국내에서 자생하고 있는 한방 생약재의 생리활성 물질을 이용한 기능성 미백 화장품 소재 개발을 위한 기초연구의 일환으로 40종의 한방 생약재 열수 추출물을 상황버섯 균사체로 발효시켜 얻은 발효 한방액의 phenolics, flavonoids, minerals, decursin 및 decursinol angelate 함량과 항산화 및 tyrosinase 저해 활성을 측정 하였다. 페놀성 화합물 함량은 추출물에서 Corydalis turtschaminovill 0.24%~Syringa velutina 11.42% (건물기준) 범위 였으며, 발효 한방액에서는 Poria cocos 0.18%~S. velutina 12.27% 범위였다. 한방 생약재 추출물의 코직산 함량은 Poria cocos Sclerotium 0.02~S. velutina 9.67 mM 범위였으며, 발효액에서는 P. cocos 0.33~S. velutina 10.32 mM 범위였다. 특히 Syringa velutina은 높은 농도의 페놀성 화합물과 코직산을 함유하고 있었는데 추출물 보다는 발효액에서 더 높았다. 높은 항산화 활성(>60%)은 A. sessiliflorum, Citrus nobillis 및 Angelica gigas의 추출물과 A. sessiliflorum의 발효액에서 다른 한방 생약재 보다 높게 나타났다. Tyrosinase의 높은 저해 활성(>50%)은 Morus alba, Glycyrrhiza glabra 및 Rubus coreanus 추출물과 G. glabra, Cnidium officinale 및 S. velutina 발효액에서 높았다. 이상의 실험 결과 40종의 한방 생약재 중에서 G. glabra, C. officinale 및 S. velutina 3종은 발효에 의해 tyrosinase 저해 활성과 코직산이 증가함으로서 이를 활용한 기능성 미백 화장품 개발에 적용할 수 있는 기초 자료를 제공해주는 데 유용하게 사용될 것이다.
국내에서 자생하고 있는 한방 생약재의 생리활성 물질을 이용한 기능성 미백 화장품 소재 개발을 위한 기초연구의 일환으로 40종의 한방 생약재 열수 추출물을 상황버섯 균사체로 발효시켜 얻은 발효 한방액의 phenolics, flavonoids, minerals, decursin 및 decursinol angelate 함량과 항산화 및 tyrosinase 저해 활성을 측정 하였다. 페놀성 화합물 함량은 추출물에서 Corydalis turtschaminovill 0.24%~Syringa velutina 11.42% (건물기준) 범위 였으며, 발효 한방액에서는 Poria cocos 0.18%~S. velutina 12.27% 범위였다. 한방 생약재 추출물의 코직산 함량은 Poria cocos Sclerotium 0.02~S. velutina 9.67 mM 범위였으며, 발효액에서는 P. cocos 0.33~S. velutina 10.32 mM 범위였다. 특히 Syringa velutina은 높은 농도의 페놀성 화합물과 코직산을 함유하고 있었는데 추출물 보다는 발효액에서 더 높았다. 높은 항산화 활성(>60%)은 A. sessiliflorum, Citrus nobillis 및 Angelica gigas의 추출물과 A. sessiliflorum의 발효액에서 다른 한방 생약재 보다 높게 나타났다. Tyrosinase의 높은 저해 활성(>50%)은 Morus alba, Glycyrrhiza glabra 및 Rubus coreanus 추출물과 G. glabra, Cnidium officinale 및 S. velutina 발효액에서 높았다. 이상의 실험 결과 40종의 한방 생약재 중에서 G. glabra, C. officinale 및 S. velutina 3종은 발효에 의해 tyrosinase 저해 활성과 코직산이 증가함으로서 이를 활용한 기능성 미백 화장품 개발에 적용할 수 있는 기초 자료를 제공해주는 데 유용하게 사용될 것이다.
The effects of fermented products from 40 medicinal herbals commonly available in Korea were examined according to concentrations of polyphenolic compound and kojic acid, and the activities of DPPH ($\alpha,\alpha$'-diphenyl-$\beta$-picrylhydrazyl) free radical scavenging and t...
