[논문]코스메슈티컬 적용을 위한 흑호두 과피의 생리학적 연구

이현주; 옥승호

doi:10.12925/jkocs.2021.38.1.29

코스메슈티컬 적용을 위한 흑호두 과피의 생리학적 연구
Physiological Study of the Extract of Junglans nigra Shells for the Cosmeceutical Application 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.38 no.1, 2021년, pp.29 - 36

이현주 (전남대학교 대학원 향장품학협동과정) , 옥승호 (전남대학교 치의학전문대학원 구강미생물학교실)

초록
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천연물 중 시판되지 않고 대부분 버려지는 흑호두(Juglans nigra) 과피를 추출하여 화장품 적용 가능성과 생리 활성 및 효능을 조사하였다. 흑호두 과피 열수 추출물의 DPPH 라디칼 소거능은 300㎍/mL에서 76.06%였으며 ABTS 라디칼 소거 활성은 1000 ㎍/mL에서 61%로 우수한 항산화 활성을 나타냈다. 흑호두 과피 추출물을 피부 각질 세포인 HaCaT 세포에 적용했을 때 250 ㎍/mL에서 92.6%로 세포 생존율에 미치는 영향이 현저히 낮았고 500 ㎍/mL 농도에서 67.35%의 nitric oxide(NO) 생성이 억제되었으며 100 ㎍/mL 농도에서 비타민 C보다 31배 더 높은 Hyaluronidase 억제 효과를 나타냈다. 결론적으로 흑호두 과피 추출물은 코스메슈티컬 응용 및 식품, 향료, 헬스 케어, 제약 등 다양한 산업에서 고부가 가치 천연 소재로 활용 가능성을 시사하고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Among natural products, the shells of black walnut(Juglans nigra), which are not used commercially and mostly discarded, were examined to investigate the physiological activity and the efficacy for the cosmetic application. DPPH radical scavenging activity of hot water extract of black walnut shells was 76.06% at 300 ㎍/mL. ABTS radical scavenging activity of the extract was 61% at 1000 ㎍/mL, showing excellent antioxidant activity. When the black walnut shell extract was applied to HaCaT cells, a skin keratinocyte, the viability of the cells was 92.6% at 250 ㎍/mL, showing a remarkably low effect on cell viability. At the concentration of 500 ㎍/mL, 67.35% of nitric oxide(NO) production was inhibited. It also showed an inhibitory effect on Hyaluronidase 31 times higher than that of Vitamin C at 100 ㎍/mL concentration. In conclusion, the black walnut shell extract showed high potentials for the cosmeceutical applications, suggesting the possibility of using it as a high value-added natural material in various industries such as food, fragrance, healthcare, and pharmaceuticals.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. DPPH radical scavenging activity of the extract of black walnut shells. The scavinging avtivity was compared with those of ascorbic acid and butulated hydroxytoluene. Data are the mean ± S.E. of values in three independent experiments. Symbols: ■, the extract of Juglans nigra shells; □, ascorbic acid; ■, butulated hydroxytoluene.
그림 Fig. 2. ABTS scavenging activity of the extract of black walnut shells. The scavinging avtivity was compared with those of ascorbic acid and butulated hydroxytoluene. Data are the mean ± S.E. of values in three independent experiments. Symbols: ■, the extract of Juglans nigra shells; □, ascorbic acid; ■, butulated hydroxytoluene.
그림 Fig. 3. Effects of the black walnut shell extract on the viability of HaCaT cells. Cell viability of HaCaT(human keratinocyte) cells in the presence of the black walnut extract was determined by MTT assay. Data are the mean ± S.E. of values in three independent experiments.
그림 Fig. 4. Inhibition activity of the black walnut shell extract on Hyaluronidase. The inhibitory effect was compared with those of ascorbic acid and Tannic acid. Data are the mean ± S.E. of values in three independent experiments. Symbols: ■, the extract of Juglans nigra shells; □, Vitamin C; ■, Tannic acid.
그림 Fig. 5. Inhibitory effects of the black walnut shell extract on NO production in LPSstimulated RAW 264.7 cells. Data are the mean ± S.E. of values in three independent experiments.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 흑호두(Juglans nigra) 과피 열수 추출물의 항산화, 항염증 실험을 통해 코스메슈티컬 소재로서의 가능성에 대해 평가하였다. 흑 호두 과피 추출물의 항산화 활성 DPPH radical scavenging activity 결과 300 µg/mL 농도에서 76.
흑호두 과피 추출물이 안전한 소재로 활용될 수 있는지 알아보기 위하여 HaCaT cell에서 독성을 확인하기 위해 MTT assay를 수행하였다. MTT assay는 살아있는 세포 미토콘드리아의 산 S.
흑호두는 항산화와 항균성을 나타내는 페놀 화합물을 포함하는 풍부한 항산화제의 원천이자 건강상 이점이 있는 것으로 입증됨에 따라[8] 상업적인 면에서 잠재적 가능성을 가진 천연자원이지만 과피는 부산물로 가공과정에서 일반적으로 농산폐기물로 버려진다. 흑호두 활성에 관한 연구로는 염증성 사이토카인 생성 억제[9], 흑호두 외피 추출물의 항균 활성[10] 에탄올 개질제와 함께 초임계 이산화탄소를 사용하여 추출한 흑 호두껍질의 항산화 잠재력[1] 등이 보고되었으나 향장 소재로의 활성 평가에 관한 연구는 부족하여 본 연구에서는 흑호두 과피의 열수 추출을 이용한 항산화와 항염증 효능에 관해 연구하였으며 향후 코스메슈티컬의 소재로 사용할 수 있는 활용성에 대한 자료를 제시하고자 한다.

