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为解决昆虫几丁质因结构抗性难以酶解获取壳寡糖（COS）的问题，研究人员开展不同物理预处理对昆虫几丁质酶解影响的研究。结果表明机械化学预处理对黑士兵蝇（Hermetia illucens）几丁质酶解最有效，为 COS 生产提供新方向。
在生物材料的奇妙世界里，几丁质是一位 “低调的宝藏”。它大量存在于昆虫的外骨骼以及甲壳类动物的外壳中，是地球上储量极为丰富的多糖之一。几丁质的 “后代”—— 壳聚糖和壳寡糖（COS），更是拥有许多令人瞩目的功能。壳寡糖在医学领域，有着治疗哮喘、增强骨强度等潜在用途；在食品行业，它能作为益生元促进肠道健康；在农业方面，还能激发植物的防御机制，抵御病虫害的侵袭。
然而，获取壳寡糖的道路却困难重重。几丁质拥有坚固的结构，这使得能够分解它的几丁质酶难以发挥作用。以往通过浓酸水解几丁质制备壳寡糖的方法，不仅会产生大量副产物，还会对环境和人体健康造成严重危害。于是，寻找一种高效、绿色的方法来破解几丁质的 “防御”，成为科研人员亟待攻克的难题。
在此背景下，来自相关研究机构的科研人员踏上了探索之旅。他们开展了一项针对不同昆虫物种（黑士兵蝇（Hermetia illucens）、家蟋蟀（Acheta domesticus）和黄粉虫（Tenebrio molitor））几丁质的研究，旨在评估不同物理预处理方法（超声处理、机械化学研磨和脉冲电场处理）对利用灰色链霉菌（Streptomyces griseus）几丁质酶水解昆虫几丁质生产壳寡糖的影响，并与虾壳几丁质进行对比。这项研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上，为几丁质的利用开辟了新的方向。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，对昆虫和虾壳样本进行预处理，利用机械化学研磨将样本研磨，超声处理使样本在特定条件下分散于水中，脉冲电场处理则通过特定参数设置对样本进行处理。接着，运用 UPLC-MS 技术测定蛋白质、氨基酸和几丁质含量，通过几丁质酶进行酶解反应，再用 UPLC-MS 分析壳寡糖组成，最后利用1H NMR 测定几丁质的乙酰化程度，通过一系列严谨的实验流程得出研究结果。
在 “近似组成分析” 方面，研究人员发现不同预处理对昆虫组成影响各异。机械化学研磨未改变昆虫近似组成，仅减小了颗粒大小。而超声处理和脉冲电场处理因样本分散于水中，导致部分成分被提取溶解。这两种处理显著降低了三种昆虫的矿物质含量，黑士兵蝇的脂质含量也有所下降，同时使昆虫几丁质的百分比显著增加，且超声处理后的样本几丁质含量更高。这一结果为后续确定酶解时昆虫的用量提供了关键依据。
“几丁质的酶解” 实验结果令人惊喜又意外。实验选用灰色链霉菌几丁质酶，其在甲壳类几丁质水解中主要产生 N,N’- 二乙酰壳二糖 ((GlcNAc)2) 。研究发现，该酶对黑士兵蝇几丁质的水解效果显著优于虾壳，黑士兵蝇产生的 (GlcNAc)2比例达到 23%，而虾壳仅为 13%。不同预处理对酶解效果影响不同，机械化学研磨预处理的黑士兵蝇几丁质 (GlcNAc)2产量提升 1.4 倍，超声处理和脉冲电场处理样本与未预处理样本差异不显著。令人意外的是，该酶对未处理和机械化学研磨处理的家蟋蟀和黄粉虫几丁质无活性，经超声处理和脉冲电场处理后，这两种昆虫产生的是单体 N - 乙酰葡糖胺（GlcNAc）而非二聚体 (GlcNAc)2。
进一步研究 “几丁质的乙酰化程度” 发现，黑士兵蝇几丁质乙酰化程度最低（59.5%），家蟋蟀最高（96.5%），黄粉虫居中（81.9%）。黑士兵蝇较低的乙酰化程度可能使其晶体结构更易被酶接触，从而产生 (GlcNAc)2 。而家蟋蟀和黄粉虫因几丁质与蛋白质、矿物质结合紧密，酶难以作用，预处理虽改善了酶的可及性，但酶主要作为外切几丁质酶起作用，所以主要产物为单体 GlcNAc。
综合来看，这项研究意义重大。研究结论表明，利用灰色链霉菌几丁质酶对昆虫几丁质进行酶解生产 (GlcNAc)2和 GlcNAc 具有可持续发展的潜力。不同昆虫物种几丁质的酶解效果差异明显，预处理方法对酶解效率影响各异，且昆虫几丁质的乙酰化程度以及与其他物质的结合情况都会影响酶的活性和产物。然而，目前该过程还需要进一步优化，比如探索更合适的预处理条件、研究不同酶与昆虫几丁质的适配性等，以充分挖掘昆虫几丁质在生产功能性生物产品方面的巨大潜力，为生物材料领域的发展注入新的活力。
