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本文聚焦木质纤维素生物质（LCB）化学酶法升级转化研究。阐述化学酶法将 LCB 及其衍生平台化合物，转化为呋喃衍生物、芳香化合物等增值化学品的进展，分析局限并展望未来，为该领域研究提供参考。
引言
木质纤维素在木材、草类、农业废弃物和能源作物等生物质中含量丰富，木质纤维素生物质（LCB）有望成为生产呋喃衍生物、芳香化学品、聚合物前体和药物等增值化学品的可再生资源。然而，由于 LCB 增值面临诸多挑战，其利用率仍然不高。
化学法和生物法都被用于 LCB 的升级转化。生物催化剂相比化学催化剂，具有活性高、选择性强、反应条件温和（在水相中进行）、毒性低以及无需保护 / 脱保护步骤等优点，被视为从 LCB 合成增值产品的理想选择。但生物催化剂可催化的反应类型有限，尤其对于非天然底物，而且酶容易失活，只能在严格的反应条件下正常发挥作用，这些因素限制了从 LCB 酶促合成增值化学品在工业上的大规模应用。因此，将化学催化剂和生物催化剂结合的化学酶法催化成为一种很有前景的策略。
在过去几十年里，有许多关于 LCB 化学酶法增值的研究报道，虽取得了不少成果，但仍存在一些问题。其中，化学和生物两个系统的不相容性以及催化剂失活是两个主要问题。本文将按目标产物对 LCB 衍生化学品的化学酶法合成的最新重要进展进行总结，重点关注以原始 LCB 或 LCB 衍生平台化合物为原料，整合化学催化和酶催化的级联反应，涵盖使用重组全细胞的生物催化，但不包括发酵过程。
平台化合物
糠醛和 5 -（羟甲基）糠醛（HMF）是 LCB 糖类衍生的关键平台化合物，它们可以通过其活性官能团的还原、氧化、还原胺化和酯化反应实现增值。You 等人设计了一种连续化学酶法工艺，可将葡萄糖转化为 HMF，产率达 81.5%，具备大规模生产的潜力。该策略使用葡萄糖异构酶（Sweetzyme，诺维信公司产品）和固体酸催化剂（Amberlyst 36）进行反应。
芳香化学品
木质素是一种芳香聚合物，被认为是合成芳香化学品的理想来源。Zhang 等人开发了一种介体 - 酶策略用于木质素的解聚。Tempo - 漆酶系统和过氧乙酸 - 脂肪酶系统分别用于氧化 Cα-OH 和裂解 C - C 键。另有研究团队设计了一个三步催化级联反应，用于断裂木质素 β - O - 4 键，生成 1,2 - 二甲氧基苯。
其他增值化学品
除上述化学品外，还有其他聚合物前体也可从木质纤维素合成。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是一种生物塑料，由 1,4 - 丁二醇和琥珀酸酯化制成。Sieber 团队在无细胞化学酶法过程中，从半纤维素衍生的 d - 木糖同时生成了这两种前体。该复杂的一锅多步策略首先利用金催化剂将 d - 木糖氧化为 d - 木糖酸，后续还有一系列反应步骤。
结论与展望
LCB 是绿色可持续生产高价值化学品的理想可再生资源。为解决化学和生物策略的固有局限性，已开发出整合方法来实现 LCB 的高效增值。然而，化学和生物两个不同系统之间的不相容性和失活等关键挑战仍有待解决。本文总结了 LCB 增值的最新进展，希望能为该领域未来的研究提供一定的参考。