제안 방법

그 후 상층액을 제거한 후 DMSO를 200 μL씩 넣어 주고 microplate ELISA reader로 450 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 100%와 0%의 세포 생존율은 배양액, 0.1% Triton X-100을 각각 처리한 세포의 흡광도를 기준으로 계산하였다.
Hyaluronidase 활성 저해 효과는 HAase 효소와 QuantiChrom^TM Hyaluronidase Inhibitor Screening Assay Kit를 이용하여 실험을 수행하고 microplate reader로 600 nm에서 흡광도를 측정하여 계산하였다. 대조군으로 vitamin C를 사용하였으며 실험은 독립적으로 세 번 시행하였다.
계산하였다. 대조군으로 vitamin C를 사용하였으며 실험은 독립적으로 세 번 시행하였다.
NO 생성량은 상등액을 모아 Griess reagent로 10분간 반응시킨 후 ELISA reader로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준 곡선은 Nitrite standard를 이용하여 배양액의 NO 농도를 결정하였다.
흑호두 과피 추출물을 코스메슈티컬에 적용 범위인 항염증에 대한 활성을 알아보기 위해 Hyaluronidase 저해 활성을 평가하였다. Hyaluronidase는 피부 보습 및 탄력 유지에 기여하는 hyaluronic acid의 분해효소로 피부 면역에 관련된 것으로 알려져 있으며 HAase의 활성을저하시킴으로써 피부를 보호할 수 있다.
4)으로 희석하여 사용하였다. 희석된 ABTS 용액 800 μL를 일정 농도로 희석한 시료 200 μL에 첨가하여 암소에서 5 분간 반응시키고, ELISA reader를 사용하여 734 nm에서 흡광도를 측정한 후 결과 값은 시료 용액 첨가 군과 대조군을 비교하여 라디칼의 소거능을 백분율(%)로 나타내었다.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 흑호두 과피 Juglans nigra(Black walnut hulls) shelle 미국에서 종자과피를 커팅하여 가공한 것을 사용하였다.
본 연구의 실험에 사용한 시약으로는 DPPH(2, 2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl), ascorbic acid, butylated hydroxytoluene(BHT), lipopolysaccharide, HAase 효소, vitamin C 는 Sigma Aldrich Chemical Co. (St. Louis, Mo, USA)에서, QuantiChrom^TM Hyaluronidase Inhibitor Screening Assay Kit는 (BioAssay Systems, Hayward, CA, USA)에서 구입하였으며그 밖의 시약은 시판되는 특급 혹은 1급 분석용 시약을 사용하였다.
실험에 사용된 RAW 264.7 celle 한국세포주은행(KCLB, Korean Cell Line Bank)에서 분양받아 사용하였으며 RAW 264.7 세포의 배양액으로부터 NO₂ 를 GRIESS 반응으로 실험하여 NO 생산을 측정하였다. 12 well plate에 1×105 cells/mL의 농도로 24시간 전 미리 부착시키고, cell을 PBS로 수세하고 RPMI-1640 배지로 교체 후 LPS 1 µg/mL를 well에 첨가하고 1시간 뒤 시료를 처리하여 12시간 배양하였다.
인간 각질 세포(keratinocyte)인 HaCaT 세포주는 한국세포주은행(KCLB, Korean Cell Line Bank)에서 분양받아 사용하였으며 HaCaT 세포주는 10% fetal bovine serum과 항생제(50 μ g/mL streptomycin과 50 U/mL penicillin)가 첨가된 DMEM으로 37℃, 5% CO₂배양기에서 배양하였고 3일에 한 번씩 subculture를 수행하였다. 흑호두 과피 추출물에 의한 세포독성을 알아보기 위해 배양된 세포를 5×10⁴cells/mL로 96 well에 100 μL씩 분주한 후 24시간 배양 후 시료들을 처리해 주었다.

