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Lignina

Lignina (a veces “lignen“) es un complejo compuesto del producto químico derivado lo más comúnmente posible de madera y una parte integral de membranas celulares de plantas.^[1] El término fue introducido en 1819 cerca de Candolle y se deriva de la palabra latina lignum,^[2] madera del significado. Es el más abundante polímero orgánico en Tierra después celulosa, empleando el 30% de nofósil carbón orgánico^[3] y constituyendo de un cuarto a un tercero de la masa seca de madera. compuesto tiene varias características inusuales como biopolímero, no menos su heterogeneidad en carecer una estructura primaria definida.

Función biológica

La lignina llena los espacios en pared de célula entre celulosa, hemicellulose y pectina componentes, especialmente adentro tracheids, sclereids y xylem. Es covalente ligado a hemicellulose y de tal modo reticula diversos polisacáridos de la planta, fuerza mecánica que confiere a pared de célula y por la extensión la planta en su totalidad.^[4] Es particularmente abundante adentro madera de la compresión, pero curiosamente escaso adentro madera de la tensión.

La lignina hace una parte crucial en agua que conduce adentro planta vástagos. polisacárido componentes de la planta membranas celulares esté altamente hidrofílico y así permeable al agua, mientras que la lignina es más hidrofóbico. La reticulación de polisacáridos por la lignina es un obstáculo para la absorción de agua a la pared de célula. Así, la lignina permite para que el tejido fino vascular de la planta conduzca el agua eficientemente.^[5] La lignina está presente en todos plantas vasculares, pero no adentro bryophytes, apoyando la idea que la función original de la lignina fue restringida para regar transporte.

La lignina es indigesta por enzimas mamíferas y las otras animales, pero alguno hongos y bacterias pueda biodegradar el polímero. Los detalles del esquema de la reacción de la biodegradación no se entienden completamente hasta la fecha. Estas reacciones dependen del tipo de decaimiento de madera - en hongos cualquiera putrefacción marrón, putrefacción suave o putrefacción blanca. Las enzimas implicadas pueden emplear radicales libres para las reacciones del depolymerization.^[6] El pozo entendía que son las enzimas lignolytic peroxidase del manganeso, peroxidase de la lignina y dehydrogenase del cellobiose. Además, debido a su cross-linking con los otros componentes de la pared de célula, reduce al mínimo la accesibilidad de la celulosa y del hemicellulose a las enzimas microbianas. Por lo tanto, la lignina se asocia generalmente a la digestibilidad reducida del excedente toda la biomasa de la planta, contra la cual las ayudas defienden patógeno y parásitos.^[5]

Peroxidase de la lignina (también “ligninase”, Número de la EC 1.14.99) es a hemoprotein del hongo de la blanco-putrefacción Chrysosporium de Phanerochaete con una variedad de reacciones lignina-que degradan, dependiente en el peróxido de hidrógeno para incorporar todo el oxígeno molecular en productos de la reacción. Hay también varias otras enzimas microbianas que se creen ser implicadas en la biodegradación de la lignina, por ejemplo peroxidase del manganeso, laccase y dehydrogenase del cellobiose.

Función ecológica

La lignina desempeña un papel significativo en ciclo de carbón, secuestrando el carbón atmosférico en los tejidos vivos del perennial arbolado vegetación. La lignina es uno de los componentes lo más lentamente posible de descomposición de la vegetación muerta, contribuyendo una fracción importante del material que se convierte humus como se descompone. La humus del suelo que resulta aumenta generalmente la productividad fotosintética de las comunidades de la planta que crecen en un sitio como las transiciones del sitio de suelo mineral disturbado a través de las etapas de sucesión ecológica, proporcionando creciente capacidad del intercambio catiónico en el suelo y ampliar la capacidad de la retención de la humedad entre la inundación y las condiciones de la sequía.

Significación económica

Lignified altamente madera es durables y por lo tanto una buena materia prima para muchos usos. Es también un combustible excelente, puesto que la lignina rinde más energía cuando está quemada que celulosa. Producción mecánica, o alta pulpa hacían papel prensa contiene la mayor parte de la lignina originalmente presente en la madera. Esta lignina es responsable del papel prensa que amarillea con edad.^[2] La lignina se debe quitar de la pulpa antes de la alta calidad blanqueado el papel puede ser manufacturado de él.

En el reducir a pulpa del sulfito, la lignina se quita de la pulpa de madera como sulfonates. Éstos lignosulfonates tenga varias aplicaciones:^[7]

• Dispersores en alto rendimiento cemento usos, tratamiento de aguas formulaciones y textil tintes

• Añadidos en especialidad yacimiento de petróleo usos y agrícola productos químicos

• Materias primas para varios productos químicos, por ejemplo vainillina, DMSO, etanol, levadura del torula, xylitol azúcar y ácido humic

• Ambientalmente sostenible agente de la supresión de polvo para los caminos

Las primeras investigaciones en el uso comercial de la lignina fueron hechas por Marathon Corporation adentro Rothschild, Wisconsin (LOS E.E.U.U.), comenzando adentro 1927. La primera clase de los productos que demostraron promesa era el broncear de cuero agentes. El negocio químico de la lignina del maratón fue funcionado por muchos años como productos químicos del maratón. Ahora se conoce como LignoTech los USA, Inc., y es poseído por Noruego compañía, Borregaard, sí mismo un subsidiario del Orkla conglomerado noruego COMO.

Lignina quitada vía proceso de Kraft (sulfato que reduce a pulpa) se quema generalmente para su valor del combustible, proporcionando más que bastante energía para funcionar el molino y sus procesos asociados.

