*Corresponding author: Jae-Nam Lee Tel : +82-2-450-3596 E-mail : I. 서 론
현대 사회에서 헤어스타일은 개인의 이미지를 형성하고 개성을 표현하는데 가장 큰 영향을 미치는 요소이다. 그 중 헤어 컬러링은 시각적으로 가장 큰 이미지를 변화시키는 방법으로(Kim & Hong, 2022) 다양한 모발 색상 표현을 위해 반드시 탈색 시술이 필요하다(Park & Kang, 2018; Lee & Kang, 2019). 그러나 반복적인 탈색 시술 같은 외부자극은 염모제와 산화제의 화학적 영향으로 두피 및 모발의 손상을 초래하게 된다(Heo & Lee, 2024).
탈색은 모발의 멜라닌 색소를 화학적으로 파괴하여 밝은 색상을 구현하는 과정으로, 모발의 기여 색을 제거하는 데 사용된다(Ha & Jo, 2001; Park & Kang, 2018). 그러나 이 과정에서 사용되는 과황산암모늄과 과산화수소는 모표피 및 피질의 형태학적 변화 및 구조를 손상시키고, 큐티클과 코텍스(Cortex) 사이를 채우는 빈 공간 구조인 세포막복합체(Cell Membrane Complex, CMC)와 간충물질(Matrix)의 (Heo, 2023) 유실 등으로 인해 다공성모, 건조성모 및 케라틴 단백질 구조의 약화로 탄력성 저하 등을 초래한다(Kim et al., 2010; Kim & Kang, 2024). 따라서 심각한 손상을 개선하기 위해서는 유수분의 공급과 단백질 성분 보충으로(Jung et al., 2017) 손상된 모발의 공간을 개선하고, 모표피 정돈 및 보호막 역할을 하는 헤어 트리트먼트제의 사용이 필요하다(Choi & Kim, 2001; Kang & Choe, 2007; Kim et al., 2023).
최근 다양한 헤어 트리트먼트 제품들이 대량 생산되고 있다. 그러나 소비자들은 화학성 계면활성제, 실리콘, 파라벤, 인공 색소 등과 같은 일부 화학성분이 인체에 부작용을 초래하거나 환경을 파괴하는 문제에 대한 높은 우려를 공감하며, 화학성분 대신 천연 유래 성분을 선호하는 실정이다. 이에 화장품 관련 기업에서는 건강한 모발로서의 회복을 위한 안전하고 효과적인 천연 유래 추출물을 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다(Song, 2019; Yoo & Kim, 2023). 기존 천연 유래 소재를 이용한 모발 화장품 관련 연구를 살펴보면, 동백나무 추출물 트리트먼트을 처리하여 탈색으로 손상된 모발의 큐티클 개선 효과를 확인하였고(Kim, 2013), 참깨 추출물 트리트먼트가 화학적 시술로 손상된 모발의 수분 유지와 큐티클 개선 효과를 확인하였으며(Kim, 2021), 바오밥나무씨 오일을 탈색으로 손상된 모발에 적용하여 모발 손상 개선 효과를 보고하여(Kim et al., 2023) 천연 유래 소재로서의 가능성을 제시하였다.
본 연구의 퀴노아(Chenopodium quinoa Willd)는 명아주과에 속하는 식물로 고대 잉카 문명 시절부터 재배되며 ‘곡물의 어머니’로 불릴 만큼 중요한 작물로 여겨져 왔다(Silvertown, 2010). 이러한 퀴노아는 일반 곡류에 비해 다양한 영양소를 갖추고 있다. 일반적으로 퀴노아 씨앗(100 g당) 함유 성분을 보면 수분 9.6%~10.5%, 지방 6.2%~9.3%, 단백질 12.8%~15.7%, 탄수화물 61.7%~74.3%, 섬유 2.1%~3.2%, 회분(미네랄) 2.4%~3.7%를 함유하고 있다. 특히, 황을 함유한 메티오닌(Methionine) 함량도 단백질 100 g당 대두 1.7 g에 비해 2.4 g으로 높으며(Kim & Kim, 2012), 항산화 능력도 우수(Pereira, 2020)하여 소비자들에게 슈퍼푸드로 각광받고 있다. 또한 최근 퀴노아 추출물 관련 연구에서 Hashemi(2023)은 퀴노아 추출물 크림이 피부에 수분도와 탄력에 효과가 있는 것을 증명하였고, He et al.(2018)은 퀴노아 단백질이 천연 컨디셔너로서 피부와 모발 건강에 효과적이며, 퀴노아씨 오일은 순한 식물성 계면활성제로써 활용 가능성을 보고하였다. 그러나 퀴노아 추출물을 첨가하여 제조한 헤어 트리트먼트를 모발에 적용한 연구는 매우 미비한 실정으로, 화학적 작용에 노출되어 손상된 모발을 보다 효과적으로 개선할 수 있는 연구가 필요하다고 생각되었다.
