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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.16 No.4 pp.410-422
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2017.16.4.410

Effects of inhalation of oxides (caryophyllene oxide, eucalyptol, and linalool oxide), the major ingredient of essential oils, on human emotions and EEG responses

Yun-Jung Chang1, Min-Kyung Kim2, Hee Wook Ryu1*
1Major of Beauty Science and Technology, Department of Chemical Engineering, Soongsil University
2Department of Beautycare, Jangan University
Corresponding author : +82-2-820-0611hwryu@ssu.ac.kr
20171206 20171220 20171221

Abstract

The purpose of this study is to investigate the effects of oxides (caryophyllene oxide, eucalyptol and linalool oxide), one of the major ingredients of essential oils, on odor intensity, electroencephalography (EEG) response and emotional response. The subjects were women in their twenties. Inhalation concentrations of oxides were varied from 0.01 to 10%, and EEGs were collected by Quantitative EEG. The odor intensity and average preference index (API) of the oxides were ranked in the order of eucalyptol > linalool oxide > caryophyllene oxide. Eucalyptol is a refreshing and pleasant substance that activates the brain (activation of β and γ waves and spectral edge frequencies (SEF50 and SEF90)). Linalool oxide has a calm and soft substance (activation of θ, inactivation of α, β, and γ waves) at a low concentration (>0.1%), and a fresh smell at high concentration (inactivation β and activation of θ and γ). Caryophyllene oxides were evaluated as a substance that is comfortable, soft, calm and sedating, which deactivates the brain (activation of α, inactivation of β and γ). Oxide materials showed a positive correlation between the odor intensity and the SEFs. Each of the oxides showed unique characteristics in the areas of odor intensity, emotional response, API, and EEG. These results give us a better understanding of the properties of the pure materials that make up a fragrance, and provide useful information for the manufacture of fragrance products or aroma oil blends with enhanced specific functions.


방향유의 주요 성분인 옥사이드 물질(caryophyllene oxide, eucalyptol, linalool oxide)의 흡입이 인간의 감성과 뇌파에 미치는 영향

장 윤정1, 김 민경2, 류 희욱1*
1숭실대학교 화학공학과 뷰티공학 전공
2장안대학교 뷰티케어과

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1.서 론

    방향유 또는 에센셜 오일(essential oil)은 향기 나는 식물의 꽃, 과일, 잎, 뿌리, 나무껍질 등에서 다양한 추 출법(Tisserand and Young, 2014)을 이용하여 얻은 식 물의 2차 대사산물로서 강한 냄새가 나는 농축 휘발성 화합물이다(Bakkali et al., 2008; Silva et al., 2009). 방 향유는 항균, 방부, 및 약리 작용 등의 효과를 지니고 있어 오래 전부터 동서양에서 종교 의식의 도구와 정 신과 육체의 치유목적으로 민간요법으로 이용되어 왔 고, 대체요법인 아로마테라피에서 널리 사용되어 왔다 (Umezu et al., 2002; Almeida et al., 2004). 이 외에도 방향유는 항균, 항산화, 항염증, 항알러지 및 항암 효과 를 가지는 것으로 알려져 있어 그 유용성이 주목받고 있다(Caldefie-Chzet et al., 2004; Sylvestre et al., 2006; Medeiros et al., 2007; Su and Ho, 2013).

    방향유의 생물학적 효과는 오일에 들어있는 천연화 합물 탄화수소(hydrocarbons)인 테르펜(terpenes)과 산 화물질(oxygenated compounds)인 알코올(alcohols), 알 데하이드(aldehydes), 케톤(ketones), 에스테르(esters), 페놀(phenols), 옥사이드(oxides), 락톤(kactones), 액시 드(acids), 퓨란(furans), 에테르(ethers) 등 여러 물질에 서 나타난다(Bakkali et al., 2008; Tisserand and Young, 2014). 이 중 옥사이드(oxides)물질은 공기나 물에 노출 되면 쉽게 분해되는 반응성이 큰 화합물로서 두 개의 탄소원자 사이에 산소원자가 위치하고 있는 물질이다.

    옥사이드 물질은 카리오필렌 옥사이드(Caryophyllene oxide), 유칼립톨(Eucalytol, monoterpene oxide), 라나룰 옥사이드(Linalool oxide) 등이 있다(Tisserand and Young, 2014). 카리오필렌 옥사이드는 세스퀴테르 펜노이드(sesquiterpenoid) 산화물로 레몬밤(Melissa officinalis)과 유칼립투스 성분의 약 43.8%이다(Farag et al., 2004). 카리오필렌 옥사이드는 식물 살충제(Bettarini et al., 1993)와 항진균제로 광범위하게 사용되며 (Langenheim, 1994), 무독성이며 민감하지 않다 (Opdyke, 1983). 또한 in vitro에서 항 혈소판 응집 특 성이 입증되었고(Lin et al., 2003) 마약 탐지견이 대마 초를 식별하는 구성 성분이며 더불어 식품 향료로도 승인되었다(Russo, 2011).

