برهمکنش‌های هم افزایی نویدبخش و بهینه‌سازی مخلوط سافرانال، کروسین و کروستین از زعفران مراکشی (Crocus sativus L.) با فعالیت ضدمیکروبی افزایش‌یافته

این مطالعه به بررسی فعالیت ضدمیکروبی سه ترکیب زیست‌فعال اصلی گیاه *Crocus sativus* L. (زعفران)—شامل سافرانال، کروسین و کروسِتین—با استفاده از طرح آماری «مخلوط سیمپلکس-سنت‌روید» (simplex-centroid mixture design) برای ارزیابی اثرات انفرادی و هم‌افزای آن‌ها می‌پردازد. دوازده فرمولاسیون در برابر سویه‌های *Staphylococcus aureus*، *Escherichia coli*، *Candida albicans* و *Geotrichum candidum* آزمایش شدند. حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) با استفاده از روش ریزرقیق‌سازی (microdilution) تعیین شد و نتایج با مدل‌های رگرسیون مکعبی ویژه (special cubic regression models) برازش یافتند. مدل‌ها دقت پیش‌بینی بالایی را نشان دادند (0.97–0.99 = R²). سافرانال بیشترین فعالیت انفرادی را در برابر *S. aureus* نشان داد (169.77 = σ1، 0.0053 = p)، در حالی که کروسین قوی‌ترین اثر را بر *E. coli* داشت (166.63 = σ2، 0.0001 > p). تعاملات هم‌افزای (سینرژیک) معناداری میان کروسین و کروسِتین برای هر دو سویه باکتریایی مشاهده شد (290.34- = σ23 برای *S. aureus*؛ 170.28- برای *E. coli*). مخلوط‌های سه‌گانه در مقایسه با ترکیبات منفرد، کارایی برتری نشان دادند و کمترین مقادیر MIC را در میان تمامی عوامل بیماری‌زا ایجاد کردند. فرمولاسیون ضدباکتریایی بهینه—شامل 33.31٪ سافرانال، 33.29٪ کروسین و 33.39٪ کروسِتین—مقادیر MIC معادل 41.14٪ (v/v) (پیش‌بینی‌شده) و 39.5٪ ± 0.75٪ (v/v) (تجربی) را در برابر *E. coli* به دست داد. در مورد *S. aureus*، مخلوطی شامل 27٪ سافرانال، 33٪ کروسین و 38٪ کروسِتین منجر به MIC پیش‌بینی‌شده 42.15٪ (v/v) شد که به صورت تجربی 38.13٪ ± 1.33٪ (v/v) تأیید گردید. برای *G. candidum*، مخلوط بهینه‌سازی‌شده به مقادیر MIC معادل 9.13٪ (v/v) (پیش‌بینی‌شده) و 10.24٪ ± 2.05٪ (v/v) (مشاهده‌شده) دست یافت. این یافته‌ها نشان می‌دهند که ترکیبات هم‌افزای متابولیت‌های مشتق‌شده از زعفران، قدرت ضدمیکروبی را به طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهند. علاوه بر این، مدل‌سازی طراحی مخلوط به عنوان راهکاری مؤثر برای پیش‌بینی و بهینه‌سازی در جهت توسعه فرمولاسیون‌های ضدمیکروبی گیاهی و تکرارپذیر با هدف مقابله با مقاومت آنتی‌بیوتیکی مطرح می‌شود.

This study explores the antimicrobial activity of three principal bioactive constituents of Crocus sativus L.—safranal, crocin, and crocetin—using a simplex-centroid mixture design to evaluate their individual and synergistic effects. Twelve formulations were tested against Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans, and Geotrichum candidum. Minimum inhibitory concentrations (MICs) were determined via microdilution assays, and the results were fitted using special cubic regression models. The models exhibited strong predictive accuracy (R2 = 0.97–0.99). Safranal showed the highest individual activity against S. aureus (σ1 = 169.77, p = 0.0053), while crocin exerted the strongest effect on E. coli (σ2 = 166.63, p < 0.0001). Significant synergistic interactions were observed between crocin and crocetin for both bacterial strains (σ23 = −290.34 for S. aureus; −170.28 for E. coli). Ternary mixtures displayed superior efficacy compared to single compounds, producing the lowest MIC values across all pathogens. The optimal antibacterial formulation—33.31% safranal, 33.29% crocin, and 33.39% crocetin—yielded MICs of 41.14% (v/v) (predicted) and 39.5% ± 0.75% (v/v) (experimental) against E. coli. Against S. aureus, a blend of 27% safranal, 33% crocin, and 38% crocetin resulted in a predicted MIC of 42.15% (v/v), confirmed experimentally at 38.13% ± 1.33% (v/v). For G. candidum, the optimized mixture reached MIC values of 9.13% (v/v) (predicted) and 10.24% ± 2.05% (v/v) (observed). These findings demonstrate that synergistic combinations of saffron-derived metabolites markedly enhance antimicrobial potency. Moreover, mixture design modeling emerges as an effective predictive and optimization strategy for developing reproducible, plant-based antimicrobial formulations targeting antibiotic resistance.