《International Journal of Biological Macromolecules》：Physicochemical, rheological, and biological properties of insect chitosans (
Zophobas morio and
Tenebrio molitor) with different molecular weights produced by physical depolymerization
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基于昆虫Tenebrio molitor和Zophobas morio提取的壳聚糖，通过微波辐照调控分子量（21.5%-10%），发现分子量降低显著提升其抗菌活性（对革兰氏阳性菌敏感性最高），但未增强抗氧化能力，且抗氧化活性优于商业壳聚糖。
阿尔玛·I·萨恩斯-门多萨（Alma I. Sáenz-Mendoza）|尤里迪亚·奥尔蒂斯-里维拉（Yuridia Ortiz-Rivera）|保罗·B·萨穆迪奥-弗洛雷斯（Paul B. Zamudio-Flores）|大卫·R·塞普尔维达-阿乌马达（David R. Sepúlveda-Ahumada）|霍滕西亚·雷耶斯-布拉斯（Hortensia Reyes-Blas）
墨西哥华雷斯自治大学生物医学科学研究所化学与生物科学系，本杰明·富兰克林大道4650号（Av. Benjamín Franklin #4650），PRONAF区
摘要
Zophobas morio和Tenebrio molitor这两种昆虫是壳聚糖的有希望的来源，因为它们易于繁殖和培育；然而，为了扩大其潜在应用，需要优化其性能。本研究评估了通过微波辐射获得的T. molitor和Z. morio壳聚糖的流变学、物理化学和生物特性。原始壳聚糖在不同的辐射时间（0、6、18和30分钟）下进行了降解，并与三种高、中、低分子量的商业壳聚糖进行了比较。降解降低了两种昆虫壳聚糖的分子量，其中Z. morio的分子量下降更为明显（18分钟时下降21.5%），而T. molitor为10%。物理化学表征显示分子量和表观粘度逐渐降低，但脱乙酰化程度没有变化。结构（FTIR、XRD）、形态（SEM）、热（TGA）和颜色分析证实了与降解相关的变化。在生物活性方面，昆虫壳聚糖表现出比商业样品更高的抗氧化能力，其中T. molitor的IC??值最低（0.30 mg/mL），而Z. morio为0.52 mg/mL，商业壳聚糖为4.2–5.2 mg/mL。然而，微波降解并未增强这种活性。抗菌实验显示以下敏感性顺序：Listeria monocytogenes > Staphylococcus aureus > Escherichia coli > Salmonella spp.，表明对革兰氏阳性细菌的敏感性更高。分子量的降低增强了抗菌活性，在特定条件下表现出与商业壳聚糖相当或更优的性能。这些发现突显了昆虫来源壳聚糖作为食品保存和制药应用中的可持续生物聚合物的潜力。
引言
壳聚糖是一种无毒的多糖，来源于几丁质，以其抗氧化、抗菌和成膜特性而闻名[1]。由于其独特的性质，壳聚糖在各个工业领域受到了广泛关注。在食品工业中，壳聚糖作为各种产品（包括水果、蔬菜、香肠和肉类）的防腐剂具有巨大潜力[2]。壳聚糖的防腐性能归因于其对导致食品变质和食源性病原体的抗菌活性以及其抗氧化活性[3]、[4]。
分子量（Mw）是一个内在参数，显著影响壳聚糖的多种生物特性，包括抗菌和抗氧化活性[5]、[6]、[7]、[8]。优化壳聚糖在食品行业中的效率的一个挑战是使用能够增强生物活性的分子量。例如，Chien、Sheu、Huang和Su[9]在水系统和苹果汁中评估了高（HMw）、中（MMw）和低（LMw）分子量壳聚糖的抗氧化能力，发现LMw壳聚糖对超氧阴离子自由基、DPPH（2,2-二苯基-1-吡啶基肼）自由基和过氧化氢的抗氧化活性更强。关于抗菌活性，Liu、Chen、Park、Liu、Meng和Yu[10]报告称LMw壳聚糖对E. coli的抑制效果优于HMw或MMw壳聚糖。同样，Chien、Sheu和Lin[11]评估了用LMw和HMw壳聚糖制备的柑橘果皮涂层，发现基于LMw壳聚糖的涂层对Penicillium italicum和Penicillium digitatum的抑菌效果更好。这些发现表明，通过降解处理降低分子量可能是增强壳聚糖在食品行业中功能性和应用的一种可行策略。
