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지역별국내자생엉겅퀴추출물의항균활성 279 능연구는다양하게보고되었으나, 그기능은항산화 (Mok JY 등 2011, Kim EM 과 Won SI 2009), 항염증 (Lee DS 등 2012, Mok JY 등 2011), 간기능개선 (Kim SJ 등 2012), 혈중지질감소및심혈관계질환예방 (Lim SS 와 Lee JH 1997) 등의연구에집중되어있으며엉겅퀴의항균활성에대한연구는매우부족하다. 또한, 자생지역에따른활성에대한연구도많이부족한실정이다. 따라서본연구팀은선행연구를통하여엉겅퀴가자생하는환경에따라생리활성물질의함량이다름을확인하였고, 이와관련하여항균효과의차이가있을수있을것으로예측하여본연구를통하여자생지역별엉겅퀴의항균활성능력기초자료를확보하고자하였다. 1. 실험재료 Ⅱ. 재료및방법 본연구에사용한엉겅퀴 (Cirsium japonicum var. ussuriense) 는충남예산 (CN), 경기포천 (GG), 강원평창 (GW), 제주제주 (JJ) 및전남고흥 (JN) 지역에서자생하는것으로 2011 년 7 월 ~8 월까지야산에서채취하여실험에이용하였다. 채취한엉겅퀴는국립수목원식물분류전문가에게동일품종임을확인받았으며, 종자와뿌리부위를제외한지상부위를사용하였다. 세척및절단과정을거친뒤동결건조하였으며, 건조된시료는분쇄 (Jam-606, Hanil, Seoul, Korea) 한뒤모두냉동보관 (-70 C) 하면서실험에사용하였다. 2. 추출물조제 지역별엉겅퀴의건조시료 100 g 에중량대비 15 배의에탄올을가하고 70 C 수욕상에서환류냉각하면서 6 시간추출한후에 ADVANTEC paper(no.6) (ADVANTEC Co., Tokyo, Japan) 를이용하여여과하는과정을 2 번거친후감압농축기 (EYELA N-1000, Riakikiai Co., Ltd., Tokyo, Japan) 을사용하여농축하였다. 농축한추출물은동결건조 (PVTED 10R, Ilsin Lab, Yangin, Korea) 하여 20 C 에저장하였다가실험할때균의생장에영향을주지않는 2% 이하농도의 DMSO(dimethyl sulfoxide) 에녹여시료로사용하였으며 DMSO 를음성대조군으로사용하였다. 3. 사용균주및배지 본실험에사용한실험균주는국내식중독의주요원인균주들로서 Table 1 에나타내었다. 각균주는 35% glycerol medium 을사용하여 -70 C 에서저장, 보관하였다. Vibrio 균주를제외한다른균주는 1 ml 의균액을 9 ml 의 nutrient broth(difco, MI, NJ, USA) 배지에접종하였고, Vibrio 균주는 3% NaCl 을첨가한 nutrient broth 배지에접종하여 Table 1. List of strains and cultivation condition used for antibacterial experiment Food-borne pathogens Reference Gram positive bacteria Bacillus cereus KCCM 1) 11204 Bacillus subtilis KCCM 11316 Staphylococcus aureus KCCM 12214 Listeria monocytogenes KCCM 40307 Gram negative bacteria Salmonella enterica KCTC 2) 12400 Vibrio vulnificus KCTC 2959 1) 2) Korean Culture Center of Microorganisms(Seoul, Korea) Korean Collection for Type Cultures(Daejon, Korea) 36.5 C 에서 2 회계대배양하였다. 실험에사용한균액은 UV-spectrophotometer(SpectraMax M2, Molecular Decives, NJ, USA) 를이용하여 O.D. 600 =0.2~0.3( 약 10 7 CFU/mL) 농도로일정하게조정한후항균실험에사용하였다. 배지는균주의특성에맞도록제조하여 121oC, 1.5 기압하에서 15 분간멸균하였고, 모든실험은 3 회반복하여수행하였다. 4. 생육저해효과 (Time killing assay) 자생지역별엉겅퀴추출물의식중독균의생장에미치는영향을조사하기위하여 broth-dilution method 를사용하여실험하였다 (Jang M 등 2010). 