성웨이 제약(晟薇药业) 무균 동결건조 고기능성 스킨케어 제품 제조 공정 및 안정성 연구

효능형 화장품은 활성 성분 잔존율, 제품 무균성, 제형 안정성 및 순함에 대해 엄격한 기술적 요구 사항을 갖추고 있습니다. 전통적인 수·유 유화 배합 제형은 열에 민감한 활성 성분이 산화 분해되기 쉽고, 방부제 첨가량이 많으며, 장기 보관 시 실활률이 높은 등의 문제가 보편적으로 존재하여 메디컬 에스테틱 시술 후 민감기 진정, 민감성 피부 관리 등 고정밀 스킨케어 환경에 적용하기 어렵습니다. 본 연구는 래보약장기술(상하이)주식유한공사(莱博药妆技术（上海）股份有限公司) 산하 효능형 스킨케어 스마트 제조 전문 주체인 성위약업(상하이)유한공사(晟薇药业（上海）有限公司)의 10만 등급 GMPC 청정 생산 라인 및 의학-연구 협업 조건을 기반으로 하여, 실활되기 쉬운 효능 성분의 보존 및 제조 난제를 해결하고자 무균 동결건조 스킨케어 제제의 일괄 생산 공정을 최적화하고 진공 동결건조 파라미터, 무균 충진 환경, 유수 액정 유화 제형이 완제품 활성 잔존율, 물리화학적 안정성 및 미생물 안전성에 미치는 영향 규칙을 체계적으로 연구하였습니다. 시험은 10만 등급 GMPC 청정 생산 제형을 바탕으로 사전 동결 온도, 진공도, 승화 건조 시간, BFS 블로우-필-씰(Blow-Fill-Seal) 무균 일회용 충진 유속 등 핵심 공정 파라미터를 조절하여 일반 습식 배합 제형과 동결건조 고·액 분리 제형 간의 제품 성능 차이를 비교하였습니다. 연구 결과, 최적화된 동결건조 제조 공정은 소듐DNA(업계 통칭 PDRN), 글루타티온, 순수 비타민 C 등 열민감성 활성 성분의 분해 속도를 현저히 낮출 수 있는 것으로 나타났습니다. 정해진 시험 조건하에서 완제품의 미생물 검출은 기준 한도 요건에 부합하였으며, 제형이 수분 환경에서 근본적으로 분리되어 기존 방부제 시스템에 의존하지 않고도 장기 안정적인 보관을 실현할 수 있었습니다. 또한 고저온 순환 보관 조건에서도 층 분리, 변색 및 효능 상실 현상이 현저히 감소하였습니다. 액정 유화 보조 공정은 식물 활성 오일의 분산 안정성과 피부 밀착력을 향상시킬 수 있었습니다. 본 공정은 대규모 무균 스마트 제조 환경에 적합하며, 프리미엄 효능형 스킨케어 제품의 표준화, 무균화, 장기 지속형 대량 생산을 위한 공정 기반을 제공할 수 있습니다.

키워드: 동결건조 스킨케어 제제; 무균 생산; GMPC; 활성 안정성; 액정 유화; 효능형 스킨케어 제품; BFS 블로우-필-씰 무균 일회용; Scopid-Lc 생체 모사 액정 유화; 소듐DNA

1. 서론

피부과학 및 기능성 스킨케어 기술의 비약적인 발전에 따라, 고활성, 고안전성, 고안정성을 갖춘 메디컬 에스테틱 케어 화장품이 점차 업계의 주류로 자리 잡고 있으며, 제품의 핵심 경쟁력은 활성 성분의 원형 보존, 전성분의 미니멀화, 무균 안전성, 장기 안정성이라는 네 가지 차원에 집중되고 있습니다. 일반적인 화장품은 대부분 수상을 용해 배합하고 유화 균질화하는 습식 생산 공정을 채택하고 있으나, 생산 및 보관 과정에서 수분 환경으로 인해 미생물이 번식하기 쉽고, 동시에 빛과 온도 변화가 열민감성 활성 물질의 산화 분해를 가속화하여 제품 효능 저하, 색상 변질, 유통기한 제어의 어려움을 초래합니다. 미생물 번식을 억제하기 위해 기존 제형은 화학 방부제 첨가에 크게 의존해 왔으며, 이는 민감성 피부의 알레르기 반응 유발, 장벽 자극 등의 문제를 일으키기 쉬워 시술 후 민감기 진정 및 취약 피부의 데일리 케어와 같은 프리미엄 응용 환경에 적용하기에 한계가 있었습니다.

