<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

<p>The aim of this study was to investigate the effects of garlic oil, cinnamaldehyde, carvacrol, thymol, and thyme oil on growth and biofilm formation of <italic>Escherichia coli</italic> and <italic>Salmonella</italic> serotypes, including field isolates from livestock animals. Minimum inhibitory concentrations (MIC) were determined using broth micro-dilution method. Biofilm biomass was assessed by measuring the attached biomass with microtiter plate assay and crystal violet (CV) staining. The strongest antimicrobial effects on <italic>E. coli</italic> serotypes were observed for thymol at 150 ppm, followed by carvacrol and cinnamaldehyde at 300 ppm and thyme oil at 600 ppm. Similar results were obtained with <italic>Salmonella</italic> serotypes except for carvacrol (MIC value at 150 ppm). Garlic oil showed no growth inhibition on serotypes of <italic>E. coli</italic> and <italic>Salmonella</italic> up to 10000 ppm. Cinnamaldehyde proved to be the most effective substance in reducing <italic>E. coli</italic> CV-biofilm formation at sub-MIC level with a threshold concentration of 5 ppm, followed by carvacrol, thymol, and thyme oil at 40 ppm and garlic oil at 10000 ppm. CV-biofilm formation of <italic>Salmonella</italic> serotypes at sub-MIC level was clearly reduced with 40 ppm cinnamaldehyde and 80 ppm carvacrol, thymol, and thyme oil. No reduction of CV-biofilm formation was observed with garlic oil. The present study demonstrates a strong antibacterial activity of cinnamaldehyde, carvacrol, thymol, and thyme oil. Similar response of field isolates and type strains to these phytogenics suggests a general effect within the bacterial species tested. All four substances were also able to reduce CV-biofilm formation at sub-MIC level. Investigating phytogenics with bacterial field isolates contributes to the development of feed additives as alternatives to antibiotics in animal feed to increase productivity and animal welfare in modern livestock production.</p>
</abstract>

The aim of this study was to investigate the effects of garlic oil, cinnamaldehyde, carvacrol, thymol, and thyme oil on growth and biofilm formation of Escherichia coli and Salmonella serotypes, including field isolates from livestock animals. Minimum inhibitory concentrations (MIC) were determined using broth micro-dilution method. Biofilm biomass was assessed by measuring the attached biomass with microtiter plate assay and crystal violet (CV) staining. The strongest antimicrobial effects on E. coli serotypes were observed for thymol at 150 ppm, followed by carvacrol and cinnamaldehyde at 300 ppm and thyme oil at 600 ppm. Similar results were obtained with Salmonella serotypes except for carvacrol (MIC value at 150 ppm). Garlic oil showed no growth inhibition on serotypes of E. coli and Salmonella up to 10000 ppm. Cinnamaldehyde proved to be the most effective substance in reducing E. coli CV-biofilm formation at sub-MIC level with a threshold concentration of 5 ppm, followed by carvacrol, thymol, and thyme oil at 40 ppm and garlic oil at 10000 ppm. CV-biofilm formation of Salmonella serotypes at sub-MIC level was clearly reduced with 40 ppm cinnamaldehyde and 80 ppm carvacrol, thymol, and thyme oil. No reduction of CV-biofilm formation was observed with garlic oil. The present study demonstrates a strong antibacterial activity of cinnamaldehyde, carvacrol, thymol, and thyme oil. Similar response of field isolates and type strains to these phytogenics suggests a general effect within the bacterial species tested. All four substances were also able to reduce CV-biofilm formation at sub-MIC level. Investigating phytogenics with bacterial field isolates contributes to the development of feed additives as alternatives to antibiotics in animal feed to increase productivity and animal welfare in modern livestock production.

Effects of phytogenic substances on growth and biofilm formation of <italic>Escherichia coli</italic> and <italic>Salmonella</italic> field isolates

AGES GmbH, Austrian Agency for Health and Food Safety

<trans-abstract xml:lang="de" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<p>In der vorliegenden Studie wurden die Effekte von Knoblauchöl, Zimtaldehyd, Carvacrol, Thymol und Thymianöl auf das Wachstum und die Biofilmbildung von <italic>Escherichia coli</italic>- und <italic>Salmonella</italic>-Feldisolate untersucht. Die minimalen inhibitorischen Konzentrationen (MIC) wurden gemäß DIN EN ISO 20776-1:2019 (<xref ref-type="bibr" rid="j_boku-2021-0001_ref_012">ISO, 2019</xref>) erhoben, und die anhaftende Biofilm-Biomasse mit Mikrotiterplatten-Assay und Kristallviolett-Färbung (CV) bestimmt. Die stärkste antimikrobielle Wirkung auf <italic>Escherichia coli</italic>-Serovare wurde mit 150 ppm Thymol beobachtet, gefolgt von Carvacrol und Zimtaldehyd mit 300 ppm und Thymianöl mit 600 ppm. Mit <italic>Salmonella</italic>-Serovaren wurden verlgeichbare Ergebnisse erzielt. Knoblauchöl zeigte bis zur höchsten untersuchten Konzentration von 10000 ppm keine Wachstumshemmung bei <italic>Escherichia coli</italic>- und <italic>Salmonella</italic>-Serovaren. Zimtaldehyd erwies sich mit 5 ppm als wirksamste Substanz zur Reduktion der <italic>Escherichia coli</italic>-CV-Biofilmbildung im sub-MIC-Bereich, gefolgt von Carvacrol, Thymol und Thymianöl mit 40 ppm und Knoblauchöl mit 10000 ppm. Die CV-Biofilmbildung von <italic>Salmonella</italic>-Serovaren im sub-MICBereich konnte mit 40 ppm Zimtaldehyd und 80 ppm Carvacrol, Thymol oder Thymianöl deutlich reduziert werden. Knoblauchöl hatte keinen Einfluss auf die CV-Biofilmbildung der getesteten Salmonellen. Die vorliegende Studie zeigt eine starke antibakterielle Wirkung von Zimtaldehyd, Carvacrol, Thymol und Thymianöl. Die ähnliche Reaktion von Feldisolaten und Referenzstämmen auf die untersuchten Substanzen lässt auf eine allgemeine Wirkung innerhalb der getesteten Bakterienspezies schließen. Alle vier Substanzen waren ebenfalls in der Lage die CV-Biofilmbildung im sub-MIC-Bereich erheblich zu reduzieren. Die Untersuchung von phytogenen Substanzen mit Feldisolaten trägt zur Entwicklung von Futtermittelzusatzstoffen als Alternativen zu Antibiotika im Tierfutter und folglich zur Steigerung von Produktivität und Tierwohl in der modernen Tierproduktion bei.</p>
</trans-abstract>

