Bruger:Sten/Værksted2: Forskelle mellem versioner
Content deleted Content added
Nico (diskussion | bidrag) m Flertydige WL: dominans → dominans (økologi) (2) |
Sten (diskussion | bidrag) Oprettet (ved oversættelse fra wp:de |
||
Linje 1:
[[Fil:Lignin structure.svg|thumb|350px|Eksempel på en ligninstruktur]]
'''Ligniner''' (fra [[latin]]: ''lignum'' (= ”træstof”)) danner en gruppe af [[fenol]]iske [[makromolekyle]]r, der er sammensat af forskellige [[monomer]]e byggestene. Det drejer sig om faste [[biopolymer]]er, som bliver indlejret i planternes [[cellevæg]], hvor de fremkalder forvedningen af cellen (lignificering). Ca. 20-30 % af [[tørstof]]fet i forveddede planter består af lignin, og dermed er stoffet ved siden af [[cellulose]] og [[kitin]] de mest almindeligt forekommende, [[organiske forbindelser]] på jorden. Den totale produktion af lignin antages at være på ca. 20 milliarder tons pr. år.<ref name="Sitte 353">Peter Sitte, Elmar Weiler, Joachim W. Kadereit, Andreas Bresinsky og Christian Körner: ''Lignin'' i ''Lehrbuch der Botanik für Hochschulen'', 2002, ISBN 3-8274-1010-X side 353-356.</ref>
Da ligninerne er væsentlige for plantevævenes styrke, er [[evolution|udviklingen]] af de landlevende planter og især [[Træ (organisme)|træerne]] meget nøje forbundet med dannelsen af lignin. Kun med lignin kan planterne danne styrkeelementer, som giver større plantedele stabilitet udenfor vandet – i vandet sørger [[opdrift]]en for den nødvendige stabilitet.<ref>Ulrich Lüttge, Manfred Kluge og Gabriela Bauer : ''Botanik'', 5. udg., 2005, ISBN 978-3527311798 side 217</ref>
== Funktion ==
[[Fil:Sequoiadendron giganteum at Kenilworth Castle.jpg|thumb|Hos planterne kan højdevækst kun opstå på grundlag af ligninens trykstyrke.]]
Lignin har som afstivningsmateriale og hærdet [[polymer]] en række vigtige opgaver for planten. Ligniner er afgørende for plantevævenes fasthed, og i den forbindelse er de især af central betydning for trykstyrken, mens de indlejrede cellulosefibre giver trækstyrken. Det drejer sig altså om en sammenbygning af elastiske, bøjelige fibre (cellulose) med et tæt og stift polymer som fyldstof (lignin).<ref name="Sitte 95">Peter Sitte, Elmar Weiler, Joachim W. Kadereit, Andreas Bresinsky og Christian Körner: ''Sekundärwände von Faser- und Holzzellen'' i ''Lehrbuch der Botanik für Hochschulen'', 2002, ISBN 3-8274-1010-X side 95-96.</ref> De tekniske materialer [[stål]]armeret beton og [[glasfiber]]armeret plast er opbygget på tilsvarende måde.
Planter uden lignin kan ganske vis klare betydelige trækkræfter på grund af celluloseindholdet, men overfor tryk er de sårbare. Uden lignin kan der ikke dannes styrkeelementer, som giver større planter stabilitet, når saftspændingen mangler, og der kan heller ikke opbygges de tilsvarende, bærende strukturer overfor tyngdekraftens påvirkning. Ligeledes kan dannelsen af forgreninger og grensystemer, der skaffer store, virksomme flader til [[fotosyntese]], kun foregå ved stabilisering af grenene.<ref name="Raven_2012">Peter H. Raven, Ray F. Evert og Susan Eichhorn: ''Biology of Plants'', 8. udg., 2012, ISBN 978-1464117800</ref>
Desuden tjener lignin som forbindende stof for naboceller via [[midtlamel]]lerne. Det giver beskyttelse mod indtrængende vand i cellevæggene og vedligeholder på den måde karsystemerne [[xylem|ved-]] og [[phloem|sikar]] og cellernes indre. Yderligere er der en beskyttende virkning overfor [[Ultraviolet lys|UV-lys]] mekaniske skader og angreb fra skadedyr. Endelig kan lignin kun vanskeligt nedbrydes af bakterier eller svampe, og derfor hæmmer stoffet væksten af skadegørende [[mikroorganisme]]r <ref name="PBC">Hans W. Heldt og Birgit Piechulla: ''Pflanzenbiochemie'', 4. opl., 2008, ISBN 978-3-8274-1961-3, S. 420–422.</ref> ligesom det medvirker ved dannelsen af sårstof på steder med mekaniske skader.<ref name="Raven_2012" />
[[Suberin]] er et andet stof, men med en tilsvarende opbygning, som først og fremmest findes i cellevæggene hos [[Phellem|kork]].
Udviklingen af de landlevende planter og først og fremmest af [[Træ (organisme)|træerne]] er snævert forbundet med ligninsyntesen. Ligninet kan tilsvarende først findes fra og med, at disse planter opstod, mens der kun findes byggeelemeter eller ligninagtige [[polymer]]er hos de mere oprindelige planter som f.eks. [[grønalger]].<ref>C.F. Delwiche, L.E. Graham og N. Thomson: ''Lignin-like compounds and sporopollenin in Coleochaete, an algal model for land plant ancestry'' i ''Science'', 1989, 245 side 399–401.</ref> For tiden er formodningen, at lignin udgør en nyudvikling hos [[karplanter]]ne, og at stoffet dermed er et gruppekarakteristisk kendetegn ([[Autapomorfi]]) for dem.<ref name="Raven_398">Peter H. Raven, Ray F. Evert og Susan Eichhorn: ''Biology of Plants'', 8. udg., 2012, ISBN 978-1464117800 side 398</ref> Sandsynligvis blev det først skabt som et beskyttelsesstof overfor svampeinfektioner i form af sårlignin, men derefter overtog det en opbyggende funktion som [[stabilitet|stabiliserende]].<ref name="Raven_2012" /> I 2009 kunne man ganske vist påvise lignin blandt [[rødalger]]ne, nemlig hos arten ''[[Calliarthron cheilosporioides]]'' lignin.<ref>Patrick T. Martone1, José M. Estevez, Fachuang Lu, Katia Ruel, Mark W. Denny, Chris Somerville og John Ralph: ''Discovery of lignin in Seaweed Reveals Convergent Evolution of Cell-Wall Architecture'' i ''Current Biology'', 2009, 19, 2 side 169–175.</ref>
Den opdagelse fremkalder spørgsmålet, om udviklingen af lignin enten er [[konvergens|konvergent]] hos både de højere planter og hos rødalgerne, eller om den er dukket tidligt op under udviklingen af [[eukarioter]]ne og derefter blot er forsvundet fra andre organismer.
