De lignin (begrep fra latin lignum, som betyr ved eller tre) er en polymer som er typisk for karplanter med en tredimensjonal, amorf og kompleks struktur. I planter fungerer det som en "sement" som gir styrke og motstand mot plantestengler, stammer og andre strukturer..
Den ligger hovedsakelig i celleveggen og beskytter den mot mekaniske krefter og patogener, og blir også funnet i en liten andel inne i cellen. Kjemisk har det et bredt utvalg av aktive sentre som tillater dem å samhandle med andre forbindelser. Innenfor disse vanlige funksjonelle gruppene har vi blant annet fenoliske, alifatiske, metoksyhydroksyler.
Fordi lignin er et svært komplekst og mangfoldig tredimensjonalt nettverk, har strukturen til molekylet ikke blitt belyst med sikkerhet. Imidlertid er det kjent å være en polymer som består av coniferylalkohol og andre fenylpropanoide forbindelser avledet fra de aromatiske aminosyrene fenylalanin og tyrosin..
Polymerisasjonen av monomerene som utgjør den, varierer avhengig av art, og gjør det ikke på en repeterende og forutsigbar måte som andre rikelig polymerer av grønnsaker (stivelse eller cellulose).
Så langt er bare hypotetiske modeller av ligninmolekylet tilgjengelig, og for studien i laboratoriet brukes vanligvis syntetiske varianter..
Formen for ekstraksjon av lignin er kompleks, siden den er knyttet til andre komponenter i veggen og er veldig heterogen.
Artikkelindeks
Den første personen som rapporterte om tilstedeværelsen av lignin, var den sveitsiske forskeren A. P. de Candolle, som beskrev dets grunnleggende kjemiske og fysiske egenskaper og laget betegnelsen "lignin"..
Lignin er det nest mest utbredte organiske molekylet i planter etter cellulose, hovedkomponenten av plantecelleveggene. Hvert år produserer plantene 20 × 109 tonn lignin. Til tross for overflod har studien imidlertid vært ganske begrenset.
En betydelig andel av alt lignin (ca. 75%) ligger i celleveggen etter at cellulosestrukturen kulminerer (romlig sett). Plasseringen av lignin kalles lignifikasjon og dette sammenfaller med hendelsene med celledød.
Det er en optisk inaktiv polymer, uoppløselig i syreoppløsninger, men løselig i sterke baser, slik som natriumhydroksid og lignende kjemiske forbindelser..
Ulike forfattere hevder at det er en rekke tekniske vanskeligheter knyttet til utvinning av lignin, et faktum som kompliserer studiet av dets struktur..
I tillegg til tekniske vanskeligheter er molekylet bundet kovalent til cellulose og resten av polysakkaridene som utgjør celleveggen. For eksempel, i tre og andre lignifiserte strukturer (som stengler), er lignin sterkt assosiert med cellulose og hemicellulose..
Til slutt er polymeren ekstremt variabel mellom planter. Av disse nevnte grunner er det vanlig at syntetisk lignin brukes til studier av molekylet i laboratorier..
De aller fleste metodene for utvinning av lignin endrer strukturen og forhindrer studien. Av alle eksisterende metoder synes det viktigste å være kraft. Under prosedyren skilles ligninet fra karbohydratene med en basisk løsning av natriumhydroksid og natriumsulfid i proporsjoner 3: 1..
Således er isolasjonsproduktet et mørkebrunt pulver på grunn av tilstedeværelsen av fenolforbindelser, hvis gjennomsnittlige tetthet er 1,3 til 1,4 g / cm3.
Til tross for disse metodiske konfliktene er det kjent at ligninpolymeren hovedsakelig består av tre fenylpropanoiderivater: koniferiliske, kumariske og synapilliske alkoholer. Disse forbindelsene syntetiseres med utgangspunkt i de aromatiske aminosyrene som kalles fenylalanin og tyrosin..
Den totale sammensetningen av ligninrammeverket er nesten helt dominert av de nevnte forbindelsene, siden begynnende konsentrasjoner av proteiner er funnet..
Andelen av disse tre fenylpropanoide enhetene er variabel og avhenger av de undersøkte planteartene. Det er også mulig å finne variasjoner i proporsjonene av monomerene i organene til samme individ eller i de forskjellige lagene i celleveggen..
Det høye forholdet mellom karbon-karbon og karbon-oksygen-karbonbindinger genererer en høyt forgrenet tredimensjonal struktur.
I motsetning til andre polymerer som vi finner i overflod i grønnsaker (som stivelse eller cellulose), polymeriserer ikke ligninmonomerer på en repeterende og forutsigbar måte.
