昆虫幼虫对醋酸纤维素的定向塑料生物降解：实现混合纺织品和过滤材料的循环利用

《Resources, Conservation and Recycling》：Targeted plastic biodegradation of cellulose acetate by insect larvae: Enabling circular recycling of blended textiles and filter materials

　　王新博|费利佩·努内斯·恩里克斯|陶青青|梁志文|刘马修·Y.环境科学项目，生命科学系，科学技术学院，北京师范大学-香港浸会大学，珠海519087，中国摘要混合纺织品是最广泛使用的材料之一；然而，它们的复合性质使得它们难以回收，仅有不到1%被重新利用。此外，这些纺织品通常与半合成材料（例如醋酸纤维素）或合成聚合物（例如聚酯）结合使用，而这些材料的生物降解性通常较差。因此，回收这些材料对于环境可持续性至关重要。本研究提出了一种低投入的生物降解方法，利用黄粉虫（Tenebrio molitor）幼虫选择性分解混合纺织品和香烟过滤嘴中的醋酸纤维素（CA）。值得注意的是，与其他常见塑料不同，醋酸纤维素能够像标准小麦麸皮饲料一样有效地支持黄粉虫的生长和化蛹，而且只需要水作为补充剂，从而可以生产出富含蛋白质的昆虫基营养产品。此外，幼虫会完全摄取醋酸纤维素，从而净化混合纺织品中的其他成分（如聚酯），使其可以回收再利用。这些发现展示了一种可持续的策略，用于回收混合织物和塑料复合材料中的不同成分，提供了一种几乎自给自足的替代传统资源密集型回收方法的方法。1. 引言使用黄粉虫等昆虫来降解塑料已被证明是一种环保的塑料废物管理方式。近年来，研究表明，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚乳酸等常见塑料可以被黄粉虫（Tenebrio molitor）和超级虫（Zophobas atratus）等昆虫降解（Brandon等人，2018；Peng等人，2020, 2021；Yang等人，2015, 2021）。然而，单独的塑料通常不足以维持昆虫的生命，因此通常需要添加额外的饲料（如小麦麸皮）来保持昆虫的活力并减少同类相食现象。醋酸纤维素（CA）是一种通过醋酸化纤维素制成的半合成塑料，由于其多功能性和理想的性能，被认为是最重要的纤维素衍生物之一（Wolfs和Meier，2021）。其常见用途包括生产纺织纤维、涂层、眼镜框和香烟过滤嘴（CFs）（Puls等人，2010；Schilling等人，2010）。醋酸纤维素的环境友好性一直存在争议：一方面，它可以很容易地从可再生资源中生产；另一方面，它是微塑料污染的主要来源之一，其在自然环境中的生物降解性仍存在争议。总体而言，这种聚合物被广泛认为是可降解的，但降解速度相对较慢（长达数年）（Robertson等人，2012），并且降解速率高度依赖于环境和醋酸化程度，醋酸化程度越高，降解时间越长。由于其在一些行业中的重要性，醋酸纤维素的回收是一个活跃的研究和发展领域（Slejko等人，2024）。主要报道的回收方法包括将其直接替代原生醋酸纤维素，用于生产可用材料，如粘合剂和膜（Kim等人，2021；Mahto等人，2022；Wibisono等人，2024）。然而，除了回收废醋酸纤维素外，这些回收方法还需要使用化学物质（如溶剂）和高温。纺织品废物积累的威胁常常被忽视，但实际上正在增长。这在一定程度上是由于快时尚导致纺织品使用寿命缩短的需求增加所致。据估计，每年产生的纺织品废物超过9200万吨（Niinim?ki等人，2020），但仅有不到1%被回收（McKinsey and Company，2022）。在纺织工业中，棉、羊毛和醋酸纤维素等生物材料经常与聚酯（尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）结合使用，以提高织物的强度和耐用性。全球PET产量占所有合成纤维的57%（超过1.24亿吨）；然而，这些纤维中不到1%来自回收材料（Enking等人，2025）。