Quantitative In Vitro Evaluation of Niaouli (Melaleuca quinquenervia) Essential Oil Incorporated into Absorbent Pads Against Selected UTI-Associated Pathogens

Abstract

Objective: This in vitro proof-of-concept study evaluated the antimicrobial activity of niaouli (Melaleuca quinquenervia) essential oil and assessed its time-dependent efficacy when incorporated into the absorbent middle layer of sanitary and incontinence pads. Methods: Minimum inhibitory concentrations (MICs) were determined against six UTI-associated pathogens (including E. coli and S. aureus) using the broth microdilution method (CLSI). Oil-impregnated pad samples were subsequently evaluated in a quantitative time-dependent assay over six hours. Results: Niaouli oil showed moderate activity against E. coli and K. pneumoniae (MIC = 104 µg/mL) and weaker activity against S. aureus, S. epidermidis, and C. albicans (MIC = 3333 µg/mL). In the pad matrix, bactericidal reductions (≥3 log₁₀ CFU/mL) were sustained for 2 hours against Gram-negative bacteria and 3 hours against Gram-positive strains. However, a complete loss of efficacy and subsequent microbial regrowth were observed by the 5th and 6th hours, likely due to the volatile depletion of active constituents. Conclusion: Niaouli essential oil provides significant but transient antimicrobial protection within absorbent matrices. While promising for bioactive hygiene products, further optimization, such as microencapsulation, is essential to achieve sustained clinical efficacy.

Keywords

• antimicrobial activity
• Melaleuca quinquenervia
• Minimum inhibitory concentration (MIC)
• Niaouli essential oil
• Pads
• Urinary tract infection pathogens

Seçilmiş üriner sistem enfeksiyonu (ÜSE) ile ilişkili patojenlere karşı emici pedlere entegre edilen Niaouli (Melaleuca quinquenervia) uçucu yağının kantitatif in vitro değerlendirilmesi.

Abstract

Amaç: İdrar yolu enfeksiyonları (İYE), hijyenik pedlerin ve hasta altı bezlerinin oluşturduğu nemli mikroortamlarla sıklıkla ilişkilendirilmektedir. Geleneksel emici hijyen ürünleri temel olarak sıvı yönetimine odaklanmakta ve genellikle antimikrobiyal fonksiyondan yoksun kalmaktadır. Bu in vitro kavram kanıtlama çalışması, nioli (Melaleuca quinquenervia) uçucu yağının antimikrobiyal aktivitesini ve hijyenik pedlerin emici orta tabakasına entegre edildiğinde zamana bağlı etkinliğini değerlendirmeyi amaçladı. Yöntemler: Minimum inhibitör konsantrasyonu (MİK) değerleri, CLSI kılavuzlarına uygun olarak sıvı mikrodilüsyon yöntemiyle altı farklı İYE ilişkili patojene (E. coli ve S. aureus dahil) karşı belirlendi. Ardından, uçucu yağ emdirilmiş ped örnekleri, altı saatlik bir temas süresi boyunca kantitatif zamana bağlı analiz yöntemiyle değerlendirildi. Bulgular: Nioli yağı, E. coli ve K. pneumoniae'ye karşı orta derecede (MİK = 104 µg/mL); S. aureus, S. epidermidis ve C. albicans'a karşı ise zayıf aktivite (MİK = 3333 µg/mL) göstermiştir. P. aeruginosa ise yüksek direnç sergilemiştir. Ped matrisinde, Gram-negatif bakterilere karşı 2 saat ve Gram-pozitif suşlara karşı 3 saat boyunca bakterisidal azalmalar (≥3 log₁₀ CFU/mL) sürdürüldü. Ancak muhtemelen aktif bileşenlerin uçucu tükenmesi nedeniyle 5. ve 6. saatlerde etkinliğin tamamen kaybolması ve ardından mikrobiyal yeniden büyüme gözlemlendi. Sonuç: Nioli esansiyel yağı, emici matrislerde önemli ancak geçici bir antimikrobiyal koruma sağlar. Biyoaktif hijyen ürünleri için umut verici olsa da sürdürülebilir klinik etkinlik elde etmek için mikroenkapsülasyon gibi daha fazla optimizasyon gereklidir.

