가자, 오배자, 계피 추출물을 이용한 화장품 제형에서의 방부효과 Antimicrobial Plant Extracts as an Alternative of Chemical Preservative: Preservative Efficacy of Terminalia chebula, Rhus japonica (gallut) and Cinnmomum cassia Extract in the Cosmetic Formular원문보기
본 연구는 천연 식물 추출물을 이용하여 화장품 제형 내에서 천연 방부제로서 효능을 확인하기 위한 목적으로 진행하였다. 선별된 15종의 천연 식물 추출물을 이용하여 병원성 세균(Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli)과 효모균(Candida albicans), 곰팡이균(Aspergillus niger)에 대한 paper disc법(disc diffusion method)과 최소저해농도측정법(MIC)을 이용하여 항균 활성을 측정하였다. 그 결과 가자, 오배자 추출물은 그람 양성인 S. aureus와 그람 음성균인 P. aeruginosa, E. coli 에 대한 항세균 활성이 우수하였고, 계피 추출물은 효모균인 C. albicans와 곰팡이균인 A. niger에 대해 우수한 항진균 활성을 나타냈다. 최종 선별된 3종 외 식물추출물은 효과가 없었다. 항균 활성 효과가 우수한 최적 조합비로 구성된 가자, 오배자, 계피 추출물의 혼합 추출물을 화장품 제형에 첨가하여 제형 내 방부 활성을 측정한 결과 상업적으로 널리 사용되고 있는 파라벤 혼합 방부제와 유사한 정도의 방부 활성을 나타냄을 확인하였다. 결론적으로, 화학 방부제를 대신하여 천연 식물 추출물로만 이루어진 넓은 항균 스펙트럼을 갖춘 방부 시스템의 개발이 가능할 것으로 사료되며 최근 다양한 문제가 제기되고 있는 화학 방부제의 단점을 극복한 천연 방부제를 함유한 화장료의 개발에 응용 가능할 것으로 기대된다.
본 연구는 천연 식물 추출물을 이용하여 화장품 제형 내에서 천연 방부제로서 효능을 확인하기 위한 목적으로 진행하였다. 선별된 15종의 천연 식물 추출물을 이용하여 병원성 세균(Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli)과 효모균(Candida albicans), 곰팡이균(Aspergillus niger)에 대한 paper disc법(disc diffusion method)과 최소저해농도측정법(MIC)을 이용하여 항균 활성을 측정하였다. 그 결과 가자, 오배자 추출물은 그람 양성인 S. aureus와 그람 음성균인 P. aeruginosa, E. coli 에 대한 항세균 활성이 우수하였고, 계피 추출물은 효모균인 C. albicans와 곰팡이균인 A. niger에 대해 우수한 항진균 활성을 나타냈다. 최종 선별된 3종 외 식물추출물은 효과가 없었다. 항균 활성 효과가 우수한 최적 조합비로 구성된 가자, 오배자, 계피 추출물의 혼합 추출물을 화장품 제형에 첨가하여 제형 내 방부 활성을 측정한 결과 상업적으로 널리 사용되고 있는 파라벤 혼합 방부제와 유사한 정도의 방부 활성을 나타냄을 확인하였다. 결론적으로, 화학 방부제를 대신하여 천연 식물 추출물로만 이루어진 넓은 항균 스펙트럼을 갖춘 방부 시스템의 개발이 가능할 것으로 사료되며 최근 다양한 문제가 제기되고 있는 화학 방부제의 단점을 극복한 천연 방부제를 함유한 화장료의 개발에 응용 가능할 것으로 기대된다.
This study was carried to investigate the efficiency of antimicrobial plant extracts as natural preservative in the cosmetic formulations. Ethanol extracts of different plants were tested using the disc diffusion (paper disc) method and the minimum inhibitory concentration (MIC) method for their ant...
This study was carried to investigate the efficiency of antimicrobial plant extracts as natural preservative in the cosmetic formulations. Ethanol extracts of different plants were tested using the disc diffusion (paper disc) method and the minimum inhibitory concentration (MIC) method for their antimicrobial activity against the common poultry pathogens. Terminalia chebula and Rhus japonica (gallut) extracts exhibited antibacterial activity against Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli. Cinnmomum cassia extract exhibited antifungal activity against Candida albicans and Aspergillus niger while the remaining plant extracts showed no activity. A study of the preservative efficacy of the cosmetic formular containing the T. chebula, R. japonica and C. cassia extracts demonstrated sufficient preservative efficacy against bacteria and eukaryotic test microbes. Also, the cosmetic formulations containing antimicrobial plant extracts more effectively inhibited the microoranisms than the mixture of traditional chemical preservatives. These results suggest that the mixture of antimicrobial plant extracts, T. chebula, R. japonica and C. cassia is incorporated as preservative in the cosmetic formulation and the mixture have considerable effect on its efficacy.
