본 시험에서 사용한 찔레꽃 (Rosa multiflora Thunb.)은 2017년 5월 전라북도 남원시 송동면 일대에서 직접 채취하여 사용하였으며, 꽃을 포함한 지상부를 사용하였다. 채취한 찔레 꽃은 40℃에서 72 시간 건조 (LD9013, L’EQUIP Co., Seoul, Korea)한 후 4℃에서 보관하면서 실험에 사용하였다.

건조된 찔레꽃을 분쇄기 (HMF-3600TG, Hanil Electric, Wonju, Korea)를 이용하여 분쇄한 후 100 g에 50% 에탄올 2ℓ를 혼합하고 80℃에서 4 시간동안 추출하였다. 추출물은 부직포와 종이여과지를 이용하여 2 회 여과하였으며, 여과된 추출물은 감압농축기 (R-100, BUCHI, Flawil, Switzerland)를 이용하여 50℃에서 농축하고, 동결건조기 (MCFD8508, IlshinBiobase Co., Dongducheon, Korea)를 이용하여 동결 건 조하여 분석용 시료로 사용하였다.

2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) 라디칼 소거 활성은 Blois법 (Blois, 1958)을 변형하여 측정하였다. 일정 농도로 희 석한 시료 100㎕에 0.2 mM DPPH (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 용액 400㎕와 에탄올 100㎕를 혼합하여 실온에서 30 분간 반응시킨 후 ELISA reader (Spark 10M, Tecan, Mannedorf, Switzerland)를 사용하여 517㎚에서 측정 하였다.

DPPH의 흡광도가 50% 감소할 때 나타나는 시료의 농도 (SC₅₀)를 구하였으며, 각 시료는 3 회 반복실험을 실시하였다. 이때 L-ascorbic acid (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 양성대조구로 사용하였다.

DPPH라디칼 소거활성 (%) = [(1 - (시료첨가군의흡광도/무첨가군의 흡광도)] × 100

찔레꽃 에탄올 추출물의 polyphenol 함량은 Folin-Denis의 방법 (Folin and Dennis, 1912)을 변형하여 측정하였다. 일정 농도로 희석한 시료 80㎕에 1N Folin-Ciocalteu’s phenol reagent (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 20㎕를 혼합하고 실온에서 5 분간 반응시켰다. 반응용액에 2% Na2CO3 (Daejung Chemicals and Metals Co., Ltd., Siheung, Korea) 100㎕를 혼합하여 실온에서 30 분간 반응시 킨 후 750㎚에서 측정하였다.

표준물질로 tannic acid (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 사용하였으며 시료와 동일한 방법으로 측정하여 얻은 검량선으로부터 총 polyphenol 함량을 산출하였다.

찔레꽃 에탄올 추출물의 총 flavonoid 함량은 Kang 등 (1996)의 방법을 변형하여 측정하였다. 일정 농도로 희석한 시 료 10㎕에 diethylene glycol (Daejung Chemicals and Metals Co., Ltd., Siheung, Korea) 100㎕와 1N NaOH 10㎕를 혼합하여 37℃에서 1 시간 동안 반응시킨 후 ELISA reader를 사용하여 420㎚에서 측정하였다. 표준물질로 kaempferol (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 사 용하였으며 시료와 동일한 방법으로 측정하여 얻은 검량선으 로부터 총 flavonoid 함량을 산출하였다.

찔레꽃 에탄올 추출물의 phenolic compounds 함량 분석은 High performance liquid chromatography (e2695 system, Waters, Milford, MA, USA)를 이용하여 함량을 분석하였다.

시료 10㎎ 또는 표준품 1㎎을 취하여 50% 에탄올 1㎖ 에 용해하였고, 시료 10㎕를 HPLC에 주입하고 0.8㎖/min 속도로 분석하였다. 이동상으로는 water (0.1% formic acid)와 acetonitrile (0.1% formic acid)를 사용하였고, column은 Shim-pack VP-ODS (4.6㎜ × 250㎜, 5㎛) (Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 흡광도 280㎚에서 분석하였다.

