip Stain (Unit : g)
2. 제조한 립 스테인 화장품의 안정성(Stability) 평가
화장품의 제형 안정성을 평가하기 위해 원심분리 테스트, 사이클링 테스트를 하였다. Control과 립 스테인 시료를 원심분리 튜브에 5 ml를 담아 원심분리기(Benchtop centrifuges HA-1000-3, Hanil Science Medical, Korea)에 넣고, 3000 rpm에서 4시간 동안 원심분리를 하여 분리 상태를 5단계로 구분하였다. 5단계는 제형의 분리가 없고, 4단계 1 mm 분리, 3단계 2 mm 분리, 2단계 3 mm 분리, 1단계 4 mm 이상 분리로 평가하였다.
온도변화에 대한 안정성을 평가하기 위해 사이클링 테스트를 시행하였다. 저온과 고온에서의 사이클링 테스트를 통한 제형 변화와 분리 상태를 알아보기 위해 시료를 투명유리병에 각각 10 ml를 담아 4실 온도·습도배양기(Multi-Room Temp Humidity Incubator DS-114, Dawon Science, Korea)에 5℃에서 24시간, 25℃에서 24시간, 50℃에서 24시간씩 온도변화를 주었다. 이상의 온도 사이클을 3회 반복하였다. 평가는 분리가 일어나는 성상의 변화를 5단계로 구분하였다.
3. 제조한 립 스테인 화장품의 안전성(Safety) 평가
연구지원자는 20대 한국 여성 30명을 대상으로 선정하였다. 선정기준은 입술 관련 피부질환이 없으며, 입술에 미용 시술 및 반영구 문신을 하지 아니한 자로 하였다. 인체 적용시험을 수행하기 위해 원광대학교 생명윤리위원회(Institution Review Board, IRB) 심사를 하고 승인을 받았다(연구승인번호: WKIRB-202210-HR-103). IRB 승인 후 연구지원자를 대상으로 연구의 목적과 과정을 자세히 설명하였다. 제조 화장품의 안전성 평가는 누적자극시험(Cumulative Irritation Test)에 준하여 첩포 시험을 수행하였다. 첩포 적용 부위는 피험자의 척추기립근을 축으로 양쪽 견갑골 사이로 하였다. 시험 부위를 70% 에탄올로 닦은 후 각 시료를 25 ㎕ 씩 IQ ultra patch test units(Chemotechnique diagnostics, Vellinge, Sweden)에 적하하여 고정시켰다. 48시간 밀폐시킨 후 첩포를 제거하고 30분 후의 피부 반응을 확인하였다(Table 2). 첩포검사 기간은 일주일에 1회씩 3주 동안 시행하였다. 결과 판독을 위해 국제 접촉 피부염 연구위원회(International Contact Dermatitis Research Group, ICDRG)의 기준을 준수하여 홍반 발생과 그 정도를 육안으로 판정하였다.
Grading Criteria of Skin Reactions by ICDRG Guideline
4. 제조한 립 스테인의 제품색 평가
분광측색계(CM-700d, Konica Minolta. INC, Tokyo, Japan)를 이용하여 Control과 립스테인 제품색을 측정하였다. 또한 Control과 립스테인을 각각 입술에 적용 후 제품 발색을 측정하였다. 측정 광원은 표준광원 D65, 10°시야에서 타겟 마스크 ø 3 mm로 3회 측정하여 측정값의 평균을 구하였다. 색상 값은 CIE 색체계의 L* (lightness), a* (redness), b* (yellowness)값과 Munsell 표색계 변환법으로 색의 삼속성 HV/C 값을 구하였다. Control과 립 스테인 제품색은 은폐율지의 백색 표면에 어플리게이터를 이용하여 각각 2 mL 씩 도막두께 100 mm로 도포하여 30분간 건조 시킨 후 측정하였다.
