화장품 산업은 수백 개의 브랜드와 제품 유형을 보유한 5,110억 달러 규모의 산업입니다.
비누와 샴푸부터 아이라이너와 아이섀도까지 광범위한 제품군을 갖추고 있습니다.
각 제품은 용도, 성분, 그리고 물리적 특성이 독특합니다.
모든 제품은 어떤 방식으로든 피부에 국소적으로 도포되므로, 안전하고 광고된 기능을 제공하는 것이 필수적입니다.
화장품은 다양한 수분 활성도를 가질 수 있으므로(표 1), 화장품의 수분 활성도를 측정하는 것은 제품이 미생물 오염에 얼마나 취약한지 파악하고 일관된 제품 품질을 제공하는 데 매우 중요합니다.
2017년에 ISO 29621 화장품 – 미생물학 – 미생물학적으로 저위험 제품의 위험 평가 및 식별 지침이 발표되어 화장품에서 미생물 성장 가능성을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나로 수분 활성도를 명시했습니다.
수분 함량이 아닌 수분 활성도는 화장품 내 미생물이 생장을 위해 수분에 접근할 수 있는지 여부를 결정합니다.
각 미생물은 생장하기 위해 고유한 수분 활성도 수준이 필요하지만 모든 유기체는 수분 활성도가 0.600 aw 미만이면 생장을 멈춥니다.
수분 활성도는 화장품의 화학적 및 물리적 안정성과도 더 강한 상관관계를 갖습니다.
일반적으로 수분 활성도가 감소하면 산화 및 가수분해와 같은 화학 반응 속도가 감소하여 화장품의 유통기한이 연장됩니다.
그러나 수분 활성도가 낮아지면 일반적으로 화장품의 물리적 특성이 변화하여 바람직하지 않을 수 있습니다.
핵심은 각 화장품에 이상적인 수분 활성도 범위를 결정하고 이를 필수 출시 사양으로 구현하는 것입니다.
또한, 제품이 이상적인 수분 활성도에 맞춰 만들어졌는지 확인하기 위해 일상적인 QA 테스트로 수분 활성도 테스트를 시행하는 것이 필요할 것입니다.
| 화장품 종류 | aw 값 |
|---|---|
| 파운데이션 | 0.68 |
| 핸드크림 | 0.96 |
| 루즈 바디 파우더 | 0.76 |
| 입술 연지 | 0.68 |
| 마스카라 | 0.96 |
| 파우더 아이섀도 | 0.76 |
| 샴푸 | 0.99 |
| 샴푸 컨디셔너 | 0.97 |
| 치약 | 0.86 |
| 젖은/마른 아이섀도 | 0.57 |
표 1. 일반 화장품의 수분 활성도(Fontana 및 Schmidt, 2020에서 발췌)
수분 활성도는 계 내 물의 에너지 상태로 정의되며, 깁스 자유 에너지 방정식을 통해 열역학의 기본 법칙에 기반을 둡니다.
수분 활성도는 매트릭스 내 표면, 총괄적, 그리고 모세관 상호작용에 의해 결정되는 물의 상대적인 화학적 위치 에너지를 나타냅니다.
실제로, 수분 활성도는 시료와 평형 상태에 있는 헤드스페이스 내 물의 분증기압(P)을 같은 온도(T)에서 물의 포화 증기압(P0)으로 나누어 측정합니다.
수분 활성도는 평형 상대 습도(ERH)를 100으로 나눈 값과 같습니다.
이 수분 활성도 지수는 분압과 포화압이 동일할 때 뼈가 완전히 마른 상태의 0부터 순수한 물의 1.00까지의 범위를 포괄합니다.
수분 활성도는 종종 “자유수”라고 불리며, 이는 고에너지를 지칭할 때 유용합니다.
그러나 “자유”라는 용어는 과학적으로 정의되지 않고 맥락에 따라 다르게 해석되기 때문에 오해의 소지가 있습니다.
결과적으로, 자유수라는 개념은 물의 물리적 결합(정량적 측정)과 물의 저에너지 결합(정성적 측정) 간의 혼동을 야기할 수 있습니다.
수분 활성도 0.50은 자유수가 50%임을 나타내는 반면, 이는 제품 내 물이 동일한 상황에서 순수한 물이 가질 수 있는 에너지의 50%를 가지고 있음을 더 정확하게 나타냅니다.
수분 활성도가 낮을수록 시스템 내 물이 순수한 물처럼 거동하지 않습니다.
수분 활성도는 샘플 내 액상수와 폐쇄된 챔버의 헤드스페이스 내 기상수를 평형화하고 센서를 사용하여 헤드스페이스 내 ERH를 측정하여 측정합니다.
상대 습도는 저항성 전해 센서, 냉각 거울 센서 또는 용량성 흡습성 폴리머 센서를 사용하여 결정할 수 있습니다.
LabMaster NEO와 같은 Novasina의 기기는 전해 센서를 사용하여 샘플이 들어 있는 밀폐된 챔버 내부의 ERH를 결정합니다.
ERH의 변화는 전해 센서의 전기 저항의 변화로 추적됩니다.
이 접근 방식의 장점은 매우 안정적이며 냉각 거울 센서의 특정 약점인 오염으로 인한 부정확한 판독에 강하다는 것입니다.
저항성 전해 센서는 유지 관리가 없고 드물게 교정하여 최고 수준의 정확도와 정밀도를 달성할 수 있으므로 화장품 테스트에 이상적입니다.
수분 활성도는 시스템에서 물의 에너지를 설명하는 집약적 속성인 반면 수분 함량은 제품의 수분량을 결정하는 광범위한 속성입니다.
수분 활성도와 수분 함량은 관련이 있지만 동일하지 않습니다.
수분 함량은 일반적으로 건조 감량이나 화학 적정을 통해 결정됩니다.
수분 함량은 순도 측정 및 동일성 기준으로는 유용하지만, 수분 활성도만큼 미생물 성장, 화학적 안정성 또는 물리적 안정성과 상관관계가 높지는 않습니다.
수분 활성도와 수분 함량은 수분 흡착 등온선을 통해 서로 연관됩니다.