假木质素沉积及对纤维素酶解的影响研究进展*

沙如意 张沙沙 余 瞻 赵福权 蔡成岗,3,4 肖竹钱,3,4 毛建卫,3,4

(1. 浙江科技学院生物与化学工程学院 杭州310023； 2. 浙江省废弃生物质循环利用与生态处理技术重点实验室 杭州310023； 3. 浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室 杭州310023； 4. 浙江省农业生物资源生化制造协同创新中心 杭州310023)

资源是经济和社会可持续发展的重要物质基础。随着世界各国对资源需求的不断增长以及对环境保护的日益重视，开发和研究可再生资源代替被过度开采和使用的不可再生资源，已成为各国在资源利用方面共同的发展方向。以木材和草类纤维为代表的木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源，年产量约2 000亿t，有效利用木质纤维素类生物质可以降低人类对化石燃料资源的依赖(Zhang， 2008)。木质纤维原料主要由纤维素(38%～50%)、半纤维素(23%～32%)、木质素(10%～25%)以及少量的果胶、蛋白质和灰分等组成，为提高木质纤维素类生物质的转化率，提升纤维素酶的水解效率和可发酵性糖产量，降低纤维素酶的使用量和生物质转化成本，需对木质纤维素类生物质进行预处理，以打断木质素、纤维素、半纤维素之间的天然抗降解屏障，释放出包裹在内部的纤维素组分，提高纤维素酶的可及性(Puetal., 2013)。

木质纤维素类生物质预处理主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法，其中应用较多的是采用质量分数小于4%的稀酸法(如盐酸、硫酸和硝酸等，120～210 ℃)、高温热水法、蒸汽爆破法和液相水热法等(Yangetal.， 2006； Kumaretal.， 2009)。不同预处理方法可溶解和去除原料中的木质素或大部分半纤维素等，有利于提高纤维素酶的可及性。木质素对纤维素酶解具有明显抑制作用，通过预处理降低木质素含量有利于提高纤维素酶解效率。研究表明，利用稀酸和高温热水等剧烈方式对木质纤维进行预处理后，Klason木质素相对含量反而会增加，预处理过程中沉积的假木质素比木质素更加明显地抑制木质纤维素类生物质转化(Mengetal.， 2017)。通常，将生物质预处理过程中生物质碳水化合物的脱水或聚合产物形成的酸不溶性物质称为“假木质素”(pseudo-lignin)，假木质素是一种芳香族类化合物，并非来自于生物质中的天然木质素，可以球状等形式沉积在预处理后的生物质细胞壁表面和内部，导致Klason木质素含量增加(Sannigrahietal.， 2011)。本研究综述木质素液滴和假木质素沉积对纤维素酶解的影响，以期为构建高效的木质纤维素类生物质转化路径提供科学指导。

1 木质素液滴和假木质素沉积的形成

1.1 木质素液滴沉积的形成

木质纤维类生物质预处理过程中，木质素会以液滴形式沉积于纤维素表面(表1)。稀酸预处理可导致木质素液滴无序排列于细胞壁外部边界，在强酸或高温条件下更容易观察到木质素的重新定位和再分布。利用稀酸对玉米(Zeamays)秸秆(Donohoeetal.， 2008)、甘蔗(Saccharumofficinarum)渣(Colettaetal.， 2013)、玉米茎(Seligetal.， 2007)、竹子(Phyllostachys)(林玲等， 2014)等木质纤维进行预处理时，木质素会易位、重新分布，形成不同形态的木质素液滴(Pingalietal.， 2010； Holopainen-Mantilaetal.， 2013； Liu， 2015)，覆盖在细胞壁表面阻止酶进一步接近细胞壁组分，从而降低纤维素酶的可及性(Colettaetal.， 2013)。木质纤维水热预处理过程中也会产生木质素液滴，Kristensen等(2008)借助原子力显微技术，在水热处理小麦(Triticumaestivum)秸秆时观察到处理后的细胞表面出现类似于稀酸预处理时的木质素球状颗粒，Demartini等(2011)利用选择性单克隆抗体免疫标记技术观察到水热预处理杨树(Populus)表面的木质素液滴，Li等(2014a)进一步利用扫描电子显微镜和湿化学分析研究高温热水预处理后的微晶纤维素和杨木混合物，发现来源于杨木的木质素液滴会迁移到纤维素表面，证实在剧烈预处理条件下更加容易形成木质素液滴的沉积。