5. 립 스테인의 입술 적용 후 발색 및 지속성 평가
입술 적용 후 발색 및 지속성 평가는 피부 및 입술 관련 질환이 없으며 입술색의 L*값(명도)의 범위는 47, a*값(적색도) 20, b*값(황색도) 13을 기준(Min &Kim, 2011)으로 오차범위 ± 3 이내에 해당하는 20대 여성 30명을 대상으로 하였다. 30명의 연구지원자를 Control과 립 스테인을 적용하기 위해 각각 15명씩 2그룹으로 분류하였다. 제품 도포 전 입술색을 측정하고, 두 그룹에 대한 입술색의 동질성 평가를 검증하였다. 이후 연구지원자의 입술 중심 부위(2×2 cm)에 립 메이크업 브러쉬를 이용하여 Control과 립 스테인을 각각 0.2 mL씩 균일하게 도포하여 30분간 건조한 후 발색을 측정하였다. 이후 2시간 간격으로 총 8시간 동안 제품의 지속력을 평가하기 위해 정량적 측정을 하였다.
6. 자료 분석
자료 분석은 SPSS program 24.0을 이용하여 실험 결과의 평균과 표준편차, 변화값 등의 기술통계를 실시하였다. 각 집단 간 차이를 검증하기 위해 t-test를 이용하였다.
III. 결과 및 고찰
원심분리 테스트는 제조 시료의 안정성을 확인하기 위한 중요한 실험 중 하나이다. 해당 테스트 결과에 따르면, 제조 시료 모두 원심분리 테스트를 거친 후에도 성상의 분리가 나타나지 않았다. 즉, Control과 제조 립 스테인 시료 모두 안정적으로 혼합되어 분리 현상이 없음을 알 수 있었다(Table 3).
Centrifugation Test of Ampoules for 4 hours
또한, 5℃, 25℃, 50℃에서 각각 24시간 동안 저온과 상온, 상온과 고온을 반복하여(five-cycles) 사이클링 테스트를 한 결과에서도 Control과 립 스테인 제형 모두 성상의 변화가 나타나지 않았다(Fig. 2). 이러한 결과는 사이클링 테스트 중 가장 극단적인 환경으로 다섯 차례의 온도 변화에 대한 사이클링을 반복하여 처리하는 동안 두 제품은 모두 제형이 안정적으로 유지되었음을 나타낸다. 즉, 제조 립 스테인 화장품이 원심 분리 및 사이클링 테스트에서 안정성을 유지하고 있음을 확인하였다.
Cycling test of control and lip stain.
Control : Vehicle, Base formulation does not contain anything Lip stain : Vehicle containing sodium polyglutamate crosspolymer, hyalurnoic acid, glyceryl glucoside
화장품 안전성을 평가 방법으로 누적자극시험(CIT)은 화장품의 장기간 반복적인 사용 환경을 고려했을 때, 안전성을 결정하는 가장 확실한 방법이다. 즉, 화장품이 자극과 감작을 일으킬 가능성, 피부 독성을 평가하는 유용한 방법이다(Tammela et al., 2012). 따라서 Control과 립 스테인의 안전성을 평가하기 위해 누적자극시험을 실시한 결과는 Table 4와 같다. 그 결과, 연구지원자 30명 모두 어떠한 피부 알레르기 반응이 나타나지 않아 ICDRG의 기준에 따라 전원 음성(-) 반응으로 판독하였다(Fig. 3).
The Results of the Cumulative Irritation Test for 3 Weeks (N=30)
Representative photographs of skin reaction by CIT.
선행연구에 따르면 Carmine 패치 테스트를 거친 북미 4240명의 환자 중 132명(3.1%)은 알레르기 양성 결과가 나타났고, 반응의 주원인으로 확인된 출처는 주로 퍼스널 케어 제품으로 특히, 메이크업이 31.4%였으며 립 제품이 8.6%로 보고하였다(Warshaw et al., 2021). 또한, 우리나라 성인 여성 7,440명을 대상으로 화장품 피부 자극에 대한 첩포 시험을 시행하고 제품의 카테고리별 Safety zone을 평가한 결과, 립 제품의 경우 Mild Zone으로 분류하였다. 로션, 크림, 메이크업 제품과 같은 방치형(Leave-on) 화장품이 Wash-off나 Tissue off 화장품보다 피부 자극 및 알레르기 반응에 대해 상대적으로 낮은 안전 영역에 위치하는 것으로 보고하지만 방치형 화장품인 경우에도 완전하게 안전성이 확보될 수 없으며, 약간의 자극 반응이 나타날 수 있는 Mild Zone으로 보고하고 있다(An et al., 2014).
