综述：多种木质纤维素生物质原料的先进木质素提取技术在现代生物精炼中的应用

这篇综述系统梳理了从二代木质纤维素原料中提取木质素（lignin）的前沿技术，重点探讨了微波辅助提取（MAE）、离子液体（ILs）预处理和酶法脱木质素（enzymatic delignification）等绿色方法的效率与可扩展性，为生物基经济中木质素-碳水化合物复合体（LCC）的高值化利用提供了技术路线图。

　　

Abstract

木质纤维素生物质作为可持续生物精炼的未开发资源，其核心组分木质素因在生物能源、平台化学品和可持续材料等领域的应用潜力备受关注。最新提取技术通过突破木质素-碳水化合物复合体（LCC）中酯键/醚键的共价连接，显著提升了分离效率。例如，微波辅助提取能在30分钟内实现90%木质素溶出，而离子液体（如[Emim][OAc]）通过破坏氢键网络选择性分离G/S/H型木质素单体。

Introduction

植物细胞壁中木质素通过醚键与纤维素还原端直接连接，形成抗降解屏障。软木（softwood）木质素以G型单元为主，硬木（hardwood）含G/S混合单元，草本植物则富含H型单元。传统碱法处理导致β-O-4键断裂，而新兴低共熔溶剂（DES）在120°C下可保留80%β-O-4结构，为后续催化转化提供优质原料。

Sources, classification, and structural composition of lignin

1838年Anselme Payen首次发现木质素的"镶嵌物质"特性。现代研究揭示，木质素由p-香豆醇（H）、松柏醇（G）和芥子醇（S）三种单体通过自由基耦合形成，其C₉单元中甲氧基含量直接影响热解产物分布。

Methods for lignin extraction

酶解木质素（CEL）法通过纤维素酶预处理保留原生结构，而有机溶剂法（如乙醇-水体系）能同步提取阿魏酸酯键连接的半纤维素。深共晶溶剂（DES）中的胆碱-乳酸体系对草本木质素提取率可达92%，且溶剂回收率超过95%。

Characterization of extracted lignin

二维HSQC NMR分析显示，微波提取木质素中β-β'树脂醇结构含量是传统酸法的3倍。GPC检测发现离子液体处理产物的多分散指数（PDI）低至1.2，显著优于硫酸盐法（PDI>3.5）。

Role of lignin in the bio-economy

木质素基聚氨酯泡沫的压缩强度达285 kPa，媲美石油基产品。催化氢解可将β-O-4键选择性断裂生成苯酚类化学品，钯碳催化剂作用下单体产率高达78%。

Future of lignin

酒精分级分离技术产生的富β-O-4木质素估值达1200美元/吨，但需突破酶制剂成本瓶颈。生命周期评估（LCA）显示，离子液体工艺碳足迹比传统方法降低62%。

Conclusions and outlook

木质素提取技术正从"能源回收"转向"分子精准拆解"，未来五年或将涌现年产万吨级的生物精炼示范装置。通过耦合人工智能辅助分子设计，有望实现木质素"结构定制-功能导向"的闭环利用。