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Asian J Beauty Cosmetol > Volume 20(4); 2022 > Article
초임계 추출로부터 분리한 제주산 알로에 오일의 피부 주름개선 효과

요약

목적

본 연구에서는 초임계 추출로부터 분리한 알로에 아보레센스 오일에 대한 세포독성 및 항산화 효과를 확인하고, 이를 첨가한 크림을 제조하여 피부주름 개선효과 평가 시험을 진행함으로써 알로에 오일의 기능성 화장품 소재로써의 활용자료를 제공하고자 하였다.

방법

제주 알로에 아보레센스로부터 초임계 추출방법을 이용하여 알로에 오일을 추출하였고, 이들의 지방산 분석을 진행하였으며, 색도를 측정하였다. NIH-3T3, HaCaT, B16F10 세포에 대한 세포 생존율을 MTT assay로 측정하였으며, 항산화 효과를 확인하기 위해 DPPH radical scavenging activity를 확인하였다. 또한, 알로에 오일을 함유한 크림을 제조하여 만 40-60세 성인 여성 22명을 대상으로 약 8주간 매일 1회 자가 사용하였고, 스킨 비지오미터와 실리콘 레플리카를 이용하여 피부 표면 주름 등을 분석하였다.

결과

초임계 추출법을 이용하여 알로에 아보레센스로부터 획득한 오일은 100 g당 조지방 0.03 g, 지방산 0.02 g으로 이루어져 있었으며, behenic acid 17%, palmitic acid 17%, α-linolenic acid 16%, oleic acid 15%, linoleic acid 14%, elaidic acid 12%로 구성되어 있었다. 알로에 오일의 색도를 측정한 결과 L값 12.7±2.2, a값 3.7±0.3, b값 10.6±0.5, ΔE 81.4으로 확인되었고, NIH-3T3, HaCaT, B16F10 세포에 대한 세포 생존율을 확인한 결과, 알로에 초임계 추출물과 알로에 오일 시료 모두 100 μg/mL 농도까지 세포독성이 낮은 것으로 확인되었다. DPPH radical 소거능 결과에서는 알로에 초임계 추출물보다 알로에 오일이 더 우수한 것으로 확인되었다. 만 40-60세 성인여성 22명을 대상으로 알로에 오일이 함유된 크림을 제조하여 피부주름 개선 효능 시험을 시행한 결과, 4주 후부터 유의적으로 뛰어난 피부주름 개선 효과가 나타나는 것이 확인되어 알로에 오일이 함유된 크림이 피부 주름 개선에 효과적이라는 것을 최종 확인하였다.

결론

초임계 추출을 이용한 알로에 오일은 항산화 효과뿐만 아니라 피부주름 개선 효과에도 우수함을 확인하였으며, 시험기간 동안 특별한 이상반응을 유발하지 않았다는 것을 확인하여 안전하고 효과적인 피부 주름을 개선하기 위한 우수한 기능성 소재인 것으로 최종 판단하였다

Abstract

Purpose

In this study, the cytotoxicity and antioxidant effects of Aloe arborescens oil isolated from supercritical fluid extraction were confirmed, and an aloe oil cream was manufactured to evaluate the skin wrinkle improvement effect. Thus, we provided scientific evidence for functional cosmetic ingredients.

Methods

Aloe oil was extracted from Jeju Aloe arborescens using a supercritical fluid extraction method. Aloe oil chromaticity and fatty acid analysis were determined. MTT assay and DPPH radical scavenging activity were used to assess the cell viability and antioxidant effect of NIH-3T3, HaCaT, and B16F10 cells. Additionally, we evaluated the effect of an aloe-containing cream on skin wrinkle improvement on 22 adult women 40–60 years of age.

Results

Aloe oil extracted from Aloe arborescens using supercritical fluid extraction contained 0.02 g of fatty acid per 100 g, which included behenic, palmitic, α-linolenic, oleic, linoleic, and elaidic acids. The L value was 12.46±2.15, the a value was 3.73±0.26, the b value was 10.35±0.51, and the ΔE was 81.4 as a result of chromaticity. The cell viability of NIH-3T3, HaCaT, and B16F10 cells showed low cytotoxicity up to a concentration of 100 μg/mL. Aloe oil outperformed aloe supercritical extract in terms of DPPH radical scavenging activity. According to the results of a skin wrinkle improvement efficacy test, a cream containing aloe oil has a significantly high skin wrinkle improvement effect.

