木质素
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木质素
木质素是一种复合化学物,通常是从树木当中分离出来,它是植物和许多藻类植物第二层细胞壁的主要组成部分。
1819年De Candolle引进了木质素这一概念,此语源自拉丁语的lignum,意为树木。
在木本植物中,木质素是世界上第二位最丰富的有机物(纤维素是第一位),占非化石有机碳的30%,木头干质的1/4到1/3。
因其异质性并缺少确定的基础结构,木质素被看做是一种特殊的物质。
它通常用来强化树木的木质纤维。
全球木质素产量约为每年1,100,000公吨,木质素广泛应用于低容量的利基市场中,其应用形式比其本身的质量更加重要。
生物功能
木质素填充在植物细胞壁空隙中,在纤维素、半纤维素和果胶成分中,其中主要在管胞,硬化细胞和木质细胞中分布。
木质素用来连接半纤维素,交叉连接不同植物多聚糖,为植物细胞壁提供机械能,使植物完成生长过程。
木质素在压缩木材中含量丰富,但在应拉木中鲜见。
木质素在植物茎干传输水分过程中起重要作用。
植物细胞壁的多聚糖成分具有较高的吸水性和透水性,然而木质素却不易被水沾湿。
通过木质素交叉连接的植物多聚糖成为细胞壁吸水的屏障。
因而,木质素使植物维管组织可以有效的传导水分。
木质素在植物所有的维管组织中都有分布,但在苔藓植物中不存在。
因此有研究认为木质素的最基本功能是阻止水分的传输。
但是,木质素在红藻当中也有分布,如此看来植物和红藻的共同祖先都为合成木质素。
由上可以得出木质素的最初功能为组织结构功能。
它在红藻类植物粗珊藻属中的组织结构功能为辅助连接钙化段数。
生态功能
木质素在碳化循环中起重要作用,隔绝大气中的碳进入多年生木本植物中的活组织中。
木质素是死去的植物中最难分解的成分之一,其分解过程中变成腐殖质。
在土壤中能转化成腐殖质。
这种腐殖质可以增加生长在此的植物的光合作用生产率,通过增加土壤阳离子转换能力和在干湿气候条件下扩展水分存留含量。
经济功能
高度木质素胶合板持久耐用,作为一种优质的原材料在很多领域得以应用。
因为木质素在燃烧时比纤维素产生更多能量,所以其也被用作良好的燃料。
用来生产用作新闻纸的高产纸浆含有树木当中的木质素。
所以时间长了新闻纸会变黄。
因此,要生产高质量的漂白纸必须将其中的木质素去除。
在亚硫酸盐制浆工艺中,木质素作为磺酸盐从木纸浆中去除。
这些木质素磺酸盐有多种用途。
●可在混凝土应用和水处理剂以及防止印染中用作分散剂
●在特定油品和农化产品中用作添加剂
●可用作多种化工品的原材料,如香草醛、二甲基亚矾、乙醇、木糖醇、
腐殖酸
●可用作道路除尘助剂
1927年美国罗斯切尔德的马拉松公司对木质素的商业应用进行调查。
比较有经济前景的一等产品是皮革鞣剂。
马拉松公司经营木质素化工贸易已经很多年,产品为马拉松化工制品。
通过硫酸盐纸浆发提出的木质素通常能产生可用作燃料的物质,为工厂和其关联程序提供热能。
目前,从灌木类植物中提出的木质素已被成功用于生产海绵聚氨酯。
1998年,一家德国公司Tecnaro,开发了一种程序,将木质素转化为一种叫做Arboform的物质,此种物质可在制塑工业中起到注压成型的作用。
因此,木质素在制塑工业中有很多应用。
此种材料废弃后可直接用作燃料。
2012年,研究发现木质素可替代化石燃料用来生产碳化纤维。
生物合成
木质素生物合成以来自于合成的氨基酸苯丙氨酸中的合成糖基化开始在细胞质中。
这些第一反应是共享的苯丙途径。
附加的葡萄糖使它们溶于水,毒性较低。
一旦运输通过细胞膜的质外体,葡萄糖除去,并开始聚合反应。
记过几个世纪的研究,科学家们让无法探明其合成过程。
这种自由基连接的聚合反应过程,是被氧化酶催化的。
过氧化酶和漆酶都存在于植物细胞壁中,其中一个或二者皆参与这一聚合反应至今让位确知。
低分子
量氧化剂可能也参与了这一过程。
氧化酶催化了自由基的形式。
在木质素聚合物中,这些自由基通常以非自由基组合的形式进行,但是目前这一理论以得到质疑。
另一种未被广泛接受的理论认为:一种不确定的生物控制力也介入其中。
生物降解
木质素的生物降解将毁坏木质物品,尤其是木质建筑。
木质素的生物降解是将植物原材料转化为生物燃料的必经过程。
当前的转化步骤会残留一些不确定的残留物。
木质素生物降解技术的不断进步,必将提高生物燃料的产出。
动物酶无法消化木质素,但是一些真菌和细菌能分泌木质酶,木质酶可以对聚合物进行生物降解。
高温分解
木质素的高温分解产生一系列的产品,典型的产品为甲氧基苯丙。
这些物质中,最重要的是愈创木酚、紫丁香醇以及他们的分离物;利用这些物质可以寻找火灾和厌恶来源。
在厨房燃料中,硬木材木质素是这两种化工品的重要来源,他们可以增加烤制食品如烧烤食品的口感和味道。