Hydrophobic NADES-assisted extraction and stabilization of carotenoids for portable smartphone-based fluorescence analysis Brenda V. Canizo*, Sabrina B. Mammana, Ricardo Elia Dazat, Magdalena Espino, María de los Ángeles Fernandez 阿根廷国家科学与技术研究委员会门多萨农业生物学研究所绿色化学与植物健康研究组，库约国立大学农业科学学院 Microchemical Journal，2025 / Article 116142 https://doi.org/10.1016/j.microc.2025.116142 本文用疏水天然低共熔溶剂实现南瓜类胡萝卜素的绿色提取、长期稳定保存，并将其接入3D打印-智能手机荧光平台完成便携定量分析。 该方法的核心价值在于把“绿色溶剂保护”和“低成本现场检测”合并到同一套类胡萝卜素分析流程中。
类胡萝卜素是食品中重要的脂溶性生物活性成分，具有抗氧化、抗炎及潜在疾病预防价值，但其共轭双键结构使其容易受到光、热、氧和酸性环境影响而降解。 传统提取通常依赖己烷、氯仿、二氯甲烷、丙酮等有机溶剂，不仅存在环境与健康风险，也难以保证提取物在储存和分析过程中的稳定性。与此同时，常规UV–Vis或色谱分析虽然准确，但设备昂贵、耗时且不适合现场快速检测。 天然低共熔溶剂（NADES）因低挥发性、可设计性、生物相容性和较强氢键网络，被认为是提取和稳定敏感天然产物的绿色替代方案。本研究进一步将NADES与3D打印装置和智能手机图像分析结合，探索便携式荧光定量的可行性。 绿色溶剂既要具备高提取效率，又要能长期稳定目标物。
便携检测需要在低成本条件下保持可接受的线性、精密度和准确度。
NADES自身荧光背景必须稳定，才能用于图像定量。
本文要解决的核心问题是：如何用绿色溶剂同时完成类胡萝卜素的高效提取、稳定保存和便携式定量检测。
研究首先筛选20种NADES，依据提取液颜色、4天初步稳定性和UV–Vis吸收表现，确定三种疏水体系：MD（薄荷醇:1-十二醇）、TD（百里香酚:1-十二醇）和TM（百里香酚:薄荷醇）。FT-IR显示这些体系存在O–H和C–O等特征峰位移与展宽，支持氢键网络和低共熔结构形成。 在稳定性方面，作者将南瓜类胡萝卜素提取物分别置于NADES和氯仿中，在4 ℃、25 ℃、40 ℃黑暗条件及25 ℃白光条件下跟踪106天，以Abs/Abs₀表征保留率。结果显示NADES显著优于氯仿，说明其高黏度和溶质–溶剂相互作用可限制分子运动并降低氧化/光降解。 检测端采用3D打印暗箱式装置、Eppendorf管样品位、LED激发和手机拍照。ImageJ提取RGB通道信号，最终选择UV LED激发和蓝色通道作为β-胡萝卜素定量响应；β-胡萝卜素会淬灭MD的蓝通道荧光，形成浓度依赖信号。 1.筛选20种NADES，剔除提取能力弱或4天内明显褪色的体系。
2.表征候选NADES的pH、密度、黏度、极性、荧光背景和FT-IR结构。
3.比较MD、TD、TM与氯仿中类胡萝卜素在不同温度和光照下的106天稳定性。
4.通过Box-Behnken设计优化MD提取条件，并用手机荧光与UV–Vis交叉验证。
将疏水NADES用于类胡萝卜素的提取与长期稳定化。
利用NADES自身荧光作为手机荧光分析中的可量化信号基础。
构建3D打印-智能手机-ImageJ低成本检测平台。
用响应面法将样品量、时间和温度优化到兼顾提取效率与稳定性的条件。
1.输入冻干南瓜粉与候选NADES；通过涡旋、超声和离心获得提取液；输出初筛稳定、有颜色的候选体系。
2.输入MD、TD、TM；测定理化性质和FT-IR；输出氢键形成证据及荧光背景稳定性。
3.输入类胡萝卜素提取液；在不同温度/光照下储存106天；输出Abs/Abs₀降解曲线。
4.输入MD提取液；用3D打印装置和手机采图；输出RGB、RGB/3和亮度信号，并以蓝通道建立定量模型。
相对传统氯仿提取和台式仪器检测，本文的本质差异是把溶剂、稳定介质和便携荧光读出平台整合为绿色分析链条。
实验以南瓜（Cucurbita maxima）冻干粉为样品，β-胡萝卜素为校准标准。优化后条件为：60 mg冻干南瓜粉加入1.5 mL MD，涡旋30 s，50 ℃超声20 min。模型显示样品质量及其与温度的交互项显著，提取时间影响不显著。 验证比较三种组合：NADES-手机荧光、NADES-UV–Vis和氯仿-UV–Vis。三者对实际南瓜样品的测定结果无显著差异，说明手机荧光法在绿色、便携条件下可达到接近传统检测的表现。 •25 ℃黑暗：TM 106天后约保留90%，MD约84%，TD约81%；氯仿60天后几乎为零。
