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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 천연색소로서의 다양한 생리기능성과 색상을 지니고 있어 색조화장품 적용에 있어 그 이용 가치가 높을 것으로 예상되는 소재들을 함유한 화장료조성물을 조제하여 이에 대한 항균효과 및 항산화능을 비교 분석함으로써 향후 이들 소재를 활용한 천연 색조화장품 개발 가능성에 대한 기초자료를 제공함과 동시에 천연색소의 이용성을 증대시키고자 한다.
제안 방법
- 각 시료 추출물들을 filter paper disk에 40 μL씩 주입하여 흡수시킨 후 37℃에서 24시간 동안 incubator에서 배양하여 filter paper disk 주위의 저해환의 생성을 관찰하였다. 24시간 이내에 저해환이 생성된 경우 항균활성이 양성인 것으로 판정하였으며, 저해환의 직경을 측정, 비교하였다.
- 각 시료 추출물들을 filter paper disk에 40 μL씩 주입하여 흡수시킨 후 37℃에서 24시간 동안 incubator에서 배양하여 filter paper disk 주위의 저해환의 생성을 관찰하였다.
- 이혼합 시료를 암소에서 30분간 반응시킨 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 수소전자공여능은 각 실험을 3회 반복 하여 평균을 낸 다음 대조구에 대한 흡광도의 감소 정도를 다음 식에 의하여 계산하였다.
- 시료 추출물의 아질산염 소거작용의 측정은 1 mM NaNO220 μL에 시료의 추출액(5 mg/mL) 40 μL와 0.1 N HCl (pH 1.2) 또는 0.2 M citrate buffer(pH 4.2) 또는 0.2 M citrate buffer(pH 6.0)을 140 μL 사용하여 부피를 200 μL 로 맞추었다.
- 천연색소 함유 화장료 조성물에 대한 항균력을 측정하기 위해서 한천배지확산법(disk agar plate diffusion method) 을 사용하였다. 즉, 각 시험미생물에 적합한 배지에 107 CFU/ mL 농도로 시험미생물을 배양한 soft agar를 petri dish에 분주한 후 25℃로 식혀 굳힌 후, 멸균된 8 mm filter paper disk를 plate 표면에 일정한 간격으로 놓았다. 각 시료 추출물들을 filter paper disk에 40 μL씩 주입하여 흡수시킨 후 37℃에서 24시간 동안 incubator에서 배양하여 filter paper disk 주위의 저해환의 생성을 관찰하였다.
- 천연색소를 이용한 천연 색조화장품 개발을 위한 기초자료로 활용하고자 15종의 천연색소를 사용하여 제조한 화장료조성물에 대하여 agar diffusion test를 이용한 항균활성을 조사하였다. 실험에 사용한 6종의 균주 중 Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, Aspergillus flavus에 대해 대부분의 혼합조성물에서 항균활성이 나타나는 것으로 확인되었으며, Proteus vulgaris에서는 다른 균주들에 비해 항균활성이 상대적으로 낮았다.
- 천연색소를 이용한 천연 색조화장품 개발을 위한 기초자료로 활용하고자, 15종의 천연색소를 사용하여 제조한 화장료 조성물에 대하여 항균활성 및 항산화능을 조사하였다. 실험에 사용한 6종의 균주 중 Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, Aspergillus flavus에 대해 대부분의 색소혼합조성물에서 항균활성이 나타나는 것으로 확인되었으며, Proteus vulgaris 에서는 다른 균주에 비해 항균활성이 상대적으로 낮았다.
대상 데이터
- 항균활성 실험을 위해 사용된 균주는 Bacillus subtilis, Vibrio parahaemolyticus, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Aspergillus flavus, Proteus vulgaris로서 유전자은행(KCTC)에서 구입하였으며, 각각의 배지 및 배양 조건을 Table 1에 나타내었다. 배지는 Difco사 (USA)에서 구입하여 조제한 후 121℃에서 15분간 가압 멸균하여 사용하였다.