「화장품법」 제2조 제1호에서는 화장품은 인체에 대한 작용이 경미한 제품을 말한다. 즉, 부작용이 최소화되어야 하지만 최근 화장품의 사용이 일반화되면서 화장품에 의한 부작용도 증가하는 추세이다. 따라서 식품의약품 안전청에서는 화장품 부작용 정보에 대한 중요성을 인식하고 화장품 부작용 모니터링을 실시하였으며, 화장품 부작용 모니터링 업무를 규범화하기 위하여 “화장품감독관리조례”, “화장품생산경영감독관리방법” 등 법규, 규정에 근거하여 국가약품감독관리국은 “화장품부작용모니터링관리방법”을 제정하여 발표하며, 2022년 10월 1일부터 시행한다고 공고하였다(국가약품감독관리국, 2022). 이처럼 화장품의 지속적인 사용 환경에서 부작용이 없음을 단언하기는 현실적으로 어렵다. 즉, 선행연구결과와 같이 시판 화장품이라도 다수의 대상자가 지속해서 노출되었을 때 피부 자극과 알레르기 반응이 나타남을 알 수 있다.
이 연구에서는 Control과 립 스테인 시료를 연구지원자 30명을 대상으로 누적자극시험을 시행한 결과 전원 음성 반응이 나타나 안전성을 확인하였다. 선행연구 결과와의 차이는 대상자의 표본 수와 제품 및 사용 횟수에 따른 차이로 유추되며, 단순 비교로서 이 연구에서 제조한 립 스테인 시료의 안정성이 우수하다는 단정적인 결론보다는 실제 사용에서는 사용자 수와 사용빈도가 증가하였을 때 선행연구와 같이 피부 자극과 알레르기 반응이 보고될 가능성도 배제할 수는 없다. 따라서, 시판한 후에도 피부 안전성 평가가 후속적으로 모니터링 될 수 있도록 해야 한다.
Control과 립 스테인 시료의 제품색을 측정한 결과는 Table 5와 같다. Control의 명도(L*)는 50.49±0.46로 측정되었고, 적색도(a*)는 58.52±4.05, 황색도(b*)는 2.79±0.11로 나타났다. 립 스테인의 명도(L*)는 51.88±0.23, 적색도(a*)는 42.5 ±2.61, 황색도(b*)는 4.99±0.26으로 측정되었다. 또한 측색 결과에 대한 수치의 이해를 높이기 위해 재현색상을 참고로 제시하였다.
Surface Coloration of Control and Lip Stain
실험 전 15명씩 배정된 Control 그룹과 립 스테인 그룹의 집단 간 피험자들의 입술 색상에 대한 동질성을 검증한 결과는 Table 6과 같다. 그 결과 분류된 두 집단 간 피험자들의 입술 색상에 대한 유의한 차이가 없어 집단별 동질성을 확인하였다.
Verification of Homogeneity on the Subjects’ Lip Color
Control과 립 스테인 시료를 입술에 적용한 후 입술색 변화(발색)를 측정한 결과는 Table 7과 같다. 먼저 Control 시료를 적용한 후 입술색을 측정한 결과 명도(L*) 56.98±2.52, 적색도(a*) 20.52±4.26, 황색도(b*) 5.52±1.35였다. Control 립 제품을 적용한 후 발색 변화를 살펴보면 ΔL* 값은 0.38, Δa* 7.11, Δb* 2.4로 나타났다. 립 스테인을 적용한 후 입술색의 변화값을 살펴보면 ΔL*은 3.46, Δa*는 8.13, Δb* 5.19로 나타났다. 입술에 Control과 립 스테인의 발색 변화를 살펴보면 명도, 적색도, 황색도의 값 중 적색도의 변화가 나타났으며. 명도의 변화는 거의 없었다. 즉, 립 제품 적용 후 발색 변화는 주로 적색도와 황색도의 차이가 나타남을 확인하였다.
