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La storia storica della lignina: perché è chiamata "l'anima del legno"?!
La lignina è un polimero organico complesso che costituisce principalmente un importante materiale strutturale per i tessuti di supporto delle piante. È particolarmente importante nella formazione delle pareti cellulari del legno e della corteccia, per la sua capacità di conferire rigidità e resistenza alla decomposizione. Comprendendo la struttura, la storia e le funzioni biologiche della lignina, esploreremo il suo ruolo chiave nella natura e nell'economia.
La storia della lignina
La storia della lignina può essere fatta risalire al 1813, quando il botanico svizzero A. P. de Candolle menzionò per la prima volta questa sostanza. Lo descrisse come fibroso, inodore e insolubile in acqua e alcool, ma solubile in soluzioni leggermente alcaline e precipitato dall'acido. Così lo chiamò "lignine", derivato dal latino "lignum", che significa legno.
La lignina è uno dei polimeri organici più abbondanti sulla Terra, secondo solo alla cellulosa e alla chitina.
La lignina rappresenta il 30% del carbonio organico non fossile terrestre e dal 20% al 35% del peso secco del legno. Lo studio ha scoperto che la lignina esiste anche nelle alghe rosse, suggerendo che l’antenato comune delle piante e delle alghe rosse potrebbe aver avuto la capacità innata di sintetizzare la lignina. La scoperta suggerisce anche che la funzione originaria della lignina potrebbe essere stata quella di fornire supporto strutturale, come avviene nell'alga rossa Calliarthron, sostenendo le articolazioni tra le parti calcificate.
Composizione e struttura
La composizione della lignina varia tra le specie. Ad esempio, la composizione di un campione di pioppo tremulo è 63,4% di carbonio, 5,9% di idrogeno, 0,7% di ceneri (composizione minerale) e 30% di ossigeno (derivato dalla differenza), che è equivalente alla formula chimica (C31H34O11)n. La lignina è un polimero altamente eterogeneo reticolato da un piccolo numero di precursori, gli alcoli legnosi. Esistono tre tipi principali di questi alcoli legnosi reticolati, tutti derivati dal fenilpropano.
La lignina ha un peso molecolare di oltre 10.000 u e la sua diversità strutturale e il grado di reticolazione hanno un impatto significativo sulle sue proprietà.
Funzioni biologiche
La lignina riempie le lacune delle pareti cellulari, in particolare con i componenti cellulosa, emicellulosa e pectina, soprattutto nei fasci vascolari e nei tessuti di supporto. La lignina svolge un ruolo chiave nella conduzione dell'acqua e dei nutrienti idrosolubili negli steli delle piante. La componente polisaccaridica delle pareti cellulari vegetali è altamente idrofila e quindi altamente permeabile all'acqua, mentre la lignina è più idrofoba.
La funzione più comune della lignina è fornire supporto strutturale alle piante rafforzando il legno.
Importanza economica
La produzione commerciale globale di lignina proviene dall'industria della carta. Nel 1988 sono state prodotte a livello globale più di 220 milioni di tonnellate di carta, la maggior parte delle quali è stata delignificata. La lignina costituisce circa un terzo della massa del precursore della cellulosa, ma spesso deve essere rimossa durante il processo di fabbricazione della carta poiché provoca scolorimento e perdita di resistenza della carta. Il processo di delignificazione è una delle tecnologie fondamentali dell’industria della carta e pone notevoli preoccupazioni ambientali.
Biosintesi
La biosintesi della lignina inizia nel citoplasma con la sintesi dell'alcol metilico glicato dall'amminoacido fenilalanina. Questo processo condivide la prima reazione con la via del fenilpropanoide. Ci sono ancora molte domande senza risposta sulla sintesi della lignina, compreso il ruolo specifico degli enzimi ossidasi che catalizzano la reazione di polimerizzazione.
Biodegradazione
Rispetto ad altri biopolimeri, la lignina è piuttosto resistente alla degradazione, il che la rende più stabile nell'ambiente. Mentre alcuni funghi sono in grado di degradare efficacemente la lignina, i batteri hanno una capacità limitata nel farlo, principalmente perché i derivati della lignina inibiscono la crescita batterica.
Chimica e Analisi
Nell'industria della carta, la quantificazione della lignina viene solitamente eseguita utilizzando i test della lignina Klason e della lignina acidosolubile. Queste procedure standardizzate consentono un'analisi e una quantificazione efficienti della composizione della lignina, favorendo la comprensione delle sue proprietà e applicazioni.
La storia e il ruolo della lignina non si limitano alla sua struttura chimica e alla sua funzione. È un elemento strettamente legato all'ambiente, all'economia e agli ecosistemi. In futuro, potremo utilizzare questa preziosa risorsa in modo più efficiente e sviluppare materiali più ecologici e tecnologie migliorate?
