传统生物炼制工艺通常需经过严苛的预处理步骤，破坏木质纤维素的致密细胞壁结构，以便于酶解过程提取单糖，并进一步借助酵母发酵生成乙醇等产品。然而，在这一过程中，木质素组分由于剧烈的再缩合反应导致其活性显著降低，难以高效转化利用。
针对这一挑战，学术界近年来提出“木质素优先”转化策略，旨在稳定木质素活性中间体并提高其向芳香类单体解聚转化效率。但该策略一定程度上牺牲了碳水化合物组分的酶解性能，使得木质纤维素全组分的有效利用面临瓶颈。
华南理工大学楼宏铭教授团队在此背景下取得重要突破，他们研发出一种基于有机胺水溶液的高固预处理技术，成功将玉米秸秆拆分为易于酶解的碳水化合物与具有良好催化解聚活性的木质素。该成果建立在团队前期关于木质素-酶相互作用的研究基础之上，发现预处理后残留在木质纤维素中的木质素会吸附纤维素酶，降低了酶解效率。为解决此问题，楼宏铭团队创新性地引入具有亲水性氮的有机胺试剂，期望通过改性木质素结构增加其亲水性，从而提升酶解效果。经过一系列尝试，最终采用二乙胺作为预处理试剂，显著提高了玉米秸秆的酶解得率。
此外，团队创造性地耦合预处理与木质素解聚过程，利用预处理液中的有机胺对木质素解聚产物进行氮功能化，实现了木质素前所未有的高效转化。木质素原本不含氮元素，而团队的“引氮入木”策略大大拓宽了木质素产品种类，将纤维素、半纤维素及木质素高效转化为单糖、单酚和吡啶碱等高附加值产物。
尤为值得一提的是，二乙胺在预处理过程中展现出了“一剂多能”的效果，不仅能够溶解脱除木质素、增强木质素的酶解效果，还在解聚过程中提高了产物收率。特别是在氧化木质素侧链并与二乙胺偶联后，得到的高附加值吡啶碱化合物不仅充分利用了木质素苯环，还实现了木质素侧链的价值最大化。
近期，相关研究成果以《在木质纤维素生物炼制厂中,水胺可使单糖、单酚和吡啶碱可持续地共同生产》为题发表在Nature Communications杂志上。这项研究不仅揭示了木质素解聚制备芳香族化合物的新思路，提升了产物收率和价值，更增强了木质素制备高附加值化学品或燃料的经济可行性与技术实用性。
展望未来，该技术有望应用于纤维素乙醇生产，通过优化预处理条件，避免产生酶抑制剂，进而简化工艺流程，结合同步糖化共发酵技术，实现木质纤维素高效转化为燃料乙醇。同时，也有可能应用于造纸黑液处理，无需额外木质素提取步骤即可将其中溶解的木质素催化转化为高附加值产品。
楼宏铭教授团队从事木质素研究已近30年，积累了丰富的木质纤维素预处理、酶解强化及木质素解聚等方面经验。此次研究的成功，得益于团队成员对解聚产物亲水性提升的关注，尤其是通过对木质素解聚产物引入氮元素，使得溶于水相的产物量大幅提升，收率显著提高。
下一步，团队将继续深入探究吡啶类化合物的合成机理和产物调控方法，并逐步优化有机胺预处理、预处理氧化过程和碱性氢解工艺耦合，力求提高单酚和吡啶类产品的收率和选择性。最终目标是将创新工艺拓展至造纸黑液和酶解木质素解聚领域，优化造纸碱法制浆和纤维素乙醇生产工艺，实现在高效利用纤维素和半纤维素的同时，充分挖掘木质素的高值利用潜力，全面提升木质纤维素全组分的高值利用率。