The Coloration of Lip After Applying Lip Tints
Control과 립 스테인 시료를 입술에 사용한 후 지속력을 평가한 결과(Table 8), Control 시료를 입술에 적용 후 색상의 변화를 살펴보면 먼저 명도(L*)는 56.98±2.52에서 2시간 후 56.53±1.98로 변화하였고, 4시간 후 55.97±1.98, 6시간 후 55.36 ±2.17, 8시간 후 55.32±2.07로 최종 변화 값은 ΔL* 1.66으로 명도(밝기)의 변화가 거의 없었다. 립 스테인을 적용한 후 명도 값은 57.89±2.39였고, 2시간 후 55.22±1.63, 4시간 후 54.52±1.54, 6시간 후 54.85±1.17, 8시간 후 54.59±0.9로 명도의 변화가 거의 없었다. 립 스테인 적용 직후와 8시간 후 명도변화는 ΔL* 3.3이었다. 적색도의 변화를 살펴보면 Control 시료의 경우 8시간 경과 후 최종 색상의 변화값은 Δa* 6.31이었고, 립 스테인의 Δa* 는 4.4로 8시간 경과 후 통계적으로 유의한 발색변화의 차이가 나타났다. 황색도의 변화 값은 Control 시료의 경우 Δb* 2.33이었고, 립 스테인의 경우 Δ b*1.74로 나타났다. 결과적으로 립 스테인의 8시간 경과 후 색상 측정값을 비교하였을 때 적색도와 황색도의 변화 값이 Control 시료의 변화 값보다 차이가 작게 나타나 지속력이 더 우수하게 평가되었다. 이에 따라 Control과 립 스테인의 경우 동일 색료 (Phloxine B)를 동량으로 사용하여 제조하였는데 Sodium Polyglutamate Crosspolymer, Hyalurnoic acid, Glyceryl glucoside가 첨가된 립 스테인이 지속력이 우수함을 알 수 있었고 특히 Sodium Polyglutamate Crosspolymer가 지속력 향상에 영향을 주는 것으로 예측된다.
The Coloration Change after Applying Control and Lip Stain
IV. 결 론
이 연구에서는 지속력과 보습력을 향상시키기 위해 소듐폴리글루타메이트크로스폴리머(Sodium Polyglutamate Crosspolymer), Hyalurnoic acid, Glyceryl glucoside을 기반으로 립스테인을 제조하였고, 제조한 화장품 시료의 안전성 및 안전성을 검증하였으며, 인체적용실험을 수행하여 입술에 적용 시 지속력을 평가하였다. 그 결과 제조 립 스테인의 원심 분리테스트, 사이클링 테스트 결과 제형 안정성을 확인하였다. CIT 평가 결과 연구대상자 전원이 음성으로 나타나 안전성을 확인하였다. 마지막으로 지속력 평가 결과, 최종 8시간 경과 후 적색도의 색상 변화값이 통계적으로 유의한 차이가 나타나 제조 립스테인의 지속력이 우수하게 평가되었다. 소듐폴리글루타메이트크로스폴리머는 감마폴리글루탐산(γ-polyglutamic acid)을 특수한 생물학적 가교결합(Cross link)기술을 통하여 개발한 원료로, 구조적으로 선형의 감마폴리글루탐산(γ-polyglutamic acid)을 수평 연결하여 3차원 격자 형태를 띄며 이러한 특성이 원료 내부에 수분과 활성 성분을 저장하여 효능과 지속력을 높일 수 있는 역할을 한다. 이 연구에서 실제 입술에 적용 후 지속력을 평가하여 이를 입증하였다.
