본 연구는 모발에 산성염색과 알칼리염색시 두피 손상 및 세포 손상 여부를 판단하고, 모발의 손상을 최소화 할 수 있는 방안을 마련하고자 천연 허브식물인 로즈마리를 선정하여 항산화, 항염, 항균, 세포독성 유무를 확인하고, 이를 바탕으로 로즈마리 추출물을 산성염모제와 알칼리염모제에 5%, 10% 혼합하여 실험하였다. 이에 대한 실험결과 로즈마리 추출물의 DPPH radical 소거능은 농도가 증가할수록 항산화 활성이 증가하는 것으로 나타났으며, ABTS radical 소거능은 DPPH와 마찬가지로 농도 의존적으로 증가하는 결과를 보였다. 로즈마리 추출물에 함유된 총 폴리페놀 함량은 120.5 ± 0.056 ㎎(GAE)/100 g으로 분석되었으며, 플라보노이드 함량은 175.1 ± 0.020 ㎎(GAE)/100 g으로 나타났다.
염증 반응을 알아보고자 LPS에 의해 유도된 NO생성 억제활성 측정 결과 농도가 증가할수록 NO 생성량이 감소하는 결과를 보였으며, 로즈마리 추출물의 항균활성 측정 결과 여드름균에서는 10 ㎎/㎖와 100 ㎎/㎖에서 항균력을 보였고, 황색 포도상 구균의 항균력은 1 ㎎/㎖에서부터 높은 항균력을 보이는 것으로 관찰되었다.
로즈마리 추출물의 세포 독성유무를 판단하기 위해 Raw 264.7 cell을 이용하여 세포의 생존율을 측정한 결과 저농도에서 세포생존율이 높은 것으로 나타났다.
HPLC를 이용한 로즈마리 추출물의 카페인산과 로즈마린산을 분리한 결과 로즈마리 에탄올 추출물에 함유된 카페인산 함량은 26.13 ㎎/100 g으로 나타났으며, 로즈마린산은 2090.21 ㎎/100 g 함유되어 있는 것으로 확인되었다.
Methylene blue 염색법을 이용한 모표피 손상도를 분석한 결과 로즈마리 추출물을 10% 혼합하여 산성염색한 경우 가장 낮은 흡광도 값을 보여 모표피의 손상이 가장 낮은 것으로 확인되었고, 단백질 용출량을 측정한 결과 산성염색군 보다 알칼리염색군에서 단백질의 용출량이 더욱 높은 것으로 나타났다. 특히 로즈마리 10% 혼합한 군에서는 단백질 용출량이 가장 낮은 것으로 확인되었다.
모발의 보습력을 측정한 결과 전반적으로 대조군에 비해서 보습력이 낮은 경향을 보였으나 로즈마리 추출물 5% 혼합하여 산성염색한 경우 정상모와 대조군보다 월등히 높은 보습력을 유지하고 있어 로즈마리 추출물을 혼합한 모발의 수분 유출을 저지하는 효과가 높음을 확인할 수 있었다.
인장강도 측정한 결과 로즈마리 에탄올 추출물 10%를 혼합하여 산성염색한 군이 가장 높은 인장강도 값을 보였으며, 로즈마리 에탄올 추출물 5%를 혼합하여 산성염색한 군과 로즈마리 에탄올 추출물 10% 혼합하여 알칼리염색한 군이 대조군 보다 높게 나타났다.
모표피 구조 관찰 결과 로즈마리를 혼합하지 않고 산성염색한 군과 알칼리염색한 군에 비해 로즈마리를 첨가한 군의 모표피 손상이 현저히 감소한 것으로 관찰되었고, 에너지 분산 분광기(Energy Dispersive X-ray Spectrometry)를 이용한 모발 구성 원소 분석한 결과 로즈마리 추출물을 혼합하지 않고 산성염색한 군과 로즈마리를 혼합하지 않고 알칼리염색한 군은 대조군과 마찬가지로 산소는 증가하였고, 황의 비율은 감소한 결로 나타났다.
