헤어 퍼머넌트 웨이브 시술 시 목단피 마이크로캡슐 트리트먼트의 모발 보호 효과 = (The) hair protection effects of microcapsule treatment of moutan cortex radicis at the time of hair permanent wave treatment

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The objective of this study is to explore an effect of Moutan Cortex Radicis containing antioxidant activities that may inhibit active oxygen in order to mitigate hair damage by an effect of active oxygen being produced by UV radiation and in a process of permanent wave treatment.
For this objective, features of Moutan Cortex Radicis ethanol extract as raw material of hair cosmetics was investigated and anti-oxidant activity, cytotoxicity, anti-inflammatory, antibacterial effect of active ingredients in Moutan Cortex Radicis extract were measured. Hair damage degree was evaluated at the time of UV radiation after permanent wave treatment by manufacturing Moutan Cortex Radicis microcapsule hair treatment based on above findings and following result was deduced.
As antiradical activity of 84.7% was represented in concentration of 1000 ㎍/㎖of DPPH antiradical activity, a result most near to positive control group, Vit C was obtained. In antiradical activity of ABTS, a little lower value than that of positive control group was represented but as antiradical activity of 66.1% was represented in concentration of 1000 ㎍/㎖ of Moutan Cortex Radicis, it could be confirmed that as concentration was increased, antiradical activity was increased as well. Contents of polyphenol and flavonoid showed 106.4 ± 0.003 ㎎/g and 112.9 ± 0.004, respectively. As a result of measuring cell survival rate by using Raw 264.7 cell in order to determine cytotoxicity status of Moutan Cortex Radicis extract, Moutan Cortex Radicis extract rather showed the result of no cytotoxicity under low concentration. As a result of investigating NO generation inhibitory effect for Raw 264.7 cell being induced by LPS, as concentration of Moutan Cortex Radicis extract was increased, NO production amount showed a tendency of being decreased. As a result of measuring growth inhibition size by using paper disc measuring method in order to measure antibacterial potency against Propionibacterium acnes and Staphylococcus aureus inducing skin disease, high antibacterial potency was observed in Propionibacterium acnes under the concentration of 100 ㎎/㎖ and that of Staphylococcus aureus was observed from the concentration of 10 ㎎/㎖.
As a result of performing human body occlusive patch test, no skin irritation was observed and so, it was confirmed that use of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair treatment was not harmful to human health. As a result of measuring wave efficiency, general permanent wave treatment group showed wave formation rate of 18.26 ± 0.49% but as wave showed wide interval of 29.48 ± 2.08㎜, wave efficiency was confirmed to be low. Whereas, wave formation rate of hair was represented to be high as 20.74 ± 0.56% at the time of pre-treatment of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair. As wave showed the most narrowed interval as 23 ± 2.44 ㎜, its wave efficiency was confirmed to be the highest.
As a result of measuring tensile strength, that of general permanent wave treatment group was represented to be very low as 75.55 ± 13.09 gf/㎜2. As tensile strength of pre-treatment group of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair and that of post treatment group were represented as 102.09 ± 12.36 gf/㎜2 and 102.60 ± 11.28 gf/㎜2, respectively, hair strength showed significantly high result than that of general permanent wave treatment group. As a result of measuring elongation, that of general permanent wave treatment group was represented as 145.47 ± 10.63% and compared to this result, as pre-treatment and post-treatment of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair were represented as 158.71 ± 8.82&, 159.93 ± 12.87%, respectively, hair coherence of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair treatment was confirmed to be more strong. In particular, as elongation of pre-treatment of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair was represented to be high as much as that of post-treatment in spite of it being rinsed out in a process of washing after permanent wave treatment, it was represented to be effective for preventing hair damage.
As a result of measuring cuticle by using SEM, while UV radiated hair after general permanent wave treatment showed severe separation of cuticle and uneven scale, it was confirmed that scale of pre-treatment group and post-treatment group of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair was solidly fixed and exfoliation and uneven surface phenomenon were hardly observed and hair damage prevention effect of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair treatment was represented to be high.