This study was carried to investigate the efficiency of antimicrobial plant extracts as natural preservative in the cosmetic formulations. Ethanol extracts of different plants were tested using the disc diffusion (paper disc) method and the minimum inhibitory concentration (MIC) method for their antimicrobial activity against the common poultry pathogens. Terminalia chebula and Rhus japonica (gallut) extracts exhibited antibacterial activity against Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli. Cinnmomum cassia extract exhibited antifungal activity against Candida albicans and Aspergillus niger while the remaining plant extracts showed no activity. A study of the preservative efficacy of the cosmetic formular containing the T. chebula, R. japonica and C. cassia extracts demonstrated sufficient preservative efficacy against bacteria and eukaryotic test microbes. Also, the cosmetic formulations containing antimicrobial plant extracts more effectively inhibited the microoranisms than the mixture of traditional chemical preservatives. These results suggest that the mixture of antimicrobial plant extracts, T. chebula, R. japonica and C. cassia is incorporated as preservative in the cosmetic formulation and the mixture have considerable effect on its efficacy.
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문제 정의
본 연구에서는 방부 활성에 있어서 천연 식물 추출물을 적절히 조합한 방부 시스템을 설계하고 이를 이용하여 self-preserving 화장품의 제조 가능성을 검토하였다.
제안 방법
각 배지가 고체화된 후 5종의 시험 균주들을 백금이를 이용하여 긁은 후 세균은 32 ℃ incubator에서 48 h, 진균은 25 ℃ incubator에서 72 h 배양 후 균들의 성장을 관찰하였다. 8종의 식물 추출물 중 항균 활성이 우수한 3종을 선별하여 앞서 진행한 실험 방법과 동일하게 실시하여 최적의 조합비를 검색하였다.
MIC 값은 각 시료들을 2배수 농도로 연속적으로 희석하여 한천 배지에 처리한 후 시험 균주들이 한천 배지에서 자라지 않는 최소 저해 농도로 하였다. 8종의 식물 추출물들을 다양한 농도로 10 mL TSA나 PDA 배지에 넣고 잘 섞은 후 petri dish에 부었다. 각 배지가 고체화된 후 5종의 시험 균주들을 백금이를 이용하여 긁은 후 세균은 32 ℃ incubator에서 48 h, 진균은 25 ℃ incubator에서 72 h 배양 후 균들의 성장을 관찰하였다.
8종의 식물 추출물들을 다양한 농도로 10 mL TSA나 PDA 배지에 넣고 잘 섞은 후 petri dish에 부었다. 각 배지가 고체화된 후 5종의 시험 균주들을 백금이를 이용하여 긁은 후 세균은 32 ℃ incubator에서 48 h, 진균은 25 ℃ incubator에서 72 h 배양 후 균들의 성장을 관찰하였다. 8종의 식물 추출물 중 항균 활성이 우수한 3종을 선별하여 앞서 진행한 실험 방법과 동일하게 실시하여 최적의 조합비를 검색하였다.
방부 활성 측정을 위하여, Table 2에 나타낸 원료를 이용, O/W 유액 제형을 설계하고, MIC 평가에서 항균성이 우수한 가자, 오배자, 계피 추출물이 최적 조합비로 이루어진 혼합추출물 2종을 선정하여 실험에 사용하였다.
방부 활성의 확인은 CTFA의 Microbiology Guidelines의 방법[19]과 DS Orth의 linear regression method[20]를 변형하여 측정하였다. 시험 균은 적절한 시기에 액체 배지에 접종한 후 배양하여 준비하고, 시험용 배지에 희석한 후, 적절한 용기에 담아 준비된 각 방부력 시험 대상 제품에 세균류의 경우 1 × 106 cells/mL, 진균류의 경우 1 × 105 cells/mL이 되도록 접종하였다.
본 연구에서는 자연에 존재하는 수종의 천연물 중 천연 항균 식물을 검색한 후 총 15종의 식물 추출물을 세균류와 진균류에 대한 항균 활성을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 가자와 오배자 추출물은 S.
본 연구에서도 화학 방부제를 대신할 수 있는 항균 활성을 가진 식물 추출물로 가자, 오배자, 계피를 이용하였다. 가자(Terminalia chebula)는 사군자과에 속하는 낙엽 교목인 가자의 열매로 인도가 주산지이며 중국의 광서성 등지에서 나며 가을과 겨울에 채취하여 말려서 복용한다.
