Trans-2-nonenal 제거를 위한 천연 복합 조성물의 기능성 및 임상적 유효성 평가
Functional and Clinical Evaluation of a Natural Formulation for Trans-2-nonenal Removal
天然复合物组合物去除Trans-2-nonenal的功能和临床有效性评价
Article information
Abstract
목적
본 연구의 목적은 서목태, 미강, 미나리 유래 기능성 복합소재의 체취 개선 가능성을 평가하는 것이다.
방법
노화 관련 냄새의 주요 원인 물질인 trans-2-nonenal의 제거 효능을 극대화하기 위해, 중심합성계획법(central composite design, CCD)를 적용하여 최적 조성 함량(optimal composition ratio, OCR)을 도출하였다. OCR의 항산화 활성과 겨드랑이 냄새 유발균에 대한 항균 활성을 단독 소재와 비교 분석하였다. 또한, OCR을 함유한 비누를 사용하여 후각 시험 및 냄새 강도 측정(POLFA)으로 인체 적용 시험을 수행하였다.
결과
CCD를 통해 통계적으로 유의미한 이차 회귀 모형을 도출하였다. OCR은 서목태 449.8 mg, 미강 14 mg, 미나리 4.8 mg으로 확립되었으며, 단독 소재보다 유의미하게 높은 trans-2-nonenal 제거 활성을 보였다. 또한, OCR은 항산화 및 항균 활성을 나타내어 다기능 복합소재로서의 가능성을 확인하였다. OCR로 제조된 비누를 사용한 인체 적용 시험에서 대조군에 비해 탈취 효능이 유의미하게 향상되었다.
결론
이러한 결과는 천연 복합 제형의 기능성과 실용성을 입증하며, 효능 향상 및 상용화에 중점을 둔 향후 연구에 귀중한 토대를 제공한다.
Trans Abstract
Purpose
This study aimed to evaluate the potential of a functional composite material derived from Seomoktae, rice bran, and water parsley to improve senile body odor.
Methods
To maximize the removal of trans-2-nonenal—the key compound responsible for age-related odor—we applied a central composite design (CCD) to determine the optimal composite ratio (OCR). Antioxidant and antibacterial properties against axillary odor-causing bacteria were then compared between the OCR and its individual components. Additionally, soap formulated with the OCR was used in olfactory evaluations and human clinical trials using odor measurement (POLFA device).
Results
CCD analysis generated a statistically significant quadratic regression model. The OCR, identified as 449.8 mg of Seomoktae, 14 mg of rice bran, and 4.8 mg of water parsley, demonstrating significantly improved trans-2-nonenal removal compared to each ingredient alone. The OCR also exhibited notable antioxidant and antimicrobial activities, supporting its multifunctional efficacy. Furthermore, the application of OCR-formulated soap significantly enhanced deodorizing performance relative to the control group.
Conclusion
This study confirms both the functional benefits and practical usability of this natural composite formulation. These results offer a foundation for future studies aimed at improving efficacy and enhancing commercialization opportunities.
Trans Abstract
目的
本研究旨在评估一种由鼠目太豆、米糠和水芹制成的功能性复合材料改善老年人体味的潜力。
方法
为了最大限度地去除Trans-2-nonenal (导致老年体味的关键化合物)，我们采用中心复合设计(central composite design, CCD)确定了最佳复合比例(optimal composition ratio，OCR)。随后，我们比较了该OCR及其各组分对腋下致臭细菌的抗氧化和抗菌性能。此外，我们还使用含有该OCR的肥皂进行了嗅觉评估和人体临床试验， 并采用气味测量设备(POLFA)进行测量。
结果
CCD分析生成了一个具有统计学意义的二次回归模型。OCR(由449.8 mg鼠目太豆、14 mg米糠和4.8 mg水芹组成)与单独使用各成分相比，显著提高了Trans-2-nonenal的去除率。OCR还表现出显著的抗氧化和抗菌活性，证实了其多功能功效。此外，与对照组相比，使用添加OCR的肥皂显著提高了除臭性能。
结论
本研究证实了该天然复合制剂的功能优势和实用性。这些结果为未来旨在提高疗效和增强商业化前景的研究奠定了基础。
Introduction
인간의 체취는 두피, 겨드랑이, 발, 사타구니 및 구강과 같은 신체 부위에서 발생하며, 피부에서 발생하는 냄새는 대부분 땀과 피부 미생물의 상호작용에 기인한다. 일반적으로 땀은 무취이나, 피부에서 증식한 세균에 의해 분해됨으로써 휘발성 및 비휘발성 분자가 방출되어 체취가 형성된다(Mogilnicka et al., 2020). 체취는 성별, 인종 및 연령 등에 따른 내재적 요인과 식단, 질병, 위생 습관 등의 외재적 요인에 따라 달라진다(Di Cicco et al., 2023). 체취는 나이에 따라 변화하며, 사춘기 이후 아포크린과 아포에크린 땀샘의 활성화 및 피지 분비 증가로 인해 더욱 뚜렷해지고(Hou et al., 2022; Wilke et al., 2007), 중년 이후에는 노화와 관련된 특유의 냄새가 나타난다.