== Egenskaber ==
Lignin er et meget fast til nærmest sprødt, lysebrunt til mørkebrunt stof. Det er [[optik|optisk]] set [[isotrop]], og mens UV-lys bliver næsten fukdstændigt absorberet, sker det kun delvist med synligt lys.
Lignin er dog ikke nogen ensartet substans, men en gruppe af [[fenol]]iske makromolekyler, der bliver sammensat af forskellige [[monomer]]e byggeelementer. Derved opbygges gennem kombinationer af flere, hinanden lignende grundmolekyler en tæt, amorf masse med netværksagtig struktur. Ligninet har i modsætning til [[polysakkarid]]erne en væsentligt mindre [[polaritet (kemi)|polaritet]], og det gør stoffet vandskyende, sådan at det ikke er opløseligt i vand og mange andre [[opløsningsmiddel (kemi)|opløsningsmidler]]. Af samme grund er det meget mere tungt nedbrydeligt gennem biologiske processer end andre, naturligt forekommende stoffer.
=== Struktur og sammensætning ===
Ligniner er [[dimension (fysik)|tredimensionelle]] og [[amorfi|amorfe]] ([[polymer]]e) netværk af [[aromatisk forbindelse|aromatiske]] grundelementer, der er sammenknyttet på flere leder. Ud over aromatiske elementer indeholder de også mange andre [[organisk forbindelse|organiske forbindelser]] i [[binding (kemi)|enkelt- eller dobbeltbindinger]], og blandt dem finder man mange [[fenol]]grupper.
Det er højmolekylære ([[Molekylmasse|relativ molekylmasse]] ca. 5.000–10.000) [[derivat]]er af [[fenylpropanoid]]er, der indeholder en [[Propan]]kæde, en OH-enhed ([[hydroxyl]]), en eller to OCH<sub><small>3</small></sub>-gruppe ([[methoxyl]]) og diverse restkæder ([[alkoxyl]]- eller [[aroxyl]]-grupper, som er [[substituent]]er for [[Benzol]]ringen.<ref name="Faix">Oskar Faix: ''Chemie des Holzes.'' In: André Wagenführ, Frieder Scholz (Hrsg.): ''Taschenbuch der Holztechnik.'' Fachbuchverlag im Carl Hanser Verlag, Leipzig 2008; S.127-259. ISBN 978-3-446-22852-8.</ref> Men da makromolekylerne vokser i alle retninger, hvor særligt [[midtlamel]]lerne muliggør en kraftig udstrækning, og da de også, sekundært, er sammenkædet med hinanden, er den totale ligninmasse hos et udvokset træ sandsynligvis at sammenligne med ét sammenlagt lignin-polymermolekyle, hvis masse så løber op i flere tons.<ref name="Sitte 95" />
Afhængig af træarten er lignin sammensat af strukturer, der kan tilbageføres til de grundlægende byggestene: p-[[kumarylalkohol]], [[koniferylalkohol]] og [[sinapylalkohol]], der alle er monolignoler (se [[#Biosyntese|biosyntese]]). Da lignin opstår i en [[Radikal (kemi)|radikalproces]], hvor radikaldannelsen, men ikke den videre reaktion, er styret af [[enzym]]er, er den færdige sammenbygning og andelen af de enkelte byggestene stærkt variabel; en styret sammenbinding efter det helt samme skema eksisteret ikke.<ref name="Sitte 353" /> Ud over variationen mellem de enkelte ligningmolekyler er der også forskelleige træ- og plantearter. Det ligger i den procentuelle andel af alkoholer eller de deraf afledte [[fenol|fenylrester]]: [[Nåletræ]]-lignin indeholder mest koniferyl-enheder (ca. 90 %), som rummer en guajakylrest (3-metoxy-4-hydroxy-fenylrest) og derfor kaldes G-lignin. [[Løvtræ]]lignin indeholder vekslende andele af guajakyl- og sinapylbyggestene, der indeholder en syringylrest (3,5-metoxy-4-hydroxy-fenylrest). Syringylandelen kan ligge mellem 5 und 65 %, men de resulterende ligniner kaldes under ét for GS-lignin. Lignin i de delvist forveddede [[Græs-familien|græsser]] og andre [[enkimbladede]] er kendetegnet ved en høj andel af kumaryl-elementer (15 til 35 %), som danner ''para''-hydroxy-fenylpropan, og som danner de såkaldte HGS-ligniner sammen med en syringylandel af samme størrelse og en guajakylandel mellem 50 og 70 %.<ref name="Faix" /> Sennepssyrer og sennepsaldehyder (udgangsstoffer for de grundlæggende alkoholer).<ref name="Schopfer 33">''Die verholzte Pflanzenzelle.'' In: Schopfer & Brennicke 1999; S. 33.</ref>
Under laboratorieforhold har man forskellige reaktioner, der påviser lignin, og som er baseret på stoffets opbygning. Når man vil påvise lignin, bruger man den rødfarvning, som udløses ved en opløsning af [[floroglucin]] i [[saltsyre]]. Denne reaktion bygger på de sennepsaldehyder, der er indlejret i ligninmatrixen.<ref name="Schopfer 33" /> Man kan se nåletræers og løvtræers ligningsammensætning ved den forskellige farvning og på den måde skelne mellem de to [[ved (træstof|vedtyper]]. Nåletræer farves på denne måde kirsebærrødt, mens løvtræer bliver blåviolette.
Desuden er det muligt at få en gulfarvning med en [[anilin]/[[svovlsyre]]blanding og en violetfarvning ved hjælp af den [[Schiffske prøve]]. I en kavlitativ analyse bruges først og fremmest [[gaskromatografi]]. ved bestemmelse af ligninandelen i træstoffet bruges Klason-fremgangsmåden, hvor polysakariderne nedbrydes i en [[hydrolyse|totrinssyrehydrolyse]], hvorefter man vejer den tilbageblevne ligninrest. I forbindelse med GS-ligniner er det nødvendigt med en UV-spektroskopi af syreopløsningen, da den indeholder andele af ligninet.<ref name="Faix" />
=== Ligninandele ===
{| class="wikitable sortable float-right" width="35%" style="text-align:center"
|+ Sammensætning af plantemæssig biomasse <ref>Hans Günther Hirschberg: ''Handbuch Verfahrenstechnik und Anlagenbau.'' Springer Verlag 1999, S. 436.</ref><br/>Opgivelser i procent
|- bgcolor="lightgrey"
!
! Hexosen <br />(Cellulose)
! Pentosen <br />(Hemicelluloser)
! Lignine
|-
|align="left"|[[Nåletræ]]
|57–60
|{{0}}7–11
|27–32
|-
|align="left"|[[Birk]]eved
|45–47
|21–27
|19–20
|-
|align="left"|[[Almindelig bøg|Bøgeved]]
|50–54
|19–24
|22–23
|-
|align="left"|[[Hvede]]halm
|35–39
|22–24
|18–25
|-
|align="left"|[[Majs]]spindler
|37–44
|32–35
|15–19
|-
|align="left"|[[Sukkerrør]]sfibre
|42–50
|29–42
|{{0|<sup>[00]</sup><!--Nummer des Refs auf der rechten Seite sollte zweistellig bleiben!-->}}16–21<ref>Jaakko Pöyry Consulting Oy: ''Non-wood Fibre.'' Helsinki 1998.</ref>
|}
Tabellen ved siden af viser andele af lignin, cellulose og hemicellulose i forskellige biomasseråstoffer. Det drejer sig først og fremmest om økonomisk relevante vedtyper og celluloseholdige restprodukter.
