ลิกนินและโครงสร้าง

ลิกนิน เป็นคลาสที่ซับซ้อนของโพลีเมอร์อินทรีย์ที่เป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญในเนื้อเยื่อสนับสนุนของพืชส่วนใหญ่ lignin มีความสำคัญเป็นพิเศษในการก่อตัวของผนังเซลล์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในไม้และเปลือกไม้เพราะมันแข็งและมีแนวโน้มที่จะสลายตัวน้อยลง ทางเคมีลิกนินเป็นพอลิเมอร์ที่ทำโดยการเชื่อมขวางฟีนอลิกสารตั้งต้น

โครงสร้าง

ลิกนินเป็นคอลเลกชันของโพลีเมอร์ที่ต่างกันสูงที่ได้มาจากสารตั้งต้นจำนวนน้อยลิกนินแอลกอฮอล์ความหลากหลายเกิดจากความหลากหลายและระดับของการเชื่อมโยงข้ามระหว่างแอลกอฮอล์ลิกนินเหล่านี้ : เครื่องดื่มแอลกอฮอล์ coniferyl (4-hydroxy-3-methoxyphenylpropane) (G ซึ่งบางครั้งกลุ่มเรียกว่า guaiacyl), แอลกอฮอล์มัสตาร์ด (3,5-dimethoxy-4-hydroxyphenylpropane) (S ซึ่งบางครั้งกลุ่มเรียกว่า syringyl) แอลกอฮอล์ (4-hydroxyphenylpropane) (H ซึ่งบางครั้งกลุ่มที่รู้จักกันในชื่อ 4-hydroxyphenyl)ปริมาณสัมพัทธ์ของสารตั้งต้น "โมโนเมอร์ " (ลิกโนล) แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแหล่งพืช lignins โดยทั่วไปจะถูกจำแนกตามอัตราส่วน syringyl/guaiacoyl ลิกนินจาก Gymnosperms (ไม้เนื้ออ่อนหญ้า) มาจากเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ซึ่งให้ผลผลิต guaiacol เมื่อไพโรไลซิสใน angiosperms (ไม้เนื้อแข็ง), แอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งถูกแปลงเป็นแอลกอฮอล์ Sinapyl .น้ำหนักโมเลกุลของลิกนินเกิน 10,000 U.IT นั้นไม่ชอบน้ำเพราะมันอุดมไปด้วยหน่วยย่อยอะโรมาติกระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันนั้นยากที่จะวัดเนื่องจากวัสดุนั้นแตกต่างกัน G-dominated ในขณะที่ Palms บางตัวมี S-conatinated Lignins ทั้งหมดมีจำนวนเล็กน้อยของโมโนเมอร์ลิกนินที่ไม่สมบูรณ์หรือดัดแปลง แต่โมโนเมอร์อื่น ๆ มีความโดดเด่นในพืชที่ไม่เป็นไม้

ฟังก์ชั่นชีวภาพ

ลิกนินเติมช่องว่างของผนังเซลล์ระหว่างเซลลูโลสเฮมิเซลลูโลสและส่วนประกอบเพคตินโดยเฉพาะอย่างยิ่งในหลอดเลือดและเนื้อเยื่อสนับสนุน: xylem tracheids, องค์ประกอบของหลอดเลือดและ sclerocytesลิกนินมีบทบาทสำคัญในการส่งน้ำและสารอาหารในน้ำในลำต้นของพืช องค์ประกอบของโพลีแซคคาไรด์ของผนังเซลล์พืชมีน้ำอย่างสูงและสามารถซึมผ่านน้ำได้ในขณะที่ลิกนินนั้นไม่ชอบน้ำมากขึ้นการเชื่อมโยงข้ามของโพลีแซคคาไรด์โดยลิกนินเป็นอุปสรรคต่อการดูดซึมน้ำโดยผนัง ดำเนินการน้ำ lignin มีอยู่ในพืชหลอดเลือดทั้งหมด แต่ไม่ได้อยู่ใน bryophytes สนับสนุนความคิดที่ว่าฟังก์ชั่นดั้งเดิมของลิกนินนั้น จำกัด อยู่ที่การขนส่งทางน้ำมันเชื่อมโยงกับโควาเลนท์กับเฮมิเซลลูโลสดังนั้นการเชื่อมโยง polysaccharides ของพืชที่แตกต่างกันให้ความแข็งแรงเชิงกลไปยังผนังเซลล์และโดยการขยายพืชโดยรวมฟังก์ชั่นที่พบบ่อยที่สุดคือการให้การสนับสนุนโดยการเสริมสร้างไม้ในพืชหลอดเลือดซึ่งประกอบด้วยไซเลมส่วนใหญ่ เซลล์และเส้นใย sclerenchyma lignifiedในที่สุดลิกนินยังให้ความต้านทานต่อโรคโดยการสะสมที่บริเวณที่เกิดเชื้อโรคทำให้เซลล์พืชมีความไวต่อการเสื่อมสภาพของผนังเซลล์น้อยลง

