综述：木质素在酶解中的作用演变：从物理屏障到功能增强剂

（编辑推荐）这篇综述系统阐述了木质素（lignin）在生物质酶解（enzymatic hydrolysis）中的角色转变：从传统认知的抑制因子（如物理屏障、非生产性吸附）通过预处理（pretreatment）、化学修饰（如接枝改性）和生物技术（如基因工程调控合成）转化为功能促进剂，并探讨了pH/温度响应型木质素-酶复合物在酶回收利用中的突破性进展，为木质纤维素（lignocellulose）高效转化和生物精炼（biorefining）提供了创新视角。

　　

木质素在酶解中的作用演变：从物理屏障到功能增强剂

Abstract
全球能源结构对化石燃料的过度依赖引发了能源安全与气候变化的双重挑战，而木质纤维素生物质转化为生物乙醇（bioethanol）的可持续路径备受关注。纤维素酶解（cellulose hydrolysis）作为关键步骤，长期受木质素抑制效应阻碍。传统观点认为，木质素通过物理屏障、非生产性吸附（non-productive adsorption）及酚类衍生物（phenolic derivatives）抑制酶活性。然而，最新研究表明，预处理、化学修饰（如水溶性木质素、接枝改性）和生物技术干预（如基因工程调控木质素合成）可显著改变木质素结构与功能，使其从抑制因子转变为酶活性促进剂。此外，pH/温度响应型木质素-酶复合物的开发实现了酶的高效回收与再利用。

Introduction
木质纤维素生物质（如农业废弃物、林业残渣）年产量超1500亿吨，可避免第一代生物燃料的“粮能冲突”。其转化流程包括：预处理→酶解→发酵→乙醇提纯，其中纤维素酶解是主要瓶颈。木质素的网状结构虽赋予植物机械强度，却阻碍纤维素酶（cellulase）与底物接触，并通过疏水/静电作用非特异性吸附酶分子。2015-2024年间，关于“木质素与酶解”的研究论文增长150%，标志着其角色从“抑制剂”向“功能载体”的范式转变。

Structural composition of lignocellulose
木质纤维素由纤维素（cellulose）、半纤维素（hemicellulose）和木质素构成复杂网络。纤维素微纤丝（microfibrils）的高结晶度（crystallinity index, CrI）和木质素的苯丙烷单元（phenylpropane units）交联结构共同导致生物质抗降解性（recalcitrance）。

Interaction of lignin with cellulases
木质素与纤维素酶的互作机制包括：

1. 物理屏障：阻碍酶接近纤维素；
2. 非生产性吸附：通过疏水作用、氢键和静电作用消耗游离酶；
3. 酚类抑制：如香草醛（vanillin）使酶失活。

Strategies for optimizing lignin function

1. 预处理：酸/碱处理降低木质素含量，提高纤维素可及性（accessibility）；
2. 化学修饰：磺化（sulfonation）增强木质素水溶性，减少酶吸附；
3. 生物技术：下调CCR（肉桂酰辅酶A还原酶）基因减少木质素单体合成；
4. 复合物设计：木质素-酶复合物在pH 5.0时释放酶活性，实现循环利用。

Prospects
未来需整合预处理技术创新、木质素功能化（如接枝羧基）、机制解析（如单分子力谱技术）和全价值链开发，推动木质素从“抗降解屏障”升级为“可再生碳源（renewable carbon）”。

CRediT authorship contribution statement
作者团队由国家自然科学基金（32271797）支持，系统综述了木质素角色转变的分子机制与工业应用潜力，为碳中和目标下的生物能源发展提供新思路。