1. 야생 복숭아 잎 추출물 트리트먼트 제조

본 실험에 사용된 야생 복숭아 잎은 경상남도 거창군 야산에서 채취하여 건조하였고, 정제수 50%, Ethanol 50%를 이용한 추출물을 1차 농축한 후 2차 동결 건조하여 사용하였다. 트리트먼트 제조는 <Table 1>과 같이 정제수에 준비된 원료(A, B, C상 순서)를 투입하여 70~80℃에서 호모믹서 3500 rpm로 교반 후, D상을 투입하여 50~60℃에서 3500 rpm로 교반한 다음, 마지막으로 E상을 Phase Eput과 믹싱 30~40℃에서 3500 rpm로 교반하여 야생 복숭아 잎 추출물의 첨가량(0%, 5%, 10%)을 달리한 3종류의 크림 제형 트리트먼트를 제조하였다.

Table 1.

Production of Wild Peach Leaf Extract Treatment

2. 모발시료

본 실험은 최근 3년 동안 화학적 시술과 약물 복용을 하지 않은 20대 여성의 건강한 모발(Virgim Hair)을 기증받아 모발시료로 선정하였다. 시료 획득은 후두부에서 두피로부터 8 cm 지점 아래부터 15 cm 커트하여 3 g씩 모다발을 고정한 후에, M사의 중성샴푸(pH 7.0)로 세정하고 자연 건조하였다. 이후 2회 탈색한 손상모발 제작은 M사의 과항산암모늄(Ammonium Persulfate)이 주성분인 탈색제(High Bleach Powder) 1제와 과산화수소(HydrogenPeroxide)가 주성분인 6% 산화제 2제를 혼합하여(1:2 비율) 모발시료 3 g당 30 ml의 약액을 도포하였다. 이후 랩으로 밀폐시켜 약 25℃에서 40분간 자연 방치 후 pH 5.5의 약산성 샴푸로 세정 후 헹구었으며, M사의 컬러 차트와 비교하여 17 Level 정도의 탈색모를 제작하였다. 염색 시술은 탈색모발 시료에 After-Pigmentation Technique 염색으로 산화염모제 1제와 2제를 각 20 g씩 1:1 비율로 혼합한 후, 각 모발 시료에 동일한 양을 도포한 뒤 실온 25℃, 40분간 자연 방치, 약산성(pH 5.5) 샴푸로 헹구는 작업을 시행하였다.

3. 트리트먼트 처리 및 시술방법

야생 복숭아 잎 추출물 무첨가(0%), 5% 첨가, 10% 첨가된 크림제형의 트리트먼트를 각 10 g씩 볼에 소분하여 브러시를 이용 각 모발 시료에 도포한 다음 약 25℃ 실온에서 30분간 자연 방치 후 미온수로 헹궈냈으며, 위의 트리트먼트 과정을 1일 1회 총 3일간 반복하여 시료 모발 3개(P0, P5, P10)를 완성하였다. 본 연구에서 모발 시료의 명칭은 2회 Bleached Hair는 ‘BH’, 대조군은 탈색모에 Pigmentation 기법 염색 시술 후 야생 복숭아 잎 추출물 무첨가(0%)군은 ‘P0’로 명명하였고, 실험군은 탈색모에 Pigmentation 기법 염색 시술 후 야생 복숭아 잎 추출물 5% 첨가군인 ‘P5’와 탈색모에 Pigmentation 기법 염색 시술 후 야생 복숭아 잎 추출물 10% 첨가군인 ‘P10’로 명명하였다(Table 2).

Table 2.

List of Hair Sample

4. 모발의 인장강도 측정

모발의 인장강도 측정은 각각의 모발시료를 상단과 하단의 고정을 위하여 실리콘 처리하였고, 제작된 시료를 한쪽에 고정하고 이동 가능한 시료대에 다른 한쪽을 20 nm의 길이로 고정하여 20 mm/min 속도로 이동시킨 후, 측정 기기(Digital force gauge, HF-20; Tripod, China)를 이용해 인장강도를 측정하였다. 측정 모발의 길이는 7 cm로 하였고 측정값의 신뢰성을 위하여 각 시료당 7회 측정 후 최고값과 최저값을 제외한 측정값으로 분석하였다.

5. SEM 이용한 모발 단면 관찰

시료의 모발 단면 관찰을 위하여 고정 처리 아래를 5 cm로 자른 후 표면을 전도성 물질로 변환시키기 위해 금 코딩 진행 후 SEM을 이용하여 가속전압 15 kv 조건하에 x800 배율로 확대하여 단면을 관찰 및 촬영하였다.