Conclusion

We discovered that aloe oil isolated from supercritical fluid extraction has a strong antioxidant effect and significantly improves skin wrinkles.

中文摘要

目的

在本研究中,证实了从超临界流体萃取中分离出的芦荟油的细胞毒性和抗氧化作用,并制作了芦荟油霜来 评估皮肤皱纹改善效果。因此,我们为功能性化妆品成分提供了科学依据。

方法

芦荟油是使用超临界流体萃取 法从济州芦荟中提取的。确定芦荟油色度和脂肪酸分析。利用MTT测定NIH-3T3、HaCaT 和 B16F10细胞的生 存率,利用DPPH自由基清除活性评估抗氧化作用。此外, 评估了含芦荟的乳膏对 22 名 40-60 岁成年女性皮 肤皱纹改善的影响。

结果

使用超临界流体萃取法从木立芦荟中提取的芦荟油每100克含有0.02克脂肪酸,其中 包括山萮酸、棕榈酸、α-亚麻酸、油酸、亚油酸和反油酸。芦荟油色度测定结果显示,L值为12.46±2.15,a值 为3.73±0.26,b值为10.35±0.51,ΔE为81.4。 NIH-3T3、HaCaT和 B16F10 细胞的细胞活力在浓度高达 100 μg/mL 时显示出低细胞毒性。 DPPH 自由基清除活性而言,芦荟油优于芦荟超临界提取物。根据皮肤皱纹改善 功效试验的结果,含有芦荟油的面霜具有显着的皮肤皱纹改善效果。

结论

经证实,使用超临界萃取的芦荟油不 仅具有出色的抗氧化效果,而且具有出色的皮肤皱纹改善效果,并且经证实在测试期间不会引起任何特殊的不 良反应,并证实它是一种安全有效地改善皮肤皱纹的优良机能性材料。

