లిగ్నిన్

From LTRC
Idealized structure of lignin from a softwood

లిగ్నిన్ (Lignin) అనేది సంక్లిష్టమైన సేంద్రీయ పాలిమర్ల తరగతికి చెందినది, ఇవి చాలా మొక్కల ఆధార కణజాలాలలో కీలకమైన నిర్మాణ పదార్థాలను ఏర్పరుస్తాయి.[1] లిగ్నిన్లు ముఖ్యంగా కణ కవచాల నిర్మాణంలో, ప్రత్యేకించి కలప మరియు బెరడులో చాలా ముఖ్యమైనవి, ఎందుకంటే ఇవి దృఢత్వాన్ని ఇస్తాయి మరియు సులభంగా కుళ్ళిపోవు. రసాయనికంగా, లిగ్నిన్లు ఫినోలిక్ పూర్వగాముల క్రాస్-లింకింగ్ ద్వారా తయారైన పాలిమర్లు.[2]

చరిత్ర

లిగ్నిన్ గురించి మొదటిసారిగా 1813లో స్విస్ వృక్షశాస్త్రజ్ఞుడు ఎ. పి. డి కాండోల్ పేర్కొన్నారు, ఆయన దీనిని పీచులాంటి, రుచి లేని పదార్థంగా వర్ణించారు, ఇది నీరు మరియు ఆల్కహాల్‌లో కరగదు కానీ బలహీనమైన క్షార ద్రావణాలలో కరుగుతుంది, మరియు ఆమ్లాన్ని ఉపయోగించి ద్రావణం నుండి అవక్షేపించవచ్చు.[3] ఆయన ఈ పదార్థానికి "లిగ్నిన్" అని పేరు పెట్టారు, ఇది లాటిన్ పదం lignum నుండి ఉద్భవించింది,[4] అంటే కలప అని అర్థం. ఇది భూమిపై అత్యంత సమృద్ధిగా ఉన్న సేంద్రీయ పాలిమర్లలో ఒకటి, ఇది సెల్యులోజ్ మరియు కైటిన్ తర్వాత స్థానంలో ఉంది. భూమిపై ఉన్న భూసంబంధిత శిలాజ రహిత సేంద్రీయ కార్బన్లో 30% మరియు కలప యొక్క పొడి ద్రవ్యరాశిలో 20 నుండి 35% లిగ్నిన్ ఉంటుంది.[5][6]

లిగ్నిన్ ఎర్ర శైవలాలలో కూడా ఉంటుంది, ఇది మొక్కలు మరియు ఎర్ర శైవలాల యొక్క ఉమ్మడి పూర్వీకుడు లిగ్నిన్‌ను సంశ్లేషణ చేయడానికి ముందే అనుకూలతను కలిగి ఉండవచ్చని సూచిస్తుంది. ఈ ఆవిష్కరణ లిగ్నిన్ యొక్క అసలు పనితీరు నిర్మాణపరమైనది అని కూడా సూచిస్తుంది, ఎందుకంటే ఇది ఎర్ర శైవలం Calliarthronలో ఈ పాత్రను పోషిస్తుంది, అక్కడ ఇది కాల్సిఫైడ్ విభాగాల మధ్య కీళ్లకు మద్దతు ఇస్తుంది.[7]

నిర్మాణం మరియు సంఘటనం

లిగ్నిన్ యొక్క సంఘటనం జాతిని బట్టి మారుతూ ఉంటుంది. ఒక ఆస్పెన్[8] నమూనా నుండి సంఘటనానికి ఉదాహరణగా 63.4% కార్బన్, 5.9% హైడ్రోజన్, 0.7% బూడిద (ఖనిజ భాగాలు), మరియు 30% ఆక్సిజన్ (తేడాతో),[9] ఇది సుమారుగా (C31H34O11)n ఫార్ములాకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.

లిగ్నిన్ అనేది కొన్ని లిగ్నాల్ పూర్వగాముల నుండి ఉద్భవించిన అత్యంత విభిన్నమైన పాలిమర్ల సమాహారం. ఈ లిగ్నాల్‌ల మధ్య క్రాస్-లింకింగ్ యొక్క వైవిధ్యం మరియు స్థాయి నుండి వైవిధ్యం ఏర్పడుతుంది. క్రాస్‌లింక్ చేసే లిగ్నాల్‌లు మూడు ప్రధాన రకాలు, అన్నీ ఫినైల్‌ప్రోపీన్ నుండి ఉద్భవించాయి: కోనిఫెరిల్ ఆల్కహాల్ (3-మెథాక్సీ-4-హైడ్రాక్సీఫినైల్‌ప్రోపెనోల్; దీని రాడికల్, G, కొన్నిసార్లు గ్వాయాసిల్ అని పిలువబడుతుంది), సినాపిల్ ఆల్కహాల్ (3,5-డైమెథాక్సీ-4-హైడ్రాక్సీఫినైల్‌ప్రోపెనోల్; దీని రాడికల్, S, కొన్నిసార్లు సిరింగిల్ అని పిలువబడుతుంది), మరియు పారా-కౌమరిల్ ఆల్కహాల్ (4-హైడ్రాక్సీఫినైల్‌ప్రోపెనోల్; దీని రాడికల్, H, కొన్నిసార్లు 4-హైడ్రాక్సీఫినైల్ అని పిలువబడుతుంది).