表1 不同原料在不同预处理条件下的木质素液滴Tab.1 Lignin droplets of different raw materials under different pretreatment conditions

续表1

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对于木质素液滴形成机制，一般认为木质素聚集体起初存在于预处理材料中，后随着预处理温度增加，木质素达到相转变温度(120～200 ℃)，分子链微布朗运动加快，木质素软化呈熔融状态，具有一定流动性，进而在细胞腔和胞间层基质内聚结形成液滴(Donohoeetal.， 2008; Seligetal.， 2007; 林玲等， 2014)。此外，由于木质素具有疏水性，表面张力较高，细胞壁层内的静水压力会迫使一部分木质素迁移到外表面，进而与稀酸预处理后的物料接触并重新沉积于植物细胞壁表面(Holopainen-Mantilaetal.， 2013)。

1.2 假木质素的沉积及结构表征

1.2.1 假木质素的沉积 稀酸可有效水解半纤维素，破坏木质素和半纤维素间的结构，提高纤维素酶的可及性，普遍应用于硬木、软木、草类、农业废弃物和报纸等生物质预处理中。以往研究认为，通常情况下稀酸预处理对木质素含量影响不大，如Cao等(2012)在170 ℃下利用稀酸对毛果杨(Populustrichocarpa)预处理0.3～26.8 min，结果发现木质素含量(24.4%～25.9%)与未处理(24.6%)相似。然而，最近越来越多的研究表明，在不添加有机溶剂的条件下，仅利用稀酸常常不能有效去除木质素或显著降低木质素含量，相反还会导致木质素相对含量增加(Mengetal.， 2017)，如表2所示。

表2 不同原料预处理后的木质素含量变化①Tab.2 Changes of lignin content of different raw materials after pretreatment

续表2

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①总纤维含量为纤维素和半纤维素含量之和；木质素含量为酸不溶性和可溶性木质素含量之和。The total fiber content is the sum of cellulose and hemicellulose；The lignin content is the sum of acid insoluble and soluble lignin content.

Mao等(2010)在140～180 ℃条件下利用稀酸处理玉米秸杆，结果木质素含量增加2%～6%。Foston等(2010)在高温条件下利用稀酸处理杨木，发现Klason木质素含量从25%增加到40%。类似地，Samuel等(2010)在190 ℃下利用稀酸预处理柳枝稷(Panicumvirgatum)1 min，木质素含量增加10%。Hashmi等(2017)利用自水解预处理甘蔗渣，发现温度从110 ℃增加至190 ℃，总木质素含量从30.9%增加至41.8%，相应地，木聚糖含量从18.9%降至8.2%。相似地，Hao等(2017)在175 ℃、8.5×105～10.0×105Pa条件下对松木(Pinus)进行自水解预处理并保持85 min，预处理后半纤维素类单糖含量显著下降，葡聚糖从39.88%增加至42.54%，而酸不溶性木质素含量由32.06%增加至46.11%。经过剧烈条件自水解预处理后，木质素含量增加可能归因于大量半纤维素去除而保留大部分木质素所致，也可能与形成假木质素有关。不仅仅稀酸预处理可以导致木质素含量增加，杨雪霞等(2001)利用气爆对玉米秸秆进行氨化预处理，也发现木质素含量增加的现象。这其中一部分原因可能是预处理过程中以半纤维素为代表的糖类化合物的损失，木聚糖含量下降，导致得到的酸不溶性木质素含量比未处理前反而增加(林玲等， 2014； Singhetal.， 2015； Normarketal.， 2016； Brazdausksetal.， 2016)； 然而Sannigrahi等(2011)则认为预处理后木质素含量增加与生物质中碳水化合物脱水和聚合形成的酸不溶性物质——假木质素有关，其利用稀酸处理杨木综纤维素时，发现具有球形结构的假木质素沉积于稀酸处理后的生物质细胞壁表面。

