特定于领域的木质素-碳水化合物相互作用调控小麦秸秆中细胞壁的降解过程

《Green Chemistry》：Domain-specific lignin–carbohydrate interactions govern cell wall deconstruction in wheat straw

利用水热预处理揭示木质纤维素细胞壁中稳定的木质素-碳水化合物相互作用域及其动态变化机制，为工业生物 refineries 提供新策略。

　　

木质纤维素细胞壁是地球上最大的可再生有机碳储存库，然而其复杂的木质素-碳水化合物相互作用使其难以通过生物炼制过程进行转化。尽管水热预处理是一种有效的细胞壁分解方法，但其破坏木质素-碳水化合物相互作用的分子机制仍不清楚。在此研究中，我们使用固态核磁共振光谱技术对均匀标记了¹³C的小麦秸秆进行了分析，并结合水合和水热预处理这两种方法，以原子级分辨率揭示了特定区域内的相互作用变化。这些方法能够对结构分子进行区域特异性表征，发现细胞壁中存在两种不同的相互作用域：一类是不稳定的相互作用域，主要由可与碳水化合物弱结合的愈创木基（G）单元组成，容易被去除；另一类是稳定的相互作用域，主要由可与碳水化合物强结合的丁香基（S）单元组成，具有很强的抗分解能力。此外，未展平的三聚体木聚糖与木质素之间的相互作用被破坏，导致附着在纤维素表面的木质素分离。这些分子相互作用的变化减弱了细胞壁的动态性质和水合能力。这些发现有助于深入理解工业系统中木质纤维素的有效分解机制，对下一代生物质生物炼制技术具有重要意义。