STEAM R&E 연구결과보고서

STEAM R&E 연구결과보고서

(버려지는 과일껍질을 활용하여 화장품 만들기)

2015. 11. 17.

포항이동고등학교

< 연구결과 요약 >

과 제 명 버려지는 과일껍질을 활용하여 화장품 만들기

연구목표

식생활 및 사회 환경의 변화에 따라 음식물 쓰레기가 많이 발생하고 있다. 특히 과일이 많이 나는 여름철에는 과일껍질로 인한 음식물 쓰레기양이 더욱 증가하게 된다. 많은 양의 음식물 쓰레기는 처리하는 데 상당한 비용이 소요되고 심각한 환경오염을 야기하기 때문에 버려지는 과일 껍질 중 활용도가 높은 과일 껍질을 찾아 이용한다면 자원의 부가가치를 높이고, 처리비용의 절감과 함께 환경오염을 방지할 수 있을 것이다.

또한 최근 화장품 관련 시장의 확대와 화장품에 대한 관심이 지속적으로 증가하 고 있다.

따라서 버려지는 과일껍질을 현대인의 필수품인 화장품 제조에 활용함으로써 과일껍질을 재활용하고 버려지는 쓰레기의 양을 줄이고자 한다.

연구방법

1. 화장품 제조과정 조사 - 화장품 공장 견학

- 인터넷, 논문, 책 등을 이용하여 제조방법 조사 - 피부에 유용한 영양성분에 대한 조사

- 화장품과 관련된 일반적인 내용 연수

2. 과일껍질에 함유된 성분 추출 방법 조사 및 실험 - 과일껍질로부터 성분 추출방법 조사 및 추출 - 과일껍질의 영양성분 분석

- 과일껍질 추출물의 효과 검증 실험

3. 과일껍질에서 추출한 성분을 이용한 화장품 제조 - 제조 후 pH 및 중금속 검사 실시

연구성과

- 성분추출방법 습득

- 우리가 사용하는 화장품의 범주와 개념, 제조과정 등에 대한 학습 - 과일껍질의 활용 가능성 입증

- 버려지는 과일껍질의 양 감소

- 쓰레기 처리비용의 절감 및 환경오염 완화 기대 주요어

(Key words) 과일껍질 , 화장품

1. 개요

□ 연구 동기 및 목적

○ 화장품 관련 시장의 확대와 화장품에 대한 관심이 지속적으로 증가하 고 있다.

○ 식생활 및 사회 환경 변화에 따라 음식물 쓰레기가 많이 발생하고 있다. 특히 과일이 많이 나는 여름철에는 과일껍질로 인한 음식물 쓰레기양 이 더욱 증가하게 된다. 많은 양의 음식물 쓰레기는 처리하는 데 상당한 비용이 소요되고 심각한 환경오염을 야기하기 때문에 음식물 쓰레기 중 활용할 수 있는 자원을 찾아 이용한다면 자원의 부가가치를 높이고, 처리비 용의 절감과 함께 환경오염을 방지할 수 있을 것이다.

○ 버려지는 과일껍질을 현대인의 필수품인 화장품 제조에 활용함으로 써 과일껍질을 재활용하고 버려지는 쓰레기의 양을 줄이고자 한다.

□ 연구범위

○ 연구분야 : 생물, 화학관련 연구

○ 진행상황 : 화장품에 대한 연구, 피부에 대한 연구는 이미 많이 되어 있으나 화장품의 원료로 과일껍질을 활용하는 것은 개인적으로 사용하는 방법이며 아직 시중에 판매되는 제품은 없다. 따라서 우리는 과일껍질이 줄어드는 양과 화장품의 원료로써의 가능성 여부를 알아보았다.

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경 및 선행 연구

○ 성분추출법

- 에탄올 추출법 : 비용이 적게 들고 많은 성분을 한번에 뺄 수 있으나, 에탄올 성분이 남을 수도 있다.

- 열수 추출법(고온 추출법) : 일반 마른 약재를 끓여서 유효성분을 추출하는 전형적인 방법으로 중금속, 농약 등 불순물 함유가 높고 유효성분 의 색상이 흑색으로 변해 피부 착색위험 높으며 고온 때문에 상당수의 유효성분이 소실되는 문제점도 있다.

- 극저온 추출법 : 액체 질소를 사용하여 초저온(-140℃)으로 추출하 는 방법으로 성분 소실이 전혀 없고 추출효율이 매우 높아 적은 양의 약재 로도 다량의 유효성분을 얻을 수 있으나 열수 추출법보다 비용이 많이 든다.

- 증류 추출법 : 얻어지지 않는 특수한 성분을 얻어내고자 할 경우에 사용되는 방법이다.

- 초음파 추출법 : 피부 노화를 촉진시키는 활성 산소를 제거해주는 효과가 뛰어난 방법이다.