- 이와 같이 다양한 생리기능성과 자연적인 색조와 발색력을 지닌 천연색소를 활용하여 색조화장품 제조에 적용하면 인체에 건강하고 친환경적인 제품 개발이 가능하다고 판단된다. 본 실험에서 사용된 천연색소들도 비교적 높은 항산화 및 항균 효과를 지니고 있을 것으로 추측되며, 제품에 실제로 적용하기 위해서는 대량으로 소재확보가 용이해야 하기 때문에 비교적 주변에서 구하기 쉬우면서 활용가치가 높다고 판단되는 소재들을 선발하였다.
- 본 연구에서 적용한 천연색소 소재는 식물체에 널리 존재 하는 것으로서, 안토시아닌 계통 색소로는 자색고구마, 적양배추, 포도과피, 오디, 흑미, 백년초 등, Betalain 계통 색소로는 레드비트, 플라보노이드계 색소 일종인 quercetin 황색계통 색소를 지닌 양파껍질, 카로티노이드계 색소인 황색의 완숙여주, 황색 파프리카, 치자황 그리고 녹색식물의 잎에서 흔히 보이는 포르피린계열 녹색의 chlorophyll 성분이 주요 색소인 뽕잎 등을 포함하고 있다. 일반적으로 파프리카는 capsanthine, β-cryptoxanthine, zeaxanthine 등의 색소 성분을 함유하고 있으며, 치자황은 carotenoid에 속하는 crocin의 황색계통 색소를 지니며(Yoon and Kim, 1999), 지치의 색소 성분으로는 naphthoquinone 유도체인 shikonin, acetylshikonin, isobutylshikonin, propionylshikonin 등으로 알려져 있다(Ju et al.
- 천연색소 소재로는 자색고구마, 적양배추, 흑미, 오디, 백년초, 양파껍질, 포도껍질, 파프리카, 여주, 지치, 뽕잎, 지황, 치자청, 치자황, 레드비트 등 15종류의 미세 색소분말을 사용하였다. 색소혼합 조성물 제조는 각 색소분말을 증류수에 용해시켜 추출한 색소 추출물 용액에 오일류와 소량의 왁스, 식물성 글리세린, 산화방지제(천연비타민E), 천연방부제 등을 혼합하여 조제하였으며, 물성이 묽은 겔 형태에 가까운 혼합조성물을 본 실험의 시료로 사용하였다.
- 천연색소 소재로는 자색고구마, 적양배추, 흑미, 오디, 백년초, 양파껍질, 포도껍질, 파프리카, 여주, 지치, 뽕잎, 지황, 치자청, 치자황, 레드비트 등 15종류의 미세 색소분말을 사용하였다. 색소혼합 조성물 제조는 각 색소분말을 증류수에 용해시켜 추출한 색소 추출물 용액에 오일류와 소량의 왁스, 식물성 글리세린, 산화방지제(천연비타민E), 천연방부제 등을 혼합하여 조제하였으며, 물성이 묽은 겔 형태에 가까운 혼합조성물을 본 실험의 시료로 사용하였다.
- 항균활성 실험을 위해 사용된 균주는 Bacillus subtilis, Vibrio parahaemolyticus, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Aspergillus flavus, Proteus vulgaris로서 유전자은행(KCTC)에서 구입하였으며, 각각의 배지 및 배양 조건을 Table 1에 나타내었다. 배지는 Difco사 (USA)에서 구입하여 조제한 후 121℃에서 15분간 가압 멸균하여 사용하였다.
데이터처리
- Means with the same letter in column are not significantly different at p<0.05 level by Duncan’s multiple range test.
- 실험은 각 항목에 대해 3회 반복으로 수행하였으며, 통계처리는 SAS(version 9.1.3)를 이용하여 다중법위검정 (Duncan’s multiple range test)을 실시하여 5% 수준에서 유의성을 검정하였다.
이론/모형
- 각 추출물을 Choi 등(2003)의 방법에 의한 수소전자공여능에 의해 항산화 활성을 측정하였다. 여러 농도의 시료를 메탄올(or DMSO) 용매로 용해하여, 900 μL의 DPPH 용액(100 μM)과 각 시료 100 μL를 혼합하여 교반한다.