Introduction

알로에(Aloe genus)는 백합과(Liliaceae) 알로에 속에 속하는 식물로서 다년생 상록 다육질 초본으로 분류되며, 전 세계적으로 약 500 여종이 존재하는데 그 중 식품으로 사용할 수 있는 것은 알로에 베라(Aloe vera), 알로에 아보레센스(Aloe arboresences), 알로에 사포나리아(Aloe saponaria)가 있다(Vogler & Ernst, 1999; Hu et al., 2003; Rhim et al., 2002). 예로부터 외국의 민간약초로서 오랫동안 이용되어 왔으며 알로에를 최초로 치료용으로 사용한 기록은 기원전 2100년경 수메리아 의사가 기록한 석판에 나타나 있으며 중국의 개보본초, 우리나라의 동의보감 및 대한약전에서도 화상, 피부질환 등의 치료목적으로 사용되었다는 기록이 있다. 특히, 알로에 아보레센스(Aloe arborescens)는 변비 개선 및 예방, 주름 및 혈행개선, 셀룰라이트 분해, 산화적 스트레스로부터 세포 보호 효능 효과, 항진균 효과 및 항염증 효과가 있다고 확인되었다(Singab et al., 2015; Ro et al., 2020). 또한 알로에 아보레센스 즙을 환부에 도포하였을 때 피부 재생과 탄력을 촉진시키고 상처 치유에 효과적임을 여러 논문에서 보고하였다(Di Luccia et al., 2013; Jia et al., 2008). 보고된 알로에의 다양한 효능은 알로에의 주요성분으로 알려진 알로인(aloin), 알로에-에모딘(aloeemodin), 알로에닌(aloenin), 알로에신(aloesin) 등 안트라퀴논(anthraquinone)류와 acemannan 다당체와 같은 성분에 의한 것으로 알려져 있다. 그러나 알로에에는 이외에도 당단백, 아미노산, 비타민과 미네랄, 지용성 지방산, 토코페롤, 피토스테롤 및 인지질 등의 기능성 성분들이 다량 포함되어 있다(Reynolds, 1985; Okamura et al., 1997). 그러나 이들 성분에 대한 약리효과에 대한 연구는 아직 미비한 실정이다. 따라서 본 연구진은 많은 연구를 통해 효능이 입증된 아트라퀴논과 다당체 외에 기능성 소재를 개발하고자 알로에로부터 오일을 추출하여 피부 주름 효능을 평가하고자 하였다. 더불어 알로에로부터 오일을 추출하기 위해 본 연구진은 초임계 유체를 이용하였으며, 이를 가공공정 고도화로 경제적이고 수율 90% 이상의 알로에 지용성 물질을 추출할 수 있게 하였다. 이는 기존의 유기용매 추출 또는 아임계 추출방법 등보다 훨씬 많은 유효성분을 대량으로 추출할 수 있는 장점이 있으며 그 유효성분들의 약리효과인 보습강화, 주름개선, 피부탄력 증가, 진통, 항알러지, 항균, 강장작용, 항염작용, 항종양작용, 혈당강하, 카드뮴 독성 완화 등을 증대 시키는 것으로 보고되어 있다(Kim et al., 2020; Kwon & Lee, 2022).
초임계유체란 임계점 이상의 온도와 압력 하에 있는 비압축성 유체로서 기존의 유기 용매에서 나타나지 않는 독특한 특성을 나타낸다. 초임계 유체의 특성으로는 액체에 가까운 큰 밀도와 점도 기체에 가까운 낮은 표면 장력과 높은 확산계수 등 우수한 물성의 특성을 이용하여 물질 내부로 효과적인 침투가 가능함으로써 유효 성분의 효율적 추출이 적합하다(Coelho et al., 2003; Kim et al., 2019). 초임계유체는 밀도를 이상기체에 가까운 희박 상태에서부터 액체 밀도에 가까운 고밀도 상태까지 연속으로 변화시킬 수 있기 때문에, 유체의 평형물성, 전달물성, 분자 뭉침 상태 등을 조절할 수 있다(Cho et al., 2004). 또한, 기존의 유기용매를 이용한 추출방법의 단점인 최종산물 내에 유기용매의 잔존, 용매 제거의 어려움, 환경오염의 문제, 낮은 추출수율, 긴 추출시간 등을 해소하고자 초임계 유체 이산화탄소를 이용하여 알로에를 추출함으로써 알로에로부터 정유 성분들을 선택적으로 고순도로 추출할 수 있게 하였다(De Azevedo et al., 2008). 따라서 본 연구에서는 초임계 추출방법으로부터 알로에에 다량의 오일이 함유되어 있다는 것을 확인하였으며, 이 알로에 오일의 성분 및 함량을 분석하여 효율적인 알로에 오일의 생산 및 피부 주름 개선 기능성을 확인하여 고부가가치 기능성 화장품 소재로 개발하고자 과학적인 기초자료를 제공하고자 하였다.

Methods

1. 재료

본 연구에서 사용한 알로에 아보레센스(Aloe arborescens )는 3-5년 생육한 생잎으로 ㈜김정문알로에 제주 농공장으로부터 채취하여 자체 KGMP시설에서 정제수로 버블세척과 브러쉬 롤러로 3회 세척 후 커터기에 투입하여 일정 크기로 세절한 후 건조기에 60-100℃로 2 시간 간격으로 뒤집으며 완전 건조하여 분쇄하였다. 이후 타공망 100-250 메쉬, 자석봉(6,500 가우스)에 통과시켜 이물질을 제거하고 분쇄된 분말은 85℃에서 24 시간 멸균 후 알로에 아보레센스 분말을 획득하여 실험에 사용하였다(Figure 1A)(Kim et al., 2021).