=== Lignin som celleforstærkning ===
Planters [[cellevæg]]ge består af [[cellulose]]fibrtråde, som er indlejret i et væv af [[pektin]]er, [[hemicellulose]]r, [[protein]]er og lignin. Op til 100 enkelte cellulosemolekyler lægger sig parallelt sammen og danner de såkaldte (micellarstrenge), der bliver stabiliseret ved [[brint]]broer. Ca. 20 af disse micellarstrenge danner tilsammen en [[mikrofibril]] med en diameter på 20-30 [[nanometer|nm]]. Mikrofibrillerne kan så igen lægge sig sammen til [[makrofibril]]ler med en diameter på ca. 400 nm og med nogle indre mellemrum på ca. 10 nm. Disse interfibrillære rum tjerner bl.a. til vandtransport gennem cellevæggen, men desuden er der også indlejret større molekyler (som hemicelluloser, pektiner og lignin), som befæster cellestrukturen.<ref name="Lüttge 217">Ulrich Lüttge, Manfred Kluge, Gabriela Bauer: ’’Botanik’’, 5. opl., 2005, ISBN 978-3527311798.</ref>
I de fleste slags plantevæv udgør lignindelen kun ca. 1 %, men i plantedele, der er udsat for trykbelastning, kan forveddede dele indeholde over 30 % lignin. Ud over lignin kan forskellige, mineralske stoffer være indlejret i veddet, f.eks. [[silikat]] hos [[Græs-familien|græsser]], [[Halgræs-familien|halvgræsser]] og [[Padderokplanter|padderokker]] eller [[calciumcarbonat]] i forskellige slags [[kalkalger]].<ref name="Sitte 95" />
Under forvedningen bliver den oprindelige cellestruktur erstattet af lignin med indlejret cellulose. Her er cellulosefibrene så dybt indvævet i [[Polymer# Eksempler på biologiske polymerer|ligninpolymeret]], at de ikke længere kan forskydes i forhold til hinanden og heller ikke længere har evne til at kvælde ved optagelse af vand.<ref name="Sitte 95" /> En speciel form for forvedning foregår i det såkaldte reaktionsved, hvor træstof under stærk belastning forstærkes løbende. Denne reaktion foregår dog ikke på samme måde, for mens vandret voksende nåletræsgrene opbygger forstærkningen ved at danne ligninholdigt trykved på undersiden, skabes løvtrægrenes forstærkning ved dannelse af celluloserigt trækved uden ligninindhold på oversiden.<ref name="Sitte 95" />
=== Xylemforvedning ===
[[Fil:Bikollatereales Leitbündel cucurbia pepo.jpg|thumb|Delvist forveddet karstreng hos [[græskar]]]]
Nødvendigheden af at tryksikre veddet opstår ikke kun i de bærende konstruktionsdele, men også i de dele af planten, som må klare et højt, indre tryk. Behovet opstår først og fremmest i de vandførende strenge, hvor vandet bliver transporteret op mod [[tyngdekraften]] og øver et tryk mod de omgivende væv. Også her dannes der forvedninger, som skaber cellevægge med et højt ligninindhold. Det er en vigtig egenskab, at disse vægge er vandafvisende ([[hygrofobi|hygrofobiske]]), da det hindrer sivning af vand fra karrene og ud i det omgivende cellevæv, og på den måde muliggøres vandtransport over store afstande.
Det vedforstærkende [[sklerenkym]] og de vandførende kar i veddet (som inddeles i henholdsvis [[trakæ]]er og [[trakæide]]r på grundlag af deres størrelse) er blandt de vigtigste, bærende elementer hos landplanterne.<ref name="Sitte 95" />
== Biosyntese ==
=== Biosyntese af lignins byggeelementer ===
[[Fil:Monolignols general.svg|thumb|Forskellige ligninenheder: kumarylalkohol (1), koniferylalkohol (2) og Sinapylalkohol (3)]]
Lignin er et [[derivat]] af forskellige [[fenylpropanoid]]er, der på derees side igen afledes af <small>L</small>-[[fenylalanin]]. Ved afspaltning af [[ammoniak]] baseret på [[fenylalanin-ammoniak-lyase]] (PAL) dannes der en [[sennepssyre]] ud fra fenylalanin. Den omsættes af andre enzymer til ''p''-kumaryl-[[coenzym A]], som er udgangspunkt for yderligere modifikationer, eksempelvis [[hydroxylering]]er på den [[aromatisk stof|aromatiske ring]] og senere [[metylering]]er.<ref name="Marjamaa">K. Marjamaa, E.M. Kukkola og K.V. Fagerstedt: ''The role of xylem class III peroxidases in lignification'' i ''Journal of Experimental Botany'', 2009, 60, 2 side 367–376</ref> Som sidste skridt bliver mellemprodukter, der er bundet til coenzym A, reduceret af et zinkholdigt cinnamalkohol-dehydrogenase (CAD) til [[monolignol]], og her bruges [[NADPH]] altid som reduktionsmiddel.<ref name="Sitte 353" /> De alkoholer, der fører frem til biosyntese af Lignin, er henholdsvis ''p''-kumarylalkohol (H-enhed), koniferylalkohol (G-enhed) og sinapylalkohol (S-enhed).<ref name="Michal">Gerhard Michal (udg.): ''Biochemical pathways'', 1999, ISBN 3-86025-239-9 side 64</ref>
Den præcise sammensætning af ligninerne afhænger først og fremmest af mængdeforholdene mellem de enkelte monolignoler og af reaktionsforholdene.<ref name="Michal" /> Hos de [[dækfrøede]]planter er ligninet især opbygget af sinapyl- og koniferylalkohol, hos de [[dækfrøede]] planter dominerer koniferylalkohol, græsserne bruger alle de tre monolignoler. I den forbindelse har CAD en nøglefunktion, idet stoffet sandsynligvis via [[substrat]]sammensætningen har ansvaret for de forskellige andele af alkoholer hos de forskellige: CAD fra dækfrøede planter og græsser reducerer alle tre sennepsaldehyder, mens CAD fra udelukkende nøgenfrøede planter kun har et dårligt substrat af sinapylaldehyd som tilsvarende bliver mindre kraftigt omsat.<ref name="Sitte 353" />
=== Ligninsyntese ===
Med baggrund i sammensætningen af de enkelte byggestene og de talrige muligheder for [[polymerisering]] kan ligniner have de mest forskelligartede opbygninger, og de danner derfor en hel klasse af forbindelser.<ref name="Lüttge 217" /> De dannes først i områderne mellem [[fibril]]lerne ud fra de alkoholer, der tjener som basis. Men hvordan monolignolerne bliver flyttet ud af cellen, det er endnu ikke helt afklaret. Sandsynligvis bliver de transporteret ud i form af [[glukosid]]er – [[glucokumarylalkohol]], [[koniferin]] og [[syringin.<ref name="PBC" /> Det sker ved, at alkoholerne bliver bundet til glukose på deres OH-Gruppe ved en [[glykosidbinding|β-glykosidisk]] binding, og i den form er de lettere opløselige i vand. På den måde kan molekylerne flyttes gennem cellens [[plasmalemma]] og [[apoplast]] og sive videre ud i cellulosemellemrummene. Til sidst bliversukkermolekylerne fraspaltet i cellevæggen af [[β-glykosidase]]r. Man har allerede identificeret disse β-glykosidaser i mange planter.<ref name="Marjamaa"/> Det er stadigvæk genstand for forskning, om monolignolerne [[diffusion|diffunderer]] passivt gennem cellevæggen, eller om de når ud ved hjælp af et transportsystem.
