순천만 자생식물(매실, 노근, 함초)의 피부에 대한 유효활성 분석

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 국내 청정 순천지역의 특산식물인 매실, 노근 그리고 함초의 피부에 대한 천연화장품 소재로서 이용성 증대를 목적으로 수행되었으며, 추출액의 열수 추출물의 제조 시 고유향의 휘발되어 소실되는 문제를 해결하기 위하여 고온 고압 및 쿨링 시스템(hydro-distillation)을 이용한 매실 고유의 향을 함유한 최적의 증류액과 착즙액의 제조 조건을 확인한 후 유효성분 및 유효성을 분석함으로서 천연화장수와 에멀젼 소재로의 다양한 활용 가능성 확인하고자 하였다.
노근, 함초 그리고 매실의 에탄올 추출액은 각각 38.4%, 3.41% 그리고 10.0%의 수율로 추출물을 획득하였으며, 추출 방법별로 제조한 매실 추출액의 수율을 확인한 결과, 착즙의 경우 2.49%, prethanol A의 경우 10.07%, prethanol A 침지 및 소니케이션을 병행할 경우엔 5.11%의 수율을 나타냄으로서 prethanol A 침지법이 가장 효율적인 추출조건임을 확인하였다. 노근, 함초, 매실의 에탄올 추출물에 대한 DPPH radical 소거능을 분석한 결과, 3종 모두에서 농도 의존적인 증가 경향을 보였고 매실 추출물의 경우는 모든 농도(31.3~1,000 μg/mL)에서 가장 유의할만한 활성을 보였으며 최대농도에서는 노근과 매실의 활성이 40.4%와 41.4%로 유사한 값을 나타냈다. 3종 식물의 에탄올 추출물로부터 4가지 용매로 분획물을 제조하여 DPPH radical 소거능을 분석한 결과, 노근의 경우엔 n-hexane과 ethyl acetate 분획물에서 유의할만한 활성을 보였으며 특히 250~500 μg/mL의 농도에서는 70% 이상의 소거능을 보였다. 함초의 경우에는 부탄올과 에틸아세테이트 분획물이 500 μg/mL의 농도에서 40.7%와 49.6%로 다른 용매 추출물보다 높은 소거능을 보였으나 노근에 비하여 상대적으로 낮은 소거능을 나타냈음을 알 수 있었다. 매실의 경우는 에틸아세테이트 분획물이 250 μg/mL 이상의 농도에서 70% 이상의 소거능을 보였다. 이상과 같은 결과로 볼 때 노근과 매실의 경우 전자공여능이 우수하여 항산화능이 높은 것으로 생각된다.
에탄올 추출물의 농도별(125~1,000 μg/mL)로 SOD 유사활성을 분석한 결과, 500 μg/mL에서는 매실 추출물의 활성이 28.3%로 가장 높게 나타났으며 최대농도인 1000 μg/mL에서는 오히려 노근 추출물에서 35.6%로 함초나 매실에 비하여 다소 높게 나타났으나 3종 모두에서 크게 유의할만한 차이는 나타나지 않았다. 유기용매 분획물에서는 노근의 경우 분획물의 농도가 31.3 μg/mL일 때 에틸아세테이트 분획물의 활성이 9.4%로 가장 높게 나타났으며, 다른 농도군(62.5~1000 μg/mL) 모두에서 농도 의존적으로 우수한 활성을 보였다. 특히 1000 μg/mL 농도에서 59.8%의 높은 활성을 보였다. 함초와 매실의 경우에도 모두 전체적으로 농도 의존적으로 증가하는 경향이었으며 분획물의 농도가 125 μg/mL 이상의 농도에서는 헥산과 물 분획물에 비하여 부탄올과 에틸아세테이트 분획물에서 함초의 경우 각각 46.6%와 44.7%, 매실의 경우 각각 43.9%와 45.8%로 다소 높은 활성을 나타내었다. 이상과 같은 결과는 매실의 경우 우수한 활성을 보여 산화방지와 노화억제에 밀접한 관계가 있을 것으로 사료된다.
매실의 폴리페놀 함량 측정 결과에 따르면, 착즙법보다는 prethanol A 추출법에서, 냉동매실보다는 청매실에서, 청매실보다는 황매실에서 훨씬 더 많은 양의 항산화물질인 폴리페놀이 용출되었다. 플라보노이드 함량분석에서는 prethanol A 추출법이 단순 착즙법보다 훨씬 많은 양의 항산화물질을 용출하였고, 냉동매실보다는 청매실에서 그 효과가 우수하였다. HPLC 분석 결과, 항산화 효능을 나타내는 chlorogenic acid, vanilic acid, rutin, quercetin 은 각각 724.63, 75.41, 20.91, 2.46 Unit으로 함유되어 있는 것을 확인되었다.