这表明在纺织工业中实现循环经济方面有很大的改进潜力。然而，材料的混合给回收带来了挑战，因为通常需要将聚酯与生物材料分离以便于回收。可以通过在高温下使用有机溶剂溶解织物来实现分离（Mu等人，2023）。或者，可以通过化学过程回收混合纺织品，在催化剂和试剂的存在下对织物进行热分解（Andini等人，2024；Leenders等人，2025）。尽管这些方法可以产生高纯度的回收产品，但通常需要大量的资源投入（如化学品）和额外的处理步骤来完成回收循环。在这项研究中，我们探讨了使用黄粉虫幼虫降解混合纺织品（包括PET）和香烟过滤嘴中的醋酸纤维素的方法，作为一种温和的策略来回收所有聚合物。我们特别感兴趣的是在混合纺织品中选择性降解醋酸纤维素的可能性，这不仅可以将醋酸纤维素作为黄粉虫（一种常见的可食用昆虫）的营养来源进行回收（欧盟，2025），还为进一步处理PET提供了直接的方法（图1）。这种具有双重功能的基于昆虫的过程有望提供一种可持续的策略，同时回收混合织物或其他塑料复合材料的多个成分，而无需大量的资源投入。下载：下载高分辨率图像（385KB）下载：下载全尺寸图像图1. 本研究中提出的混合纺织品回收策略。2. 材料与方法2.1. 化学品用于肠道解剖和样品制备的磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.4）来自湖南Biokoman控股有限公司（中国湖南）。PET（颗粒直径：75 μm）购自东莞前京新材料有限公司（中国广东）。用于测定粗脂肪的乙醚来自International Laboratory USA。2.2. 黄粉虫饲养黄粉虫幼虫（Tenebrio molitor）购自佛山昆虫养殖场（中国广东）。黄粉虫的长度为2.30 ± 0.20厘米，每只幼虫的重量为100 ± 10毫克。实验前，黄粉虫在受控条件下饲养（25 ± 1°C，60% ± 5%相对湿度），并以小麦麸皮作为营养来源。用于饲养和实验的小麦麸皮均购自福智源面粉有限公司（中国河北）。为了消除任何残留的饮食影响，黄粉虫在实验开始前经历了48小时的饥饿期（Wang等人，2023）。2.3. 醋酸纤维素消耗量和黄粉虫存活率商业香烟过滤嘴（Hongtashan，云南红塔集团有限公司，中国）通过去除烟草并剥离外层纸包装获得，仅保留醋酸纤维素核心，然后将其切成约1厘米的段。根据产品信息，这些过滤嘴由醋酸纤维素纤维和三醋酸甘油酯作为粘合剂组成，并具有外部铝涂层。醋酸纤维素/聚酯混合纺织品（T: 83:17 CA:PET）由Shuanyi提供。纺织材料（T组）被切成1厘米×1厘米的正方形。为了评估醋酸纤维素消耗量和黄粉虫存活率，比较了四种实验饮食：两个对照组（小麦麸皮和饥饿）和两个基于醋酸纤维素的饮食（香烟过滤嘴和T组）。研究表明，加水可以增加聚合物的消耗量（Wang等人，2025）。因此，本研究中采用加水作为标准条件，以提高灵敏度并关注材料依赖的差异。每个基于醋酸纤维素的组最初接受0.2克材料，在完全消耗后立即补充。每天喷洒蒸馏水（约0.3毫升）以维持黄粉虫种群的健康。小麦麸皮组在实验开始时提供5克小麦麸皮，然后每9天提供5克。每个处理组包含三个重复实验，每个重复实验中有100只幼虫，放在单独的玻璃烧杯（500毫升）中，置于25 ± 1°C、60 ± 5%相对湿度和黑暗的环境中36天。每隔3天记录剩余的醋酸纤维素质量、存活的幼虫数量、总幼虫重量和蛹的数量。每次测量前去除死幼虫和蜕下的外骨骼，以防止同类相食并确保数据准确性。为了获得足够的粪便用于表征，建立了一个批量喂养装置，使用1000只幼虫（来自同一批次）在矩形不锈钢容器（27厘米×20厘米×4.8厘米）中饲养，并喂食相同的两种基于醋酸纤维素的饮食。环境条件、加水量和粪便收集协议与单个喂养实验中使用的一致。这种方法改编自Brandon等人（2018）之前的研究。2.4. 