The use of thyme and eucalyptus essential oils as preservatives and antioxidants in pharmaceutical preparations
Date
2026-01-10
Authors
Johny Yacoub Abdallah Khair
جوني يعقوب عبدالله خير
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Al-Quds Univeersity
Abstract
Thyme and eucalyptus essential oils are gaining popularity for their potent therapeutic benefits. With antibacterial, antioxidant, and preservative properties, they play a key role in natural health and wellness pursuits. This study evaluated their potential as natural alternatives to synthetic preservatives and antioxidants in skin creams and vitamin D3 supplements, aiming to enhance product safety, stability, and efficacy. The oils were incorporated at varying concentrations into antibacterial/anti-infective creams and vitamin D3 oral drops. Antimicrobial efficacy was assessed against Gram-positive bacteria (S. aureus, S. epidermidis), Gram-negative bacteria (E. coli, P. aeruginosa), yeast (C. albicans), and mold (A. niger). Antioxidant activity was measured via the DPPH free radical scavenging assay.
The study assessed essential oils' impact on the chemical stability of three active pharmaceutical ingredients: fusidic acid, mafenide acetate, and crystalline vitamin D3, over 180 days. pH levels were monitored to evaluate formulation compatibility. Microbial tests confirmed sterility, with all samples (oils, finished products, and preservative/antioxidant-free negative control) showing <10 CFU/mL of microorganisms, including bacteria, yeast, and mold; broth media remained clear without turbidity. Eucalyptus oil displayed strong, concentration-dependent antibacterial activity: complete inhibition of S. aureus and S. epidermidis at all concentrations (0.5–4.0% v/v), E. coli at ≥2.0% v/v, and P. aeruginosa at ≥3.0% v/v. Thyme oil inhibited S. epidermidis and E. coli at all concentrations, S. aureus at ≥1.0% v/v, while P. aeruginosa remained resistant.
In the DPPH assay, thyme oil showed superior free radical scavenging with 62.3% inhibition at 4.0% w/v, outperforming the 4.0% w/v ascorbic acid reference (38.9% inhibition). Eucalyptus oil exhibited lower activity at 40.1% inhibition. The antibacterial cream with 1.0% w/w thyme/eucalyptus oils inhibited S. aureus, S. epidermidis, and As. Niger growth at all observed time points. Initial P. aeruginosa, E. coli, and C. albicans were eliminated by day 7; ≥2-log reduction by day 14; no regrowth by day 28, meeting pharmacopeial standards. The anti-infective cream-maintained sterility for 28 days, fully inhibiting S. aureus and A. niger, and clearing P. aeruginosa, E. coli, and C. albicans post-day 7. Control samples (creams without chemical/natural preservatives; bacterial/yeast/mold suspensions in Letheen broth without product) showed increased bacterial/fungal colony counts throughout testing.
This indicates that the essential oil mixtures effectively act as natural preservatives. Active pharmaceutical ingredient tests showed that the chemical stability is very good. The fusidic acid in the anti-bacterial cream stayed between 96.0% and 101.0% of its starting amount. The cream with 1.0% w/w oil showed very little breakdown, dropping from 101.1% on day 0 to 99.8% after 180 days. The amount of mafenide acetate in the anti-infective cream was between 93.4% and 103%. The 1.5% w/w oil mix stayed the most stable. However, the higher concentration of 3.0% w/w showed a little more breakdown. The vitamin D3 oral drops were very consistent, staying strong with a potency level between 96.63% and 101.1%. Formulas containing 2.0% w/v eucalyptus or thyme oil had very little decrease, meaning they were effective at shielding against free radicals. The pH levels were good for using the products and keeping them stable over time. The antibacterial cream had a pH range of 4.40 to 4.55, the anti-infective cream ranged from 6.50 to 6.62, and the vitamin D3 drops ranged from 2.90 to 3.05.
Thyme and eucalyptus essential oils work well as natural preservatives, show a strong ability to kill bacteria, and offer better protection against oxidation. This helps keep products safe from harmful microbes, maintains their chemical structure stability, and enhances their effectiveness when used in medicines applied to the skin or taken orally. The research shows that these oils can work as good, environmentally friendly options instead of man-made preservatives and antioxidants, which help create safer, better quality, and more sustainable medicines.