    유칼립톨은 유칼립투스 오일의 65~90%, 로즈마리 오일의 40~44.5%를 차지하며(Battaglia, 2004; Tisserand and Young, 2014), 흡입용 약제, 비누, 구강청결제, 약 용 드롭스에 폭 넓게 사용된다(Lassak and McCarthy, 2001). 유칼립투스 오일은 통증완화(Jun et al., 2013), 집 진드기 방제(Chang et al., 2011), 항기생충 효과 (Macedo et al., 2010), 항균작용(Tanaka et al., 2010), 항염작용(Vigo et al., 2004)이 있는 것으로 보고되었다. 특히 유칼립투스는 기도의 박테리아나 바이러스에 효 과가 있으며(Cermelli et al., 2008), 화농연쇄상구균 (Streptococcus pyogenes), 대장균(Escherichia coli), 칸 디다알비칸스(Candida albicans), 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae)에 강한 살균력이 있다(Damjanovic-vratnica et al., 2011).

    리날룰 옥사이드는 소수의 성분으로 화이트 캄포 (1~5%), 클라리 세이지(0~1%), 히숍(0~1%), 라벤더 (0~1%), 레몬 유칼립투스(0~1%), 모로칸 타임(0~1%) 오일 등에서 발견된다(Stewart, 2013). 이 물질은 자연 산화에 의해 리날룰(linalool)로부터 형성되거나 Aspergillus niger 균을 사용하여 리날룰의 생체 내 변형과 같은 합성 과정에 의해 생성되는 단환식 알코올이다(Demyttenaere and Willemen, 1998; Hilmer and Gatfield, 2004). 리날룰 옥사이드 흡입시 불안을 완화시키는 유 용한 수단이 될 수 있다(Souto-Maior et al., 2011).

    천연 아로마오일의 효능과 기능은 방향유에 함유되 어 있는 다양한 성분들이 복합적 작용의 산물이다. 방 향유의 효능을 체계적으로 분석하고 활용하기 위해서 는 각 성분들의 기능에 대한 이해가 매우 중요하다. 그 럼에도 불구하고 지금까지 연구들은 방향유 자체에 대 한 연구가 주로 이루어져왔고, 순수 성분들의 기능과 효과에 대한 연구는 미진하다.

    본 연구에서는 20대 여성을 대상으로 방향유의 주요 성분인 옥사이드 계열의 순수 물질 3종(카리오필렌 옥 사이드, 유칼립톨, 라나룰 옥사이드)의 농도 변화에 따 른 감성과 뇌파반응 및 냄새강도를 분석하였다. 또한 각각의 순수 옥사이드 물질들의 특성을 감성반응-뇌파 반응-냄새강도와의 상관관계분석을 통해 규명하고, 옥 사이드 물질을 많이 함유하고 있는 천연 방향유의 효 능과 연관성을 규명하고자 하였다.

    2.재료 및 방법

    2.1.실험대상

    피험자는 정상적인 후각기능을 가진 비흡연자로 신 경학 또는 정신질환 병력이 없는 사람들 중 악취공정 시험방법의 악취판정인 선정기준을 통과한 자만을 선 정하였다. 냄새에 민감한 20대 여성(Pinto et al., 2014) 33명을 대상으로 실험의 목적과 과정에 대해 충분히 설명을 듣고 동의하여 자발적으로 참여하였다. 피험자 들은 실험 전날 충분한 수면을 취하고 음주, 카페인, 약물의 섭취를 금하도록 하였고, 실험 당일 후각에 영 향을 줄 수 있는 카페인이 함유된 음료섭취 및 향수, 향이 있는 화장품 사용을 금지시켰다. 어떠한 외부자극 도 주어지지 않은 상태에서 눈을 감고 편안한 상태에 서 바탕뇌파를 수집하였다. 최종적으로 배경뇌파의 리 듬이 좌뇌와 우뇌가 대칭되고 알파파가 측두엽 부분에 서 적고 후두정엽에서 많이 출현하는 정상적인 뇌파리 듬을 가진 31명을 실험에 참여시켰다.

    2.2.시약과 자극물

    방향유의 대표적인 옥사이드계 성분으로 Sigma- Aldrich (LLC, USA)로 구입한 caryophyllene oxide (≥99.0%), eucalyptol (99%)과 linalool oxide (≥97.0%) 을 사용하였다. 무취의 포도씨 오일(Perfect potion Co. Ltd, Australia)을 향 성분의 농도조절을 위한 희석제로 사용하다. 두 성분의 농도는 희석제를 사용하여 0, 0.01, 0.1, 1, 10%로 제조하였다.

    2.3.방향유의 흡입방법

    방향유의 흡입은 Kang et al. (2013)과 Jung et al. (2015)이 사용한 동일한 방법으로 진행하였다. 방향유 를 묻힌 시향지와 코와의 거리를 일정하게 유지하고 향이 대기 중 확산을 최소화하고 코로 흡입되도록 유 리관이 장착된 후각측정용 마스크를 사용하였다. 농도 를 조절한 오일 20 μL를 피펫을 사용하여 시향지 (2 cm × 5 cm)에 떨어뜨린 후, 시향지를 후각측정용 마 스크의 유리관에 장착하였다. 후각 측정용 마스크를 피 시험자의 코의 거리가 약 5 cm가 되도록 놓고 20초 동 안 QEEG 32system (Laxtha Inc., Korea)을 사용하여 뇌파를 수집하였다. 향 자극 순서는 향 농도를 임의의 순서로 제시하였고, 냄새자극을 가한 후 최소 5분 이상 휴식을 취하게 하여 후각세포의 냄새순응 효과를 방지 하였다.