2. 알로에 분말의 초임계 추출 및 알로에 오일 수득

알로에 아보레센스 분말에서 오일을 초임계 추출하기 위해 초임계 추출장비 SC-CO2 추출 시스템(ISA-SCCO-S-100-500, Ilsin, Korea)을 이용하여 Figure 1B의 제조공정에 따라 진행하였다. 먼저 CO2 gas를 chiller에 통과시켜 액화시킨 후, 액화된 CO2를 차례로 pump (73.8 bar)와 heater (31.1℃)에 통과시키며 초임계 압력과 온도를 형성하여 초임계 유체 상태로 전환하였다. 추출조에 준비된 알로에 아보레센스 분말 700 g에 초임계 CO2를 투입하고, 압력 70-450 bar, 온도 30-60℃ 조건에서 총 120 min간 CO2 유량은 120 g/min의 조건으로 초임계 추출을 진행하였다. 초임계 추출이 끝난 추출물을 회수하고 비교군으로 사용하였으며, CO2는 기체 상태로 배출하고 회수한 추출물은 4℃, 10,000-20,000×g 조건에서 30-60 min 초원심분리를 진행하여 상등액을 회수하여 8 μm 이하 사이즈의 필터를 이용하여 여과하여 건조한 후, 알로에 오일을 수득하고 포장하고, 저장하여 추후 실험재료로 사용되었다(Kim et al., 2021).

3. 지방산 분석

초임계 추출을 통해 얻은 알로에 오일의 정량적 성분분석을 진행하기 위해 국가공인시험기관 코티티시험연구원(KOTITI, Korea)에 의뢰하였으며, 표준물질은 Sigma-Aldrich Chemical Co. (USA)에서 구입하여 조제 및 희석하여 사용하였다. n-Hexane, dichloromethane, N, N-dimethylformamide (DMF), acetonitrile 등은 HPLC용으로 Merck사(Darmstadt, Germany)에서 구입하였고 sodium sulfide nonhydrate는 Sigma-Aldrich (USA)에서 구입하여 사용하였다. 또한 Sep-Pak Florisil Vac Cartridge 3 cc/500 mg(Waters, USA)를 사용하였다.

4. 색도 측정

시료의 색도를 측정하기 위해 각 시료 3 g을 5 회 취한 후 색차계(Colorimeter, CM-3500d; Konica Minolta, Japan)를 이용하여 명도(lightness, L), 적색도(redness, a), 황색도(yellowness, b) 값을 측정하였으며, 색도 측정에 사용된 표준백판은 L값 92.93, a값 -0.83, b값 -0.89였다(Sim et al., 2021).

5. 세포 생존율 측정

세포생존율 측정은 H2O2, Rotenone, Paraquat를 사용하여 세포의 산화적 스트레스에 대한 반응을 측정하였다. 각 세포주(NIH-3T3, HaCaT, B16F10)는 American Type Culture Collection (ATCC)에서 구입하였으며, 96 well plate에 well당 1×104 cells로 분주하고, 24시간 배양하여 부착, 안정화를 시행하였다. 24시간의 배양이 끝난 후 과산화수소(Hydrogen peroxide, H2O2), Rotenone, Paraquat 배양액에 희석하여 24시간 동안 반응시킨 다음 Mosmann (1983)의 방법에 의한 MTT(3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5 diphenyl tetrazolium bromide) assay로 생존율을 측정하였다. 다양한 농도(0, 1, 5, 10, 50, 100, 200, 300 μg/mL)로 시료를 처리한 후 24시간 배양된 세포 배양액을 제거하고 MTT (Sigma-Aldrich)의 최종농도가 0.5 mg/mL이 되도록 배지에 희석하여 100 μL를 가하고 37℃, 5% CO2배양기에서 4시간 배양하였다. 4시간 후 배양액을 제거하고 formazan crystal을 용해시키기 위하여 DMSO (Sigma-Aldrich) 100 μL 가한 후 540 nm에서 Molecular Devices (San Jose, USA)를 이용하여 흡광도를 측정하여 세포 생존율을 확인하였다.