The effects of fermented products from 40 medicinal herbals commonly available in Korea were examined according to concentrations of polyphenolic compound and kojic acid, and the activities of DPPH ($\alpha,\alpha$'-diphenyl-$\beta$-picrylhydrazyl) free radical scavenging and tyrosinase. The polyphenolic compound concentrations were 0.24 by Corydalis turtschaminovill ~ 11.42% (dry matter basis) by Syringa velutina in the extracts and 0.18 by Poria cocos ~ 12.27% by S. velutina in the fermented products. Kojic acid concentrations were 0.02 by Poria cocos Sclerotium ~ 9.67 mM by S. velutina in the extracts and 0.33 by P. cocos ~ 10.32 mM by S. velutina in the fermented products. Syringa velutina contained the highest polyphenolic compound and kojic acid concentrations, which were higher in the fermented product than in the extract. Higher DPPH free radical scavenging activity (>60%) was observed in the extracts of A. sessiliflorum, Citrus nobillis, and Angelica gigas and the fermented product of A. sessiliflorum compared to the other medicinal plants. Higher tyrosinase inhibition activity (>50%) was observed in the extracts of Morus alba, Glycyrrhiza glabra, and Rubus coreanus and the fermented products of G. glabra, Cnidium officinale, and S. velutina. Based on the above results, G. glabra, C. officinale, and S. velutina possessed high tyrosinase-inhibitive activities and kojic acid concentrations, which could be definitely enhanced by the fermentation of Phenillus linteus mycelium.
The effects of fermented products from 40 medicinal herbals commonly available in Korea were examined according to concentrations of polyphenolic compound and kojic acid, and the activities of DPPH ($\alpha,\alpha$'-diphenyl-$\beta$-picrylhydrazyl) free radical scavenging and tyrosinase. The polyphenolic compound concentrations were 0.24 by Corydalis turtschaminovill ~ 11.42% (dry matter basis) by Syringa velutina in the extracts and 0.18 by Poria cocos ~ 12.27% by S. velutina in the fermented products. Kojic acid concentrations were 0.02 by Poria cocos Sclerotium ~ 9.67 mM by S. velutina in the extracts and 0.33 by P. cocos ~ 10.32 mM by S. velutina in the fermented products. Syringa velutina contained the highest polyphenolic compound and kojic acid concentrations, which were higher in the fermented product than in the extract. Higher DPPH free radical scavenging activity (>60%) was observed in the extracts of A. sessiliflorum, Citrus nobillis, and Angelica gigas and the fermented product of A. sessiliflorum compared to the other medicinal plants. Higher tyrosinase inhibition activity (>50%) was observed in the extracts of Morus alba, Glycyrrhiza glabra, and Rubus coreanus and the fermented products of G. glabra, Cnidium officinale, and S. velutina. Based on the above results, G. glabra, C. officinale, and S. velutina possessed high tyrosinase-inhibitive activities and kojic acid concentrations, which could be definitely enhanced by the fermentation of Phenillus linteus mycelium.
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문제 정의
본 실험에서도 우리나라에서 자생하고 있는 40종의 한방 생약재를 중심으로 천연물 유래의 미백 기능성 소재 탐색과 발효 기술의 적용으로 새로운 효능과 안전성이 뛰어난 기능성 미백 화장품 개발의 일환으로 생리활성물질, 항산화 효과, tyrosinase 활성 억제에 대한 기초연구를 수행하였다.
제안 방법
40종의 한방 생약재 각각을 2% (w/v) 농도로 121℃, 1.2기압에서 3시간 동안 autoclave로 열수 추출한 후 여과하여 추출액 시료로 사용하였고, 일부는 발효시키는데 사용 하였다. 한방 생약재 발효액은 여과된 열수 추출액에 배양 영양원을 넣고 다시 살균시킨 후 전배양 시킨 상황버섯(Phenillus linteus) 균사체를 접종하여 25℃에서 200 rpm으로 9일 동안 진탕배양하였다.
1) 활성은 Masamoto 등의 실험 방법[20]을 약간 변형하여 측정하였다. In vitro mushroom tyrosinase 활성 저해 능력을 측정하기 위하여 1.5 ml plastic cuvette에 2.5 mM 3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) 0.3 ml, 한방 생약재 추출물 또는 발효액 0.05 ml 및 0.1 M 인산완충용액(pH 6.8)을 혼합하여 25℃에서 preincubation 시켰다. 여기에 1,380 units/ml mushroom tyrosinase (25,000 units, Sigma Chem.
Tyrosinase (E.C. 1.14.18.1) 활성은 Masamoto 등의 실험 방법[20]을 약간 변형하여 측정하였다. In vitro mushroom tyrosinase 활성 저해 능력을 측정하기 위하여 1.
