모발은 아름다움을 표현하는 중요한 신체 요소로서 현대인들은 다양한 헤어스타일링을 통해 자신만의 개성과 이미지를 표현하고 있다. 그러나 잦은 헤어스타일링은 모발의 손상을 유발하며 특히 염색이나 블리치, 펌 등을 주기적으로 할 때에는 손상의 정도가 더 심각해진다. 건강한 모발은 신체의 아름다움과 건강을 유지하기 위해 필수적이며 따라서 손상 모발의 보호 및 회복을 위한 노력이 필요하다. 현재 모발용 화장품 업계에는 손상 모발의 회복과 보호를 위한 다양한 제품들이 판매되고 있는데 그 중 토너 제형의 에센스는 헹굼 없이 사용할 수 있으며 착용감이 산뜻하여 널리 선호되고 있다.
본 연구는 완숙 복분자 (Rubus Occidentalis L.) 추출물을 활용한 헤어토너가 탈색으로 인해 손상된 모발의 회복에 미치는 영향을 조사하는데 목적을 두었으며 구체적으로 다음과 같은 연구 문제를 갖는다.
첫째, 완숙 복분자 (Rubus Occidentalis L.)의 에탄올 추출물의 농축액 5%, 10%, 15%를 첨가해 제조한 헤어 토너는 탈색으로 인해 손상된 모발의 회복에 기여하는가?
둘째, 선행 연구를 바탕으로 확인된 복분자의 생리 활성 성분 5종(Polyphenol, Vitamin B5, Vitamin B12, Flavonoid, Anthocyanin)의 표준물을 첨가해 제조한 헤어토너는 각각 탈색으로 인해 손상된 모발의 회복에 어떤 영향을 미치는가?
본 연구에서는 모발 손상을 유도하기 위해 미용 처리로 탈색을 대상으로 하고, 모발은 퍼머, 탈색, 펌 같은 화학적인 처리를 하지 않은 Virgin Hair로 제작한 헤어트레스를(Hair Tress)를 이용하였으며, 모발 화장품 제형은 헤어 토너를 연구 대상으로 하였다.
완숙 복분자(고창상희 복분자 농장)를 60℃ 온도에서 48시간 건조시켜 분쇄하여으며 파우더 5.5 g을 에탄올 70～75%(대정화금, 한국)을 이용하여 온도 85℃ Water Bath 상에서 Soxlet Extractor로 추출하고 회전농축기(BUCHI, Rotavapor R-300, Switzerland)를 이용해 감압 농축하였다. 농축한 추출물의 농도를 5%, 10%, 15%로 하여 헤어 토너 표준 레시피를 이용해 복분자 5%, 10%, 15% 토너를 제조하였다. 표준 활성분 토너는 Polyphenol, Vitamin B5, Vitamin B12, Flavonoid, Anthocyanin의 표준물 Gallic Acid, D-Panthenol, Vitamin B12, Rutin, Cyanin Chloride를 각각 첨가해 표준 활성분 헤어토너 5종을 동일한 레시피로 제조하였다.
복분자의 활성 성분 함량 및 아미노산 함량 측정을 위해서는 Methanol HPLC급(J. T. Baker, USA)을 추출 용매로 사용하였다.
모발 손상은 시중의 모발 탈색제를 이용하여 알칼리제인 1제와 산화제인 2제의 혼합 비율을 3:3으로 하여 혼합한 후 헤어 트레스(Bona Hair, Korea)를 바른 후에 Aluminum Foil에 감싸 30분씩 5회 반복 처리하였다. 모발의 손상 정도를 조사하기 위해 40일 동안 매일 1회씩 샴푸/복분자 토너를 0.8 mL, 또는 샴푸/활성 성분 토너(0.8 mL)를 Micropipet를 사용하여 반복 처리하고 10일 간격으로 다음과 같은 방법을 이용해 손상된 모발에 헤어 토너가 미치는 영향을 조사하였다.
-주사전자현미경(SEM, JSM-7800F)분석을 통한 모발의 외관 변화를 조사하였다.
-인장강도 시험기(MPT-320, TMI, Korea)모발의 강도 및 신도 변화를 조사하였다.
- 분광측색계(Color i5, X-rite, U.S.A.) 측정을 통한 모발의 색 변화 조사하였다.
