天然生物质原料多为大分子不可溶性物质，如淀粉、木质纤维素等。利用生物质原料生产生物质能源（纤维质乙醇、沼气等），需要经过一系列预处理过程才能实现。目前，生物质燃料如乙醇、丁醇等的生产必须要经过预处理、酶水解和发酵等一系列物理、化学或生物学的转化过程来实现。图12-1为以木质纤维素为原料生产生物质能源的工艺流程。预处理通常是生物质能源生产过程中的关键步骤，其目的在于破坏大分子不溶性物质的抗性结构，以利于后期微生物发酵利用。微生物预处理利用菌体或其产生的酶类水解大分子底物，相对于传统理化处理，具有反应温和、污染小等优势。根据底物原料的不同，生物质预处理微生物主要分为淀粉分解微生物和木质纤维素分解微生物（包括纤维素降解菌、半纤维素降解菌和木质素降解菌）。

图12-1 以木质纤维素为原料生产生物质能源的工艺流程

一、淀粉分解微生物

天然淀粉是由葡萄糖通过α-1，4-糖苷键连接而成的聚合物，化学式为（C₆H₁₀ O₅）_n。根据分子结构可分为直链淀粉（链淀粉）和支链淀粉（胶淀粉）两种。直链淀粉是葡萄糖通过α-1，4-糖苷键结合成的线形多聚物，没有分支结构。在分子内氢键作用下，分子链卷曲成螺旋形状，每个螺旋含有6个葡萄糖残基。支链淀粉的结构更为复杂。在支链淀粉中，每个葡萄糖单位之间以α-1，4-糖苷键构成主链，通过α-1，6-糖苷键与主键相连构成分支，每隔20～25个葡萄糖单位就会出现一个分支，每个分支含有11～12个葡萄糖单位，分支点的α-1，6-糖苷键能占到总糖苷键的4%～6%。通常情况下，天然淀粉是由70%～80%的支链淀粉和20%～30%的直链淀粉组成的。

微生物水解利用淀粉主要是由于其能够产生大量高活力的淀粉酶。产淀粉酶的微生物种类很多，细菌、霉菌、放线菌、酵母菌等均能够产生淀粉酶。水解淀粉的酶类主要有α-淀粉酶家族（E.C.3.2.1.1）、β-淀粉酶家族（E.C.3.2.1.2）、葡萄糖化酶（E.C.3.2.1.3）、异淀粉酶（E.C.3.2.1.68）和环式糊精糖化酶（E.C.2.4.1.19）等。各种淀粉酶的作用方式如图12-2所示。

图12-2 各种淀粉酶的水解方式

二、降解纤维素的微生物

纤维素是由D-吡喃葡萄糖为基本结构单元，通过β-1，4-糖苷键连接而成的线性大分子聚合物，作为聚糖形式普遍存在于植物细胞壁中。自然界中，纤维素分子链平均聚合度为10000个葡萄糖单元。纤维素分子呈平行分布，集结成束，通过分子内氢键及范德华力形成稳定的三维空间结构。由于部分纤维素分子间及分子内存在着较强的氢键作用力，使得纤维素分子间紧密规则排列，形成具有晶体结构特征的区域；另一部分纤维素分子呈现无定形松散排列状态。因此，纤维素分子是由结晶区和无定形区相互交错形成的复杂的二相体系。纤维素分子结构中含有大量的羟基结构，赋予纤维素以亲水性特征。但是由于纤维素分子中葡萄糖羟基与脂肪族氢原子呈现不同走向，造成相邻的纤维素分子链间存在氢键作用力和疏水作用力，纤维素的疏水表面与分子链间的氢键作用使得结晶纤维素不易被酶或者酸水解。纤维素结晶区的大小和形状、纤维素的聚合度、纤维素分子之间的氢键相互作用力、纤维素链的长度及分子链之间的排列情况都会影响到纤维素的结构及理化性质。不同结构特征的纤维素其膨润性、亲水性、底物反应可给性等各不相同，在进行水解反应时所释放的葡萄糖的量也不相同。

1.降解纤维素的微生物

自然中天然纤维素原料是由纤维素、半纤维素和木质素构成的复杂体系。微生物对纤维素的降解可以涉及三组分的降解，或者仅降解其中一种组分，甚至有些微生物仅参与其中某些反应过程。由于纤维素分布广泛，因此具有纤维素降解能力的微生物广泛分布于细菌域、古生菌域和真核生物域。