성능/효과

동일농도에서 흑호두 과피 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성능은 ascorbic acid에 미치지 못했지만 BHT보다 높은 효능을 나타냈다. 1, 000 µg/mL 농도에서 연근 에탄올 추출물의 DPPH radical 소거능 측정 결과 66.7%로[12] 낮은 농도에서 흑호두 과피 추출물의 효능이 더 우수했으며 호두(Juglans regia L.) 외피(husk)의 항산화 활성 비교 연구[13]에서 DPPH radical 소거 능은 열수 추출이 메탄올 추출보다 2배 이상 높은 효과를 나타내어 열수 추출한 흑호두 과피추출 물은 항산화 효능이 우수할 것으로 예상된다.
55%보다 더 높은 효능을 나타냈다. ABTS radical 소거 활성 결과 1,000 µg/mL 농도에서 흑호두 과피 추출물은 61%, 기준물질인 ascorbic acid는 94.7%, BHT 는 79.2%로 ascorbic acid 및 BHT의 효능이 더 우수하였고 흑호두 과피 추출물의 농도가 높아질수록 유의적으로 활성이 증가함을 확인하였다. 흑 호두 과피 추출물의 항염증 효과를 확인하기 위해 Raw 264.
Hyaluronidase는 피부 보습 및 탄력 유지에 기여하는 hyaluronic acid의 분해효소로 피부 면역에 관련된 것으로 알려져 있으며 HAase의 활성을저하시킴으로써 피부를 보호할 수 있다. HAase 저해 활성 측정 결과는 Fig. 4와 같이 100 µg/mL 농도에서 흑호두 과피 추출물은 100%로 나타났으며 동일농도에서 대조군 Vitamin C와 tannic acid는 각각 3.22%, 68.55%로 흑호두 과피 추출물은 대조군보다 높은 HAase 저해율을 보여 매우 우수한 항염증 및 피부보호 효과가 있음을 알 수 있다.
55%로 나타났다. 동일농도에서 흑호두 과피 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성능은 ascorbic acid에 미치지 못했지만 BHT보다 높은 효능을 나타냈다. 1, 000 µg/mL 농도에서 연근 에탄올 추출물의 DPPH radical 소거능 측정 결과 66.
35% 감소하여 높은 항염증 효능을 보여 주었다. 또한, HAase 저해 활성측정 결과 흑호두 과피 추출물은 100 µg/mL 농도에서 100%로 나타나 매우 우수한 항염증 및 피부보호 효과가 있음을 알 수 있었으며 MTT assay에 의한 HaCaT 세포에서 생존율은 500 µg/mL에서 92.6%를 나타내었다. 본 연구 결과로 흑 호두 과피 추출물은 항산화 및 우수한 항염 효능을 가진 코스메슈티컬 소재로써 활용 가치가 높을 것으로 사료되며 향후 다양한 후속 연구가 진행되어야 할 것이다.
7 세포의 NO 생성 저해 활성을 측정한 결과는 Figure 5와 같다. 생성된 NO량을 Control 로 하여 LPS를 처리하지 않은 대조구와 비교했을 때 10, 50, 100, 500 µg/mL의 농도로 처리한 결과 농도가 증가할수록 NO 생성량은 감소하였으며 500 µg/mL의 농도에서 67.35% 감소하였음을 알 수 있다.