2에 여과시켜 DPPH 반응 용액을 만들었다. 한방 생약재 추출액 또는 발효액 1 ml을 취하고, 여기에 DPPH 반응 용액 5 ml을 넣어 잘 혼합한 후 냉암소에서 30분간 반응시킨 후 528 nm에서 분광광도계(HITACHI U-2900, Hitachi High-Technologies Co., Kyoto, Japan)로 흡광도를 측정하였다. DPPH를 이용한 항산화 활성은 시료 첨가구와 무첨가구의 흡광도차를 백분율(%)로 표시하였다.
한방생약재 각 추출물과 그 균사체 발효액의 pH는 pH meter (Methrohm 691, Switzerland)로 직접 측정하였다.
대상 데이터
, Kyoto, Japan)로 흡광도를 측정하여 계산하였다. 대조구는 시료가 들어있지 않는 용액을 사용하였다. 이때 tyrosinase 활성 저해율 (%)은 다음의 공식에 의하여 산출하였다.
본 실험에 사용한 한방 생약재 40종은 2008년에 부산시 기장군에 소재하고 있는 혜인제약으로부터 구입하여 사용하였다. 한방 생약재는 한의학적 고전문헌이나 최근의 특허와 논문을 중심으로 피부 관련 및 생리활성물질이 많이 함유된 약용식물을 중심으로 우리 주위에서 손쉽게 구입이 가능하고 안전하게 취급될 수 있는 40종을 선택하였다.
본 실험에 사용한 한방 생약재 40종은 2008년에 부산시 기장군에 소재하고 있는 혜인제약으로부터 구입하여 사용하였다. 한방 생약재는 한의학적 고전문헌이나 최근의 특허와 논문을 중심으로 피부 관련 및 생리활성물질이 많이 함유된 약용식물을 중심으로 우리 주위에서 손쉽게 구입이 가능하고 안전하게 취급될 수 있는 40종을 선택하였다.
데이터처리
실험으로부터 얻어진 결과치는 one-way ANOVA 검정에 의한 평균치와 표준오차(mean±SE)로 표시하였다[9].
페놀성 화합물의 함량은 페놀성 물질이 phosphomolybdic acid와 반응하여 청색을 나타내는 원리를 이용한 Folin-Denis 법[27]으로 측정하였다. 즉, 0.
항산화 활성 측정은 Abe 등의 방법[1]에 따라 측정하였다. 즉, 에탄올 100 ml에 α,α'-diphenyl-β-picrylhydrazyl (DPPH) 16 mg을 녹인 후 증류수 100 ml를 혼합하여 Whatman filter paper No.
성능/효과
04%로 본 실험에 사용한 소재 중에서는 가장 낮았다. 국내산 식물성 천연물 중의 총 폴리페놀 화합물 함량을 분석한 결과에서 솔잎 1.6%-1.8%[28], 뽕잎 1.3% 및 꾸지뽕잎 1.3%[4], 칡뿌리 2.0%, 호두 2.1%, 해바라기씨 2.0%, 상추 1.1%, 쑥 1.1%, 생강 1.7%, 모과 4.6%, 밤 속껍질 및 감잎 5.8% 등[18]에서 다양한 범위로 함유 되어 있었고, 나머지 분석대상에서는 비교적 낮은 함량이 포함되어 있었다. 또한 Kim 등[15]은 약용식물을 소재로 한 실험에서 폴리페놀 화합물 함량을 보면 음양곽 8.
복령, 작약, 천궁의 경우 추출물 보다는 그 발효액에서 높은 tyrosinase 활성 저해효과를 나타내었고, 천궁의 경우 207%의 tyrosinase 활성 저해효과가 증가 되어 발효에 의한 효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 그러나 계피, 미삼, 산조인, 숙지향의 경우 tyrosinase 활성 저해효과가 전혀 없었으며, 산조인과 숙지향의 경우는 발효액에서 tyrosinase 활성 저해효과가 다소 있는 것으로 나타났다. 이상의 실험에서 tyrosinase 활성 저해효과가 가장 높았던 감초, 천궁, 정향의 경우 추출물 보다는 발효액에서 더 효과가 높아짐으로서 향후 미백제 화장품 원료로 사용될 때는 발효과정을 거치는 것이 좋은 것으로 사료되어 진다.
33으로 가장 높은 pH 값을 보였다. 그러나 발효액의 경우 오미자 pH가 역시 가장 낮은 4.19값을 나타내었고, 상기생(겨우살이) pH는 8.65로 가장 높은 값을 나타내었지만, 대부분 중성 부근의 값을 나타내고 있었다. Cho 등[6]은 미삼 추출물의 pH가 5.