    2.4.뇌파 측정과 감성평가

    모든 실험은 소음, 빛 등과 같은 외부 요인과 자극물 이외 향을 배제하기 위해 배기 시설과 방음 시설을 갖 춘 2 m ×2m × 2.5 m 크기의 후각 측정 챔버(chamber) 에서 실행하였다. 측정환경은 온도 23~25°C, 습도 40~50%, 조도 150~200 lux 로 유지하였다.

    뇌파의 측정은 Kang et al. (2013)과 Jung et al. (2015)이 수행한 방법과 동일하게 진행하였다. 뇌파 측 정부위는 국제 10-20 전극배치법의 기준에 따라 기준 전극(A1, A2)은 양 귓불 아래에 고정하고, 21부위 (Fp1, Fpz, Fp2, F3, F4, F7, F8, Fz, T3, T4, C3, C4, Cz, P3, P4, Pz, T5, T6, O1, O2, Oz)에 부착하는 단극 유도법으로 측정하였다. 피험자의 뇌파 생리신호 (EEG)는 QEEG 32 system (Laxtha Inc., Korea)을 사 용하여 수집하였다. 샘플링 주파수 256 Hz, 0.550 Hz의 통과필터, 12-bit AD변환에 의해 컴퓨터로 저장되었다.

    피험자의 배경뇌파는 뇌파는 편안한 상태가 되었을 때 눈 감은 상태의 외부 자극 없이 뇌파 활성 정도를 30초 동안 3회 반복 측정하였다. 냄새 자극실험은 실험 향의 확산을 최소화하고 피험자가 흡입할 수 있도록 유리관이 장착된 후각측정용 마스크를 사용하였다 (Jung et al., 2015). 후각측정용 마스크를 지지대에 고 정시켜 시향지와 피험자의 코의 거리가 5 cm가 되도록 지지대를 조정하였다. 피험자가 눈을 감은 상태에서 파 이펫으로 시료 20 μL를 시향지(2 cm × 5 cm)에 떨어뜨 려 후각측정용 마스크의 유리관에 삽입하여 냄새를 맡 도록 하였다. 피험자가 냄새를 맡는 동안 약 20초간 뇌 파 생리신호(EEG)를 수집하였다. 피험자들이 후각세 포의 냄새순응 효과를 방지하기 위하여 향 자극 간 최 소 5분 이상 휴식을 취하도록 하였다(Pivik et al., 1993; Kline et al., 2000).

    카리오필렌, 유칼랍톨, 리날룰 옥사이드의 농도 변화 에 따른 냄새 강도를 5단계 취기강도 표시법으로 조사 하였고, 냄새감성에 대한 6개의 감성 형용사쌍(Q1: 불 쾌한(unpleasant)-유쾌한(pleasant), Q2: 남성스러운 (mannish)-여성스러운(feminine), Q3: 느끼한(greasy)- 신선한(refresh), Q4: 흥분(exciting)-진정(calming), Q5: 텁텁한(sultry)-상쾌한(fresh), Q6: 강렬한(hard)-부드러 운(soft))에 대해 20점 척도(± 10)를 사용하여 자기기입 식으로 평가하였다(Kang et al.. 2013; Jung et al., 2015). 본 연구는 헬싱키윤리기준과 임상시험기준을 준 수하였으며 숭실대학교 연구윤리위원회의 승인(SSU- 201404-HR-019-01)하에 진행되었다.

    2.5.데이터 분석

    옥사이드 물질의 냄새자극에 대해 수집된 뇌파 데이 터는 TeleScanTM (Ver.2.99) 프로그램을 이용하여 분 석하였다. 눈 굴림이나 안면 근육의 움직임에 영향을 많이 받는 델타파(0~4 Hz)를 제거한 후 FFT (Fast Fourier Transform)의 알고리즘을 이용하여 나머지 주 파수 대역(4~50 Hz)의 파워스펙트럼을 분석하였다. 주 파수 대역의 θ파(4~8 Hz), α파(8~13 Hz), β파(13~30 Hz), γ파 (30~50 Hz)에 대한 상대 파워값(Relative Power Values, RPVs)을 분석하였다. 또한 α파는 느린 α파 (8~11 Hz)와 빠른 α파(11~13 Hz)로, β파는 각각 느린 β파 (13~15 Hz), 중간 β파 (15~20 Hz), 빠른 β파 (20~30 Hz)로 세분하여 분석하였다. 뇌의 각성(활성도) 와 긴장과 스트레스를 나타내는 모서리주파수(spectral edge frequency, SEF)인 SEF50과 SEF90을 분석하였다 (Kang et al., 2013; Jung et al., 2015).

    향 자극이 없는 배경뇌파의 상대 파워값 대비 향의 흡입시 상대 파워값과 바탕뇌파의 상대 파워값의 차이 의 비율인 뇌파변동계수(Coefficient of variation for brain wave; CVB)를 분석하였다(Kang et al., 2013; Jung et al., 2015). 각 자극에 대한 모서리 주파수 (SEF50와 SEF90)의 변화는 배경뇌파의 평균값 대비 각 자극에 대한 모서리 주파수값의 편차로 평가하였다 (Kang et al., 2013; Jung et al., 2015).