De eksporterede monolignoler bliver så spontant sammenbundet til en amorf, tredimensional struktur via en enzymstyret iltnings-polymeriserings-reaktion.<ref name="Karlson">Peter Karlson, Detlef Doenecke, Jan Koolman, Georg Fuchs og Wolfgang Gerok: ''Karlsons Biochemie und Pathobiochemie'', 15. opl., 2005, ISBN 3-13-357815-4 side 451.</ref> Her begynder lignificeringen ved hjørner og langs midtlameller i [[xylem|vedcellerne]]. Polymeriseringsprocessen katalyseres af ekstracellulære [[peroxidase]]r ud fra [[hydrogenperoxid|brintoverilte]] eller [[laccase]]r ud fra [[ilt]], hvorved der dannes fenoxyradikaler, men det er uklart, hvor brintoverilten stammer fra.<ref name="PBC" /> Det enkelte [[elektron]] er delokaliseret og stabiliseret over hele molekylet.<ref name="Karlson" />, og det muliggør forskellige tilknytningspunkter ved opbygningen af det netagtige lignin. Lignin indeholder [[Kiralitet (kemi)|kirale centre]], der betinger opbygning af spejlvendte udgaver af stoffet, men med de nukendte metoder kan man ikke påvise nogen [[optik|optisk]] forskel mellem varianterne.<ref> J. Ralph, J. Peng, F. Lu, R.D. Hatfield og R.F. Helm: ''Are lignins optically active?'' i ''Journal of Agricultural and Food Chemistry'', 1999, 47, 8 side 2991–2996; PMID 10552598; {{DOI|10.1021/jf9901136}}.</ref>
Det er stadig genstand for forskning, om man kan styre dannelsen af lignins netstruktur. Muligvis kan ekstracellulære glykoproteiner, ''dirigent-proteiner''<ref>L.B. Davin, H.B. Wang, A.L. Crowell, D.L. Bedgar, D.M. Martin, S. Sarkanen og N.G. Lewis: ''Stereoselective bimolecular phenoxy radical coupling by an auxiliary (dirigent) protein without an active center'' i ''Science'', 1997, 275, 5298 side 362–366; PMID 8994027; {{DOI|10.1126/science.275.5298.362}}.</ref>, medvirke til en vis specifitet under netdannelsen.<ref name="PBC" /><ref> [http://www.plantphysiol.org/cgi/reprint/123/2/453 Laurence B. Davin og Norman G. Lewis: ''Dirigent Proteins and Dirigent Sites Explain the Mystery of Specificity of Radical Precursor Coupling in Lignan and Lignin Biosynthesis''] i ''Plant Physiology'', 2000, 123,side 453–461.</ref><ref>[http://www.plantphysiol.org/cgi/reprint/126/4/1351 Ronald Hatfield og Wilfred Vermerris: ''Lignin Formation in Plants. The Dilemma of Linkage Specificity''] i ''Plant Physiology'', 2001, 126 side 1351–1357.</ref>
[[Fil:Synthesis Lignin.svg|600px|center|thumb|Forskellige monolignoler bliver omsat til radikaler ved hjælp af enzymer. Under forløbet er radikalet stabiliseret og fordelt over molekylet. X=Y=H: Kumarylalkohol; X=OCH<sub>3</sub> Y=H: Koniferylalkohol; X=Y=OCH<sub>3</sub> Sinapylalkohol]]
[[Fil:Synthesis Lignin II.svg|600px|center|thumb|Efer dannelsen af radikalerne kan enheder af monolignol reagere og danne et polymert netværk, ligninet. X=Y=H: Kumarylalkohol; X=OCH<sub>3</sub> Y=H: Koniferylalkohol; X=Y=OCH<sub>3</sub> Sinapylalkohol]]
Lagringen af lignin foregår i tre faser. I første fase lejrer makromolekylet sig i cellehjørnerne og langs midtlammerne, efter at [[pektin]]indlejringen i primærvæggen er afsluttet. Derpå følger en fremadskridende forvedning af S2-laget i den sekundære cellevæg. Hovedlignificeringen sker efter dannelse af cellulose-mikrofibriller i S3-laget. Under de tre faser og dermed også i de forskellige cellelag varierer sammensætningen af ligninerne.<ref name="Sitte 353" />
=== Genteknisk ændring af lignin-biosyntese ===
Det er et af de mest krævende led i produktionen af [[pulp]] og i videre omfang især ved fremstilling af [[biobrændsel|biobrændsler]] (celluloseetanol) at få fjernet lignin<ref>Ronald J. Dinus: ''Genetic improvement of poplar feedstock quality for ethanol production'' i ''Applied Biochemistry and Biotechnology'', 2001 side 23–34</ref>. Derfor findes der forskellige fremgangsmåder til at få reduceret ligninmængden allerede i [[træ (materiale)|træstoffet]]. Det sker først og fremmest ved at gribe ind i dannelsen af de nødvendige, monomere [[gen]]er, bl.a. ved ”afkobling” af Cinnamalkohol-dehydrogenase (CAD) og kaffeesyre-O-metyltransferase (COMT) over [[antisense-RNA]].<ref name="Pilate">G. Pilate, E. Guiney, K. Holt, M. Petit-Conil, C. Lapierre, J.C. Leplé, B. Pollet, I. Mila, E.A. Webster, H.G. Marstorp , D,W, Hopkins, L. Jouanin, W. Boerjan, W. Schuch, D. Cornu og C. Halpin: ''Field and pulping performances of transgenic trees with altered lignification'' i ''Nature Biotechnology'', 2002 side 607–612</ref>
De tilsvarende teknikker for [[Poppel|poppel-]] og [[Pil|pilearter]] er endnu under afprøvning til [[energiplante|energiplantager]] med kort [[omdrift]]stid, og selv om de er endnu ikke er sat i gang, har man kunnet vise, at de vil bringe en mere effektiv fjernelse af lignin i forbindelse med fremstilling af cellulose.<ref name="Pilate" /> Ganske vist opdagede man også, at virkningen af ligninnedsættelsen ikke er regelmæssig, og at miljøforholdene sandsynligvis har en større indflydelse på ligningdannelsen end genændringer.<ref>E.L. Tilstona, C. Halpin og D.W. Hopkin: ''Genetic modifications to lignin biosynthesis in field-grown poplar trees have inconsistent effects on the rate of woody trunk decomposition'' i ''Soil Biology and Biochemistry'', 2004, 36, 11 side 1903–1906</ref>
== Nedbrydning af lignin ==
Lignin kan nedbrydes både biologisk og ved forskellige, kemisk-tekniske fremgangsmåder. Den biologiske nedbrydning af lignin er [[nedbrydning]]sproces, som foretages ad bakterier og svampe. Den tekniske åbning af lignin er derimod en del af flere processer, der har det sigte at adskille træstoffets lignin og cellulose for at kunne bruge dem hver for sig til forskellige formål. Det spiller en stor rolle først og fremmest ved fremstilling af pulp, ved omdannelse af træ til sukker og på længere sigt ved udnyttelse af lignocellulose i [[bioraffinaderi]]. De gængse, termokemiske metoder til teknisk nedbrydning af lignin er meget energikrævende, de belaster miljøet og har giftige affaldsstoffer.