పూర్వగామి "మోనోమర్లు" (లిగ్నాల్‌లు లేదా మోనోలిగ్నాల్‌లు) యొక్క సాపేక్ష పరిమాణాలు మొక్కల మూలాన్ని బట్టి మారుతూ ఉంటాయి.[5] లిగ్నిన్లు సాధారణంగా వాటి సిరింగిల్/గ్వాయాసిల్ (S/G) నిష్పత్తి ప్రకారం వర్గీకరించబడతాయి. జిమ్నోస్పెర్మ్స్ నుండి వచ్చే లిగ్నిన్ కోనిఫెరిల్ ఆల్కహాల్ నుండి ఉద్భవించింది, ఇది పైరోలిసిస్ తర్వాత Gని ఇస్తుంది. ఆంజియోస్పెర్మ్స్‌లో కొంత కోనిఫెరిల్ ఆల్కహాల్ Sగా మార్చబడుతుంది. అందువల్ల, ఆంజియోస్పెర్మ్స్‌లోని లిగ్నిన్ G మరియు S భాగాలను కలిగి ఉంటుంది.[10][11]

లిగ్నిన్ యొక్క అణు ద్రవ్యరాశి 10,000 u కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఇది ఆరోమాటిక్ సబ్‌యూనిట్‌లతో సమృద్ధిగా ఉన్నందున హైడ్రోఫోబిక్ (నీటిని వికర్షించేది)గా ఉంటుంది. పదార్థం వైవిధ్యంగా ఉన్నందున పాలిమరైజేషన్ స్థాయిని కొలవడం కష్టం. వేర్వేరు రకాల లిగ్నిన్‌లు వేరుచేసే పద్ధతులను బట్టి వర్ణించబడ్డాయి.[12]

The three common monolignols: paracoumaryl alcohol, H coniferyl alcohol, G sinapyl alcohol, S

చాలా గడ్డి జాతులలో ఎక్కువగా G ఉంటుంది, కొన్ని తాటి జాతులలో ప్రధానంగా S ఉంటుంది.[13] అన్ని లిగ్నిన్‌లలో తక్కువ మొత్తంలో అసంపూర్ణ లేదా మార్పు చెందిన మోనోలిగ్నాల్‌లు ఉంటాయి, మరియు ఇతర మోనోమర్లు కలప లేని మొక్కలలో ప్రముఖంగా ఉంటాయి.[14]

జీవసంబంధమైన పనితీరు

లిగ్నిన్ కణ కవచంలోని సెల్యులోజ్, హెమిసెల్యులోజ్ మరియు పెక్టిన్ భాగాల మధ్య ఖాళీలను నింపుతుంది, ముఖ్యంగా వాస్కులర్ మరియు ఆధార కణజాలాలలో: జైలమ్ ట్రాకీడ్లు, వెసల్ ఎలిమెంట్స్ మరియు స్క్లెరీడ్ కణాలు.

మొక్కల కాండాలలో నీరు మరియు పోషకాలను రవాణా చేయడంలో లిగ్నిన్ కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. మొక్కల కణ కవచాలలోని పాలీసాకరైడ్ భాగాలు అత్యంత హైడ్రోఫిలిక్ (నీటిని ఆకర్షించేవి) మరియు అందువల్ల నీటికి పారగమ్యత కలిగి ఉంటాయి, అయితే లిగ్నిన్ మరింత హైడ్రోఫోబిక్గా ఉంటుంది. లిగ్నిన్ ద్వారా పాలీసాకరైడ్ల క్రాస్-లింకింగ్ కణ కవచానికి నీటి శోషణకు అడ్డంకిగా ఉంటుంది. అందువల్ల, లిగ్నిన్ మొక్క యొక్క వాస్కులర్ కణజాలం నీటిని సమర్థవంతంగా రవాణా చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.[15] లిగ్నిన్ అన్ని వాస్కులర్ మొక్కలలో ఉంటుంది,[16] కానీ బ్రియోఫైట్స్లో ఉండదు, ఇది లిగ్నిన్ యొక్క అసలు పనితీరు నీటి రవాణాకు మాత్రమే పరిమితమైందనే ఆలోచనకు మద్దతు ఇస్తుంది.

ఇది హెమిసెల్యులోజ్కు సహసంయోజక బంధంతో అనుసంధానించబడి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల వివిధ మొక్కల పాలీసాకరైడ్లను క్రాస్-లింక్ చేస్తుంది, ఇది కణ కవచానికి మరియు తద్వారా మొత్తం మొక్కకు యాంత్రిక బలాన్ని ఇస్తుంది.[17] దీని అత్యంత సాధారణ పనితీరు వాస్కులర్ మొక్కలలో కలప (ప్రధానంగా జైలమ్ కణాలు మరియు లిగ్నిఫైడ్ స్క్లెరెన్చైమా ఫైబర్‌లతో కూడి ఉంటుంది) బలోపేతం చేయడం ద్వారా మద్దతు ఇవ్వడం.[18][19][20]

చివరగా, లిగ్నిన్ వ్యాధికారక క్రిములు చొరబడిన ప్రదేశంలో పేరుకుపోవడం ద్వారా వ్యాధి నిరోధకతను కూడా కలిగిస్తుంది, ఇది మొక్క కణాన్ని కణ కవచ క్షీణతకు తక్కువ అందుబాటులో ఉండేలా చేస్తుంది.[21]

డీలిగ్నిఫికేషన్

In pulp mills (like this one in Blankenstein, Germany) using the kraft or the sulfite process, lignin is removed from lignocellulose to yield pulp for papermaking.