    냄새강도와 냄새 감성 형용사 결과는 각각 통계처리 하여 분석하였고, 6개의 감성 형용사 쌍의 척도 값을 평균 선호도 지수(Average Preference Index; API)의 개념을 도입하여 감성평가 결과를 분석하였다. API는 6개 항목의 감성 형용사쌍에 대한 감성척도의 평균값 이다.

    그리고 실험물질의 농도간의 차이에 따른 선호도와 의 상관관계도 반복측정 분산분석을 이용하여 감성평 가를 하였다. 모든 data의 통계분석은 IBM SPSS 22.0 을 사용하여 반복측정 분산분석(One way Repeated Measures ANOVA) 실시하였고, 사후 검증은 Tukey 분 석을 이용하여 95% 유의수준에서 검증하였다. 뇌파와 감성반응에 대한 통계분석은 IBM SPSS 21을 사용하 여 반복측정 분산분석 (Repeated Measure ANOVA)을 실시하였고, 95% 유의수준에서 Tukey test 통해 사후 검증을 하였다.

    3.결과 및 고찰

    3.1.옥사이드 흡입에 따른 뇌파의 변화

    카리오필렌 옥사이드의 농도변화에 따른 상대뇌파파 워 평균값과 뇌파변동계수를 각각 Fig. 1에 도시하였다. 대조군인 무취 상태의 캐리어오일의 냄새를 맡았을 때 θ파, α파, β파, γ파의 상대뇌파 파워값은 각각 0.236, 0.509, 0.200, 0.054 이었다(data not shown). 저농도 (0.01과 0.1%)의 카리오필렌 옥사이드를 흡입시 상대 뇌파파워 평균값은 α파가 증가하고 β파와 γ파가 감소 하였고, 0.1% 이상에서는 농도가 증가함에 따라 α파가 감소하고 β파와 γ파는 증가하였다(Fig. 1a).

    무자극 상태의 바탕뇌파를 기준으로 뇌파값의 변화 를 CVB로 환산했을 시, 카리오필렌 옥사이드는 θ파에 미치는 영향은 미미하였고, 0.01~1% 농도 범위에서는 α파를 0.8~2.7% 증가시켰고 β파를 3.1~5.1% 감소시켰 다(Fig. 1b). γ파의 경우 0.01~0.1% 농도 영역에서는 바탕뇌파대비 약 6.9~9.1% 감소하였고, 0.01% 이상으 로 농도가 증가함에 따라 감소폭이 줄어들어 10% 농 도에서는 바탕뇌파보다 약 10.1% 증가하였다.

    카리오필렌 옥사이드의 흡입에 따른 뇌파반응을 종 합적인 생리적 신호로 검토할 수 있는 모서리 주파수 SEF50과 SEF90을 Fig. 2에 도시하였다. 무취 상태의 캐 리어오일의 냄새를 맡았을 때 모서리주파수 SEF50와 SEF90은 각각 10.13±0.44 Hz와 22.44±2.17 Hz 이었 다. 카리오필렌 옥사이드의 흡입시 1% 이하의 농도에 서는 대조군 보다 SEF50과 SEF90 모두 감소하였고, 0.1% 농도에서 가장 낮은 값을 보였으며, 0.1% 농도 이상으로 농도가 증가함에 따라 SEF50과 SEF90가 증가 하였다(Fig. 2a). 바탕뇌파 대비 SEF50와 SEF90은 각각 10%와 1% 농도 미만에서는 각각 0.04~0.15 Hz와 0.45~0.46 Hz 감소하였고, 10% 농도에서는 바탕뇌파 보다 각각 0.09 Hz와 0.85 Hz 증가하였다(Fig. 2b).

    유칼립톨 농도변화에 따른 상대뇌파파워 평균값과 모서리 주파수의 변화를 Fig. 3과 Fig. 4에 도시하였다. 유칼립톨을 0.01%의 낮은 농도로 흡입하였을 때, 바탕 뇌파대비 α파와 β파가 다소 증가하고, θ파와 γ파가 감 소하였다(Fig. 3). 유칼립톨 농도가 증가함에 따라 바탕 뇌파대비 θ파가 감소하고, β파와 γ파가 두드러지게 증 가하였다. 특히 γ파는 농도 증가에 따라 선형적으로 증 가하여 10% 농도에서는 약 28%까지 증가하였다(Fig. 3b). 모서리주파수 SEF50은 유칼립톨 흡입에 의해 바탕 뇌파대비 0.23~0.35 Hz 증가하였고, 0.1% 이상으로 농 도가 증가함에 따라 그 증가폭이 커졌다(Fig. 4). SEF90 은 0.01%의 낮은 농도에서는 바탕뇌파 대비 0.30 Hz 감소하였으나 0.1% 이상의 농도에서는 증가함에 따라 선형적으로 증가하여 10% 농도에서는 1.7 Hz까지 증 가하였다(Fig. 4b).

