Plik lignina (termin z łaciny lignum, czyli drewno opałowe lub drewno) jest polimerem typowym dla roślin naczyniowych o trójwymiarowej, amorficznej i złożonej strukturze. W roślinach służy jako „cement”, który zapewnia wytrzymałość i odporność łodygom, pniom i innym strukturom roślin..
Znajduje się głównie w ścianie komórkowej i chroni ją przed siłami mechanicznymi i patogenami, znajdującymi się również w niewielkiej ilości wewnątrz komórki. Pod względem chemicznym posiada szeroką gamę aktywnych centrów, które pozwalają im wchodzić w interakcje z innymi związkami. W ramach tych wspólnych grup funkcyjnych mamy między innymi fenolowe, alifatyczne, metoksy-hydroksylowe.
Ponieważ lignina jest wysoce złożoną i zróżnicowaną trójwymiarową siecią, struktura cząsteczki nie została z całą pewnością wyjaśniona. Wiadomo jednak, że jest to polimer złożony z alkoholu koniferylowego i innych związków fenylopropanoidowych pochodzących od aromatycznych aminokwasów, fenyloalaniny i tyrozyny..
Polimeryzacja tworzących ją monomerów jest różna w zależności od gatunku i nie powoduje tego w powtarzalny i przewidywalny sposób, jak w przypadku innych powszechnie występujących polimerów warzyw (skrobia lub celuloza).
Jak dotąd dostępne są tylko hipotetyczne modele cząsteczki ligniny, a do jej badań laboratoryjnych najczęściej stosuje się warianty syntetyczne..
Forma ekstrakcji ligniny jest złożona, ponieważ jest połączona z innymi składnikami ściany i jest bardzo niejednorodna.
Indeks artykułów
Pierwszą osobą, która zgłosiła obecność ligniny, był szwajcarski naukowiec A. P. de Candolle, który opisał jej podstawowe właściwości chemiczne i fizyczne oraz ukuł termin „lignina”..
Lignina jest drugą pod względem liczebności cząsteczką organiczną w roślinach po celulozie, która jest głównym składnikiem ścian komórkowych roślin. Każdego roku rośliny produkują 20 × 109 ton ligniny. Jednak pomimo jego obfitości, jego badania były dość ograniczone.
Znaczna część całej ligniny (około 75%) znajduje się w ścianie komórkowej po kulminacji struktury celulozy (mówiąc przestrzennie). Umiejscowienie ligniny nazywane jest lignifikacją i zbiega się z przypadkami śmierci komórki.
Jest polimerem nieaktywnym optycznie, nierozpuszczalnym w roztworach kwasów, ale rozpuszczalnym w mocnych zasadach, takich jak wodorotlenek sodu i podobne związki chemiczne..
Różni autorzy argumentują, że istnieje szereg trudności technicznych związanych z wydobyciem ligniny, co komplikuje badanie jej struktury..
Oprócz trudności technicznych cząsteczka jest kowalencyjnie związana z celulozą i resztą polisacharydów tworzących ścianę komórkową. Na przykład w drewnie i innych zdrewniałych strukturach (takich jak łodygi) lignina jest silnie związana z celulozą i hemicelulozą..
Wreszcie polimer jest niezwykle zmienny między roślinami. Z wymienionych powodów syntetyczna lignina jest często używana do badania tej cząsteczki w laboratoriach..
Zdecydowana większość metod ekstrakcji ligniny modyfikuje jej strukturę, uniemożliwiając jej badanie. Ze wszystkich istniejących metodologii najważniejsza wydaje się być kraft. Podczas zabiegu ligninę oddziela się od węglowodanów zasadowym roztworem wodorotlenku sodu i siarczku sodu w proporcjach 3: 1..
Tak więc produkt izolacyjny jest ciemnobrązowym proszkiem ze względu na obecność związków fenolowych, których średnia gęstość wynosi od 1,3 do 1,4 g / cm3.
Mimo tych konfliktów metodologicznych wiadomo, że polimer ligniny składa się głównie z trzech pochodnych fenylopropanoidów: alkoholi iglastych, kumarowych i synapilicznych. Związki te są syntetyzowane zaczynając od aminokwasów aromatycznych zwanych fenyloalaniną i tyrozyną..
Całkowity skład szkieletu ligninowego jest prawie całkowicie zdominowany przez wspomniane związki, ponieważ stwierdzono początkowe stężenia białek..
Proporcja tych trzech jednostek fenylopropanoidowych jest zmienna i zależy od badanych gatunków roślin. Można również znaleźć różnice w proporcjach monomerów w narządach tej samej osoby lub w różnych warstwach ściany komórkowej..
Wysoki stosunek wiązań węgiel-węgiel i węgiel-tlen-węgiel tworzy silnie rozgałęzioną trójwymiarową strukturę.
W przeciwieństwie do innych polimerów, które występują w wielu warzywach (takich jak skrobia lub celuloza), monomery ligniny nie polimeryzują w powtarzalny i przewidywalny sposób.