시험 균은 적절한 시기에 액체 배지에 접종한 후 배양하여 준비하고, 시험용 배지에 희석한 후, 적절한 용기에 담아 준비된 각 방부력 시험 대상 제품에 세균류의 경우 1 × 106 cells/mL, 진균류의 경우 1 × 105 cells/mL이 되도록 접종하였다.
실험에 사용한 천연물을 피부 이상반응을 간접적으로 확인하고자 세포독성 시험을 수행하여 피부자극 유발 가능성을 확인하였다. 그 결과 가자, 오배자, 계피 추출물의 경우 세포 독성이 없는 것으로 나타났다(data not shown).
5 mL씩 분주하고 말린 다음, 멸균된 paper disc에 추출물을 100 μL씩 점적, 건조한 후, paper disc를 올린다. 일정 시간 incubator에서 배양한 후(세균류의 경우 32 ℃, 48 h, 진균류의 경우 25 ℃, 72 h) 나타난 저해환의 직경 크기로 추출물의 항균 활성을 비교하였다.
저해환 실험에서 우수한 항균 활성을 나타낸 8종의 식물 추출물을 대상으로 시험균에 보다 정확한 항균 활성을 확인하기 위해 최소저해농도(MIC) 측정법을 이용해 항균 활성을 확인하였으며 그 결과를 Table 4에 나타냈다. 8종의 식물 추출물 중 가자와 오배자 추출물의 MIC는 S.
시험 균은 적절한 시기에 액체 배지에 접종한 후 배양하여 준비하고, 시험용 배지에 희석한 후, 적절한 용기에 담아 준비된 각 방부력 시험 대상 제품에 세균류의 경우 1 × 106 cells/mL, 진균류의 경우 1 × 105 cells/mL이 되도록 접종하였다. 접종한 제품은 접종 직후부터, 접종 2주일 경과 후까지 시간경과에 따라 시료를 채취한 후, 생균수 시험을 수행하고, 세균의 경우 32 ℃ incubator에서 48 h, 진균의 경우 25 ℃ incubator에서 72 h 배양한 후 생균수를 측정하였다.
항균 활성 실험 결과 우수한 항균 활성을 나타낸 가자, 오배자, 계피 추출물로 구성된 혼합 추출물을 첨가한 O/W 제형의 유액을 제조하고, 방부 활성을 측정하였다.
대상 데이터
0.45 μm 여과지로 여과하여 얻어진 여액을 paper disc법을 이용한 항균성 평가 시료로 사용하였다.
본 실험에 사용한 15종의 식물(Table 1)은 서울 소재 마산 한약상에서 구입하여 전문가의 감정을 거친 후 실험 재료로 사용하였으며 증거 표본은 한불 화장품(주) 기술 연구소의 신소재팀에 보관 중이다. Table 1에서 나타낸 15종의 식물을 세절하고 blender로 분쇄하여 사용하였다. 분쇄된 각각의 천연물 100 g에 70 % 에탄올 1,000 mL을 첨가한 후 환류 추출 하고 실온에서 1일 동안 냉각시켰다.
45 μm 여과지로 여과하여 얻어진 여액을 paper disc법을 이용한 항균성 평가 시료로 사용하였다. 또한 paper disc법에서 우수한 항균성을 나타낸 추출물은 감압 농축기로 농축한 후 동결건조 하여 건조분말을 제조하였으며 이들을 시험 균주에 대한 최소저해농도(MIC)와 화장품 제형 내 방부력 시험에 평가 대상 시료로 사용하였다.
본 실험에 사용한 15종의 식물(Table 1)은 서울 소재 마산 한약상에서 구입하여 전문가의 감정을 거친 후 실험 재료로 사용하였으며 증거 표본은 한불 화장품(주) 기술 연구소의 신소재팀에 보관 중이다. Table 1에서 나타낸 15종의 식물을 세절하고 blender로 분쇄하여 사용하였다.
항균 활성 측정 시험 및 방부력 시험에 사용한 균주는 항세균 활성에 그람 양성균 Staphylococcus aureus (S. aureus, ATCC6538P)와 그람 음성균 Pseudomonas aeroginosa (P. aeroginosa, ATCC9027)와 Escherichia coli (E. coli, ATCC8739)를 이용하고, 세균용 배지는 Merck (Germany)사의 tryptic soy agar (TSA)와 tryptic soy broth (TSB)를 사용하였다. 항진균 활성에는 효모류인 Candida albicans (C.
화학 합성 방부제로 사용된 Euxyl K300® (phenoxyethanol, methylparaben, ethylparaben, propylparben) 은 Schuke & Mayr (Germany)사에서 구입하여 사용하였다.