పల్ప్ మరియు పేపర్ పరిశ్రమ కలప మరియు కొన్ని సంబంధిత మొక్కల నుండి లిగ్నిన్‌ను తొలగించడంపై ఎక్కువగా దృష్టి పెడుతుంది. కలపలో సుమారు 30% లిగ్నిన్ ఉంటుంది, మిగిలినది సెల్యులోజ్, ఇది కాగితం యొక్క ప్రధాన భాగం, మరియు తక్కువ మొత్తంలో హెమిసెల్యులోజ్ ఉంటుంది. కాగితం తయారీలో తిరిగి పొందిన లిగ్నిన్‌లో కొంత భాగం మాత్రమే ఉపయోగించబడుతుంది. తక్కువ పరిమాణంలో అనేక అనువర్తనాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి, ఇక్కడ నాణ్యత కంటే రూపం ముఖ్యమైనది.[22]

వివిధ రసాయనాల ద్రావణంలో చెక్క ముక్కలను "ఉడికించడం" ద్వారా డీలిగ్నిఫికేషన్ సాధించబడుతుంది. క్రాఫ్ట్ ప్రక్రియలో, ఇది ఆధిపత్య సాంకేతికత, సోడియం సల్ఫైడ్ మరియు సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ యొక్క జల ద్రావణం ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ విధంగా తొలగించబడిన లిగ్నిన్ సాధారణంగా పేపర్ మిల్లుకు శక్తినివ్వడానికి కాల్చబడుతుంది. సల్ఫైడ్, లేదా మరింత ఖచ్చితంగా హైడ్రోసల్ఫైడ్ (SH-), లిగ్నిన్‌ను డీపాలిమరైజ్ చేస్తుంది. క్రాఫ్ట్ ప్రక్రియ యొక్క ఒక లక్షణం డైమిథైల్ సల్ఫైడ్ మరియు సంబంధిత దుర్వాసన కలిగిన ఆర్గానోసల్ఫర్ సమ్మేళనాల ఏర్పాటు. సల్ఫైట్ పల్పింగ్‌లో, డీలిగ్నిఫై చేయడానికి సల్ఫైట్ లవణాలు ఉపయోగించబడతాయి. ఈ సాంకేతికత లిగ్నోసల్ఫోనేట్లను సహ-ఉత్పత్తి చేస్తుంది. క్రాఫ్ట్ ప్రక్రియ నుండి కాగితం కొంత లిగ్నిన్‌ను కలిగి ఉంటుంది మరియు తద్వారా గోధుమ రంగులో ఉంటుంది. క్రాఫ్ట్ ఉత్పత్తి కంటే తక్కువ బలం కలిగినది సల్ఫైట్ కాగితం, ఇది తెల్లగా ఉంటుంది.[23]

లిగ్నోసల్ఫోనేట్ల కోసం అనేక అనువర్తనాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి.[24] ఇవి డిస్పర్సెంట్స్, హ్యూమెక్టెంట్స్, ఎమల్షన్ స్టెబిలైజర్లు మరియు సీక్వెస్ట్రెంట్స్ (నీటి శుద్ధి)గా ఉపయోగించబడతాయి.[25] లిగ్నోసల్ఫోనేట్ కాంక్రీటు కోసం నీటిని తగ్గించేవి లేదా సూపర్ ప్లాస్టిసైజర్లుగా పరిశోధించబడింది.

సెల్యులోజ్ తర్వాత అత్యంత విస్తృతంగా ఉన్న బయోపాలిమర్ కావడంతో, లిగ్నిన్ బయోఫ్యూయల్ ఉత్పత్తికి ఫీడ్‌స్టాక్‌గా పరిశోధించబడింది.[26][27]

బయోసింథసిస్

లిగ్నిన్ బయోసింథసిస్ సైటోసోల్లో అమైనో ఆమ్లం ఫినైల్ అలనైన్ నుండి గ్లైకోసైలేటెడ్ మోనోలిగ్నాల్‌ల సంశ్లేషణతో ప్రారంభమవుతుంది. ఈ మొదటి రసాయన చర్యలు ఫినైల్‌ప్రొపనోయిడ్ మార్గంతో పంచుకోబడతాయి. జతచేయబడిన గ్లూకోజ్ వాటిని నీటిలో కరిగేలా మరియు తక్కువ విషపూరితంగా చేస్తుంది. కణ త్వచం ద్వారా అపోప్లాస్ట్లోకి రవాణా చేయబడిన తర్వాత, గ్లూకోజ్ తొలగించబడుతుంది మరియు పాలిమరైజేషన్ ప్రారంభమవుతుంది.[28] ఒక శతాబ్దానికి పైగా అధ్యయనం చేసిన తర్వాత కూడా దాని అనాబాలిజం గురించి చాలా వరకు అర్థం కాలేదు.[5]

Initial stages in the formation of lignin from coniferyl alcohol. The reaction is catalysed byoxidative enzymes, peroxidases or oxidases. Lignan is a precursor to lignin.

పాలిమరైజేషన్ దశ, అంటే రాడికల్-రాడికల్ కప్లింగ్, ఆక్సిడేటివ్ ఎంజైమ్‌ల ద్వారా ఉత్ప్రేరకపరచబడుతుంది. పెరాక్సిడేస్ మరియు లాకేస్ ఎంజైమ్‌లు రెండూ మొక్కల కణ కవచాలలో ఉంటాయి, మరియు ఈ సమూహాలలో ఒకటి లేదా రెండు పాలిమరైజేషన్‌లో పాల్గొంటాయో లేదో తెలియదు. తక్కువ అణు భారం కలిగిన ఆక్సిడెంట్లు కూడా ఇందులో ఉండవచ్చు. ఆక్సిడేటివ్ ఎంజైమ్ మోనోలిగ్నాల్ రాడికల్స్ ఏర్పాటును ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది. ఈ రాడికల్స్ తరచుగా లిగ్నిన్ పాలిమర్‌ను ఏర్పరచడానికి ఉత్ప్రేరకం లేని కప్లింగ్‌కు లోనవుతాయని చెప్పబడింది.[29] ప్రత్యామ్నాయ సిద్ధాంతం పేర్కొనబడని జీవ నియంత్రణను సూచిస్తుంది.[1]

