《Foods》：Mapping Antimicrobial Synergism in Sorbate-Based Ternary Preservative Systems Against Listeria innocua and Salmonella Typhimurium Using Multivariate Analysis
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设计多成分防腐体系对于在保持食品安全的同时减少合成添加剂的使用至关重要。该研究评估了结合两种天然抗菌剂（百里香酚、香芹酚、丁香酚、柠檬醛、香兰素）和山梨酸钾（PS）的三元混合物在pH 4.5和5.5条件下对无害李斯特菌（Listeria innocua）和鼠伤
设计多成分防腐体系对于在保持食品安全的同时减少合成添加剂的使用至关重要。该研究评估了结合两种天然抗菌剂（百里香酚、香芹酚、丁香酚、柠檬醛、香兰素）和山梨酸钾（PS）的三元混合物在pH 4.5和5.5条件下对无害李斯特菌（Listeria innocua）和鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）的抗菌效果。研究人员确定了分数抑制浓度指数（FICI）和总最小抑菌浓度（MIC），以识别最优协同组合。应用了多元分析，包括主成分分析（PCA）和带有标准化系数的偏最小二乘（PLS）回归，以解析预测变量的相对影响和层级。在pH 4.5条件下，PS浓度≤64 ppm与任何天然成分组合对无害李斯特菌产生了较高的协同混合物（低FICI 0.318–0.378）。对于沙门氏菌，仅在pH 4.5条件下，百里香酚、香芹酚、丁香酚与PS≤32 ppm的组合获得了最低的FICI（0.252–0.344），而在pH 5.5条件下，需要128 ppm PS、百里香酚和香兰素才能获得相似的FICI（0.363）。PLS模型揭示了协同指数与MIC之间变量重要性的显著转变。对于FICI模型，混合物成分起主要影响作用；山梨酸钾显示出最高的预测权重（标准化系数：+0.8736），其次是丁香酚（+0.7757）、香芹酚（+0.6206）和柠檬醛（+0.5119）。这表明最大协同作用（最低FICI）被限制在天然化合物的较低分数浓度，从而避免细胞靶点的饱和。细菌种类（+0.2418）和pH（+0.3146）贡献较小，表明在测试细菌中具有均一效应。对于总MIC模型，山梨酸钾（+0.4701）和香兰素（+0.4492）调节了抗菌剂量需求。对于所评估的菌株，两个模型中细菌类型的系数表明三元混合物表现相似。这些发现表明，整合多元PLS建模为优化天然-合成抗菌混合物提供了稳健框架，通过定制化协同作用显著减少对山梨酸钾的依赖。
食源性病原菌如单核细胞增生李斯特菌和沙门氏菌是食品工业的重大挑战，消费者对清洁标签产品的需求推动了减少合成防腐剂的研究。天然抗菌剂（如精油成分）在单独使用时所需浓度常导致感官品质下降，而将天然抗菌剂与亚抑制浓度的化学防腐剂（如山梨酸钾）结合，可在保持安全性的同时降低用量。当前研究多集中于二元组合，对三元系统及环境因素（pH、微生物种类）的综合影响缺乏系统评估。因此，研究人员旨在评价三元混合物（含山梨酸钾与两种天然抗菌剂）对无害李斯特菌和鼠伤寒沙门氏菌的抑制作用，并利用多元分析方法揭示成分与条件的主次关系，为优化低剂量防腐体系提供依据。该论文发表在《Foods》。
研究人员采用的关键技术方法包括：棋盘设计（chessboard design）用于构建三元混合物浓度梯度；螺旋梯度法（Spiral Gradient Method）测定山梨酸钾的最小抑菌浓度（MIC）；计算分数抑制浓度指数（FICI）以分类协同、相加或拮抗作用；应用主成分分析（PCA）识别配方与条件的变异来源；以及偏最小二乘（PLS）回归建立预测模型，评估各变量对FICI和总MIC的标准化系数。菌株来源为食品微生物学实验室（UDLAP）保藏的标准株：鼠伤寒沙门氏菌ATCC 14028和无害李斯特菌ATCC 51742。