- 천연색소 함유 화장료 조성물에 대한 항균력을 측정하기 위해서 한천배지확산법(disk agar plate diffusion method) 을 사용하였다. 즉, 각 시험미생물에 적합한 배지에 107 CFU/ mL 농도로 시험미생물을 배양한 soft agar를 petri dish에 분주한 후 25℃로 식혀 굳힌 후, 멸균된 8 mm filter paper disk를 plate 표면에 일정한 간격으로 놓았다.
성능/효과
- 본 실험에 있어 천연색소 함유 화장료조성물의 아질산염 소거 능을 측정한 결과를 Table 4에 나타냈다. pH 1.2에서는 적 양배추, 포도과피, 오디, 백년초를 제외하고는 70% 이상의 높은 소거활성을 보였다. 또한 pH 3.
- 천연색소 함유 화장료조성물에 대한 항산화능을 평가하기 위해 DPPH에 의한 유리기의 소거효과를 측정하는 방법으로 수행한 결과를 Table 3에 나타냈다. 그 결과를 보면, 양파껍질, 적양배추, 오디, 파프리카, 포도과피 등에서 상대 적으로 높은 DPPH radical 소거능을 보였고, 특히 양파껍질, 오디 색소에서는 비교적 저농도에서도 높은 소거능을나타냈다. 전체적으로 대부분의 천연색소 혼합조성물에서 농도 비례적으로 DPPH 라디컬 소거능이 높게 나타남을 확인할 수 있었지만, 치자청 및 지황 색소에서는 농도에 관계 없이 소거능이 상대적으로 낮게 나타났다.
- 색소종류별로는 자색고구마, 여주, 파프리카, 뽕잎, 지치 등의 색소 조성물에서 다른 색소 조성물에서보다 더 높은 항균활성을 보였다. 또한 DPPH 라디컬 소거능은 양파껍질, 파프리카, 적양배추, 뽕잎, 포도과피, 오디, 레드비트 색소 함유 조성물에서 상대적으로 높은 활성을 보였으며, 아질산염 소거능에 있어서는 특히 pH 1.2에서 적양배추, 포도과피, 오디, 백년초를 제외한 대부분의 색소에서 70%이상의 높은 활성을 나타냈다. 다양한 천연색소를 이용하여 수행한 본 실험을 통해 천연색소의 높은 항균효과와 항산화능을 확인할 수 있었으며, 향후 이러한 기능성을 활용한 안전한 천연 색조화장품 개발에 유용한 자료가 될 것으로 기대한다.
- 즉, Bacillus subtilis의경우, 여주완숙과(황색), 여주미숙과(녹색), 뽕잎, 오디, 레드비트 등에서 항균활성이 높은 것으로 나타났고, Vibrio parahaemolyticus 및 Staphylococcus aureus 균주에 대한 결과에서도 이들 외에 백년초, 지치, 적양배추, 포도과피 등에서도 항균활성이 높았다. 또한 Listeria monocytogenes 균주의 경우를 보면, 흑미, 자색고구마, 오디 등에서 높은 항균활성을 보였으며, Aspergillus flavus의 경우는 여주완숙과, 적양배추, 양파껍질, 백년초, 지치 등에서 상대적으로 항균활성이 높았다. 그러나 Proteus vulgaris 균주의 경우는 뽕잎, 지치를 제외한 대부분의 색소 혼합조성물에서 항균 활성이 낮게 나타났는데, 이는 균주 종류 및 천연색소 종류에 따라 항균성에 상당한 차이를 보이는 것으로 판단된다.