减衰全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）T组和香烟过滤嘴样本的ATR-FTIR光谱使用Perkin Elmer Spectrum Two FTIR仪器记录，采用衰减全反射模块，在4000–400 cm?1的频率范围内，分辨率为8 cm?1。2.5. 纺织品和香烟过滤嘴中醋酸纤维素的取代度分析所有核磁共振（NMR）分析均使用DMSO-d6作为溶剂。1H NMR光谱在Bruker AVANCE NEO NMR 600 MHz仪器上记录，使用BBFO和TXI探针，在25°C下进行，使用Bruker NMR的标准脉冲序列（补充材料的图S1）。扫描次数为256次，循环延迟为5秒，傅里叶变换后使用指数窗口函数（线宽因子为0.3 Hz），然后进行手动相位校正和Bernstein多项式（三阶）基线校正，使用MestReNova软件版本14.0.0。峰值使用GSD进行校正。以2.5 ppm处的残余溶剂峰作为所有其他峰的参考。样品在DMSO-d6中溶解48小时，然后过滤到NMR探针中进行分析。这些操作部分在香港浸会大学的先进生命科学和质谱实验室（LSMS）进行。根据Da Ros等人（2020）的方法计算醋酸纤维素的取代度，积分采用“编辑总和”方法去除三醋酸甘油酯杂质峰（Mestrelab Resources，2016）。2.6. 黄粉虫成分分析黄粉虫身体样本分析了干物质、粗脂肪、粗蛋白和粗灰分。干物质、粗脂肪和粗蛋白的测定遵循AOAC分析方法（第17版），并进行了一些修改（官方分析化学家协会，2000）。使用方法930.15测定干物质，将样品在低温（60°C）下干燥超过8小时，从而保持黄粉虫成分的完整性，同时有效去除超过99%的水分（Azzollini等人，2016）。粗脂肪根据方法920.39测定，使用新开的无水乙醚并预先用温水清洗样品以去除碳水化合物。粗蛋白由北京中科白测科技有限公司通过凯氏定氮法测定总氮含量，然后根据Janssen等人（2017）的方法，使用实验获得的转换因子4.76将其转换为粗蛋白。粗灰分通过将0.05克脱脂粉末称重放入坩埚中，在电炉中加热至600°C，然后冷却并称重以确定重量损失（Heidari-Parsa等人，2018）。2.7. 肠道微生物组测序和分析在36天实验结束时，按照既定协议处理黄粉虫幼虫（Ndotono等人，2024）。对于每个处理组和重复实验，随机选择五只幼虫作为代表。幼虫通过浸入75%乙醇中1分钟进行表面消毒，然后用无菌PBS（pH 7.4）冲洗2分钟。在层流罩下的立体显微镜下进行解剖以确保无菌。幼虫放在无菌蜡解剖托盘上，使用无菌镊子和剪刀切除整个肠道。每个重复实验的肠道组织汇集在含有1.5毫升预冷PBS的无菌1.8毫升微量离心管中，并存储在-80°C直到DNA提取和测序。微生物DNA使用TIANamp Stool DNA Kit（DP328，Tiangen Biotech，北京，中国）根据制造商的标准协议提取，并对肠道组织进行了少量修改以优化产量。在聚合酶链反应（PCR）中，使用引物341F（5′-CCTAYGGGRBGCASCAG-3′）和806R（5′-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3′）对16S rRNA基因的V3–V4高变区进行了三重复扩增，以减少扩增偏差。在测序之前，使用Agilent 5400 TapeStation系统验证了扩增子的质量，包括片段大小、完整性、无污染物以及最小总产量（≥100 ng）。扩增子通过Illumina NovaSeq 6000平台（Novogene Bioinformatics Technology Co., Ltd.，北京，中国）进行双端测序（2 × 250 bp，Q20质量阈值）。序列数据使用QIIME2（v2023.2）进行处理。扩增子序列变异通过DADA2流程推断，该流程包括质量过滤、去噪和嵌合体去除。分类赋值使用classify-sklearn模块完成，参考数据库为SILVA 138.1。读段合并和使用FLASH（v1.2.11.2）进行质量过滤。