표준품은 gallic acid, protocatechuic acid, chlorogenic acid, methyl gallate, caffeic acid, syringic acid, coumaric acid, ferulic acid, astragalin, quercitrin, rosmarinic acid, myricetin, luteolin, quercetin, apigenin, kaempferol, hesperetin (Sigma- Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)을 이용하였다.

찔레꽃 에탄올 추출물의 항균활성은 Davision 과 Parish, (1989)에 따라 실험하였으며, 공시 균주는 S. aureus KCTC 1916, E. coli KCTC 2571과 C. albicans KCTC 7965를 한 국생명공학연구원 생물자원센터로부터 제공받아 사용하였다.

균주 배양을 위한 배지로는 tryptic soy agar와 yeast mold agar를 Difco Laboratories (Detroit, MI, USA)에서 구입하여 사용하였다.

찔레꽃 에탄올 추출물의 항균활성을 확인하기 위하여 disc diffusion assay를 수행하였다. 각각의 균주를 고체배지에 도말 하고, 멸균된 8㎜ paper disc에 농도별로 희석된 찔레꽃 에탄 올 추출물을 20㎕ 점적하여 건조하고 S. aureus와 E. coli는 37℃에서 C. albicans는 25℃에서 배양하면서 paper disk 주 위에 생성된 저해환의 유무로 항균활성을 확인하였다. 양성대 조군으로 S. aureus와 E. coli는 0.01% tetracycline (Sigma- Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)을 C. albicans는 0.25% ketoconazole (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)을 사용하였다.

Challenge test는 미국화장품협회 (Cosmetics, Toilety, and Fragrance Association, CTFA)의 방법을 변형하여 수행하였다 (Farrinton et al., 1994).

방부효과 측정은 방부제를 첨가하지 않은 수딩젤을 제조하 여 실험에 사용하였으며 방부제 무첨가군, 5% 찔레 추출물 첨 가군, 10% 찔레 추출물 첨가군, 2% 1,2-hexanediol 첨가군 (positive control)으로 나누어 실험하였다.

100 g의 멸균된 유리용기에 제조한 화장품 50 g를 넣고 세 균 S. aureus 1.0 × 10⁶ CFU/㎖를 E. coli는 2.8 × 10⁷ CFU/㎖ 를 접종하고, 진균 C. albicans 2.5 × 105 CFU/㎖를 접종하여 7 일 이내에 처음 접종 균수의 99.9%가 사멸하고 그 후 28 일째까지 증식하지 않으면 방부제로서의 유효성을 인정하 였다. 균수 측정은 건조배지필름 (3M, St. Paul, MN, USA) 을 이용하였다. 세균과 진균을 접종한 화장품에서 1㎖를 취 하여 9㎖의 멸균 희석수에 용해한 뒤 S. aureus와 E. coli는 세균용 petri film에, C. albicans는 효모 및 곰팡이류 petri film에 각각 점적하고 고정시킨 후 세균은 37℃에서 배양하고 진균은 25℃에서 배양한 후 균의 발현 유무와 균수를 측정하 였다.

모든 분석 자료는 평균 ±표준오차 (Mean ± SD)로 나타내었 으며 실험결과는 GraphPad InStat software (San Diego, CA, USA)를 이용하였다. 각 군 간의 측정치 비교는 Oneway analysis of variance (ANOVA)를 시행한 후 Tukeykramer multiple comparisons test 방법을 이용하여 유의성을 5% 수준에서 검정하였다 (p < 0.05).

DPPH는 라디칼 상태에서 phenolic compound와 같이 수소 나 전자를 제공해주는 전자공여체와 반응하면 전자나 hydrogen radical을 받아 phenoxy radical을 생성하게 되어 안 정한 분자로 전환되며 환원될 때 탈색이 되는 특성을 가지고 있다 (Jung et al., 2008). 자색의 DPPH의 색이 탈색되는 정 도에 따라 물질의 항산화활성을 나타내는 방법으로 비교적 간 단하여 여러 시료로부터 항산화 활성을 탐색할 때 유용하다.

