Language
Country/Area
No result found
Историческая история лигнина: почему его называют «душой дерева»?!
Лигнин представляет собой сложный органический полимер, который в основном образует важный структурный материал для опорных тканей растений. Он особенно важен для формирования клеточных стенок древесины и коры из-за его способности придавать жесткость и устойчивость к гниению. Понимая структуру, историю и биологические функции лигнина, мы изучим его ключевую роль в природе и экономике.
История лигнина
Историю лигнина можно проследить с 1813 года, когда об этом веществе впервые упомянул швейцарский ботаник А. П. де Кандоль. Он описал его как волокнистый, без запаха, нерастворимый в воде и спирте, но растворимый в слабощелочных растворах и осаждаемый кислотой. Поэтому он назвал его «лигнин», производным от латинского «lignum», что означает дерево.
Лигнин — один из самых распространенных органических полимеров на Земле, уступающий только целлюлозе и хитину.
На лигнин приходится 30 % неископаемого органического углерода Земли и от 20 % до 35 % сухого веса древесины. Исследование показало, что лигнин также существует в красных водорослях, что позволяет предположить, что общий предок растений и красных водорослей мог обладать врожденной способностью синтезировать лигнин. Открытие также предполагает, что первоначальная функция лигнина, возможно, заключалась в обеспечении структурной поддержки, как это происходит у красной водоросли Calliarthron, поддерживая суставы между кальцинированными частями.
Состав и структура
Состав лигнина варьируется в зависимости от вида. Например, состав образца осины: 63,4 % углерода, 5,9 % водорода, 0,7 % золы (минеральный состав) и 30 % кислорода (получено из разности), что соответствует химической формуле (C31H34O11)n. Лигнин — высокогетерогенный полимер, сшитый из небольшого количества предшественников — древесных спиртов. Существует три основных типа этих сшитых древесных спиртов, все они получены из фенилпропана.
Лигнин имеет молекулярную массу более 10 000 ед., а его структурное разнообразие и степень сшивки оказывают существенное влияние на его свойства.
Биологические функции
Лигнин заполняет пробелы в клеточных стенках, особенно с компонентами целлюлозой, гемицеллюлозой и пектином, особенно в сосудистых пучках и поддерживающих тканях. Лигнин играет ключевую роль в проведении воды и водорастворимых питательных веществ в стеблях растений. Полисахаридный компонент клеточных стенок растений обладает высокой гидрофильностью и, следовательно, высокой проницаемостью для воды, тогда как лигнин более гидрофобен.
Наиболее распространенной функцией лигнина является обеспечение структурной поддержки растений путем укрепления древесины.
Экономическое значение
Глобальное коммерческое производство лигнина происходит в бумажной промышленности. В 1988 году во всем мире было произведено более 220 миллионов тонн бумаги, большая часть которой была делигнифицированной. Лигнин составляет около одной трети массы предшественника целлюлозы, но его часто необходимо удалять в процессе изготовления бумаги, поскольку он вызывает обесцвечивание и потерю прочности бумаги. Процесс делигнификации является одной из основных технологий бумажной промышленности и вызывает серьезные экологические проблемы.
Биосинтез
Биосинтез лигнина начинается в цитоплазме с синтеза гликированного древесного спирта из аминокислоты фенилаланина. Этот процесс разделяет первую реакцию с фенилпропаноидным путем. До сих пор остается много безответных вопросов о синтезе лигнина, в том числе об специфической роли ферментов оксидаз, катализирующих реакцию полимеризации.
Биодеградация
По сравнению с другими биополимерами лигнин несколько устойчив к разложению, что делает его более стабильным в окружающей среде. Хотя некоторые грибы способны эффективно разлагать лигнин, способность бактерий делать это ограничена, главным образом потому, что производные лигнина подавляют рост бактерий.
Химия и анализ
В бумажной промышленности количественное определение лигнина обычно проводится с использованием тестов Klason на лигнин и кислоторастворимый лигнин. Эти стандартизированные процедуры позволяют проводить эффективный анализ и количественную оценку состава лигнина, что способствует лучшему пониманию его свойств и применения.
История и роль лигнина не ограничиваются его химической структурой и функциями. Это элемент, тесно связанный с окружающей средой, экономикой и экосистемами. Сможем ли мы в будущем использовать этот драгоценный ресурс более эффективно и разрабатывать более экологичные материалы и усовершенствованные технологии?