బయోడిగ్రేడేషన్

ఇతర బయో-పాలిమర్‌లతో (ఉదా. ప్రోటీన్లు, DNA, మరియు సెల్యులోజ్ కూడా) పోలిస్తే, లిగ్నిన్ క్షీణతను నిరోధిస్తుంది. ఇది ఆమ్ల మరియు క్షార-ఉత్ప్రేరక జలవిశ్లేషణ రెండింటికీ రోగనిరోధక శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. క్షీణత సామర్థ్యం జాతులు మరియు మొక్కల కణజాల రకాన్ని బట్టి మారుతుంది. ఉదాహరణకు, సిరింగిల్ (S) లిగ్నిన్ శిలీంధ్రాల క్షయం ద్వారా క్షీణతకు ఎక్కువ అవకాశం కలిగి ఉంటుంది, ఎందుకంటే ఇది గ్వాయాసిల్ యూనిట్ల కంటే తక్కువ ఆరిల్-ఆరిల్ బంధాలను మరియు తక్కువ రెడాక్స్ పొటెన్షియల్‌ను కలిగి ఉంటుంది.[30][31] ఇది ఇతర కణ కవచ భాగాలతో క్రాస్-లింక్ చేయబడినందున, లిగ్నిన్ సెల్యులోజ్ మరియు హెమిసెల్యులోజ్ యొక్క సూక్ష్మజీవుల ఎంజైమ్‌లకు (ఉదా. స్టెరిక్ హిండరెన్స్) ప్రాప్యతను తగ్గిస్తుంది, ఇది బయోమాస్ యొక్క జీర్ణక్రియను తగ్గిస్తుంది.[15]

కొన్ని లిగ్నినోలైటిక్ ఎంజైమ్‌లలో లిగ్నిన్ పెరాక్సిడేస్, మాంగనీస్ పెరాక్సిడేస్, వెర్సటైల్ పెరాక్సిడేస్, మరియు డై-డీకలరైజింగ్ పెరాక్సిడేస్ వంటి హీమ్ పెరాక్సిడేస్ అలాగే రాగి ఆధారిత లాకేస్ ఉన్నాయి. లిగ్నిన్ పెరాక్సిడేస్ ఫినోలిక్ కాని లిగ్నిన్‌ను ఆక్సీకరణం చేస్తుంది, అయితే మాంగనీస్ పెరాక్సిడేస్ ఫినోలిక్ నిర్మాణాలను మాత్రమే ఆక్సీకరణం చేస్తుంది. డై-డీకలరైజింగ్ పెరాక్సిడేస్, లేదా DyPs, విస్తృత శ్రేణి లిగ్నిన్ మోడల్ సమ్మేళనాలపై ఉత్ప్రేరక చర్యను ప్రదర్శిస్తాయి, కానీ వాటి in vivo సబ్‌స్ట్రేట్ తెలియదు. సాధారణంగా, లాకేస్ ఫినోలిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఆక్సీకరణం చేస్తుంది కానీ కొన్ని శిలీంధ్ర లాకేస్‌లు సింథటిక్ రెడాక్స్ మధ్యవర్తుల సమక్షంలో ఫినోలిక్ కాని సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఆక్సీకరణం చేస్తాయని చూపబడింది.[32][33]

శిలీంధ్రాల ద్వారా లిగ్నిన్ క్షీణత

బాగా అధ్యయనం చేయబడిన లిగ్నినోలైటిక్ ఎంజైమ్‌లు Phanerochaete chrysosporium[34] మరియు ఇతర వైట్ రాట్ శిలీంధ్రాలలో కనిపిస్తాయి. Ceriporiopsis subvermispora వంటి కొన్ని వైట్ రాట్ శిలీంధ్రాలు లిగ్నోసెల్యులోజ్లోని లిగ్నిన్‌ను క్షీణింపజేయగలవు, కానీ ఇతరులకు ఈ సామర్థ్యం లేదు. చాలా శిలీంధ్ర లిగ్నిన్ క్షీణత స్రవించే పెరాక్సిడేస్‌లను కలిగి ఉంటుంది. అనేక శిలీంధ్ర లాకేస్‌లు కూడా స్రవించబడతాయి, ఇవి ఫినోలిక్ లిగ్నిన్-ఉత్పన్న సమ్మేళనాల క్షీణతను సులభతరం చేస్తాయి, అయినప్పటికీ అనేక ఇంట్రాసెల్యులర్ శిలీంధ్ర లాకేస్‌లు కూడా వర్ణించబడ్డాయి. శిలీంధ్ర లిగ్నిన్ క్షీణత యొక్క ఒక ముఖ్యమైన అంశం లిగ్నిన్ పెరాక్సిడేస్ మరియు ఇతర హీమ్ పెరాక్సిడేస్‌ల పనితీరుకు అవసరమైన H2O2ను ఉత్పత్తి చేయడానికి అనుబంధ ఎంజైమ్‌ల చర్య.[32]

బ్యాక్టీరియా ద్వారా లిగ్నిన్ క్షీణత

బ్యాక్టీరియా లిగ్నిన్‌ను క్షీణింపజేయడానికి శిలీంధ్రాలు ఉపయోగించే చాలా ఎంజైమ్‌లను కలిగి ఉండవు, మరియు లిగ్నిన్ ఉత్పన్నాలు (అలిఫాటిక్ ఆమ్లాలు, ఫ్యూరాన్లు మరియు కరిగిన ఫినోలిక్స్) బ్యాక్టీరియా పెరుగుదలను నిరోధిస్తాయి.[35] అయినప్పటికీ, బ్యాక్టీరియా క్షీణత చాలా విస్తృతంగా ఉంటుంది,[36] ముఖ్యంగా సరస్సులు, నదులు మరియు ప్రవాహాలు వంటి జల వ్యవస్థలలో, ఇక్కడ భూసంబంధిత పదార్థాల (ఉదా. ఆకుల చెత్త) ఇన్‌పుట్‌లు జలమార్గాలలోకి ప్రవేశించగలవు. బ్యాక్టీరియా యొక్క లిగ్నినోలైటిక్ చర్య 1930లో మొదటిసారిగా వర్ణించబడినప్పటికీ విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడలేదు. అనేక బ్యాక్టీరియా DyPs వర్ణించబడ్డాయి. బ్యాక్టీరియా ఏ మొక్క-రకం పెరాక్సిడేస్‌లను (లిగ్నిన్ పెరాక్సిడేస్, Mn పెరాక్సిడేస్, లేదా వెర్సటైల్ పెరాక్సిడేస్) వ్యక్తపరచవు, కానీ నాలుగు DyP తరగతులలో మూడు బ్యాక్టీరియాలో మాత్రమే కనిపిస్తాయి. శిలీంధ్రాలకు భిన్నంగా, లిగ్నిన్ క్షీణతలో పాల్గొనే చాలా బ్యాక్టీరియా ఎంజైమ్‌లు ఇంట్రాసెల్యులర్, ఇందులో రెండు తరగతుల DyP మరియు చాలా బ్యాక్టీరియా లాకేస్‌లు ఉన్నాయి.[33]