: 한방샴푸...한방성분추출방식 제각각(데일리코스메틱 뉴스)

○ 수분 함량이 100%에 가까운 수박은 한여름 갈증 해소와 탈수 예방에 효과적이며, 칼륨 함량이 높아 이뇨 작용을 도와주는 여름철 건강 지킴이 다. 단단한 껍질에는 ‘시트룰린(Citrulline)’이란 아미노산이 풍부해 부종 을 가라앉혀주고 수분, 과당, 포도당 역시 풍부해 건조한 피부를 촉촉하게 가꿔준다. 또 성질이 차가워 한여름 태양빛에 그을린 피부의 온도를 낮춰주 는 역할도 한다. 또한 수박씨에는 노폐물을 내보내고 혈압을 낮추는 효능이 있다. 참외는 알칼리성 식품의 대표 주자다. 땀이 많이 나서 몸이 산성으로 바뀌기 쉬운 여름철, 참외를 자주 먹으면 체액의 균형을 유지하는 데 도움 을 주며, 풍부한 쿠쿠르비타신 성분은 항암 작용이 뛰어나 꾸준히 먹으면 암세포가 전이되는 것을 막는 효과가 있다. 또 참외에는 엽산이 풍부하게 들어 있다. 과일을 먹고 체했을 경우 참외 껍질을 끓여 먹으면 체기를 달래는 효과가 있고, 참외 껍질 달인 물로 양치를 하면 치통을 예방할 수 있다. 바나나 껍질에는 지방질, 섬유질, 당분, 수분 등이 복합적으로 들어 있어 껍질을 달인 물로 씻으면 피부가 몹시 부드러워진다. 또 ‘산화 방지제’로 불리는 칼륨이 함유되어 있어 천연 마사지 팩으로 좋다. 바나나 껍질을 냉장고에 보관해두었다가 세안 뒤 껍질 안쪽 하얀 부분을 피부에 문지른 후 미온수로 헹궈내면 트러블 완화에도 효과적이다.

: ‘껍질의 기적’(VOGUE)

□ 연구주제의 선정

○ 학교급식에서 나온 바나나 껍질이 바구니 가득 모여 있는 것을 보고

바나나 껍질을 활용할 수 있는 방법에 대해 고민하고 자료 수집 시작

→ 바나나 껍질로 종이를 만들어 보는 것이 좋을 것 같다는 의견을 모으고 자료를 검색한 결과, 비목재성 펄프에 관한 연구가 이미 있어 다시 고민

→ 바나나 껍질이 가죽 클리너로 쓰일 수 있다는 자료를 보고 ‘바나나 껍질의 생활용품으로써의 활용’에 대해 생각 → 그러다 버려지는 과일껍질 이 많고, 과일껍질의 다량 배출로 쓰레기 문제도 심각하다는 것을 인식하고 관련 자료 검색 → 쓰레기 배출량을 줄여 환경오염도 방지하고 새로운 자원을 찾아내는 방향에서 ‘버려지는 과일껍질의 생활용품으로써의 활용 에 대한 연구’로 결정 → 그러나 생활용품의 범위가 너무 넓으면 학생들이 연구하기에 어려운 점이 많을 수 있다는 어느 연구원의 조언에 따라, 최근 시장이 확대되고 있는 화장품에 한해서 연구하기로 결정 → 그래서 쓰레기 를 줄이고, 좋은 생물적 자원을 확보하는 것을 목표로 ‘버려지는 과일껍질 을 활용하여 화장품 만들기’로 최종적인 주제 선정

□ 연구 방법

○ 화장품 제조를 위한 기본 자료 조사

- 피부에 유용한 성분 조사 : 인터넷, 논문, 책을 통해 피부에 유용한 성분(노화방지, 미백, 보습 등)과 피부로 흡수될 수 있는 성분 등 화장품에 함유되었을 때 좋은 효과를 줄 성분들에 대해 조사한다.

- 인터넷자료, 관련서적, 자문위원의 강의를 통해 화장품에 관한 기초 지식을 쌓는다.

- 화장품의 원료에 대해 조사한다.

- 화장품 제조공장을 견학하여 화장품 제조과정을 직접 관찰하여 조사 한다.(이 때 천연물질 추출방법 및 정제방법을 유념해서 보도록 한다.) - 인터넷, 논문, 책을 통하여 화장품 제조과정을 조사한다.

- 자료를 수집하면서 궁금했던 내용에 대해 자문을 구하여 해결한다.

※ 화장품 제조를 위한 기본 지식이 없었기 때문에 영동대학교 화장품학과 교수님께 강의를 요청하였다. 영동대학교를 방문하여 피부의 구조, 화장품 의 역사, 화장품의 성분과 제조과정 등 화장품제조와 관련된 기초지식에

대한 강의를 들었으며, 강의 후 학생들이 자료를 조사하던 과정 중 궁금한 사항들에 대해 질의 응답하는 시간을 가지면서 좀 더 구체적인 실험계획을 세울 수 있게 되었다.

※ 교수님께서 직접 화장품학과 실험실을 견학시켜 주셨고, 영동대학교 내 위치한 소규모 화장품 공장도 예약해주셔서 가까이서 화장품제조과정 에 대해 배울 수 있었다.