As a result of observing hair microstructure by using AFM, in case of UV radiated hair after general permanent wave treatment, uneven phenomenon of cuticle was severe, scale arrangement was not uniformed and swelling site was frequently observed in topography image, 3D image and line profile graph. However, at the time of pre-treatment, post-treatment of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair, smooth scale surface and clear scale profile could be confirmed. As a result of measuring roughness, while general permanent wave treatment group showed very high value as 264.79 ± 20.17 ㎚, pre-treatment, post-treatment of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair showed very low roughness as 138.14 ± 14.65 ㎚, 130.71 ± 22.93 ㎚. In case of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair treatment group, its roughness reduction rate was represented to be further low than that of general hair treatment group, its effect of protecting cuticle damage was confirmed to be high.
As a result of analyzing component of hair by using EDS, while content of S in untreated hair was 11.39 Wt%, that of UV radiated control group after general permanent wave treatment was represented as 7.65 Wt% showing significant reduction.
On the other hand, S contents of pre-treatment group and post-treatment group of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair showed 9.50 Wt% and 10.19 Wt%, respectively and this result was higher than that of control group. Content of carbon also showed a tendency of being increased compared with control group and content of oxygen showed high reduction rate than that of control group.
Nitrogen also showed a tendency of being decreased compared with control group. Contents of other trace elements did not show high variation tendency as it differs depending on nutrition condition and living environment.
As a result of analyzing composition of amino acid, amino acid of UV radiated control group after general permanent wave treatment was measured as 95.52% which was lower than untreated hair of 95.94% and glutamic acid showed sudden increase and cysteine was decreased. Methionine containing S was also decreased and arginine involved in salt bond also showed significant reduction rate. On the other hand, total amino acid composition in pre-treatment, post-treatment group of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair was higher than that of control group as 95.85% and 95.79%, respectively and it was also higher than that of general hair pre-treatment, post-treatment group and glutamic acid was decreased than control group and general hair pre/post treatment group and its pre/post treatment cysteine was higher than that of control group and general pre/post treatment as 12.5% and 12.9%, respectively.
As a result of measuring oxidation reaction of hair by using FTIR, absorption rate of cysteic acid that is an indicator of hair damage was the highest in control group as 16.59% and in pre/post treatment of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair, absorption rate of cysteic acid (S=O) shown a result of being decreased as 12.55% and 13.13%. In particular, at the time of pre-treatment, not only absorption rate of cysteic acid but also that of cystine monoxide (SO) that is pre-stage of cysteic acid production was represented to be the lowest as 7.42%. In case of cystine dioxide (SO2), control group showed 16.16% and for pre/post-treatment of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair, its absorption rate showed 9.55% and 8.95%, respectively which were lower than that of control group.
In view of above result, Moutan Cortex Radicis extract was confirmed to have a potential of being able to be applied to raw material of natural cosmetics having an anti-inflammatory, antibacterial, non-toxic effect and through this, it was revealed that an effect of mitigating hair damage was also outstanding when natural hair treatment was manufactured and used by employing Moutan Cortex Radicis extract. In particular, during pre-treatment of Moutan Cortex Radicis microcapsule hair, a result that hair damage was decreased in spite of its rinsing was represented and during post-treatment, an effect of protecting hair from UV radiation was confirmed to be very high.
Under this background, it is expected that the result of this study would be very useful for presenting a new method through which hair damage being occurred during chemical treatment in actual beauty industry would be prevented and healthy hair maintained after chemical treatment.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 퍼머넌트 웨이브 시술 과정과 자외선에 의해 발생되는 활성산소를 억제하고자 목단피의 항산화 효능을 이용하여 모발에 어떠한 효과가 있는지 알아보고자 하였다. 이에 목단피 에탄올 추출물의 모발 화장품 원료로서 특성을 조사하고, 목단피 추출물의 항산화 활성, 세포독성, 항염, 항균효과를 측정하였다. 이를 바탕으로 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트를 제조하여 퍼머넌트 웨이브 시술 후 자외선 조사 시 모발 손상도를 평가하였으며, 다음과 같은 결과를 도출하였다.
