编辑推荐：
木质素作为丰富的可再生碳源，其复杂结构阻碍了高效转化利用。研究人员开展非特异性过氧合酶（UPOs）对木质素二聚体模型化合物氧化功能化研究。结果显示 UPOs 能产生多种产物，促进木质素降解增值。这为木质素利用提供新方向。
在自然界中，木质素是地球上第二丰富的生物聚合物，它由三种主要结构单元通过复杂的 C-O 和 C-C 键网络连接而成，其中 β-O-4 醚键占总连接的 50 - 60%。木质素来源广泛，是一种可再生碳源，若能将其解聚为有价值的芳香族化合物，将具有巨大的经济和环境效益。然而，木质素极其复杂的结构给解聚工作带来了巨大挑战。传统的解聚技术，如热液液化、有机溶剂处理或还原催化分馏等，往往需要大量的能量，这不仅成本高昂，还可能对环境造成一定压力。因此，寻找一种高效、环保的木质素解聚及增值方法迫在眉睫。
在此背景下，国外研究人员开展了关于非特异性过氧合酶（Unspecific Peroxygenases，UPOs）对木质素二聚体模型化合物氧化功能化的研究。研究成果发表在《Enzyme and Microbial Technology》上。
研究人员为开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先是酶反应实验，将购买的 UPOs 与木质素二聚体底物在特定反应体系中混合，添加过氧化氢启动反应，部分反应还加入抗坏血酸作为自由基清除剂；然后利用 GC-FID/MS（气相色谱 - 火焰离子化检测 / 质谱联用技术）对反应产物进行分析；最后通过将测定的线性保留指数（LRI）值与数据库参考值对比，结合参考质谱图，对产物进行鉴定。
研究结果如下：
- 以愈创木基甘油 -β- 愈创木基醚（GGE）为底物的研究
- 产物鉴定：研究发现，使用 UPOs 氧化 GGE 可生成 12 种产物。这些产物通过二聚体裂解、生成的醇产物进一步氧化以及 Cα- 羟基氧化等反应生成。通过与报道的 LRI 数据和质谱图对比，鉴定出了香草醛（vanillin）、乙酰香草酮（acetovanillone）等产物；还根据推导的分子式和理论合理的裂解方式，对部分产物结构进行了推测。
- 反应路径分析：大部分鉴定出的产物由二聚体裂解形成，Cβ–O 醚键被认为是主要的裂解位点。从 GGE 的两个芳香环都可能产生愈创木酚（guaiacol），但大多数检测到的产物被认为包含愈创木基环 I。一些产物如香草醛，也可能是通过 Cβ–O 裂解产物的进一步裂解形成，而非直接裂解其他键。
- 抗坏血酸的影响：添加抗坏血酸作为自由基清除剂后，产物分布发生了一些变化。Cα- 氧化的 GGE 仅在抗坏血酸存在时被检测到，且仅在三种 UPOs 作用下出现。此外，香草醛和 β- 羟基丙酰香草酮在抗坏血酸存在时也更常出现，表明在无抗坏血酸时它们可能会进一步反应。虽然在本研究中未观察到聚合产物，但由于 GC-MS 检测大分子化合物的局限性，不能排除聚合反应的发生，不过通过直接注入质谱分析，聚合反应可能并非主导反应。
- 以藜芦基甘油 -β- 愈创木基醚（VGE）为底物的研究
- 产物鉴定：UPOs 将非酚性的 VGE 转化为 12 种推测产物，但部分产物因分子式与预期片段不匹配而未被鉴定。由于 VGE 是一种非酚性化合物，比 GGE 更难转化，因此产物鉴定相较于 GGE 更具挑战性。研究人员根据 GGE 氧化模式，对许多 VGE 氧化产物的结构进行了推测。
- 反应路径分析：主要反应类型包括藜芦基甲氧基的 O - 去甲基化，生成 GGE 二聚体；以及二聚体裂解，产生多种产物。二聚体裂解主要发生在 Cβ–O 醚键，产物大多只包含源自藜芦基单元的芳香环，仅有少数酶作用下检测到来自愈创木基环的产物愈创木酚。
- 抗坏血酸的影响：抗坏血酸影响了 VGE 的产物范围。与 GGE 类似，Cα- 氧化在抗坏血酸存在时被观察到，不过 UPO23 在无抗坏血酸时也能催化形成 Cα- 酮。此外，一些产物如愈创木酚、藜芦醛等在无抗坏血酸时未被观察到，而在有抗坏血酸时出现，这支持了它们可能源自芳香族羟基化的理论。同样，由于 GC-MS 的局限性，虽未检测到聚合产物，但直接注入质谱分析表明聚合反应可能在一定程度上发生。
研究结论和讨论部分指出，UPOs 是一类能够对多种化合物进行氧化功能化的多样酶，对木质素二聚体模型化合物 GGE 和 VGE 的研究表明，UPOs 可通过键裂解、醇氧化和 O - 去甲基化反应生成多种产物，且 Cβ–O 键裂解较为突出。VGE 虽比 GGE 更难转化，但多数 UPOs 能将其去甲基化为 GGE。自由基清除剂对抗坏血酸对反应范围有一定影响，无抗坏血酸时，裂解为单体产物是主要反应，但聚合反应也可能发生。这些裂解反应对潜在的木质素转化有益，因为 Cβ–O 醚键是连接木质素结构单元的主要键型。一些鉴定出的产物，如 GGE 氧化产生的香草醛，可用于进一步生产有价值的平台化学品或特种化学品。总之，UPOs 在木质素或富含木质素的生物质原料的酶促增值方面具有显著潜力，为木质素的高效利用开辟了新的途径，有望推动相关领域的发展，实现木质素从廉价工业副产品向高价值化学品的转变，在生物能源、材料科学和化工等多个领域产生积极影响。