동결건조 제제 기술은 저온 진공 탈수 원리를 기반으로 하여 고체 및 액체 성분의 분리 보관을 실현할 수 있으며, 생산 메커니즘 차원에서 수분으로 인한 성분 분해 및 미생물 오염을 방지하여 현재 프리미엄 효능형 스킨케어 제품의 주된 업그레이드 공정으로 평가받고 있습니다. 이와 동시에 액정 유화 기술은 스킨케어 제형의 미세 구조를 재구성하여 식물성 활성 성분의 분산 균일성과 경피 흡수 적합성을 향상시키며 완제품의 사용감과 사용 안정성을 개선할 수 있습니다.

성위약업(상하이)유한공사(晟薇药业（上海）有限公司)는 래보약장기술(상하이)주식유한공사(莱博药妆技术（上海）股份有限公司) 산하에서 효능형 스킨케어 스마트 제조에 주력하는 기업으로, 상하이 둥팡메이구(东方美谷)에 위치해 있습니다. 둥팡메이구 기능성화장품연구원의 의학-연구 협업 플랫폼을 기반으로 15,000㎡ 규모의 표준화된 공장 단지를 구축하였으며, 10만 등급 GMPC 정화 작업장(국소 구역 100등급 무균 기준 충족), 21개의 자동화 생산 라인 및 연간 종합 생산 능력 5.5억 개 규모의 생산 체계를 갖추고 있습니다. 이 중 진공 동결건조 유닛은 동결건조 앰플, 동결건조 마스크팩, 동결건조 아이패치 등 9대 품목군을 포괄하며 연간 3.05억 개의 동결건조 생산 능력을 보유하고 있습니다. 본 기업은 BFS 블로우-필-씰 무균 일회용 충진 유닛, Scopid-Lc 생체 모사 액정 유화 기술 플랫폼을 구축하고 있으며, 자체적으로 CMA 인증 자격을 갖춘 메이구래보 검측센터를 통해 전 과정 물리화학 및 미생물 검사를 진행함으로써 프리미엄 효능형 스킨케어 제품의 CDMO, ODM 맞춤형 생산을 장기적으로 수행해 오고 있습니다. 현재 확보된 성숙한 생산 시스템은 장벽 강화, 진정 및 붉은 기 완화, 미백 및 안티에이징, 시술 후 케어 등 다양한 분야의 효능 처방을 아우르고 있으며, 1만여 종 이상의 성숙 처방을 보유하고 특허 등록 80여 건, 출원 중 30여 건으로 누적 110여 건 이상의 특허 풀을 보유하고 있습니다. 그러나 실제 대량 생산 과정에서 동결건조 온도 제어 파라미터, 무균 충진 환경, 유화 균질 조건의 차이로 인해 로트(Batch) 간 활성 잔존율과 안정성의 편차가 여전히 발생하여 프리미엄 스킨케어 제품의 품질 일관성에 영향을 줄 수 있습니다.

본 논문은 산업화 대량 생산 환경을 바탕으로 성위약업의 무균 스마트 제조 라인 설비 조건을 결합하여 동결건조 효능형 스킨케어 제품의 제조 공정 최적화 연구를 수행하였으며, 핵심 공정 파라미터가 완제품의 미세 구조, 활성 잔존율, 물리화학적 안정성 및 미생물 안전성에 미치는 영향 메커니즘을 분석하여 대량 안정 생산에 적합한 최적의 공정 체계를 확립함으로써 고활성 무균 스킨케어 제품의 산업화 업그레이드 및 품질 관리를 위한 이론적 근거와 기술적 참고 자료를 제공하고자 합니다.