Normark等(2016)在严峻烘焙条件下(310 ℃，25 min)处理挪威云杉，也发现假木质素的沉积现象。利用不同酸对木质纤维进行预处理也会生成不同含量的假木质素，如磷酸预处理比硝酸预处理可能产生较少量的假木质素(Boonsombutietal.， 2015)。此外，高温热水(Koetal.， 2015)、氯化铝水热催化(Shenetal.， 2016)、高压热水(Yangetal.， 2015)、自水解(Sipponenetal.， 2014a)、加压热水(Leeetal.， 2017)等预处理木质纤维也观察到假木质素沉积。本研究分别利用硫酸和植酸溶液对毛竹(Phyllostachysedulis)粉进行高温预处理(121 ℃、60 min)，可看到椭球形的沉积物形成于纤维素表面(图1箭头所示)。酸不溶性木质素-假木质素的增加可能与生物质多糖降解产物和木质素聚合、重构形成的假木质素有关(Puetal.， 2013； Sunetal.， 2014)。Wang等(2017)利用水热法与强氢氧化钠相结合预处理桉树(Eucalyptus)，预处理温度从180 ℃增加至200 ℃，木质素得率从5.1%增加至7.5%，相应地，总糖从0.16%下降至0.10%，其认为在此温度范围内木质素与半纤维素间的键断裂，导致木质素迁移，以浓缩木质素液滴的形式存在于细胞壁上，从而有利于后期碱的提取。此外，也可能是形成假木质素所致，这是因为Wang等(2017)将温度继续增加至210 ℃，木质素含量降至2.7%，而总糖含量仅为0.03%，更加可能是在此剧烈预处理条件下，碳水化合物和木质素降解产物形成假木质素。假木质素沉积的形成一定程度上解释了稀酸处理后的生物质中观察到更高含量木质素，且假木质素含量随着预处理严重程度增加而急剧增加(Kumaretal.， 2013； Sipponenetal.， 2014b)。

图1 不同稀酸预处理的毛竹表面Fig.1 Scanning electron microscopy of bamboo surface with different dilute acid pretreatmenta. 硫酸Sulfuric acid(2 000×)； b. 植酸Phytic acid(5 000×).

1.2.2 假木质素形成机制 许多研究者在生物质预处理过程中都观察到了假木质素沉积，但由于假木质素的结构和形成条件的复杂性，对于假木质素具体形成机制还尚未有定论。

对假木质素结构进行分析发现，其中含有大量不饱和碳原子，说明在生物质酸预处理过程中碳水化合物水解成相应的单糖，继而发生脱水反应和分解反应(Mengetal.， 2017)。表3归纳了不同预处理条件下假木质素的形成。在Li等(2005； 2007)的研究中，其推测认为多糖的降解产物(如糠醛)可能与木质素聚合形成木质素的类似物——假木质素，该现象可归因于在稀酸条件下，伴随着木质纤维预处理过程中多糖的损失，通过酸催化脱水反应，木糖和葡萄糖可分别形成糠醛和5-羟甲基糠醛(HMF)。进一步地，糠醛和/或HMF经重排可以产生芳族化合物，可能作为假木质素形成的中间产物，如木质素酸降解的主要产物为3,8-2-羟基-甲色酮，5-羟甲基糠醛(HMF)经水解开环反应可以生成1,2,4-苯三醇(BTO)等中间产物，这些中间产物经过聚合和/或缩聚反应最后形成假木质素(Mengetal.， 2017； Huetal.， 2012)。然而，假木质素的形成量与生物质本体中的木质素含量并无太大关联性，Sannigrahi等(2011)认为，在稀酸预处理过程中，假木质素可由生物质中的碳水化合物转变而成，而木质素的贡献率不明显。