6. SEM 이용한 모발 굵기 측정

각 시료의 굵기를 측정하기 위하여 고정 처리 3 cm 아래 상, 중, 하단 부분을 각 50 mm로 자른 뒤 모발 표면을 전도성 물질로 변환시키기 위하여 Automatic sputter coater를 이용한 후 약 20 uM 두께로 금 코팅을 진행하였다. 코팅된 모발은 SEM (Scanning Electron Microscope)을 이용하여 가속전압 15 kv 조건에 x1200 배율로 굵기를 측정하였으며 시료 당 5회 반복 측정한 후 평균값과 표준편차를 구하였다.

7. FE-SEM을 이용한 모표피 두께 측정

각 시료의 큐티클 두께 측정을 위해 FE-SEM (Field Emission Scanning Electonic Microscope)을 이용하였다. 시료의 고정 처리 지점 아래 3 cm 부분을 15 cm 길이로 잘라낸 후 측정을 위해 시료 모발을 전도성 물질로 코팅하여 변환하였다. 코팅된 시료를 FE-SEM (JSM-IT500HR, Jeol사, Japan)을 이용하여 가속전압 15 kv 조건에 x15000 배율로 확대하여 최대한 평탄한 큐티클층의 위치를 찾아 시료당 10회 측정한 평균값과 표준편차를 구하였다.

8. 모발의 광택 측정

모발 시료에 도포 전과 후 광택의 변화를 측정하였다. 측정기기는 광택계(Gloss meter; Shenzhen Threenh Technology, China)를 이용해 측정하였다. 측정값의 신뢰성을 높이기 위해 시료당 12번 측정한 뒤 최고값과 최저값을 제외한 10회 측정값을 통계 분석하였다.

9. 자료 분석 방법

본 연구에서는 SPSS WIN 20.0을 활용하여 모발 단면 관찰을 제외한 인장강도, 모발 굵기(SEM 이용), 모표피 두께(FE-SEM 이용), 광택 측정 자료를 독립표본 t-test와 일원배치 분산분석(One Way Anova), 사후 분석 방법으로 분석하였으며, 모두 p<0.05일 때 유의한 것으로 검증하였다.

1. 모발의 인장강도

인장강도는 모피질의 골격 상태와 직접적인 관련성이 있어 모피질이 손상되는 경우 모발의 강도가 저하되는데(Robbins, 2012; Heo, 2023), 탈색 및 염색 모발은 과산화수소에 의한 케라틴 단백질의 시스틴 결합의 절단으로(Ha & Jo, 2001) 단백질 간의 결합력이 감소하는 것에 기인한다.

본 연구는 야생 복숭아 잎 추출물 첨가 트리트먼트를 손상된 모발에 적용하여 모발보호 효과를 분석하기 위해 모발(중단)의 인장강도를 측정하고, 그 결과를 <Table 3>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair (BH)의 경우 0.974 ± 0.072 gf/mm로 측정되었다. 모발 인장강도는 F=10.203, p<0.01로 나타났으며 P10 > P5 > P0 > BH와 같은 순으로 나타났다. 그리고 P0(1.064 ± 0.058 gf/mm)를 대조군으로 하여 비교한 각 군의 결과에서는 P5는 1.136 ± 0.056 gf/mm로, P10은 1.224 ± 0.055 gf/mm로 유의하게(p<0.001, p<0.01) 나타났다. 즉, 야생 복숭아 잎 추출물의 첨가량이 높아질수록 인장강도가 증가하여 모발보호 효과를 확인하였다. 이는 야생 복숭아 잎 추출물 첨가 트리트먼트 성분이 골격 상태와 관련성이 있는 모피질 세포를 이루는 케라틴 단백질의 손상도를 개선하고, pH 불균형의 모발 표면에 피막을 형성 코팅효과로 인해 모발의 탄성과 인장강도가 증가한 것으로 판단된다. Park et al.(2016)의 정향 추출물 첨가 트리트먼트가 일반 트리트먼트와 비교하여 인장강도가 증가하였고, Kim & Moon(2021)의 연구에서도 추출물의 함량이 증가할수록 인장강도가 증가하여 본 연구 결과를 뒷받침한다.

Table 3.

Tensile Strength Measurements Result

2. SEM 이용한 모발 단면 관찰 결과

염색은 1제 산화염모제와 2제 과산화수소수의 화학반응이 일어나는 과정에 의해서 그리고 탈색은 주성분인 과산화수소, 과황산암모늄이 모발의 세포막복합체에 화학적 작용을 통해 구조적 변이 및 지질성분의 용출을 촉진한다. 또한 큐티클 외부와 내부의 모피질로 침투된 후 폴리펩티드의 연결을 절단하여 케라틴 단백질을 변성시키며 모표피(cuticle)와 모피질(cortex)의 손상을 초래하게 된다(Seo, 2016).