పర్యావరణంలో, లిగ్నిన్ బ్యాక్టీరియా ద్వారా బయోటిక్‌గా లేదా ఫోటోకెమికల్ మార్పు ద్వారా అబియోటిక్‌గా క్షీణించవచ్చు, మరియు తరచుగా రెండోది మొదటిదానికి సహాయపడుతుంది.[37] కాంతి ఉనికి లేదా లేకపోవడంతో పాటు, బ్యాక్టీరియా కమ్యూనిటీ కూర్పు, ఖనిజ సంఘాలు మరియు రెడాక్స్ స్థితితో సహా అనేక పర్యావరణ కారకాలు లిగ్నిన్ యొక్క బయోడిగ్రేడబిలిటీని ప్రభావితం చేస్తాయి.[38][39]

షిప్‌వార్మ్స్‌లో, అది తీసుకునే లిగ్నిన్ దాని సీకమ్ యొక్క టైఫ్లోసోల్ సబ్-ఆర్గన్‌లోని "ఆల్టెరోమోనాస్-వంటి సబ్-గ్రూప్" బ్యాక్టీరియా సింబియోంట్స్ ద్వారా జీర్ణం చేయబడుతుంది.[40]

పైరోలిసిస్

కలప లేదా బొగ్గు ఉత్పత్తి యొక్క దహనం సమయంలో లిగ్నిన్ యొక్క పైరోలిసిస్ అనేక ఉత్పత్తులను ఇస్తుంది, వాటిలో అత్యంత లక్షణమైనవి మెథాక్సీ-ప్రతిక్షేపించబడిన ఫినాల్స్. వాటిలో, అత్యంత ముఖ్యమైనవి గ్వాయాకోల్ మరియు సిరింగోల్ మరియు వాటి ఉత్పన్నాలు. వాటి ఉనికిని పొగ మూలాన్ని కలప మంటకు గుర్తించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. వంటలో, హార్డ్‌వుడ్ రూపంలో ఉన్న లిగ్నిన్ ఈ రెండు సమ్మేళనాలకు ముఖ్యమైన మూలం, ఇవి స్మోక్డ్ ఫుడ్స్ (ఉదా. బార్బెక్యూ)కు లక్షణమైన సువాసన మరియు రుచిని ఇస్తాయి. స్మోక్డ్ హామ్ యొక్క ప్రధాన రుచి సమ్మేళనాలు గ్వాయాకోల్, మరియు దాని 4-, 5-, మరియు 6-మిథైల్ ఉత్పన్నాలు అలాగే 2,6-డైమిథైల్ ఫినాల్. ఈ సమ్మేళనాలు స్మోక్‌హౌస్‌లో ఉపయోగించే కలపలోని లిగ్నిన్ యొక్క ఉష్ణ విచ్ఛిన్నం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి.[41]

రసాయన విశ్లేషణ

ప్రధాన వ్యాసం: Lignin characterization పల్ప్ పరిశ్రమలో లిగ్నిన్ పరిమాణాన్ని నిర్ణయించడానికి సాంప్రదాయ పద్ధతి క్లాసన్ లిగ్నిన్ మరియు యాసిడ్-సాల్యుబుల్ లిగ్నిన్ పరీక్ష, ఇవి ప్రామాణిక విధానాలు. సెల్యులోజ్ ఆమ్లం సమక్షంలో ఉష్ణంగా జీర్ణం చేయబడుతుంది. అవశేషాన్ని క్లాసన్ లిగ్నిన్ అని పిలుస్తారు. యాసిడ్-సాల్యుబుల్ లిగ్నిన్ (ASL) దాని అల్ట్రావైలెట్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ తీవ్రత ద్వారా లెక్కించబడుతుంది. కార్బోహైడ్రేట్ కూర్పును క్లాసన్ లిక్కర్స్ నుండి కూడా విశ్లేషించవచ్చు, అయినప్పటికీ చక్కెర విచ్ఛిన్న ఉత్పత్తులు (ఫర్ఫ్యూరల్ మరియు 5-హైడ్రాక్సీమిథైల్ ఫర్ఫ్యూరల్) ఉండవచ్చు.[42]

హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం మరియు ఫ్లోరోగ్లూసినాల్ ద్రావణం లిగ్నిన్ (వీస్నర్ పరీక్ష) గుర్తింపు కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. లిగ్నిన్‌లోని కోనిఫెరాల్డిహైడ్ సమూహాల ఉనికి కారణంగా మెరిసే ఎరుపు రంగు అభివృద్ధి చెందుతుంది.[43]

థియోగైకోలిసిస్ అనేది లిగ్నిన్ పరిమాణాన్ని నిర్ణయించడానికి ఒక విశ్లేషణాత్మక సాంకేతికత.[44] లిగ్నిన్ నిర్మాణాన్ని కంప్యూటేషనల్ సిమ్యులేషన్ ద్వారా కూడా అధ్యయనం చేయవచ్చు.[45]

