近日,生命科学与技术学院张连兵教授团队先后在Adv.Sci.和Exploration期刊发表高水平论文,揭示适冷纳米酶介导木质纤维素温和降解重要进展。


农作物秸秆生物质资源化利用是缓解化石能源短缺、发展低碳化工的重要途径。然而,秸秆中的木质素、纤维素与半纤维素三大组分高度交联形成致密稳定的三维网络,成为制约生物质高效降解与高值化利用的核心瓶颈。开发温和、高效的降解技术,是突破秸秆资源化利用瓶颈的关键。

依托前期在适冷纳米酶领域的积累,团队提出构建兼具木质纤维素降解能力与低温催化特性的多效适冷纳米酶的研究思路。研究采用Lewis酸碱对工程策略,实现对天然水解酶活性中心模拟、氧化酶活性中心调控的双向协同,开发出可广谱氧化木质素、兼性水解纤维素与半纤维素的多效适冷纳米酶,能够同步实现生物质三组分低温协同降解,对天然玉米秸秆展现出优异的低温解聚效能,降解产物具备良好的高值化转化潜力。相关工作以Lewis Pair-Engineered CuMnOx as Cold-Adapted Multinanozyme for ooperative Hydrolytic and Oxidative Degradation of Raw Corn Stalk 为题发表在《Advanced Science》。西北工业大学刘辉乐、狄紫衣(均为已毕业硕士研究生)为上述论文的共同第一作者,陈耀副教授、张连兵教授为共同通讯作者。
同时,团队关注到造纸黑液工业废水难题。造纸黑液含有大量残留木质素,具有深褐色、恶臭、强碱性等特点,现有技术难以实现温和条件下的高效处理。基于前述研究基础,通过木质素过氧化物酶仿生设计,结合非晶工程调控纳米酶低温催化活性,创制出可氧化降解木质素与多酚类有机物的多效适冷纳米酶;据此建立造纸黑液低温高效处理新策略,可有效降低废液中木质素浓度、酚类物质含量、化学需氧量、色度、pH等关键指标。

相关工作以Cold-adapted Ligninolytic Nanozyme Unveiling New Horizons in Black Liquor Treatment Under Mild Condition为题发表在《Exploration》期刊。西北工业大学田庆(已博后出站)、刘辉乐(硕士研究生已毕业)为该论文的共同第一作者,西北工业大学陈耀副教授、张连兵教授,中科院生物物理所范克龙研究员为共同通讯作者。
上述研究得到了国家自然科学基金面上项目、中原纳米酶重点实验室重大项目、中科院稳定支持基础研究青年团队计划项目等基金的支持。
论文引用:https://doi.org/10.1002/advs.202519235
论文引用:https://doi.org/10.1002/exp2.70237Digital Object Identifier (DOI)
(文/图:陈耀;审核:于兆良)