ความสำคัญทางเศรษฐกิจ

การผลิตเชิงพาณิชย์ระดับโลกของลิกนินเป็นผลมาจากการผลิตกระดาษในปี 1988 มีการผลิตกระดาษมากกว่า 220 ล้านตันทั่วโลกส่วนใหญ่ของบทความนี้ได้รับการยกเว้น ลิกนินทำขึ้นประมาณ 1/3 ของมวลของ lignocellulose.lignin เป็นอุปสรรคต่อการผลิตกระดาษเพราะมันเป็นสีเปลี่ยนเป็นสีเหลืองในอากาศและการปรากฏตัวของมันอ่อนแอลงเมื่อแยกออกจากเซลลูโลสมันถูกเผาเป็นเชื้อเพลิง ใช้ในแอพพลิเคชั่นที่มีปริมาณต่ำที่หลากหลายซึ่งรูปแบบมากกว่าคุณภาพมีความสำคัญเยื่อเชิงกลหรือเยื่อกระดาษที่ให้ผลตอบแทนสูงที่ใช้ในการทำหนังสือพิมพ์ยังคงมีลิกนินส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในไม้ แต่เดิมลิกนินนี้เป็นสิ่งที่ทำให้หนังสือพิมพ์เป็นสีเหลืองเมื่อเวลาผ่านไปกระดาษคุณภาพสูงต้องใช้การกำจัดลิกนินออกจากเยื่อกระดาษ กระบวนการ DiLignification เป็นเทคโนโลยีหลักในอุตสาหกรรมกระดาษและเป็นแหล่งของปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญในการเยื่อกระดาษซัลไฟต์ลิกนินจะถูกลบออกจากเยื่อกระดาษเป็น lignosulfonate ซึ่งมีการเสนอแอปพลิเคชันจำนวนมากพวกเขาถูกนำมาใช้เป็นสารกระจายตัว, humectants, emulsion stabilizers และ sequestrants (การบำบัดน้ำ). lignosulfonates เพื่อให้คอนกรีตสดเป็นส่วนผสมในช่วงทศวรรษที่ 1930 เพื่อลดอัตราส่วนน้ำซีเมนต์ซึ่งเป็นพารามิเตอร์หลักที่ควบคุมความพรุนของคอนกรีตดังนั้นความแข็งแรงเชิงกลการแพร่กระจายและการนำไฟฟ้าไฮดรอลิกพารามิเตอร์ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับความทนทาน สารระงับฝุ่นบนท้องถนน Furthermore, ลิกนินสามารถใช้ร่วมกับเซลลูโลสเพื่อสร้างพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นทางเลือกแทนพลาสติกไฮโดรคาร์บอนหากการสกัดลิกนินทำได้ผ่านกระบวนการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าการผลิตพลาสติกทั่วไปลิกนินถูกลบออกโดยกระบวนการคราฟท์มักจะถูกเผาด้วยค่าเชื้อเพลิงโดยให้พลังงานแก่โรงงานกระดาษมีกระบวนการเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่สำหรับการลบลิกนินออกจากสุราสีดำเพื่อการใช้งานที่มีมูลค่าสูงกว่า: Lignoboost (สวีเดน) ลิกนินมีศักยภาพที่จะกลายเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนของสารประกอบอะโรมาติกในอุตสาหกรรมเคมีโดยมีตลาดที่มีศักยภาพมากกว่า $ 130 พันล้านเนื่องจากเป็น biopolymer ที่แพร่หลายมากที่สุดหลังจากเซลลูโลสลิกนินได้รับการศึกษาเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและอาจเป็นสารสกัดจากพืชที่สำคัญสำหรับการพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพใหม่