원물에서 원료로 추출되다

지속가능한 무방부제 추출과 보관 및 유통

식물에서 화장품 제조 용도의 원료를 추출하는 공정에 대해서 이야기를 들을수 있는 기회가 있어 업체를 방문한 경험이 있다. 제조공정에는 대부분 스테인레스로 만들어진 탱크에 원물과 물을 넣고 교반을 통해 원하는 물질이 추출될때까지 기다리는 것이라고 간단히 정리할수 있겠다. 다만 그 과정에서 온도의 조절이나 교반의 속도에 대한 조절이 있을수 있다. 시간이 길어지면 변질될 위험성이 있기 때문에, 대부분은 방부/보존의 목적으로 특정 화학물질을 첨가하는 경우가 많았다. 내가 들은 화학물질은 '뷰틸렌글라이콜(Butylene Glycol)' 이었다. 방부의 목적으로 추출시 약 30% 농도로 첨가한다고 한다. 높은 농도인 30% 이상이 첨가되면 항균 효과가 있어 제품 내 세균 증식을 억제하고, 다른 보존제의 사용량을 줄이는데 도움이 된다고 알려져 있다.

이 물질은 무색무취의 액체로, 화장품 성분표에서 거의 빠지지 않고 등장하는 성분이다. 이렇게 폭넓게 사용되는 이유는 다양한 기능성을 가지기 때문이리라. 화학적으로 글리콜 계열의 알코올 성분으로 탄소 4개로 이루어진 짧은 체인 구조이다. 물, 기름 모두와 잘 어울리는 특성을 가지고 있다. 그래서 다양한 성분들을 하나로 모아주는 역할을 한다. 두 개의 알코올기가 수분을 끌어당겨 피부 속 수분을 채워주는 역할을 한다. 글리세린보다 가볍고 끈적임이 적어 사용감을 향상시키는 목적으로 첨가하는 성분이며 살리실산처럼 물에 잘 녹지 않는 성분들도 이 첨가물 덕분에 화장품에 안정적으로 배합될 수 있다고 한다. 이 물질은 발효시킨 사탕수수나 옥수수 등에서 추출한 지방산으로부터 유래되기도 하며, 식물 추출물의 일부로 사용되기도 한다. 이 물질이 화장품이나 식품 첨가물로 미국 fda에 의해 승인 받은 물질이기는 하다. 또한 권장배합한도(CIR 기준) 89%까지 사용할 수 있을 만큼 안정적이라고 지목된 성분이기도 하다. 비슷한 천연 보습성분으로는 글리세린, 히아루론산, 폴리글루타믹애씨드가 있다. 그렇지만 내가 원료를 추출하는 과정에 뷰틸렌글라이콜 30%를 첨가하여 만들지 않으려는 이유는 아래와 같다.

이 성분이 제조 과정에서 기여하는 부분은 '용매/용제'의 기능과 '향기/방향, 점도 감소제' 및 텍스쳐 조절이 대부분이다. 결론적으로 원료에 방부목적으로 이미 30% 농도로 첨가되어지는 경우에는 별도의 부가 원료 배합 과정에서 물성의 오류를 일으킬 가능성이 크기 때문에 이를 피하고자 함이다.
대부분 액상의 대용량 추출물의 패키징으로 유통되어야 하기 때문에 방부의 목적으로 30% 농도를 첨가하고 있는데, 나는 뷰틸렌글라이콜을 30% 이상의 농도로 첨가하지 않고도 변질되지 않게 패키징하여 충분히 가볍고 콤팩트한 패키지로 장기간 보관과 유통이 가능하게 만들 대안을 알기에 피하려는 것이다.
음용을 위한 음료나 섭취를 위한 식품류 제조 가공에 원료물질이 쓰여야 하기에 가급적이면 방부목적의 뷰틸렌글라이콜 30% 이라는 거부감 없이도 안전한 대안 패키징의 형태로 유통시키고 싶다.
위의 전제들을 종합하여 '오가닉 원료'라는 이슈를 선점하려는 목적이기도 하다.

원물의 원료화 과정을 살펴보고 어떤 방식으로 안전하고 컴팩트한 패키징이 완료 되는지 살펴 보자.

