Antiviral and antibacterial properties of Inula britannica and Brassica juncea against various pathogens and application to milk products
저자
발행사항
서울 : 건국대학교 대학원, 2012
학위논문사항
학위논문(박사)-- 건국대학교 대학원 : 축산식품생물공학과 2012.2
발행연도
2012
작성언어
영어
주제어
DDC
664.024 판사항(22)
발행국(도시)
서울
기타서명
약용식물로부터 인플루엔자 바이러스와 식중독균에 대해 저해활성을 갖는 Inula britannica(선복화)와 Brassica juncea(개자)의 발굴 및 기능성 식품소재로서 유제품에 대한 적용
형태사항
xi, 118 p. : 삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수: 백현동
참고문헌: p. 109-114
소장기관
본 연구에서는 약용식물로부터 인플루엔자 바이러스 및 식중독 균에 대해 저해활성을 갖는 소재를 발굴하고, 유제품에 적용함으로써 기능성 식품소재로서의 이용 가능성을 확인하였다.
77 종의 약용식물의 메탄올 추출물 및 열수 추출물을 제조하고, hemagglutination (HA) assay를 이용하여, 고병원성 조류인플루엔자 바이러스 A/Vietnam/1194/04 (H5N1)에 대한 항바이러스 활성을 검증하였다. 실험에 사용된 약용식물 중 Asarum sieboldii (세신), Inula britannica (선복화), Forsythia suspensa (연교)의 메탄올 추출물의 항바이러스 활성을 확인하였다. 고병원성 조류인플루엔자 바이러스 H5N1에 감염된 MDCK 세포를 시료를 첨가하지 않은 배지에 배양했을 때 바이러스의 HA unit은 2^7이었으나, A. sieboldii의 메탄올 추출물이 첨가된 배지에서 배양되었을 때는 2^3 HA unit을 나타내었으며, I. britannica 및 F. suspensa의 추출물이 첨가되었을 때는 각각 2^3과 2^1으로 감소하였다.
약용식물의 추출물의 인플루엔자 바이러스 A/Puerto Rico/8/34 (H1N1)에 대한 항바이러스 활성은 cytopathic effect (CPE) reduction assay를 통해 검증하였다. 실험에 사용된 약용식물 중 Tussilago farfara (관동화), Brassica juncea (개자), Prunus armeniaca (행인), Astragalus membranaceus (감초), Patrinia villosa (패장), Citrus unshiu (청피)의 추출물에서 항인플루엔자 활성을 확인하였다. T. farfara를 제외한 나머지 약용식물 추출물은 10 mg/mL에서도 MDCK 세포에 대해 세포병변을 나타내지 않았으며, B. juncea의 추출물 312.5 μg/mL의 농도에서도 인플루엔자 바이러스에 의한 세포 병변을 감소시키는 효과가 검증되었으며, 식품소재로서 가능성을 나타내었다.
식품공전에서 식품소재로서 허가되어 있는 I. britannica의 식중독 균에 대한 항균활성을 검증하였다. Salmonella Enteritidis, Salmonella Typhimurium, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Listeria monocytogenes, Enterococcus faecalis, Cronobacter sakazakii, Escherichia coli, Bacillus cereus에 대하여 disc diffusion assay를 이용하여 항균활성을 검증하였다. 실험에 사용된 균주 중에서 S. aureus와 B. cereus에 대하여 저해환 (inhibition zone)을 관찰할 수 있었으며, microdilution assay를 통해 측정된 최소저해농도 (MIC, minimal inhibitory concentration)는 각각 1.25 mg/mL과 0.625 mg/mL이었다. S. aureus는 I. britannica의 메탄올 추출물이 2.5 mg/mL의 농도로 함유된 TSB 배지에서 24시간 배양되었을 때 완전히 사멸하였으며, B. cereus는 1.25 mg/mL의 농도로 배지에 함유되었을 때, 4시간 이내에 모두 사멸하였다. I. britannica 추출물에 의한 S. aureus와 B. cereus의 형태학적 변화를 SEM (scanning electron microscope)을 이용하여 관찰하였다. 추출물 처리군과 대조군을 비교하였을 때, 세포벽이 파괴되어 사멸된 세포들과 거친 표면이 관찰되어, I. britannica 추출물의 항균 작용을 확인하였다. 한편, 항생제 내성 균주인 MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus)에 대한 항균활성을 측정하였으며, MIC (0.625 mg/mL)에서 배양되었을 때, 세포벽의 손상이 관찰되었다.
