为破解资源与环境问题造成的经济发展瓶颈,以生物基产品替代石油基产品已成为新的研究热点。在高分子产业中,随着欧盟最严“限塑令”的颁布,及我国“碳达峰、碳中和”目标的提出,以绿色生物制造为基础的生物基高分子材料绿色合成技术的开发及应用,已成为产业发展的必然趋势。木质纤维素降解后得到的糖类化合物,经进一步转化可生产呋喃二甲酸、葡萄糖二酸等二元有机酸,可为生物基高分子的合成提供基础。糖类化合物及其衍生物的生物转化过程需要寻找相应酶分子完成反应。酶分子作为生物催化剂,其性能的优劣是生物基高分子材料合成及转化技术的关键。然而,天然来源的酶分子往往难于满足工业生产需求,必须在解决酶分子活性、稳定性问题的基础上,才可以进一步开发相应的绿色催化工艺,并将之应用于工业生产。本文基于上述问题进行了3部分的研究工作。1.高通量筛选技术的开发,是酶分子进化和改造得以实现的前提。本文针对于来源自Methylovorus sp.Strain MP688的5-羟甲基糠醛氧化酶（HMFO）,催化过程产生H2O2的反应特性,通过比对不同的H2O2半定量表征方案,构建并优化了HMFO酶的高通量筛选方案,为后续HMFO酶定向进化工作的开展奠定了基础。2.针对于来源于Methylovorus sp.Strain MP688的HMFO酶热稳定性难于满足工业应用需求的问题,通过计算模拟分析造成HMFO酶热稳定性较差的酶分子缺陷结构,基于B-因子理论选择HMFO酶进化氨基酸残基,并进行半理性定向进化,以提高其热稳定性。利用定点饱和突变技术构建突变文库,经过筛选后获得的突变体（Q319K）的最适催化温度由25℃提升至35℃,催化速度提升25%,呋喃二甲酸（FDCA）产率提升了20%;同时,35℃下HMFO半衰期延长了80%。该部分工作为酶催化HMF转化生产FDCA工艺开发提供了技术基础。3.通过同源性分析和空间结构比对,发现Methylovorus sp.Strain MP688的HMFO酶和葡萄糖氧化酶具有一定的同源性;同时,实验证明部分HMFO酶突变体对该酶的非天然底物葡萄糖具有微弱催化活性;因此,可以利用分子对接技术结合结构可视化分析技术,分析对比HMFO酶和葡萄糖氧化酶的底物结合区的结构差异,选择突变位点并设计突变方案,构建突变文库对HMFO催化葡萄糖生产葡萄糖二酸的非天然活性进行定向进化。获得的突变体（N511H）对葡萄糖二酸的产率由3.9%提升至10.86%;该部分工作为酶促催化葡萄糖一步法转化生产葡萄糖二酸工艺的开发提供了新的思路。