※ 영동대 방문 이후 좀더 구체적으로 공부하기 위해 몇권의 책을 구입하였 으며, 대규모 화장품회사인 아모레퍼시픽 아산공장을 방문하여 연구에 대한 가닥들을 잡아갔다.

○ 과일껍질에 함유된 성분추출 - 껍질이 많이 버려지는 과일을 선정

※ 처음에는 학생들이 단순히 좋은 성분을 함유한 과일을 선정하였는데, 버려지는 것을 활용하는 것에 의의를 두어야 하므로 과일껍질이 많이 나오 는 것으로 선정하도록 하였다. 또한 자문교수님께서도 한 가지 과일만 선정했다가 화장품으로써의 효과가 없을 수 있으니, 몇 가지를 선정하여 진행해야 실패할 확률을 줄일 수 있다는 자문해주셔서 껍질의 양과 영양성 분을 모두 고려하여 수박, 참외, 바나나, 파인애플 4가지를 선정하였다.

- 인터넷, 논문, 책을 통하여 천연재료로부터 성분추출 방법(열수추출, 용매추출, 극저온추출, 초음파추출, 증기증류 등)에 대해 조사한다. (각 성분별로 다양한 추출 방법 조사, 필요시 자문을 구하여 해결)

- 조사한 방법에 따라 성분 추출 실험을 진행한다.

※ 각종 성분추출방법에 대해 교수님을 비롯해 주변 연구원에게 문의한 후 추출실험을 진행하였다. 알코올추출의 경우 알코올의 농도에 대해 자문 을 구했는데, 교수님께서 먹을 수 있는 알코올은 피부에 독성을 나타낼 확률이 거의 없기 때문에 시중에 파는 담금주를 추천해주셔서 담금주를 이용해 알코올추출을 하였다. 알코올 추출 후 알코올 제거방법으로 감압증 류를 활용한다는 것도 교수님과 주변 연구원이 알려주었고 학교 화학선생 님의 도움으로 장치를 사용할 수 있었다.

- 각종 방법으로 추출한 물질의 영양성분을 분석한다.(계명대학교 전

통미생물자원연구센터에 분석의뢰)

- 각종 방법으로 추출한 물질에 대하여 효과를 검사한다.(피부 간이테 스트진행-확대경으로 관찰, 수분량과 오일량 측정)

- 테스트 결과를 바탕으로 과일껍질을 재선정 한 후, 과일껍질 추출물 을 만들어 성분분석을 한다.

- 과일껍질 추출물 제조 시 추출 전 질량 측정과 추출 후 질량을 측정하 여 버려지는 양이 줄어드는지 알아본다.

○ 과일껍질 추출물을 이용한 화장품 제조

- 과일껍질 추출물을 이용하여 화장품을 제조한다. 화장품의 원료 중 추출물을 얼마나 섞을 것인지 충분히 토의한 후 화장품 레서피를 재구성 하여 화장품을 제조한다.(자문위원과 함께 제조)

- 화장품 제조 후 화장품에 함유된 중금속에 대해 검사한다.(중금속 분석장비를 갖추고 있는 테크노파크에 분석 의뢰)

□ 연구 활동 및 과정

○ 화장품 제조를 위한 기본 자료 조사

1. 피부에 유용한 성분에 대한 조사 2. 화장품 원료에 대한 조사

3. 화장품 제조과정에 대한 조사

1) 준비물 : 컴퓨터(인터넷), 화장품 성분학 사전, 화장품 제조에 관한 책, 노트 및 필기구

2) 탐구과정

① 팀원 모두 각자 인터넷과 책을 통해 피부에 유용한 성분, 화 장품 원료와 화장품 제조과정에 대해 조사한다.

② 각자 조사한 성분, 화장품 원료, 화장품 제조과정에 대해 회 의를 하여 종합하고 제조할 화장품의 종류를 선정한다.

③ 선정한 화장품의 다양한 레서피를 찾아보고 재구성한다.

○ 과일껍질에 함유된 성분 추출

1. 과일껍질을 선정한 후 성분추출 실험 진행 1) 준비물 : 수박껍질, 참외껍질, 바나나껍질, 파인애플껍질, 담금 주, 증류수, 비커, 알코올램프, 삼발이, 메스실린더, 믹서, 두부틀, 거 즈

2) 실험과정

① 토의를 통해 버려지는 껍질 부분이 많은 과일을 선정한다.

선정결과 수박, 참외, 바나나, 파인애플 4가지를 선정하였다.

② 수박은 겉껍질, 속껍질, 겉껍질과 속껍질로 구별해서 잘게 썰 어 준비한다.

③ 3종류로 분류한 수박껍질을 각각 압착, 열수, 알코올추출을 진행한다.

④ 참외껍질을 압착, 열수, 알코올추출을 진행한다.

⑤ 바나나껍질은 열수추출과 알코올추출을 진행한다.(믹서로 갈 았을 때 갈아지지 않아 압착추출은 할 수 없었음.)

⑥ 파인애플껍질은 열수추출과 알코올추출을 진행하고, 일부껍 질은 건조기에 넣어 건조시켜 둔다.

2. 추출한 성분을 피부 간이테스트를 통해 과일껍질별 적절한 추출법 선정

1) 준비물 : 탈지면, 알코올스왑, 핀셋, 컴퓨터, 피부확대경 2) 실험과정

가) 피부 간이테스트

① 알코올스왑으로 테스트 할 피부 부위를 닦아낸다.

② 각각의 추출물을 탈지면에 적신 후 피부에 올려놓고 5분간 방치한다.

③ 5분 후 탈지면을 제거하고 피부의 상태를 확대경으로 관찰 하고 개인적인 느낌을 표에 기록한다.

※ 「화장품 제조 실습」이라는 책에 있는 화장품 테스트 방법대로 피부 간이 테스트 진행 - 추출물을 화장솜에 묻혀 팀원 각자 다른 부위의 피부에 5분정도 붙였다 떼어낸 후 느낌을 기록하는 것으로 검사. 중간발표회 때 어느 과학고 학생이 수분량과 오일량을 측정할 수 있는 기계가 있으니, 그런 기계로 하면 좀 더 과학적인 데어터를 얻을 수 있다고 해서 저렴한 기계를 하나 구입하여 성분 재추출 후에 활용

나) 과일껍질별 가장 적절한 추출방법 선정

각자 작성한 표의 내용을 바탕으로 토의를 한 후 수박, 참 외, 바나나, 파인애플 중 화장품에 사용할 과일껍질을 재선정하고, 각 과일껍질 별로 가장 적합한 추출방법을 선정한다.

3. 선정한 추출법에 따라 과일껍질 성분 재추출 및 성분 검사

1) 준비물 : 수박껍질, 참외껍질, 바나나껍질, 말린 파인애플껍질, 쥬서, 체, 거즈, 냄비, 핫플레이트, 전자저울, 담금주, 증류수

2) 실험과정

가) 바나나껍질 – 알코올추출

① 바나나껍질의 무게를 측정한 후 담금주에 완전히 잠기도록 하여 일주일이상 방치한다.

② 바나나껍질 추출물을 체에 거즈를 올려 거르면서 병에 따 른다.

③ 바나나껍질에 있는 액체도 눌러 짜낸다.

④ 액체가 빠진 바나나껍질의 무게를 측정하고, 추출물의 부 피도 측정한다.

나) 수박껍질 - 열수추출

① 수박껍질의 무게를 측정한 후 냄비에 넣고 증류수를 넣어 24시간동안 가열한다.

② 수박껍질 달인 물을 체에 거즈를 올려 거르면서 병에 따른

다.

③ 수박껍질을 거즈에 싸서 수박껍질 속에 있는 액체도 눌러 짜낸다.

④ 액체가 빠진 수박껍질의 무게를 측정하고, 추출물의 부피 도 측정한다.

다) 참외껍질 – 압착추출

① 참외껍질의 무게를 측정한 후 쥬서에 참외껍질을 작게 잘 라서 넣고 즙을 짜낸다.

② 체에 거즈를 올려놓고 즙을 한 번 더 거른다.

③ 즙을 짜낸 참외껍질의 무게를 측정하고 추출물의 부피도 측정한다.

라) 과일껍질 추출물의 성분분석

영양성분 분석을 위해 ‘영양성분분석’이라는 검색어로 검 색했을 때 나오는 분석기관 몇 군데 전화를 해서 분석에 걸리는 시 간, 각 영양소 분석에 드는 비용 등을 문의하였다. 비용이 너무 많이 들어서 한 과일껍질에 함유된 여러 성분을 검사하느냐, 여러 과일껍 질에 함유된 특정 성분만 검사하느냐를 두고 회의를 해서 각각의 추 출물에 대해 비타민 A와 E만 검사하기로 하였다. 검사기관은 가장 친 절하고 가까운 곳에 위치한 계명대학교 전통미생물자원연구센터로 국 가공인 검사기관이다.

○ 과일껍질에서 추출한 성분을 이용한 화장품 제조 1. 과일껍질 추출물을 첨가한 화장품 제조

1) 준비물 : 과일껍질 추출물, 파인애플 분말, 청주, 흑설탕, 정제수, 올리브 리퀴드, 식물성 글리세린, 히알루론산, 알로에베라 오일, 제라늄 오일, 라벤더 오일, 시어버터, 오렌지껍질 추출액, 세라마이드, 올리브 유화 왁스, 올리브 소프트 왁스, 로즈우드 에센셜오일, 천연나드리, 비타민E,

교반기, 핫플레이트, 저울, 메스실린더, 화장품 용기, 주걱, 스텐비커 2) 제조과정

① 스킨, 로션, 스크럽 재료를 준비한다.

② 조사한 레서피대로 제조한다.

※ 과일껍질 성분을 재추출한 후 화장품원료와 추출물을 가지고 테크노파 크로 가서 자문위원과 함께 스킨, 로션을 제조하였다. 로션을 만들 때 워터 류와 오일류를 따로 녹여서 섞어주어야 했는데, 오일류를 모두 한군데 넣고 녹였더니 녹지 않아서 전자레인지로 녹였다. 그랬더니 너무 묽은 로션이 만들어져서 계면활성제를 조금 첨가해서 저어주었더니 조금 나았 다. 스킨은 수박추출물과 정제수를 1:1로 섞어서 제조하였고, 로션은 소량 의 추출물만 들어간다는 자문위원의 말씀대로 1:99의 비율로 섞어서 제조 하여 냉장보관하였다.(천연방부제를 사용하였기 때문에 냉장보관하였음.)

※ 다음 날 스킨은 수박추출물이 너무 많이 들어 색이 진해서 사용하기에 거부감이 있으니, 좀 더 희석해서 만들기로 하고, 로션은 너무 적게 들어갔 으니 조금 더 섞는 것으로 해서 다시 스킨과 로션을 제조하였다. 스킨은 1:10으로 수박추출물을 희석하였고, 로션은 추출물과 증류수를 1:1 비율로 섞어 제조하였다. 지난번에 만든 로션이 지나치게 묽었기 때문에 로션에 카보머(점증제)를 0.5%추가하였더니 점도가 생겼다. 그러나 수박추출물의 양이 너무 많아서 그런지 향이 좋지 않았다.

2. 화장품에 함유된 중금속 검사 의뢰 및 pH측정

- 화장품을 사용하기 전 화장품에 함유된 독성물질 및 화장품의 효능, 피부테스트를 완료해야 시판할 수 있는 화장품으로써의 조건을 갖춘다.

하지만 우리가 만든 화장품은 시판용도 아닌데다 예산이 매우 부족한 상황 으로 모든 것을 검사할 수는 없는 상황이었다. 따라서 정해진 예산의 범위 내에서 화장품 내에 함유된 중금속에 대해서만 검사하기로 하였다. 농약성 분의 검사에 대해서도 알아보았으나, 국내 검사기관이 몇 군데 되지 않는데 다 농약의 종류가 굉장히 많기 때문에 너무 많은 비용이 든다고 하였다.

따라서 포항테크노파크 바이오정보지원센터에 의뢰하여 화장품 내 함유 된 중금속에 대한 분석만 하기로 결정하였다.

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과

○ 화장품 제조를 위한 기본 자료 조사 결과 1) 피부에 효과적인 영양소

가) 비타민 A : 피부 각질화를 막아 상피조직의 건강 유지(건성 피부에 효과적), 노화예방, 여드름, 농가진 피부의 외용제

나) 비타민B2 : 피부의 신진대사 촉진, 입술 마르는 현상 방지, 지루성 피부염 방지

다) 비타민B6 : 적혈구의 대사와 합성에 관여하므로 피부의 색 과 관련, 당질·지질 및 신체 생리기능 조절 물질 합성에 관여, 항피 부병 인자, 월경성 여드름에 효과적

라) 비타민 C : 항티로시네이스 작용으로 멜라닌 색소 형성 저 해 및 환원, 항산화제, 콜라겐 합성에 관여하여 피부탄력 증가, 스트 레스 완화

마) 비타민 E : 생체 내 항산화제 작용으로 노화예방, 피부안정 화(조직 내 산소공급, 혈액응고방지), 외용 및 내복용으로 흉터예방 바) 아연 : 항염효과, 부족 시 여드름 유발이 쉬우며 농포성 여 드름 악화

사) 철분 : 혈액의 자외선으로부터 신체를 보호하는 작용을 도 와 멜라닌 색소 생성을 억제하여 색소침착 방지, 빈혈의 발생으로 기 미가 유발될 수 있으므로 주의

아) 단백질 : 새로운 피부생성에 가장 중요한 영양소, 진피의 결합섬유력을 증강시켜 피부를 탄력있게 하고 노화예방

자) 수크로스 : disaccaharide라고도 하며 식용 설탕(sugar)의 화 학적 이름이다. 보습제의 성분으로 사용되며 아토피 개선, 잔주름 예

방 등의 기능을 갖는다.

2) 화장품 제조에 기본적으로 사용되는 원료

가) 고급알코올류 : 천연유지에서 얻거나 합성을 통해 얻어지고 유화보조제 및 유화안정도를 높여줌 (미리스틸알코올, 세틸알코올, 스 테아릴알코올, 라우릴알코올 , 올레일알코올)

나) 고급지방산 : 천연유지에 포함된 에스테르 화합물을 분해하 여 얻어짐. (미리스틱애씨드, 팔미틱산, 스테아릭산, 라우릭애씨드, 올 레익산)

다) 오일류 : 동식물계에 널리 분포 / 에몰리언트효과 및 피부 친화력역할 (아보카도오일, 해바라기오일, 스윗아몬드오일, 포도씨오 일, 호호바오일)

라) 왁스류 : 고급지방산과 고급알코올의 에스테르. 에몰리언트 효과 유화점도제 등으로 사용. (칸델리라 왁스, 밀남, 호호바오일, 라 놀린)

마) 에스테르류 : 지방산과 알코올의 탈수반응으로 얻어짐.

(이소프로필 미리스테이트, 이소프로필 팔미테이트, 에틸올레이트) 바) 하이드로카본류 (바세린, 스쿠알란)

사) 실리콘류 : 유기규소화합물을 말함 (디메치콘,사이클로메치 콘)

아) 계면활성제 : 음이온계면 활성제는 세정제로 주로 쓰이고, 양이온계면활성제는 유화제, 비이온계면활성제는 유화제, 점증제로 사 용

자) 보습제 : 천연보습인자(글루코사민,펩타이드), 모이스처라이 저(하이알루론산), 에몰리언트(오일류) 등으로 구분, 글리세란,1.3-부틸 렌 , 글리콜, 프로필렌글리콜

차) 폴리머 : 점증제(산탄검,카보머,셀룰로오스)

카) 산화방지제 : 디도슘이디티에이(EDTA), 토코페롤아세테이트

타) 금속이온봉쇄제 : EDTA류, 소듐시트레이트(침전방지, pH완 중제 역할도 함)

파) 살균 및 보존제 : 살리실산, 파라벤류, 트리클로산, 페녹시 에탄올, 이미다졸리디닐우레아, 클로페네신, 포타슘소르베이트

3) 화장품 제조과정(레서피) 가) 화장수(100mL기준 비율)

(수박워터:올리브리퀴드:식물성글리세린:하이알루론산:알로에베 라오일:정제수:방부제 = 80 : 2 : 2 : 2 : 2 : 11.5 : 0.5)

① 수박추출물 10%와 정제수를 혼합해 수박워터를 만든다.

② 수박워터에 올리브 리퀴드, 식물성 글리세린, 히알루론산, 알로에 베라 오일을 넣고 혼합한다.

③ 제라늄오일(10ml당 1방울), 라벤테이얼론(10ml당 1방울)을 넣 는다.

④ 방부제, 정제수, 추출용액(전체용액의 0.3%)을 넣은 후 완성 한다.

나) 로션(100mL기준 비율)

(수박워터:오렌지껍질오일:시어버터:글리세린:세라마이드:올 리브유화왁스:올리브소프트왁스:방부제

= 72.9:7:3.6:7:4.7:2.4:1.9:0.5)

① 수박워터를 70~80℃에서 가열한다.

② 오렌지껍질 오일, 시어버터를 섞는다.

③ 식물성 글리세린, 세라마이드, 올리브 유화왁스, 올리브 소프트 왁스를 넣고 혼합한다.

④ 로즈우드 에센셜 오일(10ml당 1방울)을 넣는다.

⑤ 방부제, 추출용액(전체용액의 0.3%)을 넣고 혼합한다.

⑥ 70~80℃를 유지하며 섞다가 40~50℃까지 식혀 완성한다.

다) 각질제거제(스크럽)(100g기준)

(청주:유기농흑설탕:파인애플분쇄가루:방부제 =49.8:24.9:24.8:0.5)

① 파인애플 껍질과 심지를 잘 건조해서 분쇄한다.

② 청주에 유기농 흑설탕을 넣고 잘 섞어준다.

③ 파인애플 분쇄가루를 넣고 잘 섞어준다.

④ 방부제로 비타민 E를 전체양의 0.5%를 넣는다.

⑤ 이틀정도 상온에 보관한다.

○ 과일껍질에 함유된 성분 추출

1) 과일껍질 추출물로 진행한 피부 간이테스트 결과

추출방법

껍질종류 압착 추출물 열수추출물 알코올 추출물

수박

겉껍질 촉촉함 촉촉함 · 흡수가 느림

· 끈적임이 심함

· 보습감이 좋음 속껍질 끈적임이 심함 끈적임이 심함

겉껍질+속껍질 · 촉촉함

· 끈적임이 심함

수분감과 끈적임의 균형이 적절함.

참외껍질 촉촉함 끈적임이 거의 없음 따끔거림

바나나껍질 · 향이 나쁨

흡수력이 좋음 촉촉함

파인애플껍질 ·

촉촉하지 않음 (테스트 전과 후 차 이가 없음)

흡수력이 좋음 촉촉하지 않음

▼ 과일껍질 추출물별로 진행한 피부 간이테스트 결과 정리

2) 피부 간이테스트 결과 재선정한 과일껍질과 성분추출법 가) 재선정한 과일껍질

수박, 참외, 바나나 모두 사용하기로 결정.

파인애플의 경우 피부보습이나 영양공급면에서 부적합해 보였 으나, 브로멜라인 성분은 단백질을 녹이는 성분임이 이미 밝혀져 있 다. 따라서 파인애플을 말려서 곱게 갈아서 설탕과 섞어서 쓴다면 발 바닥 같이 피부가 두껍고 각질이 심한 부위의 각질제거제로 사용할 수 있을 것 같다고 판단하여 사용하기로 결정.