이에 본 연구에서는 탈색으로 손상된 모발에 퀴노아 추출물을 첨가(0%, 3%, 5%, 7%)한 헤어 트리트먼트를 제조한 후 손상 모발에 적용하여 모발 개선에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 아울러 소비자가 선호하는 천연 유래 소재로서의 화장품 개발 및 활용 가능성을 검증하고자 한다.
II. 재료 및 방법
1. 퀴노아 추출물 트리트먼트 제조
㈜ 올비름디앤비에서 구입한 퀴노아는 강원도 홍천에서 재배된 것으로 건조 시킨 후 사용하였다. 정제수에 넣어 40℃의 저온에 4시간 동안 침출한 후 여과하여 퀴노아 추출물 시료를 추출하였으며, 이를 트리트먼트 제조에 사용하였다.
농도별 퀴노아 저온 추출물을 첨가한 헤어 트리트먼트 제조는 먼저 A상(D.I water, Disoium EDTA, Sodium Citrate, Salicylic Acid, Panthenol, Cetrimonium Chloride, Glyceri)에 B상(Steartrimonium Chloride, Propylene glycol, Cetearyl Alcohol)을 투입하여 70~80℃에서 호모믹서 3,000 rpm으로 교반한다. 이후 C상(Amodimethicone, Cetrimonium, Chloride, Trideceth-12, Cyclopentasiloxane, Dimethicone)을 투입하여 50~60℃에서 3,000 rpm으로 교반하고, D상(Chenopodium Quinoa Extract 0%, 3%, 5%, 7%, 10%) 투입한 후, E상(Hydroxyacetophenone, Pentylene Glycol, Caprylyl glycol, Butylene glycol) 투입한다. 그리고 F상(Fragrance)을 투입하여 호모믹서 3,000 rpm 30~35℃에서 교반하여 크림제형의 농도별 퀴노아 저온 추출물 트리트먼트 5종을 제조하였다(Fig. 1).
2. 모발 시료 및 탈색 모발 제작
본 실험의 모발 시료는 약물 복용과 화학적 시술을 최근 3년 동안 받지 않은 20대 여성이 기증한 건강한 모발(Virgin Hair)이다. 모발 시료는 후두부에서 두피로부터 10 cm 지점 아래에서 20 cm 컷(Cut)하여 3 g씩 5개의 모 다발을 준비하였고, pH 7.0의 중성 샴푸로 세정하여 자연 건조하였다. 이후 탈색 모발 제작은 W사의 탈색제 1제로서 주성분이 과황산암모늄, 그리고 과산화수소가 주성분인 6% 산화제 2제를 1:2 비율로 혼합하여 각 모발시료 3 g당 30 ml의 약액을 도포하였다. 그리고 실온에서 40분간 자연 방치 후 pH 5.5의 약산성 샴푸로 흐르는 물에 헹구는 작업(3회) 반복하여 손상 모발 시료 5다발을 제작하였다.