DPPH 라디컬 소거능에서는 1000 ㎍/㎖의 농도에서 84.7%의 라디컬 소거능을 보여 양성대조군 Vit C와 가장 근사한 결과를 얻었다. ABTS 라디컬 소거능에서는 양성대조군에 비해 다소 낮은 값을 보이나 목단피 1000 ㎍/㎖의 농도에서 66.1%의 라디컬 소거능을 보여 농도가 증가함에 따라 소거능이 증가함을 확인할 수 있었다. 폴리페놀과 플라보노이드 함량은 각각 106.4 ± 0.003 ㎎/g, 112.9 ± 0.004의 함량을 나타내었다. 목단피 추출물의 세포 독성유무를 판단하기 위해 Raw 264.7 cell을 이용하여 세포의 생존율을 측정한 결과 목단피 추출물은 낮은 농도에서 오히려 세포독성이 없는 결과를 보였다. LPS로 유도된 Raw 264.7 cell에 대한 NO생성 억제능을 조사한 결과 목단피 추출물의 농도가 증가할수록 NO생성량이 감소되는 결과를 보였다. 여드름 원인균(Propionibacterium acnes)과 피부질환 유발균인 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)에 대한 항균력을 측정하기 위해 paper disc 측정법을 이용하여 생육 저해환을 측정한 결과 여드름 균에서는 100 ㎎/㎖의 농도에서 높은 항균력이 관찰되었으며, 황색포도상구균에서는 10 ㎎/㎖에서부터 높은 항균력이 관찰되었다.
인체 폐쇄 첩포 검사 실시 결과 피부에 자극이 없는 것으로 나타나 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트의 사용은 인체에 무해한 것으로 확인되었다.
웨이브 효율 측정 결과 일반 퍼머넌트 웨이브 시술군은 18.26 ± 0.49%의 웨이브 형성율을 보였으나 웨이브 간격이 29.48 ± 2.08 ㎜로 넓은 상태를 보여 웨이브 효율이 낮은 것으로 확인된 반면 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리 시 모발의 웨이브 형성율이 20.74 ± 0.56 %로 높은 형성율을 보였다. 웨이브 간격 역시 23 ± 2.44 ㎜로 가장 작은 웨이브 간격을 보여 웨이브 효율이 가장 높은 것으로 확인되었다.
인장강도 측정 결과 일반 퍼머넌트 웨이브 시술군은 75.55 ± 13.09 gf/㎟로 측정되어 인장강도가 매우 낮게 나타났다. 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리 군과 후처리 군은 각각 102.09 ± 12.36 gf/㎟와 102.60 ± 11.28 gf/㎟로 나타나 모발의 강도가 일반 퍼머넌트 웨이브 시술군에 비해 현저하게 높은 결과를 보였다. 연신율 측정 결과 일반 퍼머넌트 웨이브 시술군운 145.47 ± 10.63%로 나타났고, 이에 비해 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리와 후처리는 각각 158.71 ± 8.82%, 159.93 ± 12.87%로 나타나 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트의 모발의 결합력이 더욱 강한 것으로 확인되었다. 특히 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리는 퍼머넌트 웨이브 시술 후 세척하는 과정에서 씻겨나감에도 불구하고 연신율이 후처리만큼 높은 것으로 나타나 모발의 손상을 예방하는데 매우 효과적인 것으로 나타났다.
SEM을 이용한 모표피 측정 결과 일반 퍼머넌트 웨이브 시술 후 자외선을 조사한 모발은 큐티클의 탈락이 심하고, 스케일이 불규칙적인 상태를 보이는 반면에 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리와 후처리 시술군은 스케일이 단단하게 고착되어 있고, 박리현상 및 요철현상 등이 거의 없는 것으로 확인되어 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트의 모발 손상 방지 효과가 높은 것으로 나타났다.