（1）中温好氧性细菌 主要存在于中性、微碱性的表层土壤中，包括：①纤维弧菌属（Cellvibrio）和纤维单胞菌属（Cellulomonase），均为革兰阴性菌，属于运动性中温好氧菌，分解纤维素的能力较弱，胞外纤维素酶活力也较低；②镰状纤维菌（Cellfalcicula），革兰反应为阴性，短杆菌，分解纤维素的能力较强，能使滤纸润胀黏液化；③噬纤维菌（Cytophage）、生孢噬纤维菌（Sporocytophaga）和多囊菌属（Polyangium），这类细菌具有运动性，又称为滑行细菌，其分解纤维素的能力在好氧细菌中最强，可使滤纸、棉布等纤维性材料膨胀和黏液化，最终可将纤维素全部转化为菌体物质和胞外多糖；④假单胞菌（Pseudomonas），单细胞，革兰阴性，分解短链可溶性纤维素，也具有分解纤维素的能力。

（2）厌氧性细菌厌氧性纤维素分解细菌可分为嗜热性和中温性厌氧纤维素分解细菌两类。嗜热性厌氧纤维素细菌在堆肥降解及垃圾处理中对纤维素的降解起到主要作用。这类菌株在高温条件下降解纤维素的能力远高于中温条件。典型代表菌株有：高温厌氧梭状杆菌（Clostridium thermocellum）、嗜热厌氧纤维素降解细菌（Clostridium sp.EVA）、丁酸梭菌（C.butyricum）等。其中高温厌氧梭状杆菌分解纤维素的能力强，胞外纤维素活力高，可一步发酵纤维素生成乙醇，是生物质转化中具有重要应用潜力的菌种。中温厌氧性纤维素降解菌主要存在于反刍动物的瘤胃中，主要有白色瘤胃球菌（Ruminococcus albus）、黄色瘤胃菌（R.flavefaciens）、产琥珀酸丝状杆菌（Fibrobacter succinogenes）、溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens）等，都是严格厌氧的革兰阳性细菌。瘤胃细菌对培养基的营养条件要求比较严格，需要维生素、有机氮等，还需在严格厌氧的条件下和氧化还原电位较低的还原性培养基中才能生长。厌氧性纤维素降解细菌的生长速度很缓慢，大量的纤维素底物在被降解的过程中生成乙醇、有机酸、CO₂和H₂等。瘤胃球菌分解纤维素形成的挥发性脂肪酸是反刍动物能以秸秆为主要营养源的基础。

（3）真菌真菌被认为是自然界中纤维质降解的主要微生物，从低等瘤胃真菌到高等担子菌都有利用纤维素的种类。丝状真菌在纤维素降解微生物中最具代表性，其产生的纤维素酶活力较高，适合于作纤维素酶的产生菌。目前用于生产纤维素酶的微生物大多是丝状真菌，如木霉属（Trichoderma）、曲霉属（Aspergillus）和青霉属（Penicillium）等。代表性的里氏木霉（T.reesei）被公认为是最具工业应用价值的纤维素酶生产菌。在反刍动物的瘤胃中，属于壶菌纲（Chytridiomycetes）的低等厌氧真菌能产生高活性的纤维素酶，参与纤维素的降解。这些厌氧真菌产生的纤维素酶系和厌氧细菌产生的纤维素酶系相似，对微晶纤维素有很强的亲和力，并对其进行有效降解。属于高等真菌中的担子菌类，能同时分解木素-纤维素材料，是木材腐烂的主要微生物。具有纤维素分解能力的代表真菌及作用底物如表12-1所示。