6. 항산화 효과 측정

항산화 활성은 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, Sigma-Aldrich)법을 이용하여 시료의 free radical 소거능을 측정하고자 하였다(Brand-Williams et al., 1995). 먼저, 다양한 농도의 추출물 1 mL에 4×10-4 M DPPH 용액 5 mL를 가하여 혼합한 다음 암소에서 30분간 반응시켜 517 nm에서 Molecular Devices (San Jose)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 계산식은 DPPH radical scavenging activity (%)=100-[(OD of sample/OD of blank)×100]을 이용하여 계산하였다. 또한, 항산화 효능의 경우 각 시료가 DPPH radical형성을 50% 억제하는데 필요한 시료의 양을 IC50 (μg/mL)으로 나타내는데, 3가지 농도의 흡광도 값을 %로 변환 후 y=ax+b(일차방정식)를 이용해서 기울기와 절편을 구하여 IC50[(0.5-절편)/기울기] 값을 구하였다. 양성대조물질로 ascorbic acid (Sigma-Aldrich)를 사용하였다.

7. 피부주름 개선 효능 평가 시험

알로에 오일이 함유된 크림 제품을 제조하여 대조약물을 인체에 적용하여 피부주름개선 효능 평가시험을 수행하였다(시험기관: 피엔케이피부임상연구센타㈜, 시험기간: 2021.08.17-2020.09.27, IRB No. PNK-16D12-E1R). 만 40-60세 성인 여성 22명을 대상으로 피험자들은 시험자의 관리 감독 하에 시료의 적당량을 매일 1회 자가 사용하였고 이중맹검법 사용 및 무작위 배정으로 실시하였다. 사용장비는 스킨 비지오미터(Skin-Visiometer SV600; CK electronic GmbH, Germany)이고 실리콘 레플리카(Silicone repilica)를 이용하여 피부 표면 주름 등을 분석할 수 있는 장비로 내장된 광원이 투과할 때 발생하는 음영을 분석하여 R1 (skin Roughness), R2 (Maximum Roughness), R3 (Average Roughness), R4 (Smoothness Depth), R5 (Arithmetic Average Roughness)의 값으로 산출할 수 있다(Hong et al., 2013).

8. 통계처리

본 실험에서 진행된 각 실험군 간의 비교분석은 SPSS 21.0 프로그램(SPSS Inc., Chicago, USA)을 이용하여 Student's t-test (p value<0.05*, 0.01**, 0.001***)로 통계처리하였다.

Results and Discussion

1. 알로에 오일의 수율 및 지방산 분석

초임계 추출을 통해 얻은 알로에 오일은 약 0.02-0.04%의 수율로 확인되었고, 오일의 색깔은 짙은 담갈색의 오일이었으며, 총 50 g의 알로에 오일을 수득하였다. 한편, 알로에 오일의 정량 분석을 진행한 결과, 조지방 함량 0.03 g/100 g, 지방산 함량 0.02 g/100 g으로 나타났으며 각 지방산 함량은 behenic acid 17%, palmitic acid 17%, α-linolenic acid 16%, oleic acid 15%, linoleic acid 14%, elaidic acid 12%로 구성되어 있음을 확인하였다(Figure 2).

2. 알로에 오일의 색도 측정

알로에 오일의 색도를 측정한 결과, 총 5회의 평균값은 L값 12.5±2.2, a값 3.7±0.3, b값 10.4±0.5, ΔE 81.4으로 나타났다(Table 1).

