Ligniini (Latinalaisen lignum tarkoitettu puu) on biomolekyylin , itse asiassa perheen makromolekyylien polymeerien polyfenolisia (perhe tanniinit sensu lato ), joka on yksi tärkeimmistä komponenteista puun kanssa selluloosan ja hemiselluloosan . Ligniiniä esiintyy pääasiassa verisuonikasveissa ja joissakin levissä. Sen päätoiminnot ovat jäykkyyden , veden läpäisemättömyyden ja korkean hajoamisen kestävyyden tarjoaminen. Kaikki verisuonikasvit, puu- ja nurmikasvien , tuottavat ligniiniä.
Määrällisesti ligniinipitoisuus on 3-5% lehdet, 17-24%: iin nurmi varret , 18-33%: iin Woody varret (18-25%: n lehtipuun ja koppisiemenisten puiden , 27-33%: n havupuun of gymnosperm Trees ). Se on vähemmän yksivuotisille kuin perennoille , se on suurin puissa. Ligniini on pääasiassa paikallista solujen välillä (katso pektoselluloosaseinät ), mutta merkittävä määrä löytyy niiden sisältä. Vaikka ligniini on monimutkainen hydrofobinen kolmiulotteinen verkko, perusyksikkö kiehuu periaatteessa yhdeksi fenyylipropaanin yksiköksi.
Jälkeen selluloosa (joka muodostaa 35-50%: n maanpäällisen kasvien biomassa ) ja hemiselluloosan (30-45%), ligniini (15-25%) muodostaa kolmannen perheen yhdisteiden luokkaa runsaasti kasveissa ja maaekosysteemeissä hallitsi elävien tai kuollut kasvien biomassa. Tämän biopolymeerin runsaus selittää, miksi sitä tutkitaan muissa arvioinneissa kuin puun ja polttoaineen nykyisissä käyttötarkoituksissa.
Ligniini on biomolekyylin, joka on tanniini ryhmästä phenylpropanoids , jotka ovat peräisin esiaste, fenyylialaniini , poistamisen jälkeen typpeä sisältävän osan. Tämä aminohappo käy läpi reaktiokaskadin, johon osallistuu noin kymmenen erilaista entsyymiperhettä monolignolien muodostamiseksi. Nämä entsyymit ovat: fenyylialaniini moniakkilyaasilla (PAL), joka vastaa oksidatiivisen deaminaation , sinnamaatti 4-hydroksylaasin (C4H), 4-kumaraatti-CoA-ligaasi (4CL), hyd--CoA-shikimaatti / kinaattia hydroksisinnamoyylipitoinen transferaasi (HCT), p-kumaraatti 3 -hydroksylaasi (C3H), kofeoyyli-CoA-o-metyylitransferaasi (CCoAOMT), cinnamoyyli -CoA-reduktaasi (CCR), ferrulaatti-5-hydroksylaasi (F5H), kofeiinihappo-O-metyylitransferaasi (COMT) ja sinnamyylialkoholidehydrogenaasi (CAD). Useissa tapauksissa aldehydit voidaan myös sisällyttää polymeeriin.
Ligniini ilmestyi Devonissa 380 miljoonaa vuotta sitten, ensimmäisten verisuonikasvien ollessa saniaiset ( Pteridophytes ) ja melkein samanaikaisesti ensimmäiset puut ( Archaeopteris ). Biosynteesin ligniinin vaatii happea ja luultavasti syntyi, kun ilmakehän happipitoisuus on saavuttanut riittävän tason.
Vuonna 1813 sveitsiläinen kasvitieteilijä Augustin Pyramus de Candolle kuvasi ligniiniä lyhyesti teoksensa Théorie elementaire de la kasvitiede sivulla 417 ; tai, Luonnollisen luokittelun periaatteiden sekä kasvien kuvaamisen ja tutkimisen taiteen esittely . Hän listaa useita ominaisuuksia: "kuitumainen, mauton, veteen ja alkoholiin liukenematon; liukenee heikkoon emäksiseen lipeään; saostuu hapoilla".
Vuonna 1839 ranskalainen kemisti Anselme Payen puhui "kuorimateriaalista", jolla oli yksinomaan mekaaninen yhteys selluloosaan.