각각의균주는농도를 nutrient broth 배지를넣어 O.D. 600=0.2~0.3 로조절한후에실험에사용하였다. 96-well plate(falcon, NJ, USA) 에 nutrient broth 120 μl 에균액 50 μl, 엉겅퀴추출물희석액 50 μl 을차례대로첨가하여엉겅퀴추출물의최종농도가 375 μg/ml 이되도록맞추어 3 시간마다 UV-spectrophotometer (SpectraMax M2, Molecular Decives, NJ, USA) 를이용해흡광도값을측정하면서 24 시간동안 36.5 C 에서배양하였다. 생육저해효과는식중독균각각의생육곡선을나타내어엉겅퀴추출물이균의생장을저해하는정도를확인하였다. 5. 추출물의최소저해농도 (MIC) 측정 MIC 측정은생육저해효과와동일한방법으로조사하였으며엉겅퀴추출물의최종농도를 0~750 μg/ml 농도로희석하여농도별로식중독균에대한생육곡선을나타내어엉겅퀴추출물이균의생장을저해하는정도를확인하였으며 6, 9, 24시간까지생육곡선상에서균의생장 (turbidity) 이검출되지않는최소농도를 MIC(minimum inhibition concentration) 로설정하였다. Korean J. Food Cook. Sci. Vol. 30, No.3 (2014)

280 장미란 박혜진 홍은영 김건희 6. 한천내확산법 (Agar diffusion assay) 식중독균의생장억제효과를확인하기위하여 (Jang M 등 2010) 의 agar-well diffusion 방법을수정하여 nutrient agar 배지를 petri dish 에준비하여 750 μg/ml 의농도로용해한 1 ml 의엉겅퀴추출물을주입한후배지에완전히흡수되도록상온에서 10 분방치하였다. 여기에농도를 O.D. 600 =0.2~0.3 로조절한각각의균주를 100 μl 분주하여표면에균질하게도말한후 36.5 C 에서 12 시간배양한후 colony 수를계수하여나타내었다. 7. 통계처리 각각의실험은모두 3 회반복실시하였으며, 그평균과표준편차를나타내었다. 모든통계처리는 SPSS ver. 19.0 statistical analysis software(spss, Chicago, IL, USA) 를사용하여 95%(p<0.05) 에서분석하였다. Ⅲ. 결과및고찰 1. 생육저해효과 (Time killing assay) 시험용액중 375 μg/ml 농도의조제액을 24 시간동안배양하면서 0, 3, 6, 9, 18, 24 시간에엉겅퀴추출물이식중독균의생장에미치는영향을검토한결과모든시험균주에대하여유의적으로균의생장을저해하는효과를볼수있었다 (p<0.05)(fig. 1). 24 시간배양하였을때엉겅퀴시료가첨가된실험군에서는첨가하지않은대조군에비하여균의생장이 70~95% 까지감소하는것으로나타났다. 시료를첨가하지않은모든균주는 9~18 시간사이에균의생장이급격히증가하였으나추출물을처리한실험군은 9~18 시간사이에균의생장을효과적으로제어되는것이관찰되어엉겅퀴추출물이균의생장저해에매우효과적인물질이라고판단된다. 지역에따른엉겅퀴추출물사이의생육저해활성의정도는균주에따라차이가있으나가장효과적이었던것은강원및제주지역의추출물로나타났으며그다음으로경기, 전남, 충남지역의엉겅퀴추출물순으로효과적이었다 (p<0.05). 선행연구 (Jang M 등 2012) 에서지역별엉겅퀴추출물의총폴리페놀및플라보노이드함량을조사한결과강원, 제주및경기지역의엉겅퀴추출물의총폴리페놀및플라보노이드의함량이다른지역에비하여유의적으로많이함유하고있는것으로나타났다. 다양한식물종에서재배지토양의이화학적특성에따라식물이함유하고있는기능성생리활성물질의함량이있음을규명하였으며 (Sung WY 등 2000, Lee HY 등 2008) 이는식물이자생하는지역의환경적인요인에따라함유하고있는생리활성물질의함량이달라질수있음을시사한다. 식물에존재하는많은생리활성물질중가장많이함유되어있 는것은폴리페놀이며그의일종인플라보노이드는유해세균, 곰팡이및바이러스에대한강한천연항균제제로알려져있다 (Orhan DD 등 2010). Bylka W 등 (2004) 과 Cushnie TP 와 Lamb AJ(2005) 는천연물에함유되어있는폴리페놀및플라보노이드가식중독유발균주를비롯한다양한병원성균주에대한강력한항균물질이며항생제및합성식품첨가물을대신할수있다고보고하였다. 