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리그닌의 역사 이야기: 왜 "나무의 영혼"이라고 불리는가?!
리그닌은 주로 식물 지지 조직의 중요한 구조 물질을 형성하는 복합 유기 중합체입니다. 이는 목재와 나무껍질의 세포벽 형성에 특히 중요합니다. 강성과 부패에 대한 저항성을 부여하는 능력 때문입니다. 리그닌의 구조, 역사 및 생물학적 기능을 이해함으로써 자연과 경제에서 리그닌의 핵심 역할을 탐구합니다.
리그닌의 역사
리그닌의 역사는 스위스 식물학자 A. P. de Candolle이 이 물질을 처음 언급한 1813년으로 거슬러 올라갑니다. 그는 이 물질이 섬유질이고 무취이며 물과 알코올에 용해되지 않지만 약알칼리성 용액에는 용해되고 산에 의해 침전된다고 설명했습니다. 그래서 그는 나무를 뜻하는 라틴어 '리그넘'에서 파생된 '리그닌'이라는 이름을 붙였다.
리그닌은 셀룰로오스와 키틴에 이어 지구상에서 가장 풍부한 유기 고분자 중 하나입니다.
리그닌은 지구 육상 비화석 유기 탄소의 30%, 목재 건조 중량의 20~35%를 차지합니다. 이번 연구는 리그닌이 홍조류에도 존재한다는 사실을 발견했는데, 이는 식물과 홍조류의 공통조상이 리그닌을 합성하는 타고난 능력을 가지고 있었을 수도 있음을 시사한다. 이 발견은 또한 리그닌의 원래 기능이 홍조류인 Calliarthron에서와 같이 석회화된 부분 사이의 관절을 지지함으로써 구조적 지지를 제공하는 것일 수도 있음을 시사합니다.
구성 및 구조
리그닌의 구성은 종에 따라 다릅니다. 예를 들어 사시나무 시료의 조성은 탄소 63.4%, 수소 5.9%, 회분 0.7%(광물 조성), 산소 30%(차이에서 유래)로, 이는 화학식 (C31H34O11)n과 동일합니다. 리그닌은 소수의 전구체인 목재 알코올로부터 가교된 매우 이질적인 중합체입니다. 이러한 가교 목재 알코올에는 세 가지 주요 유형이 있으며 모두 페닐프로판에서 파생됩니다.
리그닌은 분자량이 10,000 u가 넘으며 구조적 다양성과 가교 정도가 특성에 큰 영향을 미칩니다.
생물학적 기능
리그닌은 특히 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴 성분으로 세포벽의 틈새를 메우며, 특히 혈관 다발과 지지 조직에서 그렇습니다. 리그닌은 식물 줄기에서 물과 수용성 영양소의 전도에 중요한 역할을 합니다. 식물 세포벽의 다당류 성분은 친수성이 높아 물에 대한 투과성이 높은 반면, 리그닌은 소수성입니다.
리그닌의 가장 일반적인 기능은 목재를 강화하여 식물에 구조적 지원을 제공하는 것입니다.
경제적 중요성
전 세계적으로 리그닌의 상업적 생산은 제지 산업에서 시작됩니다. 1988년에는 전 세계적으로 2억 2천만 톤 이상의 종이가 생산되었으며, 그 중 대부분은 델리게이트 종이였습니다. 리그닌은 셀룰로오스 전구체 질량의 약 1/3을 차지하지만 변색과 종이 강도 손실을 유발하기 때문에 제지 과정에서 제거해야 하는 경우가 많습니다. 탈리그닌 공정은 제지 산업의 핵심 기술 중 하나이며 심각한 환경 문제를 야기합니다.
생합성
리그닌 생합성은 아미노산 페닐알라닌으로부터 당화목알코올을 합성하면서 세포질에서 시작됩니다. 이 과정은 페닐프로파노이드 경로와의 첫 번째 반응을 공유합니다. 중합 반응을 촉매하는 산화효소 효소의 구체적인 역할을 포함하여 리그닌 합성에 관해 아직 풀리지 않은 질문이 많이 있습니다.
생분해
다른 생체고분자에 비해 리그닌은 분해에 다소 저항력이 있어 환경에서 더 안정적입니다. 일부 곰팡이는 리그닌을 효율적으로 분해할 수 있지만, 박테리아는 리그닌 유도체가 박테리아 성장을 억제하기 때문에 그 능력이 제한되어 있습니다.
화학과 분석
제지 산업에서는 일반적으로 Klason 리그닌 및 산 용해성 리그닌 테스트를 사용하여 리그닌 정량을 수행합니다. 이러한 표준화된 절차를 통해 리그닌 구성의 효율적인 분석 및 정량화가 가능해지며 리그닌의 특성과 응용에 대한 이해가 깊어집니다.
리그닌의 역사와 역할은 화학적 구조와 기능에만 국한되지 않고 환경, 경제, 생태계와 밀접하게 연관되어 있는 요소입니다. 앞으로는 이 소중한 자원을 더욱 효율적으로 활용하고 보다 친환경적인 소재와 향상된 기술을 개발할 수 있을까요?