2. 统计分析
所有统计分析均在R（版本4.4.1）中完成。应用线性混合效应模型来评估时间、CA类型（CF vs. T）及其交互作用（时间 × 类型）对CA质量消耗和黄粉虫存活的影响。模型使用lme4包中的lmer()函数构建，将处理重复作为随机截距。模型显著性使用lmerTest包进行III型方差分析（ANOVA）评估，事后成对比较使用emmeans包和Tukey’s HSD检验进行。配对t检验用于比较处理前后的测量值。效应大小（部分η2）使用effectsize包计算，R2值使用MuMIn包计算以评估模型的解释能力。α多样性基于稀疏化的phyloseq对象（10,000读段/样本）计算，组间差异通过Kruskal–Wallis和Dunn的事后（假发现率（FDR）调整）检验进行评估。β多样性通过Bray–Curtis NMDS评估，组间差异通过PERMANOVA（999次排列）和成对FDR校正进行评估。差异丰富的分类单元使用DESeq2（FDR < 0.05）识别。所有数据可视化使用ggplot2包完成。

3. 结果与讨论
3.1. 黄粉虫对不同类型材料的生物降解
纤维素有三个羟基位置可以发生乙酰化：C6、C2和C3。乙酰化程度是一个数值，表示每个纤维素单体中有多少羟基被乙酰基取代。值为3表示完全乙酰化的纤维素（纤维素三醋酸酯），而平均值在2.2到2.7之间对应于纤维素二醋酸酯（Boulven等人，2019），这是香烟过滤器和纺织品中最常用的材料。本研究中使用的香烟过滤器和纺织品被分类为二醋酸酯，其值分别为2.66和2.56。因此，所有提到纤维素醋酸酯的地方都将特指纤维素二醋酸酯。
在实验过程中，黄粉虫既消耗了CF也消耗了CA/PET混合纺织品（T，含17 wt% PET），CF组的质量损失为1.36 ± 0.0900 g（总给予量1.4 g），T组的质量损失为0.165 ± 0.000 g（总给予量0.2 g；图2A）。黄粉虫对CA的消耗量随时间显著增加（p < 0.001；图2B和补充材料的表S1）。降解率通过将质量损失除以36天计算，CF组为0.0377 g/天，T组为0.0042 g/天。在T组中，由于纺织品含有83%的CA，消耗量在第36天左右达到平台期。平台期后，尽管继续进食残余物，但没有进一步的可测量质量损失，这表明CA成分发生了选择性降解。傅里叶变换红外（FTIR）光谱显示，原始混合纺织品没有可见的PET相关峰（酯羰基在1714 cm?1；芳香骨架振动在724 cm?1），因为它们被主导的CA信号掩盖了。经过黄粉虫处理后，这些PET相关峰变得明显，而典型的CA峰（C–O伸缩在1243 cm?1和1093 cm?1；C–H弯曲在1410–1340 cm?1）显著减弱。这些结果结合质量损失数据表明CA组分发生了选择性和完全降解，而PET组分保持完整（图2C）。两项先前的研究表明，黄粉虫可以降解其他物理形式的PET，如粉末（< 75 μm）或非晶薄膜（250 μm厚）（He等人，2023；Tursunay等人，2023）。相比之下，致密的PET薄膜或厚容器几乎不能被黄粉虫消耗，因为黄粉虫的颚无法穿透这些材料（Pham等人，2023）。在我们的研究中，纺织纤维的体积密度为0.58 g cm?3，而CA的体积密度要低得多，为0.096 g cm?3。CA的拉伸强度相对较低（约31至55.2 MPa）（AZoM.com），而纺织品含有17 wt%的PET，其单纤维拉伸强度显著更高（约531至>550 MPa）（Jia等人，2023）。此外，已知纤维素酯/聚酯混合物具有比纯纤维素酯更高的拉伸强度、刚度和硬度（White等人，1994）。拉伸强度、刚度和弹性已知会影响黄粉虫的进食行为，因为较软的基底更容易破碎和吞咽（Wang等人，2024；Zhong等人，2022）。纺织品组中的消耗平台期可能是由于含PET纤维的机械强度较高，限制了黄粉虫对CA组分的咬合。