특히 Lee HK 등 (2003) 의연구에서엉겅퀴의 ethyl acetate 분획물에서가장강한항균활성을나타내었으며, 극성용매 ( 물, methanol, butanol 분획물 ) 에서강한항균활성을나타내었다. 이들용매는폴리페놀과플라보노이드추출및정제에주로사용되는용매로서항균력이이들용매분획물에서강하게나타난것은함유된폴리페놀이미생물의생장에영향을주었을것이라사료된다. 본연구결과에서또한강원및제주지역의항균활성이뛰어난것은이두지역의엉겅퀴추출물에다량의폴리페놀및플라보노이드가함유되어있어이들물질이항균활성에영향을미치는것으로판단된다. 따라서추후엉겅퀴항균활성연구에서는미생물생장저해에영향을주는폴리페놀및플라보노이드의성분규명연구가진행되어야할것이다. 지역별엉겅퀴추출물은 Gram positive 균주들중에서는특히 Bacillus subtilis 의생장을효과적으로제어하는것이나타났으며, Cushnie TP 와 Lamb AJ(2005) 의연구에서플라보노이드가특히 Bacillus subtilis 에대하여강한항균력을나타낸다고보고하여본연구와유사하다. Gram negative 균주인 Salmonella enterica 및 Vibrio vulnificus 는시험농도에서 24 시간동안균의생장을완벽하게억제시키는것이관찰되었다. 우리나라에서 Salmonella 에의한식중독은발생건수가많을뿐만아니라발생건수에비해환자수는더욱많은실정이다. 이는 Vibrio 도마찬가지이며, Vibrio 의경우여름철에집중되어있어문제가되고있다 (KFDA 2011). 엉겅퀴추출물은이런균주들에대한효과적인항균활성을나타내었으므로엉겅퀴추출물을식품에적용할경우식품내에서부적절한식중독균의생장을저해하여안전성확보및식품의저장성증진효과가기대된다. 2. 추출물의최소저해농도 (MIC) 재배지역별엉겅퀴추출물의시간대별 (6, 9, 24시간 ) 최소저해농도 (MIC) 를 Table 2에나타내었다. 엉겅퀴추출물의 6시간과 9시간까지의 MIC는 Staphylococcus aureus 및 Listeria monocytogenes를제외하곤모든실험균주에대하여관찰되었다. Bacillus subtilis에대하여경기 (750 μg/ml), 제주 (375 μg/ml), 전남 (750 μg/ml) 지역의엉겅퀴추출물이 24시간까지균의생장을 95~100% 저해하는것으로나타났으며, 엉겅퀴추출물이 Gram positive의다른균주들에비해 Bacillus subtilis에대한우수한활성을나타내 한국식품조리과학회지제 30 권제 3 호 (2014)

지역별국내자생엉겅퀴추출물의항균활성 281 Fig. 1. Growth inhibition effect of the C. japonicum extract against bacteria( ; bacteria, *;CN, ; GW, ; GG, +; JJ and ; JN) 는것은 Lee HK 등 (2003) 의연구결과 (MIC; 8~1000 μg/ml) 와유사하다. Gram negative 균주인 Salmonella enterica (93.75~750 μg/ml) 와 Vibrio vulnificus(93.75~750 μg/ml) 에대하여는생육저해효과시험과마찬가지로효과적인항균활성이확인되었으며, 모든지역의엉겅퀴추출물이 24 시간까지 95~100% 균의생장을저해하는것으로나타났다. 엉겅퀴추출물의자생지역별항균활성차이는 Time killing assay 를통하여자생지역별차이를확인하긴하였으나그차이가미비하였던반면 MIC 측정을통하여제주지역엉겅퀴추출물이 9 시간까지모든균주에대하여 MIC 가관찰되었고 (93.75~750 μg/ml), Bacillus subtilis, Salmonella enterica, Vibrio vulnificus 에대하여는 24 시간까지균의생장은 95% 이상저해하는것으로강력한항균활성을보였다. 그다음으로강원지역의엉겅퀴추출물이효과적으로균의생장을저해하는것을확인할수있었다. 3 시간까지 Staphylococcus aureus 를제외하고다른균주들의생장을효과적으로저해하였으며, 24 시간까지 Bacillus cereus, Salmonella enterica, Vibrio vulnificus 에대하여비교적저농도의 MIC(93.75~375 μg/ml) 를나타내었다. 한편, 항균활성측정시배지의상태 (broth 와 agar) 에따른균의생육상태나시료의확산정도가다르며, broth dilution 방법에의한항균력검증에는시료가지닌고유의색이 MIC 를결정하는탁도에영향을미칠수있다. Korean J. Food Cook. Sci. Vol. 30, No.3 (2014)