లిగ్నిన్‌లను విశ్లేషించడానికి టెట్రామిథైలామోనియం హైడ్రాక్సైడ్ (TMAH) లేదా క్యుప్రిక్ ఆక్సైడ్[46]తో థర్మోకెమోలిసిస్ (శూన్యంలో మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఒక పదార్థాన్ని రసాయనికంగా విచ్ఛిన్నం చేయడం) కూడా ఉపయోగించబడింది. సిరింగైల్ లిగ్నోల్ (S) కు వానిలైల్ లిగ్నోల్ (V) కు మధ్య గల నిష్పత్తి మరియు సిన్నమైల్ లిగ్నోల్ (C) కు వానిలైల్ లిగ్నోల్ (V) కు మధ్య గల నిష్పత్తి మొక్క రకాన్ని బట్టి మారుతూ ఉంటుంది, కాబట్టి జల వ్యవస్థలలో మొక్కల మూలాలను (వుడీ వర్సెస్ నాన్-వుడీ మరియు ఆంజియోస్పెర్మ్ వర్సెస్ జిమ్నోస్పెర్మ్) గుర్తించడానికి దీనిని ఉపయోగించవచ్చు.[47] లిగ్నోల్స్ యొక్క కార్బాక్సిలిక్ యాసిడ్ (Ad) మరియు ఆల్డిహైడ్ (Al) రూపాల నిష్పత్తులు (Ad/Al) డయాజెనెటిక్ సమాచారాన్ని వెల్లడిస్తాయి, ఇక్కడ అధిక నిష్పత్తులు మరింత క్షీణించిన పదార్థాన్ని సూచిస్తాయి.[30][31] (Ad/Al) విలువలో పెరుగుదల ఆల్కైల్ లిగ్నిన్ సైడ్ చైన్‌పై ఆక్సీకరణ విచ్ఛేదన చర్య జరిగిందని సూచిస్తుంది, ఇది అనేక వైట్-రాట్ మరియు కొన్ని సాఫ్ట్ రాట్ ఫంగై ద్వారా కలప క్షీణతలో ఒక దశగా నిరూపించబడింది.[30][31][48][49][50]

లిగ్నిన్ మరియు దాని నమూనాలను 1H మరియు 13C NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ ద్వారా బాగా పరిశీలించారు. లిగ్నిన్‌ల నిర్మాణ సంక్లిష్టత కారణంగా, స్పెక్ట్రా తక్కువ రిజల్యూషన్‌ను కలిగి ఉంటాయి మరియు పరిమాణీకరణ (quantitation) సవాలుతో కూడుకున్నది.[51]

