#계면장력 측정으로 평가한 향기 성분의 증발

본 논문에서는 계면장력(표면장력) 측정을 사용하여 물/공기 계면에서 이러한 휘발성 양친매성 물질의 경쟁 흡착에 대한 향기 혼합물의 조성이 미치는 영향을 조사했다. 이 방법은 휘발성 향료 용액의 동적 계면장력을 측정하는 것을 기반으로 한다. 이들은 뚜렷한 계면 활성 특성을 갖고 있다. 또한 시료 위의 기체상에 부유하는 물방울의 계면장력을 측정하면 마이셀 용액과 에멀젼을 포함한 복잡한 매트릭스뿐만 아니라 용액에서 자유 부피 (free volume)의 향기 증발을 평가할 수 있다.

이 연구에서는 에탄올, 제라니올 및 그 혼합물의 수용액과 상업용 향수 제품을 모델 시스템으로 연구했다. 동적 계면장력 곡선의 모양은 용액의 구성과 증발로 인한 물질의 농도 변화에 모두 민감하다는 것을 알 수 있다. 혼합 흡착 층에서 에탄올의 증발은 동일한 농도의 개별 용액에 비해 상당히 느리다. 이 관찰은 증발하는 동안 물/공기 계면에서 흡착층의 구성에 변화가 있음을 나타낸다. 보고된 결과는 향료 조성물의 목표 선택을 통해 제품의 향을 제어하는데 실제로 사용될 수 있다.

향료는 일반적으로 화장품, 제약, 퍼스널 케어, 세제 및 기타 산업에서 제품 제조에 사용된다. 향료 사용의 주된 목적은 제품에 쾌적한 냄새를 부여하여 소비자 특성을 개선하는 데 도움이 되는 것이다. 향이 인간의 후각 시스템에 미치는 영향은 제품에서 방출되는 향과 기체상(gas phase)을 통해 후각 수용체까지 이동하는 향에 따라 달라진다.

따라서 다양한 제품에서 향료의 증발을 제어하기 위해서는 증발이 제품 구성과 어떤 관련이 있는지, 증발이 구성 변화에 어떤 영향을 미치는지 이해하고, 증발이 제품의 냄새 변화에 미치는 영향을 최소화하고 시간이 지나도 원래 향이 유지되도록 향료의 조성을 설계하는 것이 중요하다.

복잡한 매트릭스(와인, 차, 주스, 식물, 향수 등)에 향기 물질이 포함된 제품 상부의 기체상(헤드스페이스 볼륨) 조성을 분석하는 주요 방법에는 인간의 후각 시스템 외에도 다양한 가스 크로마토그래피가 있다. 여기에는 기체상에서 멤브레인 미세 추출을 하는 HS-SPME(Headspace Solid Phase Microextraction) 방법과 액적 미세 추출(DME, Droplet Microextraction)이 포함된다. HS-SPME 의 단점은 향료와 멤브레인/매트릭스 섬유의 선택적 상호 작용으로 기체상에서 매트릭스로의 우선 흡착과 분석 물질의 후속 추출에 영향을 줄 수 있다는 점이다.

그림1 계면장력 시험의 도식적 표현

DME의 장점은 추출된 분석 물질 한 방울을 가스 크로마토그래프의 기화기에 직접 추가할 수 있다는 것이다. DME는 유기 용매, 즉 n-옥탄올, n-헥사데칸 및 부틸 아세테이트를 사용하므로 메틸 데카노에이트와 같은 내부 표준을 도입해야 한다는 점에 유의해야 한다.

이 연구에서는 계면장력 측정 방법을 사용하여 제품 상부 기체상의 통합 구성을 분석하고 용액-공기 계면에서 휘발성 양친매성 물질의 경쟁 흡착과 자유 부피로의 증발에 대한 혼합 용액 구성의 영향을 연구할 수 있음을 보여준다(그림1). 최대 기포 압력 방법을 사용하면 많은 냄새 제거제가 동적 계면 활성 특성을 가지고 있음이 이미 밝혀졌다. 물에 용해되면 용액의 계면장력을 감소시킨다.

이러한 '휘발성 계면활성제'에는 리날룰, 제라니올, 시트라넬올, 벤질아세테이트, 네롤, 시트랄, 멘톨 및 향수 조성물에 일반적으로 사용되는 기타 물질이 포함된다 [1-3]. 또한 동적 계면장력, 즉 계면 수명을 수십 밀리초에서 수십 초 범위에서 변화시켜 측정한 계면장력은 향료 용액의 조성 변화에 민감한 것으로 밝혀졌다 [4].

계면장력 측정법은 용액에서 기체상으로의 향료의 직접적인 질량 전달을 분석하는 데 사용할 수 있다. 분석할 용액의 일정 부피를 밀폐된 용기에 넣는다. 기체상에 대기 중인 물방울을 용액 위에 놓는다(그림1). 방울의 모양에 따라 계면장력이 결정된다(pendant drop method)[4,5]. 시간이 지남에 따라 휘발성 계면 활성 분자가 기상을 통해 이동하고 펜던트 드롭(pendant drop) 계면에 흡착되어 계면 장력이 감소하기 때문에 방울의 모양이 변한다.

따라서 펜던트 드롭은 시료 용기의 기체상에서 휘발성 양친매성 물질에 대한 ‘센서’ 역할을 한다. 이 방법은 휘발성 향 성분을 함유한 계면활성제, 에멀젼 및 고체의 마이셀 용액을 포함한 복잡한 매트릭스에서 향의 증발을 연구하는 데 사용할 수 있다.

필자
L. Tsarkova, O. A. Soboleva, J. S. Gutmann