DPPH에의한 항산화 활성 측정방법은 free radical에 전자를 공여하여 지방질 산화 억제 및 free radical 에 의한 노화 저해 작용의 척도로 이용된다[11]. 시료의 농도를 100, 200, 300 µg/mL로 실험한 결과 농도가 높아질수록 유의적으로 활성이 증가하였으며 300 µg/mL 농도에서 흑호두 과피 추출물은 76.06%로 나타났고 대조군으로 사용한 ascorbic acid와 BHT는 각각 89.9%, 68.55%로 나타났다. 동일농도에서 흑호두 과피 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성능은 ascorbic acid에 미치지 못했지만 BHT보다 높은 효능을 나타냈다.
3과 같다. 측정한 모든 농도에서 세포독성이 나타나지 않았으며 250 µg/mL 농도에서 92.6%의 생존율을 보여 세포 생존력에 미치는 영향이 현저히 낮음을 알 수 있다.
흑 호두 과피 추출물은 100, 500, 1,000 µg/mL 농도에서 각각 8.9%, 24%, 61%로 나타났고 기준물질인 acorbic acid와 BHT는 1,000 µg/mL 농도에서 각각 94.7%, 79.2%로 흑호두 과피 추출물은 기준물질들에 비해 ABTS radical 소거 활성이 낮았으나 농도가 높아질수록 유의적으로 활성이 증가하였다(Fig. 2). 연근 에탄올 추출물은 1, 000 µg/mL 농도에서 51.
흑 호두 과피 추출물의 항산화 활성 DPPH radical scavenging activity 결과 300 µg/mL 농도에서 76.06%로 동일농도에서 BHT 68.55%보다 더 높은 효능을 나타냈다. ABTS radical 소거 활성 결과 1,000 µg/mL 농도에서 흑호두 과피 추출물은 61%, 기준물질인 ascorbic acid는 94.
2%로 ascorbic acid 및 BHT의 효능이 더 우수하였고 흑호두 과피 추출물의 농도가 높아질수록 유의적으로 활성이 증가함을 확인하였다. 흑 호두 과피 추출물의 항염증 효과를 확인하기 위해 Raw 264.7 세포의 NO 생성 저해 활성을 측정한 결과 NO 생성량은 농도가 증가할수록 감소하였으며 500 µg/mL 농도에서 흑호두 과피 추출물은 NO 발현량이 67.35% 감소하여 높은 항염증 효능을 보여 주었다. 또한, HAase 저해 활성측정 결과 흑호두 과피 추출물은 100 µg/mL 농도에서 100%로 나타나 매우 우수한 항염증 및 피부보호 효과가 있음을 알 수 있었으며 MTT assay에 의한 HaCaT 세포에서 생존율은 500 µg/mL에서 92.

후속연구

6%를 나타내었다. 본 연구 결과로 흑 호두 과피 추출물은 항산화 및 우수한 항염 효능을 가진 코스메슈티컬 소재로써 활용 가치가 높을 것으로 사료되며 향후 다양한 후속 연구가 진행되어야 할 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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