- Kim 등(2008) 은 콩에서 식물성 천연색소인 anthocyanin을 분리하여 DPPH 라디컬 소거능을 측정한 결과 α-tocopherol의 항산화력과 유사한 높은 항산화력을 지닌 것으로 확인하였으며, 특히 안토시아닌 색소가 많이 함유된 품종이 일반품종보다 DPPH 라디컬 소거능이 높은 것으로 보고하였다. 본 연구에서도 농도 의존적으로 DPPH 라디컬 소거능이 높게 나타나는 것으로 보아 페놀화합물 함량이 높을수록 전자공 여능 또한 높다는 다른 연구보고들과 유사한 결과를 보이는 것으로 생각된다.
- 실험에 사용한 6종의 균주 중 Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, Aspergillus flavus에 대해 대부분의 색소혼합조성물에서 항균활성이 나타나는 것으로 확인되었으며, Proteus vulgaris 에서는 다른 균주에 비해 항균활성이 상대적으로 낮았다. 색소종류별로는 자색고구마, 여주, 파프리카, 뽕잎, 지치 등의 색소 조성물에서 다른 색소 조성물에서보다 더 높은 항균활성을 보였다. 또한 DPPH 라디컬 소거능은 양파껍질, 파프리카, 적양배추, 뽕잎, 포도과피, 오디, 레드비트 색소 함유 조성물에서 상대적으로 높은 활성을 보였으며, 아질산염 소거능에 있어서는 특히 pH 1.
- 천연색소를 이용한 천연 색조화장품 개발을 위한 기초자료로 활용하고자, 15종의 천연색소를 사용하여 제조한 화장료 조성물에 대하여 항균활성 및 항산화능을 조사하였다. 실험에 사용한 6종의 균주 중 Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, Aspergillus flavus에 대해 대부분의 색소혼합조성물에서 항균활성이 나타나는 것으로 확인되었으며, Proteus vulgaris 에서는 다른 균주에 비해 항균활성이 상대적으로 낮았다. 색소종류별로는 자색고구마, 여주, 파프리카, 뽕잎, 지치 등의 색소 조성물에서 다른 색소 조성물에서보다 더 높은 항균활성을 보였다.
- 천연색소를 이용한 천연 색조화장품 개발을 위한 기초자료로 활용하고자 15종의 천연색소를 사용하여 제조한 화장료조성물에 대하여 agar diffusion test를 이용한 항균활성을 조사하였다. 실험에 사용한 6종의 균주 중 Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, Aspergillus flavus에 대해 대부분의 혼합조성물에서 항균활성이 나타나는 것으로 확인되었으며, Proteus vulgaris에서는 다른 균주들에 비해 항균활성이 상대적으로 낮았다. 즉, Bacillus subtilis의경우, 여주완숙과(황색), 여주미숙과(녹색), 뽕잎, 오디, 레드비트 등에서 항균활성이 높은 것으로 나타났고, Vibrio parahaemolyticus 및 Staphylococcus aureus 균주에 대한 결과에서도 이들 외에 백년초, 지치, 적양배추, 포도과피 등에서도 항균활성이 높았다.
- 0에서는 활성을 나타내지 않았다. 이와 같이 본 실험의 아질산염소거능 측정결과, pH 1.2에서 적용한 모든 색소 혼합조성물의 소거능이 가장 높게 나타났으며, pH가 높아질수록 아질산염 소거능이 현저히 낮아지는 경향을 보여 pH 의존성이 큰 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 다른 연구결과 (Chung and Noh, 2000; Kytopoulos, 1987)들과도 일치 하는 것이며, 아질산염이 아민류와 반응하여 니트로사민을 생성하는 과정은 pH가 낮은 조건에서 쉽게 일어나는 것으로 알려져 있다(Gray and Dugan, 1975).
- 그 결과를 보면, 양파껍질, 적양배추, 오디, 파프리카, 포도과피 등에서 상대 적으로 높은 DPPH radical 소거능을 보였고, 특히 양파껍질, 오디 색소에서는 비교적 저농도에서도 높은 소거능을나타냈다. 전체적으로 대부분의 천연색소 혼합조성물에서 농도 비례적으로 DPPH 라디컬 소거능이 높게 나타남을 확인할 수 있었지만, 치자청 및 지황 색소에서는 농도에 관계 없이 소거능이 상대적으로 낮게 나타났다. 페놀성 화합물의 함량이 증가하면 라디컬 소거능도 증가하는 것으로 보고되고 있는데(Cha et al.