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图2. 不同饮食下黄粉虫对纤维素醋酸酯的消耗和降解。(A) 第36天的最终累积CA消耗量。(B) 30天内不同饮食下的平均累积CA消耗量。(C) 黄粉虫进食36天后原始和残余CA/PET混合纺织品（T组）的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。所有测量均进行三次重复（n = 3）。不同字母表示处理组之间存在显著差异（Tukey’s HSD，p < 0.05）。

3.2. 饮食对黄粉虫生长和发育的影响
为了评估CA饮食对黄粉虫生长和发育的影响，测量了存活率、体重变化、化蛹和同类相食情况。所有处理组的存活率随时间下降（图3A），线性混合效应模型表明时间对存活率有负面影响（估计值 = ?0.00366，p < 0.001），而饮食类型（估计值 = ?0.00092，p > 0.05）和时间与类型之间的交互作用（估计值 = 0.00429，p > 0.05）不显著（补充材料的表S2）。CF组在36天后保持最高的存活率，表明CF提供的营养支持比其他饮食更一致，尽管组间差异没有统计学意义（补充材料的图S2A）。喂食CF、T和WB饮食的黄粉虫都显示出一致的体重增加趋势。与初始个体体重相比，平均增加量分别为+42.9%、+29.7%和+35.0%（图3B和补充材料的图S3）。值得注意的是，我们发现CA同时支持聚合物降解和幼虫体重增加。相比之下，食用其他常见塑料（如PET、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯和聚乳酸）的黄粉虫没有体重增加（Brandon等人，2018；Peng等人，2021；Tahroudi等人，2025；Yang等人，2015）。我们进一步使用之前的工作数据（Wang等人，2025）检查了喂食PS饮食的黄粉虫的体重变化，结果显示喂食PS（和水分）的黄粉虫在实验后体重减少了?12.0%（图3B），这与饥饿组的体重减少（?16.4%，p > 0.05）没有显著差异。这些结果表明PS不能提供黄粉虫生存所需的营养，而CA可能是一种潜在的营养来源。这些发现表明CA的营养优势可能在于其纤维素衍生的结构，其中含有可水解的酯键和可被肠道酯酶和纤维素酶切割的羟基，从而释放可代谢的糖类，如纤维二糖和葡萄糖（Yadav和Hakkarainen，2021）。我们还计算了不同饮食下的整体化蛹率。在CA喂养组中，CF组的化蛹率较低（11.3% ± 2.1%），而T组的化蛹率较高（30.3% ± 8.0%）（补充材料的图S2B）。这种模式可能与黄粉虫在营养受限时加速化蛹的倾向有关（Peng等人，2022；Zhong等人，2022）。此外，在营养丰富的条件下，喂食WB的黄粉虫显示出相对较高的化蛹率（33.0% ± 9.2%）。相反，饥饿组的化蛹率较低（17.7% ± 5.1%），可能是由于严重的同类相食造成的（Wang等人，2025）。粗体成分（补充材料的表S5）反映了这一趋势，T组的粗蛋白含量最低（40.27%），而WB（47.99%）和CF组（48.94%）的粗蛋白含量较高。粗脂肪的趋势相反，T组的粗脂肪含量最高（26.82%）。这可以通过幼虫在化蛹前最后一个龄期增加脂肪储存来解释，为即将到来的能量密集型过程做准备（Dreassi等人，2017；Lopez-Viso等人，2023）。这导致T组的粗脂肪分数较高，而粗蛋白分数较低。同类相食在不同处理组中也有所不同，T组的发病率最高（13.3% ± 3.1%），其次是WB组（9.7% ± 2.5%），饥饿组（7.3% ± 2.1%），CF组（7.0% ± 1.7%）（补充材料的图S2D）。这些结果表明PET纤维降低了营养的可获得性，促使黄粉虫采取补偿性进食行为，如同类相食。尽管组间差异没有统计学意义，但这些趋势与黄粉虫在营养压力下采取替代策略的观点一致（Bulak等人，2021）。我们的发现表明CA支持正常发育，包括存活、体重增加和延迟化蛹，而其他常见塑料或营养受限的饮食则会导致早期化蛹和增加的同类相食。实际上，虽然其他常见塑料饮食可以维持存活，但它们很少支持生长，通常需要与营养丰富的来源共同进食（Peng等人，2021；Yang等人，2018）。