    리날룰 농도변화에 따른 상대뇌파파워 평균값과 모 서리 주파수의 변화는 Fig. 5과 Fig. 6에 도시하였다. 리나놀은 0.01%의 낮은 농도로 흡입하였을 때, 바탕뇌 파대비 θ파가 다소 증가하고, α, β, γ파를 감소시켰다 (Fig. 5). 전체 농도범위에서 리나놀은 바탕뇌파대비 β 파를 감소시키고, θ파와 γ파를 증가시켰다. 리나놀 농 도에 가장 많은 영향을 받는 뇌파는 γ파 이었다. 모서 리주파수 SEF50은 0.1% 이하의 리날룰 흡입시 바탕뇌 파대비 0.04 Hz 감소하였고, 0.1% 이상의 농도에서는 0.01~0.12 Hz 증가하였다(Fig. 6b). SEF90은 0.01%의 낮은 농도에서는 바탕뇌파 대비 0.16 Hz 감소하였지만 0.1% 이상의 농도에서는 바탕뇌파보다 증가하였으며 10% 농도에서는 0.61 Hz 증가하였다.

    3.2.옥사이드 농도 변화에 따른 감성평가-악취강도-API 의 관계

    옥사이드 농도변화에 따른 6개의 형용사 쌍에 대한 선호도를 Fig. 7에 도시하였다. 카리오필렌 옥사이드와 리날룰 옥사이드는 농도변화에 따른 감성반응의 변화 가 적지만 유칼립톨은 감성반응에 미치는 농도의 영향 이 상대적으로 크다.

    카리오필렌 옥사이드는 농도와 무관하게 쾌적한 (pleasant), 부드럽고(soft), 진정되는(calming) 냄새로 평가되었다. 리날룰 옥사이드는 0.1% 이하의 농도에서 는 차분하고 부드러운 냄새로 평가하였고, 10%의 고 농도에서는 상쾌한(refresh) 냄새로 평가되었다. 그러나 유칼립톨은 상쾌한(refresh), 신선한(fresh), 쾌적한 (pleasant) 냄새로 평가받았고, 농도가 증가함에 따라 강렬하고(hard), 흥분되는(exciting), 남성적인(mannish) 냄새로 평가되었다.

    옥사이드의 농도 변화에 따른 평균 감성지수(API)와 냄새강도를 Fig. 8에 도시하였다. Base oil 자체와 시향 지의 냄새강도는 0.53~0.64로 평가되었다. 옥사이드의 냄새강도는 유칼립톨 리날룰 >> 옥사이드 > 카리오필 렌 옥사이드의 순 이었다(Fig. 8.a). 유칼립톨은 농도가 증가함에 따라 냄새강도가 선형적으로 증가하였으며, 10% 농도에서 냄새강도는 약 3.7이었다. 카리오필렌 옥사이드와 리날룰 옥사이드는 0.1%의 낮은 농도까지 는 냄새 강도가 0.87 이하로 낮았으며 그 이상으로 농 도가 증가에 따라 냄새강도가 증가하였다. 카리오필렌 옥사이드와 리날룰 옥사이드는 10% 농도에서도 냄새 강도가 각각 2.6과 1.3으로 약하였다.

    옥사이드들은 1% 이하의 농도에서는 API가 모두 양 의 값으로 우호적인 감성 평가를 받았으며 옥사이드들 중 API 값은 1% 이하에서는 유칼립톨 >> 리날룰 옥 사이드 > 카리오필렌 옥사이드의 순 이었다(Fig. 8.b). 카리오필렌 옥사이드의 경우 10% 농도에서도 API가 양의 값인 반면, 리날룰 옥사이드와 유칼립톨은 API가 음의 값으로 감소하였다. 카리오필렌, 유칼립톨과 리날 룰 옥사이드의 형용사 언어를 누적값으로 표현한 API 는 통계적으로 유의하였다(카리오필렌, 유칼립톨, 리날 룰 옥사이드 p<.000).

    3.3.평균 감성지수와 모서리 주파수와의 상관관계

    옥사이드의 농도 변화에 따른 평균 감성지수(API)와 스펙트럼 모서리 주파수(SEF50과 SEF90)의 상관관계를 Fig. 9에 도시하였다. 각 옥사이드물질들의 API와 바탕 뇌파 대비 SEF50과 SEF90 변화량과의 상관관계는 다음 과 같다.

    • 카리오필렌 옥사이드:

      ΔSEF 50  = -0.15 + 0 .42 API (r 2  = 0.66) ΔSEF 90  = -0.43 + 2 .14 API (r 2  = 0.46)

    • 유칼립톨:

      ΔSEF 50  = 0.53 - 0 .31 API (r 2  = 0.99) ΔSEF 90  = 1.09 - 0 .93 API (r 2  = 0.55)

    • 리날룰 옥사이드:

      ΔSEF 50  = 0.05 - 0 .20 API (r 2  = 0.57) ΔSEF 90  = 0.43 - 1 .03 API (r 2  = 0.53)

    카리오필렌 옥사이드와 리날룰 옥사이드는 API와 두 모서리 주파수(SEF50과 SEF90)간에 약한 음의 상관 관계를 보였으며, 유칼립톨의 API는 SEF50과 강한 상 관관계를 보였다.