تزداد أهمية الزيوت العطرية المستخلصة من Thyme و Eucalyptus نظرًا لفوائدها العلاجية القوية، وخصائصها المضادة للبكتيريا والأكسدة، وقدرتها على العمل كمُركّبات حافظة طبيعية. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم إمكانية استخدام هذه الزيوت كبدائل طبيعية للمواد الحافظة ومضادات الأكسدة الصناعية في كريمات الجلد ومكملات فيتامين D3، مما يُسهم في جعل المستحضرات أكثر أمانًا واستقرارًا وفعالية. تمت إضافة الزيوت بتراكيز مختلفة إلى كريمات مضادة للبكتيريا وأخرى مضادة للعدوى، إضافة إلى قطرات فموية من فيتامين .D3 تضمنت الدراسة اختبار الفعالية الميكروبية للزيوت ضد أنواع متعددة من الكائنات الحية الدقيقة، شملت البكتيريا موجبة الغرام مثل S. aureus و S. epidermidis، والبكتيريا سالبة الغرام مثل E. coli و P. aeruginosa إضافة إلى الخميرة C. albicans والعفن As. Niger كما تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة باستخدام اختبار DPPH free radical scavenging assay. درست التجربة تأثير الزيوت العطرية على الثبات الكيميائي لثلاث مواد فعالة هي fusidic acid، mafenide acetate، crystalline vitamin D3 على مدى 180 يومًا، مع متابعة تغيرات قيمة ال pHلتقييم التوافق بين المكونات في التركيبة. أظهرت الاختبارات الميكروبية أن جميع العينات كانت خالية تقريبًا من التلوث الجرثومي، إذ بلغ عدد الكائنات الحية الدقيقة أقل من 10 CFU/mL، ولم يُلاحظ أي عكارة في الأوساط الغذائية. أظهر زيت Eucalyptus نشاطًا قويًا مضادًا للبكتيريا يعتمد على التركيز؛ حيث ثبّط نمو S. aureus و S. epidermidis عند جميع التراكيز (0.5–4.0%v/v) ، بينما تم تثبيط E. coli عند تركيز 2.0%v/v فأكثر، و P. aeruginosa عند تركيز ≥3.0%v/v. أما زيت Thyme فقد أظهر فعالية عالية ضد S. epidermidis و E. coli عند جميع التراكيز، وبدأت فعاليته ضد S. aureus من تركيز 1.0% فأعلى، في حين بقيت P. aeruginosa مقاومة. في اختبار DPPH، أظهر زيت Thyme قدرة أعلى على إزالة الجذور الحرة، بنسبة تثبيط بلغت 62.3% عند تركيز 4.0%، متفوقًا على ascorbic acid المستخدم كمرجع بتركيز 100 µg/mL والذي بلغت نسبة تثبيطه 38.9%. أما زيت Eucalyptus فبلغت فعاليته 40.1% عند التركيز ذاته. أظهرت تجربة الكريم المحتوي على 1.0%w/v من زيوت Thyme و Eucalyptus قدرة فعالة على تثبيط نمو S. aureus, S. epidermidis, As. Niger في جميع الفترات الزمنية. أما P. aeruginosa و E. coli , C. albicans فقد اختفت تمامًا بعد اليوم السابع، وبحلول اليوم 28 لم تُسجل أي عودة للنمو، بما يتوافق مع معايير دستور الأدوية. كما أظهر الكريم المضاد للعدوى فعالية في الحفاظ على خلو العينات من الملوثات البكتيرية والفطرية لمدة 28 يومًا. أظهرت العينات الضابطة الخالية من المواد الحافظة زيادة في نمو البكتيريا والفطريات، مما يؤكد فعالية خليط الزيوت العطرية كمُركّبات حافظة طبيعية. أظهرت تحاليل المواد الفعالة ثباتًا كيميائيًا مرتفعًا؛ إذ بقيت نسبة fusidic acid في الكريم المضاد للبكتيريا بين 96.0% و101.1% من الكمية الابتدائية، في حين انخفضت بنسبة طفيفة من 101.1% إلى 99.8% بعد 180 يومًا. تراوحت نسبة mafenide acetate في الكريم المضاد للعدوى بين 93.4% و103%، وكان تركيز 1.5%w/w من الزيت الأكثر ثباتًا، بينما شهد تركيز 3.0%w/w تحللًا أكبر نسبيًا. أما قطرات فيتامين D3 الفموية فحافظت على قوة تتراوح بين 96.6% و101.1%، خصوصًا عند احتوائها على 2.0% من زيت Eucalyptus. أو Thyme كما بقيت قيم الـpH ضمن الحدود المثالية للثبات والاستخدام؛ إذ تراوحت بين 4.40–4.55 للكريم المضاد للبكتيريا، و6.50–6.62 للكريم المضاد للعدوى، و2.90–3.05 لقطرات فيتامين .D3 تُظهر النتائج أن زيوت Thyme و Eucalyptus تعمل بفعالية كمُركّبات حافظة طبيعية ذات نشاط قوي مضاد للبكتيريا، مع قدرة عالية على مقاومة الأكسدة، مما يُسهم في حماية المنتجات من التلوث الميكروبي، والحفاظ على ثباتها الكيميائي وفعاليتها العلاجية. وتشير الدراسة إلى أن استخدام هذه الزيوت يُعد خيارًا بيئيًا آمنًا ومستدامًا يمكن أن يحل محل المواد الحافظة ومضادات الأكسدة الصناعية في المستحضرات الصيدلانية.