表12-1 产木质纤维素降解酶的真菌类别及其作用的底物

2.纤维素酶的类别及催化作用机制

微生物依赖其自身产生游离的或与细胞有关的纤维素酶，实现其对纤维素的降解。纤维素酶并不是一种酶，而是参与纤维素降解的多组分酶的总称。根据纤维素酶的催化模式和结构特征的不同，可将纤维素酶分为三类：①内切葡聚糖酶（endo-1，4-β-D-glucanohydrolase，E.C.3.2.1.4），通常以EG来表示，该酶随机切割纤维素链中的无定形位点，产生新的糖链末端或长短不一的纤维寡糖。②外切葡聚糖酶（exoglucanase），通常以CBH表示，包括纤维二糖水解酶（E.C.3.2.1.91）和1，4-β-D-葡萄糖-葡萄糖水解酶（E.C.3.2.1.74）。外切葡聚糖酶在纤维素糖链的还原端或者非还原端以渐进的方式切割，释放出纤维二糖或葡萄糖，该酶还可以作用于微晶纤维素。③β-葡萄糖苷酶（β-D-glucosidase，E.C.3.2.1.21），常以BGL表示，该酶水解可溶性的纤维糊精或纤维二糖生成葡萄糖。除上述三大组分外，可能参与纤维素降解过程的其他酶还有纤维二糖脱氢酶、纤维二糖醌氧化还原酶、磷酸化酶和纤维小体等。纤维素酶中的碳水化合物结合模块（carbohydrate-binding modules，CBM）能影响酶与纤维素的结合，在不溶性纤维素底物表面生成催化域，促进纤维素水解。一般来说，能够完全降解无定形纤维素和结晶纤维素的酶系称为完全纤维素酶系，包括三大主要降解酶；仅能降解无定形纤维素的酶系称为不完全酶系。如里氏木霉，可以产生完整的纤维素酶系，而褐腐真菌往往只能产生内切葡聚糖酶。不同微生物产生的纤维素酶系组分不同，同种微生物由于来源不同或培养条件不同，纤维素酶组分也有很大的区别。根据微生物产生纤维素酶的方式及纤维素酶对底物的降解方式不同，纤维素酶系可分为非复合体纤维素酶系和复合体纤维素酶系。

（1）非复合体纤维素酶系统 好氧纤维素降解菌，包括细菌和真菌所产生的纤维素酶系大多属于这个类型。微生物可产生大量的胞外纤维素酶系，各种酶的组分是游离的，单个酶之间在纤维素降解中有着强烈的协同作用。目前研究最为详细的产纤维素酶模式菌株里氏木霉可产生的纤维素酶至少包括2种外切1，4-β-葡聚糖酶（CBHⅠ和CBHⅡ）、5种内切1，4-β-葡聚糖酶（EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ、EGⅣ、EGⅤ）和2种β-葡萄糖苷酶（BGLⅠ、BGLⅡ）。这些酶系中各组分通过协同作用共同降解结晶纤维素，其中CBHⅠ和CBHⅡ是纤维素酶的主要成分，外切酶活力对结晶纤维素的降解至关重要。细菌非复合体纤维素降解酶研究较多的是粪碱纤维素单胞菌（Cellulomonas fimi）和褐色双歧菌（Thermobifida fusca）。粪碱纤维素单胞菌属于中温菌，产生至少6种内切纤维素酶和至少1种外切纤维素酶。褐色双歧菌是嗜热丝状细菌，含有6种纤维素酶组分，包括3种内切酶（E 1、E2、E3、E5）、2种外切酶（E3、E6），以及1种兼具内切和外切酶活力的组分（E4）。古生菌域中嗜酸耐热纤维素分解菌（Acidothermus cellulolyticus）和红嗜热盐菌（Rhodothermus）也报道了产纤维素酶。

（2）复合体型纤维素酶系厌氧微生物对纤维素的降解机制与好养微生物明显不同。厌氧菌对纤维素的降解是通过复合体型的多酶催化体系——纤维小体（cellulosome）来完成的。纤维小体由Bayer等从纤维素降解细菌Clostridium thermocellum中首次分离得到，是多种纤维素酶、半纤维素酶依靠锚定-黏附机制形成的，能通过细胞黏附蛋白附着在细菌细胞壁上，高效彻底地降解天然纤维素材料的多酶复合体结构。通常，纤维小体由两部分组成：一是各种具有催化能力且能协同作用的酶类；二是非催化功能的支架（scaffoldin）。由于纤维小体由多种黏连蛋白（cohesin）模块组成，因此是多种水解酶组合形成复合体的支撑结构。现已在多种微生物中发现纤维小体，主要分布于厌氧细菌Clostridium属ClusterⅢ中；但也有研究表明在好氧细菌（如Thermobifida fusca）或一些厌氧真菌（如Neocallimastix、Piromyces和Orpinomyces）中可能也存在类纤维小体结构。目前研究较多的是嗜热纤梭菌（C.thermocellum）的复合酶系。纤维小体高效降解天然纤维素的关键因素包括各催化组件的比例较为协调、各组件空间位置配置合理、具有各种不同的酶活力。