수확/채취(harvest/collect)
재배되어 개화하고 꽃잎이 최대한 크게 벌어진 상태의 꽃을 채취한다. 채취후 이 원물들은 수분이 날아가지 않도록 플라스틱 bag에 넣어져 '저온저장고'에 보관된다. 이는 쉽게 시드는 것을 방지한다.

세척(washing)
일정양의 꽃이 수확되고 모아지면, 추출장으로 이송시켜 깨끗한 수돗물로 세척한다. 재배 과정에서 별도의 농약을 살포하지는 않았지만, 먼지나 이물질이 포함되었을 가능성이 있기에 세척 과정을 거친다.

건조기(dry)
접두화 꽃에서 필요 성분을 추출할 경우, 마르지 않은 꽃에서 추출할 때 최대량을 뽑아낼수 있다. 그러나 유효한 성분의 추출은 꽃을 말린 이후에 추출할때 그 농도가 제일 높다. 따라서 세척을 마친 원물은 일정한 온도의 건조기를 통해 적절한 수분도로 건조되는 과정을 거치게 된다. 건조에는 약 24시간이 소요된다. 건조 온도는 중온에서 16시간, 중저온에서 8시간동안 건조된다.

추출기(extractor)
건조를 마친 원물은 상온의 정제수와 혼합되어 500kg 탱크에 혼입되게 된다. 이후 교반작용과 초음파 발생장치가 액체상태의 용매인 정제수를 교반시키고 초음파로 진동을 일으켜 추출하려는 유효물질이 최대한 깨끗하고 효과적으로 용출되도록 유도한다. 이 과정에는 원료와 물만 투입되며 일체의 촉진제나 보존제는 넣지 않는다. 작동 시간은 24시간 이며 추출을 마친 결과물은 보존제가 들어있지 않기 때문에, 이로인한 변질을 막기위해 바로 다음 단계의 '극저온 건조' 단계로 진입한다.

극저온 진공 건조기
추출기에 들어있는 유효물질이 가득한 추출 용액은 바로 극저온 건조기에 투입된다. 우리의 추출 방식은 보존/방부 효과를 목적으로 투입하는 30% 농도의 '뷰틸렌글라이콜'을 첨가하지 않은 순수한 물을 용매로 넣고 교반과 초음파 진동으로 추출한 것이기에 시간이 지체되면 미생물이 번식할 가능성이 있다. 따라서 추출물은 필터링으로 이물질을 제외한 순수한 액체만을 극저온 건조기에 투입하여 바로 건조 과정으로 진입한다. 처리 온도는 -30°C 로 추출물을 순식간에 동결시키는 작업이 1차로 이루어진다. 이후 진공도가 300Pa에 도달하면 약 0°C에서 증발하기 시작하여 재료가 빠르게 건조된다. 이것이 2차로 이루어지는 신속 건조 과정이다. 이 두 과정을 거치게 되면 95%의 수분이 모두 제거된다. 따라서 건조기 안에 남겨지는 최종 물질은 500kg의 5%인 25kg의 푸른색 분말만 남게 된다. 최종 결과물의 수분 함유량은 3% 미만이다. 이런 수준의 분말은 10년간 변질없이 보관이 가능한 수준이다. 이 작업은 72시간이 소요 된다.

알루미늄 파우치 진공 포장
극저온 진공 건조 방식으로 얻은 최종 분말 추출물은 이미 수분도 3% 미만이기에 이 자체로도 멸균 상태이기에 장기간 보관에는 지장이 없다. 하지만 주변 환경에 따라 수분율이 상승할수 있기 때문에, 우리는 이 분말들을 알루미늄 파우치에 진공상태로 sealing하여 외부 환경과 완전히 분리된 안전하고 compact한 상태로 저장되게 할 것이다. 이 형태로 패킹될 경우에는 기존의 액상 유통에 비하면(500kg) 굉장히 핸들링하기 쉽다.(25kg) 알미늄 파우치에 진공상태로 포장되기 때문에 직사광선과 습기로부터 자유롭게 보관될수 있다.