Vuosina 1856 termi ligniini ilmestyi ensimmäisen kerran tieteellisessä kirjallisuudessa kemisti Franz Ferdinand Schulzen (1815–1873) julkaisussa.
Ligniinin aromaattinen luonne osoitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1868, ja vuonna 1897 ruotsalainen tiedemies P. Klasen kuvasi ligniiniä selluloosattomaksi ja vahvisti sen aromaattisen luonteen. Ensimmäisen maailmansodan jälkeen useat tutkimukset mahdollistivat fenolin todentamisen ligniinin ainesosiksi, mutta vasta 1927 ennen kuin sen fenyylipropaanirakenne ja sen johdannaiset saatiin selville.
Emme ole vielä samaa mieltä ligniinin ainutlaatuisesta ja tarkasta määritelmästä, koska se vaihtelee suuresti jopa tietyn lajin sisällä, koska sen muodostuminen riippuu fysikaalis-kemiallisesta ympäristöstä, jossa kasvi kasvaa. Siksi olisi parempi puhua ligniineistä.
Ligniinit polymeerejä on monolignols . On vähintään kolme:
Kunkin monomeerin osuus vaihtelee merkittävästi riippuen:
Gymnospermit sisältävät melkein yksinomaan yksikköä G.
Kaksisirkkaiset angiospermit sisältävät melkein yksinomaan sekä G- että S-yksikköä.Yksisirkkaiset
angiospermit sisältävät kaikki kolme yksikköä G, S ja H.
Siten kaikki verisuonikasvit, puiset ja ruohomaiset, tekevät ligniinejä, jos yksikkö G (havupuu-alkoholi) on aina läsnä, jonka hapettuminen tuottaa ferulihappoa .
Gymnosperm-ligniinit ovat homogeenisia. Näiden lajien puu, joka tunnetaan nimellä homoksyloitu , koostuu 95% tracheideista ja 5% erityyppisistä parenkyymeistä . Puu hartsi sisältää paljon ligniiniä (välillä 25 ja 35%), ligniini, jonka rakenne on "tiivistetty" (monta CC sidoksia välillä rakenneyksiköt).
Paljon nuoremmiksi kehittyvät angiospermit ovat monipuolistaneet kudoksensa mehun kuljettamiseksi tracheidien lisäksi verisuonielementeillä (kuntoshospermeissä mehunsiirron ja mekaanisen tuen toiminnot tarjoavat yksinomaan tracheidit). Kovapuusta on siis valtava monimuotoisuus , joka tunnetaan heteroksyloituna , joista osa on huokoisempia (runsaasti astioita, kuten tammet ) ja toiset "kuituisempia" (kuten koivut ). Ligniini on myös tulossa monipuolisemmaksi ja vaihtelee kuitujen ja verisuonten solujen välillä.
Lignifikaatio on perustavanlaatuinen prosessi puumaisten maakasvien kehityksessä . Se tarjoaa jäykkyyden, veden läpäisemättömyyden, vastustuskyvyn raakamehua kantavien solujen räjähdykselle ja erittäin kestävän hajoamisen. Tämä kapasiteetti on mahdollistanut suoran tavan edistää valoenergian vastaanottoa. Kaikki nämä hankinnat ovat edellytys maanpäällisen valloituksen valloittamiselle . Kyky ligniinin muodostumista kasvien perustettiin alussa Paleozoic (vahva kehittämiseen devonikauden ) ja luonnehtii tracheophytes (ks Flora Rhynia ).
Ligniini ensimmäinen talletettu keskilamelleja , ensisijainen seinän ja S1 kerros toissijaisen seinämän joidenkin kasvien solujen , sitten läpäisee S2 ja S3 kerroksia. Seinällä on siten parempi lujuus, koska ligniini kestää hyvin puristusta. Lisäksi ligniinillä on hydrofobisuuden ansiosta kyky vedenkestää soluja . Ligniinillä kyllästetyt (lignifioidut) seinät löytyvät siten kudoksen soluista, joita käytetään kasvin tukemiseen ( sklerenkyma ) tai veden ja mineraalisuolojen ( ksyleemi ) kuljettamiseen . Pääsääntöisesti lignifioidut solut, joista on tullut läpäisemättömiä, ovat menettäneet sytoplasmansa eivätkä hanki rooliaan kasvissa ennen kuin ne ovat kuolleet.
