Language
Country/Area
No result found
Câu chuyện lịch sử về lignin: Tại sao lại gọi là "linh hồn của gỗ"?!
Lignin là một loại polyme hữu cơ phức tạp tạo thành vật liệu cấu trúc quan trọng cho các mô hỗ trợ thực vật. Nó đặc biệt quan trọng trong việc hình thành thành tế bào trong gỗ và vỏ cây, mang lại độ cứng và khả năng chống mục nát. Bằng cách hiểu cấu trúc, lịch sử và chức năng sinh học của lignin, chúng ta sẽ khám phá vai trò quan trọng của nó trong tự nhiên và nền kinh tế.
Lịch sử của lignin
Lịch sử của lignin có thể bắt nguồn từ năm 1813, khi nhà thực vật học người Thụy Sĩ A. P. de Candolle lần đầu tiên đề cập đến chất này. Ông mô tả nó là dạng sợi, không mùi, không tan trong nước và rượu, nhưng tan trong dung dịch kiềm yếu và có thể kết tủa bởi axit. Vì vậy, ông đặt tên cho nó là "lignine", bắt nguồn từ tiếng Latin "lignum", có nghĩa là gỗ.
Lignin là một trong những polyme hữu cơ phổ biến nhất trên Trái Đất, chỉ đứng sau xenlulozơ và chitin.
Lignin chiếm 30% lượng cacbon hữu cơ không phải hóa thạch trên cạn của Trái Đất và 20% đến 35% trọng lượng khô của gỗ. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng lignin cũng tồn tại trong tảo đỏ, điều này cho thấy tổ tiên chung của thực vật và tảo đỏ có thể có khả năng tổng hợp lignin bẩm sinh. Những phát hiện này cũng cho thấy chức năng ban đầu của lignin có thể là cung cấp hỗ trợ về mặt cấu trúc, giống như trong tảo đỏ Calliarthron, hỗ trợ các mối nối giữa các phần vôi hóa.
Thành phần và cấu trúc
Thành phần của lignin thay đổi tùy theo loài. Ví dụ, một mẫu cây dương có thành phần gồm 63,4% cacbon, 5,9% hydro, 0,7% tro (hàm lượng khoáng chất) và 30% oxy (được tạo ra từ sự khác biệt), tương ứng với công thức hóa học (C31H34O11)n. Lignin là một loại polyme có tính không đồng nhất cao bao gồm một số tiền chất liên kết chéo, rượu gỗ. Có ba loại chính của loại rượu gỗ liên kết ngang này, tất cả đều có nguồn gốc từ phenylpropane.
Khối lượng phân tử của lignin vượt quá 10.000 u và tính đa dạng về cấu trúc cũng như mức độ liên kết ngang của nó có tác động đáng kể đến các tính chất của nó.
Chức năng sinh học
Lignin lấp đầy khoảng trống giữa các thành tế bào, đặc biệt là giữa các thành phần cellulose, hemicellulose và pectin, đặc biệt là trong các bó mạch và mô hỗ trợ. Lignin đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn nước và các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước vào thân cây. Các thành phần polysaccharide của thành tế bào thực vật có tính ưa nước cao và do đó thấm nước tốt, trong khi lignin lại kỵ nước hơn.
Chức năng phổ biến nhất của lignin là cung cấp hỗ trợ cấu trúc cho cây bằng cách tăng cường sức mạnh cho gỗ.
Ý nghĩa kinh tế
Sản lượng lignin thương mại toàn cầu có nguồn gốc từ ngành công nghiệp giấy. Năm 1988, hơn 220 triệu tấn giấy được sản xuất trên toàn thế giới, phần lớn trong số đó là giấy đã qua quá trình khử lignin. Lignin chiếm khoảng một phần ba khối lượng tiền chất của xenlulo, nhưng nó gây ra sự đổi màu và mất độ bền trong quá trình làm giấy và do đó thường cần phải loại bỏ. Quá trình tách lignin là một trong những công nghệ cốt lõi trong ngành công nghiệp giấy và gây ra những lo ngại đáng kể về môi trường.
Sinh tổng hợp
Quá trình sinh tổng hợp lignin bắt đầu trong tế bào chất, nơi xylyl alcohol đường hóa được tổng hợp từ axit amin phenylalanine. Quá trình này có phản ứng bước đầu tiên giống với con đường phenylpropanoid. Vẫn còn nhiều bí ẩn chưa được giải đáp về quá trình tổng hợp lignin, bao gồm vai trò cụ thể của các enzyme oxy hóa xúc tác phản ứng trùng hợp.
Có thể phân hủy sinh học
So với các loại polyme sinh học khác, lignin có khả năng chống phân hủy nhất định, giúp tăng độ ổn định của nó trong môi trường. Trong khi một số loại nấm có khả năng phân hủy lignin hiệu quả thì khả năng này của vi khuẩn lại có hạn, chủ yếu là do các dẫn xuất của lignin ức chế sự phát triển của vi khuẩn.
Hóa học và Phân tích
Trong ngành công nghiệp giấy, việc định lượng lignin thường được thực hiện bằng cách sử dụng thử nghiệm lignin Klason và lignin hòa tan trong axit. Các quy trình chuẩn hóa này cho phép phân tích và định lượng hiệu quả thành phần lignin, từ đó nâng cao hơn nữa hiểu biết về các đặc tính và ứng dụng của nó.
Lịch sử và vai trò của lignin không chỉ giới hạn ở cấu trúc hóa học và chức năng của nó; nó là một nguyên tố có liên quan chặt chẽ đến môi trường, nền kinh tế và hệ sinh thái. Trong tương lai, liệu chúng ta có thể sử dụng nguồn tài nguyên quý giá này hiệu quả hơn và phát triển các vật liệu xanh hơn cùng công nghệ cải tiến không?