노화에 따른 체취를 유발하는 주요 성분으로는 trans-2-nonenal이 있으며, 이는 기름지고 시큼한 풀 냄새를 발생시키고 40세 이상에서 주로 검출된다. 해당 물질은 피부 표면 지질 내 ω7 불포화 지방산의 산화 분해 산물로서, 연령별 체취 변화와 높은 상관관계를 나타낸다(Haze et al., 2001). 이러한 노화성 체취는 개인 위생 및 사회적 상호작용에 부정적 영향을 미치는 요인으로, 고령 인구 증가와 함께 건강 및 삶의 질 문제로 대두되고 있다. 전 세계 65세 이상 고령인구는 2100년까지 약 3배 증가할 것으로 전망되며(United Nations, 2024), 국내 고령 인구 또한 2060년에는 6천만 명에 달할 것으로 전망된다(KOSIS, 2023). 이에 따라 고령자를 위한 체취 및 위생관리 제품에 대한 수요가 증가할 것으로 예상된다.
본 연구는 노화 체취의 원인물질인 trans-2-nonenal 제거를 위한 기능성 소재 탐색을 목적으로 하였다. 서목태는 쥐눈이콩이나 약콩으로 불리며, 검은색 종피에 anthocyanin과 flavan-3-ols 등의 polyphenol이 풍부하게 함유되어 있다(Yamashita et al., 2020). 이러한 polyphenol 성분은 활성산소를 제거하여 지질 산화를 억제하며(Hong et al., 2014), 그 결과 체취의 주요 원인 물질인 trans-2-nonenal의 생성을 감소시킬 가능성이 있다. 미강은 현미를 백미로 도정하는 과정에서 발생하는 부산물이며, phenolic acid 및 γ-oryzanol를 함유하고 있어 강력한 항산화제로 활용된다(Andriani et al., 2022). 또한, 미강은 다양한 유기 화합물을 흡착•제거하는 능력이 보고되었으며 (Adachi et al., 2001), 동물용 소취제 원료로도 이용되고 있다(Sawai et al., 1993). 미나리는 octanal, limonene, β-myrcene 및 α-pinene 등의 정유성분을 함유하고 있어(Rhee et al., 1995), 후각 차폐 효과에 의하여 불쾌취를 완화할 수 있다. 각 소재가 함유하고 있는 polyphenol 및 정유성분으로 인한 체취 개선 효과를 기대할 수 있다.
본 연구는 반응표면분석법의 일종인 중심합성계획법(Central Composite Design)을 활용하여 trans-2-nonenal 제거에 최적화된 조성 비율을 도출하였으며, 해당 최적 조성물의 항산화 및 항균 활성을 평가하고자 하였다. 또한, 최적 조성물을 적용한 고형 비누를 제조하여 피부 임상시험을 실시함으로써 체취 개선 효과를 검증하고자 하였다. 이를 통해 기능성 복합 소재의 체취 개선 기능성을 확인하고, 관련 위생 제품의 기능성 향상 및 상용화 기반 마련에 기여하고자 하였다.
Methods
1. 실험재료
본 연구에서 사용된 서목태와 미나리는 국내산(Jeonju, Korea) 제품을 구매하여 사용하였다. 미강은 분말(Sinsun Herb Co., Korea)로 구매하여 사용하였다. 서목태는 세척한 후 물기를 제거하고 분쇄하였으며, 미나리는 동결건조하고 분쇄하여 시료로 사용하였다.