另一方面，假木质素的形成具有温度相关性，当前大部分研究集中于加热预处理过程后假木质素的形成情况，事实上当预处理结束后，随着反应温度降低，溶解在水解液中的木质素或其类似物也可能重新沉积到生物质表面，这也可能是在木质纤维预处理过程中假木质素沉积的原因之一。在生物质预处理过程中存在着多种形态的假木质素，取决于预处理温度条件。Yang等(2015)发现预处理温度达到180 ℃，能够观察到游离的微球状假木质素，温度高于200 ℃或低于120 ℃，则观察不到游离假木质素，而吸附型的假木质素在较广的温度范围内都比较容易形成。同样地，最近有研究表明，在预处理温度下收集到的木材样品中并未检测到假木质素存在，从而证实假木质素是在冷却过程中产生的。这就要求预处理后需要及时将生物质与水解液分离开，以降低冷却诱导假木质素的形成。通过对水解液进行分析，Zhuang等(2017)发现解聚的木质素和呋喃分别占假木质素组成的80.4%和10.6%，而碳水化合物水解得到的可溶性糖与冷却诱导的假木质素形成无关。这一发现与Sannigrahi等(2011)研究结论不一致，可能与预处理生物质的结构、预处理方式和操作条件等因素有关。由此可见，假木质素的形成非常复杂，对于木质素具体形成机制还有待于进一步研究和证实。

表3 不同原料预处理后形成的假木质素Tab.3 Pseudo-lignin formation after pretreatment with different raw materials

续表3

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为进一步研究假木质素的形成机制，基于稀酸水解预处理和蒸汽爆破预处理的相似性，Lam等(2009)结合稀酸水解中木聚糖的解聚一级反应动力学模型及醋酸中木质素溶解和缩合反应一级动力学模型，引入包括糠醛和木质素聚合在内的旁路反应，提出蒸汽爆破过程中假木质素形成预测模型能够比较准确地模拟试验数据。但是将此模型用于不同来源的原料和预处理工艺条件下的假木质素形成过程还需要进一步完善，如酸催化的歧化机制也可能伴随着假木质素的形成(Fanetal., 2012)。高温和酸是假木质素形成的关键因素，理解假木质素形成机制，有利于在生物质预处理过程中调控假木质素的沉积，从而有利于提高纤维素酶解效率。

尽管目前已有大量关于假木质素形成机制的研究，但是假木质素结构的复杂性和多样性、形成条件的不确定性、反应体系的异质性以及多相催化的复杂性使得假木质素的形成机制尚无定论。可以推测的是，假木质素结构中存在高含量的不饱和碳，这表明在稀酸、高温热水、蒸汽爆破等预处理过程中，纤维素和半纤维素分解成相应的单糖，单糖组分在剧烈预处理环境下可能经过解聚、分子重排、聚合等化学反应形成假木质素的中间产物，进而形成假木质素，至于木质纤维本体中的木质素在假木质素形成过程中所起的作用还需要进一步研究。在不同原料和预处理条件下，会出现不同形态的假木质素，未来研究应重视不同形态的假木质素形成机制研究，可以通过构建化学反应数学模型、借助于人工神经网络模型及先进的深度学习算法等进行假木质素形成过程动力学的模拟和预测，从而全面揭示假木质素的形成机制。

Donohoe等(2008)利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究稀酸预处理玉米秸秆表皮组织过程中生物质组分溶解规律，发现木质素以球状颗粒形式分布于胞间层、纹孔及细胞次生壁各个亚层，且这些球状颗粒通过纹孔区域被挤出到细胞壁表面。采用共聚焦荧光显微技术结合免疫荧光标记观察稀酸预处理前后玉米茎部组织木聚糖分布规律的变化，发现在厚壁细胞次生壁中层、次生壁内层与胞间层区域，木聚糖的荧光信号随处理时间变化同步增减，这为预处理过程中木质素的迁移和重分布假设提供了重要依据(Bruneckyetal.， 2009)。Chu等(2010)利用碱预处理芒草(Miscanthus)，采用显微共聚焦拉曼光谱成像(CRM)观察到薄壁细胞壁中木质素和纤维素共存，同时木质素-半纤维素复合物在细胞壁内部呈现球状结构。Sannigrahi等(2011)利用扫描电镜观察到稀酸预处理综纤维素表面沉积有球状颗粒，采用红外光谱和核磁共振谱证实球状颗粒是由碳水化合物和木质素降解产物组成的假木质素。利用共聚焦和荧光寿命成像显微镜，Coletta等(2013)观察到稀酸预处理甘蔗渣后木质素球状颗粒沉积于细胞壁的外部边界。林玲等(2014)利用环境扫描电镜(ESEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析预处理竹表面的形态和木质素含量，结果显示，水解后竹片表层物质的木质素特征峰(1 423、1 510和1 600 cm-1)不断增强，说明水解使得竹子内部木质素类物质向着竹片表层和表面迁移，从而造成表层木质素含量增加。