3. 알로에 초임계 추출물 및 알로에 오일의 세포 생존율 측정

알로에 초임계 추출물과 알로에 오일 시료의 세포 생존율을 확인하고자, MTT assay를 이용하였다. 사용된 세포는 NIH-3T3 (마우스 태아섬유아세포), HaCaT (인간피부각질세포), B16F10(멜라닌 생성 세포)이며, 각 세포주들을 96 well plate에서 1×104 cells/well로 배양 후 시료를 다양한 농도로 희석하여 24시간 동안 처리한 후 세포 생존율 변화를 관찰한 결과, 알로에 오일 시료의 경우 NIH-3T3, HaCaT, B16F10 세포에 대한 생존율 변화는 50 μg/mL까지는 각 세 포주의 세포 생존율에서 큰 변화를 나타내지는 않았으나, NIH-3T3, HaCaT 세포는 200 μg/mL 농도에서, B16F10 세포는 100 μg/mL 농도에서 희석 비율이 증가할수록 세포 생존율이 급격하게 감소하는 것을 확인 할 수 있었다(Figure 3B). 반면, 알로에 초임계 추출물에 대한 NIH-3T3, HaCaT, B16F10 세포의 생존율 변화는 100 μg/mL까지는 각 세포주의 세포 생존율에서 큰 변화를 나타내지는 않았으나, NIH-3T3 세포는 300 μg/mL, HaCaT 세포는 300 μg/mL, B16F10세포는 100 μg/mL 농도 이상에서 세포 생존율이 감소하는 것으로 나타났다. 결론적으로 NIH-3T3, HaCaT, B16F10 세포의 생존율에 대해 두 시료 모두 100 μg/mL 농도까지는 세포 생존율에 큰 변화 없이 독성이 낮은 것으로 확인되었다(Figure 3A).

4. 알로에 초임계 추출물 및 알로에 오일의 항산화 효과

1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)는 자신이 가지고 있는 홀수의 전자 때문에 517 nm에서 강한 흡수 스펙트럼을 보이나 페놀성 화합물과 같이 수소에 전자를 제공해 주는 전자공여체와 반응하게 되면 전자 hydrogen radical을 받아 phenoxy radical을 생성하게 되며, 흡수 band도 사라지게 되고 안정한 분자가 된다. 또한 공여된 전자는 비가역적으로 결합하며 그 수에 비례하여 진보라색의 DPPH의 색깔은 점점 옅어지게 된다. 각 추출물의 전자공여능(electron donating ability)은 Blois (1958)의 방법에 준하여 각 시료의 DPPH에 대한 전자공여 효과로써 지방질 산화를 억제시키는 척도로 대표적으로 사용되고 있으며(Park & Ryu, 2022; Shon et al., 2001), 항산화능을 측정하기 위하여 활성산소의 한 종류인 DPPH 라디칼 소거능 평가를 진행하였다.
알로에 초임계 추출물 및 알로에 오일 시료에 대한 DPPH radical 소거 효과를 양성대조군인 ascorbic acid와 비교 분석한 결과, 알로에 오일의 DPPH radical 소거 효과는 50 μg/mL농도에서 42.58%, 100 μg/mL에서 63.18%, 300 μg/mL에서 70.38%, 500 μg/mL에서 84.28%로 나타났으며 농도 의존적으로 DPPH radical 소거능이 증가하였다. 특히 천연 항산화제인 ascorbic acid의 경우, 50 μg/mL의 농도에서 DPPH radical 소거능이 약 80%로 나타났으며, IC50 (μg/mL) 값이 30.15±0.97 μg/mL로 확인되었다. 알로에 오일은 300-500 μg/mL 농도에서 ascorbic acid 50 μg/mL와 비슷한 결과를 나타났으며, IC50 (μg/mL) 값이 67.03±0.39 μg/mL로 우수한 free radical 소거능을 보여 주었다(Table 2). 반면, 알로에 초임계 추출물의 DPPH radical 소거 효과는 50 μg/mL 농도에서 39.75%, 100 μg/mL에서 53.81%, 300 μg/mL에서 68.38%, 500 μg/mL에서 79.49%로 농도의존적으로 증가하였다. 또한, 항산화 효과가 IC50 (μg/mL) 값이 71.08±0.23 μg/mL으로 free radical 소거능을 보여 알로에 오일보다 DPPH radical 소거 효과가 낮은 것으로 나타났다(Table 2).

