Det lignin (betegnelse fra latin lignum, (hvilket betyder brænde eller træ) er en polymer, der er typisk for karplanter med en tredimensionel, amorf og kompleks struktur. I planter fungerer det som en "cement", der giver styrke og modstand mod plantestængler, stammer og andre strukturer..
Det er hovedsageligt placeret i cellevæggen og beskytter det mod mekaniske kræfter og patogener, der også findes i en lille del inde i cellen. Kemisk har den en lang række aktive centre, der giver dem mulighed for at interagere med andre forbindelser. Inden for disse almindelige funktionelle grupper har vi blandt andet phenoliske, alifatiske, methoxyhydroxyler.
Fordi lignin er et meget komplekst og forskelligt tredimensionelt netværk, er molekylets struktur ikke belyst med sikkerhed. Imidlertid er det kendt at være en polymer, der består af coniferylalkohol og andre phenylpropanoide forbindelser afledt af de aromatiske aminosyrer phenylalanin og tyrosin..
Polymerisationen af de monomerer, der udgør den, varierer afhængigt af arten og gør det ikke på en gentagen og forudsigelig måde som andre rigelige polymerer af grøntsager (stivelse eller cellulose).
Indtil videre er kun hypotetiske modeller af ligninmolekylet tilgængelige, og til dets undersøgelse i laboratoriet anvendes normalt syntetiske varianter..
Formen for ekstraktion af lignin er kompleks, da det er forbundet med andre komponenter i væggen og er meget heterogent.
Artikelindeks
Den første person, der rapporterede tilstedeværelsen af lignin, var den schweiziske videnskabsmand A. P. de Candolle, der beskrev dets grundlæggende kemiske og fysiske egenskaber og opfandt udtrykket "lignin"..
Lignin er det næstmest forekommende organiske molekyle i planter efter cellulose, hovedkomponenten af plantecellevægge. Hvert år producerer planterne 20 × 109 tons lignin. På trods af sin overflod har dets undersøgelse imidlertid været ret begrænset.
En betydelig andel af alt lignin (ca. 75%) er placeret i cellevæggen, efter at cellulosestrukturen kulminerer (rumligt set). Placeringen af lignin kaldes lignifikation, og dette falder sammen med begivenhederne med celledød.
Det er en optisk inaktiv polymer, uopløselig i sure opløsninger, men opløselig i stærke baser, såsom natriumhydroxid og lignende kemiske forbindelser..
Forskellige forfattere hævder, at der er en række tekniske vanskeligheder i forbindelse med ekstraktion af lignin, en kendsgerning, der komplicerer undersøgelsen af dets struktur..
Ud over tekniske vanskeligheder er molekylet bundet kovalent til cellulose og resten af polysacchariderne, der udgør cellevæggen. For eksempel er lignin stærkt forbundet med cellulose og hemicellulose i træ og andre lignificerede strukturer (såsom stængler)..
Endelig er polymeren ekstremt variabel mellem planter. Af disse nævnte grunde er det almindeligt, at syntetisk lignin anvendes til undersøgelse af molekylet i laboratorier..
Langt størstedelen af ligninekstraktionsmetoder ændrer dets struktur og forhindrer dets undersøgelse. Af alle de eksisterende metoder synes det vigtigste at være kraft. Under proceduren adskilles ligninet fra kulhydraterne med en basisk opløsning af natriumhydroxid og natriumsulfid i 3: 1-forhold..
Således er isoleringsproduktet et mørkebrunt pulver på grund af tilstedeværelsen af phenolforbindelser, hvis gennemsnitlige densitet er 1,3 til 1,4 g / cm3.3.
På trods af disse metodiske konflikter er det kendt, at ligninpolymeren hovedsageligt består af tre phenylpropanoiderivater: nåletræs-, kumar- og synapillalkoholer. Disse forbindelser syntetiseres ud fra de aromatiske aminosyrer kaldet phenylalanin og tyrosin..
Den samlede sammensætning af lignin-rammen er næsten fuldstændig domineret af de nævnte forbindelser, da der er fundet begyndende koncentrationer af proteiner..
Andelen af disse tre phenylpropanoide enheder er variabel og afhænger af de undersøgte plantearter. Det er også muligt at finde variationer i proportionerne af monomerer inden for det samme individs organer eller i de forskellige lag af cellevæggen..
Det høje forhold mellem carbon-carbon og carbon-oxygen-carbon-bindinger genererer en meget forgrenet tredimensionel struktur.
I modsætning til andre polymerer, som vi finder i overflod i grøntsager (såsom stivelse eller cellulose), polymeriserer ligninmonomerer ikke på en gentagen og forudsigelig måde.