先前的研究专注于使用各种方法（包括酶法、化学法、物理法和氧化法）对壳聚糖进行降解[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]。最常见的降解方法是化学法、氧化法和酶法；然而，这些方法存在缺点，如生产成本高和环境影响大[18]。鉴于此，使用微波辐射等物理方法降解壳聚糖提供了一种更可持续的替代方案，因为这种方法简单且对环境影响小[19]、[20]。几丁质是一种生物聚合物，是甲壳类动物、昆虫和真菌等生物体的结构成分[21]。壳聚糖的主要商业来源是甲壳类动物；然而，最近的研究发现昆虫也是另一种来源[22]、[23]。在这方面，
T. molitor和
Z. morio特别有趣，因为它们易于人工饲养且生产成本低[24]、[25]。多项研究表明，这两种昆虫的几丁质产量很高，使其成为壳聚糖的有希望的来源[26]、[27]、[28]。
尽管昆虫壳聚糖作为一种具有显著功能特性的替代来源具有潜力，但关于分子量如何影响其抗菌、抗氧化和物理化学特性的信息仍然有限。因此，本研究旨在通过微波辐射从T. molitor和Z. morio中获得不同分子量的壳聚糖，并评估它们的物理化学、流变学、热学和生物特性。
样本
样品
比较了来自昆虫（Zophobas morio，Zm；Tenebrio molitor，Tm）的壳质和壳聚糖（无论是否经过微波辐射处理），以及来自虾的壳质（chitin-shrimp）和三种商业壳聚糖（低分子量LMw、中等分子量MMw和高分子量HMw）。虾壳质（CAS：1398-61-4）和商业壳聚糖LMw、MMw和HMw（CAS：9012-76-4）购自墨西哥托卢卡的Sigma-Aldrich公司。这些试剂的特性已在前文中详细描述[29]。
物理化学表征
Z. morio的壳质产量显著高于T. molitor（p < 0.05），分别为19.93 ± 0.48%和12.49 ± 0.27%。其他昆虫物种也报告了类似的产量，包括S. gregaria（12.2%）、Z. morio（22.3%）、H. parallela（15.0%）和B. magna（10.4%）[26]、[39]、[40]、[41]。相比之下，来自虾、蟹和虾类的壳质产量通常在5%到32%之间[42]。这些结果表明，昆虫来源的壳质
结论
本研究表征了从T. molitor和Z. morio获得的壳质和壳聚糖。壳聚糖表现出物理化学差异，如脱乙酰化程度和分子量，这些差异与提取来源有关。然而，它们的特性与其他昆虫壳聚糖相似。微波降解处理有效降低了分子量和表观粘度，且随着暴露时间的增加，降解程度也随之增加，但未影响脱乙酰化程度
CRediT作者贡献声明
阿尔玛·I·萨恩斯-门多萨（Alma I. Sáenz-Mendoza）：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法论、研究、数据分析、概念化。
尤里迪亚·奥尔蒂斯-里维拉（Yuridia Ortiz-Rivera）：撰写——审阅与编辑、资源获取、项目管理、方法论、研究、概念化。
保罗·B·萨穆迪奥-弗洛雷斯（Paul B. Zamudio-Flores）：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、监督、资源获取、项目管理、方法论、研究、概念化。
大卫·R·塞普尔维达-阿乌马达（David R. Sepúlveda-Ahumada）：方法论、数据分析
写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了ChatGPT（OpenAI，美国旧金山）来改进手稿某些部分的可读性和语言。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
资助
本研究未获得公共部门、商业部门或非营利部门的任何特定资助。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
阿尔玛·伊薇丝·萨恩斯·门多萨（Alma Iveth Sáenz Mendoza）感谢“科学、人文、技术及创新秘书处（SECIHTI）”提供的博士后奖学金资助。我们还要感谢华雷斯自治大学（UACJ）为该项目的发展提供的基础设施，以及墨西哥奇瓦瓦州的CIAD-Cuauhtémoc研究所对这项研究的支持，特别是研究部门的支持。