Keywords

• antimikrobiyal aktivite
• İdrar yolu enfeksiyonu patojenleri
• Melaleuca quinquenervia
• Minimum inhibitör konsantrasyonu (MİK)
• Nioli uçucu yağı
• Ped

References

1. Bae, J., Kwon, H., & Kim, J. (2018). Safety evaluation of absorbent hygiene pads: a review on assessment framework and test methods. Sustainability, 10(11), 4146. https://doi.org/10.3390/su1011414 6
2. Bilecik, N. A., & Öztürk, G. Y. (2023). Could Niaouli aromatherapy oil be an option in the treatment of urinary tract infections in hemiplegic patients? Anatolian Current Medical Journal, 5(1), 59-64. https://doi.org/10.38053/acmj.1227991
3. Bombarda, I., Raharivelomanana, P., Ramanoelina, P. A., Faure, R., Bianchini, J. P., & Gaydou, E. M. (2001). Spectrometric identifications of sesquiterpene alcohols from niaouli (Melaleuca quinquenervia) essential oil. Analytica Chimica Acta, 447(1-2), 113-123. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(01)01307-1
4. Brown, D.G., May-Dracka, T.L., Gagnon, M.M., Tommasi R. (2014). Trends and exceptions of physical properties on antibacterial activity for Gram-positive and Gram-negative pathogens. Journal of Medicinal Chemistry, 57(23), 10144-61. https://doi.org/10.1021/j m501552x.
5. CLSI. (2024). Methods for Dilution Antimicrobial Susceptibility Tests for Bacteria That Grow Aerobically. 12th ed. CLSI standard M07. Clinical and Laboratory Standards Institute.
6. CLSI. (2026). Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing. 36th ed. CLSI supplement M100. Clinical and Laboratory Standards Institute.
7. Fernandes, L., Ribeiro, R., Costa, R., Henriques, M., & Rodrigues, M. E. (2022). Essential oils as a good weapon against drug-resistant Candida auris. Antibiotics, 11(7), 977. https://doi.org/10.3390 /antibiotics11070977
8. Kara, S. (2021). A research study about the expectations from sanitary napkins, current problems and design of a functional sanitary napkin. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 37(1), 74-90. https://izlik.org/JA54WU33BR

9. Kuete, V. (2010). Potential of Cameroonian plants and derived products against microbial infections: a review. Planta Medica, 76(14), 1479-1491. https://doi.org/10.1055/s-0030-1250027
10. Lee, H., & Lee, S. (2024). Development of essential oil-containing antimicrobial and deodorizing nanofibrous membranes for sanitary napkin applications. Journal of Industrial Textiles, 54, 15280837241248838. https://doi.org/10.1177/15280837241248 838
11. Pasha, C., Aravind, S., Begum, A., & Pasha, S. M. (2023). Antimicrobial and biodegradable sanitary pads with nanomaterials fused polymers. Asian Journal of Biological and Life Sciences, 16(3), 218-228. https://doi.org/10.3923/ajbs.2023.218.228
12. Reta, A.B., Babu, K. M., & Tesfaye, T. (2024). Studies on healthcare and hygiene textile materials treated with natural antimicrobial bioactive agents derived from plant extracts. AATCC Journal of Research, 11(2), 73-89. https://doi.org/10.1177/2472344423121 5444
13. Rios, J. L., & Recio, M. C. (2005). Medicinal plants and antimicrobial activity. Journal of Ethnopharmacology, 100(1-2), 80-84. https:// doi.org/10.1016/j.jep.2005.04.025
14. Rout, S., Pradhan, S., & Mohanty, S. (2022). Evaluation of modified organic cotton fibers based absorbent article applicable to feminine hygiene. Journal of Natural Fibers, 19(16), 12814-12828. https://doi.org/10.1080/15440478.2022.2076183
15. Sezener Kabay, M. G., Inal, S., Gökmen, S., Ergüden, V. E., Fındık, A., Güvenç, T., & Güvenç, D. (2024). Antibacterial effects of essential oils on P. aeruginosa, methicillin-resistant S. aureus, and Staphylococcus spp. isolated from dog wounds. Pharmaceuticals, 17(11), 1494. https://doi.org/10.3390/ph17111494
16. Sönmez Gürer, E. (2018). Palmarosa (Cymbopogon martinii) ve Nioli (Melaleuca viridiflora) uçucu yağlarının antimikrobiyal, antitümör ve sitotoksik aktivitelerinin araştırılması [Yüksek Lisans tezi, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü]. Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key =T1mWGp9MngYYkCSgiJvtVt6eIRK8evylKMqF_h_WNJPtN-1bG5 dn6Yx4M6wGWxUF
17. Tavares, T. D., Antunes, J. C., Padrão, J., Ribeiro, A. I., Zille, A., Amorim, M. T. P., ... & Felgueiras, H. P. (2020). Activity of specialized biomolecules against Gram-positive and Gram-negative bacteria. Antibiotics, 9(6), 314. https://doi.org/10.3390/antibiotics90603 14