ఇవి కూడా చూడండి

మూలాలు

  1. ↑ 1.0 1.1 Saake, Bodo; Lehnen, Ralph (2007). “Lignin”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3527306732. doi:10.1002/14356007.a15_305.pub3.
  2. ↑ Lebo, Stuart E. Jr.; Gargulak, Jerry D.; McNally, Timothy J. (2001). “Lignin”. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Kirk‑Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-23896-6. doi:10.1002/0471238961.12090714120914.a01.pub2. Archived from the original on 2020-04-10. Retrieved 2007-10-14.
  3. ↑ de Candolle, M.A.P. (1813). Theorie Elementaire de la Botanique ou Exposition des Principes de la Classification Naturelle et de l'Art de Decrire et d'Etudier les Vegetaux. Paris: Deterville. See p. 417.
  4. ↑ E. Sjöström (1993). Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. Academic Press. ISBN 978-0-12-647480-0.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 W. Boerjan; J. Ralph; M. Baucher (June 2003). “Lignin biosynthesis”. Annu. Rev. Plant Biol.. 54 (1): 519–549. doi:10.1146/annurev.arplant.54.031902.134938. PMID 14503002.
  6. ↑ “Lignin”. Encyclopedia Britannica. 2023-10-05. Retrieved 2023-10-26.
  7. ↑ Martone, Pt; Estevez, Jm; Lu, F; Ruel, K; Denny, Mw; Somerville, C; Ralph, J (Jan 2009). “Discovery of Lignin in Seaweed Reveals Convergent Evolution of Cell-Wall Architecture.”. Current Biology. 19 (2): 169–75. Bibcode 2009CBio...19..169M. doi:10.1016/j.cub.2008.12.031. PMID 19167225. S2CID 17409200. ISSN 0960-9822.
  8. ↑ In the referenced article, the species of aspen is not specified, only that it was from Canada.
  9. ↑ Hsiang-Hui King; Peter R. Solomon; Eitan Avni; Robert W. Coughlin (Fall 1983). “Modeling Tar Composition in Lignin Pyrolysis”. Symposium on Mathematical Modeling of Biomass Pyrolysis Phenomena, Washington, D.C., 1983. p. 1. Archived from the original on 2017-08-08. Retrieved 2024-01-29.
  10. ↑ Letourneau, Dane R.; Volmer, Dietrich A. (2021-07-22). “Mass spectrometry-based methods for the advanced characterization and structural analysis of lignin: A review”. Mass Spectrometry Reviews. 42 (1): 144–188. doi:10.1002/mas.21716. PMID 34293221. S2CID 236200196. ISSN 0277-7037.
  11. ↑ Li, Laigeng; Cheng, Xiao Fei; Leshkevich, Jacqueline; Umezawa, Toshiaki; Harding, Scott A.; Chiang, Vincent L. (2001). “The Last Step of Syringyl Monolignol Biosynthesis in Angiosperms is Regulated by a Novel Gene Encoding Sinapyl Alcohol Dehydrogenase”. The Plant Cell. 13 (7): 1567–1586. doi:10.1105/tpc.010111. PMC PMC139549. PMID 11449052.
  12. ↑ “Lignin and its Properties: Glossary of Lignin Nomenclature”. Dialogue/Newsletters Volume 9, Number 1. Lignin Institute. July 2001. Archived from the original on 2007-10-09. Retrieved 2007-10-14.
  13. ↑ Kuroda K, Ozawa T, Ueno T (April 2001). “Characterization of sago palm (Metroxylon sagu) lignin by analytical pyrolysis”. J Agric Food Chem. 49 (4): 1840–7. doi:10.1021/jf001126i. PMID 11308334. S2CID 27962271.
  14. ↑ J. Ralph; et al. (2001). “Elucidation of new structures in lignins of CAD- and COMT-deficient plants by NMR”. Phytochemistry. 57 (6): 993–1003. Bibcode 2001PChem..57..993R. doi:10.1016/S0031-9422(01)00109-1. PMID 11423146. Archived from the original on 2021-04-28. Retrieved 2018-12-29.
  15. ↑ 15.0 15.1 Lignins: Occurrence, Formation, Structure, and Reactions. K.V. Sarkanen; C.H. Ludwig (eds.). New York: Wiley Intersci. 1971.
  16. ↑ Isikgor, Furkan H.; Becer, C. Remzi (2015). “Lignocellulosic biomass: a sustainable platform for the production of bio-based chemicals and polymers”. Polymer Chemistry. 6 (25): 4497–4559. arXiv:1602.01684. doi:10.1039/C5PY00263J. ISSN 1759-9954.
  17. ↑ Chabannes, M.; et al. (2001). “In situ analysis of lignins in transgenic tobacco reveals a differential impact of individual transformations on the spatial patterns of lignin deposition at the cellular and subcellular levels”. Plant J.. 28 (3): 271–282. doi:10.1046/j.1365-313X.2001.01159.x. PMID 11722770.
  18. ↑ Arms, Karen; Camp, Pamela S. (1995). Biology. Saunders College Pub. ISBN 978-0-03-050003-9.
  19. ↑ Esau, Katharine (1977). Anatomy of Seed Plants. Wiley. ISBN 978-0-471-24520-9.
  20. ↑ Wardrop; The (1969). “Eryngium sp.;”. Aust. J. Bot.. 17 (2): 229–240. doi:10.1071/bt9690229.
  21. ↑ Bhuiyan, Nazmul H; Selvaraj, Gopalan; Wei, Yangdou; King, John (February 2009). “Role of lignification in plant defense”. Plant Signaling & Behavior. 4 (2): 158–159. Bibcode 2009PlSiB...4..158B. doi:10.4161/psb.4.2.7688. PMC PMC2637510. PMID 19649200. ISSN 1559-2316.
  22. ↑ Higson, A; Smith, C (25 May 2011). “NNFCC Renewable Chemicals Factsheet: Lignin”. Archived from the original on 20 July 2011.
  23. ↑ Ragnar, M.; Henriksson, G.; Lindström, M. E.; Wimby, M.; Blechschmidt, J., & Heinemann, S. (2014). “Pulp”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a18_545.pub4.
  24. ↑ “Uses of lignin from sulfite pulping”. Archived from the original on 2007-10-09. Retrieved 2007-09-10.
  25. ↑ Barbara A. Tokay (2000). “Biomass Chemicals”. Ullmann's Encyclopedia Of Industrial Chemistry. ISBN 978-3-527-30673-2. doi:10.1002/14356007.a04_099.
  26. ↑ Folkedahl, Bruce (2016). “Cellulosic ethanol: what to do with the lignin”. Biomass. Retrieved 2016-08-10.
  27. ↑ Abengoa (2016-04-21). The importance of lignin for ethanol production. Retrieved 2016-08-10.
  28. ↑ Samuels AL, Rensing KH, Douglas CJ, Mansfield SD, Dharmawardhana DP, Ellis BE (November 2002). “Cellular machinery of wood production: differentiation of secondary xylem in Pinus contorta var. latifolia”. Planta. 216 (1): 72–82. Bibcode 2002Plant.216...72A. doi:10.1007/s00425-002-0884-4. PMID 12430016. S2CID 20529001.
  29. ↑ Davin, L.B.; Lewis, N.G. (2005). “Lignin primary structures and dirigent sites”. Current Opinion in Biotechnology. 16 (4): 407–415. doi:10.1016/j.copbio.2005.06.011. PMID 16023847.
  30. ↑ 30.0 30.1 30.2 Vane, C. H.; et al. (2003). “Biodegradation of Oak (Quercus alba) Wood during Growth of the Shiitake Mushroom (Lentinula edodes): A Molecular Approach”. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 51 (4): 947–956. doi:10.1021/jf020932h. PMID 12568554.