한방 생약재 추출물과 그 발효액의 pH 값을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 대부분의 한방 생약재 추출물의 pH는 약 산성을 나타내었으나, 균사체 발효 후 pH는 대부분 약간씩 높아졌으며 그 중 상기생의 경우 상당히 높은 pH 8.5까지 높아진 시료도 이었다. 이러한 이유는 시료에 따라 발효에 의해 변화 되는 것이 확인되었다.
돌나물의 70% 에탄올 추출물 100 μg/ml 농도에서 tyrosinase 활성이 약 51% 저해되었으며, tyrosinase 및 TRP-1 발현량은 각각 29% 및 13% 감소되어 멜라닌이 감소 되었다고 하였다[26]. 복령, 작약, 천궁의 경우 추출물 보다는 그 발효액에서 높은 tyrosinase 활성 저해효과를 나타내었고, 천궁의 경우 207%의 tyrosinase 활성 저해효과가 증가 되어 발효에 의한 효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 그러나 계피, 미삼, 산조인, 숙지향의 경우 tyrosinase 활성 저해효과가 전혀 없었으며, 산조인과 숙지향의 경우는 발효액에서 tyrosinase 활성 저해효과가 다소 있는 것으로 나타났다.
본 실험에서 감초, 복분자 및 상백피 추출물은 각각 67.29%, 65.37% 및 68.23%의 tyrosinase 활성 저해효과가 있었으며, 특히 감초 발효액에서는 추출물 보다 높은 84.69%의 tyrosinase 활성 저해효과가 있었다(Table 3). 감초 뿌리에 피부미백과 항산화물질로 알려진 glabridin 성분이 HPLC 분석 결과 1,260 mg/kg 함유되어 있었으며, 최근에는 유용성 감초 추출물이 기능성 미백 화장품 원료로 인정되어 많이 사용되고 있다[12].
이러한 결과는 화장품 소재로 사용되고 있는 대부분의 식물 추출물이 멜라노마 세포에 대해 독성작용을 가지는 반면 미생물 또는 버섯균사체를 이용한 발효액에서는 독성 경감과 함께 멜라닌 색소가 감소된다는 결과를 뒷받침 하고 있다. 본 연구의 예비실험에서도 생약재의 추출액보다는 발효액에서 세포 독성 효과가 감소하는 것으로 확인된바 있다(자료 미제출).
한방 생약재 추출물 및 그 발효액의 총 폴리페놀 화합물 함량을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 총 폴리페놀 화합물 함량은 추출물에서 정향 11.42%, 복분자 10.06%, 선학초 2.83%, 갈근 2.70% 함유되어 상당히 많은 양이 포함되어 있었다. 복령은 0.
40% 순으로 함유되어 있었다고 하였다. 한방 생약재 발효액의 총 폴리페놀 화합물 함량에서 정향이 12.27%로 가장 높았으며, 이는 추출물의 11.42%에 비해 약간 증가된 함량이었다. 복분자 발효액 역시 3.
한방 생약재 추출물 및 그 발효액의 코직산 함량은 정향 9.67, 복분자 7.65, 갈근 2.70, 선학초 2.69 mM 순으로 나타났으며, 발효액에서는 추출물과 동일하게 정향에서 10.32 mM로 가장 높았고, 그 다음으로 복분자 6.99, 선학초 3.68, 갈근 3.49 mM순으로 나타났다(Table 2).
4 g/l이 생산된다고 하였다[24]. 한방 생약재 추출물에 비해 발효액에서 코직산 함량이 36종에서 증가하는 것으로 나타났으나, 나머지 4종에서는 감소하였다(Table 2).
이러한 이유는 시료에 따라 발효에 의해 변화 되는 것이 확인되었다. 한방 생약재의 추출물 중에서 오미자 pH가 2.80으로 가장 낮았으며, 갈근이 6.33으로 가장 높은 pH 값을 보였다. 그러나 발효액의 경우 오미자 pH가 역시 가장 낮은 4.
02% 등 이었다(Table 3). 한편 한방소재 추출물을 발효시킨 발효액에서는 후박이 67.62%로 가장 높았으며, 그 다음으로 정향 51.61%, 진피 51.12%, 지구목 40.57%, 작약 40.20% 순으로 높은 항산화 활성을 보였다. 또한 추출물 보다 발효액에서 항산화 활성이 증가한 소재로는 복령, 작약, 천궁, 황기, 복분자, 연자육, 육두구가 있었다.