**3. Results and Discussion**
研究人员通过螺旋梯度法直观测定了三元混合物中山梨酸钾的抑制浓度，发现FICI值在0.252至0.496之间，显示出协同效应。在pH 4.5条件下，对于无害李斯特菌，山梨酸钾浓度≤64 ppm时与任何天然成分组合均获得低FICI（0.318–0.378）；对于鼠伤寒沙门氏菌，仅百里香酚、香芹酚、丁香酚与山梨酸钾≤32 ppm的组合获得最低FICI（0.252–0.344），而在pH 5.5时需128 ppm山梨酸钾、百里香酚和香兰素达到相似FICI（0.363）。这些结果说明较低pH增强山梨酸钾的活性，且天然化合物浓度可大幅降低（如对无害李斯特菌减少62.9%–97.4%）。图4显示百里香酚-香芹酚组合的平均FICI最低（0.44），而丁香酚-柠檬醛组合最高（0.72），表明酚类单萜更有利于协同。
**3.1. Principal Component Analysis**
PCA（图5）解释了91.4%的数据变异，PC1（67.5%）主要按抗菌效能分离配方，PC2（23.9%）反映微生物对pH的响应差异。百里香酚和香芹酚（具有最低个体MIC）负载到PC1负象限，其混合物总MIC最低；香兰素（个体MIC高）负载到PC1正象限，其混合物总MIC升高。pH 4.5条件下，沙门氏菌和无害李斯特菌的向量投影相似，表明酸度下抑制行为均一；pH 5.5时两者分离，显示微生物依赖性。FICI的PCA（图6）表明百里香酚-香芹酚和百里香酚-丁香酚组合位于负PC1和负PC2区域，具有最低FICI；香兰素则使混合物向高FICI区域移动，可能因竞争膜结合位点导致协同性降低。
**3.2. Partial Least Squares (PLS) Analysis**
PLS回归基于125个观测值，采用留一法交叉验证。对于FICI模型，山梨酸钾标准化系数最高（+0.8736），其次为丁香酚（+0.7757）、香芹酚（+0.6206）、柠檬醛（+0.5119）、百里香酚（+0.4896）和香兰素（+0.3950）。所有系数为正，表明增加各成分分数浓度会提高FICI，即最大协同作用限制在低浓度区域。细菌种类（+0.2418）和pH（+0.3146）贡献较小，说明三元混合物对两种菌效果均一。对于总MIC模型，山梨酸钾（+0.4701）和香兰素（+0.4492）为主要预测因子，pH升高会略微增加所需总剂量，而百里香酚和香芹酚的系数可忽略，细菌类型影响不显著。
**讨论与结论**
讨论部分总结了协同机制：酚类单萜（如百里香酚、香芹酚）通过破坏细胞膜、增加渗透性促进山梨酸钾进入细胞，而香兰素通过干扰细胞内代谢增强抑制，但高浓度香兰素可能因竞争膜位点而降低协同性。pH 4.5时质子化山梨酸钾更易扩散，增强效果。PLS模型证实了低浓度天然成分对实现最大协同的关键作用，且三元混合物对革兰氏阳性菌（无害李斯特菌）和革兰氏阴性菌（鼠伤寒沙门氏菌）均有效。研究结论翻译如下：本研究证明，将山梨酸钾与天然抗菌化合物结合的三元防腐体系能有效抑制无害李斯特菌和鼠伤寒沙门氏菌，同时大幅降低单个抗菌剂的所需浓度。若干配方表现出协同作用，突出了将常规防腐剂与植物源化合物结合以开发低剂量防腐策略的潜力。多元分析为实验数据提供了互补性见解：主成分分析识别了配方与条件的主要变异来源，偏最小二乘回归揭示了与抗菌性能最相关的配方变量。这些方法为解释多成分防腐体系中的复杂交互模式提供了稳健框架。结果还表明抗菌协同的幅度取决于pH和目标微生物，强调了配制防腐剂时考虑环境条件的重要性。这些发现为选择优化的三元抗菌体系提供了合理依据，这些体系兼具高效性和降低合成防腐剂用量的特点。然而，需强调这些体系仅在严格体外实验室条件下评估，且每种菌仅测试一株，实际应用需在代表性食品体系中进一步验证。未来研究必须在真实食品场景中验证这些三元矩阵，以评估潜在干扰、抗菌功效、感官影响和消费者接受度，从而成功转化至商业食品应用。