目前，越来越多的先进方法和设备用于表征假木质素结构，对假木质素含量的精确定量也至关重要。为了检测木质纤维预处理过程中假木质素的含量，Ma等(2015)利用XPS跟踪热水预处理全纤维素过程中假木质素的形成，通过定量测定C和O含量达到对假木质素形成量的检测，相应地，FTIR和CP/MAS13C-NMR几乎无响应，结果表明形成假木质素后，C1由8.9%增加至23.0%，O/C含量由0.68降至0.54，而木质素含量由1.0%增加至6.2%。对假木质素含量进行精准定量，有利于更准确确定假木质素可能的形成机制。鉴于在预处理后的冷却过程中也会不断形成假木质素，开发原位在线、操作简单、针对木质素和假木质素等多重组分联合分析、高通量的假木质素含量检测方法是未来的研究方向之一。

2 假木质素对纤维素酶解的影响

2.1 木质素液滴对纤维素酶解的影响

在木质纤维酶水解过程中，天然木质素作为物理屏障降低酶的可及性，且通过疏水性相互作用不可逆地结合酶，导致酶活性的损失(Yangetal.， 2006)。与天然木质素不同，木质纤维预处理过程中形成的木质素液滴更加显著地抑制纤维素酶解(Koetal.， 2015)。

表4 不同大类生物质材料本体构造成分及其假木质素特征Tab.4 Structural components and characteristics of pseudo-lignin with different biomass materials

续表4 Continued

续表4 Continued

①纤维素含量以葡萄糖计；半纤维素含量以阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖、木糖和半乳糖等计；Mn为数均分子质量(g·mol-1)，Mw为重均分子质量(g·mol-1)，Mw/Mn为重均分子质量与数均分子质量之比，表示多分散性。Cellulose content is calculated by glucose; Hemicellulose content is calculated by arabinose, mannose, glucose, xylose, galactose, etc.;Mnis the number average molecular weight(g·mol-1)，Mwis the weight average molecular weight(g·mol-1)，Mw/Mnis the ratio of the weight average molecular weight to the number average molecular weight, indicating polydispersity.

Selig等(2007)研究发现，在稀酸预处理滤纸片过程中，向其中添加源于玉米茎皮的木质素，木质素会以球形形式沉积在纤维素表面上，降低酶解速率，但其研究并不能区分球形沉积物是源于木质素还是假木质素。进一步地，Donohoe等(2008)发现稀酸预处理后沉积在生物质细胞壁上的木质素液滴成为酶水解的物理屏障，不利于纤维素酶接近生物质的碳水化合物部分。Hansen等(2011)利用荧光标记法对秸秆预处理前后不同组织细胞中内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶的分布进行研究，推测造成2种纤维素酶显著不同分布的原因是预处理过程中形成的木质素球状颗粒附着在纤维素表面，因而降低了纤维素酶的利用效率。为更进一步明确热预处理过程中木质素液滴对纤维素酶解的影响作用，Li等(2014a)发现沉积在纯纤维素Avicel上的木质素液滴显著抑制纤维素酶解，经过系列试验证实木质素液滴主要通过纤维素表面阻滞作用抑制纤维素的酶解，而木质素液滴和酶的非特异性结合并不是主要影响因素。木质素液滴影响纤维素酶解的机制主要是非特异性吸附或表面阻滞或2个方面的结合，取决于木质素液滴的化学特性和颗粒尺寸。木质素液滴对纤维素酶解可能还受木质素液滴存在形式的影响，木质素液滴占据的木质纤维表面位点决定了纤维素酶的可及度，同时木质素液滴覆盖木质素的表面积多寡更能影响到纤维素酶解的效率。