三、半纤维素分解微生物及半纤维素酶类

半纤维素在自然界多糖类物质中总量排第二，占植物干重的20%～35%。与纤维素的单一组成结构单元不同，半纤维素是一类异质聚合物，组成单元包括五碳糖类（木糖和阿拉伯糖）、六碳糖类（甘露糖、葡萄糖、半乳糖）以及糖酸类等。在不同类型的木质纤维素原料中，半纤维素的组成成分也不同。硬木中半纤维素成分主要为木聚糖，而软木半纤维素的主要成分为甘露聚糖。不同糖单元之间的连接方式也不同。半纤维素中主要的结构包括O-乙酰基、α-L-阿拉伯呋喃糖、α-1，2-葡萄糖醛酸或4-O-甲基葡萄糖醛酸等。不同于纤维素的线性结构，半纤维素往往呈分支结构，聚合度较低，由2～4种糖基构成复合聚糖。木聚糖作为植物细胞壁存在的主要杂多糖，通常以β-D-吡喃木糖为主要结构单元，通过1，4-糖苷键连接而成。木聚糖的支链结构包括阿拉伯糖、葡萄糖醛酸或4-O-甲基葡萄糖醛酸、乙酸、阿魏酸和对香豆酸等，在实际分析中常作为表征半纤维素含量的替代物。半纤维素通过阿魏酸酯键或醚酯键与其他多糖及木质素高度交联，形成三维空间结构，纤维素微纤丝嵌入其中，通过氢键及范德华力稳定其空间结构。同时，植物细胞中的结构蛋白与半纤维素相互交联，形成了不溶性的网状结构。

1.降解半纤维素的微生物

大多数具有纤维素分解能力的丝状真菌，如里氏木霉、绿色木霉（T.viride）、康氏木霉（T.koningii）等都能分解半纤维素，并且具有较高的胞外半纤维素酶活力。但是能分解半纤维素的菌株不一定具有降解纤维素的能力。另外，一些淀粉酶生产菌往往也具有半纤维素的分解能力。由于半纤维素是多种共聚物的总称，对半纤维素的降解需要的微生物和酶的种类也具有多样性。根据半纤维素组成成分不同，典型降解半纤维素的微生物种类如表12-2所示。(www.daowen.com)

表12-2 半纤维素分解微生物

不同微生物对半纤维素降解的策略不同。好氧丝状真菌通过胞外分泌的半纤维素酶协同作用将半纤维素完全分解为单糖和二糖；芽孢杆菌属的细菌先通过胞外分泌的酶将半纤维素分解为低聚糖，再由细胞黏附或胞内的半纤维素酶进一步水解；梭菌属的一些细菌和一些厌氧真菌Piromyces等形成纤维小体结构，具有吸附半纤维素底物和降解半纤维素两种功能，通过细胞黏附蛋白附着在细胞壁上，实现对半纤维素的降解。

2.半纤维素酶的分类及作用方式

由于半纤维素的组成方式和结构较为复杂，其降解需要多种酶协同作用。半纤维素酶通常指那些作用于生物质中非纤维素、非果胶质多糖的混合酶。通常将半纤维素酶类划分为两大类：解聚酶和脱支酶。解聚酶作用于糖链骨架，又分为两类：具有内切活性的酶，能够在中间切开长的聚合物；具有外切活性的酶，从主链的末端开始作用。解聚酶主要包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和木聚糖酶。脱支酶常被认为是一种辅助酶，进一步可分为作用于葡萄糖苷键的酶类和作用于酯键的酶类。前者主要包括α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶（3.2.1.55）以及α-葡萄糖苷酸酶（3.2.1.39），它们都能够从木聚糖上移走葡萄糖侧链；主要的酯酶包括乙酰基木聚糖酯酶（3.2.1.72）和阿魏酸酯酶（3.2.1.73），它们都能够作用于木聚糖。表12-3总结了部分半纤维素酶的作用方式及作用底物。

