본 연구는 자색당근(Daucus carota L. ssp. sativus var. atrorubens Alef.) 초임계 이산화탄소 추출물의 천연 화장품소재로서의 활용 가능성을 확인하고자 실시하였다.
자색당근은 목련강(Magnoliopsida) 미나리과(Apiaceae) 당근속(Daucus)에 속하는 식물로 중앙아시아에서 3,000년 전부터 재배되어온 뿌리채소로 척박한 고산지대에서도 잘 자생하나 온도에 민감하여 영상 2∼4도를 유지하여야만 잘 자란다. 우리나라의 경우 주황색 당근만 주로 재배되었으나, 최근 경기 남부 지역의 질 좋은 토양과 기후환경이 적합하여 직접 재배되고 있다. 당근의 효능 및 성분에 관한 선행연구는 다수 존재하나, 자색당근에 관련된 선행연구로는 식재료나 식품의 연구에만 미치는자색당근을 첨가한 패티의 가열 손실율 연구, 자색당근 건조방법에 따른 항산화 함량 연구, 조리방법에 따른 자색당근 품질 및 항산화 연구 등 식품 관련 학회에서 발표한 연구가 주를 이루고 있으며, 그 외에 자색당근의 대장염, 비만 및 대장암 억제 효과에 관한 연구 등 의학 연구가 발표되었으나 아직 미용분야 특히 화장품에 관련하여 발표된 논문이 거의 존재하지 않는다. 따라서 본 연구는 선행연구를 기반으로 하여 자색당근 초임계이산화탄소 추출물의 기능성 화장품 소재로서의 가능성을 확인하고자 항산화, 항염, 수렴, 항주름, 함습 효능을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1. 건조된 자색당근 시료 150.7g을 초임계 이산화탄소 추출(Supercritical Fluid Extraction) 장치를 이용하여 온도 40℃, 압력 400 bar, 보조용매 유속 0.7 ml/min, 분리조의 온도 25℃, 압력 50 bar, CO₂유속 20 ml/min 등 조건에서 필요성분을 추출하여 냉각기 5℃에서 성분을 분리하여 최종 1.525 g을 얻었으며, 추출 수율은 1.007%로 확인되었다.
2. 항산화 효능을 확인하기 위하여 DPPH assay, ABTS assay, FRAP assay, Total Polyphenol Contents 네 가지 방법으로 진행하였으며, 모든 실험에서 자색당근 추출물의 농도 의존적으로 항산화 활성이 증가하는 것을 확인하였다.
3. 세포독성평가를 위해 쥐의 대식세포인 RAW 264.7 cell 과 인간 섬유아세포인 NHDF cell을 대상으로 MTT assay를 진행하였다. 각 LPS, TNF-α로 염증 반응을 유도한 후 자색당근 초임계이산화탄소 추출물을 농도별로 처리하여 세포 생존율을 확인한 결과, 세포독성이 거의 없음을 확인하였다.
4. 항염 효능을 확인하기 위하여 RAW 264.7 cell에 NO, TNF-α, IL-6 Griess reagent assay, COX-2 western blot을 시행한 결과, 자색당근 초임계이산화탄소추출물의 농도 의존적으로 NO, TNF-α, IL-6의 분비량 및 COX-2의 발현 정도가 감소함을 확인하였다. 따라서, 피부 염증성 화장품 소재로서의 가능성을 확인하였다.
5. 수렴 효능을 확인하기 위하여 Astringent assay를 시행한 결과, 자색당근 초임계 이산화탄소 추출물의 활성도가 대조군으로 사용한 AA(ascorbic acid) 및 GA(gallic acid)보다 높게 나타나 지성피부용 화장품 첨가물서의 활용 가능성이 기대된다.
6. 항주름 효능을 확인하기 위하여 P1P, MMP-1을 사용하여 Western blot을 시행한 결과, 자색당근 초임계 이산화탄소 추출물이 처리 후 세포 내 collagen mRNA 유전자 발현 수준이 증가함을 확인하였고, 콜라겐 단백질 분해효소인 MMP-1이 자색당근 추출물 농도 의존적으로 저해됨을 확인하였다. 따라서, 주름생성을 지연시킬 수 있는 기능성화장품 소재로서의 가능성이 높을 것으로 기대된다.
7. 함습 효능을 확인하기 위해 사람의 섬유아세포(NHDF cell)에 AQP-3 단백질을 사용하여 Western blot을 시행한 결과 자색당근 초임계이산화탄소추출물에 의한 AQP-3의 단백질 함습 효능 수준이 농도 의존적으로 증가 하였으며 AQP-3의 합성 촉진 효과가 나타나는 것을 확인 하였다. 이에 수분함량을 증가시키고 수분공급에 영향을 미치는 것으로 함습 화장품으로서의 가능성을 확인하였다.