2.2 假木质素对纤维素酶解的影响

与木质纤维预处理过程中沉积的木质素液滴类似，假木质素也可以球状颗粒形式沉积于纤维素表面，阻滞纤维素酶的作用位点，降低纤维素酶的利用度； 同时，假木质素也可能通过与纤维素酶非生产性结合从而降低纤维素酶的酶解效率。通常情况下，添加到纤维素酶解系统中的少量假木质素比生物质中的木质素更能显著抑制纯纤维素的酶解(Fanetal.， 2012)。Kumar等(2013)研究源于半纤维素的假木质素对于纤维素酶解的影响，结果发现在较低的预处理剧烈因子(CSF 1.94)条件下，产生的假木质素几乎可以忽略不计，但会使得纤维素酶解效率显著下降(>25%)，进一步的蛋白吸附试验表明假木质素与纤维素酶产生了非生产性的结合。类似地，Hu等(2013)研究发现，假木质素的添加可以降低纤维素底物糖产率25%，显著不同于稀酸预处理后木质素对于纤维素酶解的抑制，这可能与假木质素和纤维素酶的高度疏水性，通过疏水性相互作用结合有关。

假木质素影响纤维素酶解的程度与其结构密切相关。木质素中紫丁香丙烷单元(S)/愈创木基丙烷单元(G)的比例较高意味着纤维素酶解比较容易进行，这是因为G型木质素具有支链结构，可与3个以上的基团共价结合，而S型木质素为线性结构，仅能与2个以上的基团共价结合。Pal等(2017)在中试规模下对甘蔗渣进行不同组合的蒸汽爆破-混合酸处理过程中，发现预处理后的物料具有较高的S/G比例，有利于纤维素酶解，推测这可能是形成少量假木质素的结果。

目前，假木质素影响纤维素酶解的机制并不明确。Fan等(2012)、Smith等(2016)利用稀酸预处理杂交杨树生物质，认为纤维素和半纤维素经酸催化的脱水、断裂、重排和缩聚和/或聚合反应产生的假木质素显著抑制纤维素酶解，可能是假木质素和纤维素酶之间形成不可逆性的吸附作用。此外，纤维素酶的可及度也是制约纤维素酶解的重要因素，Ishizawa等(2007)发现稀酸或高温热水预处理后，木质素液滴经过重排或多或少增强了纤维素酶对纤维素微丝的可及度。存在于纤维素微纤丝间疏水的木质素颗粒，有效增大了纤维素间的空间，限制了微纤丝间的塌陷，增大了酶对纤维素的可及性，可以增强酶的水解效率(马建锋等， 2014)； 假木质素沉积物也可能通过诱导形成类似于Igarashi 等(2011)在报道的“Traffic Jam”从而抑制纤维素酶解，包括假木质素对纤维素晶型转变的影响(Lietal.， 2014b)。因此，至于假木质素究竟是通过何种可机制抑制纤维素酶解，目前还没有系统的研究证实。评价假木质素对于纤维素酶解的影响机制，需要综合考虑预处理方式、木质纤维结构、组成、纤维素的结晶度、纤维素酶的可及性和其他因素的影响。假木质素可能通过抑制和促进纤维素酶解2种综合效应影响纤维素水解： 一方面，沉积的假木质素通过吸附作用减少游离纤维素酶量，也可以通过占据纤维素表面酶催化位点降低纤维素酶的可及度，还可以通过阻滞纤维素酶移动通路抑制纤维素酶的水解； 另一方面，沉积的假木质素可能分布于木质纤维空间间隙，造成可利用纤维素空间位点增加，反而有利于增加纤维素酶的可及度，从而提高纤维素酶的水解。这也可能是在不同预处理条件下，假木质素对纤维素酶解影响结论不一性的原因。此外，假木质素、木质素液滴、木质素对于纤维素酶活性的影响，也是需要考虑的影响纤维素酶解的因素。