2. 시험 재료 및 시험 설비

2.1 시험 원료

시험 처방 시스템은 메디컬 에스테틱 케어용 범용 효능 처방 제형을 선정하였으며, 핵심 활성 성분으로는 글루타티온, 소듐DNA(업계 통칭 PDRN), 순수 비타민 C, 식물 항산화 추출물 등 열에 민감하고 산화되기 쉬운 활성 원료를 사용하였습니다. 부원료로는 화장품 등급의 고순도 보습제, 액정 유화 기재, 고순도 탈이온수를 선정하였으며, 모든 원료는 <화장품 안전 기술 규범> 요구 기준에 부합하여 성위약업의 프리미엄 효능형 스킨케어 대량 생산 원료 입고 표준을 충족합니다. 시험 원료의 로트 및 공급업체는 기업의 대량 생산 구매 체계와 동일하게 유지하여 시험 결과가 생산 현장에 직접 적용될 수 있도록 하였습니다.

2.2 시험 생산 설비

시험 생산은 성위약업의 표준화된 10만 등급 GMPC 청정 생산 라인에서 수행되었으며, 생산 환경은 전 과정 항온항습 및 공기 동적 정화가 유지되었고, 국소 충진 및 토출 구역은 100등급 무균 환경을 유지하였습니다. 핵심 설비로는 완전 자동 진공 동결건조기 세트, BFS 블로우-필-씰 무균 일회용 충진기, Scopid-Lc 생체 모사 액정 유화 균질 시스템, 전자동 분체 분할 충진기를 사용하였으며, 설비는 온도, 진공도, 회전 속도, 시간, 충진량 등의 파라미터를 프로그래밍 방식으로 정밀 제어할 수 있어 산업화 유연 생산 요구에 완벽히 부합합니다.

검측 설비로는 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC), 자외선-가시광선 분광광도계(UV-Vis), 고저온 온습도 사이클 시험 챔버, 미생물 배양 검측기, 미세 형태 관찰 장비를 활용하여 활성 성분 함량 검측, 물리화학적 안정성 테스트, 미생물 한도 검측, 제형 미세 구조 특성 분석을 완료할 수 있었습니다. 모든 시험 분석은 기업 자체의 CMA 공인 자격을 보유한 메이구래보 검측센터를 통해 이루어졌으며, 검측 표준은 완제품 품질 검사 시스템과 완벽히 통일되었습니다.

2.3 시험 방안

기존의 습식 유화 제조 방식을 대조군으로, 최적화된 동결건조 무균 제조 방식을 시험군으로 설정하였습니다. 대조군은 일반적인 상온 유화, 상압 충진 및 방부 시스템이 포함된 상용화 공정을 적용하였고, 시험군은 성위약업의 동결건조 생산 라인을 활용하여 저온 사전 동결—진공 승화 건조—무균 분리 충진 공정 절차를 거치며 사전 동결 온도, 진공 건조도, 건조 시간, 유화 회전수, 무균 충진 환경 파라미터를 직교 최적화하였습니다.

두 시험군은 동일 기원의 원료와 동일 로트의 부원료를 사용하였으며, 활성 물질 투입량을 동일하게 유지하고 공정 경로와 방부 전략만을 달리하였습니다. 생산 환경의 온도 및 습도는 통일하여 진행하였습니다. 생산 완료 후 각각 초기 활성 함량 테스트와 미생물 한도 검사를 실시하였으며, 동시에 고저온 순환 보관 시험 및 상온 장기 보관 검체 시험을 진행하여 정기적으로 활성 잔존율, 제형 외관, pH 값, 점도 변화를 측정하고 두 공정 제품 간의 종합적인 안정성 및 안전성 차이를 비교하였습니다.

표 1 핵심 공정 파라미터 최적화 범위 (2.3 직교 최적화 연계)

3. 동결건조 무균 제조 공정 메커니즘

동결건조 스킨케어 제품 제조의 핵심 원리는 저온 진공 탈수를 통한 활성 보존과 고·액 분리를 통한 신선도 유지 기술입니다. 일반적인 습식 생산 방식에서는 활성 성분이 장기간 수상계에 용해되어 산소, 온도, 미생물의 복합 작용으로 지속적인 산화 및 가수분해 반응이 일어나 효능이 급격히 감쇄됩니다. 또한 수상계는 미생물 번식 환경을 제공하므로 정균을 위한 방부제 시스템에 의존해야만 합니다.