282 장미란 박혜진 홍은영 김건희 Table 2. Minimum inhibitory concentration (MIC) of C. japonicum extracts Bacterial strains Regions CN GG GW JJ JN Gram positive bacteria Bacillus cereus - 1) / - / - 750 2) / 750 3) / 750 4) 93.75/ 93.75/ 93.75 187.5/ 375/ - 750/ 750 / - Bacillus subtilis 93.75/ 93.75/ - 93.75/ 93.75/ 750 93.75/ 93.75/ - 93.75/ 187.5/ 375 93.75/ 93.75/ 750 Staphylococcus aureus - / - / - - / - / - - / - / - 750/ 750/ - - / - / - Listeria monocytogenes - / - / - - / - / - 750 / - / - 375/ 750/ - - / - / - Gram negative bacteria Salmonella enterica 750/ 750/ - 93.75/ 93.75/ 750 93.75/ 187.5/ 375 93.75/ 187.5/ 750 93.75/ 187.5/ 750 Vibrio vulnificus 750/ 750/ 750 93.75/ 93.75/ 750 93.75/ 187.5/ 375 93.75/ 187.5/ 375 93.75/ 187.5/ 750 Minimum inhibitory concentration (MIC) as μg/ml of extract of Cirsium japonicum. 1) Non inhibitory 2) 6 hr, 3) 9 hr and 4) 24 hr 따라서항균효과는하나의 assay 만으로결정하기에무리가있어, 탁도 (O.D.) 에영향을미치지않는 agar diffusion 방법으로항균력을측정하여엉겅퀴추출물의항균활성의근거를확인하고자하였다. 3. 한천내확산법 (Agar diffusion assay) 앞의두시험법에서효과적으로항균력이검증된제주및강원지역엉겅퀴의항균력을 agar plate 에서확인한결과, 마찬가지로모든시험균주에대하여엉겅퀴추출물을접종한경우엉겅퀴추출물을접종하지않은 control 에비하여적은 colony 가관찰되어엉겅퀴추출물의뛰어난항균력을확인할수있었다. 본연구에사용된시료의농도에서는균이완전히사멸하는 ( 99%, colony 가관찰되지않는농도 ) minimum bactericidal concentration(mbc) 는관찰되지않았다. 엉겅퀴추출물은실험농도내에서 Vibrio vulnificus 에대하여 colony 가 20 개이하로생성되어 nutrient agar plate 상태에서효과적으로균의생장저해에영향을미치는것으로나타났다. 그다음으로 Salmonella enteria 에대하여 50 개이하의 colony 를생성하였다. 결론적으로본연구에사용된엉겅퀴추출물은자생지역에따라유의적인항균활성차이가있었으나모든지역의엉겅퀴추출물이모든시험균주의생장을유의적으로저해하는것으로나타나뛰어난항균력이검증되었다. 따라서추후천연식품보존료로서의개발가능성이기대된다. 엉겅퀴는국내야생에흔히자생하는식물자원이기때문에경제적으로용이하게접근할수있을것이라생각되며, 향이은은하여천연식품보존료들이흔히갖고있는이취등이문제되지않을것이라판단된다. 하지만엉겅퀴의항균활성에대한결과보고가미비한상황이며, 아직기초연구단계이므로앞으로더욱광범위한균주에대한연구가필요하다. 또한엉겅퀴의우수한항균활성능력을추후식품의가공및생산과정에효과 적으로적용시킬수있는방법에대한연구및실제식품의형태에적용하여식품의저장기간동안어떤효과를발휘하는지도연구되어야할것이다. Ⅳ. 