Selv om bindingen av disse byggesteinene ser ut til å være drevet av stokastiske krefter, har nyere forskning funnet at et protein ser ut til å formidle polymerisering og danner en stor repeterende enhet..
Selv om lignin ikke er en allestedsnærværende komponent av alle planter, oppfyller det svært viktige funksjoner knyttet til beskyttelse og vekst..
For det første er det ansvarlig for å beskytte hydrofile komponenter (cellulose og hemicellulose) som ikke har den typiske stabiliteten og stivheten til lignin..
Siden det utelukkende finnes på utsiden, fungerer det som en beskyttende kappe mot forvrengning og kompresjon, og lar cellulosen være ansvarlig for strekkfastheten.
Når veggkomponentene blir våte, mister de mekanisk styrke. Av denne grunn er tilstedeværelsen av lignin med den vanntette komponenten nødvendig. Det er vist at den eksperimentelle reduksjonen av prosentandelen lignin i treet er relatert til reduksjonen av de samme mekaniske egenskapene..
Ligninbeskyttelse strekker seg også til potensielle biologiske agenser og mikroorganismer. Denne polymeren forhindrer penetrering av enzymer som kan nedbryte vitale cellulære komponenter.
Det spiller også en grunnleggende rolle i å modulere transport av væske til alle anleggsstrukturer..
Dannelsen av lignin begynner med en deamineringsreaksjon av aminosyrene fenylalanin eller tyrosin. Den kjemiske identiteten til aminosyren er ikke veldig relevant, siden behandlingen av begge fører til den samme forbindelsen: 4-hydroksycinnamat.
Denne forbindelsen utsettes for en rekke kjemiske reaksjoner av hydroksylering, overføring av metylgrupper og reduksjon av karboksylgruppen til en alkohol erholdes..
Når de tre ligninforløperne som er nevnt i forrige avsnitt har blitt dannet, antas det at de oksyderes til frie radikaler, for å skape aktive sentre for å fremme polymerisasjonsprosessen..
Uavhengig av styrken som fremmer foreningen, monomerene til hverandre gjennom kovalente bindinger og skaper et komplekst nettverk.
På grunn av molekylets kjemiske egenskaper er lignin løselig i oppløsninger av vandige baser og varm bisulfitt.
Nedbrytningen av lignin formidlet av tilstedeværelse av sopp har blitt grundig undersøkt av bioteknologi for bleking og behandling av restene produsert etter fremstilling av papir, blant annet..
Sopp som er i stand til å nedbryte lignin kalles hvite råtesopp, i motsetning til brune råtesopp som angriper cellulosemolekyler og lignende. Disse soppene er en heterogen gruppe, og deres mest fremtredende representant er arten Phanarochaete chrysosporium.
Gjennom oksidasjonsreaksjoner - indirekte og tilfeldige - blir bindingene som holder monomerene sammen brutt gradvis.
Virkningen av sopp som angriper lignin, etterlater et stort utvalg av fenolforbindelser, syrer og aromatiske alkoholer. Noen rester kan mineralisere, mens andre produserer humiske stoffer.
Enzymer som utfører denne nedbrytingsprosessen, må være ekstracellulære, siden lignin ikke er bundet av hydrolyserbare bindinger..
For planteetere er lignin en fiberkomponent av planter som er ufordøyelig. Det vil si at den ikke blir angrepet av de typiske enzymene i fordøyelsen eller av mikroorganismer som lever i tykktarmen..
Ernæringsmessig bidrar det ikke noe til kroppen som forbruker den. Faktisk kan det redusere prosentandelen av fordøyeligheten til andre næringsstoffer.
Selv om landbruksrester kan oppnås i nesten uuttømmelige mengder, er det ifølge noen forfattere foreløpig ingen viktig anvendelse for den aktuelle polymeren..
Selv om lignin har blitt studert siden slutten av 1800-tallet, har komplikasjoner knyttet til behandlingen gjort det vanskelig å håndtere. Andre kilder antyder imidlertid at lignin kan utnyttes og foreslår flere potensielle bruksområder, basert på stivhets- og styrkeegenskapene vi har diskutert.
Foreløpig utvikles en serie trebeskyttelsesmidler basert på lignin kombinert med en serie forbindelser for å beskytte den mot skader forårsaket av biotiske og abiotiske midler..
Det kan også være et ideelt stoff for konstruksjon av isolatorer, både termiske og akustiske.
Fordelen med å inkorporere lignin i industrien er de lave kostnadene og den mulige bruken som erstatning for råmateriale utviklet fra fossile brensler eller andre petrokjemiske ressurser. Dermed er lignin en polymer med stort potensiale som søker å bli utnyttet.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.