원자 힘 현미경을 이용한 모표피 미세구조 관찰 결과 알칼리염색군도 산성염색과 마찬가지로 로즈마리 추출물의 혼합율이 증가할수록 큐티클의 거칠기가 감소되는 경향을 보였다. 또한 특히 로즈마리 추출물 혼합 군에서는 거칠기가 모두 감소되는 것으로 나타나 큐티클의 손상을 보호하는데 효과가 있는 것으로 나타났다.
색상도 측정 결과 명도에서는 로즈마리 추출물을 혼합하여 산성염색한 군에서는 명도값이 증가하는 경향을 보였다. 또한 알칼리염색의 경우 로즈마리 추출물을 5% 혼합하여 시술한 경우 가장 밝게 표현되는 결과로 나타났다. 적색도에서는 산성염색 시술시 로즈마리 추출물을 혼합하여 시술한 군이 대조군에 비해 낮은 값을 보였으며, 반면에 알칼리 염색에서는 로즈마리 추출물을 10% 혼합하여 염색했을 때 적색도가 가장 높은 결과로 나타났다. 황색도에서는 로즈마리 추출물을 혼합율이 증가할수록 황색도값이 증가하였다. 알칼리 염색 시술시 로즈마리 추출물을 혼합하여 시술했을 때 대조군에 황색도값이 높은 결과를 보였다. 대조군과의 색차에서는 알칼리염색 시술시 색차가 감소되는 것으로 확인되었으며 특히, 로즈마리 추출물을 10% 혼합하여 알칼리염색 시술한 경우 가장 낮은 색차값을 보였다.
적외선 분광 분석기를 이용한 모발의 산화반응 측정 결과 로즈마리 추출물을 혼합하지 않은 실험군에서는 시스테인산의 흡수율이 높은 경향을 보인 반면 로즈마리 추출물을 혼합하여 산성염색한 경우에는 대조군보다 시스테인산의 흡수율이 낮은 것으로 나타났다. 알칼리 염색 또한 마찬가지로 로즈마리 추출물을 혼합하였을 때 시스테인산의 흡수율이 낮은 것으로 나타나 로즈마리 추출물의 혼합이 모발의 산화과정에 많은 영향을 미치는 것으로 확인되었다.
이와 같은 결과를 통해 로즈마리 추출물이 천연 항산화제 및 두피 염증 완화 등과 같은 기능성 화장품 소재로서 활용 가능성이 있음을 확인할 수 있었으며, 또한 로즈마리 추출물을 활용하여 염색 시술 시 색상의 표현이 밝고 선명한 것으로 나타났다. 뿐 만 아니라 염색 시술 시 모발의 손상을 최소화할 수 있는 것으로 확인되어 추후 이를 이용한 모발화장품 분야에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

The present study was intended to identify the scalp and cell damage on acid dyeing and alkali dyeing of hair and to provide measures to minimize the hair damage. To this end, natural herbal Rosmarinus Officinalis was selected to examine the presence of antioxidant, anti-inflammatory, antibacterial, and cytotoxic properties before testing with 5% and 10% of Rosmarinus Officinalis extracts in acidic hair dye and an alkaline hair dye.
The experimental results shows that DPPH radical scavenging ability including antioxidant activity increases in accordance with the concentration of the Rosmarinus Officinalis extracts, and ABTS radical scavenging ability also increases depending on the concentration like DPPH. The total polyphenol content contained in Rosmarinus Officinalis extracts accounts for 120.5 ± 0.056 ㎎ (GAE)/100 g and the flavonoid, 175.1 ± 0.020 ㎎ (GAE)/100 g, respectively.
According to the measurement of NO production inhibition activity induced by LPS, to evaluate the inflammatory response, NO generation was decreased with increasing concentration; measurement results of the antimicrobial activity of Rosmarinus Officinalis extracts showed the antibacterial activity in 10 ㎎/㎖ and 100 ㎎/㎖ in acne germs, and high antimicrobial activity from 1 ㎎/㎖ in Staphylococcus aureus.