3 假木质素沉积形成的调控

木质纤维预处理过程中形成的假木质素不利于纤维素酶酶解，这就要求在处理中能够调控以抑制假木质素的形成，提高木质纤维的转化效率(Normarketal.， 2016； Mathewetal.， 2015)。

有研究向稀酸预处理反应介质中加入DMSO，发现甚至在强烈预处理条件下，DMSO仍可有效抑制假木质素形成，从而增加稀酸预处理后纤维素的酶消化率(Hu， 2014； Huetal.， 2014)，这可能与DMSO抑制形成假木质素的关键中间产物(HMF)有关。尽管DMSO具有特殊的抑制假木质素形成特性，但是其没有显著改变假木质素分子质量或其任何结构特征。低温、低酸和厌氧条件可能有助于抑制预处理过程中假木质素的形成。

Normark等(2016)研究发现，利用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐处理含有因高温焙烤沉积有假木质素的挪威云杉，通过假木质素脱除可以明显增强纤维素酶的可及性。尽管醋酸盐类离子液体具有溶解木质纤维的优势，但是离子液体合成的高成本、回收可行性和稳定性等问题，仍然需要进一步探索和研究。Lee等(2017)利用加压热水(200 ℃，15 min)对北美鹅掌楸生物质进行预处理，发现生物质表面沉积有直径<2 μm的球状假木质素，进一步结合过氧乙酸预处理可以明显去除假木质素，葡萄糖得率显著提高，为生物质预处理过程中假木质素的脱除提供了一个新的思路。Liu等(2017)通过向高沸点醇/水预处理反应体系中添加1,4-丁二醇(BDO)，降低了半纤维素的去除率，推测可能BDO阻滞了木质素或假木质素的沉积，从而增强了固体纤维素底物对酶的利用效率。在生物质稀酸预处理过程中，添加各种助剂抑制假木质素的形成量是可控的，这也为生物质预处理过程中开发经济有效的预处理工艺提供了一条新的路径。

然而，仅仅脱除假木质素也不一定有利于纤维素转化率的提高，还可能与形成的假木质素比表面积有关(Sipponenetal.， 2014a)。在明确假木质素形成机制的基础上，通过各种控制条件抑制假木质素形成，同时需要探索一种在不改变木质纤维表面结构特征条件下能够精准调控假木质素沉积量的有效方案，以更准确研究假木质素生成量对纤维素酶解的影响，改变传统以不同预处理剧烈因子改变假木质素沉积量的方法。因此，对于假木质素形成的调控需要综合考虑其沉积量、比表面积等结构特性，才能找到最有利于木质纤维酶解效率提高的有效途径。

4 结语

木质纤维预处理过程中，特别是在严峻预处理环境下更容易产生木质素类产物——假木质素，使得预处理后生物质的酸不溶性木质素含量增加； 形成的假木质素沉积于木质纤维表面，更加不利于纤维素酶解的进行。因此，研究假木质素的产生机制、结构特性、调控及其影响纤维素酶解机制对木质纤维的生物炼制具有重要意义。

假木质素形成属于多相反应过程，同时受传质扩散(分子群水平)和流动(宏观统计水平)的影响，将来对于假木质素形成机制的研究，可从其介尺度行为的形成机制建立相关模型和理论，实现其科学定量描述与定向调控，这既有利于服务木质纤维素类生物质炼制工艺和过程的开发，也有利于推动跨领域、跨学科的介尺度科学的形成和发展。在假木质素影响纤维素酶解机制方面，可以寻找一种可控性地调节假木质素量的方案，同时又综合考察纤维素酶的可及性、纤维素和木质素的表面结构特征等多尺度效应，从而系统性地揭示生物质预处理过程中假木质素沉积对于纤维素酶解的影响机制。