또한, 5종의 피부관련 미생물(S. aureus, S. epidermidis, P. acnes, C. albicans, M. furfur)에 대하여 항미생물 활성을 분석한 결과 노근과 함초의 경우는 5종 모두에서 항미생물 활성이 관찰되지 않았으며, 매실의 경우 S. epidermidis, P. acnes, C. albicans에서 항균효과가 나타났다. S. epidermidis, P. acnes의 경우는 50 mg/mL의 추출물 농도에서부터 150 mg/mL 농도까지는 농도 의존적으로 증가하다가 200 mg/mL에서는 증가하지 않았다. C. albicans는 prethanol A 및 착즙 추출액에 의해 모든 농도범위(1~100mg/mL)에서 농도 의존적으로 Clear zone을 형성하였고, 그 효과는 착즙 추출액보다는 prethanol A 추출물에서 더 우수하였다. 또한 100mg/mL의 농도에서는 균의 억제 투명대가 황매실에서 5.0mm로 가장 높았다.
매실추출물의 추출방법에 따른 정상세포의 세포 안정성은 착즙법과 prethanol A법 모두 모든 농도에서 안정성을 가지고 있음을 확인하였다. 매실종류와 추출방법에 따른 각각의 추출액에 대한 정상세포의 세포안정성은 청매실는 청매실에서, 청매실보다는 황매실에서 훨씬 더 높았다. 인체피부세포 영향을 살펴본 결과 노근과 함초의 경우 모든 농도범위에서 특이할만한 세포독성을 보이지 않았고 5~100ug/mL의 농도범위에서 100% 이상의 생존율을 나타내었다.
타이로신네이즈 저해 활성을 분석한 결과는 농도가 높아질수록 저해활성도 높아짐을 알 수 있었다. 추출물들은 최고농도에서 L-ascobic acid가 62.9%의 타이로신네이즈 저해활성을 보인 반면 매실, 함초, 노근의 경우는 28.8%, 23.3%, 31.8%로 절반 이하의 낮은 저해활성을 나타내었다. 노근, 함초, 매실 추출물이 B16/F10 melanoma 세포내의 tyrosinase 활성도 에 미치는 영향을 확인한 결과 3종의 추출물 간에 현저한 차이를 보이지 않았으며 유사한 정도의 저해활성을 나타냈다. 100 μg/mL농도에서 매실이 20.40%의 tyrosinase 활성 저해 효과를 보였으며, 함초와 노근이 30%의 tyrosinase 활성 저해 효과를 나타내었다. 이상과 같은 결과로 볼 때 매실, 함초, 노근 3종 추출물 모두가 직접적으로는 타이로시네이즈 효소활성을 억제하지 않는 것으로 판단되었다. 멜라닌의 함량은 arbutin이 59.89%로 나타났으며 3종 추출물의 경우 매실이 79.89%, 함초가 72.90%, 노근이 67.70%로 나타나 3종 추출물 모두 양성대조군인 arbutin보다는 멜라닌 생성 저해효과가 낮게 나타났으나 노근 추출물이 가장 효과적으로 세포내에서 멜라닌 생성을 억제했음을 알 수 있었다.
한편, 매실향이 함유된 증류액 수득에 필요한 최적 온도 분석결과 최적온도는 100~110℃, 최적의 추출시간은 4시간으로 확인되었다. 매실 향에 대한 관능검사 실시결과, 4시간 비파쇄군, 매실 증류액(60%)과 증류수(40%)를 혼합하였을 때 최적인 상태에 가장 근접한 것으로 나타났다. GC/MS에 의하여 매실 향기성분 분석결과, 매실 향기 성분으로는 benzaldehyde, acetaldehyde, ethanol, n-hexane, hexanal, γ-dodecalactone 등이 있음을 확인하였으며 매실향이 첨가된 화장수와 에멀전을 제조하였다. 따라서 매실, 노근, 함초 추출물은 피부의 산화적 스트레스를 감소시키고, 미백 기능성을 가진 천연 소재로의 피부미용 개선효과를 확인하였으며 화장품 소재로서의 가치가 매우 높은 것으로 사료되었다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 2. 이론적 배경 5
• 가. 피부 노화와 산화적 스트레스 6
• 나. 세포내 멜라닌 생성 억제활성과 미백효과 13
• 다. 천연물 연구 방법과 생리활성 효과 14
• 라. 식물의 성분과 특성 17
• 1) 매실 (Prunus mume) 17
• 2) 노근 (갈대뿌리, Phragmites rhizoma) 20
• 3) 함초 (퉁퉁마디, Salicornia herbacea) 20
• 3. 재료 및 방법 21
• 가. 시약과 기기 21
• 나. 식물 재료 21
• 다. 노근(갈대뿌리), 함초(퉁퉁마디), 매실의 추출물 제조 22
• 1) 노근, 함초, 매실의 ethanol 추출물 제조 22
• 2) 노근, 함초, 매실 ethanol 추출물의 유기용매 분획물 제조 24