나) 각 과일껍질별 성분추출방법 - 수박 : 열수추출법

- 참외 : 압착추출법

- 바나나 : 알코올추출법, 감압증류법(알콜 제거 및 농축) - 파인애플 : 건조하여 분말상태로 만들어 그대로 사용 3) 선정한 추출법에 따라 과일껍질 성분 재추출 및 성분 검사 가) 과일껍질 성분 추출 전과 후의 무게 비교

추출 전(g) 추출 후(g) 감소한 무게 비율(%)

수박껍질 2000 609.9 69.50

참외껍질 1676.4 580.8 65.35

바나나껍질 1277 1018.36 20.25

▼ 과일껍질 성분 추출 전과 후의 무게 비교

추출 전후의 무게를 비교해 봄으로써 수박껍질의 경우는 약 70%, 참외껍질의 경우는 약 65%, 바나나껍질의 경우는 약 20%의 무 게 감소가 있었다. 따라서 성분추출 시 알코올추출법 외의 추출법을 활용한다면 단순히 과일껍질을 재활용한다는 차원을 넘어서 상당한 양의 쓰레기 감소효과를 볼 수 있는 것으로 판단된다.

나) 추출물로 테스트한 피부의 상태 비교 및 추출물의 색과 향

수박껍질추출물 참외껍질추출물 바나나껍질추출물

피부확대경 전

후

피부수분량 (%)

전 16.0 19.1 34.7

후 56.0 55.6 58.0

피부오일량 (%)

전 7.2 8.5 15.6

후 25.2 25.0 26.1

추출물의 색 갈색 연한 노란색 갈색

추출물의 향 호박탕 냄새 참외향 비닐봉지에 든

바나나 냄새 (향이 나쁨)

▼ 추출물로 테스트한 피부의 상태 비교 및 추출물의 색과 향

※ 봄·가을 기준으로 손등의 수분량 35-55%, 오일량은 8-18%는 건성 피부, 18-30%는 중성피부, 30-40%는 지성 피부로 본다.

확대경으로 확대한 사진 상으로는 피부결의 상태가 좋아진건 지 아닌지 확인이 어려웠으나, 피부 수분량과 오일량의 수치를 비교 한 결과, 추출물 처리 전은 건조한 상태였으나, 추출물을 처리한 후의 수치는 모두 정상적인 범위의 수치를 나타냈다. 따라서 추출물이 피 부에 좋은 효과를 낼 수 있는 것으로 판단된다.

다) 과일껍질의 성분 검사 결과 (비타민 A와 E의 함량)

수박껍질추출물 참외껍질추출물 바나나껍질추출물

비타민 A 불검출 불검출 불검출

비타민 E 0.039mg/100g 0.160mg/100g 0.007mg/100g

▼ 추출물 100g당 비타민A와 E의 함량

수박껍질추출물의 영양성분을 검색했을 때 네이버지식백과

그러나 비타민E는 미량이긴 하지만 검출되었기 때문에 화장품의 원료 로 나쁘지 않다고 판단된다.

○ 과일껍질에서 추출한 성분을 이용한 화장품 제조 1) 제조한 화장품의 외관, 향, 사용감 및 pH

화장수 로션 스크럽

외관 반투명한

연한 갈색

불투명한 매우

연한 갈색 갈색

향 연한 일랑일랑향 연한 일랑일랑향 파인애플과 정종향

사용감

전연성 좋음 좋음 거칠거칠함

보습력 보통 좋음 좋음

흡수력 좋음 좋음 좋음

끈적임 없음 없음 약간 심함

pH 5.51 5.85 4.35

▼ 제조한 화장품의 외관, 향, 사용감 및 pH

2) 제조한 화장품의 중금속 검사 결과

화장품의 안전성 검사를 위해 ICP-MS 장비를 이용한 중금속 의 농도 측정을 의뢰하였다. 비소, 카드뮴, 납 등 해로운 중금속뿐만 아니라 망간, 철, 아연, 마그네슘, 구리, 알루미늄, 칼슘, 칼륨, 리튬, 나트륨, 니켈 등도 측정해 주었다. 분석결과, 화장품 안전 기준에 따 라 납 20㎍/g이하, 비소 10㎍/g이하, 카드뮴 5㎍/g이하로 검출되어 중 금속에 대해서는 안전하다는 결과를 얻었다.(아래표의 세로축 단위는 ppb(㎍/㎏)이다. ※수은의 경우는 액체성 금속으로 휘발성 때문에 ICP-MS로 측정불가능하다고 하였음.

○ 결론 : 과일껍질로부터 성분을 추출함으로써 버려지는 껍질의 양을 줄일 수 있었다. 그러나 알코올추출법보다 압착추출과 열수추출의 방법이 더 많은 쓰레기의 양을 줄일 수 있었으며, 껍질이 가장 많은 수박에서 가장 많은 양의 추출물을 얻을 수 있었고 상대적으로 껍질의 양은 가장 많이 줄일 수 있어 수박껍질의 열수추출법이 가장 효율적인 방법이었다.