AFM을 이용한 모발 미세구조 관찰결과 일반 퍼머넌트 웨이브 시술 후 자외선을 조사한 모발의 경우 topography image와 3D image, line profile graph에서는 큐티클의 요철현상이 매우 심하고, 스케일의 배열이 고르지 못하며, 심하게 팽윤된 부위가 많이 관찰되었다. 그러나 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리와 후처리 시 스케일의 표면이 매끈하고 스케일의 윤곽이 뚜렷한 것을 확인할 수 있었다. 거칠기 측정 결과 일반 퍼머넌트 웨이브 시술군은 264.79 ± 20.17 ㎚로 매우 높은 값을 보인반면 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리 군과 후처리 군은 138.14 ± 14.65 ㎚, 130.71 ± 22.93 ㎚로 거칠기가 매우 낮아진 것을 확인할 수 있었다. 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 처리 군의 경우에는 일반 헤어트리트먼트 처리 군에 비해 거칠기의 감소율이 더욱 낮은 것으로 나타나 모표피의 손상을 보호하는데 효과가 높은 것으로 확인되었다.
EDS를 이용한 모발 구성 원소 분석 결과 미처리모의 황(S)의 함량은 11.39 Wt%인데 비해 일반 퍼머넌트 웨이브 시술 후 자외선을 조사한 대조군은 7.65 Wt%로 나타나 많은 감소율을 보였다. 반면 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리 군과 후처리 군의 황 함량은 전처리가 9.50 Wt%, 후처리가 10.19 Wt%로 대조군보다 높은 함량을 보였다. 탄소의 함량 역시 대조군에 비해 증가하는 결과를 보였고, 산소의 함량은 대조군에 비해 높은 감소율을 보였다. 질소 역시 대조군에 비해 감소하는 경향을 띠었다. 이 밖의 나머지 미량원소의 함량은 고객의 영양상태 및 생활환경에 따라 다르기 때문에 높은 변화 추이를 보이지 않았다.
아미노산 조성률 분석 결과 일반 퍼머넌트 웨이브 시술 후 자외선을 조사한 대조군의 아미노산은 미처리모의 95.94%에 비해 낮은 95.52%로 측정되었고, 글루탐산은 급격한 증가를 보였으며 시스테인은 감소하였다. 황을 함유한 메치오닌 역시 감소하였고, 염 결합에 관여하는 아르기닌도 많은 감소율을 보였다. 반면 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트의 전처리, 후처리 군에서는 총 아미노산 조성률이 95.85%, 95.79%로 대조군에 비해 높고 일반 헤어트리트먼트 전처리와 후처리에 비해 높은 조성률을 보였으며, 글루탐산은 대조군과 일반 헤어트리트먼트 전처리, 후처리에 비해 감소하였고, 시스테인은 전처리와 후처리 각각 12.5%, 12.9%로 대조군과 일반 헤어트리트먼트 전처리, 후처리보다 높았다.
FTIR을 이용한 모발의 산화반응을 측정한 결과 모발 손상 지표인 시스테인산의 흡수율이 16.59%로 대조군에서 가장 높았으며, 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리와 후처리 시에는 시스테인산(cysteic acid; S=O)의 흡수율이 12.55%와 13.13%로 감소하는 결과를 보였다. 특히 전처리 시 시스테인산의 흡수율 뿐 만 아니라 시스테인산 생성 전단계인 시스틴 모노옥사이드(cystine monooxide; SO)의 흡수율이 7.42%로 가장 낮은 결과로 나타났다. 시스틴 디옥사이드(cystine dioxide; SO2)의 경우에는 대조군의 경우 16.16%로 나타났고, 목단피 마이크로캡슐 헤어트리트먼트 전처리 시에는 9.55%, 후처리 시에는 8.95%로 대조군보다 매우 낮은 흡수율을 보였다.
