木质纤维素生物质是地球上数量最多的碳水化合物，作为可持续化学和材料生产的原料具有巨大潜力。然而，由于其结构刚性、成分复杂，其转换仍然具有挑战性。它主要由纤维素、半纤维 素和木质素组成。纤维素是由通过 β-(1,4)-糖苷键连接的葡萄糖组成的线性聚合物。氢和范德华键将这些纤维素长链连接在一起形成微纤维。半纤维素是由戊糖、己糖和糖酸组成的支链杂多糖。木质素是一种与芳香族单元交联的复杂酚类大分子。

生物质转化的常见做法是将纤维素和半纤维素降解为其单体糖。然后，这些糖可以被送入微生物发酵过程中，用于生化和生物材料的生产。

然而，生物质有其完整的顽抗因素，如木质素。在自然界中，木质素是植物细胞壁的保护伞，可以保护植物细胞壁中的碳水化合物免受微生物的攻击。

因此，纤维素和半纤维素的有效转化通常需要预处理。预处理打破了生物质的刚性结构并增强了酶对纤维素和半纤维素的可及性。

人们研究了多种预处理方法，可分为三类：物理法、生物法和化学法。物理方法，例如铣削、微波、超声波、脉冲电场和等离子体增强了生物质的可及性。生物方法应用微生物或酶来降解木质素。化学方法使用某些化学品和溶剂来提取不需要的成分和/或改变生物质的结构。各种化学品，如酸、碱、有机溶剂、离子液体、低共熔溶剂和生物质衍生溶剂。部分研究还指出了溶剂预处理的未来方向，包括与原料无关的溶剂、木质素首次分离、半纤维素增值和计算辅助。

相关研究开发了一种 OrganoCat 预处理工艺，该工艺使用生物溶剂（2-甲基四氢呋喃）和催化剂（草酸）。通过一定程度的脱木质素，可以最大程度地减少糖降解产生的不良腐黑物的形成。通过 OrganoCat 预处理对一组油菜籽品系的遗传变异进行了处理，并根据其产量和果肉特性报告了最合适的品系。

预处理后的生物质仍然不能直接发酵；因此，使用纤维素酶和半纤维素酶混合物将纤维素和半纤维素解聚成可发酵糖，需要另一个称为酶水解的后续步骤。然而，预处理过程中会产生副产物并抑制酶活性。

相关研究包括NaOH和H2O2预处理对大豆秸秆酶解的影响。与H2O2相比，NaOH水解液对酶活性（主要是β-葡萄糖苷酶）表现出更高的抑制作用液体。抑制作用主要来自于木质素衍生的酚类物质。酚的浓度抑制酶对纤维素的敏感性和可及性。即使酚类与酶蛋白比例的微小变化也会对纤维素的有效水解产生显着影响。因此，预处理和酶水解之间的解毒步骤可能有利于有效的生物质转化。

通过预处理和酶水解获得的单糖用于各种产品的微生物发酵过程。利用木质纤维素生物质生产了多种生物燃料、生物化学品和生物材料，例如乙醇、丁醇、甲基酮、聚羟基烷酸酯等。

在各种产品中，2,3-丁二醇 (2,3-BDO) 是一种平台化学品，可以转化为从生物基材料到可持续材料等多种产品航空燃料。

斯托克洛萨等人研究了多粘类芽孢杆菌生产 2,3-BDO来自预处理的甜高粱甘蔗渣。他们发现，限氧条件有利于 2,3-BDO 的积累，尽管它减缓了多粘类芽孢杆菌的生长。在发酵过程中使用生物质水解产物时的一个常见问题是水解产物的毒性。除了糖之外，预处理和酶水解过程可能会产生一些抑制微生物生长的副产物。因此，发酵前可能需要解毒。斯托克洛萨等人使用活性炭对水解产物进行解毒，显着提高了 2,3-BDO 产量。

包括制浆工艺在内的传统生物质工艺将木质素视为副产品，并且通常将其作为能源燃烧。然而，木质纤维素生物质的 10%–30% 是木质素；因此，如果木质素能够成功增值，生物质的整体利用率可以显着提高。然而，与碳水化合物相比，木质素转化更具挑战性，因为其复杂的交联结构以及对其生物降解的了解有限。

罗德里格斯等人总结了利用分离的或合成的微生物群落的木质素转化，这是大自然用于木质素降解的方法。相关研就指出了获得有效的木质素微生物转化过程的重大挑战，例如可用于系统组装和评估微生物群落的方法和工具的限制。在设计该联合体时，可能需要生物体不消耗解聚片段，而是消耗一些其他碳源。有机溶剂通常用于从生物质中分离木质素。

木质素增值方法，研究包括使用2-甲基四氢呋喃溶解油菜籽秸秆中的木质素、用70%乙醇从甘蔗渣中提取木质素、热处理以进一步改变酚羟基等。在基础霜配方中应用 3% 的改性木质素，可增强抗紫外线活性，超过 SPF 50，同时增加抗氧化活性，这为木质素增值指明了一个有希望的方向。

基于包括上述研究在内的生物质利用策略的最新进展，木质纤维素生物质是可持续和可再生生物化学品和生物材料的有前途的未来原料。

山东一诺生物是四氢呋喃厂家，下辖河南浩森生物和濮阳一诺工贸。以生物基糠醛为原料，生产糠醇、四氢糠醇、2-甲基呋喃、2-甲基四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、生物基戊二醇系列产品、2,5-呋喃二甲酸、聚四氢呋喃等。可替代传统石油基原料，具有绿色低碳、原料再生等明显优势，先后荣获“国家高新技术企业”、国家专精特新“小巨人”企业、“国家知识产权优势企业”、“中国中小企业创新100强”等荣誉。