또한 추출물로 피부 간이테스트를 진행했을 때의 사용감도 수박이 가장 좋았다. 수박껍질 추출물을 넣고 만든 화장품의 중금속 테스트 결과 기준치 이하의 중금속이 검출되었고, pH도 정상범위 내에 있었으며, 피부에 좋은 다른 이온들도 수박껍질추출물에 다량 함유되어 있다는 것을 알 수 있었다.

따라서 수박껍질이 화장품의 원료로 사용하기에 가장 적합하다는 결론을 얻을 수 있었다.

□ 시사점

○ 식생활 개선과 사회 환경의 변화에 따라 상당량의 과일껍질이 버려지 고 있다. 편의점 및 마트에서는 껍질이 벗겨져 포장된 과일을 언제든지 구입할 수 있고, 엄청난 수의 까페에서는 주문만 하면 생과일주스를 먹을 수 있다. 편리함이 증대된 현대 사회에서 버려지는 과일껍질의 양은 상상을 초월할 정도로 많고, 많은 양의 쓰레기는 분명히 우리가 해결해야 할 과제 중의 하나이다.

이러한 문제점으로부터 우리의 연구는 출발하였으며, 과일껍질 을 재활용하고 버려지는 과일껍질의 양을 줄일 수 있다는 것을 확인 할 수 있었다는 점에서 매우 의미 있는 연구였다.

연구를 하는 과정에서 과일껍질에도 각종 영양소가 풍부하게 함 유되어 있고, 과일껍질을 화장품의 원료로 활용할 수 있다는 것도 알 게 되었다. 매일 우리가 사용하는 샴푸, 비누, 물티슈, 향수 등도 모두 화장품에 속하고, 화장품은 우리 생활과 아주 밀접하게 관련되어 있 음에도 불구하고 화장품이 만들어지는 과정이나 원료에 대해 큰 의미 를 두지 않고 사용만 했다. 우리의 연구를 통해 화장품의 제조과정과 원료에 대해 더 많이 공부할 수 있었으며, 특히 과일껍질로부터 성분

을 추출해내고 농축하는 과정에서 다양한 실험기구들을 다루어 볼 수 있었다. 그리고 연구를 위해서는 하나의 실험실에서 모든 걸 다 할 수 있는 게 아니라 전문기관이나 다른 연구실의 실험과 같이 진행해 야 하는 부분도 있다는 것도 알게 되었다.

이 연구를 통해 하나의 연구 결과가 나오기 위해 많은 노력과 비용, 팀원과의 교류, 많은 조사가 병행되어야 한다는 것을 깨닫게 되 었으며, 다양한 경험을 하고 사고의 폭을 확대할 수 있는 기회를 마 련해주신 선생님께 감사하게 생각한다.

그러나 학교 공부와 병행하면서 연구를 진행하느라 생각보다 자료를 수집하고, 실험을 하는 것이 힘들었다. 그래서 다른 방법으로 도 실험해보고, 같은 실험을 몇 번 더 진행하여 보다 신뢰성 있는 자 료를 얻고 싶었지만 시간과 예산의 부족으로 더 하지 못한 것이 아쉽 다. 다시 과일껍질 추출물로 화장품을 만든다면 중간발표 때 자문교 수님의 말씀대로 수박껍질에만 집중하여 수박껍질 성분을 열수추출하 는 시간과 더 다양한 함유량을 가지는 화장품을 만들어 보고, 수박껍 질의 영양성분 전체를 분석하여 수박껍질 추출물로 더 다양한 화장품 만들기를 진행하였으면 한다.

4. 홍보 및 사후 활용

□ 연구결과 활용 방안

과일껍질 추출물을 보다 폭넓게 연구함으로써 과일껍질에 함유된 영양성분과 특정 성분에 대해 알아내고, 이를 유전공학부분, 의약품 생산 원료, 화장품을 비롯한 생활용품 개발 등에 활용할 수 있도록 자료를 제공 한다.

또한 학교 과제연구 시간 및 동아리 활동으로 과일껍질 추출물을 활용하는 후속연구의 자료로 제공하고자 한다.

□ 연구결과 홍보 방안

○ 논문집 발간 및 홈페이지 게제

- 우리학교 과학중점학교 학생이 모두 수행하는 1학생 2연구논문 제출 과정에 따라 학교 논문집 3권 발간 및 학교 홈페이지에 연구 결과를 안내하고 2014년도처럼 GETV 경상북도교육연구원 교육 우수사례로 안내 한다.

5. 참고문헌

○ google 통합검색, “ 수박껍질”,

http://www.vogue.co.kr/content/view_01.asp?menu_id=02040200&c_idx=0 12106040000019, (2014.6)

○ google 통합검색, “화장품안전성 시험”,

unit.mokwon.ac.kr/board/loadFile.ht?fileNm...pdf(식품의약품안전처 자 료), (2015.3.9)

○ google 통합검색,“성분추출법”,

http://www.dailycosmetic.com/news/articleView.html?idxno=162267, (2013.6.10.)

○ 김기연 외 6명 공저, 『화장품 성분학 사전』, 현문사(2011), p.25,67,95,96,112,243

○ 이영순 외 4명 공저, 『피부과학&화장품학』, 훈민사(2010), p.210