In der vorliegenden Studie wurden die Effekte von Knoblauchöl, Zimtaldehyd, Carvacrol, Thymol und Thymianöl auf das Wachstum und die Biofilmbildung von Escherichia coli- und Salmonella-Feldisolate untersucht. Die minimalen inhibitorischen Konzentrationen (MIC) wurden gemäß DIN EN ISO 20776-1:2019 (ISO, 2019) erhoben, und die anhaftende Biofilm-Biomasse mit Mikrotiterplatten-Assay und Kristallviolett-Färbung (CV) bestimmt. Die stärkste antimikrobielle Wirkung auf Escherichia coli-Serovare wurde mit 150 ppm Thymol beobachtet, gefolgt von Carvacrol und Zimtaldehyd mit 300 ppm und Thymianöl mit 600 ppm. Mit Salmonella-Serovaren wurden verlgeichbare Ergebnisse erzielt. Knoblauchöl zeigte bis zur höchsten untersuchten Konzentration von 10000 ppm keine Wachstumshemmung bei Escherichia coli- und Salmonella-Serovaren. Zimtaldehyd erwies sich mit 5 ppm als wirksamste Substanz zur Reduktion der Escherichia coli-CV-Biofilmbildung im sub-MIC-Bereich, gefolgt von Carvacrol, Thymol und Thymianöl mit 40 ppm und Knoblauchöl mit 10000 ppm. Die CV-Biofilmbildung von Salmonella-Serovaren im sub-MICBereich konnte mit 40 ppm Zimtaldehyd und 80 ppm Carvacrol, Thymol oder Thymianöl deutlich reduziert werden. Knoblauchöl hatte keinen Einfluss auf die CV-Biofilmbildung der getesteten Salmonellen. Die vorliegende Studie zeigt eine starke antibakterielle Wirkung von Zimtaldehyd, Carvacrol, Thymol und Thymianöl. Die ähnliche Reaktion von Feldisolaten und Referenzstämmen auf die untersuchten Substanzen lässt auf eine allgemeine Wirkung innerhalb der getesteten Bakterienspezies schließen. Alle vier Substanzen waren ebenfalls in der Lage die CV-Biofilmbildung im sub-MIC-Bereich erheblich zu reduzieren. Die Untersuchung von phytogenen Substanzen mit Feldisolaten trägt zur Entwicklung von Futtermittelzusatzstoffen als Alternativen zu Antibiotika im Tierfutter und folglich zur Steigerung von Produktivität und Tierwohl in der modernen Tierproduktion bei.

Die Bodenkultur: Journal of Land Management, Food and Environment

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Effects of phytogenic substances on growth and biofilm formation of  and  field isolates

The aim of this study was to investigate the effects of garlic oil, cinnamaldehyde, carvacrol, thymol, and thyme oil on growth and biofilm formation of...

Phytogenic	Composition^a
Garlic oil	Diallyl disulfid (59.1%), diallyl trisulfid (11.7%), and methyl propyl trisulfid (1.1%)
Thymol	Thymol (100%)
Carvacrol	Carvacrol (100%)
Thyme oil	p-Cymene (26.9%), γ-terpinene (7.7%), linalool (5%), 4-terpineol (0.7%), thymol (41.1%), and carvacrol (3%)
Cinnamaldehyde	trans-Cinnamaldehyde (99.4%)

Effects of phytogenic substances on growth and biofilm formation of Escherichia coli and Salmonella field isolates

Article Category: Research Article

Published Online: Sep 18, 2021

Page range: 1 - 8

Received: Dec 09, 2020

Accepted: Mar 19, 2021

DOI: https://doi.org/10.2478/boku-2021-0001

Keywords
Phytogenics, antimicrobials, biofilm, field isolates,

© 2021 Sonja Axmann et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Figure 1

Major chemical constituents of the studied phytogenicsTabelle 1. Chemische Hauptbestandteile der untersuchten phytogenen Substanzen

Effects of phytogenic substances on growth and biofilm formation of Escherichia coli and Salmonella field isolates

Article Category: Research Article

Published Online: Sep 18, 2021

Page range: 1 - 8

Received: Dec 09, 2020

Accepted: Mar 19, 2021

DOI: https://doi.org/10.2478/boku-2021-0001

KeywordsPhytogenics, antimicrobials, biofilm, field isolates,

© 2021 Sonja Axmann et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Figure 1

Major chemical constituents of the studied phytogenicsTabelle 1. Chemische Hauptbestandteile der untersuchten phytogenen Substanzen

Keywords
Phytogenics, antimicrobials, biofilm, field isolates,