이상의 결과로 보아 목단피 추출물은 항산화 효과와 더불어 항염, 항균, 무독성의 효과를 갖는 천연 화장품 원료로 응용 가능성이 있는 것으로 확인되었으며, 이를 통해 목단피 추출물을 이용한 천연 헤어트리트먼트를 제조하여 사용했을 때 모발의 손상을 완화시키는 효과 또한 매우 높은 것으로 나타났다. 특히 목단피 마이크로 헤어트리트먼트 전처리 시에는 세척을 함에도 불구하고 모발 손상이 감소되는 결과를 보였으며, 후처리 시에는 자외선으로부터 모발을 보호하는 효과가 매우 높은 것으로 확인되었다.
이에 본 연구결과가 미용 산업 현장에서 화학 시술 시 발생되는 모발의 손상을 방지하고, 또한 화학시술 후 건강한 모발을 유지하기 위한 새로운 방안을 제시하는데 큰 가치가 있을 것으로 기대되는 바이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구의 문제 5
• Ⅱ. 이론적 배경 6
• 1. 퍼머넌트 웨이브의 원리 6
• 2. 헤어트리트먼트(treatment)의 정의 및 특성 8
• 3. 목단피의 효능 10
• 4. 모발과 활성산소 12
• Ⅲ. 재료 및 방법 16
• 1. 추출 시료 16
• 2. 목단피 시료 추출 16
• 3. 목단피 추출물의 생리활성 측정 17
• 1) DPPH 전자 공여능 측정 17
• 2) ABTS radical 소거능 측정 17
• 3) Flavonoid 함량 측정 18
• 4) Polyphenol 함량 측정 18
• 4. 목단피 추출물의 세포독성 및 항염, 항균 측정 19
• 1) 세포배양 19
• 2) 균주배양 19
• 3) MTT assay에 의한 세포독성 측정 19
• 4) LPS에 의해 유도된 Nitric Oxide 생성 억제 활성 측정 20
• 5) 항균활성 21
• 5. 퍼머넌트 웨이브 시술 재료 및 방법 21
• 1) 시료모발 21
• 2) 퍼머넌트 웨이브 용제 22
• 3) 목단피 함유 마이크로캡슐화 및 헤어트리트먼트 제조 22
• 4) 퍼머넌트 웨이브 시술 방법 24
• 6. 인체 피부 안전성 검사 25
• 7. 인공 자외선 조사 27
• 8. 웨이브 효율성 측정 28
• 9. 인장강도 및 연신율 측정 28
• 10. SEM을 이용한 모표피 관찰 29
• 11. AFM을 이용한 모발 미세구조 29
• 12. EDS를 이용한 모발 구성 원소 분석 30
• 13. 모발의 구성 아미노산 성분 분석 31
• 14. FTIR을 이용한 모발의 산화반응 측정 32
• 15. 자료 분석 방법 32
• Ⅳ. 결과 및 고찰 33
• 1. 추출물의 고형분 수율 33
• 2. 추출물의 항산화 효능 34
• 1) DPPH 전자 공여능 34
• 2) ABTS radical 소거능 35
• 3) Flavonoid 함량 37
• 4) Polyphenol 함량 38
• 3. MTT assay에 의한 세포독성 40
• 4. LPS에 의해 유도된 Nitric Oxide 생성 억제 활성 43
• 5. 항균활성 45
• 1) Propionibacterium acnes 45
• 2) Staphylococcus aureus 47
• 6. 인체 피부 안전성 49
• 7. 웨이브 효율성 52
• 8. 인장강도 및 연신율 57
• 1) 인장강도 57
• 2) 연신율 60
• 9. SEM을 이용한 모표피 관찰 65
• 10. AFM을 이용한 모발 미세구조 70
• 11. EDS를 이용한 모발 구성 원소 분석 80
• 12. 모발 구성 아미노산 분석 88
• 13. FTIR을 이용한 모발 산화 반응 분석 93
• Ⅴ. 결론 및 제언 105
• 참고문헌 110