5. 초임계 추출 유래 알로에 오일의 피부 주름 개선 효능 평가 시험

알로에 오일의 함유된 크림(전성분: 알로에 초임계 오일, 카프릴릭/카프릭트리글리세라이드, 세테아릴 알코올 비즈확스, 비즈왁사, 올리보일하이드롤라이즈드 밀 단백질, 동백나무씨 오일, 호호바씨 오일, 리즈베라 추출물, 산수유 열매 추출물, 비타민 E, 항료, 정제수)의 피부주름 개선 효능 평가시험을 진행하고자, 총 22 명의 피험자들을 대상으로 시행하였으며, 중도탈락 없이 22 명의 피험자들이 모두 시험을 완료하였다. 시험은 이중맹검법을 이용하여 진행하였으며, 시험종료일까지 시험자와 피험자 모두 A 및 B로 표기된 시료의 내용물을 봉인 제거 이전까지 알 수 없도록 하였다. 평가는 전문가에 의한 육안평가 및 비지오미터(Visiometer-SV600)을 이용한 기기평가를 실시하였으며 시험 종료 후 피험자 설문을 통한 평가가 추가적으로 이루어졌다.
육안평가는 Visual analog scale [0-9]을 이용하여 피부과전문의를 포함한 숙련된 전문가 2 인이 동시에 실시하였으며 평가가 서로 다를 경우 더 높은 수치를 채택하였다. 평가 결과, 시험부위 주름 지수 개선정도가 대조부위에 비해 통계적으로 유의하게 감소한 것을 확인할 수 있었다.
기기평가는 비지오미터(Visiometer)의 Roughness 측정을 이용하여 이루어졌다. Roughness는 skin roughness (R1), maximum roughness (R2), average roughness (R3), smoothness depth (R4), arithmetic average roughness (R5)로 나뉘어 평가되었는데 그 결과, 각 주름지수의 최종 개선율은 Table 3과 같이 R1, R2, R3, R4, R5 각각 33.63%, 37.54%, 36.13%, 27.32%, 36.90%였으며 시험부위의 R1, R2, R3 수치는 시험 2 주 후부터, R4, R5 수치는 시험 4 주 후부터 통계적으로 유의한 수준으로 개선된 것을 확인할 수 있었다. 또한 시험부위와 대조부위와의 비교분석에서도 대조부위에 비해 시험부위의 Roughness R2, R3 수치가 시험 8 주 후부터 통계적으로 유의하게 개선된 것을 확인하였다.
마지막 시험일에는 피험자 설문평가가 이루어졌으며 시료 도포 부위의 호전 정도를 네 단계로 나누어 평가하였는데, '조금 호전' 되었다고 답한 사람이 시험군에서 3 명 더 많았으나, '변화 없음' 이라고 답한 사람 또한 시험군에서 2 명이 더 많았다. '매우 호전' 되었다고 답한 사람 수는 시험군과 대조군이 같았다. 또한 본 시험에 이용된 시험부위와 대조부위 모두 총 8 주간의 시료 도포 기간 동안 모든 피험자들에서 특별한 이상 반응이 관찰되지 않아 안전한 시험부위로 판단된다.
따라서 본 발명이 알로에 초임계 오일을 포함한 크림을 사용한 시험부위는 대조부위에 비해 통계적으로 유의한 수준의 피부주름 개선 효과를 보였으며, 사용기간 동안 특별한 이상반응을 유발하지 않아 안전하고 효과적인 주름 기능성 시험 시료인 것으로 최종 판단되었다

Conclusion

알로에의 새로운 기능성 성분을 개발하고자 초임계 추출을 이용하여 알로에 아보레센스로부터 알로에 초임계 추출물과 알로에 오일을 추출하였고, 알로에 오일에 대한 항산화 효과 및 피부주름 개선효과에 대한 실험을 진행하고자 하였다. 알로에 아로베센스로부터 초임계 추출을 이용하여 획득한 알로에 오일은 0.02-0.04%의 수율로 확인되었고, behenic acid 17%, palmitic acid 17%, α-linolenic acid 16%, oleic acid 15%, linoleic acid 14%, elaidic acid 12%를 포함하여 지방산이 100 g당 0.02g으로 구성되어 있었으며, 알로에 오일의 색도를 측정한 결과, L값 12.5±2.2, a값 3.7±0.3, b값 10.4±0.5, ΔE 81.4으로 확인되었다. NIH-3T3, HaCaT, B16F10 세포에 대한 세포 생존율을 확인한 결과, 알로에 초임계 추출물과 알로에 오일 시료 모두 100 μg/mL 농도까지는 세포 생존율에 큰 변화 없이 독성이 낮은 것으로 확인되었다. DPPH radical 소거능 결과에서는 알로에 초임계 추출물은 IC50 71.08±0.23 μg/mL, 알로에 오일은 IC50 67.03±0.39 μg/mL로 확인되어 알로에 오일이 더 우수한 DPPH radical 소거능을 가지는 것으로 확인되었다. 이를 통해 22명의 피험자에게 알로에 오일이 함유된 크림을 제조하여 피부주름 개선 효능 시험을 시행한 결과, 비지오미터(Visiometer)의 Roughness 측정 결과에서 4주 후부터 통계적으로 유의한 수준의 피부주름 개선 효과가 나타나는 것이 확인되어 알로에 오일이 함유된 크림이 피부 주름 개선 효과에 뛰어나다는 것을 최종 확인하였다.