본 연구는 야생 복숭아 잎 추출물 첨가 트리트먼트 처리 후 모발보호 효과를 분석하기 위해 손상된 모발의 단면을 SEM의 800배율로 관찰한 결과를 <Fig. 1>에 나타내었다. Bleached Hair (BH)의 단면이 높은 pH의 1제와 2제에 의하여 모표피 내 세포막복합체(CMC)와 피질 내 간충물질의 유실로 인하여 피질세포 사이에 벌어진 공간이 관찰되었으며, 최외표피(epicuticle)와 내표피(endocuticle)들의 탈락 및 들뜸, 또는 녹아서 모피질이 노출된 것으로 관찰되었다. 또한 대조군 P0의 모발 단면은 손상으로 인한 기포와 거친 다공성, 간충물질 유실로 인해 벌어진 피질세포, 피질세포 사이에 부서진 부스러기들의 산재를 관찰할 수 있었다. P5는 모발 조직의 표면이 울퉁불퉁한 형태를 보이고, 모표피와 피질세포 사이에 공간을 통해 간충물질의 유실이 관찰되었으나 P0에 비해 다공성 부분이 비교적 감소되었다. 그리고 P10에서는 모피질의 간충물질이 P0와 P5보다 많이 채워져 있으며 좀 더 촘촘한 모피질을 확인할 수 있었다. 즉, 야생 복숭아 잎 추출물의 첨가량이 높아질수록 모발 단면의 손상 부분이 개선되는 것을 확인하였다. 이는 아미노산이 풍부한 야생 복숭아 잎 추출물과 트리트먼트제의 성분이 탈색과 염색과정에서 손상된 모표피와 모발 내부를 개선하여 모발보호 효과를 나타낸 것으로 판단된다. Lee(2022)의 연구에서는 탈색으로 손상된 모발에 아미노산이 풍부한 퀴노아 추출물 첨가 트리트먼트를 적용한 결과 간충물질의 보충으로 인한 모발 개선 효과를 나타내었고, Jeon & Ko(2017)의 연구 퍼머넌트 웨이브시 누리장나무 추출물 첨가 트리트먼트 처리에서도 모발보호 효과를 나타내었다. 그리고 Park(2016)의 연구에서는 화학 탈색한 모발의 단면을 SEM의 800배율로 촬영한 결과 건강 모발에서는 모피질과 모수질이 채워져 있고, 탈색 횟수 증가에 따라 모피질 손상이 보였으며, 3회에서는 모수질의 손상이 보였다고 밝혀 본 연구 결과를 뒷받침한다.

Fig. 1.

Hair Cross-Section Observation, Using SEM.

3. SEM 이용한 모발 굵기 측정 결과

동양인의 모발 굵기는 일반적으로 50~150 μm 이상이며 모발은 경모와 연모로 구분한다(Chung, 2016). 가는 모발은 굵은 모발에 비해 모표피층이 얇아 화학제의 침투에 대한 저항력이 낮아 형태학적, 물리적 손상이 크며(Seong & Do, 2009; Kim & Lee, 2021), 모표피의 박리와 단백질 유실로 인하여 모발 굵기가 감소한다(Song et al., 2006; Kwak & Lee, 2022).

본 연구는 야생 복숭아 잎 추출물 트리트먼트를 적용하여 모발보호 효과를 분석하기 위해 SEM 1000배율을 이용하여 모발(중단) 굵기를 측정하였으며, ANOVA분석과 독립표본 t-test, 사후분석 Duncan-test를 실시하여 <Table 4>, <Fig. 2>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair (BH)의 경우 75.52 ± 0.67 ㎛로 측정되었다. 모발 굵기 F=1155.378, p<0.001로 나타났으며 P10 > P5 > P0 > BH와 같은 순으로 나타났다. 그리고 P0(80.76 ± 0.93 ㎛)을 대조군으로 하여 비교한 각 군의 결과에서 P5는 91.52 ± 0.70 ㎛로, P10은 103.40 ± 0.55 ㎛로 유의하게(p<0.001, p<0.001) 나타났다. 즉, 야생 복숭아 잎 추출물의 첨가량이 높아질수록 모발의 굵기가 증가하여 모발보호 효과를 확인할 수 있었다. 이는 야생 복숭아 잎 추출물 트리트먼트의 적용이 모피질과 모표피의 공극을 채워주고, 손상된 모표피 층에 유막을 형성함으로써 모발의 굵기가 증가한 것으로 판단된다. Kim & Park(2019)은 염색 시술 전 트리트먼트를 처치한 모발과 염색 시술 후 클리닉을 처치하였을 때 모발의 굵기가 증가한다고 보고하였으며, Kim & Lee(2022)의 마누카 추출물 첨가 트리트먼트제의 연구에서도 모발의 굵기가 증가하여 본 연구 결과를 뒷받침한다.