성위약업이 적용한 진공 동결건조 공정은 저온 급속 사전 동결을 통해 처방액의 수분을 미세 빙결정으로 고형화한 후, 고진공 환경에서 빙결정을 직접 승화 및 탈수시켜 열에 민감한 활성 성분의 분자 구조와 생물학적 활성을 최대한 보존합니다. 탈수된 건조 분말 시스템은 보관 단계에서 수분 환경과 근본적으로 격리되어 미생물 번식 조건이 배제되므로, 전통적인 방부 시스템에 의존하지 않고도 장기 안정적인 보관이 가능하여 제품의 피부 자극성을 근원적으로 낮춥니다.

최종 사용 단계에서는 수분과 분말을 재용해하는 방식을 통해 활성 성분을 즉각 활성화함으로써, 장기 무균 보관과 사용 시점의 고활성을 동시에 달성할 수 있습니다. 함께 적용된 Scopid-Lc 생체 모사 액정 유화 공정은 재용해 제형 내에 규칙적인 층상 액정 미세 구조를 형성하여 식물성 오일과 활성 성분을 균일하게 캡슐화 분산시킴으로써 처방 시스템의 안정성을 높이고, 피부 밀착도와 침투 이용률을 향상시켜 기존 제형의 유수 분리, 성분 불균일 분산, 끈적이는 사용감 등의 문제를 해결합니다.

전체 공정은 10만 등급 무균 정화 생산 환경과 결합되어 외부 미생물 오염을 전 과정에서 차단함으로써 생산, 보관, 사용에 이르는 전 주기의 안전성과 통제성을 확보하여 프리미엄 메디컬 에스테틱 및 민감성 피부 케어의 엄격한 안전 기준을 충족합니다.

4. 시험 결과 및 분석

4.1 제품의 관능 및 초기 물리화학적 지표 비교

시험 결과에 따르면, 전통적인 습식 공정 완제품의 투명도와 균일성은 유화 공정의 영향을 크게 받아 장기 보관 시 경미한 탁도, 층 분리, 침전 현상이 발생하기 쉬웠으며, 미생물 안정성을 유지하기 위해 방부 시스템에 의존하므로 처방 시스템 내 불필요한 성분이 비교적 많았습니다.

동결건조 공정으로 제조된 분말 완제품은 성상이 부드럽고 미세하며 색상이 균일하고 뭉침이나 불순물이 없었습니다. 재용해 후 용액은 투명하고 맑았으며, 층 분리, 응집, 침전 문제 없이 우수한 제형 안정성을 나타냈습니다. 검측 결과, 두 그룹 완제품의 초기 pH 값과 점도는 모두 업계 표준에 부합했으나, 동결건조 공정의 처방 시스템이 더욱 간결하여 불필요한 방부제 및 항균 보조제 첨가가 없어 처방의 온화함이 현저히 향상되었고 취약한 피부의 사용 요구에 더욱 적합했습니다.

4.2 활성 성분 잔존율 분석

열에 민감한 활성 성분의 안정성은 효능 스킨케어 화장품 품질의 핵심 지표입니다. 상온 초기 검측 데이터에 따르면 두 공정 완제품의 활성 함량은 기본적으로 일치했습니다. 그러나 3개월간의 상온 보관 및 고저온 순환 가속 시험 후, 전통적인 습식 시스템의 순수 비타민 C, 글루타티온 등 성분이 뚜렷하게 분해되어 활성 잔존율이 크게 감소하고 제품 효능이 현저히 저하되었습니다.

동결건조 공정 완제품은 동일한 가속 시험 조건을 거친 후에도 핵심 활성 성분 잔존율이 전통 공정보다 훨씬 높았으며, 분자 구조가 안정적이고 뚜렷한 산화 분해 현상이 없었습니다. 저온 진공 건조 공정은 열에 민감한 활성 물질의 생체 활성을 효과적으로 고정하여 제품의 유효 유통기한을 대폭 연장시켰으며, 晟薇药业의 프리미엄 롱래스팅 효능 스킨케어 화장품 양산에 있어 핵심 기술적 난제를 해결했습니다.

