香蕉皮提取物中多巴胺作为生物活性化合物的比色定量：食物废弃物价值化的可持续方法

《ACS Omega》：Colorimetric Quantification of Dopamine as a Bioactive Compound in Banana Peel Extracts: A Sustainable Approach to Food Waste Valorization

　　

多巴胺（DA）是一种生物活性儿茶酚胺，在常见农业食物废弃物香蕉皮（BPEEL）中高度富集。在本研究中，研究人员开发了一种快速且可持续的比色方法用于BPEEL提取物中的DA定量，该方法基于在DMSO/H₂O（1:1 v/v）中的Mg²⁺/NH₄⁺缓冲液（各150 mM，pH 9.4）中形成紫蓝色黑素色素（MN）发色团，并通过紫外-可见（UV-vis）分析确认。在595 nm处的强吸光度通过标准微孔板分光光度法监测。该测定方法用于定量BPEEL提取物中的DA当量（DAE），得到5000 ± 200 μg DAE/g干基质，与作为验证技术的UPLC-DAD分析（5700 ± 300 μg DAE/g）一致，具有优异的线性和重现性（R² = 0.9974，平均相对标准偏差avRSD % = 1.94%）。比色方法的检测限和定量限分别为1.8 ± 0.4 μg/mL和5.4 ± 1.1 μg/mL，适用于香蕉废弃物中预期的DA水平。该方法在微升尺度下操作，需要最少的样品前处理，快速、低成本且与基质兼容，为食品废弃物基质中的生物活性化合物筛选提供了一种简单且经济高效的分析工具。

多巴胺（DA）作为一种关键的生物活性儿茶酚胺，在人类生理学中调节动机、奖赏和运动控制，并在植物中参与应激反应和抗氧化防御。香蕉皮（BPEEL）是常见的农业废弃物，其中DA含量显著（约700 μg/g干重），远高于果肉（约8 μg/g）。然而，现有色谱方法（如HPLC或UPLC）依赖昂贵设备、耗时溶剂消耗，限制了快速现场分析。研究人员旨在开发一种可持续的比色方法，利用DA在碱性条件下氧化生成稳定紫色黑素色素（MN）发色团，实现BPEEL提取物中DA的定量，以推动食品废弃物价值化。该研究论文发表在《ACS Omega》。

研究人员使用的主要关键技术方法包括：基于微孔板的比色测定法，利用DA在DMSO/H₂O（1:1 v/v）混合溶剂、含150 mM Mg(OAc)₂和150 mM NH₄Cl的缓冲液（pH 9.4）中氧化形成MN，在595 nm处监测吸光度；采用标准加入法评估基质效应；以UPLC-DAD（超高效液相色谱-二极管阵列检测）作为参考方法，使用C18色谱柱、等度洗脱（100%磷酸盐缓冲液PBS 10 mM，pH 2.5，流速0.4 mL/min）在280 nm检测。样本来源：香蕉果皮（BPEEL）和果肉（BPULP）取自Cavendish品种，经冷冻干燥后，利用不同甲醇/水溶剂在55 °C下提取（15或60 min），部分提取物经固相萃取（SPE-C18）纯化。

3.1 UPLC-DAD方法的开发与DA含量评估：通过外部标准法建立DA校准曲线（7–160 μg/mL），获得良好线性（R² = 0.9998）、检测限（LOD）1.06 ± 0.01 μg/mL和定量限（LOQ）3.22 ± 0.02 μg/mL，方法重复性好（RSD = 5.3%）。将此方法用于BPEEL和BPULP提取物，确认DA主要存在于果皮中（色谱图在~2 min处出现与DA标准品一致的峰），果肉中未检测到DA（低于LOD）。

3.1.1 DA提取条件的优化：比较不同溶剂（甲醇MeOH、MeOH/H₂O 9:1、8:2）和提取时间（15、60 min）在55 °C下的效果。结果发现：纯甲醇提取15 min获得DAE（DA当量）1100 ± 100 μg/g，高于60 min的900 ± 60 μg/g，提示长时间加热促进DA降解；水含量增加至MeOH/H₂O 9:1时，DAE提高至1900 ± 20 μg/g；结合SPE纯化（使用5 g干燥BPEEL）后，DAE达到3900 ± 130 μg/g，为最佳条件。这表明溶剂极性和纯化步骤显著影响回收率。

3.2 比色测定法的开发：研究DA在碱性缓冲液中生成MN的动力学，显示25 min内吸光度达到60 min值的80%，选择25 min为终点。在7–160 μg/mL范围内DA校准曲线线性良好（R² = 0.9983），LOD = 1.8 ± 0.4 μg/mL，LOQ = 5.4 ± 1.1 μg/mL，avRSD = 6%。

3.2.1 BPEEL提取物中DA的比色检测：将比色法用于BPEEL和BPULP提取物（各10000 μg/mL），BPEEL在595 nm出现明显吸收峰（与DA标准品200 μg/mL相似），而BPULP无吸收，证明DA仅在果皮中可检测，且其他多酚不干扰。

3.2.2 BPEEL提取物中DA的比色定量：采用标准加入法，将BPEEL提取物（4000 μg/mL）与不同浓度DA标准品混合，获得校准曲线（R² = 0.9974，avRSD = 1.94%），外推计算DAE为5000 ± 200 μg/g干重。

3.3 通过UPLC-DAD标准加入法对比色法的验证：对BPEEL提取物（10000 μg/mL）进行DA加标，基质匹配校准曲线线性优异（R² = 0.9997），LOD = 1.52 ± 0.01 μg/mL，LOQ = 4.61 ± 0.03 μg/mL，回收率98.5–99.9%，定量DAE为5700 ± 300 μg/g。配对t检验显示比色法与UPLC-DAD结果无显著差异，验证了比色法的准确性。与文献值（0.8–5.6 mg/g）比较，本研究DAE处于较高端，反映了优化提取效率。

讨论部分：研究人员指出，比色法与UPLC-DAD结果一致（5000 vs. 5700 μg/g），证实了MN形成策略在复杂食品废弃物基质中的适用性。比色法操作简单、溶剂用量少（微升级别）、无需衍生化或纳米材料，适合现场快速筛选，但仅限于DA当量定量，分子特异性不如LC-MS/MS。其低成本和高通量特性使其成为色谱法的理想替代工具。结论部分翻译如下：总体而言，与UPLC并行，研究人员开发了一种微升级别比色测定法，采用最小溶剂体积（DMSO/H₂O，Mg²⁺/NH₄⁺缓冲液）和短提取时间（55 °C，15 min），显著降低了溶剂消耗和实验室废弃物。该方法准确、可重复，直接适用于实际基质，成为色谱仪器经济高效的快速替代方案。重要的是，BPEEL提取物中检测到的高DA水平突出了其作为天然抗氧化剂来源的潜力，将分析创新与食品废弃物价值化直接联系。该测定法的简便性和便携性使其特别适用于食品加工设施和废弃物管理工厂的快速现场筛选，有助于实现废弃物价值化和生物活性回收的快速决策。从环境角度看，BPEEL（通常作为废弃物丢弃）的利用强调了食品加工中可持续实践的重要性。通过将废弃物转化为有价值资源，该方法有助于循环经济，在减少环境负担的同时产生经济和营养价值。所开发的比色测定法为支持这一转变提供了关键分析工具，使食品工业能够高效筛选香蕉皮和其他复杂基质的生物活性潜力。该策略促进了废弃物管理和资源回收的综合方法，完全符合可持续化学原则，强调环保提取方法，在保持生物活性完整性的同时最小化能源消耗。