Table 4.

SEM-based Hair Thickness Measurement Results (Middle)

Fig. 2.

Hair Thickness Measurements, Using SEM (Middle).

4. FE-SEM을 이용한 모표피 두께 측정 결과

모피질은 결정영역인 피질세포와 비결정영역인 친수성의 세포 간 결합물질로 구성되어 모발의 85~90%를 차지하며(Bolduc & Shapiro, 2001; Kim et al., 2015) 약제의 침투를 쉽게 받을 수 있다. 그러나 탈색 및 염색 시술 시 약제와 색소 침투가 쉽다고 하는 것은(Lim et al., 2012) 오히려 모발의 모표피와 피질의 손상을 초래하게 된다.

본 연구는 야생 복숭아 추출물 트리트먼트를 적용하여 모발보호 효과를 분석하기 위해서 FE-SEM을 20000 배율로 확대하여 모표피 두께를 관찰하였다. 분석은 모표피 측정의 통계적인 유의성을 평가하고 ANOVA분석과 독립표본 t-test, 사후분석 Duncan-test를 실시하여 <Table 5>, <Fig. 3>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair (BH)의 경우(256.83 ± 26.27) nm로 측정되었다. 모표피 두께는 F=11.972, p<0.01로 나타났으며 P10 > P5 > P0 > BH와 같은 순으로 나타났다. 그리고 P0(550.67 ± 36.13 nm)을 대조군으로 하여 비교한 각 군의 결과에서 P5는 623.17 ± 114.49 nm로, P10은 753.17 ± 37.59 nm로 유의하게(p>0.05, p<0.001) 나타났다. 즉, 야생 복숭아 잎 추출물의 첨가량이 높아질수록 모표피 두께가 증가하여 모발보호 효과를 확인하였다. 이는 본 연구의 복숭아 잎 추출물을 첨가한 트리트먼트 처리는 탈색 및 염색으로 손상된 모발 표면에 흡수되어 코팅 역할뿐만 아니라, 세포막 복합체와 간충물질의 접착력을 증가시키고 모피질 층의 다공성 부분을 채워줌으로써 모표피 두께 증가에 영향을 미친 것으로 판단된다. Kim(2014)의 연구에서는 목단피 추출물 트리트먼트 전·후 처리 시 모표피의 두께가 높게 나타났음을 보고하였으며, 참깨 추출물 첨가 헤어트리트먼트를 적용하여 모표피 두께의 증가를 나타낸 Kim(2021)의 연구 결과와도 일치하여 본 연구 결과를 뒷받침한다.

Table 5.

FE-SEM-based Cuticle Thickness Measurement Results

Fig. 3.

FE-SEM-based Cuticle Thickness Measurement.

5. 모발의 광택 측정 결과

염색 시술 시 모발 손상의 원인은 모표피 사이를 연결하고 있던 세포막복합체(CMC) 틈 사이로 환원제 및 염모제가 모발 내부에 침투하여 단백질 유출이 쉽게 되면서 결국, 모발 내·외층의 건조함을 일으켜 광택이 없어진다(Seshadri & Bhushan, 2008).

야생 복숭아 잎 추출물 트리트먼트를 적용하여 모발보호 효과를 분석하기 위해 모발 광택 측정의 유의성을 평가하고, ANOVA 분석과 독립표본 t-test, 사후분석 Duncan-test를 실시하여 <Table 6>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair (BH)의 경우 0.920 ± 0.042로 측정되었다. 모발 광택은 F=35.242, p<0.001로 나타났으며 P10 > P5 > P0 > BH와 같은 순으로 나타났다. 그리고 P0(0.950 ± 0.071)을 대조군으로 하여 비교한 각 군의 결과에서는 P5는 1.090 ± 0.568로, P10은 1.170 ± 0.048로 유의하게(p<0.001, p<0.001) 나타났다. 즉, 야생 복숭아 잎 추출물의 첨가량이 높아질수록 모발 표면의 광택이 증가하여 모발보호 효과를 확인하였다. 이는 야생 복숭아 잎 추출물과 트리트먼트의 성분이 모발의 표면에서 케라틴과 이온결합 과정을 통하여 모발에 흡착·침투되어 유·수분을 보충하고, 세포막복합체를 보강하여 광택을 부여한 것으로 판단된다. Kim(2021)은 모발의 질 개선 효과 연구에서 닥나무 추출물 함량 증가 시 광택이 증가함을 보고하였고, Yim(2020)은 탈색 및 염색으로 인한 손상모에 케라틴 트리트먼트 처리 후 광택의 증가를 보고하여 본 연구 결과를 뒷받침한다.

Table 6.

Hair Gloss Measurements Results