    3.4.냄새강도와 모서리 주파수와의 상관관계

    옥사이드의 농도 변화에 따른 냄새강도(I)와 스펙트 럼 모서리 주파수 (SEF50과 SEF 90)의 상관관계를 분 석하였다(Fig. 10). 각 옥사이드물질들의 냄새강도와 바탕뇌파 대비 SEF50과 SEF90 변화량과의 상관관계는 다음과 같다.

    • 카리오필렌 옥사이드; ΔSEF 50  = -0.24 - 0 .21 I (r 2  = 0.52)

      (농도범위: 0.01~10%)

      ΔSEF 90  = -1.49 - 1 .69 I (r 2  = 0.94)

      (농도범위: 0.01~10%)

    • 유칼립톨: ΔSEF 90  = 0.04 + 0 .15 I (r 2  = 0.94)

      (농도범위: 0.01~10%)

      ΔSEF 90  = -1.22 + 0 .97 I (r 2  = 0.96)

      (농도범위: 0.01~10%)

    • 리날룰 옥사이드: ΔSEF 50  = -0.08 + 0 .07 I (r 2  = 0.91)

      (농도범위: 0.01~10%)

      ΔSEF 90  = -0.18 + 0 .34 I (r 2  = 0.71)

      (농도범위: 0.01~10%)

      ΔSEF 90  = -6.6 + 0 .86 I (r 2  = 0.98)

      (농도범위: 0.01~1%)

    • 옥사이드 3종: ΔSEF 50  = -0.20 + 0 .20 I (r 2  = 0.69)

      (농도범위: 0.01~10%)

      ΔSEF 50  = -0.54 + 0 .56 I (r 2  = 0.75)

      (농도범위: 0.01~10%)

    세 종류의 옥사이드 물질 모두 냄새강도가 증가함에 따라 ΔSEF50와 ΔSEF90이 증가하는 양의 상관관계를 보였다. 리날룰 옥사이드의 SEF90는 10% 농도를 제외 하고는 ΔSEF50 보다는 냄새강도와 강한 상관관계를 보 였으며, 리날룰 옥사이드는 ΔSEF50에 대해서도 냄새와 강한 양의 상관관계를 보였다.

    다양한 식물로부터 추출하여 얻은 방향유는 후각신 경계를 자극하여 우울, 불안, 인지, 수면, 스트레스와 만성통증 등에 다양하게 이용되고 있으며(Komiya et al., 2006; Perry and Perry 2006), 방향유가 정신 활동 과 뇌 기능에 영향을 미친다(Umezu et al., 1999, 2000; 2001). 방향유의 주요 성분 계열인 옥사이드 (oxide) 중 순수 옥사이드 물질 3종(카리오필렌, 유칼립 톨, 리날룰 옥사이드)의 흡입시 감성반응-냄새강도-뇌 파반응과 복합물질체인 방향유의 특징과 효능과의 관 계를 살펴보면 다음과 같다.

    카리오필렌 옥사이드는 감성적 평가에서 10%의 고 농도 까지도 부드럽고 차분하며 선호도(API)가 양의 값으로 냄새강도도 강하지 않는 것으로 평가되었다. 뇌 파의 분석에서는 1% 이하의 농도에서 α파를 활성화시 키고 β파와 γ파를 비활성화시키며, SEF50와 SEF90를 비활성화시키는 안정 및 진정효과가 두드러진 물질로 평가되었다(Fig. 1, 2). 이러한 결과는 카리오필렌 옥사 이드를 함유한 방향유들의 효능과 잘 일치한다. 카리오 필렌은 정향나무(Cloves; Syzygium aromaticum)의 줄 기와 꽃, 삼(Cannabis sativa), 홉 (Humulus lupulus), 라벤다(Lavandula angustifolia), 로즈마리(Rosmarinus officinalis) 등의 essential oil 등에 많이 함유되어 있는 성분이다. 로즈마리오일의 주성분은 1,8-cineole 33.1~ 37.8%, camphor 13.6~18.1%, α-terpineol 5.5~7.0%, α-pinene 8.6~9.3%, camphene 3.6~5.1% 등이다(Hcini et al., 2013). 정향의 주성분은 유게놀 74~87%, eugenyl acetate 7.0~9.5%, β-caryopyllene 1.0~2.5%이다. β-caryopyllene은 강력한 진정작용과 중추신경계 안정 에 효과적이며 항염증효과가 있어, 천연 항우울제로 신 경안정과 숙면을 유도하여 기분을 향상시켜 준다.

    본 연구에서 유칼립톨(1.8-cineole)은 상쾌하고 신선 하며 쾌적한 향으로 농도가 높을 경우에는 강렬하고 흥분되는 남성적인 냄새로 평가되고 있다. 3종류의 oxide 계열중 가장 API가 높고(Fig. 8), β파와 γ파를 활 성화시키는 유칼립톨이(Fig. 3, 4) 뇌의 활성화와 관련 된 SEF50과 SEF90을 가장 크게 증가시킨다. 이러한 결 과들은 유칼립톨을 함유한 오일의 효능들에 대한 연구 결과들과 잘 일치한다. 유칼립톨을 많이 함유하고 있는 대표적인 에션설 오일 중 하나인 로즈마리 시네올(cineole) 은 깔끔하고 상쾌한 허브로 머리를 맑게 하고 기 억력과 집중력을 높이고 활력을 제공하는 용도로 사용 된다. 건강한 사람을 대상으로 로즈마리 오일 마사지를 하였을 때 혈압과 호흡률이 상승하고 주의력과 정신 이 맑아져 쾌적한 기분상태가 유지되고(Hongratanaworakit and Buchbauer, 2004), 로즈마리 흡입 시 양측 전두엽 측면부위(bilateral mid-frontal)에서 α파를 비활 성화 시킨다(Diego et al., 1998). 이러한 결과는 본 연 구의 뇌파반응과 잘 일치한다.