80%로 두 번째로 높았으나, 발효에 의해 많이 감소된 것으로 나타났다. 후박도 3.33%로 추출물 보다는 발효에 의해 총 폴리페놀 화합물 함량이 증가되었다. 닥나무 껍질 수용성 추출물의 총 폴리페놀 화합물 함량은 1.
후속연구
그러나 계피, 미삼, 산조인, 숙지향의 경우 tyrosinase 활성 저해효과가 전혀 없었으며, 산조인과 숙지향의 경우는 발효액에서 tyrosinase 활성 저해효과가 다소 있는 것으로 나타났다. 이상의 실험에서 tyrosinase 활성 저해효과가 가장 높았던 감초, 천궁, 정향의 경우 추출물 보다는 발효액에서 더 효과가 높아짐으로서 향후 미백제 화장품 원료로 사용될 때는 발효과정을 거치는 것이 좋은 것으로 사료되어 진다.
우리 인간의 피부는 피지막으로 pH가 5～6 사이로 초민감성 피부의 경우는 강한 알카리성 비누나 세안제 사용시 피부 보호막에 손상을 가져 올 수 있는데 이러한 세안의 반복에의하여 피부 자체의 복원력이 상실되고 외부 자극에도 쉽게 반응할 수 있는 조건을 만들어 주게 된다. 초민감성 건성피부는 자극이 적고, 보습이 충분하며, 사람의 피부 pH와 비슷한 화장품이나 세안제를 사용함으로 피부도 보호하고 건강 유지에도 도움을 줄 수 있을 것이다.
최근 들어 피부 미백 화장품 분야에서는 tyrosinase 활성 저해, 멜라닌 생성 억제, 멜라노사이트 자극물질 조절, 멜라닌 배설촉진 등의 연구가 진행됨에 따라 이들을 제어하는 방법 및 소재 개발로 색소 변이 치유제품의 개발이 가능해 지고는 있지만 미백 기능성을 나타내는 자원의 한계성과 과학적 활성 검증 기술의 미비로 이에 대한 적절한 대비책이 강구되어야만 한다[13,16]. 향후 미백 기능성 제품은 제형보다 내용물의 차별화 시도가 뚜렷하여 미백 효과가 뛰어난 천연물 유래 소재 개발 기술이 절실히 요구되어지고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
멜라닌이란?
멜라닌은 피부, 머리카락, 눈동자 등 생물체에 널리 분포되어 있는 색소 성분으로 인체 내에서는 표피층의 melanocyte라는 색소세포 내의 melanosome에서 합성되는데, tyrosine을 전구물질로 tyrosinase 효소에 의해 DOPA (3,4-dihydroxy-phenylalanine) 또는 DOPA quinone으로 산화 및 중합 반응에 의해 멜라닌이 생합성 된다[30]. 이때 생성된 멜라닌이 피부색을 검게 하므로 tyrosinase의 활성을 효과적으로 저해하는 생리활성물질을 탐색하는 실험이 미백 효과를 찾아내는데 있어 매우 유용한 연구방법으로 평가받고 있다[13,16].
멜라닌은 인체 내 어디에서 합성되는가?
멜라닌은 피부, 머리카락, 눈동자 등 생물체에 널리 분포되어 있는 색소 성분으로 인체 내에서는 표피층의 melanocyte라는 색소세포 내의 melanosome에서 합성되는데, tyrosine을 전구물질로 tyrosinase 효소에 의해 DOPA (3,4-dihydroxy-phenylalanine) 또는 DOPA quinone으로 산화 및 중합 반응에 의해 멜라닌이 생합성 된다[30]. 이때 생성된 멜라닌이 피부색을 검게 하므로 tyrosinase의 활성을 효과적으로 저해하는 생리활성물질을 탐색하는 실험이 미백 효과를 찾아내는데 있어 매우 유용한 연구방법으로 평가받고 있다[13,16].
폴리페놀 화합물 중 특히 높은 항산화 작용을 나타내는 것은?
폴리페놀 화합물은 식물계에 널리 분포되어 있는 2차 대사산물로서 flavonoid, catechin, tannin 류로 크게 구분된다. 특히, 페놀성 화합물들은 전자공여능이 있어 높은 항산화 작용을 나타내는 것으로 알려져 있다[4,5,7,8].
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