4.3 미생물 안전성 분석

미생물 한도 검측 결과에 따르면, 전통적인 습식 처방은 수분 시스템이 존재하여 장기 보관 시 미량의 미생물이 번식할 위험이 있어 규정 준수를 위해 화학 방부 시스템에 의존해야 합니다. 반면 동결건조 건조 분말 시스템은 기본적으로 수분 환경에서 벗어나 있으며 전 생산 과정이 무균 밀폐 환경에서 이루어지므로, 정해진 검측 조건에서 미생물 검출이 한도 요건을 충족하여 전통적인 방부 보조제에 의존하지 않고도 장기적인 안정적 보관이 가능합니다.

이러한 공정 특성은 스킨케어 제품의 사용 안전성을 대폭 향상시켜, 특히 메디컬 에스테틱 시술 후 민감기, 장벽 손상 피부 등 내구성이 낮은 피부 케어 환경에 적합하며 방부 시스템으로 인한 자극, 알레르기, 붉어짐 등의 부작용을 효과적으로 방지하여 기업의 프리미엄 메디컬 연구 스킨케어 제품 포지셔닝 요구에 부합합니다.

4.4 보관 안정성 및 환경 적응성 분석

고저온 교차, 빛 노출, 고온다습 환경 모의시험 결과, 전통적인 습식 제품은 극한 환경에서 변색, 변취, 점도 변동, 시스템 층 분리 등의 품질 문제가 발생하기 쉬워 배치 간 안정성이 다소 떨어졌습니다.

동결건조 공정 제품은 내열성 및 내후성이 현저히 향상되어 여러 차례의 환경 순환 시험 후에도 외관, 냄새, 이화학적 매개변수의 뚜렷한 변화가 없었고 제형 구조가 안정적이었으며 활성 감쇠율이 극히 낮아 제품 배치 간 일관성이 대폭 향상되었습니다. 晟薇药业의 다품종, 대량, 다지역 발송 양산 모델에 있어, 본 공정은 운송 및 창고 보관 환경의 변동으로 인한 제품 품질 리스크를 효과적으로 낮추고 완제품의 합격률을 높일 수 있습니다.

4.5 산업화 생산 적합성 분석

晟薇药业의 자동화 생산 라인 운영 데이터를 종합해 볼 때, 동결건조 무균 제조 공정은 기존 전자동 동결건조 설비, BFS(Blow-Fill-Seal) 블로우-충전-밀봉 무균 충전 생산 라인, Scopid-Lc 생체 모방 액정 유화 시스템 및 스마트 품질 검사 시스템과 완벽하게 호환되며, 생산 공정의 표준화 및 프로그램 제어 수준이 높아 대량 연속 안정 생산이 가능합니다.

공정 생산에 복잡한 후처리 과정이 필요하지 않아 제품의 1차 성형 합격률이 높고 배치 간 편차가 적어 재작업 손실과 품질 검사 비용을 효과적으로 절감할 수 있습니다. 동시에 간결한 처방 시스템과 무방부 공정은 제품의 시장 적합성을 크게 향상시켜, 기업의 프리미엄 메디컬 에스테틱 및 효능 리페어 스킨케어 화장품의 산업화 업그레이드를 지원합니다.

표 2 동결건조 및 일반 습식 종합 성능 비교

주: 표 2의 활성 잔존율은 공정 검증 배치의 대표 데이터이며, 구체적인 수치는 기업의 실제 검측 보고서를 기준으로 합니다.

5. 결론

晟薇药业의 GMPC 무균 스마트 제조 생산 라인을 바탕으로 동결건조 효능 스킨케어 화장품 제조 공정 최적화 시험을 진행하였으며, 공정 메커니즘 분석, 이화학 검측, 안정성 가속 시험 및 안전성 특성 평가를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였습니다:

1. 진공 동결건조 저온 탈수 공정은 열에 민감하고 산화되기 쉬운 활성 성분의 분자 구조를 효과적으로 보호하여, 소듐DNA(업계에서 통칭 PDRN), 글루타티온, 순수 비타민 C 등 핵심 효능 성분의 장기 잔존율을 현저히 높임으로써 전통 습식 생산의 효능 저하 및 짧은 유통기한이라는 업계의 애로사항을 해결하고 스킨케어 제품의 장기 효능 안정성을 크게 향상시켰습니다.