    유칼립톨 함량이 높은 방향유는 유칼립투스(Eucalyptus globulus, Eucalyptus radiata), 니아울리(Niaouli, Melaleuca quinquenervia ct 1,8 cineole), 사로(Saro; Cinnamosma fragrans), 월계수 잎(Laurel leaf; Laurus nobilis), 라빈트사라(Ravintsara; Cinnamomum camphora ct 1,8 cineole), 로즈마리(Rosmarinus officinalis ct 1,8 cineole) 등이다. 유칼립투스 오일은 유칼립톨과 알파 피넨(alpha-pinene)을 함유하여 강력한 라디칼 소 거 기능을 가진 항산화제로 작용한다(Singh et al., 2009). 유칼립투스 오일 성분의 70-90%(w/w)인 유칼 립톨은 T-림프구에 의한 사이토카인 분비를 억제시켜 진통완화, 부종 감소 및 항염증 효과가 우수한 것으로 알려져 있다(Santos and Rao, 2000; Silva et al., 2003; Juergens et al., 2004). 유칼립투스 오일을 이용한 마사 지는 근 이완(myorelaxant)과 정서적 안정에도 효과가 있다(Göbel, 1994).

    리날롤 옥사이드는 0.1% 이하의 저농도에서는 차분 하고 부드럽고 고농도에서는 상쾌한 냄새로 API는 고 농도(10%)를 제외하고 우호적으로 평가되었다(Fig. 7, 8). 리날롤 옥사이드에 대한 뇌파 반응도 감성평가 결 과와 잘 일치한다. 저농도에서는 θ파가 활성화되고 α 파, β파, γ파를 감소하는 진정과 이완효과가 있고, 농도 가 증가함에 따라 상쾌한 향의 전형적인 경향인 γ파가 활성화하며 SEF50를 억제시키고 SEF90을 다소 증가시 키는 효과가 있다(Fig. 5, 6). 리날룰 옥사이드는 모노 테르펜으로 잉글리쉬 라벤더, 레몬밤, 로즈마리, 레몬 그래스 등 아로마 식물로부터 얻어진 방향유의 주성분 이다. 리날룰을 많이 함유하고 있는 대표적인 방향유인 라벤다는 주요 구성성분은 linalool 51%, linalyl acetate 35%, α-pinene, limone, 1,8-cineol 등으로 혈압, 심 박수와 호흡을 감소시키고(Sriboon, 2008), 불안과 수 면에 개선효과를 주어(Graham et al., 2003; Lehrner et al., 2005) 자율신경계, 내분비계 및 면역기능(Kiecolt- Glaser et al.. 2008)에 영향을 미쳐 신경안정, 근육긴장 완화, 불면증, 두통, 초조 등을 완화하는 기능이 있다. 리날룰을 흡입한 토끼는 스트레스 완화와 진정작용 효 과가 있었으며, linalool 성분이 함유된 아로마를 이용 하여 심리적으로 우울한 사람에게 마사지를 시술할 때 유의미하게 호전된다고 한다(Jin and Suh, 2014). 라벤 더 오일 흡입 시 θ파 활성과 β파 감소시키거나(Motomura et al., 2001), β파와 γ파 비활성화, α파 활성화, 및 각성상태의 SEF50과 스트레스를 나타내는 SEF90를 감소시키는 효과가 있다(Kang et al., 2013).

    API와 모서리주파수는 상관관계가 약하며, 카리오필 렌은 양의 상관관계를 유칼립톨과 리날룰 옥사이드는 음의 상관관계를 보였다(Fig. 9). 옥사이드 물질의 종류 에 따라 차이가 있으나 냄새강도와 모서리주파수 (SEF50, SEF90)는 상관관계가 강하며, 특히 SEF90가 더 강한 상관관계를 보였다(Fig. 10). 3종의 옥사이드에 대한 냄새강도-모서리주파수의 상관관계(ΔSEF50= -0.20 + 0.20 I, r2 = 0.69; ΔSEF90 = -0.54 + 0.56 I, r2 = 0.75)로 부터 냄새 강도가 클수록 모서리주파수의 증가, 즉 뇌를 활성화시킴을 알 수 있다. 3종의 옥사이드 계 열 물질내에서는 냄새강도가 낮을수록 진정 및 안정 효과가 우수하고, 냄새강도가 클수록 뇌를 활성화시키 고 경쾌하고 감성을 강렬하게 자극함을 알 수 있다. 한 편, 냄새강도-API의 상관관계는 개별 물질의 특성에 따라 다르며 상관관계가 약함을 Fig. 9, 10으로부터 유 추할 수 있다.