기능성 식품소재로서 B. juncea를 검증하기 위해 아임계수 추출법 (subcritical water extraction)을 이용하여 추출물을 제조하고, 무지방 우유에 첨가한 후 인플루엔자 바이러스 H1N1에 대한 항바이러스 활성을 검증하였다. B. juncea의 아임계수 추출물 0.5 mg/mL의 농도로 배지에 첨가되었을 때, 50.35%의 세포 생존률을 나타냈으며, 무지방 우유에 첨가되었을 때에도 39.62%의 항바이러스 활성을 나타내어, 항바이러스 기능성 식품소재로서의 가능성을 확인하였다.
B. cereus와 S. aureus에 대하여 항균활성을 나타낸 I. britannica의 추출물을 우유에 첨가하여, 항균활성 소재로서의 기능성을 검증하였다. 5종의 B. cereus 혼합균주를 5×104 CFU/mL로 접종하여 4℃에서 4일 동안 저장하였을 때, 2 mg/mL의 농도로 에탄올 추출물이 첨가된 우유에서 약 1.8 log CFU/mL의 저해효과가 관찰되었다. 35℃에서 2일 동안 저장되었을 때에는 약 2.2 log CFU/mL의 감소효과가 관찰되었다. 항생제 내성 균주인 MRSA를 포함한 4종의 S. aureus 혼합 균주를 I. britannica 에탄올 추출물이 포함된 우유에 접종한 후 35℃에서 2일 동안 저장하면서 균의 생장을 관찰하였다. 시료를 넣지 않은 우유에서는 S. aureus가 8.5 log CFU/mL로 생장하였으나, 4 mg/mL의 I. britannica 에탄올 추출물이 첨가되었을 때, 균의 생장저해 효과가 관찰되었다. 이러한 결과를 통하여 I. britannica 추출물이 식품 내 존재하는 B. cereus와 S. aureus에 대한 항균 활성이 증명되었다.
본 연구를 통하여 약용 식물인 I. britannica 와 B. juncea의 인플루엔자 바이러스에 대한 항바이러스 활성과 B. cereus와 S. aureus에 대한 항균 활성을 검증하였으며, 식품 소재로서의 가능성을 확인하였다.
This study was conducted to examine the antiviral activity of methanol and aqueous extracts from 77 medicinal plants against avian influenza virus H5N1. The plant material (30 g) was extracted with methanol (300 mL) for 24 h at room temperature. The extracts were separated from the plant materials by filtration and evaporated, then freeze-dried for further test. Aqueous extracts were prepared with dried plant material (30 g) and hot distilled water (300 mL). After 3 h, the aqueous extracts were filtered and evaporated, then lyophilized. Extracts prepared from different plants were tested the antiviral activity against influenza A/Vitetnam/1194/04 (H5N1) viruses using the hemagglutination (HA) assay. Among the test plants, Asarum sieboldii, Inula britannica, and Fosythia suspensa were found to be potent inhibitor of H5N1 influenza virus in MDCK cell culture. Virus titers were 2^7 HA unit, whereas with methanol extracts of A. sieboldii, I. britannica, and F. suspensa for 48 h titers were 2^3, 2^3, and 2^1 HA unit, respectively, indicating that methanol extracts of A. sieboldii, I. brtiannica, and F. suspensa inhibited the H5N1 influenza viruses from the infected cells.