Raw 264.7 cell was used to measure the viability of the cells to in order to identify the cytotoxicity of Rosmarinus Officinalis extracts; the result showed high cell viability in a low concentration.
HPLC was used to separate caffeine acid and rosmarinic acid in Rosmarinus Officinalis extracts; caffeic acid content of 26.13 ㎎/100 g and rosmarinic acid of 2090.21 ㎎/100 g were found to be contained in the Rosmarinus Officinalis ethanol extracts.
As the result of analysis of cuticle damages using methylene blue staining, the acid-dyeing with a 10% mixture of Rosmarinus Officinalis extracts showed the lowest optical density, or the least cuticle damage; protein elution was measured to show higher protein elution in alkaline dyeing group that in acidic group. In particular, a 10% mixture of Rosmarinus Officinalis group confirmed the lowest protein elution.
The measurement results of moisturizing ability of hair showed a generally lower tendency compared to the control group but much higher than normal hair and the control group when acid dyed with 5% mixture of Rosmarinus Officinalis extracts, demonstrating high blocking effect of water flux of the hair containing Rosmarinus Officinalis extracts.
Tensile strength was measured to show the highest result in the acid dyed group using 10% Rosmarinus Officinalis ethanol extracts and higher result in the acid-dyed group with 5% Rosmarinus Officinalis ethanol extracts and the alkaline-dyed group with 10% Rosmarinus Officinalis ethanol extracts, rather than the control group.
Cuticle structure was examined and it was found that cuticle damage was significantly decreased in the Rosmarinus Officinalis-added group compared to the acid-dyed or alkaline-colored group without mixing Rosmarinus Officinalis; Using Energy Dispersive X-ray Spectrometry was used for the analysis of the hair-constituent elements, to reveal increased oxygen and decreased sulfur in the acid-dyed or alkaline-colored group without Rosmarinus Officinalis extracts, like the control group.
Atomic force microscopy was used to observe the microstructure of the hair to find the tendency of decreases hair roughness depending on the increased mixing ratio of Rosmarinus Officinalis extracts in both alkaline and acid-dyeing groups. In addition, especially the Rosmarinus Officinalis extracts-mixed group appeared to be reduced in the roughness, meaning effective in protecting the cuticle damage.
As for the color measure, the color intensity showed increase in all Rosmarinus Officinalis extracts-added groups, decrease of green tints and increase in red tints in acid coloring depending on the increased mixture of Rosmarinus Officinalis extracts in red line dyeing. All tints increased in yellow line according to the increase of Rosmarinus Officinalis extracts. The color difference from the control group was the lowest in the acid dye group with 5% mixture of Rosmarinus Officinalis extracts, and was also low in alkali dye group with 10% mixture of Rosmarinus Officinalis extracts.
Infrared spectroscopy was used to measure the oxidation reaction of the hair, showing the highest absorption in both the acid and alkali color groups without mixing Rosmarinus Officinalis extracts.
Infrared spectroscopy was used to measure the oxidation reaction of the hair, showing the highest cysteic acid absorption in both the acid and alkali color groups without mixing Rosmarinus Officinalis extracts. In addition, the alkaline dye group tended to represent a higher value in Rosmarinus Officinalis extracts-added group than in the control group, but the cysteic acid absorption was reduced depending on the increase in the mixing rate of Rosmarinus Officinalis extracts, confirming much influence of Rosmarinus Officinalis extracts on the oxidation process.
These findings demonstrated the feasibility of Rosmarinus Officinalis extracts as the functional cosmetic material such as natural antioxidant and scalp inflammatory inhibitor, and the effect of Rosmarinus Officinalis extracts in bright vivid color expression during hair coloring. Furthermore, it was confirmed that hair damage can be minimized during dyeing of the hair, implying the potential use as important data in hair cosmetics.