•4 ℃黑暗：TM几乎维持100%；MD约74%，TD约67%；氯仿106天完全降解。
•25 ℃白光：MD 106天后保留约63%；氯仿10天内降至约5%。
•NADES-手机荧光：R² = 0.988，LOD = 75.13 μg g⁻¹，LOQ = 227.7 μg g⁻¹。
•NADES-UV–Vis：R² = 0.992，LOD = 6.576 μg g⁻¹，LOQ = 19.92 μg g⁻¹。
•氯仿-UV–Vis：R² = 0.995，LOD = 5.536 μg g⁻¹，LOQ = 16.78 μg g⁻¹。
•NADES-手机荧光：2377.5 ± 201.4 μg g⁻¹ dw。
•NADES-UV–Vis：2323.8 ± 24.50 μg g⁻¹ dw。
•氯仿-UV–Vis：2827.7 ± 74.36 μg g⁻¹ dw。
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| | NADES-UV–Vis：6.576 μg g⁻¹ | |
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| | NADES-UV–Vis：2323.8 ± 24.50 μg g⁻¹ dw | |
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最关键的性能结论是：MD-NADES显著提升类胡萝卜素稳定性，同时手机荧光定量结果与UV–Vis具有可比性。
证明疏水NADES可同时作为类胡萝卜素的绿色提取溶剂和稳定化介质。
识别MD、TD、TM三类有效疏水NADES，并用FT-IR与理化表征支持其结构基础。
建立3D打印-智能手机荧光平台，实现食品基质中类胡萝卜素的低成本便携检测。
通过Box-Behnken响应面优化形成可操作的南瓜样品微提取流程。
该工作推动类胡萝卜素分析从“有机溶剂+台式仪器”向“绿色溶剂+便携检测”范式转移。
尽管手机荧光法具有便携和低成本优势，其LOD和精密度仍弱于UV–Vis；在低含量样品或复杂基质中，方法灵敏度可能成为限制因素。研究主要以南瓜样品和β-胡萝卜素等效定量为基础，尚需扩展到更多食品类型和具体类胡萝卜素组分。 此外，NADES的高黏度有利于稳定性，但也可能影响传质、移液便利性和自动化集成。未来可进一步优化NADES组成、装置光路和图像算法，提高现场检测的通用性和抗干扰能力。 ☑已验证MD在南瓜类胡萝卜素提取与手机荧光检测中的可行性，但仍需更多基质验证。
☑已证明NADES长期稳定性优于氯仿，但不同类胡萝卜素单体的保护机制仍需解析。
☐尚需评估真实工业质控场景中的设备一致性和批间重现性。
最重要的下一步方向是将该平台扩展为适用于多食品基质、多类胡萝卜素组分的现场绿色检测工具。
这项研究用疏水NADES解决了类胡萝卜素提取后易降解的问题，并以MD体系为核心建立了可与UV–Vis结果相比较的手机荧光定量方法。它的优势不只在于替代有毒溶剂，更在于把样品稳定、绿色提取和现场分析整合到低成本流程中。 用一支绿色溶剂和一部手机，也可以完成敏感食品活性成分的可靠分析。
Figure 1
3D打印装置的设计。
Figure 2
所选NADES之间荧光强度的比较。数值表示平均值（n = 3）± %RSD（相对标准偏差）。进行单因素方差分析以比较NADES荧光（α = 0.05）。ns表示不显著（p > 0.05）。TM：百里香酚:薄荷醇；MD：薄荷醇:1-十二醇；TD：百里香酚:1-十二醇。
Figure 3
三种NADES及其组成成分的FT-IR ATR光谱，a）薄荷醇:1-十二醇（MD），b）百里香酚:1-十二醇（TD），以及c）百里香酚:薄荷醇（TM）。
Figure 4
在各种条件下储存的三种NADES和氯仿中类胡萝卜素提取物的稳定性，在106天内进行监测。误差棒表示标准偏差（SD，n = 3）。SD值低于0.043。TM：百里香酚:薄荷醇；MD：薄荷醇:1-十二醇；TD：百里香酚:1-十二醇。
Figure 5
使用基于智能手机的ImageJ图像分析优化类胡萝卜素提取条件的期望度表面图。该图显示样品质量和提取温度对全局期望度（D）的综合影响。
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