3. 트리트먼트 처리 및 시술 방법
퀴노아 추출물 무첨가(0%), 3%, 5%, 7%, 10% 함유된 크림 제형의 트리트먼트는 브러쉬를 이용하여 각 시료(탈색모)에 10 g씩 도포 하였다. 이후 실온에서 자연 방치하고(30분), 미온수로 헹궈 내었다. 1일 1회 총 5일간 위와 같은 과정을 반복한 후 DH-C, DH-1, DH-2 DH-3 DH-4로 명명한 5개의 시료 모발을 완성하였다. 본 연구에서 각 모발 시료의 명칭에 대한 상세한 설명은 Table 1과 같다.
4. 모발의 수분 측정
Corneometer(CM825, ck electronic사 GmbH, Germany)를 사용하여 탈색으로 손상된 모발 시료에 퀴노아 추출물 첨가 트리트먼트 처리 전·후의 모발 수분을 측정하였다. LCD 화면이 나타나고 30초간 Counting이 시작되면 시료 고정 처리 지점 아래 5 cm 부분을 정확한 각도로 일정한 위치에서 측정하여 수분 수치를 확인하였다. 동일한 방법으로 10회 반복 측정하여 평균값을 비교 분석하였다.
5. 모발의 광택 측정
모발의 광택 변화 측정을 위해 광택계(Gloss meter NHG268; Shenzhen Threenh Technology, China)를 이용하여 측정하였다. 측정값은 최고값과 최저값을 제외한 10회 측정값을 평균값과 표준편차로 비교 분석하였다.
6. SEM 이용 모발 상단 굵기 측정
모발 상단의 굵기 측정은 각 모발 시료의 고정 처리 3 cm 아래 상단, 중단, 하단 부분을 50 mm로 컷(Cut) 한다. 이후 약 20 μm 두께로 금 코팅 후에 SEM(VEGA3, Tefgan, Korea)을 이용 가속전압 15 kv, x1200 배율로 확대하여 모발의 굵기를 측정하였다. 분석은 시료 당 5회 측정 후 평균값과 표준편차로 비교 분석하였다.
7. FE-SEM을 이용 모표피 두께 측정
각 모발 시료의 고정 처리 지점 아래 3 cm 부분을 15 cm 길이로 컷(Cut) 후 전도성 물질로 코팅하여 변환하였다. FESEM(JSM-IT500HR, Jeol사, Japan)을 이용 가속전압 15 kv, 배율 x20000로 확대 모표피 두께를 측정하였고, 분석은 시료 당 10회 측정한 평균값과 표준편차로 비교 분석하였다.
8. EDS 이용 모발 구성원소 분석
모발 시료 표면의 구성 원소를 분석하기 위하여 각 모발 시료의 고정 처리 아래를 5 cm로 컷(Cut) 이후 Automatic sputter coater를 이용하여 약 20 μm 두께로 금 코팅을 진행하여 모발 표면을 변환시킨다. 코팅된 모발 시료는 SEM을 이용하여 가속전압 15 kv, x1200 배율로 확대하여 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 분석을 진행하였다. 측정은 원소 기호 5번 붕소(B) 이상 측정이 가능하므로 주요 모발 구성 성분인 수소(H)는 측정값에서 제외되었으며, 실험 결과 그래프에 측정된 Au(금)는 시료 코팅을 진행한 값이므로 결과표에서 제외하였다.
III. 결과 및 고찰
1. 모발의 수분 측정 결과
본 연구는 퀴노아 저온 추출물이 첨가된 트리트먼트가 탈색으로 손상된 모발의 수분에 미치는 영향을 평가하기 위해 분석한 결과를 <Table 2>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair(BH-3)는 1.72±0.28로 측정되었다. 모발 수분 함유량은 F=11.735, p<0.001로, DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C와 같은 순으로 나타났다. 그리고 DH-C(2.58 ± 0.08)를 대조군으로 비교한 각 군의 결과에서 DH-1는 2.60 ± 0.21로, DH-2는 2.64 ± 0.29로, DH-3은 2.70 ± 0.39 순으로 높게 나타났지만 유의하지 않았고(p>0.05), DH-4에서만 3.56 ± 0.29로 유의하게(p<0.001) 나타났다. 즉, DH-4가 대조군(DH-C)에 비해 37.98% 증가율을 보여 수분 함유량이 가장 뛰어남을 확인하였다. Jeon & Ko의 연구에서는 누리 장나무 추출물 첨가 트리트먼트 처리 후 모발 보습력의 증가율이 높아짐을 보고하였고, Park et al.(2019)의 연구에서는 탈색모에 트리트먼트 처리 시 프로폴리스의 함유량이 증가할수록 수분 함유량이 증가함을 밝혀 본 연구 결과와 일치함을 알 수 있다. 탈색된 모발은 케라틴 단백질의 이황화결합이 파괴되어 단백질 간의 결합력이 감소하고, 세포와 세포 사이에 구멍이 형성되어 모발이 쉽게 부서지며 습도에도 민감해진다(Bolduc & Shapiro, 2001; Kim & Lee, 2022). 따라서 모발의 수분 함유량이 증가하면 표면이 부드럽고 매끄럽게 유지될 뿐만 아니라. 내부의 피질을 촉촉하게 만들어 탄력이 향상되는 등 모발 개선 효과가 있는 것으로 사료된다.