결론 본연구는국내다섯지역 ( 충남, 경기, 강원, 제주및전남 ) 에서자생하는엉겅퀴를천연생리활성소재로사용하여식중독균 6 종 (Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Table 3. Antibacterial effect of C. japonicum extracts by agar diffusion assay Bacterial strains C. japonicum Colonization Gram positive bacteria 1) Bacillus cereus JJ ++ GW ++ Bacillus subtilis JJ +++ GW ++ Staphylococcus aureus JJ ++ GW + Listeria monocytogenes JJ ++ GW + Gram negative bacteria Salmonella enterica JJ +++ GW +++ Vibrio vulnifivus JJ ++++ GW ++++ 1) colonies : -; more than 300, +; 100~299, ++; 51~100, +++; 21~50, ++++; 0~20 한국식품조리과학회지제 30 권제 3 호 (2014)

지역별국내자생엉겅퀴추출물의항균활성 283 Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Salmonella enterica 및 Vibrio vulnificus) 에대하여항균활성을측정한결과, 모든시험균주에대하여뛰어난항균활성이확인되었다. 특히, gram negative 균주에대하여더욱강력한효과가나타났다. Time killing assay 결과항균활성이 24 시간동안지속적으로유지되며엉겅퀴추출물이균의생장을탁월하게저해하는것을확인하였다. 다섯지역의엉겅퀴추출물중에서제주지역과강원지역의엉겅퀴추출물로부터비교적강한항균력을확인할수있었다. 따라서이러한엉겅퀴의우수한항균활성능력이천연항균제재로서식품보존료로이용이가능하리라사료된다. 감사의글 본논문은농촌진흥청차세대바이오그린 21 사업 (PJ008192) 의지원과연구의일부는정부 ( 교육과학기술부 ) 재원의한국연구재단대학중점연구소지원사업으로수행된연구 (NRF-2009-0094017) 에의해이루어진것으로이에감사드립니다. References Bylka W, Matlawska I, Pilewski NA. 2004. Natural flavonoids as antimicrobial agents. J American Nutraceutical 7(2):24-31 Cho MG, Chang CS, Chae YA. 2002. Variation of volatile composition in the leaf of Zamthoxylum schinifolim siebold et Zucc. & Zanthoxylum poperitum DC. Korean J Medicinal Crop Sci 10(3):162-166 Chung MS, Kim GH. 2010. Effects of Elsholtzia splendens and Cirsium japonicum on premenstrual syndrome. Nutr Res Pract 4(4):290-294 Cushine TP, Lamb AJ. 2005. Antimicrobial activity of flavonoids. Antimicrob Agent 26:343-356 Ishida, H, Umino, T, Tosugee T. 1987. Studies on antihemmorhagic substance in herbs classified hemostatics in Chinese medicine. VII. On the antihehorhagic principle in Cirsium japonicum DC. Chem Pharm Bull 35:861-864 Jang M, Seo J, Lee JH, Kim GH. 2010. Antibacterial activities of essential oil from Zanthoxlum schinifolium against foodborne pathogens. Korean J Food Cook Sci 26(2):206-213 Jang M, Hong E, Jung JH, Kim GH. 2012. Antioxidative components and activity of domestic Cirsium japonicum extract. J Korean Soc Food Nutr 41(6):739-744 KFDA (Korea Food & Drug Administration). 