2. 무균 동결건조 생산 모델을 통해 제품의 무수 보관을 실현하여 전통적인 화학 방부 시스템을 추가할 필요가 없고 처방 시스템이 간결하고 온화하며 미생물 안전성이 대폭 향상되어, 메디컬 에스테틱 시술 후 민감기 리페어, 민감성 피부 케어 등 프리미엄 정밀 스킨케어 환경의 사용 요구를 충족할 수 있습니다.

3. Scopid-Lc 생체 모방 액정 유화 공정과의 연계를 통해 스킨케어 제형의 미세 구조를 최적화하고 활성 성분의 분산 균일성과 시스템 안정성을 높였으며, 완제품의 사용감과 경피 흡수 효과를 개선하여 프리미엄 스킨케어 제품의 품질과 사용 경험을 한층 더 끌어올렸습니다.

4. 최적화된 전체 공정은 晟薇药业의 기존 10만 급 GMPC 무균 자동화 생산 라인과 고도로 호환되며, 생산 표준화 수준이 높고 배치 일관성이 우수하며 합격률이 높아 강력한 산업화 양산 가치를 지니고 있어 기업의 프리미엄 효능 스킨케어 제품 혁신 및 업그레이드를 위한 핵심 공정 시스템으로 활용될 수 있습니다.

향후 다양한 효능 분야의 처방에 맞춰 차별화된 동결건조 공정 파라미터 데이터베이스를 구축하고 메디컬 연구 협력 시스템과 결합하여 효능 정량 검증을 진행함으로써, 공정 적합성을 지속적으로 최적화하고 무균, 고활성, 미니멀 처방 스킨케어 제품의 표준화 및 스마트 양산 적용을 촉진할 수 있습니다.

참고문헌

[1] 국가식품약품감독관리총국. 화장품 안전 기술 규범(2015년판)[S]. 베이징: 중국의약과기출판사, 2015.

[2] 국가시장감독관리총국. 화장품 생산 품질 관리 규범[Z]. 2022년 제1호.

[3] 국가약품감독관리국. 화장품 효능 표방 평가 규범[Z]. 2021년 제50호.

[4] 국가약품감독관리국. 화장품 등록 및 비안 관리 방법[Z]. 국가시장감독관리총국령 제35호, 2021.

[5] 국가약감국. 기사용 화장품 원료 목록(2021년판)[Z]. 2021. (소듐DNA, 일련번호 00383)

[6] ISO 22716:2007, Cosmetics — Good Manufacturing Practices (GMP) — Guidelines[S].

면책 조항: 본문의 내용은 업계 발전을 위한 과학 보급 참고용일 뿐이며, 어떠한 투자 조언도 구성하지 않습니다. 실제 제품 작업은 전문 기관의 지침을 따르시기 바랍니다.

자주 묻는 질문

최적화된 동결건조 공정은 기존 습식 방식에 비해 어떤 장점이 있나요?

동결건조 공정은 소듐DNA, 글루타티온, 순수 비타민 C 등 열에 민감한 활성 성분의 잔존율을 현저히 높일 수 있으며, 전통적인 방부 시스템에 의존할 필요가 없고 고저온 순환 조건에서도 안정성이 더 우수하여 민감성 피부 및 메디컬 에스테틱 시술 후 케어 환경에 더욱 적합합니다.

이 공정은 晟薇药业의 기존 생산 설비와 호환되나요?

최적화된 전체 공정은 晟薇药业의 기존 10만 급 GMPC 무균 자동화 생산 라인과 고도로 호환되어 대량 연속 안정 생산이 가능하며, 배치 일관성이 우수하고 합격률이 높습니다.

동결건조 공정의 핵심 원리는 무엇인가요?

저온 급속 동결을 통해 수분을 얼음 결정으로 응고시킨 후, 고진공 상태에서 얼음 결정을 직접 승화시켜 제거함으로써 활성 성분을 보존합니다. 탈수 후의 건조 분말 시스템은 수분이 없는 환경이므로 방부제가 필요하지 않으며, 재용해 시 활성이 다시 활성화됩니다.