본 연구에서 찔레꽃 (Rosa multiflora Thunb.) 에탄올 추출 물의 DPPH 라디칼 소거활성을 Fig. 1에 나타내었다. 찔레꽃 에탄올 추출물을 31.25㎍/㎖부터 500㎍/㎖까지 측정한 결과 13.3 - 84.09%의 라디칼 소거활성을 보였으며, 250㎍/㎖이상 농도에서 80% 이상의 우수한 라디칼 소거활성을 나타냈다. 또 한, 찔레꽃 에탄올 추출물의 DPPH 라디칼을 50% 소거하는데 필요한 시료의 농도 (SC₅₀)로 나타낸 결과 123.1㎍/㎖로 나 타났으며, 양성대조군인 L-ascorbic acid의 SC₅₀은 27.5㎍/㎖ 로 나타났다 (Fig. 1).

Fig. 1  DPPH radical scavenging activity of ethanol extract of Rosa multiflora.

Mean values ± SD from triplicate separated experiments are shown. *Means within a column followed by the same letter are not significant based on the Tukey-kramer multiple comparisons test (***p < 0.001). RME; ethanol extract of Rosa multiflora. Ascorbic acid was used as a positive control.

찔레꽃과 진달래꽃 추출물에서 caffeic acid, chlorogenic acid, coumaric acid, quercetin 등의 페놀 화합물들이 보고되 었으며, 이러한 페놀 화합물들은 라디칼 소거활성이 높은 것 으로 알려져 있다. (Chung et al., 1996; Kadoma and Fujisawa, 2008; Cho, 2013).

한편, 찔레꽃 용매별 항산화 활성을 연구한 결과와 비교해 보면 에탄올 추출물의 SC₅₀값은 145.85㎍/㎖으로 본 연구결 과와 유사한 수치를 보였다 (Yeo et al., 2014). 진달래꽃의 DPPH 저해 활성을 연구한 결과와 비교해보면 진달래꽃 에탄 올 추출물의 SC₅₀값이 257㎍/㎖으로 본 연구결과 보다 낮은 활성을 보였다 (Lee et al., 2005).

Polyphenol은 식물계에 널리 분포되어 있는 2차 대사산물로 다수의 hydroxyl기가 존재하여 여러 화합물들과 쉽게 결합하 는 특성을 가지고 있어 항산화 활성 및 다양한 생리활성에 관 여하는 것으로 알려져 있다 (Lu and Foo, 2000; Ferreres et al., 2009).

Polyphenol류의 한 종류인 flavonoid는 자연계에 널리 분포 하고 있으며 polyphenol과 같이 식물의 잎, 꽃, 과실, 줄기 및 뿌리 등 거의 모든 부위에 함유되어 있다 (Hetog et al., 1993). flavonoid는 세포손상을 초래하는 free radical을 효과적 으로 제거하여 항산화 활성이 높다고 알려져 있으며 (Heim et al., 2002), 항암 및 항균활성 등 다양한 생리활성을 가지는 것 으로 알려져 있다 (Manach et al., 2005; Ryu et al., 2010).

찔레꽃 에탄올 추출물의 총 polyphenol과 flavonoid 함량 측정결과를 Table 1에 나타내었다. 찔레꽃 에탄올 추출물의 총 polyphenol과 flavonoid 함량이 각각 202 ± 0.01㎎/g, 86.77 ± 0.06㎎/g으로 나타났다 (Table 1). 이는 Yeo 등 (2014)이 연구한 찔레꽃의 꽃잎 에탄올 추출물의 polyphenol과 flavonoid 함량은 37.834㎎/g, 42.68㎎/g으로 본 연구결과와 는 상이한 결과를 보였다. 이러한 차이는 찔레꽃의 추출부위 차이에 의한 것으로 추측된다. 또한 Im 과 Lee (2011)의 흰 민들레 에탄올 추출물의 polyphenol 함량 238.59㎎/g과 유사 할 정도의 높은 수준을 보였다. Kim 등 (2012a)의 연구결과 와 비교하면 polyphenol과 flavonoid 함량이 가장 높은 비수 리 추출물은 각각 228.9㎎/g, 90.15㎎/g으로 본 연구결과와 유사한 수치를 보였다.