- Shindai법과 Braford Protein Assay를 이용해 모발로부터 추출되는 단백질 양을 조사하였다
- Fluorescence Detector 및 UV Detector가 장착된 고속액체크로마토그라피(HPLC)(Ultimate 3000) 분석을 통해 모발의 아미노산 양 변화를 조사하였다.
- 고속액체크로마토그라피(HPLC)(Ultimate 3000)를 이용해 복분자에 함유된 Phenol, Flavonoid, 아미노산 함량을 조사하고 액체크로마토그래피-질량분석기(LC/MS)를 이용해 복분자에 함유된 Vitamin B 계열의 함량을 조사하였다.
이와 같은 실험을 하여 얻은 결과는 다음과 같다.
탈색한 모발을 매일 각각의 토너로 처리한 후 10일 간격으로 4회 측정한 결과이다. 주사전자현미경(SEM)을 관찰한 결과 Control 검정 모발은 모발 표면의 비늘이 가지런하고 규칙적으로 배열되어 있으며 손상되지 않았으나 탈색한 모발은 표면의 비늘이 들뜨거나 심하게 손상되어 표면이 뒤집어져 있거나 일부분이 녹아 없어졌다. 그러나, 본 연구에서 제조한 복분자 5%, 10%, 15% 복분자 토너 3개와 Polyphenol, Vitamin B5, Vitamin B12, Flavonoid, Anthocyanin를 사용해 제조한 표준 활성 성분 토너 5개를 각각 1일 1회 샴푸/토너 처리를 한 후에 주사전자현미경(SEM)으로 8개 토너를 처리한 모발의 표면을 관찰한 결과 10일∼20일 부터 다시 각질이 정리되고 깨끗하여 졌으며, 40일 째는 Control 검정 모발 만큼은 아니지만 깨끗하게 정리되었다.
모발의 인장 강도는 5회 탈색한 모발의 인장 강도와 신장률은 매우 낮았다. 복분자 토너 5%, 10%, 15% 3개 토너 처리한 모발과 표준 활성 토너 Polyphenol, Vitamin B5, Vitamin B12, Flavonoid, Anthocyanin 5개 토너를 처리한 모발은 10일∼20일에 인장 강도를 측정한 결과 강도와 신장률이 증가하였다. 30일에 측정한 강도와 신장률이 다소 감소하였지만 40일에 측정한 강도와 신장률이 다시 증가하였다. 전반적으로 탈색한 모발에 비해 토너를 처리한 모발 8개가 강도와 신도율이 증가하였다.
모발의 측색은 5회 탈색만 하고 토너처리를 하지 않은(0 Day) L* 값이 높았으나, 복분자 토너 3개와 표준 활성 성분 토너 5개를 처리한 모발은 토너의 색상으로 인해 점점 L* 값이 낮아졌고, a* 값 및 DE* 값은 탈색만한 모발의 (0 Day)에서 낮은 값이었으나, 10일∼40일 토너를 처리한 모발 측정 값은 미미하게 높아졌다. *b 값은 탈색만한 모발 (0 Day)에서 높은 값이었으나, 10일∼40일 토너 처리를 한 모발에서 값이 미미하게 낮아졌다. 표준 활성 토너 처리한 모발 5개의 색차는 모두 비슷한 값을 나타냈는데 a* 값은 탈색만한 모발 (0 Day)에 비해서 미미하게 높아졌다. 가장 큰 폭의 변화는 표준 활성 토너 중 Vitamin B12 처리한 모발로서 a* 값에서 큰 폭의 값으로 높아 졌는데 Vitamin B12 의 토너 색상이 붉은색이기 때문이다.
단백질 함량은 검정 모발 단백질 양이 183.53 ug/mL로 5회 탈색한 모발 218.48 ug/mL 값보다 단백질 양이 낮게 나왔다. 복분자 토너를 처리한 모발 3개와 표준 활성 토너를 처리한 모발 5개 총 8개 모발은 10일과∼20일에 측정한 단백질 값은 탈색 모발 보다 적은 양의 단백질 값이었으나, 30일∼40일 측정한 단백질 양은 탈색 모발 보다 더 높은 값의 단백질 양이었다. 특히 복분자 처리 모발 중에 15% 토너를 처리한 모발 단백질 값이 267.138 ug/mL로 표준 활성 토너처리 중 Polyphenol 토너를 처리한 모발 단백질 값이 236.87 ug/mL 으로 가장 증가한 단백질 양을 나타냈다.
