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综述:油棕生物质中酶法与常规方法整合生产木质素纳米颗粒的潜力
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月29日 来源:Bioresource Technology Reports CS7.2
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这篇综述系统探讨了酶法(如漆酶laccases、过氧化物酶peroxidases)与传统物理化学方法(溶剂交换、酸沉淀等)协同转化油棕生物质(OPB)中木质素(15-44 wt%)为纳米颗粒(LNPs)的前景。文章强调该整合策略能保留木质素酚羟基等活性基团,提升LNPs在药物递送、UV防护及污染物吸附等领域的应用潜力,同时符合绿色化学原则(CWA 18187标准)。
油棕生物质中木质素纳米颗粒的绿色革命:酶法与常规方法的协同之路
Abstract
油棕加工产生的富含木质素(15-44 wt%)的残渣(如果壳PKS、空果串EFB)长期被焚烧或填埋,造成资源浪费与环境污染。将木质素转化为纳米颗粒(LNPs)可解锁其在生物医学、材料和环境修复中的高值应用。传统方法(如Kraft法)因使用强化学试剂或高温而破坏木质素功能基团,而酶法(漆酶、过氧化物酶等)在温和条件下能保留酚羟基和脂肪族结构,为绿色生产提供新思路。
Introduction
全球油棕产业每年产生7600万吨残渣,其中木质素结构复杂,含紫丁香基(S)、愈创木基(G)和对羟基苯基(H)单元。传统提取方法(如硫酸盐法)产生含硫副产物,而溶剂交换和超声法等虽环保却可能损失功能基团。酶法通过氧化反应精准调控LNPs表面化学性质,例如漆酶可提升UV屏蔽性能,而多酶级联反应能优化粒径均一性。
Lignin nanoparticles applications in emerging fields
LNPs凭借高比表面积和丰富酚羟基,成为高效吸附剂(如重金属、染料)和抗氧化剂。其抗菌活性源于破坏微生物膜,而药物载体功能则通过pH响应性释放实现。在防晒霜中添加LNPs可增强UV吸收,且生物相容性优于合成材料。
Conventional chemical pulping
硫酸盐法和碱法制浆虽成熟,但高温(160-180°C)导致纤维素降解,而有机溶剂法成本高昂。新兴的超声辅助法(CWA 18187标准)能耗低,但需结合酶法以提升产物一致性。
Enzymatic mechanisms in lignin nanoparticle formation
木质素过氧化物酶(LiPs)和锰过氧化物酶(MnPs)通过自由基反应断裂β-O-4键,而漆酶需介体(如ABTS)扩大底物范围。辅酶(如CDH)通过生成H2O2增强氧化效率,而合成生物学工具(如CRISPR)可设计高效酶变体。
Future perspectives
未来需优化酶工程(如固定化技术)与深共熔溶剂(DES)的联用,并建立全生命周期评估(LCA)模型。油棕木质素的异质性要求开发定制酶系,而人工智能可加速酶-底物匹配设计。
Conclusion
酶法与物理化学方法的整合为LNPs生产提供了绿色、高效的路径,推动生物质资源向高值化、循环经济转型。
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