2. 조성물 함량 설정을 위한 실험계획
반응표면분석법(response surface methodology)의 중심합성계획법(central composite design, CCD)을 이용하여 trans-2-nonenal을 효과적으로 제거하는 조성물 함량을 최적화하였다. 독립변수로 서목태(X1), 미강(X2) 및 미나리(X3)의 함량(mg)을 설정하였으며, 3 수준으로 부호화하였다(Table 1). CCD에 의해 설정된 구간에 따라 함량을 조성하여 추출을 수행하였다. 추출은 구간별 서목태, 미강 및 미나리의 함량대로 혼합물을 조성하고, 70% 에탄올 1 mL을 첨가한 후 1시간 동안 교반하였다. Trans-2-nonenal의 제거 활성을 종속 변수로 설정하여 실험모델을 작성하고, 모델식의 적합성을 파악하였다. CCD에 따라 tans-2-nonenal을 효과적으로 제거하는 최적 조성 함량(optimal composition ratio, OCR)을 도출하였다.
Independent variables and their levels used in the central composite design
3. Trans-2-nonenal 제거 효능
Park et al. (2024)의 방법에 따라 fehling test를 통해 trans-2-nonenal의 제거 효과를 분석하였다. 0.0075%로 희석한 trans-2-nonenal (Sigma Chemical Co., USA)의 1 mL에 시료의 70% 에탄올 추출물 100 μL를 첨가하고, 실온에서 30 min 동안 반응시켰다. 반응 후 fehling solution A (Samchun Chemical Co., Korea) 150 μL와 fehling solution B (Samchun Chemical Co.) 150 μL를 첨가하고, 50℃ 오븐에서 15 min 동안 반응시켰다. 상층액만 취하여 마이크로플레이트 리더기(Multiskan GO; Thermo Fisher Scientific Inc., USA)를 사용하여 300 nm에서 흡광도를 측정하였다. Trans-2-nonenal의 제거 효과가 검증된 구아바를 양성대조군으로 사용하였으며(Park et al., 2024), 음성대조군으로 70% 에탄올을 이용하였다.
4. 항산화 활성
CCD에 따라 도출된 OCR과 단일물의 항산화 활성은 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) 라디칼 소거 활성 및 ferric-reducing antioxidant power (FRAP) 환원력 분석을 수행하여 측정하였다. 항산화 활성의 비교 분석을 위한 양성대조군은 100 μg/mL의 trolox (Sigma Chemical Co.)이며, 음성대조군은 70% 에탄올을 사용하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 시료의 추출물 20 μL와 100 μM DPPH (Sigma Chemical Co.) 용액 180 μL를 96-웰 플레이트에 첨가하여 혼합하고, 암소에서 30 min간 반응시켰다. 반응 후 마이크로플레이트 리더기를 사용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 소거 활성(%)은 다음과 같은 식으로 계산되었다.
DPPH 라디칼 소거 활성(%)=(공시료군의 흡광도-시료군의 흡광도)/(공시료군의 흡광도)×100
FRAP 환원력 분석은 30 mM acetate buffer, pH 3.6 (Sigma Chemical Co., USA), 40 mM HCl에 녹인 10 mM 2,4,6-tripyridyl-s-triazine (TPTZ; Sigma Chemical Co.) 용액 및 20 mM FeCl3•6H2O (Sigma Chemical Co.) 용액을 10:1:1 비율로 혼합하여 시약을 제조하였다. 제조된 96-웰 플레이트에 제조된 시약 180 μL 및 시료의 추출물 20 μL를 37℃에서 20 min간 반응시켰다. 반응 후 마이크로플레이트 리더기를 사용해 593 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 결과는 trolox를 이용하여 작성한 표준 곡선을 통해 trolox (μg/mL)으로 나타내었다.
5. 항균 활성
겨드랑이에서 체취를 유발하는 세균에 대한 항균 활성을 OCR과 서목태, 미강 및 미나리의 단독 처리군을 비교 분석하였다. 각 시료를 1 mL의 70% 에탄올로 추출한 뒤 원심 농축 장치(VS-802F; Vision Scientific Co., Korea)를 이용하여 에탄올을 증발시켰다. 증발된 농축액은 0.22 μm syringe filter (CHROMDISC Co., Korea)를 통해 여과시킨 후 항균 활성 측정에 사용하였다.