복분자 추출액에서 아미노산중 Cystine과 Cysteic Acid은 검출되지 않았지만, 모발의 화장품 트리트먼트 소재 원료로 사용되는 아미노산 성분중 Glutamic Acid 47.33 ug/g, Serine 60.21 ug/g, Histidine 0.77 ug/g이 검출되었고, Proline 100.83 ug/g이 검출되었다. 40일 동안 복분자 토너 5%, 10%, 15% 3개와 표준 활성 성분 토너 Polyphenol, Vitamin B5, Vitamin B12, Flavonoid, Anthocyanin 5개 토너를 처리한 모발에서 검출된 아미노산은 Cysteic Acid, Glutamic Acid가 가장 많이 검출되었다.
복분자 표준 활성 성분의 함량은 Polyphenol 2999.250 mg GAE / 2999.250 g 이며, Flavonoid mg CE / 955.140 g 이며, Vitamin B5 ug / 0.357 mL Vitamin B12는 검출되지 않았다. 선행 연구에서 보고된 것과 같이 본 연구에 사용된 복분자 표준 활성 성분에서도 Polyphenol과 Flavonoid 함량이 가장 많이 검출되었다.
본 연구에서 제시한 완숙 복분자 추출물은 손상 모발에 추가적인 손상을 방지하고 손상된 모발 회복에 영향을 미치며 복분자 함량에 상관성 없이 적은 양에서도 효능이 있어 화장품 제조시 원가비 절약으로 화장품 소재로 매우 적절하며 표준 활성 성분 중 가장 손상 모발에 효능이 있는 성분은 Polyphenol, Flavonoid라고 판단된다.

Hair is an important body feature in expressing beauty and modern people express their own personality and image through various hair styling. However, frequent hair styling can cause hair damage, especially when hair styling such as dyeing, bleaching, or permanent wave is performed periodically. Healthy hair is essential in maintaining the beauty and health of the body and therefore efforts are needed to protect and restore damaged hair. Currently, a variety of products for the recovery and protection of damaged hair are being sold in the hair cosmetics market. Among them, hair essence in toner form can be used without rinsing the hair, and it is widely preferred because it is comfortable and convenient to apply on hair.
The extract used in this study is Bokbunja (Rubus Occidentalis Miq.). This study investigates the effects of utilizing the hair toner using Bokbunja extract on damaged hair specifically due to bleaching. This study dealt with the following research questions:
First, does the hair toner comprising 5%, 10%, 15% concentrates of ripe Bokbunja (Rubus Occidentalis Miq.) extracted by ethanol contribute to the recovery of damaged hair due to decolorizing?
Second, does the hair toners comprising each of the five major physiologically active components of Bokbunja (Polyphenol, Vitamin B5, Vitamin B12, Flavonoid, Anthocyanin), which were selected based on the literature review, help recover hair damaged due to decolorizing?
Methods
To measure the physiologically active components of Bokbunja and its amino acid composition Bokbunja powder was extracted using HPLC grade methanol (JT Baker, USA). To prepare Bokbunja toner, 5.5 g of the Bokbunja powder was extracted with 70 ~ 75% ethanol (purified water, Korea) at a temperature of 85℃ in a water bath, and concentrated with a rotary evaporator (BUCHI, Rotavapor R-300, Switzerland). Bokbunja hair toners were prepared using three different concentrations (5%, 10%, 15%) of Bokbunja extract using the standard procedures of hair toner production. Same procedure was used to prepare the standard physiologically active toners using 0.58% concentration of Polyphenol, Vitamin B5, Vitamin B12, and 0.02% concentration of Flavonoid and Anthocyanin.
Commercially available hair decolorizer was used to induce the hair damage. Equal amount of Part I alkali agent (3 g) and Part II oxidizing agent (3 g) were mixed and applied on hair tresses (Bona Hair, Korea) and left for 30 Minutes for reaction to occur. This process was repeated 5 times to obtain the final damaged hair. To investigate the effect of hair toner on the recovery of damaged hair shampoo/Bokbunja toner (0.8 mL) or shampoo/Standard active ingredient toner (0.8 mL) treatment was repeated once a day for 40 days. For d every 10 days the effect of hair toners were examined using the following procedures
- The change of surface appearance of hair was examined using the Scanning Electron Microscope (SEM, JSM-7800F).