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图3. CA饮食对黄粉虫存活和生长的影响。(A) 36天实验期间不同饮食下的黄粉虫存活率。(B) 实验前后单个黄粉虫的体重。所有测量均进行三次重复（n = 3）。不同字母表示处理组之间存在显著差异（Tukey’s HSD，p < 0.05）。PS数据来自我们之前的工作（Wang等人，2025）。
为了整合这些生活史特征，使用存活率、体重变化和化蛹作为变量进行了PCA分析（补充材料的图S4）。前两个轴解释了97.1%的方差（PC1 = 65.3%，PC2 = 31.8%），排列多元方差分析（PERMANOVA）确认了不同饮食之间的显著差异（p < 0.01）。CF组和T组与WB对照组聚集在一起，表明这些饮食部分复制了天然饲料的营养谱。相比之下，饥饿组明显与其他所有组分离，反映了营养缺失引起的独特生活史状态：体重下降、早期化蛹和存活率降低。总体而言，CF和T饮食在支持存活、生长和发育方面与WB相当，而饥饿则引发了独特的应激反应。这些结果共同表明CA既作为一种可生物降解的基质，也是一种充足的营养来源，支持黄粉虫的发育，而其他常见塑料在没有补充营养的情况下无法支持生长。

3.3. 与纤维素醋酸酯选择性降解相关的肠道微生物组
在饮食处理后，对黄粉虫肠道微生物组进行了16S rRNA基因扩增子测序，以评估基于CA的饮食对微生物群落结构的影响。共获得了1404,696个高质量读段，代表了所有样本中的707个扩增子序列变异（补充材料的表S3）。通过Shannon指数测量的α多样性在不同饮食之间没有显著差异（Kruskal–Wallis检验，p = 0.417；图4A）。然而，β多样性分析显示不同饮食处理下的肠道微生物群落组成发生了明显的转变。PERMANOVA分析表明饮食对肠道微生物群落组成有显著影响（p = 0.007；见补充材料中的表S4）。基于Bray–Curtis差异度的非度量多维缩放显示WB组和饥饿组有明显的聚类现象，而CF组和T组则存在大量重叠（图4B）。这些微生物组模式与生长和发育指标一致，表明CA饮食支持的幼虫存活率与WB饮食相当（图3A和3B）。这些模式也与FTIR结果相符，证实了CA在纺织品中的选择性降解（图2C）。尽管CF组和T组的微生物群落与饥饿组和WB对照组不同，但观察到的生长支持表明CA是黄粉虫生长和发育的可行能量和营养来源。

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图4. 以不同CA基质喂养的黄粉虫的肠道微生物群落分析。(A) 通过Shannon指数测量的各组之间的α多样性。(B) 基于Bray–Curtis距离的非度量多维缩放分析显示的肠道微生物群的β多样性。(C) 物种水平的肠道微生物相对丰度。

为了分类与CA饮食相关的微生物，进行了差异丰度分析，并确定了三种与CA饮食显著相关的扩增子序列变体（p < 0.05）：Enterobacter sp.、Corynebacterium variabile和Chryseobacterium sp.（见图4C和补充材料中的表S4）。这些微生物具有酶合成能力，在CA降解过程中起核心作用，其中酯酶首先进行脱乙酰化，随后纤维素骨架被纤维素酶水解（Puls等人，2010；Yadav和Hakkarainen，2021）。先前的研究表明，这些在CA喂养的黄粉虫中富集的微生物是此类酶的已知生产者。对C. variabile的基因组测序研究发现其分泌多种酯酶和脂肪酶，以及参与多糖降解的碳水化合物活性酶（Schr?der等人，2011）。Enterobacter sp.表现出羧酯酶活性（Ramya等人，2016），多种Enterobacter菌株（例如从瘤胃液和屠宰场废物中分离出的E. cloacae）产生纤维素分解酶，包括内切和外切β-1,4-葡聚糖酶及β-葡糖苷酶（Lokapirnasari等人，2015；Sari等人，2017）。同样，Chryseobacterium sp.也分泌碳水化合物活性酶；例如，C. ginsengiterrae DCY68T具有能够水解人参皂苷的β-葡糖苷酶活性（Noh等人，2017）。这些酶活性与CA降解直接相关，因为酯键断裂和纤维素骨架水解是聚合物降解的两个关键步骤。