Selv om binding af disse byggesten synes at være drevet af stokastiske kræfter, har nyere forskning fundet, at et protein ser ud til at formidle polymerisation og danner en stor gentagelsesenhed..
Selvom lignin ikke er en allestedsnærværende komponent i alle planter, udfylder det meget vigtige funktioner relateret til beskyttelse og vækst..
For det første er det ansvarligt for at beskytte hydrofile komponenter (cellulose og hemicellulose), der ikke har den typiske stabilitet og stivhed af lignin..
Da det udelukkende findes på ydersiden, fungerer det som en beskyttende kappe mod forvrængning og kompression, hvilket efterlader cellulosen til at være ansvarlig for trækstyrken.
Når vægkomponenterne bliver våde, mister de mekanisk styrke. Af denne grund er tilstedeværelsen af lignin med den vandtætte komponent nødvendig. Det er vist, at den eksperimentelle reduktion af procenten lignin i træet er relateret til reduktionen af de samme mekaniske egenskaber.
Ligninbeskyttelse strækker sig også til potentielle biologiske agenser og mikroorganismer. Denne polymer forhindrer penetrering af enzymer, der kan nedbryde vitale cellulære komponenter.
Det spiller også en grundlæggende rolle i modulering af transport af væske til alle plantestrukturer..
Dannelsen af lignin begynder med en deamineringsreaktion af aminosyrerne phenylalanin eller tyrosin. Aminosyrens kemiske identitet er ikke særlig relevant, da behandlingen af begge fører til den samme forbindelse: 4-hydroxycinnamat.
Denne forbindelse udsættes for en række kemiske reaktioner med hydroxylering, overførsel af methylgrupper og reduktion af carboxylgruppen, indtil der opnås en alkohol..
Når de tre ligninforløbere, der er nævnt i det foregående afsnit, er blevet dannet, antages det, at de oxideres til frie radikaler for at skabe aktive centre til at fremme polymeriseringsprocessen..
Uanset den kraft, der fremmer foreningen, monomererne til hinanden gennem kovalente bindinger og skaber et komplekst netværk.
På grund af molekylets kemiske egenskaber er lignin opløseligt i opløsninger af vandige baser og varm bisulfit.
Nedbrydningen af lignin medieret af tilstedeværelsen af svampe er blevet undersøgt grundigt af bioteknologi til blegning og behandling af rester produceret efter fremstilling af papir, blandt andre anvendelser..
Svampe, der er i stand til at nedbryde lignin, kaldes hvide rådnesvampe, i modsætning til brune rådnesvampe, der angriber cellulosemolekyler og lignende. Disse svampe er en heterogen gruppe, og deres mest fremtrædende repræsentant er arten Phanarochaete chrysosporium.
Gennem oxidationsreaktioner - indirekte og tilfældige - brydes de bånd, der holder monomererne sammen, gradvist.
Virkningen af svampe, der angriber lignin, efterlader et stort udvalg af phenolforbindelser, syrer og aromatiske alkoholer. Nogle rester kan mineralisere, mens andre producerer humiske stoffer.
Enzymerne, der udfører denne nedbrydningsproces, skal være ekstracellulære, da lignin ikke er bundet af hydrolyserbare bindinger..
For planteædere er lignin en fibrøs bestanddel af planter, der er ufordøjelig. Det vil sige, det angribes ikke af de typiske fordøjelsesenzymer eller af de mikroorganismer, der lever i tyktarmen..
Med hensyn til ernæring bidrager det ikke noget til kroppen, der forbruger det. Faktisk kan det nedsætte procentdelen af fordøjelighed af andre næringsstoffer.
Selv om landbrugsrester kan opnås i næsten uudtømmelige mængder, er der ifølge nogle forfattere indtil videre ingen vigtig anvendelse for den pågældende polymer.
Selvom lignin er blevet undersøgt siden slutningen af det 19. århundrede, har komplikationer relateret til dets behandling gjort det vanskeligt at håndtere. Imidlertid antyder andre kilder, at lignin kan udnyttes, og foreslår flere potentielle anvendelser, baseret på de stivheds- og styrkeegenskaber, vi har diskuteret.
I øjeblikket udvikles en række træbeskyttelsesmidler baseret på lignin kombineret med en række forbindelser for at beskytte det mod skader forårsaget af biotiske og abiotiske stoffer..
Det kan også være et ideelt stof til konstruktion af isolatorer, både termiske og akustiske.
Fordelen ved at inkorporere lignin i branchen er dets lave omkostninger og dets mulige anvendelse som erstatning for råmateriale udviklet fra fossile brændstoffer eller andre petrokemiske ressourcer. Således er lignin en polymer med stort potentiale, der søger at blive udnyttet.
Endnu ingen kommentarer