• 라. 매실의 고유한 향을 함유한 착즙액 및 추출물의 제조 24
• 1) 착즙기를 이용한 착즙액(Fresh juice)의 제조 24
• 2) Prethanol A (80% 주정 알코올) 침지법을 이용한 추출액의 제조 26
• 3) Prethanol A 침지 및 초음파 분쇄(Sonication)를 이용한
• 추출액의 제조 26
• 마. 항산화활성 분석을 통한 천연물의 피부 항산화력에 대한 유효성 평가 27
• 1) SOD (Superoxide dismutase) 유사활성 분석 27
• 2) DPPH radical 소거능 분석 28
• 바. 매실의 추출 조건별 폴리페놀(polyphenol), 플라보노이드(flavonoid)
• 함량 비교 28
• 1) 매실의 추출 조건별 polyphenol 함량 분석 29
• 2) 매실의 추출 조건별 flavonoid 함량 분석 29
• 3) HPLC를 이용한 항산화 활성물질 함량 분석 29
• 사. in vitro tyrosinase 저해능 분석 30
• 아. 항미생물 활성 30
• 1) 사용 미생물 30
• 2) 항미생물 활성 분석 32
• 자. 인체피부세포에 대한 안전성(세포독성) 테스트 33
• 1) 세포주 33
• 2) 세포배양 33
• 3) 세포생존율 및 독성 분석 33
• 차. 피부 미백효과 분석 34
• 1) in vitro tyrosinase 저해효과 34
• 2) 세포생존율 농도 결정 35
• 3) 세포내 멜라닌 생성 억제효과 35
• 카. 통계분석 35
• 타. 고온 고압기술을 이용한 매실 aroma water의 추출 조건 확립 36
• 1) 온도, 시간, 열매상태에 따른 증류액 추출 및 최적 추출조건 분석 36
• 2) Aroma water의 향 관능검사 36
• 3) GC/MS 가스크로마토그래피에 의한 aroma water의 향기성분 분석 36
• 4) 화장료 조성물 소재용 aroma water의 제조 37
• 파. 매실 아로마워터와 추출물을 이용한 화장료 조성물 제조 37
• 1) 화장수 (스킨)의 제조 37
• 2) 에멀전 (로션)의 제조 38
• 3) 스킨로션과 에멀전 로션의 조성물 제조과정 40
• 4. 결과 및 고찰 41
• 가. 천연물 추출물의 제조 및 최적 추출조건 분석 41
• 나. 항산화 활성분석을 통한 천연물의 피부 항산화력에 대한 유효성 평가 43
• 1) DPPH free radical 소거활성 분석 43
• 2) SOD 유사활성 분석 48
• 다. 매실의 추출 조건별 폴리페놀, Flavonoid 함량 비교 49
• 1) 매실의 추출 조건별 polyphenol 함량 분석 49
• 2) 매실의 추출 조건별 flavonoid 함량 분석 52
• 라. 항산화활성물질 함량 분석 52
• 마. 항미생물 활성 분석 55
• 1) 매실의 항미생물 활성 분석 55
• 2) 함초의 항미생물 활성 분석 57
• 3) 노근의 항미생물 활성 분석 61
• 바. 인체피부세포에 대한 천연물의 안전성(세포독성) 테스트 61
• 1) 매실(착즙액, 아로마워터) 추출 조건별 분석 61
• 2) 갈대뿌리 추출물의 인체피부세포에 대한 생존율 61
• 3) 함초 추출물의 인체피부세포에 대한 생존율 61
• 사. 피부 미백 효과 분석 69
• 1) in vitro tyrosinase 저해능 69
• 2) 세포생존율 농도 결정 72
• 3) 멜라닌 생성 억제능 분석 72
• 아. 고온 고압기술을 이용한 매실 아로마워터 추출조건 확립 77
• 1) 온도, 시간, 열매상태에 따른 증류액 추출 및 최적 추출조건 확립 77
• 2) 아로마워터의 향 관능검사 77
• 3) 아로마워터의 향기성분 분석 81
• 4) 추출조건별 항산화 활성(DPPH radical 소거능) 비교 분석 86
• 5. 결 론 88
• 참고문헌 93

참고문헌 (Reference)

1 권충정, 최미애, 최경호, 박찬성, 박금순, 동충하초, "쑥 및 솔잎 추출물의 항균작용", 한국식품저장유통학회지, 19, 102-108, 2002

2 성지은, "강활(Ostericum koreanum)추출물의 Malassezia 균에 대한 항균 효과", 숭실대학교 석사학위논문, 2010

3 이재숙, 이정현, "Malassezia furfur에 대한 식물 오일들의 항 균 활성 및 활성오일의 성분 분석", 한국미생물 생명공 회지, 38, 315-321, 2010