表12-3 半纤维素酶的种类及作用方式

续表

相对于纤维素酶，半纤维素由于成分结构复杂，决定了其降解是由多种酶的共同作用来完成。由于半纤维素酶产生菌一般也产生纤维素酶，存在联合控制两种酶合成的机制。一些微生物通过基因突变，会同时引起纤维素酶和半纤维素酶的基因不能有效表达。重组DNA技术使不同种类微生物的木聚糖酶基因被成功克隆并在宿主细胞中得到高效表达，其中研究较多的是细菌木聚糖酶基因。许多嗜热木聚糖酶基因被成功克隆到大肠杆菌中，为实现木聚糖酶基因的高效表达和酶分子定向改造等奠定了良好的基础。此外，已成功获取胞外分泌型菌种，解决了大多数重组菌种产生的木聚糖酶存留在周质区或胞质区，而不能将木聚糖酶分泌到胞外的问题，为木聚糖酶的提纯和应用带来极大的便利。要实现木聚糖酶大规模工业化应用，需要采用系统生物学手段，确定酶的活性部位，以及某些特定的残基在催化中的作用，再运用定点突变技术进行基因操作，进而实现对蛋白质的理性设计和改进，以得到热稳定性好、耐受pH范围宽和温度适应性广的高活力酶制品。

四、木质素分解微生物及木质素降解酶类

木质素是一类由苯丙烷基为结构单元组成的天然聚合物，主要包括三种基本结构：愈创木基丙烷单元（guaiacyl unit，G-type）、紫丁香基丙烷单元（syringyl unit，S-type）和对羟苯基丙烷单元（p-hydroxyphenyl unit，H-type）（图12-3）。

不同于其他生物聚合物的线性组合方式，木质素亚单位之间的连接完全是以非线性随机方式进行的。三种基本结构单元的比例和组合方式随着植物品种和形态不同而差异显著。裸子植物中主要为愈创木基木质素，被子植物主要为愈创木基-紫丁香基木质素，而草本植物木质素是由松伯醇、芥子醇和对香豆醇混合脱氢的聚合物，称为愈创木基-紫丁香基-对羟苯基木质素。木质素的基本亚结构单元之间的连接方式也非常复杂，有苯环与苯环的连接、苯环与侧链基团的连接和侧链基团之间的连接，包括β-O-4、α-O-4、4-O-5、α-O-γ、β-5、5-5、β-β等多种化学连接键。化学键合类型的多样性，使木质素大分子中含有多种功能基团，如甲氧基、羟基、羰基及苯环结构等。化学键的形成及断裂方式多样复杂，化学基团之间的转化随机多样以及不同化学基团之间的相互作用造成了木质素高度的异质性和结构稳定性。因此天然木质素是一种不溶性、异质性、不规则、非晶形、高度分支的三维网状大分子，可抵御微生物侵袭和环境应激压力，为植物细胞壁中最难降解的物质之一。

图12-3 木质素的三种基本结构单元

（1）愈创木基结构单元（2）紫丁香基结构单元（3）对羟苯基结构单元

1.木质素降解微生物

木质素是一种复杂的聚合物，不同于常规生物酶催化降解过程，木质素的降解是一系列酶催化和非酶催化的非特异性氧化还原反应。木质素不能作为唯一碳源供微生物生长利用，必须以纤维素或葡萄糖作为共底物提供碳源，因此木质素降解酶系统的合成是由营养物氮饥饿所触发的次生代谢过程。自然界中木质素的完全降解是由真菌、细菌和微生物群落共同作用的结果。真菌对木质素的降解起主导作用，细菌在一定程度上对木质素进行结构改性，使其更容易受到真菌的攻击。根据微生物对木材腐朽方式的不同，可将降解木质素的真菌分为白腐菌（white rot fungi）、褐腐菌（brown rot fungi）和软腐菌（soft rot fungi）三类。

引起木材软腐的软腐菌属于子囊菌纲或半知菌类的真菌，在潮湿的条件下对木质进行腐烂破坏。软腐菌对木质纤维素中多糖的降解优于对木质素的降解，对木质素的代谢缓慢而不彻底，只因造成木材表面变软而得名。软腐菌的作用被认为是参与腐殖质的形成。褐腐菌能分解纤维素和半纤维素，对木质素基本不降解，仅对木质素分子结构加以改性，如使之脱甲基或加以氧化、羟基化等。经褐腐菌降解的木材，纤维素被分解而留下未被降解的木质素，形成由褐色残留物组成的网状结构——褐腐。白腐菌大多数属于担子菌类，少数为子囊菌，是自然界唯一能将木质素彻底矿化为CO₂和H₂O的一类微生物，是最主要的木质素降解真菌。白腐菌对木质素的降解能力优于纤维素类成分。真菌菌丝穿入木质，释放降解木质素和其他木质组分的酶，导致木材腐烂成为淡色的海绵状团块——白腐。