تزداد أهمية الزيوت العطرية المستخلصة من Thyme و Eucalyptus نظرًا لفوائدها العلاجية القوية، وخصائصها المضادة للبكتيريا والأكسدة، وقدرتها على العمل كمُركّبات حافظة طبيعية. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم إمكانية استخدام هذه الزيوت كبدائل طبيعية للمواد الحافظة ومضادات الأكسدة الصناعية في كريمات الجلد ومكملات فيتامين D3، مما يُسهم في جعل المستحضرات أكثر أمانًا واستقرارًا وفعالية. تمت إضافة الزيوت بتراكيز مختلفة إلى كريمات مضادة للبكتيريا وأخرى مضادة للعدوى، إضافة إلى قطرات فموية من فيتامين .D3 تضمنت الدراسة اختبار الفعالية الميكروبية للزيوت ضد أنواع متعددة من الكائنات الحية الدقيقة، شملت البكتيريا موجبة الغرام مثل S. aureus و S. epidermidis، والبكتيريا سالبة الغرام مثل E. coli و P. aeruginosa إضافة إلى الخميرة C. albicans والعفن As. Niger كما تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة باستخدام اختبار DPPH free radical scavenging assay. درست التجربة تأثير الزيوت العطرية على الثبات الكيميائي لثلاث مواد فعالة هي fusidic acid، mafenide acetate، crystalline vitamin D3 على مدى 180 يومًا، مع متابعة تغيرات قيمة ال pHلتقييم التوافق بين المكونات في التركيبة. أظهرت الاختبارات الميكروبية أن جميع العينات كانت خالية تقريبًا من التلوث الجرثومي، إذ بلغ عدد الكائنات الحية الدقيقة أقل من 10 CFU/mL، ولم يُلاحظ أي عكارة في الأوساط الغذائية. أظهر زيت Eucalyptus نشاطًا قويًا مضادًا للبكتيريا يعتمد على التركيز؛ حيث ثبّط نمو S. aureus و S. epidermidis عند جميع التراكيز (0.5–4.0%v/v) ، بينما تم تثبيط E. coli عند تركيز 2.0%v/v فأكثر، و P. aeruginosa عند تركيز ≥3.0%v/v. أما زيت Thyme فقد أظهر فعالية عالية ضد S. epidermidis و E. coli عند جميع التراكيز، وبدأت فعاليته ضد S. aureus من تركيز 1.0% فأعلى، في حين بقيت P. aeruginosa مقاومة. في اختبار DPPH، أظهر زيت Thyme قدرة أعلى على إزالة الجذور الحرة، بنسبة تثبيط بلغت 62.3% عند تركيز 4.0%، متفوقًا على ascorbic acid المستخدم كمرجع بتركيز 100 µg/mL والذي بلغت نسبة تثبيطه 38.9%. أما زيت Eucalyptus فبلغت فعاليته 40.1% عند التركيز ذاته. أظهرت تجربة الكريم المحتوي على 1.0%w/v من زيوت Thyme و Eucalyptus قدرة فعالة على تثبيط نمو S. aureus, S. epidermidis, As. Niger في جميع الفترات الزمنية. أما P. aeruginosa و E. coli , C. albicans فقد اختفت تمامًا بعد اليوم السابع، وبحلول اليوم 28 لم تُسجل أي عودة للنمو، بما يتوافق مع معايير دستور الأدوية. كما أظهر الكريم المضاد للعدوى فعالية في الحفاظ على خلو العينات من الملوثات البكتيرية والفطرية لمدة 28 يومًا. أظهرت العينات الضابطة الخالية من المواد الحافظة زيادة في نمو البكتيريا والفطريات، مما يؤكد فعالية خليط الزيوت العطرية كمُركّبات حافظة طبيعية. أظهرت تحاليل المواد الفعالة ثباتًا كيميائيًا مرتفعًا؛ إذ بقيت نسبة fusidic acid في الكريم المضاد للبكتيريا بين 96.0% و101.1% من الكمية الابتدائية، في حين انخفضت بنسبة طفيفة من 101.1% إلى 99.8% بعد 180 يومًا. تراوحت نسبة mafenide acetate في الكريم المضاد للعدوى بين 93.4% و103%، وكان تركيز 1.5%w/w من الزيت الأكثر ثباتًا، بينما شهد تركيز 3.0%w/w تحللًا أكبر نسبيًا. أما قطرات فيتامين D3 الفموية فحافظت على قوة تتراوح بين 96.6% و101.1%، خصوصًا عند احتوائها على 2.0% من زيت Eucalyptus. أو Thyme كما بقيت قيم الـpH ضمن الحدود المثالية للثبات والاستخدام؛ إذ تراوحت بين 4.40–4.55 للكريم المضاد للبكتيريا، و6.50–6.62 للكريم المضاد للعدوى، و2.90–3.05 لقطرات فيتامين .D3 تُظهر النتائج أن زيوت Thyme و Eucalyptus تعمل بفعالية كمُركّبات حافظة طبيعية ذات نشاط قوي مضاد للبكتيريا، مع قدرة عالية على مقاومة الأكسدة، مما يُسهم في حماية المنتجات من التلوث الميكروبي، والحفاظ على ثباتها الكيميائي وفعاليتها العلاجية. وتشير الدراسة إلى أن استخدام هذه الزيوت يُعد خيارًا بيئيًا آمنًا ومستدامًا يمكن أن يحل محل المواد الحافظة ومضادات الأكسدة الصناعية في المستحضرات الصيدلانية.