더보기Various extracts from thirty medicinal plants were evaluated for their antiviral activity against influenza virus A/Puerto Rico/8/34 (H1N1) and cytotoxicity in MDCK cell culture. The plant material (30 g) was extracted with methanol (300 mL) at room temperature for 24 h. Methanolic extracts were filtered, evaporated, and subsequently lyophilized. The evaluation of the potential antiviral activity was performed by a viral replication inhibition test. Among these medicinal plants, Tussilago farfara, Brassica juncea, Prunus armeniaca, Astragalus membranaceus, Patrinia villosa, and Citrus unshiu showed markedly antiviral activity against influenza virus A/H1N1 in the concentration range of 0.156-1.25 mg/mL, 0.313-10 mg/mL, 5-10 mg/mL, 0.625- 10mg/mL, 0.625-10 mg/mL, and 0.313-5 mg/mL, respectively. The extracts of T. farfara showed cytotoxicity in the concentration above 2.5 mg/mL, whereas other five main extracts had no cytotoxicity in a concentration of 10 mg/mL. Therefore, the present results indicated that methanolic extracts of six main plants might be useful approach in the treatment of influenza virus H1N1.
더보기The in vitro antimicrobial activity of methanol extracts from flowers of Inula britannica against various strains of spoilage and pathogenic bacteria was evaluated in this study. Antimicrobial activity was investigated using the disc-diffusion test. The minimal inhibitory concentration (MIC) of the methanol extract was determined through serial dilution and the broth microdilution test. The minimal bactericidal concentration (MBC) was also determined. The plant extract exhibited antimicrobial effects against Staphylococcus aureus and Bacillus cereus from among the microorganisms that were tested. Especially, the extract was most effective against S. aureus IFO 3060 and B. cereus ATCC 21366, with MIC of 1.25 mg/mL and 0.625 mg/mL, respectively. The extract also inhibited the growth of S. aureus ATCC 33591 which is resistant to antibiotic with MIC value of 0.625 mg/mL. In addition, we observed the morphological responses of these two strains to the extract using a scanning electron microscope (SEM). The results of this report suggest that the flowers of I. britannica could be used as a natural antimicrobial agent in the food and pharmaceutical industries.
더보기A methanol extract of Brassica juncea has previously been shown to have antiviral activity against influenza virus H1N1. In this study, a subcritical water extract (SWE) of B. juncea and skimmed milk fortified with this SWE were evaluated for potential antiviral activity against influenza virus H1N1 using an MTT assay. The SWE of B. juncea showed antiviral activity against influenza virus H1N1 in laboratory media at a concentration of 0.5 mg/mL. The cell viability of Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells infected with influenza virus H1N1 was 50.35% following treatment with 0.5 mg/mL B. juncea SWE, compared with the untreated control, and no cytotoxicity of the extract against MDCK cells was observed. Cells treated with skimmed milk containing B. juncea SWE also exhibited 39.62% reduction of viral cytopathic effects at a dilution of 1:9. The results presented in this study suggest that B. juncea may protect against infection by the influenza virus through fortification of foods with the extract.
더보기Bacillus cereus and Staphylococcus aureus, food-borne pathogens, are major cause of problems in the dairy industry. In this study, it has found that whole milk supplemented with ethanol extract of Inula britannica had antimicrobial properties. The ethanol extract of I. britannica was found to be effective with a minimal inhibitory concentration (MIC) of 1-2 mg/mL against 5 strains of B. cereus and 4 strains of S. aureus in tryptic soy broth. When a 5 strains mixture of B. cereus was inoculated into pasteurized milk (approximately 5×104 CFU/mL) pretreated with 0, 1, and 2 mg/mL of ethanol extract from I. britannica, the bacterial growth was inhibited by 1.8 log CFU/mL in milk with 2 mg/mL of extract during storage at 4℃ for 96 h. Moreover, the populations of bacterial strains were reduced by 2.2 log CFU/mL in milk with 2 mg/mL of the extract after 48 h of storage at 35℃. When a 4 strains mixture of S. aureus including methicillin-resistant was incubated in milk added with 4 mg/mL of the extract, the growth of bacteria was inhibited during storage for 48h. Taken together, these results suggest that dairy products added with I. britannica may be able to control the growth of food-borne pathogens. Consequently, I. britannica can be considered a potent antimicrobial agent in the dairy industry.
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