2. 모발의 광택 측정 결과
본 연구는 퀴노아 저온 추출물이 첨가된 트리트먼트가 탈색으로 손상된 모발의 광택에 미치는 영향을 평가하기 위해 분석한 결과를 <Table 3>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair의 경우 광택 값은 1.020 ± 0.092로 측정되었다. 전체적인 모발 광택 값은 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C 순으로 증가하였으며 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다(F=55.159, p<0.001). 그리고 DH-C(1.060 ± 0.097)를 대조군으로 비교한 각 군의 결과에서는 DH-1(1.110 ± 0.088)을 제외한 DH-2(1.370 ± 0.082), DH-3(1.440 ± 0.070), DH-4(1.470 ± 0.067)에서 모두 유의미한 증가를 나타냈다(p<0.001). 즉, DH-2(5% 첨가) 이상에서 유의미한 광택 증가가 관찰되었으며, 10% 첨가된 DH-4에서 가장 강력한 효과를 발휘하는 것으로 확인되었다. 이는 Kim(2022)의 연구 라벤더 추출물이 높은 함량에서 모발 광택을 증가시켰다는 결과와 Kim & Kang(2024)의 연구에서 유칼립투스 추출물이 탈색 모발의 광택을 개선하여 모발 개선 효과를 보였다는 결과와도 일치함으로써 본 연구 결과를 지지한다.
3. SEM 이용 모발 상단 굵기 측정 결과
본 연구는 퀴노아 저온 추출물이 첨가된 트리트먼트가 탈색으로 손상된 모발의 상단 굵기에 미치는 영향을 평가하기 위해 분석한 결과를 <Table 4>, <Fig. 2>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair의 경우는 100.02 ± 0.48 ㎛로 측정되었고, 전체적인 모발 상단 굵기는 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C와 같은 순서이며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(F=279.181, p<0.001). 그리고 대조군 DH-C(103.39 ± 0.76 ㎛)와 비교한 각 군의 결과는 다음과 같다. DH-1는 105.83 ± 0.86 ㎛로 나타났고(p<0.01), DH-2는 112.63 ± 0.75 ㎛로, DH-3은 113.98 ± 0.70 ㎛로, DH-4는 118.53 ± 1.02 ㎛로 각각 유의한 결과가 나타났으며(p<0.001), 특히, DH-4에서 모발 상단 굵기가 가장 증가 하였다. 탈색제는 모발의 세포막복합체에 화학적 작용을 통해 구조적 변이 및 지질 성분의 용출을 촉진한다(Heo, 2023). 또한 큐티클과 내부의 모피질로 침투된 후 폴리펩티드의 연결을 절단하여 케라틴 단백질 변성 및 모표피(cuticle)와 모피질(cortex)의 손상을 초래하여(Seo & Kang, 2016) 모발의 굵기가 감소한다. Heo & Lee(2024)의 연구에서는 복숭아 잎 추출물이 첨가된 트리트먼트 적용 후 모발 상단의 굵기가 증가하여 본 연구 결과와 일치하였다. 따라서 본 연구의 모발 상단 굵기의 증가는 모발보호를 통한 모발 개선의 효과가 있음을 의미하는 것으로 판단된다.