Chociaż wydaje się, że wiązanie tych bloków budulcowych jest napędzane siłami stochastycznymi, ostatnie badania wykazały, że białko wydaje się pośredniczyć w polimeryzacji i tworzy dużą powtarzającą się jednostkę..
Chociaż lignina nie jest wszechobecnym składnikiem wszystkich roślin, spełnia bardzo ważne funkcje związane z ochroną i wzrostem..
Po pierwsze, odpowiada za ochronę składników hydrofilowych (celulozy i hemicelulozy), które nie mają typowej stabilności i sztywności ligniny..
Ponieważ występuje wyłącznie na zewnątrz, służy jako osłona ochronna przed odkształceniem i ściskaniem, pozostawiając celulozę odpowiedzialną za wytrzymałość na rozciąganie.
Zamoczone elementy ścian tracą wytrzymałość mechaniczną. Z tego powodu konieczna jest obecność ligniny z wodoodpornym składnikiem. Wykazano, że eksperymentalne zmniejszenie zawartości ligniny w drewnie wiąże się z obniżeniem właściwości mechanicznych tego samego.
Ochrona ligniny obejmuje również potencjalne czynniki biologiczne i mikroorganizmy. Polimer ten zapobiega przenikaniu enzymów, które mogłyby degradować istotne składniki komórkowe.
Odgrywa również podstawową rolę w modulowaniu transportu cieczy do wszystkich struktur roślinnych..
Tworzenie ligniny rozpoczyna się od reakcji deaminacji aminokwasów fenyloalaniny lub tyrozyny. Tożsamość chemiczna aminokwasu nie jest bardzo istotna, ponieważ przetwarzanie obu prowadzi do tego samego związku: 4-hydroksycynamonianu.
Związek ten poddawany jest szeregowi reakcji chemicznych hydroksylacji, przeniesienia grup metylowych i redukcji grupy karboksylowej, aż do uzyskania alkoholu..
Zakłada się, że po utworzeniu trzech prekursorów ligniny wymienionych w poprzedniej sekcji są one utleniane do wolnych rodników w celu utworzenia aktywnych centrów wspomagających proces polimeryzacji..
Niezależnie od siły, która promuje związek, monomery łączą się ze sobą poprzez wiązania kowalencyjne i tworzą złożoną sieć.
Ze względu na właściwości chemiczne cząsteczki lignina jest rozpuszczalna w roztworach wodnych zasad i gorącym wodorosiarczynem.
Degradacja ligniny, w której pośredniczy obecność grzybów, była szeroko badana w biotechnologii, między innymi w celu wybielania i obróbki pozostałości powstałych po produkcji papieru..
Grzyby zdolne do degradacji ligniny nazywane są grzybami białej zgnilizny, w przeciwieństwie do grzybów brunatnej zgnilizny, które atakują cząsteczki celulozy i tym podobne. Grzyby te stanowią niejednorodną grupę, a ich najważniejszym przedstawicielem jest gatunek Phanarochaete chrysosporium.
W wyniku reakcji utleniania - pośrednich i przypadkowych - wiązania, które utrzymują razem monomery, są stopniowo rozrywane.
Działanie grzybów atakujących ligninę pozostawia po sobie ogromną różnorodność związków fenolowych, kwasów i aromatycznych alkoholi. Niektóre pozostałości mogą ulegać mineralizacji, podczas gdy inne wytwarzają substancje humusowe.
Enzymy, które przeprowadzają ten proces degradacji, muszą być zewnątrzkomórkowe, ponieważ lignina nie jest związana wiązaniami ulegającymi hydrolizie..
Dla roślinożerców lignina jest włóknistym składnikiem roślin, który jest niestrawny. Oznacza to, że nie jest atakowany przez typowe enzymy trawienne ani przez mikroorganizmy żyjące w okrężnicy..
Pod względem odżywiania nie wnosi nic do organizmu, który ją konsumuje. W rzeczywistości może zmniejszyć procent strawności innych składników odżywczych.
Według niektórych autorów, chociaż pozostałości rolnicze można uzyskać w prawie niewyczerpanych ilościach, jak dotąd nie ma ważnego zastosowania dla rozpatrywanego polimeru..
Chociaż ligninę badano od końca XIX wieku, komplikacje związane z jej przetwarzaniem utrudniły jej obróbkę. Jednak inne źródła sugerują, że ligninę można eksploatować i proponują kilka potencjalnych zastosowań, na podstawie omówionych właściwości sztywności i wytrzymałości.
Obecnie opracowywana jest seria środków do konserwacji drewna na bazie ligniny połączonej z szeregiem związków, które chronią je przed uszkodzeniami powodowanymi przez czynniki biotyczne i abiotyczne..
Mógłby być również idealną substancją do budowy izolatorów zarówno termicznych, jak i akustycznych.
Zaletą wprowadzenia ligniny do przemysłu jest jej niski koszt i możliwość zastąpienia surowca otrzymywanego z paliw kopalnych lub innych surowców petrochemicznych. Tak więc lignina jest polimerem o dużym potencjale, który chce się wykorzystać.
Jeszcze bez komentarzy