    3종의 옥사이드 계열의 향 성분들은 동일계열일지라 도 각각의 물질에 따라 냄새강도, 감성반응과 API, 뇌 파 등에서 고유의 특징을 보였다. 옥사이드 물질의 냄 새강도는 농도와 밀접한 관련이 있으며 유칼립톨 > 리 날룰 > 카리오필렌의 순이다. API도 유칼립톨 > 리날 룰 > 카리오필렌의 순이다. 뇌파에 대한 옥사이드 물 질들의 영향은 유칼립톨은 뇌를 강하게 활성화시키는 물질, 카리오필렌은 뇌를 비활성화시켜 진정시키는 물 질, 리날룰은 저농도에서는 뇌를 비활성화시키고 고농 도에서는 활성화를 시키는 중간정도의 특성을 보이는 물질로 분류할 수 있다. 3개 옥사이드의 농도-냄새강도 -API(또는 감성평가)-뇌파 자료를 종합적으로 평가하면 유칼립톨(1.8-cineole)은 뇌파반응, 냄새강도와 감성반 응 등이 가장 뚜렷하고 강렬하게 나타나는 상쾌하고 기분을 좋게 하는 뇌를 활성화시키는 물질이고, 리날룰 은 중간정도의 물질이며, 카리오필렌은 고농도에서도 부드럽고 차분한 냄새로 α파를 활성화시키는 진정효 과가 큰 물질이다.

    방향유 자극에 대한 사람의 뇌파와 감성반응은 성별 과 나이, 개인적인 냄새에 대한 경험, 문화권 등에 따 라 달라질 수 있다. 따라서 본 연구는 20대 여성을 대 상으로 수행한 연구로 일반화하기 위해서는 다양한 여 령과 성별에 대한 연구가 필요하다.

    4.결 론

    방향유(essential oils)를 구성하는 주요 성분인 옥사 이드 물질(카리오필렌, 유칼립톨, 리날룰 옥사이드)이 사람의 감성과 뇌파(EEG) 반응에 미치는 영향을 20대 여성을 대상으로 분석하였다. 이들 물질들의 냄새강도 와 API는 유칼립톨 > 리날룰 > 카리오필렌의 순이었 다. 유칼립톨(1.8-cineole)은 뇌를 활성화(β파와 γ파의 활성화, 모서리 주파수(SEF50과 SEF90) 증가)시키는 신 선하며 쾌적한 물질이고, 카리오필렌은 뇌를 비활성화 (α파 활성화, β파와 γ파의 비활성화)시키는 편안하고 안정 및 진정효과가 두드러진 물질이었다. 리날롤 옥사 이드는 저농도(< 0.1%)에서는 차분하고 부드러운 냄새 (θ파 증가, α파, β파, γ파 감소), 고농도에서는 상쾌한 냄새(β파 감소, θ파와 γ파의 증가)로 3종의 옥사이드 중 중간적인 특성을 가진 물질이었다. 옥사이드 물질은 냄새강도와 뇌파의 모서리 주파수(SEF50와 SEF90)간에 양의 상관관계를 보이며, API와 EEG는 상관관계가 약 하다. 옥사이드 계열의 향 성분들은 동일계열일지라도 각각의 물질에 따라 냄새강도, 감성반응, 평균선호도지 수 (API), 뇌파 반응 등에서 고유의 특징을 가지고 있 으며, 순수 옥사이드 물질의 효능과 특징은 각각의 옥 사이드 물질을 많이 함유하고 있는 방향유들과 유사하 였다. 이러한 결과들은 향을 구성하는 순수물질들의 특 성을 이해함으로써 방향유의 효능 및 기능에 대해 분 석적 접근이 가능하게 하고, 특정 기능을 강화한 향이 나 방향유 제품의 개발 등에 유용하게 사용될 수 있다.

    감사의 글

    이 논문은 2015년도 정부(교육부)의 재원으로 한국 연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(No. 015R1A2A2A04007511).

    Figure

    JOIE-16-410_F1.gif

    Change of (a) relative EEG power values and (b) CVB with caryophyllene oxide concentration.

    JOIE-16-410_F2.gif

    Change of (a) SEFs and (b) SEFs relative deviation to background EEG. with caryophyllene oxide concentration.

    JOIE-16-410_F3.gif

    Change of (a) relative EEG power values and (b) CVB with Eucalyptol concentration.

    JOIE-16-410_F4.gif

    Change of (a) SEFs and (b) SEFs relative devation to background EEG.with eucalyptol oxide concentration.

    JOIE-16-410_F5.gif

    Change of (a) relative EEG power values and (b) CVB with linalool oxide concentration.

    JOIE-16-410_F6.gif

    Change of (a) SEFs and (b) SEFs relative devation to background EEG.with linalool oxide concentration.

    JOIE-16-410_F7.gif

    Preference index according to change in concentration of oxides.

    JOIE-16-410_F8.gif

    Relationship between oxides concentration and (a) odor intensity and (b) API.

    JOIE-16-410_F9.gif

    Relationship between API and (a) ΔSEF50 and (b) ΔSEF90.

    JOIE-16-410_F10.gif

    Relationship between odor intensity and (a) ΔSEF50 and (b) ΔSEF90.

    Table

    Reference

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