이론/모형
Paper disc법에 의하여 항균성이 우수한 것으로 평가된 8종의 추출물의 항균 효과를 파악하기 위하여 최소 저해 농도(minimum inhibitory concentration, MIC)를 고체 배지 희석법[18]을 이용하여 측정하였다. MIC 값은 각 시료들을 2배수 농도로 연속적으로 희석하여 한천 배지에 처리한 후 시험 균주들이 한천 배지에서 자라지 않는 최소 저해 농도로 하였다.
항균 활성을 탐색하기 위하여 항균 활성을 나타내는 저해환의 직경을 측정하는 paper disc법[17]을 이용하였다. 배양기에서 배양한 균주를 적정 농도로 희석하여(세균류의 경우 1 × 106 cells/mL, 진균류의 경우 1 × 105 cells/mL) 미리 만들어진 고체 배지에 0.
성능/효과
저해환 실험에서 우수한 항균 활성을 나타낸 8종의 식물 추출물을 대상으로 시험균에 보다 정확한 항균 활성을 확인하기 위해 최소저해농도(MIC) 측정법을 이용해 항균 활성을 확인하였으며 그 결과를 Table 4에 나타냈다. 8종의 식물 추출물 중 가자와 오배자 추출물의 MIC는 S. aureus에 대해 0.05 %, P. aeruginosa에 대해 0.05 %, E. coli균에 대해서는 각각 0.5 %와 0.2 %로 세균류에 우수한 항균 활성을 나타냈다. 반면에 진균류에는 효과가 없는 것으로 나타났다.
S. aureus에 대한 저해환 크기를 측정한 결과 황련, 가자, 오배자, 감초, 대황의 crude extract 경우 각각 25 mm, 23 mm, 20 mm로 저해 활성이 다른 식물에 비해 우수한 것으로 나타났다. 또한, 그람 음성균인 E.
가자, 오배자, 계피 추출물을 각각 1 : 8 : 4 비율로 혼합한 혼합 추출물을 0.5 % 첨가한 유액(Figure 1B)의 경우, S. aureus와 P. aeruginosa를 접종 72 h 경과 후 모두 사멸 시키는 방부 활성을 나타냈고, 진균인 C. albicans와 A. niger는 접종 72 h 경과 후, 대부분이 사멸되는 우수한 방부활성을 나타내었다. 또한, E.
가자, 오배자, 계피 추출물을 단독으로 사용했을 때는 세균과 진균에 대해 충분한 항균 활성을 갖지 못했지만 3종의 식물 추출물을 조합한 최적 조합비로 구성된 혼합 추출물은 세균과 진균에 대해 상호 보완적인 작용을 하여 실험균주 5종에 대해 우수한 항균 활성을 나타냈다. 또한, 혼합 추출물을 화장품 제형에 첨가하여 제형 내 방부 활성을 측정한 결과, 상업적으로 널리 사용되고 있는 파라벤 혼합 방부제와 유사한 정도의 방부 활성을 나타냄을 확인하였다.
가자, 오배자, 계피 추출물의 최적 조합비를 검색한 결과, 가자, 오배자, 계피 추출물이 각각 1 : 8 : 4와 1 : 4: 2의 비율로 조합될 경우 세균과 진균에 우수한 항균 활성을 가짐을 확인하였다. 이는 화학 방부제인 Euxyl K300과 유사한 정도의 항균 활성을 나타냄을 알 수 있다.
본 연구에서는 자연에 존재하는 수종의 천연물 중 천연 항균 식물을 검색한 후 총 15종의 식물 추출물을 세균류와 진균류에 대한 항균 활성을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 가자와 오배자 추출물은 S. aureus, P. aeruginosa와 E. coli에 대해 우수한 항균 활성을 나타내어 세균에 대한 항균 활성이 우수함을 확인하였고, 계피 추출물은 곰팡이와 효모를 포함하는 진균(C. albicans, A. niger)에 대해 우수한 항균 활성을 나타냈다.
aeruginosa 에 대한 저해환 크기를 측정한 결과 오배자, 가자, 백두옹의 crude extract 경우 각각 25 mm, 20 mm, 18 mm로 저해 활성이 다른 식물에 비해 우수한 것으로 나타났다. 계피의 crude extract는 진균류인 C. albicans와 A. niger 등에 특이적으로 강한 저해환을 나타내어 진균류의 성장을 억제하는데 우수한 항균 활성을 갖는 것을 확인 할 수 있었다.