4. FE-SEM 이용 모표피 두께 측정 결과
본 연구는 퀴노아 저온 추출물이 첨가된 트리트먼트가 탈색으로 손상된 모표피 두께에 미치는 영향을 평가하기 위해 분석한 결과를 <Table 5>, <Fig. 3>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair (BH)의 경우 209.28 ± 20.99 nm로 측정되었다. 전체적인 모표피 두께는 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C와 같은 순으로 나타났으며, 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다(F=131.995, p<0.001). 그리고 대조군 DH-C(277.34 ± 22.08 nm)와 비교한 각 군의 결과에서 DH-1은 321.50 ± 33.99 nm로 나타났으며(p<0.01), DH-2는 460.18 ± 19.07 nm로, DH-3은 470.96 ± 30.27 nm로, DH-4는 498.51 ± 28.44 nm로 각각 유의하게(p<0.001) 나타났다. 즉, 대조군(DH-C) 대비 DH-1은 15.92%, DH-2 65.93%, DH-3 69.81%, DH-4에서 79.75% 증가하였으며, DH-4의 모표피의 두께가 가장 높게 나타났다. 이는 Ban & Ko(2015)의 펌 시술 후 미스트 처리가 포공령의 다양한 유용성분들로 인해 모표피 손상이 감소하였다는 연구 결과와 탈색모에 마누카 추출물을 첨가한 트리트먼트 처리 시 마누카 추출물 농도가 증가할수록 모표피의 두께가 높아져 모발 개선 효과를 확인하였다는 Kim & Lee(2022)의 연구 결과와도 일치하여 본 연구 결과를 지지한다.
5. EDS 이용 모발 구성 원소 분석 결과
본 연구는 퀴노아 저온 추출물이 첨가된 트리트먼트가 탈색으로 손상된 모발 구성 원소 함유량에 미치는 영향을 평가하기 위해 분석한 결과를 <Table 6>, <Fig. 6>에 나타내었다. 시술하기 전 Bleached Hair(BH-3)는 탄소 48.40%, 질소 17.03%, 산소 29.07%, 마그네슘 0.21%, 규소 0.42%, 황 3.98%, 칼슘 0.90%가 측정되었으며, 대조군 DH-C, 실험군 DH-1, DH-2, DH-3 역시 탄소(C) > 질소(N) > 산소(O) > 규소(Si) > 황(S) > 칼슘(Ca) >의 순으로 총 7개의 구성 원소가 검출되었다. 이 중 모발 손상의 주요 지표인 황(S) 함유량은 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C와 같은 순으로 나타나 퀴노아 추출물의 처리 농도가 높을수록 황의 함유량이 증가하였고, 증가 폭은 DH-4에서 가장 높았다. 모발 손상은 모발의 구조적 이상 또는 황이 포함된 아미노산인 Cystine과 methionine에 의해 결정되며(Kim et al., 2011) 정상 값보다 감소할수록 모발이 손상된다. Kim(2013)의 연구에서는 탈색 시술 후 동충하초 추출물 처리 결과 황 함유량이 증가하였고, Kim(2021)의 연구 역시 트리트먼트에 후코이단 첨가 농도가 높아질수록 황 함유량이 증가하여 본 연구 결과와 일치하였다. 따라서 Cystine과 methionine의 함유량이 높은 퀴노아의 아미노산 성분이 모발에 황(S)을 보충하고 트리트먼트와 함께 흡착되어 손상 모발 개선 효과가 있는 것으로 사료된다.
IV. 결 론
본 연구는 퀴노아 저온 추출물을 첨가한 트리트먼트가 손상된(탈색) 모발에 미치는 영향을 분석하고, 효과적인 자연 유래 모발화장품 개발을 위한 소재로서의 가능성을 검증하고자 하였다. 이를 위해 손상 모발에 퀴노아 저온 추출물을 첨가(0%, 3%, 5%, 7%, 10%)한 트리트먼트를 적용하여 모발 수분 함유량 측정과 모발의 광택 측정, SEM 이용 모발 상단 굵기 측정, FE-SEM 이용 모표피 두께 측정, EDS 이용 모발 구성 원소를 분석하였으며, 결과는 다음과 같다.