Når bearbejdet og ubehandlet træ bliver udsat for [[ultraviolet stråling]] over længere tid, beskadiges det fra overfladen, og i den forbindelse bliver først og fremmest lignin [[denaturering|denatureret]]. Hvis stoffet dernæst udsættes for vejrlig, bliver det udvasket, og så virker overfladen snavset og grå. Hvis træet ikke bliver udsat for påvirkning af regnvand, får overfladen en sølvgrå farve på grund af UV-virkningen.
=== Biologisk nedbrydning af lignin ===
[[Fil:Trametes.versicolor.-.lindsey.jpg|thumb|Træboende svampe som f.eks. [[Broget læderporesvamp]] (''Trametes versicolor'') kan nedbryde lignin ved hjælp af enzymer. Det efterlader [[cellulose]] som rest (”[[hvidråd]]”).]]
[[Fil:Braun- und Weißfäule.jpg|thumb|[[Brunråd]] farver træstoffet brunt, da svampene ikke angriber ligninet. Derimod skyldes [[hvidråd]], at en nedbrydning af ligninet afslører cellulosens hvide farve.]]
Lignin er et holdbart naturstof på grund af den komplekse struktur, og det omdannes kun ganske langsomt af [[nedbryder]]ne. Størstedelen af jordbundens [[humus]] opstår på grundlag af restprodukter efter nedbrydningen af lignin.<ref name="Fuchs">Hans G. Schlegel: ''Allgemeine Mikrobiologie'', 2007, ISBN 3-13-444608-1 side 293–294</ref> Nedbrydning af træstof foregår i to delvist parallelt forløbende processer: Nedbrydningen af cellulose kommer til syne ved dannelse af [[brunråd]], nemlig når træstoffet farves brunt på grund af det tiloversblevne lignin, mens nedbrydningen af lignin ses ved dannelse af [[hvidråd]], som opstår, når det er gråhvid cellulose, der er restproduktet.
Man skelner mellem udnyttelse af allerede opløste ligningfragmenter og den egentlige nedbrydning af dette stof, når man undersøger den biologiske nedbrydning af lignin. Brudstykkerne kan udnyttes af mange bakterier, særligt [[aktinobakterier]] og [[streptokok]]ker. [[Hvidråd]]-fremkaldende svampe som f.eks. [[tøndersvamp]] (''Fomes fomentarius''), [[almindelig ildporesvamp]] (''Phellinus igniarius''), [[broget læderporesvamp]] (''Trametes versicolor'') og barksvampen ''[[Phanerochaete chrysosporium]]''<ref>D. Singh og S. Chen: ''The white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium: conditions for the production of lignin-degrading enzymes'' i ''Applied Microbiology and Biotechnology'', 2008, 81, 3 side 399–417</ref> ødelægger derimod systematisk træstoffets lignindel ved hjælp af [[enzym]]er for at kunne udnytte deres egentlige fødekilde, cellulose og hemicellulose. Derved misfarves træstoffet hvidt, (deraf navnet "hvidråd”), og det bliver rigt på fibre. De fleste af disse evampe nedbryder på samme tid både lignin og kulhydraterne (simultanråd), og nedbrydningstempoet er tilsvarende højt. Andre svampe nedbryder i første omgang ligninet hurtigere, så der opstår en forøgelse af celluloseandelen (successivt hvidråd). Dette forløb findes f.eks. hos barksvampen (''[[Xylobolus frustulatus]]'') eller hos [[rodfordærver]] (''Heterobasidion annosum''), som fremkalder [[rødråd]] hos [[gran]].
Nedbrydningen af lignin finder altud sted under [[anaerob]]e vilkår, som er meget energiintensive. Den kan derfor ikke tjene som den eneste kulstof- og energikilde.<ref name="Munk"> Katharina Munk: ''Mikrobiologie'', 2008, ISBN 978-3-13-144861-3 side 507–508}}</ref> Hos hvidrådsvampene drejer det sig altid om en Daher handelt es sich bei Weißfäulepilzen immer um einen [[ko-metabolisme]] i forbindelse med andre kulstofkilder. Under nedbrydningen danner svampene trådformede [[hyfe]]r, som trænger ind gennem ligninet. I selve nedbrydningen af ligninet bruges forskellige enzymer, som afgives fra svampen til omgivelserne og derfra [[diffusion|diffunderer]] ind i ligninet.<ref name="Fuchs" /> Nedbrydningen af ligning er ''de facto'' en depolymerisering, og det kræver [[peroxidase]]r og [[lakkase]]r, som forholder sig [[synergi|synergetisk]] i deres virkning. Desuden kræves der ilt, [[koenzym]]er, metaller og [[kompleksdanner]]e.<ref>David N.-S. Hon og Nobuo Shiraishi: ''Wood and cellulosic chemistry'', 2000, ISBN 9780824700249.</ref>
Svampene frigør først [[glyoxal]], som bliver oxideret til [[oxalsyre]] og [[brintoverilte]] (H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>) ved hjælp af ilt. H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> bliver dernæst reduceret til vand ved hjælp af [[manganperoxidase]] (MnP), mens [[mangan]] (II) (Mn<sup>2+</sup>) bliver oxideret til Mn<sup>3+</sup>. Mn<sup>3+</sup> bliver [[chelat|chelatiseret]] og trænger som et lille, aktivt [[Oxidationsmiddel] let ind i ligninet. Derinde kan Mn<sup>3+</sup> fravriste ligninets [[fenol]-bestanddele enkelte elektroner, så der dannes en radikalion. Den spaltets videre i flere brudstykker<ref name="Munk" />, häufig in [[Benzaldehyd]]derivate.<ref name="Hammel">K.E. Hammel og D. Cullen: ''Role of fungal peroxidases in biological ligninolysis''. i ''Current Opinion in Plant Biology'', 2008, 11, 3 side 349–355</ref>
Det [[kation]]iske radikal kan også dannes ved hjælp af en [[ligninperoxidase]] (LiP). Disse enzymer indeholder en [[hæm]]enhed, der direkte kan oxidere ligninets hovedbestanddel, de [[substitution (kemi)|substituerede]], aromatiske ringe. I det forløb bruger peroxidasen brintoverilte som oxidationsmiddel. Det er dog ikke alle hvidrådsvampe, der har arveanlæg for at danne Lip.<ref name="Hammel" />.