실험에 사용한 천연물을 피부 이상반응을 간접적으로 확인하고자 세포독성 시험을 수행하여 피부자극 유발 가능성을 확인하였다. 그 결과 가자, 오배자, 계피 추출물의 경우 세포 독성이 없는 것으로 나타났다(data not shown).
niger는 접종 72 h 경과 후, 대부분이 사멸되는 우수한 방부활성을 나타내었다. 또한, E. coli에 대해서는 7일 경과 후에 모두 사멸하는 방부활성을 나타내어 화학 방부제 Euxyl K300과 유사한 방부 활성을 나타냄을 확인하였다.
aureus에 대한 저해환 크기를 측정한 결과 황련, 가자, 오배자, 감초, 대황의 crude extract 경우 각각 25 mm, 23 mm, 20 mm로 저해 활성이 다른 식물에 비해 우수한 것으로 나타났다. 또한, 그람 음성균인 E. coli와 P. aeruginosa 에 대한 저해환 크기를 측정한 결과 오배자, 가자, 백두옹의 crude extract 경우 각각 25 mm, 20 mm, 18 mm로 저해 활성이 다른 식물에 비해 우수한 것으로 나타났다. 계피의 crude extract는 진균류인 C.
가자, 오배자, 계피 추출물을 단독으로 사용했을 때는 세균과 진균에 대해 충분한 항균 활성을 갖지 못했지만 3종의 식물 추출물을 조합한 최적 조합비로 구성된 혼합 추출물은 세균과 진균에 대해 상호 보완적인 작용을 하여 실험균주 5종에 대해 우수한 항균 활성을 나타냈다. 또한, 혼합 추출물을 화장품 제형에 첨가하여 제형 내 방부 활성을 측정한 결과, 상업적으로 널리 사용되고 있는 파라벤 혼합 방부제와 유사한 정도의 방부 활성을 나타냄을 확인하였다.
후속연구
결론적으로, 본 연구를 통하여 기존 화학 방부제를 대신하여 천연 식물 추출물인 가자, 오배자, 계피 추출물로 이루어진 혼합물을 화장품 제형 내에 적용이 가능하며, 식물 추출물로만 이루어진 넓은 항균 스펙트럼을 갖춘 방부 시스템의 개발이 가능할 것으로 사료된다. 이는 최근 다양한 문제가 제기되고 있는 화학 방부제의 단점을 극복한 화학 방부제 무첨가, 천연 방부제를 함유한 화장료의 개발에 응용 가능할 것으로 기대된다.
결론적으로, 본 연구를 통하여 기존 화학 방부제를 대신하여 천연 식물 추출물인 가자, 오배자, 계피 추출물로 이루어진 혼합물을 화장품 제형 내에 적용이 가능하며, 식물 추출물로만 이루어진 넓은 항균 스펙트럼을 갖춘 방부 시스템의 개발이 가능할 것으로 사료된다. 이는 최근 다양한 문제가 제기되고 있는 화학 방부제의 단점을 극복한 화학 방부제 무첨가, 천연 방부제를 함유한 화장료의 개발에 응용 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방부제로서 파라벤류의 장점은 무엇인가?
대표적인 예로 파라벤류(파라옥시안식향산에스텔)의 방부제를 들 수 있다[3]. 파라벤류는 사상균류, 효모류를 포함한 진균류에도 효과적이며, 비교적 독성이 낮으며, 세균류에 대해 매우 넓은 항균 스펙트럼을 갖는 등 장점이 많아[4], 전 세계적으로 사용량 및 사용빈도가 가장 높은 방부제이다[5]. 하지만, 다른 대부분의 화학 방부제와 같이 알레르기성 접촉 피부염(allergic contact dermatitis)을 유발하는 경향을 가지고 있는 것으로 보고 되고 있다[6-10].
계피는 무엇인가?
계피(Cinnmomum cassia)는 중국 및 인도가 원산지이고 녹나무과에 속하는 상록의 교목인 계피나무의 줄기 및 가지의 껍질을 벗기어 코르크층을 다소 제거하여 말린 것이다. 방향성 건위약으로 팅크, 단물, 향기 가루약 등을 만들어 쓰며, 계피유 제조 원료와 식료품 향료로도 사용되며, 주요 성분으로는 정유 1 ∼ 3.
오배자의 약효와 주요 성분은 어떠한가?
)는 옻나무과에 속하는 붉나무의 잎에 잔딧물이 자상을 주어 생긴 벌레집을 말하는데, 우리나라 각지에 분포한다. 약효로는 수렴, 지사, 지혈제로 설사, 가래, 당뇨, 하혈, 빈혈 등에 이용되었으며, 주요 성분으로 탄닌이 50 ∼ 60 %, 약간의 몰식자산, 수지, 기름으로 구성되어 있다[16].
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