  31. ↑ 31.0 31.1 31.2 Vane, C. H.; et al. (2006). “Bark decay by the white-rot fungus Lentinula edodes: Polysaccharide loss, lignin resistance and the unmasking of suberin”. International Biodeterioration & Biodegradation. 57 (1): 14–23. Bibcode 2006IBiBi..57...14V. doi:10.1016/j.ibiod.2005.10.004.
  32. ↑ 32.0 32.1 Gadd, Geoffrey M; Sariaslani, Sima (2013). Advances in applied microbiology. Vol. 82. Oxford: Academic. pp. 1–28. ISBN 978-0-12-407679-2. OCLC 841913543.
  33. ↑ 33.0 33.1 de Gonzalo, Gonzalo; Colpa, Dana I.; Habib, Mohamed H.M.; Fraaije, Marco W. (2016). “Bacterial enzymes involved in lignin degradation”. Journal of Biotechnology. 236: 110–119. doi:10.1016/j.jbiotec.2016.08.011. hdl:11370/88943b84-8228-4612-8315-daac2b3b31ae. PMID 27544286.
  34. ↑ Tien, M (1983). “Lignin-Degrading Enzyme from the Hymenomycete Phanerochaete chrysosporium Burds.”. Science. 221 (4611): 661–3. Bibcode 1983Sci...221..661T. doi:10.1126/science.221.4611.661. PMID 17787736. S2CID 8767248.
  35. ↑ Cerisy, Tristan (May 2017). “Evolution of a Biomass-Fermenting Bacterium To Resist Lignin Phenolics”. Applied and Environmental Microbiology. 83 (11). Bibcode 2017ApEnM..83E.289C. doi:10.1128/AEM.00289-17. PMC PMC5440714. PMID 28363966.
  36. ↑ Pellerin, Brian A.; Hernes, Peter J.; Saraceno, JohnFranco; Spencer, Robert G. M.; Bergamaschi, Brian A. (May 2010). “Microbial degradation of plant leachate alters lignin phenols and trihalomethane precursors”. Journal of Environmental Quality. 39 (3): 946–954. Bibcode 2010JEnvQ..39..946P. doi:10.2134/jeq2009.0487. PMID 20400590. ISSN 0047-2425.
  37. ↑ Hernes, Peter J. (2003). “Photochemical and microbial degradation of dissolved lignin phenols: Implications for the fate of terrigenous dissolved organic matter in marine environments”. Journal of Geophysical Research. 108 (C9): 3291. Bibcode 2003JGRC..108.3291H. doi:10.1029/2002JC001421. Retrieved 2018-11-27.
  38. ↑ “Persistence of Soil Organic Matter as an Ecosystem Property”. ResearchGate. Retrieved 2018-11-27.
  39. ↑ Dittmar, Thorsten (2015-01-01). “Reasons Behind the Long-Term Stability of Dissolved Organic Matter”. Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter. pp. 369–388. ISBN 978-0-12-405940-5. doi:10.1016/B978-0-12-405940-5.00007-8.
  40. ↑ Goodell, Barry; Chambers, James; Ward, Doyle V.; Murphy, Cecelia; Black, Eileen; Mancilio, Lucca Bonjy Kikuti; Perez- Gonzalez, Gabriel; Shipway, J. Reuben (2024). “First report of microbial symbionts in the digestive system of shipworms; wood boring mollusks”. International Biodeterioration & Biodegradation. 192. Bibcode 2024IBiBi.19205816G. doi:10.1016/j.ibiod.2024.105816. article-number: 105816.
  41. ↑ Wittkowski, Reiner; Ruther, Joachim; Drinda, Heike; Rafiei-Taghanaki, Foroozan (1992). Formation of smoke flavor compounds by thermal lignin degradation. ACS Symposium Series (Flavor Precursors). Vol. 490, pp. 232–243. ISBN 978-0-8412-1346-3.
  42. ↑ “TAPPI. T 222 om-02 – Acid-insoluble lignin in wood and pulp”. Archived from the original on 2018-12-22. Retrieved 2018-03-19.
  43. ↑ Harkin, John M. (November 1966). “Lignin production and detection in wood”. U.S. Forest Service Research. Note FPL-0148. Archived from the original on 2020-03-05. Retrieved 2012-12-30.
  44. ↑ Lange, B. M.; Lapierre, C.; Sandermann, Jr (1995). “Elicitor-Induced Spruce Stress Lignin (Structural Similarity to Early Developmental Lignins)”. Plant Physiology. 108 (3): 1277–1287. doi:10.1104/pp.108.3.1277. PMC PMC157483. PMID 12228544.
  45. ↑ Glasser, Wolfgang G.; Glasser, Heidemarie R. (1974). “Simulation of Reactions with Lignin by Computer (Simrel). II. A Model for Softwood Lignin”. Holzforschung. 28 (1): 5–11, 1974. doi:10.1515/hfsg.1974.28.1.5. S2CID 95157574.
  46. ↑ Hedges, John I.; Ertel, John R. (February 1982). “Characterization of lignin by gas capillary chromatography of cupric oxide oxidation products”. Analytical Chemistry. 54 (2): 174–178. doi:10.1021/ac00239a007. ISSN 0003-2700.
  47. ↑ Hedges, John I.; Mann, Dale C. (1979-11-01). “The characterization of plant tissues by their lignin oxidation products”. Geochimica et Cosmochimica Acta. 43 (11): 1803–1807. Bibcode 1979GeCoA..43.1803H. doi:10.1016/0016-7037(79)90028-0. ISSN 0016-7037.
  48. ↑ Vane, C. H.; et al. (2001). “The effect of fungal decay (Agaricus bisporus) on wheat straw lignin using pyrolysis–GC–MS in the presence of tetramethylammonium hydroxide (TMAH)”. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 60 (1): 69–78. Bibcode 2001JAAP...60...69V. doi:10.1016/s0165-2370(00)00156-x.
  49. ↑ Vane, C. H.; et al. (2001). “Degradation of Lignin in Wheat Straw during Growth of the Oyster Mushroom (Pleurotus ostreatus) Using Off-line Thermochemolysis with Tetramethylammonium Hydroxide and Solid-State 13C NMR”. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 49 (6): 2709–2716. doi:10.1021/jf001409a. PMID 11409955.
  50. ↑ Vane, C. H.; et al. (2005). “Decay of cultivated apricot wood (Prunus armeniaca) by the ascomycete Hypocrea sulphurea, using solid state 13C NMR and off-line TMAH thermochemolysis with GC–MS.”. International Biodeterioration & Biodegradation. 55 (3): 175–185. doi:10.1016/j.ibiod.2004.11.004.
  51. ↑ Ralph, John; Landucci, Larry L. (2010). “NMR of Lignin and Lignans”. Lignin and Lignans: Advances in Chemistry. Boca Raton, FL: Taylor & Francis. pp. 137–244. ISBN 978-1-57444-486-5.

మరింత సమాచారం

  • Constitution and Biosynthesis of Lignin. Freudenberg, K.; Nash, A. C. (eds.). Berlin: Springer-Verlag. 1968.
  • Lignins: Occurrence, formation, structure and reactions; edited by K. V. Sarkanen and C. H. Ludwig, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1971

బాహ్య లింకులు

మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Lignin” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Lignin ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.

Retrieved from "https://ltrc.sciwiki.in/index.php?title=లిగ్నిన్&oldid=6096"