Ligniini, joka on siten ominaista maanpäällisille verisuonikasveille , tarjoaa myös suojaavan esteen mikrobien hyökkäykseltä kasvia vastaan. Sen kemiallinen luonne tekee siitä erittäin vastustuskykyisen erilaisille kemiallisille tekijöille ja biologiselle hajoamiselle, mikä selittää erittäin ligniinisten rehujen huonon biologisen laadun.
AC Neishin ja C.Hébantin hypoteesin mukaan ligniini on eräänlainen kasvien ulosteiden varastointi . Kun tiedetään, että ligniini koostuu vapaassa muodossa kasville myrkyllisistä fenoliyhdisteistä, jälkimmäinen olisi löytänyt tavan neutraloida ne varastoimalla niitä ligniininä kuolleisiin verisuonisoluihin.
Tiettyjä mikro-organismeja, erityisesti sieniä niin sanottu valkolahottaja on puu , pystyvät täysin sulattaa ligniinikompleksia - hemiselluloosa - selluloosa ( ligninolyse ) ja siten parantaa ravitsemuksellista arvoa lignoselluloosamateriaalien.
Erittäin stabiili makromolekyyli, ligniini hajoaa merkittävästi vain saprotrofisilla sienillä, joilla on suuri sienen hajoamisteho , pääasiassa basidiomykeetit (" valkoisen rotan " pentueiden aineet, puunmätäntymistä edistävät aineet, joilla on erityiset entsymaattiset välineet: solunulkoiset ja solunsisäiset sellulaasit ja hemisellulaasit , peroksidaasit ja polyfenoloksidaasit sirpaleet selluloosan , hemiselluloosan ja ligniinin tuodaan sienisolu) vastaa lyysiä näiden yhdisteiden ja humuksen . Lignolytic toimintaa kutsutaan sienten lignolysis (hajoaminen puumateriaali puu merkittävästi ilman, että välttämättä hyökkää ligniiniä, lignolytic sienten jakaantumisen sellulolyyttistä lajia ja lignolyyttisen lajit) ja lignolyyttisen toiminnan, sieni- ligninolysis (hajoamista ligniinin merkittävästi).
Ulkonäkö puu- syöminen sienten (tunnetaan myös nimellä xylophagous ) 280.000.000vuosi sitten, olisi pysähtynyt kertyminen kasvien jäänteitä, jotka oli siihen asti annettiin muodostumiseen hiilen fossilization aikana geologiset aikana kutsutaan kivihiilikausi .
Tutkimus on käynnissä ligniinin uusien käyttötarkoitusten löytämiseksi (esim . Rikittämättömästä ligniinistä valmistettu nestemäinen puu ) teollisuus yrittää pääasiassa geneettisen muuntamisen avulla luoda kasveja, joissa on vähän ligniiniä paperitehtaille tai päinvastoin rikkaampia ligniinia polttopuina.
Ligniini - hemiselluloosa - selluloosakompleksin tuotanto on tärkeää planeetalla, ja noin 25% tästä uusiutuvasta luonnonvarasta olisi käytettävissä bioteknologisten muuntoprosessien kautta. Sienet tylsää, sieni on valkoinen laho , tutkitaan heidän kiinnostuksestaan seuraavilla aloilla:
Tokushiman yliopistossa (Japani) onnistunut 2009 erottamiseksi, korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa, ligniinin muut puun, jolloin on mahdollista tuottaa tämän alhaisen molekyylipainon ligniiniä vastaa sellaisen epoksihartsia kestää lämpötilan ja sähköä johtava, keksijöidensä mukaan verrattavissa tällä hetkellä käytettyihin hartseihin. Ligniinipohjaisia hartseja käytetään jo täyteaineena ja sideaineena agglomeroitumaan puupaneelien hiukkasia, vahvistamaan kumia tai liima-ainetta kylmissä aminoplastiin ja fenoplastiin perustuvissa liimoissa .