0.1% tween 80을 첨가한 brain heart infusion (BHI; Becton, Dickinson and Company, USA) broth (BHI-T) 5 mL에 농축액을 1, 5 및 10% (w/w)의 농도로 첨가하였다. BHI-T 배지에 접종하여 밤새 37℃ shaking incubator에서 배양한 OD600이 1.0인 Corynebacterium jeikeium 및 C. striatum을 농축액이 첨가된 액체 배지에 0.05%를 접종하였다. 16시간 동안 37℃ shaking incubator에서 배양 후 마이크로플레이트 리더기를 사용해 600 nm에서 흡광도를 측정하였다. 항균 활성(%)은 다음과 같은 식을 통해 측정하였다.
항균 활성(%)=(배양 후 대조군의 흡광도-배양 후 시험군의 흡광도)/(배양 후 대조군의 흡광도)×100
6. 조성물을 활용한 비누의 피부임상시험
체취 개선 효과를 파악하기 위해 피부임상시험을 진행하였으며, 피부임상시험에는 OCR을 활용하여 제조된 비누를 사용하였다. 서목태, 미강 및 미나리의 OCR 혼합물의 70% 에탄올 추출물을 농축기(N-1300; Tokyo Rikakikai Co., Ltd., Japan)를 이용하여 감압 하에 에탄올을 증발시켰다. 대조군은 농축액을 첨가하지 않은 비누이며, 농축액을 첨가하여 시험군 비누를 제조하여 사용하였다. 비누를 제조하기 위한 조성은 Table 2와 같다.
Formulation of soap samples used in this study
만 50-65세의 여성 피시험자 24명을 대상으로 대조군과 시험군 비누의 1회 사용 전/후 체취를 sniff test와 POLFA (Karumoa Co., Japan) 장비를 이용하여 분석하였다. Sniff test는 2명의 시험자가 대상자의 겨드랑이에서 약 2 cm 거리를 두어 직접 냄새를 맡고, EEMCO Guidance 방법을 참고하여 0-5단계로 체취 등급을 평가하였다(Piérard et al., 2003). 또한 POLFA 장비를 활용하여 체취 강도를 측정하였다. 시험대상자의 양쪽 겨드랑이 중 한쪽 겨드랑이는 OCR 농축액이 첨가된 비누를 사용하는 시험군, 다른 쪽 겨드랑이는 농축액이 첨가되지 않은 비누를 사용하여 대조군으로 지정하였다. 본 연구는 ㈜휴먼피부임상시험센터를 통해 진행되었으며, 해당 기관의 기관생명윤리위원회(IRB) 승인을 받아 수행되었다(IRB 승인번호: HM-IRB-P25-0259).
7. 통계처리
R ver 4.4.1 (R Foundation for Statistical Computing, Austria)을 통해 중심합성계획법을 진행하였다. SPSS ver. 12.0 (SPSS Inc., USA)을 사용하여 각 실험에서 얻은 결과를 평균과 표준편차로 나타내었다. p<0.05 수준에서 one-way ANOVA로 각 시료 간의 유의성을 분산 분석한 후에 사후검정을 Duncan’s multiple range test로 실시하였다. 피부임상시험 결과는 repeated measures ANOVA와 one-sample t-test로 검정하였다.
Results and Discussion
1. 조성물 함량 설정을 위한 실험계획
Trans-2-nonenal을 효과적으로 제거하는 서목태(쥐눈이콩), 미강 및 미나리의 최적 조성 함량(OCR)을 분석하기 위해 수행한 중심합성계획법(Central Composite Design, CCD)의 결과는 Table 3과 같다. 반응표면분석법은 다양한 변수로부터 영향을 받는 반응을 최소한의 실험으로 최적화하기 위해 널리 사용되는 수학적 및 통계적 방법이다. 이 중 CCD는 반응 변수에 대한 2차 모형을 효율적으로 적합시키기 위해 요인점, 중심점 및 축점을 포함하는 분석법이다(Bezerra et al., 2008). 본 연구에서는 CCD를 기반으로 20개 구간에서 세 소재의 혼합 조성물과 trans-2-nonenal 제거 활성 간의 관계를 분석하고, 2차 회귀모델을 도출하였다. 회귀방정식은 다음과 같다.
Central composite design matrix with independent variables and corresponding response values
Y=–443.57+1.6955X1+20.92X2+36.112X3+0.0023X1X2–0.0509X1X3–0.4454X2X3–0.0017X12–0.7075X22–0.7312X3
Y는 trans-2-nonenal의 제거 활성(%)을 나타내며, X1, X2 및 X3는 각각 서목태, 미강 및 미나리의 함량(mg)을 의미한다. 다항식 모델의 유효성 및 정확성을 암시하고, 적합성을 나타내는 결정계수(R2)의 값은 0.73이었으며, 0.05의 p-value 값을 나타내었다. 또한 변수 간 상호작용 분석을 위해 2차원 등고선(Figure 1A) 및 3차원 반응표면(Figure 1B)을 도출하였다. 최종 OCR은 서목태 449.8 mg, 미강 14.0 mg, 미나리 4.8 mg으로 산출되었다. CCD는 실험 효율성을 극대화하며 조성물 간 상호작용을 정량화해 최적조건 도출에 신뢰성을 제공한다.
Response surface model for trans-2-nonenal removal activity based on central composite design.
(A) 2D contour plot; (B) 3D response surface plot.
2. Trans-2-nonenal 제거 효능
Trans-2-nonenal은 노인성 냄새를 유발하는 불포화 알데하이드로, fehling test를 이용해 검출할 수 있다. Fehling test는 알데하이드가 Cu2+와 반응하여 Cu+로 환원되는 원리를 활용한 분석법으로, 이를 통해 trans-2-nonenal의 제거 효과를 분석할 수 있다(Liu & Li, 2016). 구아바와 편백의 trans-2-nonenal의 제거 활성이 fehling test를 통하여 입증된 바 있다(Kang & Kim, 2021; Park et al., 2024). 본 연구에서는 OCR 및 단일 소재를 70% 에탄올로 추출 후 희석하여(약 1.43배) 분석하였다. 양성대조군으로 사용한 구아바는 100 mg을 추출하여 약 4배 희석하여 사용하였다. Trans-2-nonenal의 제거 효과를 분석한 결과는 Figure 2와 같다. 음성대조군인 70% 에탄올은 4.57±0.79%의 활성을 보였으며, 구아바는 82.69±8.23%였다. 편백나무 잎의 30 g을 에탄올 농도별로 추출하여 trans-2-nonenal의 제거율을 분석한 연구 결과, 60% 에탄올 추출물은 26.15%, 80% 에탄올 추출물은 34.20%를 보인 바 있다(Kang & Kim, 2021). OCR은 77.13±15.25%의 활성을 나타냈으며, 이에 대비하여 서목태 추출물은 43.90±5.70%, 미강 추출물은 5.70±5.73% 및 미나리 추출물은 32.84±10.74%의 제거 활성을 보여 단독 처리에 비하여 혼합 추출물 처리군의 trans-2-nonenal의 제거 활성이 유의미하게 높은 것을 확인하였다. 이는 CCD를 통한 정량적 설계 효과를 반영한 것으로 기존 식물성 소재 대비 뛰어난 제거능을 보여주었다. 서목태, 미강 및 미나리의 어떠한 성분이 상승효과를 직접적으로 유발했는지는 명확히 규명되지 않았으나, 서목태의 polyphenol 및 anthocyanin, 미강의 phenolic acid, 미나리의 정유 성분 등이 상호 보완적으로 작용한 것으로 판단된다. 상승효과을 평가하기 위한 가중평균은 42.65%로 산출된 반면, OCR의 제거 활성이 77.13%를 나타내어 혼합 조성물이 단일물보다 우수한 제거 능력을 보였다. 특히 조성물 내에서 서목태의 함량이 95% 이상을 차지함에도 불구하고 미강과 미나리의 소량 기여가 전체 활성을 현저히 증대시킨 것으로 해석된다. 향후 OCR은 천연물 기반 노인성 냄새 개선 제품의 기능성 복합 조성으로 활용 가능성이 기대된다.
Trans-2-nonenal removal activity (%) of the optimal composition of Seomoktae, rice bran, and water parsley.
NC, negative control (70% ethanol); OCR, optimal composition ratio of Seomoktae, rice bran, and water parsley. Data are presented as mean±standard deviation (n=3). Bars with different letters indicate significant differences (Duncan’s multiple range test). The horizontal dotted line represents the weighted average activity calculated from the individual components.
3. 항산화 활성
OCR 추출물을 20배 희석하여 DPPH 라디칼 소거 활성 및 FRAP 환원력 분석을 통해 확인하였다(Figure 3). Trans-2-nonenal은 피부 노화가 진행됨에 따라 ω7-불포화 지방산 특히, palmitoleic acid의 산화적 분해와 지질 과산화물의 증가로 인해 분비되는 것으로 알려져 있다(Haze et al., 2001). 여기서 말하는 산화적 분해는 자유 라디칼 반응의 생성 및 전파에 의한 지질 과산화를 의미하며(Halliwell & Gutteridge, 2015), 라디칼의 제거 능력은 다양한 항산화 활성 측정법을 통해 평가될 수 있다(Nimse & Pal, 2015). 항산화 활성을 측정하기 위해 사용된 DPPH 라디칼 소거 활성 및 FRAP 환원력 분석은 분광광도법으로, DPPH 라디칼 소거 분석은 안정한 DPPH 라디칼이 항산화제로부터 수소 또는 전자를 받아 환원되면서 탈색되는 정도를 측정하는 방법으로 간편하고 널리 사용된다(Gulcin, 2020). DPPH 라디칼 소거 활성을 측정한 결과(Figure 3A), 음성대조군의 활성이 6.19±0.28%에 대비하여 서목태 추출물 처리군이 40.73±0.75%, 미강 추출물 처리군이 9.69±1.05% 및 미나리 추출물 처리군이 9.53±0.32%의 활성을 보였다. 이들의 OCR 추출물 처리군이 43.41±1.34%로 DPPH 소거 활성을 나타내 단독 추출물 처리군에 비해 현저하게 증가하였으며, 통계적으로 유의미하였다. DPPH의 가중평균은 39.48%였으나, OCR은 43.41%로 다소 향상된 결과를 보였다. FRAP 환원력 분석은 산성 조건에서 항산화제가 철(III)-TPTZ 복합체를 철(II)-TPTZ 복합체로 환원시키는 전자 전달 기반 항산화 능력 측정 방법이다(Gulcin, 2020). FRAP 환원력 분석 결과(Figure 3B)도 마찬가지로, 2.53±0.17 μg/mL인 음성대조군에 대비하여 OCR에서 48.32±1.42 μg/mL로 FRAP 환원력이 증진되었으며, 서목태, 미강 및 미나리의 단독 추출물들보다 유의적으로 증가한 FRAP 환원력을 보여주었다. FRAP의 가중평균은 44.50 μg/mL인 반면, OCR은 48.32 μg/mL로 나타나 긍정적인 상승효과를 나타냈다. 최적 조성의 혼합 추출물은 항산화 활성을 통해 지질 과산화를 저해하고, 이에 따라 trans-2-nonenal의 생성을 감소시킬 수 있음을 시사한다.
Antioxidant activity of the optimal composition.
(A) DPPH radical-scavenging activity; (B) FRAP reducing power. NC, negative control (70% ethanol); OCR, optimal composition ratio of Seomoktae, rice bran and water parsley. Data are presented as mean±standard deviation (n=3). Bars with different letters indicate significant differences (Duncan’s multiple range test). The horizontal dotted line represents the weighted average activity calculated from the individual components.
4. 항균 활성
사람의 겨드랑이 냄새는 일반적으로 세균이 땀 분비물에서 전구체를 분해하여 발생한다(James et al., 2013). 특히, 겨드랑이 피부 표면의 미생물을 채취하여 배양 기법으로 분리 및 동정한 Taylor et al. (2003)과 겨드랑이에서 발생한 땀을 채취하여 16S rRNA amplicon metagenomic sequencing을 통한 비배양법으로 세균 군집을 분석한 Troccaz et al. (2015)은 Corynebacterium 속, Propionibacterium 속 및 Staphylococcus 속(특정 종에 한함)이 겨드랑이 냄새와 유의미한 연관성을 보였다고 밝혔다. 이 중 Corynebacterium jeikeium 및 C. striatum은 겨드랑이 체취 형성에 유의한 영향을 미치는 주요 균주로 보고되고 있다(Emter & Natsch, 2008; Natsch et al., 2003; Natsch & Emter, 2020). 베텔, 자황, 라임, 정향 및 유칼립투스 등이 C. jeikeium 또는 C. striatum에 대한 항균 효과가 있다고 밝혀져 있다(Alibi et al., 2020; Sidek et al., 2021). 