《Bioresource Technology》：Efficient transformation of lignin-derived syringaldehyde to syringyl acetate via tandem catalysis with alcohol dehydrogenase and lipase
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•为实现生物还原，研究人员构建了携带ADH6和GDH基因的重组大肠杆菌ADH6–GDH菌株。•ADH6–GDH全细胞体系可将40?mM的丁香醛完全转化为丁香醇。•通过生物还原技术，研究了木质素衍生的醛类物质的底物适用范围。•诺维兹姆435脂肪酶可将丁香醇转化为丁香酸酯。•通过还原
• 为实现生物还原，研究人员构建了携带ADH6和GDH基因的重组大肠杆菌ADH6–GDH菌株。
• ADH6–GDH全细胞体系可将40?mM的丁香醛完全转化为丁香醇。
• 通过生物还原技术，研究了木质素衍生的醛类物质的底物适用范围。
• 诺维兹姆435脂肪酶可将丁香醇转化为丁香酸酯。
• 通过还原酶与脂肪酶的串联生物催化反应，可合成芳香族酯类物质。
引言 近年来，石油、煤炭和天然气等化石资源的快速枯竭，使得人们更加迫切需要可持续的燃料和化学品替代品（Ali等人，2024；Dadi等人，2025；El-Araby，2024；El-Fawal等人，2025；Li等人，2024；Lim等人，2024；Yang等人，2024）。由纤维素、半纤维素和木质素构成的木质纤维素生物质，是储量最丰富的可再生碳资源之一（Ashokkumar等人，2024；Sulis等人，2025）。因此，如何将这类生物质转化为生物燃料、高附加值化学品以及功能性材料，成为了研究热点（Pandey等人，2025）。尤其是将木质素转化为高价值的芳香族化合物，被视为提升生物炼制厂整体经济效益的关键策略（Chen等人，2024）。
在各类木质素衍生的芳香族物质中，丁香醛因其结构明确、具有天然芳香特性，同时还可作为风味剂、香料及精细化工中间体，而备受关注（Ajakaiye Jensen等人，2025；Shirke和Jamdar，2026）。其还原产物丁香醇则是香料、药品以及聚合物材料的重要中间体（Tiz等人，2024；Yamaguchi等人，2023）。丁香醇及其衍生物具备显著的抗菌活性，尤其对耐药菌株有效，这为其在医药领域的应用带来了希望（Li等人，2026c）。由于丁香醇含有酚羟基和苄基羟基，它还可以作为进一步化学或酶法改性的起始原料，从而生成具有更好理化性质的酯类、醚类及其他高附加值衍生物（Tiz等人，2024；Yamaguchi等人，2023）。目前，制备丁香醇及相关丁香系列化合物的主要方法包括化学合成、提取以及木质素解聚法；但这些方法往往存在选择性不足、产物混合物复杂以及环境问题等缺陷（Panyadee等人，2021；Tiz等人，2024）（图1a）。而在温和且环保的条件下，生物催化转化则是一种极具前景的替代方案（Abdelraheem等人，2019）（图1b）。不过，现有的生物催化系统效率仍有待提升。例如，某工程化大肠杆菌菌株仅能产生559?mg/L的丁香醇，这说明该菌株的底物耐受性和催化性能都较为有限（Yang等人，2022）。因此，亟需开发出高效且稳定的丁香醛转化生物催化系统。
来自酿酒酵母的酒精脱氢酶ADH6属于NADPH依赖型氧化还原酶，归属于中链脱氢酶/还原酶超家族。该酶主要存在于细胞质中，在酵母体内对芳香族醛类和苄基醛类的还原解毒过程中起着关键作用（Valencia等人，2004）。与主要参与乙醇代谢的ADH1相比，ADH6对乙醇的活性较低，但对木质素衍生的芳香族醛类，如香草醛和丁香醛，则具有更高的催化效率（Larroy等人，2002）。然而，这一催化过程会受到NADPH快速消耗的限制，从而导致反应速率下降甚至反应终止。虽然外源补充NADPH可在一定程度上解决这一问题，但其高昂的成本限制了该方法的实际应用（Kang等人，2024）。实现高效的辅因子再生，对于提升生物催化还原系统的可行性至关重要。
