Free radicals' scavenging capacity of Thymus serpyllum L. extracts depending on applied extraction conditions and extraction techniques

Abstract

Polyphenols, as plant secondary metabolites, achieve strong antioxidant capacity by scavenging free radicals, chelating metals, and interacting with lipid membranes, proteins and nucleic acids. The aim of the present study was the examination of the applied extraction conditions (particle size of plant material, solvent-to-solid ratio, solvent type, and extraction time) and extraction techniques (maceration, heat- and ultrasound-assisted extractions) on the free radicals' scavenging capacity of Thymus serpyllum polyphenol extracts, determined in ABTS and DPPH methods. According to the results, smaller particle size of herbal drug resulted with better antioxidant potential. However, this effect was statistically significant for heat- and ultrasound-assisted extractions according to ABTS assay, and for maceration and heat-assisted extraction according to DPPH assay. Furthermore, the increase in solvent-to-solid ratio from 10:1 to 30:1 resulted in the extracts with higher antioxidant activity regardless of the type of extraction technique, whereas the scavenging activity of ethanol extracts was higher in comparison to aqueous extracts. In terms of extraction time for achieving the highest free radicals' scavenging capacity, 30 min can be recommended for maceration and heat-assisted extraction, and 5 min for processing by ultrasonic probe. In neutralization of ABTS radicals, there were no statistically significant differences between antioxidant capacity of T. serpyllum extracts obtained by using different extraction techniques, whereas in DPPH scavenging activity, the extracts obtained in ultrasound-assisted extraction have shown statistically significantly higher activity. Due to the free radicals' scavenging properties shown in the present study, T. serpyllum extracts may be used in the formulations in food, pharmaceutical, cosmetic, and chemical industries.

Polifenoli, kao biljni sekundarni metaboliti, poseduju snažan antioksidativni kapacitet za neutralizaciju slobodnih radikala, heliranje metala i interakciju sa lipidnim membranama, proteinima i nukleinskim kiselinama. Cilj prikazane studije je ispitivanje primenjenih uslova ekstrakcije (veličine čestica biljnog materijala, odnos rastvarač:biljna droga, vrsta rastvarača i vreme ekstrakcije) i metode ekstrakcije (maceracija, ekstrakcija na povišenoj temperaturi i ekstrakcija ultrazvučnim talasima) na sposobnost neutralizacije slobodnih radikala od strane polifenolnih ekstrakata biljke Thymus serpyllum, ispitanu primenom ABTS i DPPH metoda. Prema dobijenim rezultatima, manje čestice biljnog materijala daju ekstrakte sa boljim antioksidativnim potencijalom. Međutim, ovaj efekat je statistički značajan za ekstrakte dobijene na povišenoj temperaturi i ultrazvučnim talasima prema ABTS testu, dok je u DPPH testu efekat bio značajan samo za esktrakte dobijene maceracijom i na povišenoj temperaturi. Povećanje odnosa rastvarač:biljna droga od 10:1 do 30:1 dovodi do povećanja antioksidativne aktivnosti ekstrakata bez obzira na primenjenu tehniku ekstrakcije, dok etanolni ekstrakti pokazuju bolji potencijal u neutralizaciji slobodnih radikala u odnosu na vodene ekstrakte. Pri ispitivanju vremena ekstrakcije koje je neophodno da se dostigne najveći antioksidativni kapacitet ekstrakta, pokazano je da je 30 min optimalno vreme za maceraciju i ekstrakciju na povišenoj temperaturi, dok je za ekstrakciju ultrazvučnom sondom potrebno 5 min. Pri neutralizaciji ABTS radikala nije bilo statistički značajne razlike između T. serpyllum ekstrakata dobijenim različitim tehnikama, dok su u DPPH testu ekstrakti dobijeni primenom ultrazvučne sonde pokazali statistički značajno veću aktivnost. Zahvaljujući prikazanim svojstvima u neutralizaciji slobodnih radikala, ekstrakti biljke T. serpyllum mogu se koristiti u formulacijama u prehrambenoj, farmaceutskoj, kozmetičkoj i hemijskoj industriji.