For nylig har man også fundet såkaldte ”hybridenzymer” i [[almindelig østershat]], [[grågul sodporesvamp]] og andre svampe, der også kaldes „versatile peroxidases“ (VP).<ref name="Hammel" /> De råder både over en manganperoxidase og over en ligninperoxidase-aktivitet.
Laccaser oxiderer i sidste ende hovedsageligt lavmolekylære brudstykker af lignin,<ref name="Munk" /> men de kan generelt også foretage enzynmatiske angreb på stoffets fenolkomponenter. Da disse komponenter dog kun udgør 10 % af ligninet, bliver makromolekylet primært nedbrudt af de ovennævnte peroxidaser.<ref name="Martinez">[http://www.im.microbios.org/0803/0803195.pdf A.T. Martínez m.fl.: ''Biodegradation of lignocellulosics: microbial, chemical, and enzymatic aspects of the fungal attack of lignin'' i ''International Microbiology'', 2005, 8, 3 side 195–204 (gratis PDF-fil {{en sprog}}</ref>
Der deltager desuden endnu flere enzymer i nedbrydningen af lignin, f.eks. [[oxidoreduktase]]r og [[dehydrogenase]]r.<ref name="Martinez" />
=== Teknisk nedbrydning af lignin ===
==== Papirfremstilling: Sulfat- og sulfitprocesserne ====
{{Uddybende|[[Papir#Behandling af fibrene]]}}
Først og fremmest spiller den tekniske nedbrydning af lignin spiller en vigtig rolle ved fremstilling af papir- og pulp. I forbindelse med produktion af papir og pulp må ligninet løsnes fra lignocellulosen og fjernes fra processen. Der findes forskellige fremgangsmåder ved åbningen af cellulosen og den påfølgende blegning af pulpen.
[[Fil:Kraft process.svg|thumb|370px|Sulfatmetoden: Kædereaktion ved depolarisering af lignin med hydroxylioner (OH<sup>−</sup>) og sulfidioner (HS<sup>−</sup>).]]
I ca. 80 % af alle pulpanlæg foregår åbningen ved hjælp af den såkaldte [[sulfatmetode (papir)|sulfatmetode]], også kendt som ”kraftprocessen”. Her gennemføres ligninnedbrydningen ved hjælp af[[Sulfid|hydrogensulfidioner]] (HS<sup>−</sup>) i et [[Base (kemi)|basisk]] miljø med en [[pH-værdi|pH]] på 13 og ved brug af [[natriumsulfid]] (Na<sub>2</sub>S) und [[natriumhydroxid]] (NaOH) ([[natronlud]]. Processen varer ca. to timer ved en temperetur på ca. 170°C, men ionerne angriber ganske vist også cellulosen og hemicellulosen, og derfor er det kun muligt at gennemføre en delvis åbning. Tørstoffet efter denne fremgangsmåde indeholder ved brug af nåletræer ca. 45 % og ved løvtræer ca. 38 % af det såkaldte kraft-lignin.
Der findes en alternativ fremgangsmåde til åbning af cellulose i form af [[sulfitprocessen]], hvor nedbrydningen af lignin sker ved hjælp af en [[sulfonering]]. Ved omsætning af lignin med svovlholdige syrer dannes der et ikke præcist defineret produkt: [[ligninsulfonat]]er, som er salte af [[ligninsulfonsyre]]. Calciumsalte af denne syre opstår, når man åbner veddet med [[calciumhydrogensulfit]]-opløsninger. Her indeholder produktets tørstof ved brug af nåletræer ca. 55 % og ved løvtræer ca. 42 % i form af ligninsulfonat.
Lignin er desuden ansvarlig for [[farvestik]] i papir, som derfor også kan bleges med ligninnedbrydende [[enzym]]er som f.eks. laccase. Blegningen sker dog teknisk set mest via en klorblegnin, nuomstunder oftest „klorfrit“ ved hjælp af [[klordioxid]], eller sjældnere: med [[brintoverilte]] eller [[Ozon]]. I begge tilfælde bliver ligninrester og eksisterende farvestoffer nedbrudt ved [[iltning]]. Dette er især relevant ved fremstilling af såkaldt ”træholdigt” papir, og mindre ved ”træfrit” papir. Die Begreberne ''træholdig'' og ''træfri'' er ganske vist meget brugt i handel og dagligsprog, men teknisk er de meningsløse, da papir under alle omstændigheder indeholder bestanddele af træ fra råstoffet træmasse. Når man taler om træfrit papir indeholder det alene cellulose og hemicellulose, mens træholdigt papir indeholder lignin. Derfor ville begreberne ''ligninholdig'' og ''ligninfri'' være de korrekte.
==== Omdannelse af træstof til sukker ====
Der bruges en række forskellige processer ved omdannelse af træ til brugbare sukkerarter (træforskuring), hvor ligninet bliver fjernet fra træstoffet, sådan at cellulosen gøres anvendelig. Det drejer sig om en række kemiske, hydrotermiske og enzymatiske processer.
Historisk betydningsfuld er først og fremmest tekniske anvendelser af [[syre]]r, mest [[saltsyre]] (HCl) eller fortyndet [[svovlsyre]] (H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>), som man koger det opkradsede træ i. Under processen bindes vandmolekyler til cellulosen og danner [[oligosaccharid]]er, mest [[disaccharid|di-]] eller [[trisaccharid]], blandt andet med en vis andel [[glucose]]. Det skyldes, at ud over cellulose findes der i træmassen hemicellulose og biprodukter fra lignin eller forureninger, som gør, at produktet næsten kun er brugbart i [[alkoholische fermentering|forgæring]] til alkohol eller som næringsgrundlag ved dyrkning af [[gærsvampe|gær]]. Når opløsningen skal bruges i den kemiske industri må den renses og afsaltes.
==== Ligninopløsning til bioraffinering ====
Med baggrund i diskussionen om udvikling af [[bioraffinaderi]] skal forsukring via specielle enzymer, [[cellulase]]rne, foregå ad [[bioteknologi]]sk vej. Som resultat håber man på at skabe de renest mulige fraktioner af cellulose, hemicellulose og lignin for derved at kunne skaffe alle de tre bestanddele af træstoffet en bredere anvendelse.