葡萄糖脱氢酶GDH可通过催化d-葡萄糖氧化为d-葡萄糖δ-内酯，同时将NAD(P)+ 还原为NAD(P)H，从而用于NAD(P)H的再生（Zhang等人，2022）。这种方法使得成本低廉的葡萄糖能够作为电子供体，进而减少对外源NADPH的需求（Mondal等人，2025）。在生物制造各种生物基醇类时，人们已经成功采用了将还原酶与脱氢酶结合以实现辅因子原位再生的方法（Li等人，2021）。全细胞体系之所以备受青睐，是因为它能够在同一平台上整合生物催化活性、辅因子再生功能以及细胞内保护机制（Buller等人，2023）。与纯化酶体系相比，全细胞生物催化剂通常制备成本更低，操作也更简便（Li等人，2026b；Wu等人，2021）。不过，它们的性能仍然会受到生物反应条件、底物毒性、物质传递效率以及辅因子可用性等因素的影响，尤其是对于那些疏水性的木质素衍生的芳香族醛类而言。
为了在温和条件下获得高选择性的酯类产物，脂肪酶受到了广泛关注。尤其是固定化的诺维兹姆435脂肪酶，已被广泛应用于各种醇类——包括芳香族醇类——的酯化和转酯化反应，从而制备出具有更高疏水性和更大应用潜力的高附加值酯类（Dudu等人，2024；Ortiz等人，2019）。典型的应用案例包括利用脂肪酶将肉桂醇催化转化为肉桂酸酯，以及将香草醇酰化为辣椒素类衍生物（Cai等人，2017；Kobata等人，2002；Tomke和Rathod，2015）。将还原生物催化与脂肪酶催化的酯化反应相结合，或许能为木质素衍生化合物向高价值酯类的级联转化提供有效的策略。
在本研究中，研究人员首先构建了一种同时表达来自酿酒酵母的ADH6和来自枯草芽孢杆菌的GDH基因的重组大肠杆菌菌株，将其作为全细胞生物催化剂，用于高效地还原丁香醛。通过分子对接技术研究了ADH6与丁香醛之间的相互作用。研究人员还对温度、pH值、金属离子、有机溶剂以及底物浓度等关键生物反应参数进行了系统优化，同时评估了ADH6–GDH体系对木质素衍生的芳香族醛类的底物耐受性。此外，研究还引入了由诺维兹姆435脂肪酶催化的酯化步骤，用于后续的功能性升级。通过将还原生物催化与酶促转酯化反应相结合，研究人员建立了一个高效的级联反应体系，能够将丁香醛转化为丁香酸酯，这一成果为木质素衍生芳香族化合物的高值化利用提供了一种极具前景的概念验证策略（图1c）。
章节要点 化学试剂 丁香醛（SYR，纯度≥98%）、丁香醇（SYO，纯度≥98%）、甲醇（HPLC级，纯度≥99%）、d-葡萄糖（纯度≥98%）以及异丙基β-D-1-硫半乳糖苷（IPTG，纯度≥99%），均购自中国上海的Aladdin Industries公司。其余所有化学试剂均为分析级，未特别说明的情况均直接使用。
质粒构建与重组大肠杆菌菌株的制备 本研究中所使用的、来自酿酒酵母的NADPH依赖型酒精脱氢酶ADH6基因（PDB编号：
1PIW ）以及来自枯草芽孢杆菌的葡萄糖脱氢酶GDH基因（GenBank编号：
M12276.1 ）的相关编码基因已被引入到相应的载体中。
携带ADH6和GDH基因的重组大肠杆菌ADH6–GDH菌株的构建 随着人们对绿色可持续化学需求的不断增加，全细胞生物催化剂逐渐成为传统化学催化剂的有力替代品（Buller等人，2023；Zhang等人，2026b）。重组大肠杆菌系统能够以较低成本生产酶类催化剂，已被广泛用于各类高附加值化学品以及药物中间体的生物合成过程中（Li等人，2026b；Wu等人，2021；Zhang等人，2026a）。酒精脱氢酶ADHs是极为重要的
结论 在本研究中，研究人员成功开发了一种高效的串联生物催化平台，可用于将木质素衍生的丁香醛转化为高价值的芳香族醇类及酯类衍生物。他们构建了一种同时表达NADPH依赖型酒精脱氢酶ADH6和葡萄糖脱氢酶GDH的全细胞重组大肠杆菌催化剂，该催化剂能够借助葡萄糖实现NADPH的原位再生，从而高效地还原丁香醛。在经过优化的反应条件下（葡萄糖与丁香醛的摩尔比
CRediT作者贡献说明 Chai Haoyu： 负责原始稿件撰写、软件应用、方法设计、实验开展以及数据整理工作。Li Xin： 负责软件应用、方法设计以及实验开展工作。He Yu-Cai： 负责论文审阅与编辑、研究指导以及概念构思工作。Ma Cuiluan： 负责研究指导、实验开展以及概念构思工作。
资金支持信息 本研究得到了江苏省前沿技术研究与发展计划 的支持（项目编号：BF2025080）。
利益冲突声明 所有作者均声明，自己不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
Chai Haoyu|Li Xin|He Yu-Cai|Ma Cuiluan
