《Biochemical Engineering Journal》：Food emulsifiers modulate polyethylene mass loss by
Tenebrio molitor: Surface wettability and frass-associated gut-derived microbiome as correlates
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•使用Tenebrio molitor能有效去除PE（聚乙烯）；而Tween 80会抑制这一过程。•表面润湿性与PE的去除有关，但并非唯一决定因素。•食品乳化剂会改变与粪便相关的细菌群落。引言由于成本低、重量轻、强度高且耐腐蚀，塑料在现代社会中变得不可或缺。到2024年，全球塑料
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使用Tenebrio molitor能有效去除PE（聚乙烯）；而Tween 80会抑制这一过程。
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表面润湿性与PE的去除有关，但并非唯一决定因素。
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食品乳化剂会改变与粪便相关的细菌群落。
引言
由于成本低、重量轻、强度高且耐腐蚀，塑料在现代社会中变得不可或缺。到2024年，全球塑料总产量已超过92亿 metric tons，其中只有约2.3亿 metric tons（约25%）被回收，其余约6.9亿 metric tons（约75%）堆积在垃圾填埋场或自然环境中[1,2]。塑料垃圾遍布中国各地，从沿海水域到内陆河流、农业土壤以及城市垃圾填埋场，对环境造成了严重威胁。最近的一项荟萃分析显示，中国东部沿海和经济发达地区的农业土壤中微塑料污染严重（图S1），这些地区的消费量高、工业活动密集且人口集中，导致塑料污染问题更加突出。合成塑料的化学惰性使其难以生物降解，从而在各种生态系统中持续积累[3]。已在人类肺部、血液和胎盘中检测到微塑料，存在基因毒性和氧化应激的风险[4,5]。这些发现凸显了开发有效塑料废物管理策略的紧迫性。
在新兴的生物方法中，昆虫介导的塑料降解受到了广泛关注。Yang等人首次报道Tenebrio molitor幼虫能够消耗并降解聚苯乙烯（PS）泡沫，其中约48%的PS被矿化为二氧化碳[6]。后续研究将这一能力扩展到了聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）[7]。幼虫的肠道充当生物反应器，通过机械破碎、微生物定植和酶促解聚共同促进塑料分解[8,9]。
尽管潜力巨大，但T. molitor的PE去除效率仍不足以实际应用。单独培养时，幼虫在60天内降解的PS不到10%[6]，远低于解决全球塑料废物问题所需的速率。最近的机制研究表明，T. molitor分泌的内源性乳化因子（30–100 kDa）能够覆盖疏水性塑料表面，增加表面积并促进微生物附着。同时，来自肠道微生物组的因子（<30 kDa）可以增强聚苯乙烯的呼吸作用（图1）。这两种因子的协同作用最大化了降解活性，表明乳化作用是决定塑料去除效率的关键因素[10]。
尽管PE和PS的化学结构不同，但黄粉虫对这两种聚合物的降解过程具有相似特征，包括表面氧化改性、分子量降低以及与肠道相关的细菌群落重组[[11], [12], [13]]。这些相似性表明，针对PS的研究结果可以为PE的生物降解提供借鉴；然而，有研究表明PE对肠道微生物组的依赖性低于PS[13,14]。
食品乳化剂广泛用于食品工业，通过降低不相溶相之间的界面张力来稳定乳液[15]。鉴于其与内源性乳化因子的功能相似性，外源性食品乳化剂可能会提高塑料基质的表面润湿性和生物可利用性，从而改善PE的去除效果。然而，外源性乳化剂对T. molitor介导的塑料降解的调控效应尚未得到充分研究，而非离子表面活性剂可以在体外改变LDPE的界面性质，加速微生物分解[16]。
本研究有三个贡献：(1) 系统比较了四种食品乳化剂在两种浓度下对T. molitor去除PE的效果；(2) 通过接触角测量将乳化剂改性的表面润湿性与PE去除效率联系起来；(3) 多层次分析粪便相关的微生物组，探讨乳化剂驱动的群落组成变化和代谢潜能作为降解性能的相关因素。这些发现有望为提高昆虫介导的PE去除效果提供策略[17]。
章节片段
T. molitor幼虫与聚乙烯（PE）薄膜
T. molitor幼虫购自宠物市场，经过3天绝食处理后，在22±2°C的黑暗环境中进行实验室培养。使用的PE薄膜为低密度聚乙烯（LDPE，厚度约0.02毫米），来自中国国家医药集团沈阳化学试剂有限公司。凝胶渗透色谱（GPC）分析显示，该薄膜的数均分子量为9694±238.23 g/mol，重量平均分子量为20873±722 g/mol
乳化剂对PE去除效率的影响
为评估乳化剂的效果是否取决于浓度，进行了4×2因子实验（四种乳化剂类型×两种浓度；排除对照组），采用双因素方差分析（two-way ANOVA），固定因素为乳化剂类型和浓度，并包含它们的交互项（补充表S1–S4）。结果表明，浓度（F1,16 = 25.92, P < 0.001）和乳化剂类型（F3,16 = 35.30, P < 0.001）均有显著的主效应，它们的交互作用也显著
结论
本研究表明，食品乳化剂显著调节了Tenebrio molitor对聚乙烯的去除效果，同时改变了塑料表面的润湿性和与粪便相关的肠道微生物组结构。多项证据表明，在肠道转运过程中PE链发生了断裂；然而，PE链的断裂并未得到直接证实，且完全矿化程度也未进行量化。疏水性Span 60显著提高了PE的去除效率
CRediT作者贡献声明
Caiyu Sun：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，资源收集，数据分析。Qian Niu：撰写——审稿与编辑。Tao Sheng：撰写——审稿与编辑。Yu Pan：撰写——审稿与编辑。Mingzhu Jia：撰写——审稿与编辑。Yan Li：资源收集，方法学研究。Gang Li：监督，资金获取。Xinyue Zhao：监督，资金获取。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本工作得到了基础科学研究经费（编号：2024-KYYWF-1076）的支持。
Sun Caiyu|Niu Qian|Sheng Tao|Pan Yu|Jia Mingzhu|Li Yan|Li Gang|Zhao Xinyue