2011. Available from: http://fm.kfda.go.kr/ Kim EM, Won SI. 2009. Functional composition and antioxidative activity from different organs of native Cirsium and Carduus Genera. Korean J Food Cook Sci 25(4):406-414 Kim SJ, Kim GH. 2003. Identification for flavones in different parts of Cirsium japonicum. J Food Sci Nutr 8:330-335 Kim SJ, Kim SY Kim JA, Park IS, Yu KY, Chung CH, Shim JS, Jang SI, Jeong SI. 2012. Inhibitory effect of Cirsium japonicum root or flower extract on hepatic stellate cells activation. Kor J Pharmacogn 43(1):27-31 Lee CB. 2006. Wonsaek Korean illustrated plant book. Hyangmoon. Seoul. p 275 Lee DS, Kim KS, Li B, Choi HG, Keo S, Jun KY, Park JH, Kim YC. 2012. Anti-inflammatory effect of the Cirsium japonicum var. ussuriense 70% ethanolic extract in RAW264.7 cells by heme oxygenase-1 expression. Kor J Pharmacogn 43(1):39-45 Lee HK, Kim JS, Kim NY, Kim MJ, Park SU, Yu CY. 2003. Antioxidant, antimutagenicity and anticancer activities of extracts from Cirsium japonicum var. ussuriense KITAMURA. Korean J Medicinal Crop Sci 11:53-61 Lee HY, Jeong EJ, Jeon SY, Cho MS, Cho WJ, Kim HD, Cha YJ. 2008. Comparison of Volatile Flavor Compounds of Domestic Onions Harvested in Various Regions. J Korean Soc Food Sci Nutr 37(12):1609-1614 Lim SS, Lee JH. 1997. Effect of Artemisia princeps var Orentalis and Circium japonicum var Ussuriense on cardiovascula system of hyperlipidemic rat. Korean J Nutr 30(3):244-251 Mok JY, Kang HJ, Cho JK, Jeon IH, Kim HS, Park JM, Jeong SI, Shim JS, Jang SI. 2011. Antioxidative and anti-inflammatory effects of extracts from different organs of Cirsium japonicum var. ussuriense. Korean J Herbology 26:39-47 Orhan DD, Ozçelik B, Ozgen S, Ergun F. 2010. Antibacterial, antifungal, and antiviral activities of some flavonoids. Microbiol Res 165(6):496-504 Shim MK. 2010. Junghwa herbal medicine. Younglim. Seoul. pp 214-218 Sung WY, Yoon GR, Jang SM. 2000. Comparison of effective consitituents of Korean Paeony roots(paeoniae radix) cultivated in different regions. Korean J Postharvest Sci Technol 7(3):297-302 Received on Mar.27, 2014/ Revised on May15, 2014/ Accepted on May23, 2014 Korean J. Food Cook. Sci. Vol. 30, No.3 (2014)