For at få de enkelte fraktioner så rene og ubeskadigede ud af træstoffet som muligt er det nødvendigt med en speciel forbehandling. Den kan gennemføres på forskellig måde og kan eksempelvis bygge på behandling med opløsningsmidler som [[ethanol]] (organosolv-metoden) eller [[ionisk væske|ioniske væsker]], brug af enzymer eller dampbehandling (aquasolv-metoden).
== Anvendelse ==
[[Fil:Black Liquor.jpg|thumb|En prøve af [[sortlud]] i en [[erlenmeyerkolbe]].]]
Lignin bruges – når man ser bort fra anvendelsen af tømmer – først og fremmest som et biprodukt fra papir- og pulpindustrien. På verdensplan bliver der for tiden årligt produceret ca. 50 millioner tons lignin på denne måde.<ref name="Kamm_Ligno">Birgit Kamm, Michael Kamm, Matthias Schmidt, Thomas Hirth og Margit Schulze: ''Lignocellulose-based Chemical Products and Product Family Trees'' i Birgit Kamm, Patrick R. Gruber, Michael Kamm (udg.): ''Biorefineries - industrial processes and products. Status quo and future directions'', 2006, ISBN 3-527-31027-4, side 67–84 {{en sprog}}</ref> I dette biprodukt findes de opståede mængder af lignin og ligninsulfonsyrer i opløst form i forskellige udludninger, hvorfra de kan udtrækkes. Den vigtigste anvendelse for de to ligninråvarer ligger nu i energimæssig udnyttelse, men der findes andre anvendelser for de lignosulfonater, der opstår ved sulfitmetoden.
I bund og grund kan de forskellige, tekniske ligninråstoffer adskilles efter deres egenskaber, som kan have betydning for udnyttelsen af dem. Den væsentligste forskel ligger i molekylstørrelserne: Rent lignin har en [[molvægt]] på 2000-3000 g/mol, mens lignosulfonates molvægt når op på 20.000-50.000 g/mol. Organosolv-gignin ligger omkring 1000-2000 g/mol. Lignosulfonater har desuden en svovlandel på 4-8 % og kun få [[fenol]]iske [[hydroxygruppe]]r (–OH) overfor 1-1,5 % svovlandel og mange fenoliske hydroxygrupper hos rent lignin og mange fenoliske [[hydroxidion]]er (OH<sup>-</sup>) uden svovlandel ved organosolv-lignin.<ref name="Gruber 1999">[http://www.cellulose-papier.chemie.tu-darmstadt.de/Deutsch/Vorlesungen_und_Veranstaltungen/Vorlesungen/Nachwachsende_Rohstoffe/PDF/14_Nutzung_Lignin.pdf Erich Gruber: ''Makromolekulare Chemie, Ökologie und Ökonomie der Nachwachsenden Rohstoffe: Nutzung von Lignin''] i materialer til forelæsninger for vintersemestret 1999/2000.</ref>
Man undersøger intensivt de egenskaber f.eks. som humusarstatning, der kan findes ved den lignin, som er fremkommet ved oxidativ ammonolyse af modificeret lignin.<ref>[https://forschung.boku.ac.at/fis/suchen.projekt_uebersicht?sprache_in=de&menue_id_in=300&id_in=7318 Liebner Falk: ''Untersuchungen zur CO2-Fixierung ammonoxidierter Lignine und deren Verwendung als Bodenverbesserungsmittel'']</ref> De kvælstofholdige ligniner ligner i deres struktur [[huminsyre|huminstoffer]], og de egner sig som depotgødning. N-ligniner er også egnede til genopdyrkning af slaggelandskaber fra [[Minedrift#Miljømæssige konsekvenser|minedrift]].<ref>[https://page-one.springer.com/pdf/preview/10.1007/978-1-4615-0643-0_10 Klaus Fischer og Rainer Schiene: ''Nitrogenous Fertilizers from Lignins — A Review'' i Thomas Q. Hu (udg.): ''Chemical Modification, Properties, and Usage of Lignin''], 2002, ISBN 978-1-4613-5173-3 side 151-165 {{en sprog}}</ref>
Den direkte anvendelse af de teknisk fremstillede ligniner som råstoffer er meget begrænset, da der findes en række ulemper, som hindrer dette. På grund af stoffets meget komplekse struktur og den dermed forbundne uhomogenitet er lignin kun brugbart i begrænset omfang, de man i reglen har behov for nøje definerede egenskaber ved råstoffet. Dertil kommer den høje grad af forureninger i restluden og også den høje svovlandel i de forskellige lignintyper, som gør indviklede rensningsprocesser nødvendige. Den meget møsommelige udvinding af lignin fra restluden medfører, at urenset, teknisk lignin mestendels kun bliver brugt til billige anvendelser som f.eks. energiformål eller som uspecificerede [[lim]]stoffer og [[dispergering]]smidler. Anvendelser, som ligger udenfor dette, ligger enten i direkte brug af lignosulfater eller af lignin, som er kemisk modificeret gennem [[pyrolyse]], [[hydrolyse]] eller [[hydrogenolyse]] til fremstiling af forskellige kemikalier. Disse fremgangsmåder er også omstændelige og bliver kun sjældent taget i brug.<ref name="Gruber 1999" />
=== Lignin brugt som energikilde ===
Ved papirfremstilling og frem for alt ved sulfatmetoden optræder reststoffet lignin i store mængder i form af [[sortlud]], der mest bliver brugt som [[brændstof]] direkte i pulpfabrikkerne. Det har en [[brændværdi]] på 23,4 MJ/kg og tjener foruden som dækning med 80-100 % af fabrikkernes eget energibehov<ref name="Kamm_Ligno" /> også som en fortjenest ved salg af varme og elektricitet.
Træets naturlige indhold af lignin tjener som bindemiddel ved anvendelsen af [[træpiller]] som energikilde. Det fint malede træstof bliver opvarmet under presning, ligninet bliver flydende, og derefter binder det træpartiklerne sammen efter afkøling. Friske træpiller dufter derfor stadigvæk af lignin.
=== Anvendelse af ligninsulfonater ===
{{Uddybende|Ligninsulfat}}
Der bruges store mængder af ligninsulfater i en bred vifte af anvendelser, hvor man mest udnytter stoffets egenskaber som [[elektrolyt]], dets [[adsorption]]svirkning, dets ringe [[viskositet]] og den mørke farve. Det er fysiologisk og miljømæssigt forholdsvis uproblematisk, sådan at det også kan bruges til følsomme formål. Den største del af produktionen på ca. 1.000.000 tons pr. år<ref>[http://www.bfafh.de/bibl/pdf/v_05_1.pdf Ralph Lehnen og Okko Ringena: ''Modifizierte Lignosulfonsäuren (LSS) als Bindemittel für die Herstellung von witterungsbeständigen Holzwerkstoffen''] i ''Arbeitsbericht des Instituts für Holzchemie und chemische Technologie des Holzes''</ref> finder anvendelse som [[dispergeringsmiddel|dispergeringsmidler]] i beton og cement (ca. 100.000 tons pr. år), som tilsætningsmiddel i boreolier (ca. 100.000 tons pr. år) sowie som bindemiddel i pilleret [[dyrefoder]], i [[gødningsstof]]er og andre [[agrokemi|agrokemiske stoffer]], [[spånplade]]r, [[briket]]ter og i trykfarve og støbesand. Desuden bruges ligninsulfonater som tilsætning i papir, som dispergerings- og [[emulgator|emulgeringsmidler]] lak og farver samt som tilblanding i [[gips]] og [[garvestof]]fer.<ref name="Gruber 1999" />
Nylige udviklinger i lignosulfatkemien udnytter de [[polyelektrolyt]]iske egenskaber hos lignin, og de sigter mod en indsats inden for lægevidenskaben, de rene stoffers kemi og mængden jordbundens tilgængelige [[Jordvand#Oprindelse|porevand]].