이와 같은 결과로 자색당근 초임계 이산화탄소 추출물의 화장품 소재로서의 안전성을 확인하였고, 항산화, 항염, 수렴 및 항주름, 함습 활성이 모든 실험에서 효과적인 것으로 확인되었다. 이에 자색당근 초임계 이산화탄소 추출물은 천연화장품 소재로서의 생리활성 성분의 활용 가능성이 화장품 및 뷰티 미용 산업 전반에 걸쳐 무한한 가능성이 확인되어 향후 연구 가치가 높을 것으로 기대된다.

A Study on Physiological Activity of Black Carrot Extract as a Natural Cosmetic Material using Supercritical Fluid Extraction Method

This study was conducted to indentify the applicability of supercritical CO2 extract of black carrot (Daucus carota L. ssp. sativus var. atrorubens Alef) as a natural cosmetic material.
Black carrots are plants belonging to the genus Daucus of the Magnoliopsida Apiaceae family which is a root vegetable that has been cultivated in Central Asia for 3,000 years and grows well even in barren alpine regions, but it is sensitive to temperature and grows well only when it is maintained at 2 to 4 degrees above zero. In Korea, only orange carrots were mainly grown, but recently, they are cultivated directly because of the suitable quality soil and climate environment in the southern part of Gyeonggi-do. There are a number of preceding studies on the efficacy and ingredients of carrots, but most of the preceding studies relates to black carrot includes a study on the heating loss rate of patties with black carrots that affect only the study of food ingredients or foods, an antioxidant content study according to the black carrot drying method, a study on the quality of black carrots and antioxidants according to the recipe, and most of them are studies published by food-related conferences.
In addition, medical studies such as studies on the suppression effect of black carrots on colitis, obesity and colorectal cancer have been published, but there are only few papers published in the beauty field, especially cosmetics. Therefore, based on preceding studies, this study evaluated the antioxidant, anti-inflammatory, astringent, anti-wrinkle, and moisturizing effects to confirm the possibility of black carrot supercritical CO2 extract as a functional cosmetic material.
1. Using supercritical fluid extraction device, 150.7g of the dried black carrot sample was taken by extracting necessary ingredient under conditions such as temperature 40°C, pressure 400bar, auxiliary solvent flow rate 0.7 ml/min, separation tank temperature 25°C, pressure 50bar, CO2 flow rate 20 ml/min, etc. and the final 1.525 g was obtained by separating the ingredients from the cooler 5°C, and the extraction yield was confirmed to be 1.007%.
2. In order to confirm the antioxidant effect, four methods were conducted: DPPH assay, ABTS assay, FRAP assay, and Total Polyphenol Contents, and it was confirmed that antioxidant activity increased in a concentration-dependent of black carrot extract in all experiments.
3. For cytotoxicity evaluation, MTT assay was performed on RAW 264.7 cells, which are macrophages in mice, and NHDF cells, which are human fibroblasts. As a result of checking the cell viability by treating black carrot supercritical CO2 extract by concentration after inducing an inflammatory response with each LPS and TNF-α, it was confirmed that there is almost no cytotoxicity.
4. As a result of performing NO, TNF-α, IL-6 Griess reagent assay, and COX-2 western blot on RAW 264.7 cells to confirm the anti-inflammatory effect, it was confirmed that the secretion amount of NO, TNF-α, IL-6 and the expression level of COX-2 decreased in a concentration-dependent of black carrot supercritical CO2 extract.
5. As a result of performing Astringent asset to confirm the astringent effect, the activity of black carrot supercritical CO2 extract showed higher than that of AA (ascorbic acid) and GA (gallic acid) used as controls, so it is expected the applicability as cosmetic additives for oily skin.
6. As a result of Western blot using P1P and MMP-1 to confirm anti-wrinkle effect, it was confirmed that the level of collagen mRNA gene expression in cells increased after treatment of black carrot supercritical CO2 extract, and that MMP-1, a protease, decreased in a concentration-dependent of black carrot extract. Therefore, it is expected to have high applicability as a functional cosmetic material that can delay wrinkle formation.
7. As a result of performing Western blot using AQP-3 protein in human fibroblasts (NHDF cells) to confirm moisturizing effect, it was confirmed that the level of AQP-3 protein-moisturizing effect increased in a concentration-dependent of black carrot supercritical CO2 extract and it has the effect of promoting the synthesis of AQP-3. Therefore, since this increases the moisture content and affects the moisture supply, the applicability as a moisture moisturizing cosmetic was confirmed.
Based on the results of this study, the safety of black carrot supercritical CO2 extract as a cosmetic material was confirmed, and the antioxidant, anti-inflammatory, astringent, anti-wrinkle, and moisturizing activity were confirmed to be effective in all experiments. Therefore, the black carrot supercritical CO2 extract has been confirmed to have infinite potential for the use of physiologically active ingredients as a natural cosmetic material throughout the cosmetics and beauty industry, so it is expected to have high research value in the future.