Acknowledgements

본 논문은 2021년도 중소벤처기업부의 재원으로 창업성장기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호: S3049433).

NOTES

Author's contribution
D.M.K. and H.R.P. contributed equally to this work. D.M.K. designed and performed this experiment. H.R.P. wrote the manuscript. H.K.L. and Y.S.K. analyzed the data and performed this experiment. Y.M.C. designed this experiment.
Author details
Dong-Myong Kim (Chief Technical Officer)/Hye-Ryung Park (Senior Researcher)/Hyung-Kon Lee (Senior Researcher)/Yong-Seong Kwon (CEO), Biotechnology Research Institute, KJMBIO Ltd., 17, Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea; Yeon-Mea Choi (Chiarman), KimJeongMoon Aloe Ltd, 15 Saimdang-ro, Seocho-gu, Seoul 06649, Korea.

Figure 1.

Manufacturing of aloe oil extracted from Aloe arborescens.

(A) The manufacturing process of Aloe arborescens extract. (B) The manufacturing process of Aloe arborescens oil using supercritical fluid extraction method.
ajbc-20-4-427f1.jpg
Figure 2.

Total contents and composition of crude fat and fatty acid for aloe oil extracted from Aloe arborescens.

Fatty acid analysis was measured by gas chromatography.
ajbc-20-4-427f2.jpg
Figure 3.

Cell viability of NIH-3T3, HaCaT, and B16F10 cells for (A) aloe supercritical fluid extract and (B) aloe oil.

The cell viability was measured by MTT assay. All results are marked to mean±SD in triplicate. Significant difference from the samples was indicated using Student's t test. *p<0.05; **p<0.01; ***p<0.001.
ajbc-20-4-427f3.jpg
Table 1.
Color measurement of aloe oil isolated from Aloe arborescens
No. L value a value b value ΔE
First 13.6 3.6 10.1 80.3
Second 13.0 3.6 10.0 80.8
Third 14.0 3.4 10.8 79.9
Fourth 13.5 3.8 11.1 80.5
Fifth 8.2 4.2 9.7 85.5
Average 12.5±2.2 3.7±0.3 10.4±0.5 81.4

Results are mean±SD.

Table 2.
DPPH radical scavenging activity (%) of aloe oil and aloe supercritical fluid extract
DPPH radical scavenging activity (%) Concentration (μg/mL)
IC50 (μg/mL)
50 100 300 500
Ascorbic acid 81.48 88.48 91.38 95.28 30.15±0.97
Aloe oil 42.58 63.18 70.38 84.28 67.03±0.39
Aloe supercritical fluid extract 39.75 53.81 63.38 79.49 71.08±0.23

Results are mean±SD in triplicate.

Table 3.
Skin wrinkle improvement effect for an aloe oil cream
Before test After 2 weeks (%) After 4 weeks (%) After 8 weeks (%)
R1 13.54 25.96 33.63
R2 17.89 23.16 37.54
R3 15.71 22.36 36.13
R4 8.20 23.50 27.32
R5 11.90 33.33 36.90

R1, skin roughness; R2, maximum roughness; R3, average roughness; R4, smoothness depth; R5, arithmetic average roughness.

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