在这项研究中，我们确定了Chryseobacterium sp.、Enterobacter sp.和Corynebacterium variabile是黄粉虫肠道中的CA相关微生物，表明这些微生物可能有助于CA的生物降解。鉴于它们的氧气偏好——Chryseobacterium sp.是需氧菌，而Enterobacter sp.和Corynebacterium variabile是兼性厌氧菌——这些微生物和氧气水平可能加速聚合物的生物降解（Gautam等人，2007；Khanna等人，2013；Koch-Koerfges和Bott，2012；Kundu等人，2014）。先前的研究表明，降解CA的细菌，包括Bacillus spp.、Neisseria sicca和Pseudomonas spp.（Sakai等人，1996；Zhang等人，2023），主要是需氧菌或兼性厌氧菌。这可能限制了它们在黄粉虫肠道中的分布（Engel和Moran，2013；Kang等人，2023）。此外，这些微生物的分离与报道的塑料生物降解能力相关（Brandon等人，2018；Wang等人，2022；Yang等人，2021）。例如，从Plodia interpunctella幼虫中分离出的Enterobacter sp. YT1可以降解低密度聚乙烯（Yang等人，2014），而来自黄粉虫肠道的兼性厌氧菌Enterobacter hormaechei在厌氧条件下氧化并降解聚苯乙烯，形成生物膜并表达降解酶（Kang等人，2023）。

4. 结论

在这项研究中，我们开发了一种通过昆虫介导的选择性回收塑料复合材料的工艺，具体形式为混合纺织品。与以往旨在消除单一塑料的昆虫生物降解研究不同，我们展示了更有效地回收塑料复合材料中不同聚合物的可能性，其中黄粉虫完全且选择性地摄入CA，从而有助于PET的保存和纯化以供回收和再利用。与其他普遍存在的塑料相比，CA被证明是一种“营养塑料”，有助于黄粉虫幼虫的生长，从而将其转化为昆虫生物质，用于食品和饲料应用。使用CA（和水）饲养的黄粉虫幼虫的体重增长与使用常用饲料（WB）饲养的幼虫相似（大约30-40%）。此外，两组之间的蛋白质和油脂含量也相当。仅使用水作为添加剂的CA生物降解产生了健康的昆虫幼虫，其化蛹率与喂食WB的幼虫相当。这种循环过程比其他CA回收方法更具优势，包括那些将CA重新用作膜或粘合剂的方法。它所需的资源最少，因为能源和化学投入（如溶剂）的使用被降至最低，而且生产的昆虫幼虫可以直接用作动物饲料，并且易于饲养。此外，饲养的昆虫幼虫可以转化为其他重要生物材料，如几丁质、蛋白质和脂肪，从而增加产出并生成有价值的副产品（Rahman等人，2024）。

我们提出，在这种生物降解过程中，CA通过酯酶催化和纤维素酶催化的水解转化为可代谢的糖类。与此机制一致，黄粉虫肠道微生物组分析显示，喂食CA饮食重塑了微生物群落，其中优势菌种——Enterobacter sp.、Corynebacterium variabile和Chryseobacterium sp.——富集并分泌或产生能够促进这些分解过程的酯酶和纤维素酶。总体而言，我们的发现表明这种几乎自给自足的过程只需最少的能量和资源投入，就能选择性地同时回收混合纺织品或塑料复合材料的多个组分。

尽管这项研究表明昆虫作为混合纺织品的选择性生物处理剂具有潜力，但应进一步研究不同纤维组成和混合物的材料，特别是含有天然或半合成聚合物的材料，以更好地了解其效果。此外，评估纺织品染料对昆虫健康的影响并探索其降解途径将有助于评估该过程的工业可行性。

作者贡献声明：
Xinbo Wang：撰写——原始草稿、可视化、方法学、研究。
Felipe Nunes Henríquez：撰写——原始草稿、可视化、方法学、研究。
Qingqing Tao：撰写——原始草稿、可视化、方法学、研究。
Chi Man Leong：撰写——原始草稿、监督、方法学。
Matthew Y. Lui：撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、监督、方法学、概念化。