- Tensile strength of single hair fiber was measured using the Tensile Strength Ttester (MPT-320, TMI, Korea).
- The color change of the hair was measured using the Spectrophotometer (Color i5, X-rite, U.S.A.).
- The amount of protein extracted from hair was measured using the Shindai method and the Bradford protein assay.
- Changes in the amount of Amino Acids in hair were investigated using the High Performance Liquid Chromatography (HPLC) (Ultimate 3000) equipped with a Fluorescence detector and a UV detector.
- Physiologically active components of Bokbunja such as Total phenol, Total flavonoid, Vitamin B content, and Amino Acid content were carried out using the High Performance Liquid Chromatography (HPLC) (Ultimate 3000) equipped with a Fluorescence detector and a UV detector.
Results
The results obtained from these experiments are as follows.
The results of scanning electron microscope (SEM)of black hair (standard) was scratched and regularly arranged, but not damaged. But decolorized hair was scratched and surface was severely damaged, inverted or partially melted. After treating the hair with 5%, 10%, and 15% Bokbunja toners prepared in this study and five physiologically active toners, Polyphenol, Vitamin B5, Vitamin B12, Flavonoid, and Anthocyanin toners, the surface of hair examined by Scanning electron microscope showed cleaner surface compared to the decolorized hair by smoothed cuticles due to the desquamation of loose and damaged cuticle edges.
Tensile strength and elongation of hair was very low for decolorized hair. After treating the decolorized hair with Bokbunja 5%, 10%, 15% toners for 40 days the tensile strength increased. The tensile strength and elongation of the hair treated with five physiologically active toners, Polyphenols, Vitamin B5, Vitamin B12, Flavonoid, and Anthocyanin, increased after 40 days of toner treatment.
The L* values were high for decolorized hair that had not undergone toner treatment (0 Day), but hair treated with five physiologically active toners showed decreased L* value and this was due to the inherent color of the toner prepared in the study. Hair treated with Vitamin B12 toner increased in a* value dramatically due to the color of Vitamin B12 toner.
Protein content was low in decolorized hair (183.53 ug/mL) as compared to standard black hair (218.48 ug/mL). Three hair tresses were treated with Bokbunja toner and five hair tresses treated with physiologically active toners. After 40 days of toner treatment, all the hair tresses increased in the protein content measured by the Bradford protein assay. Particularly, the amount of hair protein treated with 15% toner was 267.138 ug/mL and the amount of protein treated with Polyphenol toner was 236.87 ug/mL.
Cystine and Cysteic Acid were not detected in the Bokbunja extract. However, amino acids such as Aspartic Acid 16.44 ug/g, Glutamic Acid 47.33 ug/g, Valine 13.77 ug/g, Isoleucine 5.43 ug/g, Leucine 14.86 ug/g were detected. As examined by the HPLC analysis, Total Phenolic compound contained in the Bokbunja methanolic extract contained 2999.250 ug(GAE)/mL and Total Flavonoid containd in the Bokbunja methanolic extract was 955.140 ug(CE)/mL. The extract also contained 0.357 ug/mL of Vitamin B5.
Hair treated with Bokbunja 5%, 10%, 15% toners for 40 days increased in Aspartic acid, Glutamic acid, Valine, Isoleucine, and Leucine compared to the decolorized hair not treated with hair toner. Hair treated with physiologically acitive toners for 40 days increased in almost all amino acids including Cysteic acid, Aspartic acid, Glutamic acid, Threonine, Arginine, Valine, Leucine. Among the hair treated with physiologically active toners the hair treated with Polyphenol toner and Flavonoid toner showed the highest increase in the amino acid content compared to the decolorized hair not treated with hair toner.
To conclude, the ripe Bokbunja extract proposed in this study prevented further damage to already damaged hair, affect damaged hair recovery, and is effective at low doses independent of bokbunja content, thus saving cost in manufacturing cosmetics and thus suitable as a cosmetic ingredient. It is suggested that the increase in overall protein content measured by the Bradford protein assay and the increase in amino acid content of the hair treated by Bokbunja toners were due to the adsorption of amino acids in Bokbunja material. Among the physiologically active component contained in Bokbunja, the the most effective component in recovering damaged hair is Polyphenol, Flavonoid.