=== Lignin i polymere biokunststoffer ===
[[Fil:Arboform-2.jpg|thumb|Reklame for ''Arboform'' (fremstillet af polymert lignin)]]
I sin naturlige form er lignin et yderst komplekst makromolekyle, et [[polymer]], og en udnyttelse af denne struktur som [[biokunststof]] er derfor nærliggende. Men da den mest anvendelige lignin stammer fra sulfatmetoden ved papirfremstilling, må den først renses, og derfor findes der til dato kun få tilløb til at fremstille polymere stoffer ud fra lignin.
I 1998 fremstillede firmaet ''Tecnaro'' et naturligt biokunststof, som fik navnet ”[[arboform]]”, der ofte betegnes som ”flydende træ”. Det bygger på lignin, der bliver blandet med naturlige [[hør|hør-]] eller [[hamp|hampefibre]], og som kan bearbejdes gennem allerede eksisterende fremstillingsmetoder for kunststoffer, som f.eks. [[sprøjtestøbning]], [[ekstrusion]] og presning så som [[dybpresning]] og [[formblæsning]].<ref>[http://www.tecnaro.de/en/ Tecnaros egen hjemmeside]</ref><ref>[http://nova-institut.de/bio/index.php?tpl=project&id=1071&proj=&lng=de&red=projectlist ''HORIZON 2020 – BIOFOREVER: BIO-based products from FORestry''] {{de sprog}}</ref>
Både lignin som sådan, men også de forskellige ligninderivater kan bruges som bestanddele i [[hærdeplast]] eller som fyldstof i kunststoffer. De virker her som [[fenolharpiks]]komponenter. Ved en reaktion med [[epiklorhydrin]] kan man fremstille [[epoxyplast]], som derefter bliver kondenseret med alkalilignin til [[polyalkohol]]er. Med [[isocyanat]]er kan man omsætte dem videre til [[polyuretane]]er. Ved ligninets reaktion med [[formaldehyd]] opstår [[fenoplast]]stoffer, og ved tværbinding med [[copolymer]]er som [[urinstof]], [[melamin]] og [[furan]]er opstår der via formaldehyd forskellige harpikser (urinstof-formaldehyd-harpikser, melaminharpikser og furan harpikser). Særligt de ligninbaserede fenoplaster er en potentiel erstatningsmulighed for sundhedsfarlige [[fenol]]er og formaldehyd som bindemidler i [[spånplade]]r og andre træbaserede materialer. På grund af deres højmolekylære struktur er de mindre flygtige og opløselige, og desuden bliver de henregnet til fysiologisk ufarlige stoffer.<ref name="Gruber 1999" />
=== Lignin i kemisk industri og bioraffinaderi ===
Selv om lignin ikke for tiden spiller nogen større rolle ved fremstilling af kemikalier, forudser man et stort, fremtidigt potentiale for dette råstof. Særligt i de seneste år har forskningen koncentreret sig om udnyttelsesmulighederne for lignin i pulpindustrien og det (endnu teorestiske) [[bioraffinaderi]]. Forskningens målsætning er at fremstille produkter af lignin, som giver størst mulig værdi.<ref name="Kamm_Ligno" /><ref>[http://www.pnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-16983.pdf J. J. Bozell, J. E. Holladay, D. Johnson og J. F. White: ''Top Value Added Chemicals From Biomass''] i ''Results of Screening for Potential Candidates from Biorefinery Lignin'', bd. II, 2007.</ref>
Allered i dag bliver lignin anvendt ved fremstilling af [[vanillin]], et stof, der bbruges som ”naturidentisk” smagsstof i stedet for [[Vanilje]]. Det opstår ved en iltning af [[ligninsulfonsyre]], hvor stoffet så bliver udvundet fra lignin ved en basisk hydrolyse. Via en alkalisk smeltning kan man fremstille forskellige [[fenol]]er, [[carboxylsyre]]r, [[trætjære|tjærestoffer]] og [[dimethylsulfid]] (DMS). Fremstillingen af DMS kan også udføres ved en basisk [[demethylering]], hvorefter produktet iltes, så man får [[dimethylsulfoxid]] (DMSO), som er et vigtigt opløsningsmiddel. Ved [[hydrogenolyse]] kan man ligeledes skaffe sig fenoler, tjærestoffer, [[benzen]] og forskellige olier.<ref name="Kamm_Ligno" />
En vigtig mulighed for den fremtidige udnyttelse af lignin ligger i [[pyrolyse]], en fremgangsmåde, hvor man fremstiller organiske forbindelser ved termisk spaltning under høje temperaturer. F.eks. kan man udvinde fenoler, [[metan]], [[kulilte]] og [[aktivt kul]] ved pyrolyse med temperaturer på 400-500°C. Ved temperaturer på 700-1.000°C kan lignin spaltes til [[syntesegas]], [[ethen]] og [[benzen]], og ved [[lysbue-Pyrolyse]] dannes der [[acetylen]].<ref name="Kamm_Ligno" />
=== Energioplagring ===
Ligninets kemiske egenskaber i kombination med dets miljøvenlighed, dets lette tilgængelighed og dets lave pris gør lignin til et meget lovende råstof for metalfrie [[redox-flow-celle]]r til [[energioplagring]], særligt for den stationære oplagring af strøm fra [[vedvarende energi]].<ref>Alolika Mukhopadhyay, Jonathan Hamel, Riu Katahira og Hongli Zhu: ''Metal-Free Aqueous Flow Battery with Novel Ultrafiltered Lignin as Electrolyte'' i ''ACS Sustainable Chemistry & Engineering'', 2018, 6, 4 side 5394-5400 |DOI=10.1021/acssuschemeng.8b00221}}</ref>
== Henvisninger ==
=== Noter ===
{{Reflist}}
=== Literatur ===
* W. Boerjan, J. Ralph og M. Baucher: ''Lignin biosynthesis'' i ''Annual Review of Plant Biology'', 2003, 54, side 2003, 54 side 519–546
== Weblinks ==
[[Kategori:Jordbund]]
[[Kategori:Organisk kemi]]
[[Kategori:Botanik]]
| |||