降解木质素的原核生物以放线菌为主。放线菌主要对木质素大分子进行结构改性，增加其水溶性，参与有机质的初始降解和腐殖化。细菌中的厌氧梭菌、假单胞菌、不动杆菌和芽孢杆菌等也产生木质素降解酶。原核生物分泌的木质素降解酶多为胞内酶，对木质素的降解能力与效果次于真菌。降解木质素的典型微生物类群见表12-4。

表12-4 木质素降解微生物的类群

2.木质素降解酶及作用机制

白腐菌高效降解木质素或异生物质的关键在于其独特的胞外降解酶系统和自由基降解机制。木质素生物降解是非专一性的氧化反应。木质素的大分子特性决定了其降解是一个胞外反应过程。木质素降解过程是以自由基为基础的链式反应，具有高度非特异性和无立体选择性。参与降解木质素的酶系主要有以下三类：（a）H₂O₂产生酶系，包括葡萄糖氧化酶、乙二醛氧化酶、藜芦醇氧化酶等，它们的作用是以小分子有机物为底物，将分子氧还原为H₂O₂，启动过氧化物酶反应过程。（b）木质素氧化酶系，为微生物降解木质素的关键酶系，包括漆酶（laccase，Lac）、锰过氧化物酶（manganese peroxidase，MnP）和木质素过氧化物酶（lignin peroxidase，LiP）。漆酶主要催化木质素碳碳键和碳氧键的断裂，催化木质素侧链脱甲基，参与木质素解聚和聚合反应。锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶需要H₂O₂触发其氧化，启动酶循环反应。其中，MnP表现出对Mn²⁺的绝对需要。在Mn²⁺和H₂O₂共存体系下，MnP能够特异性地催化木质素Cα-Cβ键的断裂、Cα的氧化以及烷基-苯环间连接键的断裂。LiP能够直接与芳环底物反应，形成苯环阳离子自由基，直接催化苯环类物质氧化，使木质素大分子解聚。（c）其他辅助降解酶类，包括还原酶、超氧化物歧化酶、纤维二糖脱氢酶、葡萄糖苷酶等。并不是所有的白腐菌都能产生以上酶系，不同白腐菌降解体系、酶作用方式、酶组合类型及降解特性不同。但是这些木质素降解酶提供了一个以自由基反应为基础的非特异性木质素降解模式，酶与底物之间非一对一的对应关系，使得白腐菌降解底物具有广谱性特点。进一步的研究表明，在木质素降解初期，由于木质素降解酶的大分子特性，与刚性结构的木质素表面并不能很好地契合接触，很难进入细胞壁的孔隙中接触到底物，小分子介体可能在木质素改性及降解过程中发挥重要作用。小分子介体包括藜芦醇、小分子有机酸类、酚醛类化合物、短肽类及某些金属离子（Mn²⁺，Fe²⁺）等。这些小分子类物质扩散性强，被认为是启动木质素降解反应的关键因子，更有利于木质素降解酶类渗透至底物内部，与木质素表面结合，催化木质素的氧化降解反应。

白腐菌对木质素的降解至少涉及三种机制：一是β-芳基醚键的断裂和侧链基团的修饰，二是芳香环的氧化开环，三是苯丙烷基侧链基团的断裂。木质素降解的关键反应包括：①Cα-Cβ键的断裂，是形成芳香族和脂肪族产物的主要反应；②甲氧基的脱甲基化、紫丁香基和愈创木基亚单位上的脱甲基化，是木质素早期降解时形成的主要反应，其降解产物为邻苯二酚，在自由基及氧化酶类的作用下发生苯环开环反应；③苯环开环，释放脂肪族产物，断裂为更短链的脂肪族类物质或进一步彻底降解为CO₂和H₂O；④苄羟基氧化成酮，为苯环侧链基团氧化修饰过程。以上主要降解反应与自由基链式反应过程相一致，伴随有木质素氧化酶的参与，导致木质素各连接键断裂，大分子物质解聚为小分子片段，直至完全矿化降解为CO₂。