Más recientemente, la lignina extraída de sauce shrubby se ha utilizado con éxito para producir espuma ampliada del poliuretano. ^[8]

Estructura

La lignina es una grande, reticulado, racémico macromolécula con masas moleculares superior a 10.000u. Está relativamente hidrofóbico y aromático en naturaleza. grado de polimerización en naturaleza es difícil de medir, puesto que se hace fragmentos durante la extracción y molécula consiste en varios tipos de subestructuras que aparezcan repetir de una manera casual. Diversos tipos de lignina se han descrito dependiendo de los medios del aislamiento.^[9]

Hay tres monolignol monomers, methoxylated a los varios grados: p- alcohol del coumaryl, alcohol del coniferyl, y alcohol del sinapyl^[10] (Cuadro 3). Éstos se incorporan en la lignina bajo la forma de phenylpropanoids p- hydroxyphenyl (h), (G) del guaiacyl, y (s) syringal respectivamente.^[3] Gimnospermas tenga una lignina que consista casi enteramente en G con cantidades pequeñas de H. El de Dicotyledonic angioespermas está a menudo una mezcla de G y de S (con H muy pequeño), y monocotyledonic la lignina es un mixure de los tres.^[3] Muchas hierbas tienen sobre todo G, mientras que algunas palmas tienen principalmente S.^{[citación necesitada]} Todos los lignins contienen cantidades pequeñas de monolignols incompletos o modificados, y otros monomers son prominentes en plantas no-arboladas.^[11]

Biosíntesis

Lignina biosíntesis (Cuadro 4) comienza en cytosol con la síntesis de glycosylated monolignols del aminoácido phenylalanine. Estos primeros reacciones se comparten con el camino del phenylpropanoid. Unido glucosa hace los soluble en agua y menos tóxico. Transportado una vez con membrana de la célula a apoplast, se quita la glucosa y la polimerización comienza.^{[citación necesitada]} Mucho sobre su anabolism no se entiende incluso después más que un siglo del estudio.^[3]

polimerización el paso, de que es un acoplador radical-radical, es catalizado por enzimas oxidative. Ambos peroxidase y laccase las enzimas están presentes en planta membranas celulares, y no se sabe si uno o ambos grupos participa en la polimerización. Los oxidantes de poco peso molecular pudieron también estar implicados. La enzima oxidative catálisis la formación del monolignol radicales. Estos radicales se dicen a menudo para experimentar uncatalyzed el acoplador para formar la lignina polímero, solamente esta hipótesis se ha desafiado recientemente.^[12] La teoría alternativa que implica un control biologial sin especificar sin embargo no es aceptada por la mayoría del científico en el campo.

Pirolisis

Pirolisis de la lignina durante combustión de la madera o carbón de leña la producción rinde una gama de los productos, de los cuales los más característicos están methoxy fenoles. De ésos, el más importantes están guaiacol y syringol y sus derivados; su presencia se puede utilizar al rastro a humo fuente a un fuego de madera. En el cocinar, lignina bajo la forma de madera dura es una fuente importante de estos dos productos químicos a los cuales imparta el aroma característico y pruebe alimentos smoked.

Referencias

1. ^ Lebo, Estuardo E. Jr.; Gargulak, D. Jerry. y McNally, Timothy J. (2001). "Lignina". Enciclopedia de Othmer del ‑ de Kirk de la tecnología química. John Wiley & Sons, Inc. DOI:10.1002/0471238961.12090714120914.a01.pub2. Recuperado encendido 2007-10-14. 
2. ^ ^{a b} E. Sjöström (1993). Química de madera: Fundamentales y usos. Prensa académica. 
3. ^ ^{a b c d} W. Boerjan, J. Ralph, M. Baucher (el Jun de 2003). “Bios de la lignina”. Anuncio. Inversor de corriente. Biol de la planta. 54: 519-549. doi:10.1146/annurev.arplant.54.031902.134938. 
4. ^ M. Chabannes, y otros. (2001). "In situ el análisis de lignins en tabaco transgenic revela un impacto diferenciado de transformaciones individuales en los patrones espaciales de la deposición de la lignina en los niveles celulares y subcelulares ". Planta J. 28: 271-282. doi:10.1046/j.1365-313X.2001.01159.x. 
5. ^ ^{a b} K.V. Sarkanen y C.H. Ludwig (eds) (1971). Lignins: Ocurrencia, formación, estructura, y reacciones. Nueva York: Wiley Intersci. 
6. ^ Carlile, Michael J.; Sarah C. Watkinson (1994). Los hongos. Prensa académica. ISBN 0-12-159959-0. 
7. ^ Aplicaciones de la lignina de reducir a pulpa del sulfito. Recuperado encendido 2007-09-10.
8. ^ El plástico verde produjo del material del biojoule Lanzamiento de prensa de las tecnologías de BioJoule, 12 de julio de 2007.
9. ^ Lignina y sus características: Glosario de la nomenclatura de la lignina. Diálogo/volumen 9, número 1 de los boletines de noticias. Instituto de la lignina (el julio de 2001). Recuperado encendido 2007-10-14.
10. ^ K. Freudenberg y A.C. Nash (eds) (1968). Constitución y biosíntesis de la lignina. Berlín: Springer-Verlag. 
11. ^ J. Ralph, y otros. (2001). “Aclaración de nuevas estructuras en los lignins de las plantas del cad y COMT-deficientes por NMR”. Phytochem. 57: 993-1003. doi:10.1016/S0031-9422 (01) 00109-1. 
12. ^ Davin, L.B.; Lewis, N.G. (2005). “Estructuras primarias de la lignina y sitios dirigent”. Opinión actual en biotecnología 16: 407-415. doi:10.1016/j.copbio.2005.06.011. 

Acoplamientos externos

• Camino de la biosíntesis de la lignina
• El instituto de la lignina Un sitio promocional por una asociación comercial de los fabricantes y de los usuarios de la lignina.