한편, 찔레꽃 에탄올추출물에 대한 페놀 화합물을 분석한 결 과는 Fig. 2에 나타내었다. 주요 페놀 화합물 중 astragalin 33.6 ± 0.07㎎/g으로 가장 높았으며, gallic acid 3.5 ± 0.02㎎/ g으로 분석되었다 (Fig. 2). 이는 찔레꽃의 꽃잎에서 astragalin 을 분리 규명한 연구보고서와 일치하는 결과이다 (Aritomi, 1962).

Fig. 2  Phenolic compound of HPLC chromatogram of standards (A) and ethanol ectract of Rosa multiflora (B).

Peak 1; gallic acid, peak 2; protocatechuic acid, peak 3; chlorogenic acid, peak 4; methyl gallate, peak 5; caffeic acid, peak 6; syringic acid, peak 7; coumaric acid, peak 8; ferulic acid, peak 9; astragalin, peak 10; quercitrin, peak 11; rosmarinic acid, peak 12; myricetin, peak 13; luteolin, peak 14; quercetin, peak 15; apigenin, peak 16; kaempferol and peak 17; hesperetin. Pannel indicated by arrow line is UV spectrum of astragalin.

피부에 존재하면서 피부병을 유발하는 S. aureus, E. coli, C. albicans에 대한 찔레꽃 에탄올 추출물의 항균활성을 측정 한 결과 Fig. 3에 나타내었다.

Fig. 3  Antimicrobial activity of various concentration ethanol extract from Rosa multiflora by disc diffusion assay.

A; S. aureus, B; E. coli, C; C. albicans, 1; 5%, 2; 2.5%, 3; 1.0%, 4; 0.5%, 5; 0.25%, 6; astragalin (0.1%) and 7; tetracycline/ ketoconazole (positive control).

S. aureus과 E. coli에서는 높은 항균효과를 보였지만 C. albicans에서는 항균활성을 보이지 않았다. 또한, 페놀 화합물 분석결과 주성분이었던 astragalin을 0.1% 처리한 결과 S. aureus, E. coli, C. albicans 모두에서 항균활성을 보였다. 이 는 astragalin을 다량 함유한 나도산마늘 (Allium ursinum), 털 마삭줄 (Trachelospermum jasminoides), 잣나무 (Pinus koraiensis) 잎 등의 추출물에서 높은 항균활성을 보고한바 있 다 (Hosoi et al., 2006; Ivanova et al., 2009; Kim et al., 2010). 또한 gallic acid의 P. aeruginosa, E. coli, S. aureus, Listeria monocytogenes에 대한 항균활성이 보고된바 있다 (Borges et al., 2013).

이상의 연구결과로부터 찔레꽃 에탄올 추출물에 다량 함유 된 astragalin과 gallic acid에 의해 높은 항균활성이 나타났을 것으로 생각된다. 찔레꽃 에탄올 추출물은 S. aureus와 E. coli에 대하여 추출물 농도는 각각 5 - 0.5%, 5 - 1.0%에서 항 균활성을 보였고, S. aureus에서 더 높은 항균활성을 보였다.

찔레꽃 에탄올추출물의 S. aureus, M. furfur, C. albicans, P. aeruginosa, P. acnes에 대한 항균활성을 연구한 보고와 비 교해볼 때 S. aureus에서는 항균활성을 보인 반면 C. albicans에서는 항균활성을 보이지 않은 연구결과와 일치하였 다 (Cha et al., 2008). 하지만, 찔레꽃의 꽃잎 에탄올추출물과 메탄올추출물의 E. coli에 대한 항균활성이 미비하다는 연구결 과와는 상이한 결과를 보였다 (Kim, 2015).