한편, 대두는 Bacillus cereus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa 및 Staphylococcus aureus 등 다양한 병원성 세균에 대해 항균 활성을 나타낸다고 알려져 있으나(Chaleshtori et al., 2017; Ponnusha et al., 2011), 콩의 C. jeikeium 및 C. striatum에 대한 항균 효과는 보고된 바 없다. OCR 및 단일 시료의 농축액을 1, 5, 10% (w/w)별로 처리하여 항균 활성을 비교하였다(Figure 4). C. jeikeium의 경우(Figure 4A), OCR을 5 및 10% 처리하였을 때 각각 0.83±2.86 및 14.84±1.72%로 유의하게 항균력이 향상하여 농도 증가에 따라 성장이 억제되는 결과를 나타냈다. 반면, 1%의 OCR을 처리한 경우 음성대조군(0.00±0.68%)보다 성장이 촉진되는 경향을 보였다. 이는 일부 천연물 및 항균제에서 일어나는 현상인 저농도에서 미생물의 성장을 촉진하고, 고농도에서 성장 억제 효과가 나타나는 hormesis 현상이 일어난 것으로 보인다(Iavicoli et al., 2021). 이러한 결과는 저농도에서는 OCR 내 특정 성분이 세포에 영양원으로 작용하거나 대사 활성을 촉진하여 성장을 유도했을 가능성을 시사한다. 서목태, 미강 및 미나리의 단일 시료를 처리한 결과 서목태와 미나리가 농도 의존적으로 균주의 성장을 촉진하였으며, 미강은 음성대조군보다 성장하였으나 농도 의존적으로 성장률이 감소하였다. 단일 시료 및 OCR의 농축액을 처리한 C. striatum은 농도 의존적으로 성장이 억제되고 있으며, 단일 시료를 처리한 것보다 OCR을 처리했을 때 유의적으로 항균력이 높은 것을 확인할 수 있었다. 최적 조성 함량으로 혼합된 서목태, 미강 및 미나리는 노인성 냄새를 유발하는 trans-2-nonenal을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 겨드랑이에서 냄새를 유발하는 C. jeikeium 및 C. striatum의 성장을 억제하는 것을 입증하였다. 이를 바탕으로 최적 조성 혼합물이 겨드랑이 체취 감소에 기여할 것으로 보인다.
Antibacterial activity of Seomoktae, rice bran, water parsley, and their mixture against odor-causing bacteria.
(A) Corynebacterium jeikeium, (B) C. striatum. NC, negative control (70% ethanol); OCR, optimal composition ratio of Seomoktae, rice bran, and water parsley. Data are presented as mean±standard deviation (n=3). Bars with different letters indicate significant differences (Duncan’s multiple range test).
5. 조성물을 활용한 비누의 피부임상시험
조성물을 활용하여 제조한 비누의 체취 개선 효과를 피부임상시험을 통해 확인하였다. 노인성 냄새 개선 및 인체에 존재하는 trans-2-nonenal의 실제 제거 효과를 밝히는 임상시험은 아직 활발히 진행되지 않아 제한적이다. 따라서 만 50-65세 대상자의 체취 개선에 대한 임상시험을 진행하여 실제 적용 가능성과 효능을 평가하고자 하였다. 평가는 OCR의 농축액을 첨가하지 않은 대조군 비누와 첨가한 시험군 비누를 비교하여 수행하였다. 만 50-65세의 시험 대상자 24명이 모집되었으며, 평균 연령은 56.29세였다. Sniff test 결과는 4.58±0.05의 체취 등급을 보였던 대상자가 대조군 비누를 1회 사용하고 나서 1.88±0.54 등급으로 낮아져 59.09%의 체취 개선율을 보였다. 시험군 비누는 4.46±0.51의 등급을 보인 대상자가 1회 사용 후 1.50±0.59를 나타내 66.36%의 개선율로 대조군 비누보다 유의미하게 높은 효과(p<0.05)를 보였다(Figure 5A, 5C). 냄새 측정 감지기인 POLFA 장비는 비침습적인 방법으로 향의 강도를 측정할 수 있는 장치로, 정량 평가가 가능하여 주관적인 판단으로 평가되는 sniff test의 결과를 보완할 수 있다(Kim, 2023). POLFA 장비로 측정한 체취 강도가 341.50±22.82이던 대상자가 1회 대조군 비누를 사용한 후 214.67±20.79를 보여 7.86%의 효과를 나타냈다(Figure 5B, 5C). 시험군 비누를 사용하기 전 341.17±22.40 이던 대상자가 사용 후 302.08±20.61의 강도를 나타내 11.46%의 체취 개선 효과가 있어 시험군 비누가 대조군 비누에 비해 유의적으로 효과가 높은 것을 확인하였다(p<0.001). Kim et al. (2024)의 연구에서도 sniff test와 냄새측정기를 활용하여, 천연 복합 성분이 함유된 세정 제품의 체취 개선 효과를 확인하였다. 그러나 본 연구는 체취의 주요 원인물질에 기반한 평가 설계를 바탕으로, 연령을 특정하여 설정하고 in vitro 검증부터 제품 적용, 피부임상시험에 이르기까지 전 과정에 걸친 통합적 연구 접근을 시도했다는 점에서 차별적인 의의를 지닌다. 이러한 결과는 실제 제형화 및 인체 적용 시험을 기반으로 체취 개선을 위한 복합 천연물 조성물의 실용 가능성을 입증하였다.