- 실험에 사용한 6종의 균주 중 Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, Aspergillus flavus에 대해 대부분의 혼합조성물에서 항균활성이 나타나는 것으로 확인되었으며, Proteus vulgaris에서는 다른 균주들에 비해 항균활성이 상대적으로 낮았다. 즉, Bacillus subtilis의경우, 여주완숙과(황색), 여주미숙과(녹색), 뽕잎, 오디, 레드비트 등에서 항균활성이 높은 것으로 나타났고, Vibrio parahaemolyticus 및 Staphylococcus aureus 균주에 대한 결과에서도 이들 외에 백년초, 지치, 적양배추, 포도과피 등에서도 항균활성이 높았다. 또한 Listeria monocytogenes 균주의 경우를 보면, 흑미, 자색고구마, 오디 등에서 높은 항균활성을 보였으며, Aspergillus flavus의 경우는 여주완숙과, 적양배추, 양파껍질, 백년초, 지치 등에서 상대적으로 항균활성이 높았다.
- 이와 같이 색소종류에 따라 항균 효능에는 적정 농도가 존재하고, 최적의 농도로 적용했을 때 그 효과를 볼 수 있다고 본다. 천연 물질의 항균성에 대한 다른 많은 연구결과들(Jeon et al., 2005; Kim and Rhyu, 2008; Lee et al., 2005; Zhoh et al., 2010)과 마찬가지로 본 연구의 천연색소 함유 화장료 조성물에 있어서도 비교적 높은 항균활성을 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들은 향후 색조화장품 개발에 있어 유효한 천연소재로서의 응용가치가 높음을 시사하는 것으로서, 추후 각 색소 농도에 따른 안정성과 항균효능 차이등 보다 구체적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
후속연구
- 2에서 적양배추, 포도과피, 오디, 백년초를 제외한 대부분의 색소에서 70%이상의 높은 활성을 나타냈다. 다양한 천연색소를 이용하여 수행한 본 실험을 통해 천연색소의 높은 항균효과와 항산화능을 확인할 수 있었으며, 향후 이러한 기능성을 활용한 안전한 천연 색조화장품 개발에 유용한 자료가 될 것으로 기대한다.
- 이러한 결과는 다른 연구결과 (Chung and Noh, 2000; Kytopoulos, 1987)들과도 일치 하는 것이며, 아질산염이 아민류와 반응하여 니트로사민을 생성하는 과정은 pH가 낮은 조건에서 쉽게 일어나는 것으로 알려져 있다(Gray and Dugan, 1975). 본 연구에서 사용한 15종의 천연색소도 인체의 위내 pH 조건과 비슷한 pH 1.2에서 아질산염 소거작용이 높은 것으로 확인되어 향후 천연색소 함유 관련제품 개발에 있어 유용한 소재가 될것으로 기대된다.
- , 2010)과 마찬가지로 본 연구의 천연색소 함유 화장료 조성물에 있어서도 비교적 높은 항균활성을 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들은 향후 색조화장품 개발에 있어 유효한 천연소재로서의 응용가치가 높음을 시사하는 것으로서, 추후 각 색소 농도에 따른 안정성과 항균효능 차이등 보다 구체적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 더욱이 합성색소의 인체에 대한 발암성과 위험성이 끊임없이 제기되면서 천연색소에 대한 관심이 더욱 증대되고 있다. 이러한 추세에 부응하여 최근 향장소재, 섬유염색, 건강기능식품 등에 건강과 안전을 위해 천연색소를 사용하는 경향이 점차 확대되고 있으며, 천연색소 이용에 관한 연구 또한 활발히 진행되고 있지만, 활용 가능한 각종 천연색소 소재들의 기능성, 안전성, 안정성 등에 대한 실증적 연구가 뒷받침되지 못하고 있는 실정이므로 이에 대해 좀 더 체계적이고 다양한 연구가 필요하다고 본다.
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