CTFA 기준에 따라 찔레꽃 에탄올추출물의 방부효과를 측정 한 결과 Fig. 4에 나타내었다. 방부제를 첨가하지 않는 대조군 (control), 2% 1,2-hexanediol 첨가한 군 (positive control), 5% 찔레 에탄올추출물 첨가군, 10% 찔레 에탄올추출물 첨가 군으로 나누어 실험을 진행하였으며 CTFA 기준에 따라 7 일 이내에 처음 접종 균수의 99.9%가 사멸하고 그 후 28 일째 까지 증식하지 않으면 방부제로서의 유효성을 인정하였다 (Fig. 4).

Fig. 4  Preservative effect of extracts of Rosa multiflora against bacteria and fungi.

A; S. aureus, B; E. coli, C; C. albicans, control; unpreserved, positive control; 2% 1,2- hexanediol, 5% RME; 5% ethanol extract of Rosa multiflora, 10% RME; 10% ethanol extract of Rosa multiflora.

S. aureus는 초기 접종량 1.0 × 10⁶CFU/㎖이었으며 control 군에서는 28 일까지 균이 계속 증식하고 있었으나 2% 1,2- hexanediol 첨가군, 5% 찔레꽃 에탄올추출물 첨가군 및 10% 찔레꽃 에탄올추출물 첨가군에서는 7 일 후 100% 사멸율을 보였으며 28 일까지 유지되어 CTFA 기준을 만족하였다. E. coli는 초기 접종량 2.8 × 10⁷ CFU/㎖ 이었으며 control군에서 는 28 일까지 균이 계속 증식하고 생존하고 있음을 확인할 수 있었다 (Fig. 4).

5% 와 10% 찔레꽃 에탄올추출물에서는 7 일 후 99.9% 사멸율을 보였으며 14 일 후 100% 사멸율을 보였고 28 일까 지 유지하여 CTFA 기준을 만족하였다. C. albicans는 초기 접종량 2.5 × 105 CFU/㎖이었으며 control군에서는 28 일까지 균이 계속 증식하고 생존하고 있음을 확인할 수 있었으며 5% 찔레꽃 에탄올추출물 첨가군은 7 일 후 99.9% 사멸율을 보였으며 21 일 후 100% 사멸율을 보였고 28 일까지 유지 되었다. 2% 1,2-hexanediol 첨가군과 10% 찔레꽃 에탄올추출 물 첨가군에서는 7 일 후 100% 사멸율을 보였으며 28 일까 지 유지되어 CTFA 기준을 만족하는 결과를 보였다.

찔레꽃 에탄올 추출물은 5 - 10% 농도에서 S. aureus, E. coli, C. albicans에 대한 방부효과가 있음을 확인할 수 있었으 며 positive control인 1,2-hexanediol과도 유사한 방부효과를 나타내어 천연방부제로서의 개발가능성을 확인하였다.

이상의 결과에서 찔레꽃 에탄올추출물은 높은 polyphenol 함량을 바탕으로 높은 DPPH 라디칼 소거활성을 보이는 것으 로 확인되었으며, HPLC를 통해 페놀 화합물을 분석한 결과 astragalin과 gallic acid가 분석되었다. 피부 상재균인 S. aureus, E. coli, C. albicans에 대한 항균활성과 방부효과를 측정한 결과 S. aureus와 E. coli에서 높은 항균활성을 보였으 며, 5%와 10% 찔레 에탄올추출물을 첨가한 화장품 제형에서 7 일 후 99.9%의 사멸율을 보였고 28 일까지 유지되어 CTFA 기준을 만족하는 결과를 보였다.

본 연구결과를 통해 찔레꽃을 활용한 기능성 화장품 소재 및 천연방부제로서의 개발가능성이 있을 것으로 기대된다.