Clinical evaluation of body odor improvement with soaps formulated with the optimal composition.
(A) Comparison of body odor grades before and after soap use; (B) Comparison of body odor intensity before and after soap use; (C) Improvement rate for grade and intensity between the control and test groups. Data are presented as mean±standard deviation (n=3). ‡p<0.001 (one-sample t-test); *p<0.05; ***p<0.001 (repeated-measures ANOVA).
Conclusion
본 연구는 노인성 냄새의 주요 원인물질인 trans-2-nonenal의 제거 효능을 극대화하기 위해 서목태, 미강, 미나리의 최적 조성 함량(OCR)을 중심합성계획법에 따라 최적화하였으며, 이를 통해 유의한 2차 회귀 모델(R2=0.73, p<0.05)을 도출하였다. 서목태, 미강 및 미나리의 혼합 조성물에 대한 OCR은 각각 449.8 mg, 14.0 mg, 4.8 mg으로 설정되었다. OCR은 단일물에 비해 trans-2-nonenal 제거 활성이 유의미하게 증가(77.13±15.25%)하였으며, 가중평균 42.64% 대비 34.49% 향상된 시너지 효과를 확인하였다. 또한 OCR은 항산화(DPPH 43.41±1.34%, FRAP 48.32±1.42 μg/mL) 및 항균(C. jeikeium, C. striatum 성장 억제) 활성도 나타내고 있어 복합기능성 조성으로서의 가능성을 입증하였다. OCR을 활용한 비누의 피부임상시험 결과, sniff test 및 POLFA 장비 분석을 통해 대조군 대비 체취 개선 효과가 유의하게 우수함을 확인하였다. 다만, 본 연구의 임상시험은 규모가 제한적이었고 trans-2-nonenal의 직접적 제거 여부를 확인하지 못한 한계가 있으며, 체취 개선과 관련된 분자 수준의 기전도 규명하지 못하였다. 따라서 후속 연구에서는 임상시험을 통한 trans-2-nonenal의 정량 분석, 체취 원인물질의 대사 경로 및 피부 미생물과의 상호작용 규명, 그리고 더 큰 규모의 임상시험이 필요하다. 그럼에도 본 연구는 천연물 기반 복합 조성물의 기능성과 실용성을 입증한 점에서 중요한 의의를 가진다.
Notes
Acknowledgements
본 연구는 전주시 출연금 지원(과제명: 전주쥐눈이콩 활용 상품개발사업)에 의해 수행되었으며, 연구 결과는 「쥐눈이콩, 미강 및 미나리의 혼합 추출물을 유효성분으로 포함하는 노인 냄새 및 노네날 제거용 조성물」(출원번호: 10-2024-0167222)로 2024년 11월 21일 기준 특허 출원되었음을 밝힌다.
Author's contribution
K.H.B contributed to formal analysis, investigation, and writing original draft. S.E.A participated in resources preparation. K.S.Y contributed to project supervision, funding acquisition, and writing-review and editing. M.E.G contributed to project administration, conceptualization, and writing-review and editing. K.H.B wrote the manuscript with assistance from S.E.A, K.S.Y, and M.E.G.
Author details
Hyeonbin Kim (Assistant Researcher)/Eun Ah Shim (Associate Researcher)/Seon-Young Kim (Director)/Eun-Gyung Mun (Team Leader), Jeonju AgroBio-Materials Institute, 111-27, Wonjangdong-gil, Deokjin-gu, Jeonju-si, Jeonbuk-do 54810, Korea.