첫째, 모발 수분 함유량 측정 결과 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C와 같은 순으로 나타났다(p<0.001). 그리고 대조군 DH-C와 비교한 각 군의 결과에서는 모두 수분 함유량은 증가하였으나, DH-4에서만 유의한(p<0.001) 결과를 나타내었으며 37.98%의 가장 높은 증가율을 보였다.
둘째, 모발의 광택 측정 결과는 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C 순으로 증가하였고(p<0.001), 대조군 DH-C와 비교한 각 군의 결과에서는 DH-1을 제외한 DH-2, DH-3. DH-4에서 각각 유의미한 증가(p<0.001)가 나타났다. 이는 퀴노아 추출물이 5% 이상 첨가 농도에서 모발 개선에 긍정적인 효과를 미치는 것으로 판단된다.
셋째, SEM 이용 모발 상단 굵기 측정 결과는 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C 와 같은 순으로 나타났다(p<0.001). 그리고 대조군 DH-C와 비교한 각 군의 결과에서는 DH-1, DH-2, DH-3, DH-4 모두 증가하여 각각 유의한 결과가 나타났으며(p<0.001), 이 중 DH-4에서 모발 상단 굵기가 가장 높게 나타났다.
넷째, FE-SEM 이용 모표피 두께 측정 결과 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C와 같은 순으로 나타났다(p<0.001). 그리고 대조군 DH-C와 비교한 각 군의 결과에서는 DH-1, DH-2, DH-3, DH-4 순으로 모두 증가하였으며, 이중 DH-4의 모표피의 두께가 가장 높은 증가율(79.75%)을 나타냈다. 이는 퀴노아 저온 추출물 첨가량이 높아질수록 모표피 두께가 증가하여 모발 개선에 효과적인 영향을 미치는 것으로 판단된다.
다섯째, EDS 이용 모발 구성 원소 분석 결과 총 7종의 구성 원소가 검출되었고, 그 중 모발 손상의 주요 지표인 황(S) 함유량은 DH-4 > DH-3 > DH-2 > DH-1 > DH-C와 같은 순으로 나타났으며, 증가 폭은 DH-4에서 가장 높게 나타남을 확인하였다. 즉, 퀴노아 저온 추출물의 첨가량이 높아질수록 황의 함유량이 증가하여 모발 개선에 효과적인 영향을 미치는 것으로 판단된다.
상기와 같이, 퀴노아 저온 추출물을 농도별 첨가한 헤어 트리트먼트가 탈색으로 손상된 모발의 개선에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 즉, 퀴노아 저온 추출물의 첨가량이 높을수록 모발의 수분 함유량, 광택, 모발의 상단 굵기, 모표피 두께, 모발 구성 원소 황의 함유량이 증가하여 모두 손상 모발 개선에 긍정적인 영향을 미치는 것을 알 수 있었고, 퀴노아 저온 추출물 농도가 가장 높은 DH-4(10%)에서 모발 개선 효과가 가장 높음을 확인하였다.
따라서 탈색 손상 모발 개선에 효과적일 뿐 아니라, 인체에 안전하고, 소비자가 선호하는 천연 유래 소재로서의 화장품 개발 및 활용 가능성이 검증되었다. 그러나 본 연구는 1인의 모발을 사용하였다는 한계점, 탈색으로 손상된 모발에 트리트먼트를 후 처리제로만 실험을 진행하여 개선 효과를 보았다는 한계점이 있다. 추후 연구에서는 실험 모발의 개체를 확대하고, 펌이나 염색 등 다양한 화학적 실험과 다양한 제형의 퀴노아 추출물 첨가 모발 화장품을 제조·적용함으로써, 두피 및 모발 건강에 도움이 되는 안전하고 보다 효과적인 모발 화장품 개발의 기초자료에 관한 연구가 지속될 수 있기를 기대한다.
PDF Links
PubReader
ePub Link
Full text via DOI
Download Citation
Print
