O objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade antimicrobiana sobre bactérias patogênicas e deteriorantes da associação de compostos naturais (óleo essencial de alho - OA, isotiocianato de alila - ITA e nisina Z pura - NI) in vitro e sua aplicação na estabilidade de linguiça mista frescal. Na avaliação in vitro foram determinadas a Concentração Inibitória Mínima (CIM) e a Concentração Bactericida Mínima (CBM) dos compostos em combinação sobre E. coli O157:H7 e Lactobacillus plantarum. Para avaliação do efeito dos compostos naturais em linguiça foram produzidos 5 lotes divididos nos seguintes tratamentos: T1 = 20 mg/kg NI, T2 = 125 µL/kg OA + 62,5 µL/kg ITA + 20 mg/kg NI e T3 = 62,5 µL/kg OA + 125 µL/kg ITA + 20 mg/kg NI. Nesses tratamentos, as massas de linguiça foram inoculadas com E. coli O157:H7. Além desses, foram produzidos dois lotes controle, sendo um controle positivo (CP), inoculado apenas com E. coli O157:H7 e um controle negativo (CN), sem inoculação bacteriana. As linguiças foram armazenadas a 6ºC durante 20 dias e a cada 5 dias, amostras foram avaliadas quanto a parâmetros microbiológicos (contagem de E. coli O157:H7, E. coli autóctones, aeróbios psicrotróficos e bactérias lácticas) e físico-químicos (pH e cor). Posteriormente, o lote controle negativo e os tratamentos T2 e T3, sem a inoculação de E. coli O 157:H7 foram submetidos à avaliação sensorial de aceitabilidade. Os resultados foram analisados por ANOVA e teste de Tukey (P>0,05). Na associação in vitro de NI com AO e ITA verificou-se redução significativa de E. coli O157:H7 nas concentrações de 0,0125 µL/mL AO + 0,00625 µL/mL ITA + 0,24 mg/mL NI e de L. plantarum nas concentrações de 0,00625 µL/mL AO + 0,0125 µL/mL ITA + 0,24 mg/mL NI. Em linguiça, as reduções na contagem de E. coli O 157:H7, ao final da estocagem, nos T2 e T3 foram de 2,06 e 2,12 log UFC/g, respectivamente, em comparação ao CP. Para a contagem de E. coli autóctone verificou-se que os tratamentos T2 e T3 apresentaram reduções do patógeno a níveis indetectáveis a partir do 10º dia de armazenamento. Em relação à contagem de bactérias lácticas, todos os tratamentos (T1, T2 e T3) apresentaram redução significativa em comparação aos lotes controle (CP e CN), a partir do 5º dia de estocagem (P<0,05). Para os microrganismos psicrotróficos, nenhum dos tratamentos apresentou efeito inibitório significativo. Com relação à cor instrumental, verificaram-se menores valores de chroma (C*) para as linguiças dos T2 e T3 (P<0,05) ao final da estocagem. Contudo, as linguiças adicionadas de antimicrobianos (T1, T2 e T3) apresentaram menor descoloração (hue) e maior valor para cor vermelha (a*) em comparação aos lotes controle. As linguiças tratadas com a combinação dos antimicrobianos (T2 e T3) apresentaram menor pH em comparação aos controles. Quanto à análise sensorial, as linguiças adicionadas dos antimicrobianos naturais apresentaram diferença significativa para o controle para os atributos avaliados. Contudo, apresentaram índice de aceitabilidade acima de 70% para a maioria dos atributos. As combinações de óleos essenciais e nisina Z testadas foram eficientes para a redução significativa da população de E. coli O 157:H7 em linguiça mista frescal em comparação aos grupos controles. As combinações desses antimicrobianos também se mostraram efetivas em manter a estabilidade da linguiça mista frescal pelo controle do crescimento de bactérias lácticas deteriorantes e pela manutenção da cor vermelha e do pH das linguiças, apresentando-se sensorialmente aceitas pelos provadores.